高圧ダイカストにおける一般的な製造上の欠陥
2025-01-14 15:02:57 ヒット数：0
高効率で広く使われている金属成形プロセス「高圧ダイカスト」では、溶融金属を高圧かつ高速で充填・凝固させるため、高精度で複雑な形状の鋳物が製造できるものの、複数の要因が相互作用すると、必然的に製造上の欠陥が発生する傾向があります。これらの一般的な欠陥を深く理解することは、ダイカストプロセスを最適化し、鋳造品の品質を向上させ、生産コストを削減するために非常に重要です。
ガス孔
発生原因
- ガスの閉じ込め: ダイカストプロセス中、溶融金属は非常に高速でキャビティに充填されます。このプロセスは非常に速く、キャビティ内の空気を時間内に完全に排出できないことがよくあります。したがって、高速で流れる溶融金属によって鋳物内部に閉じ込められ、ガス細孔が形成されます。例えば、自動車用アルミニウム合金ホイールハブのダイカスト製造において、溶融金属の充填速度が5m/sに達すると、キャビティ内の排気不良により、鋳物内部のガス気孔の不良率が急激に増加しました。充填速度が 3 m/s の場合の 5% から 15% まで。溶融金属の充填速度が秒速数メートル以上になると、ガスが混入する可能性が大幅に高まります。
- ガスの発生：合金材料自体は凝固過程で徐々にガスを発生します。アルミニウム合金を例にとると、水素含有量が多すぎると、鋳物の凝固段階で水素原子が結合して水素ガスが形成され、鋳物の内部にガス細孔の形で現れます。一般に、アルミニウム合金中の水素の溶解度は、温度が低下するにつれて減少します。ある程度温度が下がると過飽和の水素が放出されます。研究によると、アルミニウム合金中の水素含有量が 0.6 ml/100 g を超えると、鋳造品にガス細孔が発生する確率が大幅に増加します。あるアルミニウム合金ダイカストの製造において、原料中の水素含有量の管理が不適切で0.8ml/100gに達し、最終的に製品の50％に気孔欠陥が発生しました。
影響
- 機械的特性の低下: ガス孔の存在は、鋳物内部に隠れた危険のようなものです。鋳物の密度が低下し、内部構造の連続性が破壊されます。鋳物が圧力や外力を受けると、ガス細孔の周囲に応力集中が発生し、これらの弱いガス細孔領域から亀裂が発生して拡大することが多く、鋳物の全体的な強度と靱性が大幅に低下します。自動車エンジンのダイカスト部品にガス気孔があると、エンジンの高速運転下で大きな圧力や交流荷重がかかると、ガス気孔から亀裂が進展する可能性が非常に高くなります。最終的には部品の漏れや損傷につながり、エンジンの通常の動作に重大な影響を及ぼします。関連する試験によると、ガス気孔体積率が 5% のアルミニウム合金ダイカストエンジンシリンダーブロックの場合、ガス気孔のない製品に比べて引張強度が 20% 低下し、疲労寿命が 30% 短縮されます。
- 気密性の問題: 航空宇宙分野の部品やガスパイプラインのコネクターなど、気密性の要求が厳しい一部の鋳物では、気孔の存在が直接ガスや液体の漏れにつながり、製品が使用要件を満たせなくなり、場合によっては重大な事故を引き起こす可能性があります。安全事故。航空エンジンの燃料ノズルのダイカスト製造では、高温高圧の燃料噴射環境下で、たとえ小さな気孔であっても、ひとたびガス孔が現れると、燃料漏れが引き起こされ、エンジンの故障につながる可能性があります。統計によると、ガス細孔によって引き起こされる航空エンジン部品の故障は、すべての故障原因の 10% を占めています。
引け巣と気孔率
発生原因
- 凝固収縮: 溶融金属は凝固する過程で体積が収縮します。収縮プロセス中にランナー、ライザー、その他の部品から適時に供給を受けないと、鋳造品の最後に固化する部分に収縮巣や気孔が形成されます。一般に、鋳物の厚肉部分は薄肉部分よりも熱の放散が遅く、凝固時間が長くなります。凝固後期では、供給不足により引け巣や気孔が発生しやすくなります。たとえば、大きくて複雑な構造部品をダイカストする場合、肉厚が不均一であるため、厚い領域は凝固中に大きな収縮を起こしますが、周囲の薄肉部品はすでに凝固しており、十分な溶融金属を供給できません。餌やり。その結果、肉厚部分に引け巣や気孔欠陥が発生しやすくなります。市場の大型アルミニウム合金サポートのダイカストプロセスでは、厚肉部分（肉厚 20 mm）の冷却速度は薄肉部分（肉厚 5 mm）の冷却速度の 3 倍遅くなります。厚肉部の供給不足により、引け巣や気孔率の不良率が30％にも達します。
