ダイカストを理解する

エンジンブロックからドアハンドルまで、ダイカストは、大小の部品に適した、高速で正確で再現性のある金属製造技術です。ダイカスト部品は優れた表面仕上げを備えており、このプロセスはさまざまな非鉄金属と互換性があります。

ダイカストに関連する初期費用が高いため、このプロセスは通常、大量生産に使用され、製造規模が高い機械および工具の費用を補います。大量注文を行う顧客と協力することはダイカスト会社の経済的利益のためであるため、ダイカストのプロトタイプと少量生産の実行は入手が困難です。ただし、3ERPは現在、小規模なダイカスト注文を希望するお客様に独自のダイカストソリューションを提供しています。

この記事では、金属ダイカストについて詳しく説明し、適切な材料、表面仕上げ、およびプロセスの用途について説明します。

ダイカストとは何ですか？

ダイカストは、高圧を使用して溶融金属を2つのダイで形成された金型キャビティに押し込むタイプの金属鋳造です。射出成形のプラスチック製造プロセスと特徴を共有しています。

より大きな金属鋳造の世界では、ダイカストはその精度、高品質、および詳細レベルのために最も人気のある技術の1つです。何千年もの間存在してきた金属鋳造のより広いカテゴリーには、金型を使用して液体金属を形成する多くの異なるプロセスが含まれています。歴史的に、そのようなプロセスは通常、重力の助けを借りて液体金属を型に注ぐことを含みました—そして多くの金属鋳造プロセスはまだこのように機能します。ただし、ダイカストは19世紀に導入された比較的新しい形式の金属鋳造であり、重力の代わりに圧力を使用して金型キャビティを充填します。

ダイカストは、金属を金型キャビティに押し込むために使用される圧力の量（通常は10〜140メガパスカル）のため、高圧ダイカストと呼ばれることもあります。低圧ダイカスト（LPDC）の関連プロセスはあまり一般的ではありません。ダイカストは通常​​、ホットチャンバーダイカストとコールドチャンバーダイカストの2つのカテゴリのいずれかに分類され、さまざまな種類の金属に適しています。ただし、セミソリッドメタルキャスティング（SSM）など、他にもニッチなタイプのダイカストがあります。

ダイカストの仕組み

簡単に言えば、金属ダイカストは、高圧を使用して溶融金属を2つの焼入れ鋼ダイで形成された金型キャビティに押し込むことによって機能します。キャビティが満たされると、溶融金属が冷却されて固化し、金型が開いて部品を取り外すことができます。ただし、実際には、プロセスには多くのステップがあり、ダイカスト装置を操作するには熟練したエンジニアが必要です。

ここでは、ダイカストプロセスを3つの段階に分けます。

金型製作 キャスト 加工後

ダイカスト金型の作り方

ダイカスト金型は、カバー側（固定プレートに取り付けられている）とエジェクタ側（可動プレート上）の少なくとも2つの半分で構成されています。一部のダイには、スライドやコアなどの他のセクションもあり、穴やねじ山などのより複雑なパーツを作成するために使用されます。

製造される部品のサイズによっては、ダイカスト金型に複数のキャビティがあり、サイクルごとに複数の部品を製造できる場合があります。このような金型には、いくつかの同一のキャビティ（複数のキャビティダイ）または異なるキャビティを組み合わせて異なる部品を製造する（ユニットダイ）かのいずれかがあります。

ダイカスト用の工具は、優れた耐摩耗性と延性に加えて、非常に強力で耐熱性が必要です。したがって、これらは高性能の硬化工具鋼でできており、多くの場合熱処理されており、1時間あたり数百回の鋳造サイクルと全寿命にわたって最大200万回のサイクルを経ることができます。ダイカスト工具は、非常に高い型締力の下で性能を維持する必要があります。

ダイカスト金型の作成は、鋳造固有の設計およびシミュレーションツールと組み合わせて使用​​されるコンピューター支援設計（CAD）から始まります。射出成形金型と同様に、ダイカスト用の工具には、溶融材料がキャビティに入ることができるように、スプルーホール、ランナー、およびゲートが必要です。金型を固定して取り出しを容易にするために、ロッキングピンとエジェクタピンも組み込む必要があります。金型のデジタル設計により、複雑な形状と厳しい公差を作成できます。

CNC機械加工は、ダイカスト工具の製造に広く使用されています。通常、ダイカスト金型製作は、金型形状の荒加工から始まり、金型の熱処理、最後に仕上げ加工のラウンドが続きます。プロトタイプグレードのダイは、CNC機械加工、または選択的レーザー焼結（SLS）などの他のプロセスを使用して、迅速な工具を使用して作成することもできます。

