要点まとめ

ダイカスト表面のフローマークは、金型充填プロセス中に溶融金属の流れが不均一であることを示す、目に見える線、筋、または模様です。これらの主な原因は、金型温度の低下、充填速度の不適切さ、または金型設計の欠陥などによる早期固化です。これらの欠陥を解決するには、工程パラメータの体系的な調整、金型温度の最適化、およびゲート系の改良により、金型キャビティへの滑らかで均一な充填を確保する必要があります。

フローマークの理解：定義と視覚的識別

ダイカスト成形プロセスにおいて、完璧な表面仕上げを実現することは主な目標です。しかし、さまざまな欠陥が生じることがあり、その中でも流れ跡（フローマーク）は最も一般的なものの一つです。流れ跡、あるいはフローラインと呼ばれることもあるこの欠陥は、非方向性の線、筋、または静脈状に現れる表面の不具合です。これらのパターンは地理図のような形状に見え、溶融金属が金型キャビティを充填する際に進んだ経路を示しています。これらは通常、表面レベルの欠陥ですが、目で確認できたり手で触れたりするため、鋳造物の表面に何らかの不規則性があることを示しています。

流れしわの発生は熱力学および流体力学の問題である。これは金型内の溶融金属の異なる流れが完全に融合しない場合に生じる。ある部分の液状金属がまだ流れている他の部分とは別に早期に固化してしまうことが原因である。まだ溶けている金属がこうした部分的に固化した領域の上を流れるとき、不完全な継ぎ目や表面に見える線が形成される。これらは割れ目ではなく、金属のフロントが完全に一体化せずに乱流または断続的な充填プロセスが起こったことの証拠である。

流れしわを視覚的に識別することは、問題を診断する最初のステップである。品質管理技術者は、他の欠陥と区別するために特定の特徴を確認する。主な視覚的指標は以下の通りである：

• 筋状または線状の模様： 最も一般的な外観は、基本金属の質感とは明確に異なる、滑らかでわずかにうねった線である。
• 非方向性のパターン： 傷 scratches とは異なり、はっきりとした方向性があるのに対して、流れ模様（フローマーク）は渦を巻いたり、蛇行したパターンとして現れることが多いです。
• 色ムラ： これらの模様は、周囲の表面と比べてわずかに異なる色調または光沢度を持つことがあります。
• 場所： ゲート付近や複数の溶融金属の流れが合流する場所に現れやすいです。

流れ模様と熱ひび（ヒートチェック）のような他の欠陥を区別することは重要です。ヒートチェックマークとは、金型自体の熱的疲労によって鋳物表面に生じる微細な亀裂のことであり、単一のサイクル中の金属の流れに関する問題によるものではありません。こうした違いを理解することは、適切な是正措置を講じるために不可欠です。

ダイカストにおける流れ模様の根本原因

流れ跡は単一の要因によって引き起こされるものではなく、工程条件、金型設計、材料取り扱いに関連する複数の要因が組み合わさった結果です。正確な原因を特定するには、ダイカスト工程全体を検証する必要があります。主な原因は、溶融合金がキャビティ内を充填する際に早期または不均一な冷却を促進するような条件にあります。

最も重要な要因の一つは温度—金型の温度と溶融金属の温度—です。金型温度が低いことが頻繁な原因となります。たとえば、アルミニウム合金で180°C未満、亜鉛合金で90°C未満の場合、金属が金型表面に接触した際に急速に冷却されすぎてしまいます。同様に、溶融金属自体の温度が最適でない場合、その粘度が上昇し、滑らかな流動が妨げられ、別々の流れが適切に融合しないことになります。これが製品表面に特徴的な筋状や線状の跡を生じさせます。

金型への金属の注入プロセスの動的挙動も同様に重要である。充填速度が不適切であると、プロセスが乱れる可能性がある。速度が遅すぎると、キャビティが完全に満たされる前に金属が冷えてしまう時間が長くなり、コールドシャットや流れ跡（フローマーク）が生じる。一方、速度が速すぎると乱流が発生し、空気が閉じ込められ、層流が妨げられ、これも表面欠陥を引き起こす。目標は乱流を発生させることなく、可能な限り迅速にキャビティを充填することであり、これは精密な制御を要する繊細なバランスである。

成形条件のパラメータを超えて、金型およびその構成部品の物理的設計が基本的な役割を果たします。ゲートおよびランナーシステムの設計不良は、流動問題の一般的な原因です。小さすぎるまたは不適切な位置にあるゲートは流れを制限したりジェット状の流れを発生させたりし、ランナーシステム内の鋭いコーナーは乱流を引き起こす可能性があります。さらに、十分でないエアベントは、金属がキャビティに流入する際に閉じ込められた空気やガスの逃げ道を妨げます。この閉じ込められた空気は障壁として働き、金属の流れを妨害し、表面に欠陥を生じさせます。最後に、離型剤やコーティングの使用は慎重に管理されなければなりません。過剰または不均一に塗布されたコーティングは金属の流れを阻害し、金型の表面温度に影響を与え、フローマークの発生を助長する可能性があります。

実績のある解決策と予防戦略

流痕を効果的に除去するには、診断段階で特定された根本原因に対処する体系的なアプローチが必要です。対策としては、工程パラメータの調整、金型の改修の可能性、および予防的な設計戦略の導入が含まれます。最も即座に実施でき、かつ効果的な変更は、機械設定に対するものです。

