精密鋳造用ゲートシステムの設計基本原理

1．溶融金属の円滑な充填を確保すること

(1) 溶融金属の流速および流量を制御し、溶融金属の流れ込みや飛散現象を回避するとともに、気体および不純物の混入を防止すること。
ランナーの形状および寸法を適切に設計し、溶融金属がランナー内をスムーズに流れ、徐々に加速してキャビティ内に流入し、衝撃および乱流を低減する。

(2) キャビティ内の溶融金属の上昇速度を均一に保ち、局所的な過熱や冷間閉鎖（コールドシャット）などの欠陥を防止する。
内ランナーの位置および本数を適切に配置し、溶融金属がキャビティ全体のすべての部分に均等に充填されるようにする。
鋳物の形状および寸法に応じて、適切な充填時間および溶融金属の流速を算出し、均一な上昇速度を確保する。

2. 排気およびスラグ除去に有利

(1) キャビティ内のガスをスムーズに排出できるよう、合理的な排気通路を設計する。
鋳造システム内に吐出口、湯口などを作成し、気体が適時に排出されるようにして、鋳物内の気孔などの欠陥を防止します。
ゲートの配置は、気体の流れおよび排出を促進し、キャビティ内への気体の滞留を防ぐようにする必要があります。

(2) 非金属介在物の浮上および除去を促進します。
ゲートの形状および溶湯の流動特性を活用し、溶湯の流動中に非金属介在物が湯口またはスラグバッグへと浮上するようにします。
非金属介在物を収集・除去するため、スラグバッグの位置およびサイズを適切に設定します。

3. 凝固順序の制御

(1) 溶湯が所定の凝固順序で凝固するよう誘導し、良好な鋳造品質を確保します。
ゲートのサイズ、位置および本数を調整することにより、溶湯の冷却速度および凝固方向を制御します。
逐次凝固の原理を採用し、鋳物を湯口から離れた位置から凝固させることが可能です。
そして、徐々に湯口に向かって進み、鋳物の密度を確保します。

(2) 湯口および冷鉄を適切に配置し、鋳物の凝固過程を調整します。
湯口は、鋳物の凝固中に生じる収縮を補償するために用いられ、縮孔や縮れなどの欠陥を防止します。
鋳物の形状および寸法に応じて、湯口の位置、サイズおよび数を決定します。
冷鉄は、鋳物の局所的な冷却速度を加速させ、凝固順序を変化させ、鋳物の品質を向上させます。

4. 掃除および操作が容易

(1) 注湯系の構造は簡素で、ランナーおよび湯口などの残渣を容易に清掃・除去できるようにする必要があります。
注湯系が鋳物の清掃工程において鋳物から容易に分離できるよう、過度に複雑なランナー形状および接続方法を設計しないでください。
ゲートの位置は、鋳物の外観および性能に影響を及ぼさず、後工程の加工および処理が容易な位置に選定する必要があります。

(2) 鋳造プロセスの操作性を考慮し、生産効率を向上させます。
湯口系の設計は、鋳造設備およびプロセスと整合性を持たせ、操作および制御が容易である必要があります。
ゲート、リザーバーなどの位置を適切に配置し、鋳造工程中の湯入れ、収縮補償、排気などの作業を実施できるようにします。

シェル製造工程における砂流し（サンドポーリング）および浮遊砂（フローティングサンド）には、それぞれ長所と短所があります。

砂流しの長所：

(1) 砂粒の分布が比較的均一であり、シェルの厚さの均一性をより確実に確保できます。

(2) 形状が複雑な鋳物の場合、砂流しによりすべての部位をよりよく被覆できます。砂型鋳造の短所：
設備要件は比較的高く、特別な砂型鋳造装置が必要です。
作業中に粉塵がより多く発生する可能性があります。

浮遊砂の利点：

（1）操作が比較的簡単で、コストが低い。

（2）砂層の厚さを必要に応じて調整できます。

浮遊砂の欠点：

（1）砂粒子の分布が砂型鋳造ほど均一ではなく、一部の領域では厚すぎたり薄すぎたりしやすくなります。

（2）複雑な形状の鋳物の場合、完全な被覆が得られない問題が生じる可能性があります。

一般に、砂型鋳造とフローティングサンド（浮遊砂）の選択は、具体的な生産要件、鋳物の形状、コストその他の要因によって決まります。シェル（鋳型殻）の品質要求が高く、かつ対応する設備および技術的サポートが整っている場合は、砂型鋳造を検討できます。一方、操作の簡便性と低コストを重視する場合は、フローティングサンドが選択肢となる可能性があります。また、実際の状況に応じて実験や最適化を実施し、最も適したシェル成形方法を決定することも可能です。