- 固化モード: 合金の凝固モードも、引け巣の形成と気孔率に重要な影響を与えます。層ごとに凝固する特性を持つ合金は引け巣を形成する傾向が大きく、一方、どろどろとした凝固モードを持つ合金は気孔が発生する可能性が高くなります。たとえば、錫 - 青銅合金は層ごとの凝固モードに近いため、ダイカスト プロセス中に約 25% の引け巣欠陥が発生する確率があります。どろどろに固まるアルミニウム合金と比較すると、引け巣の問題がより顕著になります。
影響
- 内部構造の弱体化: 引け巣や気孔の出現により、鋳物の内部の緻密性が損なわれ、鋳物の内部に多数の小さな空隙や多孔質領域が生じます。これは、鋳物の機械的特性を低下させ、外力を受けたときに変形や破損を起こしやすくするだけでなく、鋳物の疲労寿命にも影響を与えます。自動車サスペンション システムのダイカスト部品など、繰り返しの交互荷重に耐える必要がある一部の部品では、引け巣や気孔が疲労強度を大幅に低下させ、部品の早期故障につながります。実験によると、気孔欠陥のある自動車用サスペンション ダイカストの疲労寿命は、正常な部品の疲労寿命よりも 40% 短いことがわかりました。
- 耐圧性の低下：油圧バルブ本体や高圧配管継手など、高圧に耐える必要がある鋳物は、引け巣や気孔によりシール性が低下し、高圧環境下では漏れが発生し、正常に機能しなくなる可能性があります。 。例えば、市場企業による油圧バルブ本体のダイカスト生産では、引け巣や気孔欠陥が原因で、20MPaの圧力試験中に製品の漏れ率が15%に達し、実際の耐圧を満たせませんでした。使用要件。
コールドシャット
発生原因
- 充填条件が悪い: 溶湯の充填工程において、無理なゲート設計により溶湯の流れが不均一で遅くなったり、溶湯自体の温度が低すぎたり、流動過程での熱の放散が早すぎたりして流動性が低下します。溶けた金属はさらに悪化します。 2 つ以上の溶融金属の流れが合流すると、それらは完全には融合できず、鋳物の表面に不完全に融合しているように見える隙間、つまりコールド シャットが形成されます。例えば、複雑な形状の薄肉鋳物をダイカストする場合、ゲート位置が不適切であると、薄肉部分を流れる際に溶湯の温度が急激に低下し、流速が遅くなります。薄肉領域の交差点や溶融金属流の接続点にコールド シャットを形成するのは非常に簡単です。
- 金型温度の不均一：金型の表面温度が均一ではなく、温度が低すぎる部分があります。溶融金属がこれらの低温領域に接触すると、急速に冷却されて凝固し、その後の溶融金属の流れがうまく合流できなくなり、コールド シャットが発生します。ある金型の製造において、冷却システムの故障により、金型の局所的な温度が通常の動作温度より 50 °C 低くなりました。この地域で生産される鋳物の冷間遮断不良率は40%にも達しました。
影響
- 外観品質の損傷: コールドシャットは鋳物の外観品質に直接影響し、表面に明らかな不連続な痕跡が残り、製品の美観と全体的な品質が低下します。電子製品のハウジングや装飾品など、外観に対する高い要件が求められる一部の製品では、コールドシャットの欠陥が直接製品の廃棄につながります。市場の鋳造工場による電子製品用アルミニウム合金ハウジングの生産において、コールドシャット欠陥により、製品の不適合率が10％に達し、数十万元の直接的な経済損失をもたらしました。
- パフォーマンスの低下：冷間遮断時の金属結合強度が比較的低い。これは、鋳物の強度を低下させ、外力を受けたときにコールドシャットから破損しやすくするだけでなく、鋳物のシール性能にも影響を与えます。自動車のエンジンのシリンダーブロックやポンプ本体など、シールが必要な一部の鋳物では、冷間遮断により液体やガスの漏れが発生し、機器の通常の動作に影響を与える可能性があります。研究によると、コールドシャット欠陥のある自動車エンジンのシリンダーブロックのシール性能は 30% 低下し、高圧テスト下では漏れが発生する可能性が高くなります。
フラッシュ
発生原因
- 過剰な金型クリアランス：ダイカスト工程において、金型のパーティング面やスライドブロックとキャビティの隙間が大きすぎると、高圧の溶融金属の作用により、この隙間から溶融金属が溢れ出て成形されてしまいます。フラッシュ。金型を長期間使用すると、高圧溶融金属の洗掘、型開閉時の機械的衝撃、熱膨張収縮などにより、パーティング面が徐々に摩耗し、クリアランスが増加します。また、金型の製作精度が高くなく初期クリアランス過大の問題がある場合もバリが発生しやすくなります。実験の結果、あるダイカスト金型を5000回使用した後、パーティング面のクリアランスは初期の0.05mmから0.15mmに増加し、バリの不良率は2%から10%に増加しました。
