鋳巣を防ぐための金型方案と充填の要点

ダイカスト製品において鋳巣は発生しやすく、製品の品質やコストに直結する深刻な問題です。

本コラムでは、鋳造における鋳巣を最小限にするために設計段階で見直すべき点を、「方案」と「充填」の視点から解説します。

金型の方案設計と充填に関する鋳巣の原因

鋳巣の発生要因のうち、金型設計が原因となることは非常に多く、その中でも溶湯の方案と充填に関するミスが、ガスの巻き込みに直結します。

　
1.充填率設定

充填率設定は、鋳巣の発生要因の１つです。特に自動給湯注湯時のスリーブ充填率が適切な範囲に設定されていない場合、以下のような課題が発生します。

　
溶湯温度の低下

注湯率が低すぎると、スリーブ内で鋳込み温度が著しく低下します。温度低下は溶湯の粘度を上げ、流動性を悪化させ、充填不良を招きます。

　
高速充填の乱れ

スリーブ充填率が低い場合、溶湯がスリーブ内で乱れ、空気やガスを巻き込むリスクが大幅に増加します。

適切な充填率の設定は、溶湯の安定した流動と、空気の巻き込み抑制に必要です。

　
2.不適切な方案形状による乱流の発生

方案設計のミスは、溶湯の流動経路を乱し、乱流を発生させ、空気を巻き込む原因となります。

　
湯口直下での溶湯衝突

湯口直下で溶湯が衝突する方案形状は、溶湯が急激な方向転換を強いられるため、その過程で空気を巻き込み、ガスの巻き込みによる不良につながります。

　
ランナーの形状

ゲートよりもランナーの断面積が小さい形状では、溶湯の流れが詰まり、乱れやすくなるため、充填時に空気を巻き込みやすくなります。適切な充填のためには、ランナーはゲートに向かって徐々に断面積を減少させる形状にすることが推奨されます。

　
湯口ランナーの段差

湯口ランナーに大きな段差がある、または段差が直角でRがない形状である場合、溶湯の流れはスムーズさを失い、乱流が発生します。乱流は溶湯が渦を巻く現象を引き起こし、その過程でキャビティ内の空気やガスを巻き込み、鋳巣や湯まわり不良を誘発します。

　
3.湯口・ランド・流動長の設計

湯口(ゲート)は、溶湯を製品形状に導く最後の関門です。

　
湯口厚さ・ランドの長さ

湯口厚さが薄い、またはランドの長さが短い場合、溶湯がキャビティに流れ込む前に湯口ゲートが早期に凝固しやすくなり、湯口ゲートに破断チル層が詰まることで、溶湯の充填不足や湯まわり不良を招きます。

　
流動長の問題

流動長が長い製品形状は、湯流れの停滞を招きやすく、特に薄肉製品においては溶湯温度の低下によって流動性が悪化し、湯まわり不良や未充填、そして鋳巣につながります。

4.GFゲート断面積の不足

GF(ガス放出)ゲートは、キャビティ内の空気を排出するために設けられますが、このGFゲートの断面積が十分に確保できていない場合、適切な充填が行われません。

GFゲート断面積の不足は、ガスの排出経路の排気抵抗を大きくし、キャビティ内の減圧効果を低下させます。排気抵抗が大きいと空気が残留し、最終充填部位などで高圧下で閉じ込められ、鋳巣を形成します。

設計の基本として、GFゲート断面積は湯口断面積に対して1:1が望ましいとされています。

　
5.その他の金型設計に関する要因

　
ガス抜き不足

最終充填部位にエアベントやチルベントといったガス抜きが設置されていない、あるいは断面積が不足している場合、鋳巣発生の大きな原因となります。

　
ピンへの溶湯衝突

溶湯の流れの方向に対して中子ピンなどが垂直に配置されている場合や、ゲート直上にピンが配置されている場合、溶湯がピンに衝突して渦を巻き、空気を巻き込む要因となります。

　
金型冷却設計のミス

冷却本数が多過ぎる、設置位置が不適といった金型冷却設計のミスは、金型温度を局部的に低下させます。金型温度が低いと、塗布された離型剤の水分が蒸発しきれずに残り、溶湯注入時にガス化してダイカスト内部に巻き込まれ、鋳巣を引き起こす原因となります。

まとめ

今回は鋳巣の金型設計における原因について解説いたしました。

軽量・薄肉ダイカスト開発センター.comを運営する帝産大鐘ダイカスト工業では、型メーカーと協力して流動解析を行い、内部品質に注意しています。また社内の取り組みとして、内部品質は鋳巣が入りそうな部位について目視で確認したり、カットして湯境やしわの有無を確認しております。

ダイカストの不良に関するお悩みをお持ちの方はぜひお気軽にご相談ください。

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