金属部品の鋳造方法

射出成形と同様に、金型製作後、ダイカスト部品をダイカスト機で製作することができます。ダイカストプロセスは、準備、充填、排出、およびシェイクアウトの4つの主要な段階で構成されます。

ただし、鋳造プロセスは、ホットチャンバーとコールドチャンバーのどちらを使用するかによってわずかに異なります。高圧ダイカストプロセスのこれら2つのバリエーションには、さまざまな利点があります。1つは高速鋳造に適していますが、もう1つはさまざまな鋳造材料に対応します。

ホットチャンバーダイカスト

中 ホットチャンバーダイカスト 、金属 ダイカストマシン には、金属を溶融状態に加熱するために必要な機器が含まれています。自己完結型のシステムであるため、他のシステムよりもはるかに高速で、短いを提供します。 サイクルタイム 、ただしの選択にのみ適しています 鋳造材料 、亜鉛、スズ、鉛を含む 合金 。

コールドチャンバーダイカスト

コールドチャンバーダイカストプロセス は、金属を加熱するために別の炉を使用する必要があります。これは自然に遅くなります 生産率 、として 溶けた金属 はに持っていく必要があります ダイカストマシン おたま付き。ただし、別の炉はよりも強力であるため ホットチャンバーダイカストマシン 、高融点の金属を鋳造することができます。この方法は、アルミニウム鋳造に適しています。

ホットチャンバーまたはコールドチャンバーマシンのどちらを使用するかに関係なく、金属ダイカストプロセスは通常次のように進行します。

金型の準備 充填 排出 シェイクアウト

金型の準備中、鋳造が完了した後の射出を容易にするために、2つのダイの半分の内面が潤滑剤でコーティングされます。次に、ダイの半分を閉じて、ロックピンで固定できます。

金型の充填は、圧力システムを使用して行われます。このシステムは、ホットチャンバーシステムとコールドチャンバーシステムで異なります。どちらの場合も、最終的には、溶融金属がプランジャーによってスプルーを介して金型キャビティに押し込まれます。高圧（ホットチャンバーで最大35メガパスカル、コールドチャンバーで最大140メガパスカル）により、高速で包括的な充填が保証されます。これにより、不均一な収縮とその結果としての部品の変形を防ぐ一貫した冷却が実現します。冷却中は圧力が維持されます。

2つのダイの半分が開かれ、エジェクターピンを使用して鋳物が除去されます。通常、ダイはすぐに再び閉じられ、次のショットに備えます。その間、完成した鋳造品は、スプルー、ランナー、フラッシュ（パーティングラインでの材料の浸透）などのショットのスクラップセクションを削除することを含むシェイクアウトの準備ができています。この材料の除去は、手動ツール、タンブリング、または油圧トリムダイを使用して行うことができます。

機械加工後

多くの金属ダイカスト部品は、最小限の二次加工を必要とします。これは、高レベルのディテールと優れた表面仕上げを可能にする高圧が関係しているためです。ただし、多くのネットシェイプおよびニアネットシェイプの鋳造では、穴、ねじ山、およびその他の機能の精密な機械加工も必要です。一部の鋳造金属は他の鋳造金属よりも機械加工が簡単です。たとえば、マグネシウムダイカストやアルミニウムダイカストは後加工に非常に適しています。

機械加工後のダイカストの副次的な利点は、CNCマシンの機械上検査機能を使用できることです。これにより、機械工は部品を検証できます。

ダイカストアプリケーション

ダイカストは、エンジン部品から電子機器のハウジングまで、さまざまな部品に適した強力で用途の広いプロセスです。ダイカストの多様性の理由には、その大きな構築領域、さまざまな材料オプション、および詳細で再現性のある薄肉部品を製造する能力が含まれます。

