ダイカスト金型マスターガイド：ツーリング設計から種類・構成要素まで徹底解説

ダイカストはさまざまな業界で重要なプロセスです。ダイカストプロセスの必須コンポーネントはダイカスト金型です。金型の形状と特性が最終製品の特徴を決定します。

したがって、ダイカスト金型設計を理解する必要があります。これにより、ダイカストプロジェクトに適した金型の設計・選定が可能になり、最終製品が独自の製造要件を満たすことを保証できます。

本記事では、ダイカストツーリングの種類、金型設計方法、ツーリング製作時の考慮すべき要因について詳細に解説します。

ダイカストにおける金型の重要性

ダイカスト金型の設計は部品形状に重要な役割を果たします。また、ダイカストプロセスから生まれる部品の品質、均一性、構成にも影響します。

仕様が間違えば材料や工具の腐食を招きます。一方、適切な金型設計は製品のタイムリーさと効率を向上させます。最終的に、金型構造の品質が生産の円滑さと鋳造品の最高品質を決定します。

さらに、ダイカストツール設計は生産中に発生しうるさまざまな要因を本質的に反映します。したがって、設計時に鋳造品の構造を分析する必要があります。充填条件の把握、重要プロセスパラメータの実装、経済的影響の考慮も必須です。これにより、ダイカストツールが必須生産要件を満たせることを保証します。

ダイカスト金型の構成要素

ダイカスト金型の理解は、金型構造の知識から始まります。主要な構成要素は以下の通りです：

成形系

キャビティ、コア、インサート、スライダー、インサートピンなどを含みます。ダイカストキャビティは、動くコアが閉じることで鋳造形状を決定します。

金型ベース系

ダイカスト金型ベースシステムの主要構成要素は鋼板とフレームです。このシステムは金型のさまざまな部品を組み合わせ、ダイカストマシンへの金型取り付けを可能にします。

排出系

このシステムは部品を金型から排出する働きをします。排出部品、返却部品、ガイド部品で構成されます。

ランナー系

ランナーシステムはダイカスト部品と圧力室を接続し、溶湯を特定の方向にキャビティへ導きます。このシステムは溶湯の圧力と速度に直接影響します。構成要素はランナー、スプルー、内部ゲートなどです。

オーバーフロー系

このチャネルは圧力室から空気を排出します。主要構成要素はオーバーフロースロットとベントスロットです。ただし、深いキャビティにはベントプラグを設置して排気条件を改善することもあります。

その他

その他の構成要素には、部品を金型内で正しく位置決めするための位置決め部品、締結用のピンとボルトがあります。

ダイカスト金型の種類

ダイカストツーリングにはいくつかの種類があり、要件に応じて異なる機能を持ちます。

試作用金型

完全装備のカスタムメイド金型はダイカストにおける大きな投資です。したがって、試作金型を用いて多数の鋳造を行い、さまざまな部品をテストします。試作戦略には重力鋳造、機械切削ホグアウト、3Dプリント部品があります。ただし、特性、公差、設計でトレードオフが生じます。

高圧ダイカスト試作金型は、量産と同じ合金、特性、プロセス、形状が必要な場合に最適です。試作金型はプリハードン無コート工具鋼と標準化部品を利用できるため、短納期・低コストで製作可能です。

他の製造技術と異なり、これらの金型は効率の低い排出や冷却技術も使用します。したがって、工具寿命は短く、量産金型ほど効率的ではありません。しかし、少量の鋳造のみ必要な場合は問題になりません。

ラピッドツーリング金型

ラピッドツーリングとは、従来工法より短いリードタイムで製作されるインサートと金型を指します。粗加工と熱処理とは対照的に、選択的レーザー焼結、直接金属堆積、レーザーエンジニアードネットシェイピングなどの手法が用いられます。

したがって、これらのダイカストツーリング金型の製作が大幅に高速化されます。メーカーはこれらを試作金型または量産金型として使用できます。最適な選択は生産量要件によります。

量産金型

最も一般的なダイカスト金型タイプです。すべての設計が確定し、本格的な製品量産の準備が整った段階で必須となります。

以下のバリエーションがあります：

• スライドなしのシングルキャビティ金型
• 複数のスライドオプションを持つマルチキャビティ金型

キャビティ材質は高品質鋼で、ホルダーブロックに保持されることが多いです。量産金型の設計は重要寸法を確保するよう設計されており、必要な加工仕様を満たせることを保証します。

ユニットダイ

ユニットダイは特殊なダイカスト金型です。ダイカスターユニットホルダーがユニットダイまたは顧客所有のキャビティをキャビティ内で保持します。シングルまたはダブルユニットホルダーがあります。金型が保持するキャビティブロックの典型的サイズは、8×10、10×12、12×15、15×18インチです。

