第２２回砂型アルミ鋳造雑学講座

皆さんこんにちは！

株式会社長川原金属、更新担当の中西です。

 

～“歩留まり10%向上”～

 

砂型アルミ鋳造の基礎から、現場で効く“歩留まり向上のツボ”までを一気通貫で解説します。砂・金枠・中子・溶解・注湯・ばり取り・熱処理・検査…すべてが連鎖する“製造の総合格闘技”。要点を押さえれば、**品質×コスト×納期（QCD）**をまとめて底上げできます。

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1｜砂型アルミ鋳造とは？— 自由度とコスパのバランスが魅力 ️

砂型鋳造は砂とバインダーで作った型（砂型）に溶けたアルミを流し込み、凝固・取り出し・仕上げを行う工法。金型が不要なので初期費用が低く、形状自由度が高いのが強みです。

• 少量多品種や大型品に◎

• 肉厚差の大きい形状や中空も中子で対応

• 設計変更や試作サイクルが速い⚡

主な合金：Al-Si系（AC4B/AC4C/ADC12相当）、Al-Mg系（AC7A）、**Al-Cu系（AC2A）**など。鋳造性・機械的性質・耐食性のトレードオフを理解して選定します。

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2｜砂（モールド）のキホン：粒度・含水・コンパクタビリティが命 ️

**緑砂（クレイ＋水）**を使うか、**フラン/フェノール等の自硬性砂（ノーベーク）**を使うかで運用が変わります。

緑砂の要点

• 粒度（AFS GFN）：細かい→表面きれい＆ガスこもりやすい／粗い→ガス抜け良いが肌荒れ。

• 含水率：多すぎるとガス欠陥、少なすぎると崩れ。

• コンパクタビリティ（締固め性）：圧縮強度・透気度と合わせて管理。

• 粘土活性：回帰砂の焼け砂が増えると粘結力低下→生砂追加やベントナイト調整で補正。

自硬性砂の要点

• 樹脂添加量・硬化時間の安定化

• 混練ムラ防止（コアシュート前後のタイムラインも含めて）

• **LOI（残留着火分）**管理で発煙・ガス欠陥を抑制

現場Tips：“見た目OK”は当てにならない。圧縮強度/せん断強度/透気度/含水率を1ロット1記録で可視化

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3｜模型（パターン）と中子：収縮・抜き勾配・コアプリントの三位一体

• 模型収縮代：Al合金は約1.0%前後（合金・肉厚で変動）。温度履歴を踏まえた実測値を蓄積。

• 抜き勾配：砂破損を防ぎ、肌荒れ・寸法バラツキを抑える。

• 中子（コア）：コアプリントで確実に位置決めし、ベント（ガス抜き）を忘れない。薄肉長尺コアは補強棒やコアペーストで座屈対策。

• パーティング（合わせ面）：鋳造後のバリ削減＝後工程コストを直撃。早期検討が吉✍️

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4｜湯道・押湯（ランナー＆ライザー）設計：欠陥の8割はここで決まる

• 湯口位置：静かに満たす（サブゲートやチョークで流速制御）。

• 上昇充填で巻き込み気泡を回避。

• 押湯：熱節（ホットスポット）へ給湯が届く配置。保温スリーブや発熱ライザーで凝固末端を制御。

• チョーク断面：乱流化を抑え、酸化膜（フィルム）巻込みを最小化。

• フィルタ：酸化物・スラッジ除去に有効（圧損と充填時間のバランス）。

実務の裏ワザ：“欠陥位置＝凝固末端”ではない場合がある。湯回り&ガス経路の再現をCAEか透明樹脂モデルで検証

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5｜溶解・取鍋・脱ガス・精錬：金属の“清浄度”を守る

• 溶解炉（反射炉・保持炉・電気炉）：温度の二段階管理（溶解→保持）で酸化/吸水素を抑制。

• 脱ガス：ロータリーデガッサー＋Ar/窒素吹込み、水素量をPoD/減圧法で測定。

• 精錬剤：フラックスで非金属介在物を凝集。

• 粒子微細化：Ti-B系で結晶微細化、SrでAl-Si共晶の改良。

• 取鍋管理：スラグすくいと流出部の酸化膜切替を徹底。取鍋・注湯杓の予熱も忘れずに。

“良い湯”の定義＝温度（±5〜10℃）×清浄度（低H）×酸化膜最小。温度計の校正履歴を必ず残す

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6｜注湯・凝固・押湯切れ：秒で結果が変わる⏱️

• 注湯速度：遅すぎ→コールドシャット、速すぎ→巻込み。

• 余熱：寒い季節・大型鋳型は型温UPで初期凝固を安定化。

• 押湯観察：沈み量や温度減衰で給湯継続性を評価。

• 冷却・ばらし：時期尚早は熱割れ、遅すぎは生産性ダウン。品種ごとに標準時間を設定。

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7｜仕上げ・熱処理・機械加工：全体最適の視点で

• ショット/ブラスト：表面清掃と梨地の統一。

• ゲート・ばり除去：後加工面のダメージを回避する刃具選定。

• 熱処理：Al-Si系はT6（溶体化→焼戻し）で強度UP、Al-Mg系は析出硬化で靭性向上。

• 機械加工：基準面→穴→タップの順。鋳造ひけや残留砂に注意。クーラント給水と切粉排出を重視。

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8｜欠陥図鑑と対策（保存版）‍

• ピンホール：水素・砂の水分・被膜反応→脱ガス強化/含水率管理/塗型改良

• 引け巣：給湯不足・押湯不足→押湯設計/発熱保温/肉盗み

• 湯じわ/コールドシャット：充填遅れ→注湯速度/型温/ゲート変更

• 酸化膜巻込み：乱流→落とし湯禁止/チョーク設計/フィルタ

• 砂落ち/砂かみ：砂強度不足→砂管理/塗型/振動

• 熱割れ：拘束＋急冷→R付与/冷却制御/後熱

X線・断面・密度測定で“見える化”。欠陥地図を作って設計へフィードバック

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9｜歩留まり10%向上の“型”

1. 砂の日次QC（圧縮強度・含水・透気・GFN・LOI）を看板化

2. 湯道・押湯の標準ライブラリ化（製品カテゴリ別）

3. 脱ガスログ×欠陥率の相関を月次レビュー

4. 温度ガン＋データロガで注湯温度のバラツキを±8℃以内

5. 仕上げ不良の再発見える化（作業者ではなく部位で管理）

6. “欠陥→設計変更”の回路を最短化（CAE/3Dモデル即修正）

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10｜安全・環境・DX

• 安全：溶湯飛散・高温・粉じん・騒音。PPE（フェイスシールド/耐熱手袋/耐熱靴）と注湯立ち位置の標準化。

• 環境：回帰砂の再生、バインダー発煙対策、溶解炉の省エネ燃焼。

• DX：IoT温度計・振動センサで炉&ミキサーを予知保全、SPCで寸法&強度を統計管理。画像AIでばり・巣の自動検出も有効。

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11｜まとめ

砂型アルミ鋳造は砂×湯×時間の“微差の戦い”。砂管理・湯道設計・清浄度・温度・押湯・標準化の6点を回せば、歩留まりと品質は必ず伸びます。まずは**「砂QCの見える化」と「湯道の標準テンプレ化」**から始めてみましょう。今日の1枚のQC表が、来月の不良率を半減させます。✨

 

 

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