• 自動車 ：アルミニウムダイカストは、油圧シリンダー、エンジンブラケット、ギアボックスケースなどの軽量コンポーネントを製造できるため、自動車業界で人気があります。亜鉛ダイカストは燃料、ブレーキ、パワーステアリングのコンポーネントに適しており、マグネシウムダイカストはパネルとシートフレームに適しています。
• 航空宇宙 ：自動車産業と同様に、航空宇宙部品のサプライヤーは、アルミニウムダイカストを使用して、高レベルの耐熱性と耐食性を示す軽量部品を製造しています。軽量部品は燃料使用量を削減します。
• エネルギー ：石油およびガス部門のダイカスト部品には、バルブ、ろ過コンポーネント、およびインペラが含まれます。風力タービンブレードなどの再生可能エネルギー部品もダイキャストできます。
• エレクトロニクス ：ダイカストは、エンクロージャ、ハウジング、コネクタなどのアイテムに使用されるため、電子機器で広く使用されています。ダイカスト部品は、多くのデバイスに必要なヒートシンクを組み込んで設計することもできます。マグネシウムダイカストは薄肉のRFIEMIシールド部品に人気があり、LEDライト部品のアルミニウムダイカストは広く普及しています。 （LEDハウジングのダイカストは通常​​A383のような合金を使用します。）
• 建設 ：建設業界では、建築フレームや窓枠などの大型構造物にアルミニウムダイカストを使用しています。
• エンジニアリング ：つり上げ装置、工作機械、およびその他の装置には、多くの場合、ダイキャストコンポーネントが含まれています。
• 医療 ：ヘルスケアでは、ダイカストはデバイスコンポーネント、超音波システム、およびその他のアイテムの監視に使用できます。

ダイカスト材料

製造業者は、ダイカスト材料を選択する際に特定の要因と変数を考慮する必要があります。これらには以下が含まれます：

材料がホットチャンバーダイカストに適しているかどうか 材料費
• 間接的な材料費（例：追加の後処理が必要）
材料の構造特性 強さ 重量 表面仕上げ 機械加工性

部品やプロトタイプのダイカスト材料を選択する際には、これらすべての要素を考慮する必要があります。

アルミニウムダイカスト合金

アルミニウムは主要なダイカスト金属の1つであり、アルミニウム合金はコールドチャンバーダイカストに使用されます。これらの合金には通常、シリコン、銅、マグネシウムが含まれています。

アルミニウムダイカスト合金は軽量で寸法安定性に優れているため、複雑で特徴のある部品に適しています。アルミニウム鋳造のその他の利点には、優れた耐食性、耐熱性、熱伝導率、電気伝導率などがあります。

一般的なダイカストアルミニウム合金には次のものがあります。

• 380 ：鋳造性と優れた機械的特性のバランスが取れた汎用アルミニウム合金。エンジンブラケット、家具、電子機器エンクロージャー、フレーム、ハンドル、ギアボックスケース、動力工具など、さまざまな製品に使用されています。
• 390 ：耐摩耗性、耐振動性に優れた合金。自動車のエンジンブロックのダイカスト用に特別に開発されたもので、バルブボディ、インペラー、ポンプハウジングにも適しています。
• 413 ：鋳造性に優れたアルミニウム合金。耐圧性に優れているため、油圧シリンダーなどの製品だけでなく、建築部品や食品・乳製品産業機器にも使用されています。
• 443 ：ダイカストアルミニウム合金の中で最も延性が高いこの合金は、消費財、特に鋳造後に塑性変形が必要な製品に適しています。
• 518 ：耐食性に優れた延性のあるアルミニウム合金。航空機のハードウェアフィッティング、装飾用ハードウェア、エスカレーターコンポーネントなど、さまざまな製品で使用されています。

マグネシウムダイカスト合金

マグネシウムは、もう1つの非常に人気のあるダイカスト材料です。アルミニウムよりもさらに軽量であり、機械加工性が高いという利点もあります。これにより、追加の機械加工されたディテールまたは機械加工された表面仕上げが必要な鋳造部品に適しています。

マグネシウムダイカスト合金の主な利点は、ホットチャンバーダイカストに適していることであり、アルミニウムなどのダイカスト金属よりも使いやすくなっています。マグネシウム合金の他の元素には、アルミニウム、亜鉛、マンガン、シリコンが含まれます。

一般的なマグネシウムダイカスト合金には次のものがあります。

• AZ91D ：鋳造性、耐食性、強度対重量比に優れた汎用合金。アプリケーションには、機械部品とパワートレイン部品が含まれます。
• AM60 ：優れた鋳造性、強度、振動減衰、および延性を備えた合金。シートフレームやパネルなどの自動車部品に使用されています。
• 希土類 合金 AS41BおよびAE42 ：優れた耐熱性、優れた耐クリープ性、耐食性、延性を備えた合金。両方の合金はエンジン部品に含まれています。

亜鉛ダイカスト合金

ダイカスト金属のもう1つの主要なカテゴリは、亜鉛合金です。ホットチャンバーダイカストマシンで鋳造可能な亜鉛鋳造は、メーカーにとって最も使いやすいダイカストオプションであり、衝撃強度、延性、めっきへの適合性などの他の利点もあります。鋳造性があるため、ダイの摩耗も最小限に抑えられます。