- クランプ力が不十分です: ダイカストでは、キャビティ内の溶融金属によって発生する圧力に耐えるために十分な型締力が必要です。型締力が不十分で金型のパーティング面の開きを効果的に防止できない場合、圧力差により溶融金属がパーティング面から溢れ出てバリが発生します。例えば、大型鋳物や薄肉鋳物のダイカストでは、溶湯の充填圧力が大きいため、型締力の選定を誤るとバリが発生しやすくなります。 500mm×300mmの大型アルミニウム合金鋳物をダイカストする場合、型締力が理論要求の80％未満の場合、バリの不良率が5％から25％に急増しました。
影響
- 後処理ワークロードの増加: バリの存在により、その後の鋳物の洗浄と加工の作業負荷が大幅に増加します。バリの除去には多大な人的資源、資材、時間が必要となり、生産コストが増加します。バリを除去する一般的な方法には、手動研磨、機械処理、化学腐食などが含まれます。ただし、どの方法を使用する場合でも、追加のプロセスと資源投入が必要です。統計によると、あるダイカスト工場ではバリ欠陥により後処理コストが20%増加し、年間約50万元の追加コストが発生しました。
- 寸法精度と組み立ての問題：バリにより鋳物寸法が設計公差範囲を超え、他の部品との組立精度に影響を与える場合があります。航空エンジン部品の組み立てなど、寸法精度が非常に要求される組み立て作業では、バリによる寸法のずれにより組み立て全体が完了できなくなり、さらには製品の性能や安全性に影響を与える場合があります。ある航空エンジンブレードの組み立て工程において、ブレードのバリにより0.1mmの寸法誤差が発生し、組み立て不良率が1%から10%に増加し、生産の進捗に深刻な影響を及ぼしました。
表面の傷
発生原因
- 摩擦効果: ダイカスト工程では、鋳物と金型表面の間に大きな摩擦力が発生します。金型表面が十分に平滑でなく、小さな突起、傷、または拉伤痕がある場合、脱型工程中に金型表面の欠陥によって鋳物の表面に傷がつきやすく、表面傷が形成されます。さらに、コーティングが不均一に塗布されると、鋳物と金型表面の間に効果的な潤滑絶縁層が形成されず、摩擦力が増大し、表面の傷が発生します。例えば、塗装が少ない箇所では鋳物と金型が直接接触するため、摩擦力が大きくなり、表面に傷がつきやすくなります。あるダイカスト生産において、金型の表面粗さRa値が0.8μmから1.6μmに増加すると、鋳物の表面傷の不良率が3%から10%に増加しました。
- 不当なプロセスパラメータ: ダイカスト速度や抜き勾配などのダイカストプロセスパラメータの不当な設定も、表面傷のリスクを高めます。ダイカスト速度が速すぎると鋳物と金型表面との摩擦力が瞬間的に増加し、抜き勾配が小さすぎると鋳物を脱型する際の抵抗が増加し、表面に傷が発生する可能性があります。あるダイカスト工程において、ダイカスト速度を3m/sから5m/sに上げ、抜き勾配を3°から1°に下げると、鋳物の表面傷の不良率が1.5%から増加しました。 5%から20%。
影響
- 表面品質の低下: 表面の傷は鋳物の表面の完全性に直接ダメージを与え、表面品質を低下させます。これは鋳物の外観に影響を及ぼし、表面が荒れて不均一になるだけでなく、鋳物の耐食性も低下します。湿気の多い環境や腐食性の媒体環境では、傷がついた部品が腐食の起点となりやすく、鋳物の腐食損傷を加速させます。実験によると、塩水噴霧腐食環境では、表面に傷欠陥のある鋳物の腐食速度は、通常の鋳物の腐食速度よりも 50% 速いことがわかりました。
- 応力集中と疲労寿命の短縮：スクラッチ領域はストレス集中点を形成します。鋳造が外力または交互の荷重にさらされると、これらの応力集中点は亀裂を開始および拡張する傾向があり、鋳造の疲労寿命を減らします。クランクシャフトや自動車エンジンの接続ロッドなど、長期にわたる交互の荷物に耐える必要がある部分の場合、表面の傷はサービス寿命を大幅に短くします。調査によると、表面のスクラッチ欠陥を備えた自動車エンジンコネクティングロッドの疲労寿命は、通常のコネクティングロッドの疲労寿命よりも35％短いことが示されています。
高い圧力ダイ鋳造とその原因と影響の一般的な製造欠陥を理解することは、これらの欠陥を解決して防止するための鍵です。金型設計の最適化、ダイの改善 - 鋳造プロセスパラメーター、金型の維持と維持の強化、オペレーターのスキルの向上などの多重測定を通じて、製造欠陥の発生は効果的に減少し、高圧ダイの品質と信頼性を低下させることができます。鋳物は、高品質の鋳物に対するさまざまな産業のニーズを満たすために改善できます。