最初の対策として、温度の最適化があります。金型温度を上昇させることで、溶融金属がより長時間流動状態を保ち、固化前に異なる流れのフロントがシームレスに融合するようになります。以下のような情報源が推奨しています。 Minghe Casting アルミニウムの場合は180°C以上、亜鉛の場合は90〜150°Cの範囲内で温度を維持することが適切な出発点です。溶融金属の温度を調整することで流動性をさらに向上させることもできます。温度に加えて、充填速度の最適化も極めて重要です。これは、金属の一部が凝固する前にキャビティが完全に充填されるように適切な射出速度を見つける一方で、過度の乱流を引き起こさないよう配慮することを意味します。これらのパラメータを微調整することは、特定の部品および金型に対して最適なバランスを見出すために、繰り返し行うことが一般的です。

工程パラメータの調整だけでは不十分な場合、金型自体に焦点を移す必要があります。ゲートシステムの設計が極めて重要です。これには、金属がキャビティに流入する際の流れの状態を改善するために、ゲートの断面積や位置を調整することが含まれます。オーバーフローリブを拡大し、ベントを改善することで、閉じ込められた空気や冷えた金属が逃げる経路を確保し、より均一な充填を実現できます。また、金型離型剤の使用は薄く均一になるよう慎重に管理し、金属の流動を妨げないよう注意する必要があります。以下の表に問題と対策のアプローチをまとめます。

長期的な予防策として、特に新部品の開発段階では、現代の技術が強力なツールを提供しています。設計段階で金型流動シミュレーションソフトウェアを使用することは、非常に効果的な予防策です。 Bruschi 専門家たちが指摘しているように、これらのプログラムは金属が金型内をどのように流れるかを予測でき、実際に金型を加工する前であらかじめ、流れ目が発生する可能性のある問題領域を特定できます。これにより、エンジニアはゲート、ランナー、冷却システムを仮想的に最適化でき、初めから欠陥を防止することで、大幅な時間とコストの削減が可能になります。

金型設計および材料選定が流れ目に与える影響

オペレーターは工場の現場で工程パラメータを調整できる一方で、流れ跡（フローマーク）を防止する最も堅牢な対策は、金型の初期設計や鋳造合金の選定に組み込まれていることが多くあります。これらの基本的な要素は、溶融金属が流動し、凝固する際の根本的な条件を決定するものであり、一貫して高品質な表面仕上げを得る上で極めて重要です。

良好に設計された金型は、欠陥のない鋳造品を生み出す上での基盤です。スプルー、ランナー、ゲートを含むゲート系は、溶融金属を制御された、乱流のない方法でキャビティ内に供給するように設計されなければなりません。『～』などの資料で強調されている金型設計のベストプラクティスとして、 Prototool 、スムーズな遷移、適切なサイズのチャンネル、および均一な充填パターンを促進するゲート位置に重点を置く必要があります。同様に重要なのがベントおよびオーバーフロー系統です。ベントとは、金型キャビティ内に閉じ込められた空気が金属の流入時に逃げるための小さなチャンネルです。十分なベントが確保されていないと、この閉じ込められた空気がバックプレッシャーを引き起こし、流れを妨げ、フローマークや気孔などの欠陥を生じる可能性があります。

素材の選定も、控えめながら重要な役割を果たします。亜鉛（Zamak）とアルミニウム（例えばA380）などの異なるダイカスト合金は、それぞれ固有の熱的性質および流動特性を持っています。亜鉛合金は一般的に融点が低く流動性が高いことから、ある種の状況ではより許容範囲が広くなることがあります。しかし、各合金にはそれぞれ最適な鋳造温度、圧力、速度の範囲があります。これらの性質を理解することは、金型設計および工程条件を調整し、流動関連の欠陥を防止するために不可欠です。シリコンやマグネシウムの含有量など、合金の化学組成は、凝固挙動や特定の欠陥に対する感受性にも影響を与えることがあります。

結局のところ、表面欠陥を防ぐことは、最初から最後まで精密なエンジニアリングを行うことに他なりません。この原則はダイカストにとどまらず、その他の高性能製造方法にも及びます。たとえば自動車部品の分野では、熱間鍛造のような工程においても、構造的完全性と完璧な表面を確保するために、材料の流動を細心の注意を払って制御する必要があります。自動車用鍛造部品など品質が絶対的に求められる重要な用途において、こうした複雑なプロセスを習得することで評価を得ている企業、例えば シャオイ (寧波) メタルテクノロジー は、高度なシミュレーション技術、自社内での金型設計、厳格な品質管理を駆使して、鋳造・鍛造を問わず欠陥のない部品を生産し続けるという姿勢の象徴となっています。

よく 聞かれる 質問

1. ダイカストにおけるヒートチェック痕とは何ですか？

ヒートチェックマークは、ダイカスト部品の表面に現れる網目状の微細な亀裂です。フローマークが単一のショットにおける溶融金属の流れの問題によって生じるのとは異なり、ヒートチェックは金型鋼材自体の熱疲労によって引き起こされます。多数の加熱・冷却サイクルを経ると、金型の表面に亀裂が発生し、それがそこから作られるすべての部品の表面に転写されます。これは工程パラメータの問題ではなく、金型の摩耗の兆候です。

2. 射出成形におけるフローマークの解決方法は？

本記事の焦点はダイカストですが、同様の理由でプラスチック射出成形でもフローマークが発生します。その解決策も概念的には類似しています。流れを改善するために金型と溶融プラスチックの温度を上昇させ、金型が均等に充填されるよう射出速度および圧力を最適化し、ゲートやランナーを拡大することで金型設計を改良します。また、バックプレッシャーを高めることで材料が均一に充填されることを確保し、流れに関連する欠陥を防止することも有効です。