大連鋳物における気孔・砂巣は多発欠陥である。気孔は主にガスの巻き込みや析出により発生し、砂巣は鋳型砂の剥離や砂粒のキャビティへの流入によって生じる。これら二つの欠陥は鋳物の強度を低下させ、機械加工後に顕在化して不良廃棄に至りやすい。大連鋳物の気孔・砂巣を除去するには、鋳型砂管理、型方案、湯道方案、溶解脱ガス、注湯作業、砂落とし清掃、検査の閉ループまで全工程で管理を行い、現地鋳造工場の湿度や風砂の特徴に合わせて対策を調整する必要がある。
鋳型砂の性能と造型管理は、大連鋳物の砂巣予防の基礎である。砂巣の主な要因は鋳型強度不足、砂落ち、砂浸食である。鋳型砂の湿圧強度、通気性、粘土分を管理する。粘土分が過剰だとガス発生量が多くなる上、砂が浮きやすくなる。砂の水分が高すぎると強度が低下するだけでなく、ガス発生量も増加する。混砂配合比を安定させ、粘結剤添加量は工程通りに管理する。造型時は手直しを穏やかに行い、角部には R を設ける。鋭角や薄い砂層は剥離しやすい。鋳型・砂中子を十分に乾燥させ、表面に均一な良質塗型剤を塗布し、型の補強、焼き付き防止、砂粒剥離抑制を図る。大連の一部工場は湿度が高いため、砂中子は吸湿して砂落ちしないよう保管管理する。型合わせ前にキャビティ内の浮き砂をエアブローで除去し、型合わせ時の衝撃で砂が剥がれないようにする。
湯道方案を最適化し、砂浸食とガス巻き込みを低減する。大連鋳物の注湯時、溶湯が鋳型壁に直撃すると鋳型が崩れて砂巣が発生しやすく、同時に乱流により空気が巻き込まれ気孔となる。湯道は底注ぎまたは段注ぎを優先し、鋳型立面への直撃を避ける。湯口・横湯道にスラグだまり、堰を設け、スラグや砂粒がキャビティに流入するのを遮断する。内湯口の断面を適切に設計し、湯速を安定させて乱流によるガス巻き込みを抑える。キャビティの最上部や死角に押湯・ガス抜き溝を設けてガスを排出する。ガス抜き溝は閉塞させず、寸法を適正にして湯漏れを防ぐ。大型・複雑な鋳物は事前に充填シミュレーションを行い、渦流やガス巻き込み箇所を把握し、湯道レイアウトを調整する。
溶解、脱ガス、溶湯管理により、析出気孔を源流から抑制する。合金溶解中、溶湯は水素を吸収しやすく、冷却時に析出して気孔となる。溶解脱ガス工程を厳守する。アルミ合金には精錬剤・脱ガス棒を使用し、鋳鋼・鋳鉄には接種処理、脱酸処理を実施し、溶解温度を管理する。温度が過剰に高いとガス吸収が促進され、低すぎると流動性が悪くなり、ガスが浮上して抜ける時間が確保できない。原料は清浄に保ち、錆、油分、水分を含むスクラップは事前に清掃・乾燥する。スクラップに含まれる水分がガス発生の主要因となる。出湯前にサンプル検査を行い、脱ガスが合格した後に注湯工程へ移送する。取鍋・注湯鍋は事前に予熱し、鍋壁の水分が高温で水蒸気となることを防ぐ。
注湯工程を規格化し、気孔と砂巣のリスクを同時に低減する。大連鋳物の注湯作業では、鍋のノズルを湯口に合わせ、安定した一定速度で注湯し、断湯や急激な注湯を禁止する。注湯速度が速すぎると鋳型への衝撃とガス巻き込みが激しく、遅すぎると先に注湯した溶湯が殻を形成し、内部にガスが閉じ込められ気孔となる。注湯温度を工程範囲内で適正に管理する。注湯時は湯口での空気巻き込みを防ぎ、湯面にスラグ堰を設け、浮遊スラグや砂粒が溶湯と共にキャビティに流入しないようにする。強風環境で作業する場合は養生を行い、風砂がキャビティに入って砂巣が発生するのを防ぐ。
砂中子、冷し金、型合わせの細部管理を徹底する。砂中子のガス抜き通路を確保する。中子内部で発生したガスが排出できないと、対応箇所に気孔が形成される。砂中子をしっかり固定し、中子足で支持し、注湯時の浮力による中子の位置ずれ、破損、砂落ちを防ぐ。冷し金の錆、油分を除去し乾燥させる。汚れた冷し金はガスを発生させる。型合わせ時に分割面のシールを確認し、隙間が大きいと湯漏れや砂落ちの原因となる。型締めをしっかり行い、型浮き、砂漏れを防止する。
欠陥の検証、検査と継続改善を実施する。鋳物が十分冷却した後に砂落としを行う。早すぎる砂落としは急冷となり、内部のガスが抜けられず閉じ込め気孔となる。目視検査、磁粉探傷などで抜き取り検査を行い、気孔と砂巣を区別する。気孔は内壁が滑らか、砂巣は内壁に砂粒が付着し粗い。欠陥発生時は原因を特定する。集中した砂巣は鋳型強度、砂浸食箇所を優先確認し、ロットで発生する気孔は脱ガス、鋳型乾燥、ガス抜き溝を優先確認する。欠陥位置、ロットを記録し、砂配合、湯道、溶解パラメータを調整し、改善策を定着させる。
鋳型砂品質を安定させ、湯道を最適化して砂浸食を防ぎ、溶解脱ガスを徹底し、キャビティのガス排出を確保し、安定注湯を行い工程検査を強化することで、大連鋳物の気孔・砂巣不良を効果的に低減し、廃棄率を抑え、後工程の機械加工と使用要求を満たすことができる。
