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ダイカスト肉厚鋳物のポーラス発生理由
- 肉厚鋳物のポーラス発生理由について説明します。
- 肉厚が厚くなるとポーラスが発生しやすいため、強さを必要とする場合は、リブを用いることでポーラスの発生を抑えることができます。
- ポーラスの発生を防ぐためには、壁厚を厚くせずにリブを活用することが重要です。
- 鍛造金型
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熱応力 残留力 からきます 引け巣になるのは アルミが柔らかいからです アルミもあまり熱伝導率の高いものではありません 鉄なんかに比べれば高いですが http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E4%BC%9D%E5%B0%8E%E7%8E%87 ダイヤ カーボンナノチューブ 等に比べてです アルミのこんなブロックを鋳造したとします ┌───────────┐ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ └───────────┘ 湯流れとかは考えてません 表層から消えて固まっていきます 冷えて行けば金属はチヂミ ます ┌───────────┐ │ →→→→←←←←← │ │↓ ↓│ │↓ ↓│ │↓ ↓│ │↓ ↓│ │↑ ↑│ │↑ ↑│ │↑ ↑│ │↑ ↑│ │↑ ↑│ │ →→→→←←←←← │ └───────────┘ このとき まだ中心部は 溶けているので 表層のチヂミに引っ張られます ┌────────────┐ │ →→→→→←←←←← │ │↓ ↑↑↑↑↑↑ ↓│ │↓ ← → ↓│ │↓ ← → ↓│ │↓ ← → ↓│ │↑ ← → ↑│ │↑ ← → ↑│ │↑ ← → ↑│ │↑ ↓↓↓↓↓↓ ↑│ │↑ ↑│ │ →→→→→←←←←← │ └────────────┘ このとき 湯が供給されてなければ巣になります ↑ これは引け巣とは言わない場合もある やがて冷えてきて中心部も溶融点より低くなる っても 表層と中心部には温度差があります 表層のほうが早く縮まり 中心部は表層に引っ張られながら収縮します ┌────────────┐ │ →→→→→←←←←← │ │↓ ↑↑↑↑↑↑ ↓│ │↓ ← → ↓│ │↓ ← →← → ↓│ │↓ ← ↓ ↓ → ↓│ │↑ ← ↑ ↑ → ↑│ │↑ ← →← → ↑│ │↑ ← → ↑│ │↑ ↓↓↓↓↓↓ ↑│ │↑ ↑│ │ →→→→→←←←←← │ └────────────┘ このとき アルミの引っ張り力を こえると 避けたような巣 （引け巣）になります 超えずに固まると 力だけ残ります ┌────────────┐ │ →→→→→←←←←← │ │↓ ↑↑↑↑↑↑ ↓│ │↓ ← → ↓│ │↓ ← →← → ↓│ │↓ ← ↓ ↓ → ↓│ │↑ ← ↑ ↑ → ↑│ │↑ ← →← → ↑│ │↑ ← → ↑│ │↑ ↓↓↓↓↓↓ ↑│ │↑ ↑│ │ →→→→→←←←←← │ └────────────┘ これを残留応力 http://www.weblio.jp/content/%E6%AE%8B%E7%95%99%E5%BF%9C%E5%8A%9B 熱勾配により発生する力です 先に書いた熱伝導率が ダイヤ・カーボンナノチューブ のように 温めたら 中心部まで すぐ熱が伝わる 材料以外は樹脂でも鉄でもなんでも起きます 力のバランスがとれているので 見た目にはまったくわかりませんが 加工で表層だけ取ると 力のバランスが崩れ 変形したり 割れたりします ← とった瞬間に変形・割れればいいのですが 時間をかけて割れます 一か月ごとか 1年ごとか 水素脆弱と混同されてますが ちがう 鉄なんかの場合は もう一度あたため 熱勾配が起こらないようにゆっくっりさまします ← 焼きなまし など アルミなんかの場合 ショット で 分子を振動させ 振動により 残留応力を 取ってます 熱応力による歪 http://www.youtube.com/watch?v=1Pt5wjjKrH0 ↑ 色が温度 一か所出し温めている 変形が力 ↑ 固定されてないので動くが 拘束されていれば ストレス（応力）になる なんか、昨日も書いた あまり、技術者の知られていない orz はまりにはまった ← アルミダイキャストで 溶接 ← 溶接割れ 焼き入れ ← 焼き割れ 加工（素材の残留応力が悪さ）← 残留応力われ 歪 ↑ 原因はみんな一緒
私は次のように考えます。 回答（1）は、砂鋳物にも当てはまる考え方で、ダイキャストでは溶湯にガスが混じるという前提にたてば、質問者の「なぜダイキャストだけが？」という質問の回答になるかと思います。ある程度ダイキャスト用語の意味を理解されているとの前提で書き込みます。ダイキャスト法では金型に溶湯を流し込む速度が速いため金型内に有ったガス（空気）を巻き込んだまま凝固が始まってしまいます。このため凝固時に回答（1）のようなメカニズムで空間にガスが集まるということが考えられます。実際にはガスを含む巣と収縮による巣が混在することも有ります。 だから例えばアルミ鋳物でも均一な肉厚設計が求められますがダイキャストではより細かな肉厚設計が求められます。その結果軽量化が可能になります。 追記（2）ダイキャストの場合（アルミとして）、巣といっても凝固収縮により内部がほぼ真空になったものと、ガスが巻き込まれて巣となったものの二つがあることを知っておいてください。この二つは、巣の内壁を切断して観察するとすぐ判断できます。内壁がつるっとして光沢があるもの＝ガス有り。不規則な形状で内部がガサガサ荒れたようなもの＝収縮巣。となります。
材質についての記述が無いので、日本で最も多く使用されているアルミダイカスト用合金のADC12と仮定します。 アルミの溶湯が凝固する際に、体積収縮率としては一般的に６％が使用されます。 次に凝固する時の状況ですが、肉厚の薄い部分から固まります。 この凝固する時に肉厚の厚い部分のまだ固まっていない溶湯を、肉厚の薄い部分の体積収縮分を補うようにして凝固していきます。 その結果、最終凝固部となる肉厚の厚い個所にひけ巣(ポーラス)が発生します。 よって、教本のように肉厚を厚くして強度を確保するのではなく、基本肉厚と同等の厚みを持つリブを用いて補強するのが、全体の品質を確保できます。 それでも体積収縮分のひけ巣は発生しますが、全体の凝固のタイミングをそろえることで、非常に小さな巣を点在させることになります。
