PF法へ真空バルブを応用する

PF法での真空バルブ応用について

PF法(Pore-Free、日軽金が開発)は、金型内の空気・特にその中の80％の窒素を酸素に置換して金型内部に酸素だけを存在させて、鋳造品の品質向上を狙う鋳造法であるが、一般的なPF法では、酸素吹き込みの直前に金型を完全に閉じないでわずかに開いた状態で酸素の吹き込みが行われる。この時に酸素への置換が完全に行われればＰＦ法は有効であるが、しばしば空気中の窒素が金型内に残留するため、巣の形で鋳造品に現れると考えられる。引け巣の問題は別です。

ここでDC金型に真空バルブを設置して大気開放で使用すると、金型内の窒素と酸素の置換が効率良く行われる、つまり大量の酸素を一方の入口から吹き込み真空バルブ（管路断面が確保されている）から窒素80％の空気を排出すれば、PF法としての本来の能力を十分に発揮することができると考えられる。この時、金型スリーブから真空バルブまでの管路の流れに、行き止まりや淀みができないように流れ(FLOW)に留意した金型設計がなされれば、PF法を有効 に応用することができると期待される。

もう少し詳しく書くと、真空バルブと言ってはいるが真空ポンプで吸引する必要はなく、大気に排出するだけなので、トラブルも少ない稼働が期待できる。実際に稼働したら軽く真空を掛けて吸引してみるも面白い。

インサートのある部品

インサートとか鋳ぐるみ（鋳包むと書く）のある部品製造は、鋳造の現場ではあまり好まれない物だが、何かと手間が掛かるし、不良品が発生した場合はまたややこしいことになる。インサート成形とは、別種金属で作られた部品をあらかじめ金型の内部にセットして鋳造なり射出成形を行うのですが、この部品が定位置からズレてしまったり、横型締めでは金型を閉めるときに落下してしまったり、それぞれ対策が要求される。また鉄の部品をアルミダイキャストで使う場合には、その部品が製品となって使用されるときに掛かる荷重の方向に対しインサートがずれないように形状的な配慮をする必要がある。なぜインサートを入れるかは省略します。今回はリング状のインサート品をアルミがフランジのような形で鋳ぐるみます。大まかにいうと画像の灰色部分。この図のメーカーとは関係ありません。

今回はそのインサートが収縮の邪魔して、素直な収縮ができないために寸法に影響を与えたという案件です。鉄インサートは加熱して金型にセットするとしても、その収縮量はアルミの部分よりも少なく内部に応力が残ったままで常温まで冷却されます。アルミと鉄の膨張係数を考えると鉄インサートは溶湯温度程度まで加熱する必要があり現実的ではありません。昔（40年ほど前）汎用の２サイクルエンジンのシリンダー内径部は鉄鋳物のインサートが入っていたのですが、そのインサートを取り出そうと外周からコンタマシン（のこ盤）でアルミ部分を切り始めたところ、途中でバンッと音がしてアルミがはがれた経験があります。これほど内部に応力が残っているのかと実感した記憶があります。脱線しましたが、つまり内部に応力が残った状態ですからひずみが現れます。今回も型メーカーに「寸法が出ていない」と来たようです。インサートを入れないで鋳造したら場合はいかがですか。はい寸法出てます。だよね。

しかし事はこれで終わりません。内部応力を抱えたままなので本来なら応力除去の熱処理をすることが望ましいのですが、どうなっただろうか。アルミ側の残留応力が大きいとリングの内側の切削加工工程で寸法が安定しないような気がします。