亜鉛はアルミニウムやマグネシウムよりも重く、通常はアルミニウム、銅、マグネシウムと合金化されています。

一般的な亜鉛ダイカスト合金には次のものがあります。

• ザマック 3 ：鋳造が容易で寸法安定性に優れた汎用亜鉛合金。北米では、亜鉛ダイカストの3分の2以上がZamak 3を使用しています。使用例には、シーリングファンや配管部品が含まれます。
• ザマック2 ：銅含有量が追加された、わずかに強く、より高価な合金。この亜鉛鋳造合金は、プラスチック射出成形用の工具を製造するためによく使用されます。
• ザマック5 ：Zamak 3に近い組成の亜鉛合金ですが、引張強度が高く、延性が低くなっています。自動車部品やホイールバランスウェイトなどの製品に人気があります。

その他のダイカスト合金

他のダイカスト材料には、亜鉛-アルミニウム合金に加えて、銅、シリコントンバック、鉛、スズ合金が含まれます。

銅合金は、優れた寸法安定性に加えて、高い強度、硬度、および耐食性を示します。一方、鉛とスズの合金は非常に密度が高く、腐食に強い可能性があります。亜鉛-アルミニウム合金は、ZA接頭辞で認識できます。アルミニウム含有量が少ないものはホットチャンバーダイカストにすることができますが、11％以上のものは通常できません。

ダイカスト仕上げオプション

高圧ダイカストは高水準の部品を製造し、仕上げオプションを最小限に抑えることができます。ただし、ダイカスト部品には多くの機能的および表面的な仕上げオプションがあります。

バリ取り

標準的な仕上げ手順はバリ取りです。これは、シェイクアウト段階の続きと考えることができます。バリ取りは、製造プロセスによって引き起こされた欠陥の除去を含み、特定のテクスチャや色を追加することなく、パーツの外観と機能を正規化するために展開されます。

バリ取りの方法は次のとおりです。

研磨材による手動バリ取り（自動化も可能） ローラーやサンドブラストなどのツールを使用した振動バリ取り パンチダイによるトリミング

二次仕上げオプション

サンドブラストや手動サンディングなどのバリ取りプロセスを使用して金属ダイカスト部品から欠陥を除去したら、二次仕上げオプションを実行して鋳造物の表面仕上げを変換することができます。これらの仕上げ技術は、ダイカスト部品の質感や色を調整します。

二次ダイカスト仕上げには以下が含まれます：

手作業で磨いて光沢のある仕上がりを実現 鋳物の色を変えるための塗装 鋳物の色と質感を変えるための粉体塗装
• 化粧品または機能目的のいずれかで、異なる材料の表面コーティングを追加するための金属メッキ（たとえば、より導電性の高い金属で電子部品をメッキする）。

ダイカストメーカーを選択するための戦略

ダイカストは、幅広い企業で使用されている一般的な製造プロセスです。ただし、ダイカストメーカーを見つけることは、たとえば機械工や3D印刷サービスプロバイダーを見つけることよりもはるかに困難です。これは、ダイカストは通常​​、大量生産のために大規模な部品サプライヤーによって使用されるためです。

金属ダイカスト部品を必要とする中小企業にとって、ダイカストメーカーの選択は困難を伴います。通常、このドメインのメーカーは、次の4つのカテゴリのいずれかに分類されます。

ダイカスト金型とダイカスト部品を製造しているが、後加工を提供していないダイカスト会社 数台のCNCマシンを所有しているが、機械加工能力が限られているため、後加工部品のリードタイムがはるかに長いダイカスト会社 ポストマシニング用のCNCマシンを多数備えているが、大規模な注文を行う大企業とほぼ独占的に連携しているダイカスト企業
1. ダイカスト部品のポストマシニングは実行できるが、ダイカスト金型やダイカスト部品を自分で作成できないCNC機械加工会社

明らかに、これは中小企業がダイカストパートナーを見つけることを困難にします。後加工が必要な場合、そのような企業は、ダイカストパートナーの2番目のカテゴリによって提供されるより長いリードタイムを受け入れることがよくあります。

しかし、別のオプションがあります。中小規模の金属ダイカストパートナーと3ERPのような専用の機械加工パートナーと協力することで（オプション1と4を組み合わせて）、企業はで少量のダイカスト部品を注文できます。 / i> 驚くほど短いリードタイムでの加工後。