ユニットダイは、低ボリュームで複雑さの少ない部品向けに汎用ピースを採用します。複雑な形状の大量生産部品にはカスタムダイがより効果的です。これらは特定部品専用に設計され、最大限の制御と効率を提供します。

トリミングダイ

CMWは大量生産と量産金型でトリミングダイを使用します。トリミングダイは鋳造完了直後に、フラッシュ、ランナー、オーバーフローを部品からトリミングします。一部は油圧駆動モーションやカムを必要とし、他は開閉機能でフラッシュを効果的に除去します。

部品形状によりトリミングダイでのフラッシュ完全除去が不可能な場合、手作業によるデフラッシング戦略とカスタムトリミングサービスが理想的です。

モダンな外観で強度と耐久性に優れた部品が必要なら、ツーリングを必要とするダイカストプロセスを選択してください。朗報は、RapidDirectのダイカストサービスがワンストップソリューションを提供することです。

ダイカスト金型設計プロセス

このセクションでは、高圧ダイカストプロジェクト向け金型設計プロセスを説明します。プロセスは5つの大きなカテゴリに分かれます：

予備段階

金型設計前に、部品がダイカスト技術で製造可能かどうかを確認することが重要です。この段階では、幾何学的・寸法的観点から製品の実現可能性を判断します。

寸法観点：部品寸法と鋳造あたりの必要キャビティ数を把握する必要があります。これにより開型力と鋳造体積が分かり、実現可能性調査が容易になります。

幾何学観点：部品の幾何学にはパーティングラインの描画が含まれます。パーティングラインはダイカスト金型を2つに分割し、金型開放と鋳造品排出を容易にします。さらに、部品表面はパーティングラインからの位置に依存するため、表面は金型開放方向に設計する必要があります。

2Dモデル上の幾何公差は、金属冷却による収縮のために再現が困難な場合があります。公差箇所が多いほど、鋳造品で同一値を得るのは難しくなります。したがって、部品の製造可能性を確認次第、ダイカスト金型設計に進めます。

キャビティ数

キャビティ数を決めるには、生産個数、キャビティ配向、想定サイクルタイムを考慮する必要があります。これにより、マルチキャビティかシングルキャビティかの最適選択が可能です。

マルチキャビティ金型を選ぶ際は、排出フェーズと充填の複雑さが増すこと、キャビティ寸法と製品配置が生産プロセスに影響しうることを覚えておいてください。

投影面積

投影面積は、キャビティを平面に投影して得られる面積で、金型開放方向に垂直です。投影面積は設計段階の重要コンポーネントです。溶湯から金型壁への開型力に関係します。結果として、力の強さは形状・寸法・配向に依存します。強い力は材料オーバーフローを引き起こし、バリ形成の原因となります。

したがって、この鋳造欠陥を防ぐため溶湯が発生させる力を見積もる必要があります。力は、設定機械圧力×投影面積×プリセット安全係数の積です。この係数は、充填後の最大圧力に対抗するためのより広いマージンを提供します。多くの人はこれをウォーターハンマーと呼びます。

マシンはプロセス終了時に動的・静的力を伝達します。したがって、締め付け機械力が吸収しなければならない圧力ピークが発生します。この締め付け力はストローク寸法とプレスモデルに依存します。

ダイの体積と形状

ダイの体積と形状は金型設計に不可欠です。希望体積に加え、大型部品は冷却時間が長いため収縮率が高まることを考慮し、金型キャビティを適切にサイジングする必要があります。

さらに、最終金型サイズに影響するさまざまな変数を考慮することが推奨されます。最も重要な要因は：

注入チャネル：注入チャネルのサイズはキャビティ数とゲート・部品の位置によって変わります。注入チャネル形状は流体力学要件を満たす必要があります。例えば、溶湯移動方向で金型壁に正しく付着するよう断面を縮小します。収縮により加速流が発生し、壁から剥離します。滑らかな外層は乱流、エアトラップ、その他欠陥を防ぎます。

金型閉鎖タイプ：開閉型が最もシンプルです。シンプルで綺麗な形状で容易に排出できる製品に最適ですが、複雑な形状の部品には不向きです。複雑な形状製品は取り出し困難なため、メーカーは全体ダイサイズを増やす必要があります。

オーバーフローの有無：オーバーフローはダイカスト金型の戦略的位置に設計された小さなウェルです。最初の金属ショットを回収するため重要です。最初のショットは後のものより冷えていることが多いため、コールドラップ等の美観欠陥を防げます。また、オーバーフローは熱源として機能し、最終鋳造のために重要領域の金型温度を上昇させます。

