第２３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。

 

～「試作2週→量産へ」～

 

 

製品開発〜量産立上げに焦点を当て、**“早く・安定して・狙いの物性で”**走り出すための実戦ガイドをお届けします。設計者・営業・生産技術・品質保証が同じ地図を見るための、ステージゲート方式のロードマップです。️

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1｜コンセプト整理：合金×形状×生産数の三角形

• 合金選定：

  • Al-Si（AC4C等）：鋳造性◎、薄肉・流動性を優先。

  • Al-Mg（AC7A）：耐食・溶接性重視。

  • Al-Cu（AC2A）：強度重視（熱処理T6/T7前提）。

• 形状：薄肉リブ・ボス・中空は中子設計が鍵。

• 生産数：年間ロット数で砂型・ノーベーク・金型試作など投資判断が変わる。

目標物性（引張強さ/伸び/硬さ）と重要寸法のCPKを最初に数値化して共有。

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2｜DFM（鋳造設計性）の診断チェック ✅

• 肉厚マップ：極端な厚薄を緩和、肉盗みでホットスポットを分散。

• R取り：内角はR2〜3以上で割れ防止&流動改善。

• 抜き勾配：砂割れ防止&肌向上。

• 基準面：機械加工の掴み基準を設計段階で決定。

• 穴・ボス：コア有無、ベント径、コアプリント強度。

• 湯口位置の自由度を残す形状か？（後から変更しやすいようボス/パッドを仮設定）

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3｜CAE（充填・凝固）で“失敗を先に潰す” ️

• 充填解析：乱流/空気巻込みのホットゾーン、到達時間、温度フロントを確認。

• 凝固解析：凝固順序、引けリスク、押湯効果、冷却条件。

• 鋳巣シミュレーション結果を湯道3案で比較し、採用基準を明文化。

• バーチャルDOE：注湯温度・速度・押湯断熱・コアベント条件を多点で走らせる。
  → 試作回数を1回削れるだけで、開発費とリードタイムが大幅削減⏱️

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4｜試作（EVT/DVT）— 24時間で学び切る体制 ⚗️

• サンプル数は最低n=5〜10でバラツキを把握。

• 全数X線＋重要部寸法3次元測定で欠陥地図を作成。

• 金相（共晶Siの形態、Fe系介在物）や密度測定で内部品質を把握。

• 熱処理は炉内温度分布と保持時間をサーモロガーで裏取り。

• ショートループ：試作日に成形→評価→その場で湯道改修→再鋳造まで回す“ワンデー改善”。⚡

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5｜PPAP/APQP視点の量産準備

• FMEA（鋳造&仕上げ&機械加工）：発生×重大度×検出で優先度を決定。

• 管理計画書：砂QC、溶解温度、脱ガスH値、注湯温度、押湯観察、熱処理条件、検査規格。

• 作業手順書（SOP）：写真・ピクト中心で言語依存度を低く。

• 初期流動管理（ILC）：初回ロットの100%X線/寸法を前提とし、合格トリガを明記。

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6｜量産立上げ（SOP）— “2週で安定”の運用モデル ️

• 日次：砂QC、溶解H、温度分布、歩留まり、欠陥率。

• 週次：湯道・押湯の見直し会、仕上げ手直しの再発防止。

• 月次：原材料（地金・回収材）ロット間差の評価、Sr/Ti-B添加量のリセット検証。

• ばらつき源を潰す順序：①砂→②湯→③温度→④押湯→⑤熱処理→⑥仕上げ→⑦加工。

• カイゼンの掟：作業者を責めず工程を責める。再現性のない“勘”を数値化する。

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7｜熱処理で“狙いの伸び”を出す

• 溶体化温度×保持時間：過剰は粗大化、不足は強度伸び不達。

• 急冷：水温・攪拌・部品姿勢で歪みと残留応力が変わる。

• 時効：T6/T5/T7の違いとバラツキ管理。

• 硬さ分布を部位でマッピングし、線膨張差による反りを予見。

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8｜機械加工の“勝ち筋”

• 鋳肌→基準出し→穴→タップの標準順序。

• 刃具摩耗の管理：巣当たりによる刃欠けを画像AIで早期検知。

• 治具設計：鋳物基準で把持し、クランプ歪みを最小に。

• 切粉処理：Al切粉の回収・再溶解までを一気通貫で設計。♻️

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9｜検査：X線・リーク・寸法SPCを一枚ダッシュボードに ️

• X線判定基準（等級表）をサンプル画像付きで共有。

• リーク：機密部はエア/水/ヘリウムいずれか。治具漏れを先に潰す。

• 寸法：CPK≥1.33を目安に、外れ値は工程へフィードバック。

• ダッシュボード：欠陥率・歩留まり・再作業時間・H値・温度偏差をリアルタイム表示

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10｜サステナビリティ：循環と脱炭素に効く7手

1. 回帰砂再生率↑（焼成再生＋微粉抜き）

2. 溶解炉の高効率化（蓄熱バーナ・誘導炉）

3. 廃熱利用（乾燥・予熱）

4. 地金歩留まりの月次KPI化

5. 発煙処理（RTO/スクラバー）

6. LCAでの製品環境値を顧客と共有

7. 再エネ調達＋夜間負荷平準化でCO₂原単位低減

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11｜人材と教育：技術を“見える化”して継承 ‍

• 動画SOP：注湯姿勢・湯面・押湯の“見え”を一人称カメラで。

• 技能マトリクス：砂/コア/溶解/注湯/仕上げ/検査でレベル管理。

• 評価：安全＞品質＞生産性の順。ヒヤリハット共有会で事故ゼロ文化を醸成。

• 多能工化：繁忙変動に耐えるローテーション表を標準化。

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12｜ケーススタディ：薄肉ハウジングの“ひけ巣ゼロ化”

課題：中心ボス周辺に引け巣。
施策：肉盗み＋押湯発熱化＋ベント追加＋注湯温度を-10℃、冷却制御で温度勾配を再設計。
結果：X線欠陥率が8%→1.2%、歩留まり+9.5pt、機械加工サイクル▲12%。
学び：湯道・押湯・温度・肉厚の同時最適が鍵。単独対策は限界がある。

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13｜まとめ

試作から量産立上げまでを一枚の地図でつなぐと、品質の初期値が一段上がります。

• DFMチェック→CAE→ワンデー改善→PPAP/ILC→SOP運用→ダッシュボード可視化
  この循環が回り始めると、不良は“起きてから直す”でなく“起きる前に消す”へ。今日からできる一歩は、“欠陥地図”のテンプレ作成です。次の試作で、あなたの鋳物はきっと“最初から強い”。

 

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