ダイカスト金型のヒートチェック対策｜原因・点検・補修

ヒートチェックは、金型が加熱と冷却を繰り返すことで表面にできる、網目状や線状の細かな亀裂です。ここでは主にアルミニウム合金ダイカストを例に説明します。

高温の溶湯が触れると金型表面は急速に加熱され、その後、製品の取り出しや離型剤の塗布に伴って冷えます。表面と内部で温度変化が異なるため、膨張・収縮が互いに拘束され、表面には圧縮と引張りの応力が繰り返し加わります。この熱疲労によって、小さな角部や加工傷などを起点に亀裂が発生します。

亀裂に入り込んだ溶湯が凝固すると、製品表面には亀裂の形に沿った凸状の模様が現れます。これは金型の亀裂が製品へ転写されたもので、製品そのものに割れが生じる現象とは異なります。外観基準に合わなくなるほか、形状や亀裂の進行によっては製品を金型から取り出す抵抗が増えます。

金型表面の急激な温度変化と局所的な過熱を抑えるため、金型の予熱、冷却、離型剤の塗布、鋳造サイクルを見直します。温度を変えると溶湯の充填や製品の離型にも影響するため、製品品質を確かめながら条件を調整します。

冷却回路と離型剤の塗布を見直す

内部冷却では、金型に設けた冷却孔や冷却管へ水などを流して熱を取り除きます。内壁にスケールが付着すると、冷却能力が低下します。回路ごとの流量を測定し、流れが低下している箇所を調べます。

各回路の流量と入口・出口の水温を調べ、金型のどの部位が高温になっているか確認します。流量の低下や付着物が見つかった場合は、冷却回路の仕様に合う洗浄・整備で冷却能力を回復させます。

水溶性離型剤の吹付けは金型表面を冷やしますが、急冷が熱疲労を強める場合があります。塗布する量・時間・位置を見直し、離型に必要な膜を作りながら過剰な冷却を抑えます。

金型温度を比較するときは、同じ部位の、鋳造サイクル中の同じ時点を測定します。放射温度計では、表面状態に合う放射率を設定します。放射率は、物体が放出する熱放射の量を黒体と比べた比率です。

加工傷・金型材料・表面処理を確認する

加工傷や放電加工による変質層は、亀裂の起点になることがあります。金型を製作・補修するときは、形状精度を保ちながら傷や変質層を除去して仕上げます。

金型材料と熱処理では、高温での強度、割れに対する靭性、熱伝導率を検討します。SKD61やその改良鋼が使われますが、必要な特性は金型の大きさや形状、鋳造条件によって変わります。

窒化などの表面処理も対策の一つです。窒化で形成される層の硬さや靭性によって、亀裂の進み方が変わります。硬く脆い層では、亀裂が母材まで進む場合があります。焼付きや溶損を抑える効果と、ヒートチェックの進み方を併せて評価し、処理方法と条件を選びます。

金型の亀裂がある位置と、鋳造した製品の転写模様を対応させて観察します。同じ箇所の写真と使用回数を残し、亀裂の長さ、広がり、欠けの有無を前回と比較します。

製品については、転写模様が外観基準を満たすか、図面で求める寸法が得られているか、離型に支障がないかを確認します。観察する倍率や照明が変わると小さな亀裂の見え方も変わるため、比較する写真は同じ条件で撮影します。

検討例として、製品の角部に凸状の模様が見つかった場合は、その位置に対応する金型表面の亀裂を調べます。模様の広がり、製品寸法の検査結果、過去の補修部の再発記録から、損傷を除去する範囲と形状を復元する方法を検討します。

冷却孔の内側から進む割れは、大きな型割れや水漏れにつながることがあります。表面のヒートチェックと、冷却孔を起点とする割れでは、調べる位置と損傷の広がりが異なります。漏れや深い損傷が疑われる場合は、設備を停止して点検し、表面観察に加えて内部の損傷を調べる検査を検討します。

補修を検討するときは、損傷を除去した後に、必要な形状と金型の強度を確保できるか調べます。損傷の範囲、製品の品質基準、過去の補修後の再発状況から、補修で継続使用するか、入れ子を交換するかを判断します。

溶接補修では、亀裂のある部分を除去して肉盛りし、製品形状に合うように加工・仕上げを行います。母材と補修材の組合せ、必要な硬さ、予熱や後熱、表面処理の条件を確認します。母材と補修材に適した予熱・後熱条件を確認し、補修する金型の仕様に合わせて溶接条件を決めます。

補修材を選ぶときの確認事項

補修材を選ぶ際は、母材との組合せ、硬さ、熱伝導率、推奨する溶接条件を確認します。実際の金型で補修後の亀裂の有無と進み方を記録し、補修材と溶接条件の見直しに使います。

母材と補修材の組合せに適した溶接条件で、図面の形状を復元します。試験の結果を参考にする場合は、試験片の形状、加熱・冷却の条件と、実際の金型の使用条件の違いを確認します。

補修後は、仕上げた面の形状と寸法、合わせ面の状態を検査します。冷却部を修復した場合は、漏れがなく、必要な流量が得られることも確認します。広範囲の損傷や早い時期の再発が続く場合は、入れ子の交換とともに、金型の形状・材料・温度管理の見直しを検討します。

鋳造を再開したら、製品の外観と寸法を検査し、金型から支障なく取り出せることを確認します。冷却や離型剤の条件を変えた場合は、金型温度の変化と、充填不足や焼付きなどの新たな不具合も調べます。

使用を続けた後は、補修部の亀裂が再発しているか、どの程度の使用回数で広がったかを調べます。過去の補修と比べるときは、製品・金型の部位・使用回数と鋳造条件を確認します。

補修材と同時に冷却や離型剤の条件も変えた場合は、それぞれの変更を残し、組合せとして改善を評価します。補修直後に良品を作れたことと、長期間の使用で金型寿命が延びたことは、確認に必要な期間が異なります。