半経験的モデルによるシミュレーション

初期設計段階完了後、次の段階は半経験的モデルを用いた充填シミュレーションです。シミュレーションは金型充填の様相を計算するのに役立ちます。様相は鋳造品の機能と充填プロセスの関数です。複雑構造部品では緻密さと機械的抵抗を誘導するのが最適です。一方、外観部品では表面仕上げを最高レベルにする必要があります。

特性は充填時間を変えることで変更可能です。充填が速いほど表面品質が向上し、遅いほど部品強度に影響します。解析完了後、鋳造問題の有無をより容易に把握できます。

アルミダイカスト金型設計は、製造可能性分析から始まり、力の計算と注入チャネルチェックへ進みます。これらのチャネルの最適化と設計はシミュレーションを通じて行われ、充填様相を把握し問題を検知します。この段階の成功完了後、設計金型の製作に進めます。

完璧なダイカストツーリング製作のための考慮要因

ダイカストツーリング製作前に、ダイカストツール設計を導くための確認事項があります：

ダイドラフト（テーパー）

ドラフトは金型コアに許容されるテーパー度合いです。鋳造品を安全に金型から取り出すには精密なドラフトが必要です。しかしドラフトは一定ではなく、壁角度によって変化します。したがって、使用溶湯合金の種類、金型深さ、金型形状などがプロセス全体に影響します。

金型形状もドラフトに影響します。一般に、タップなし穴は収縮リスクのためタップ加工が必要です。同様に、内壁は外壁より多くのドラフトを必要とします。内壁の方が収縮しやすいためです。

フィレット（R面）

フィレットは角のある面を滑らかにする凹面ジャンクションです。曲面は鋳造プロセスを乱すため、折り目にフィレットを設けてホーニングエッジを作り、製造エラーのリスクを制限します。パーティングラインは例外ですが、金型のどの部分にもフィレットを追加できます。

フィレットは工具寿命を延ばします。滑らかさの連続性のために等半径フィレットを作成してください。また、深い内部を持つツールにはより大きなフィレットが必要です。

パーティングライン

パーティングライン（パーティング面とも呼ばれる）は、さまざまな金型セクションを接合します。パーティングラインが作業歪みで変形している、または誤って配置されていると、材料が金型ピース間の隙間を通過する可能性があります。これにより過度で不均一なシームが生じる恐れがあります。

ボス

ボスはダイカスト製のノブで、ツーリング内でスタンドオフや取り付けポイントとして機能します。製造業では通常、ボス内部構造に穴を追加して壁厚を均一にします。ボスへの金属充填は困難なため、リブとフィレットがこの問題解決に不可欠です。

リブ

ダイカストリブは、所望の壁厚がない製品の材料強度向上に役立ちます。適切なリブ配置は充填能力を改善し、製品重量を減らします。また、不均一厚みと応力割れの発生を減らします。

穴と窓

アルミダイカスト金型に穴と窓を設けると、実質的なドラフトが可能になり、完成金型の取り出しが容易になります。しかし、フラッシュオーバー、クロスフィーダー、オーバーフローなどの機能が必要で、穴への望ましくない材料流動と鋳込みを防ぎます。穴と窓は設計幾何学の重要要素で、溶湯流動に影響し、製品最終品質に重要な役割を果たします。

シンボル（ロゴ・刻印）

メーカーはダイカストで金型設計に製品ロゴやブランド名を追加します。ロット区別のため日付を入れる鋳造もあります。シンボルは設計プロセスを複雑にしませんが、製造コストを増やす可能性があります。隆起ロゴは製造部品ごとに異なる金属を必要としますが、凹みシンボルは少量の金属で済みます。

壁厚

ダイカスト品は薄肉で、最大・最小壁厚に厳格なルールはありません。部品全体で均一な壁厚を作る必要があります。均一性は充填時のスムーズな金属流動を提供し、冷却と収縮による歪みを減らします。主目的は、固相化プロセス前にダイカスト金型が充填完了し、コールドシャットを防ぐことです。

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よくある質問（FAQ）

ダイカストは永久金型か？

永久金型では、金属がレゾーバーから直接キャビティへ流れます。ダイカストでは、溶湯が高圧でキャビティへ強制的に流し込まれます。

ダイカストにおける金型とは？

金型は2部品（イジェクタ側と固定側）で構成されます。鋳造品の寸法と輪郭を形成する空間を含みます。金型はダイとも呼ばれ、ダイカスト部品の形状要件を満たすため焼入れ鋼で作られます。

ダイカスト金型はどう作られるか？

金型製作は、溶湯を高圧で金属ダイに流し込む工程を含みます。金型はセクションごとに作られ、機械への配置前に取り外しやすいよう設計されます（一方は可動、他方は固定）。溶湯はキャビティを通過し、その後凝固します。