砂型鋳造成功のための正確なアルミニウム鋳造収縮計算

アルミニウム鋳造収縮は、すべての鋳造所が鋳造欠陥と不合格を最小限に抑えるために厳密に計算しなければならない金属加工業界の大きな懸念事項です。この記事は主に、アルミニウム砂型鋳造における収縮を分析し、製造業者が作業プロセス中の収縮を予測・制御するのを支援します。

砂型鋳造は、その効率性と再生性から、世界中の鋳造部品の1/3を製造する最も経済的で人気のある技術の一つとして使用されています。

お気に入りの成形処理と見なされていますが、砂型鋳造プロセスは、鋳造技術をうまく管理しないと鋳造不合格を引き起こす多くの欠陥を露見させます。

砂型鋳造における慢性的な問題の一つは、鋳造精度と品質を保証するために慎重に計算する必要がある収縮です。

今日は、読者から最も頻繁に質問される砂型鋳造プロセス中のアルミニウム鋳造収縮について議論します。

この記事の内容では、アルミニウム鋳造収縮現象の深い議論、アルミニウム収縮計算の有益なガイダンス、砂型鋳造における収縮制御技術が見つかります。

砂型鋳造におけるアルミニウム鋳造収縮とは？

収縮は鋳造プロセスにおける金属の特性の一つです。金属が凝固時に収縮するのは正常な現象です。

アルミニウム砂型鋳造では、溶融アルミニウム合金が金型空洞に注湯され冷却される際に収縮が発生します。 収縮により、アルミニウムが液相から固相へ変化する際に内部または外部の体積変化が生じます。其中、アルミニウム合金の比体積は液状から固体状へ変わるときに減少します。

アルミニウム合金鋳造収縮率とは？

鋳造では、収縮はパーセント（%）で表される収縮率で計算されます。

異なるアルミニウム合金は異なる鋳造収縮率を持ちます。同じ合金でも鋳造設計が異なれば収縮率も異なります。一般的に、アルミニウム合金の収縮率は6〜8%の範囲です（具体的な量は特定合金に依存）

アルミニウム砂型鋳造部品への収縮の影響は？

アルミニウム鋳造収縮は、アルミニウム鋳造部品の品質に決定的な影響を与えます。アルミニウム砂型鋳造における収縮許容値がうまく管理されない場合、開放収縮欠陥（パイプとケーブド表面）と閉鎖収縮欠陥（マイクロポロシティまたはマクロポロシティ）を含む鋳造欠陥を引き起こし、鋳造品質を低下させます。

アルミニウム収縮が発生する3段階とは？

他の金属と同様に、アルミニウム鋳造収縮は3種類の収縮に対応する3段階で発生します。

1. 液体収縮

簡単に理解すると、液体収縮は冷却中のアルミニウム合金液体の収縮です。ここでは、溶融アルミニウム合金が冷却されながらまだ液体形態を保っている間に収縮が発生します。

鋳造において、この段階の収縮は設計観点からは大きな影響を与えません。

2. 凝固収縮

凝固収縮は、凝固によるアルミニウム合金の収縮です。この現象は、アルミニウム合金が液相から固相へ変化する際に発生します。

この段階で発生する収縮は、液体金属が固体より密度が低いためです。 この収縮は、アルミニウム鋳造部品における気孔およびマクロセグリゲーションの主原因です。

この段階で合金が最大収縮するため、ライザー、チルなどの補助ツールを慎重に計算して合金収縮率を補償する必要があります。

ライザーとチルの設計ガイドは記事の残り部分でご覧いただけます。

3. パターンメーカー収縮（型製作者収縮）

パターンメーカー収縮は、凝固収縮段階の後、アルミニウム固体鋳造が室温まで冷却される際に継続して発生する収縮です。

この現象は、固体密度の温度依存性による熱収縮係数が原因で発生します。これがアルミニウム部品のホットクラックとコールドクラックの原因となり、鋳造形状を歪ませます。

この収縮段階も設計考慮において特に重要です。鋳造メーカーが最終鋳造品が所望の寸法と精度を保持できるよう、合理的な金型設計と工具を考慮する必要があります。

金型と工具の設計ガイドは記事の残り部分でご覧いただけます。