アルミニウムダイカスト徹底解説：精密部品製造の要

最終更新日：2022年4月28日

金属鋳造には数千年にわたる歴史を持つ様々な工法があります。その中で最も現代的かつ効果的な手法の一つがダイカストです。

ダイカストは、溶融金属を金型キャビティに注入・凝固させて所定の形状を得る鋳造法です。この金属成形技術は、内部空洞や中空構造を持つ複雑形状であっても、部品サイズと形状に高い汎用性を発揮します。

鋳造は金属に限らず、ガラス、セラミックス、プラスチックなど非金属材料にも適用可能です。ほとんどの金属ダイカストには、亜鉛、アルミニウム、銅、マグネシウム、鉛などの非鉄金属が用いられます。本記事ではアルミニウムダイカストの詳細と利点を解説し、目的のアルミニウム部品製造に最適な材料選定の一助としています。

アルミニウムダイカストは、航空宇宙・航空機部品、電子部品、自動車部品など、あらゆる主要産業で広く採用されている工法の一つです。その仕組みを詳しく見ていきましょう。

アルミニウムダイカストとは

アルミニウムダイカストは、優れた表面テクスチャーまたはスムーズな仕上げ、良好な表面品質、高い寸法安定性を持つアルミニウム部品を製造する工法です。アルミニウムが鋳造材料として選ばれる主な理由は以下の通りです。

• 軽量でありながら、複雑形状や薄肉部でも高い安定性を発揮
• 優れた熱伝導率と電気伝導率
優れた耐食性
• 極めて高温環境下でも強度を維持

ダイカスト機にはホットチャンバー式とコールドチャンバー式の2種類がありますが、アルミニウム鋳造にはコールドチャンバー式が用いられます。アルミニウム合金は高温でも強度を保持するため、高圧注入が必要となるからです。溶融金属は別炉で溶解した後、コールドチャンバー機に供給され、加圧プランジャーによって金型へ押し込まれます。

アルミニウムダイカストの工程

一般的なダイカストプロセスと同様に、アルミニウムダイカストも溶融アルミニウムを「ダイ」と呼ばれる金型に注入し、所望の形状に凝固させます。ダイは鋳造品取り出しのために最低2分割以上の構造を持ちます。ダイの形状が、鋳造品の複雑な形状や精密なディテールを決定します。これはあらゆる鋳造技術の核心部分です。

アルミニウムダイカストプロセスは以下の9ステップで構成されます。

1. アルミニウム合金インゴットを高温で溶解
2. 2つのダイ半分を洗浄・潤滑し、クランプして一体化
3. 所望形状に機械加工された2つのスチールダイで鋳造用金型を準備し、ダイカストプレスでクランプ
4. 溶融アルミニウムを高圧でキャビティへ注入し、凝固
5. 溶融金属をチャンバーに移送してから注入するかどうかは、コールドチャンバー式かホットチャンバー式かによる
6. アルミニウム、マグネシウムなど融点の高い合金鋳造にはコールドチャンバー式を使用。溶融金属は油圧シリンダーで押し出すのではなく、レードルで注入
7. 熱い鋳造品を冷却・凝固。溶融金属がダイキャビティを満たし、ダイ設計通りの形状を形成
8. 2つのダイ半分を分離し、鋳造品を射出
9. 鋳造品に付着した余分な材料（バリ、ゲート跡等）を、鋸切断、トリミングなどの二次加工で除去

アルミニウム鋳造は、最も高速かつ高精度な高圧ダイカストプロセスの一つです。鋳造されたアルミニウムダイは優れたテクスチャー、高硬度、良好な耐食性を備え、最小限の表面仕上げで済みます。スチールダイは砂型のように使い捨てではなく再利用可能なため、アルミニウム部品の大量生産において最も実現性の高い工法です。

ダイカスト部品用アルミニウム合金材料

アルミニウムダイカストで最も一般的に使用される合金はA360、A380、A383、A413です。それぞれ固有の利点を持つため、設計要件に応じて最適な合金を選定します。これら合金の主要特性を以下の表にまとめました。

アルミニウムダイカストに後仕上げは必要か？

金型から取り出した鋳造品は、外観と機能特性を向上させるために仕上げ加工が必要です。光沢付与、耐食性向上、耐摩耗性付与、環境曝露からの保護などが目的です。

しかし、アルミニウムダイカスト品は鋳造時点で既に非常に良好な表面仕上げを持つため、最小限の仕上げ、あるいは無仕上げで使用できるケースが多々あります。表面の微細な不完全さは、研磨材（サンドペーパー等）で平滑化するサンディング処理で容易に対応可能です。

ショットピーニングや粉体塗装などの他の仕上げプロセスを施せば、耐摩耗性の向上や保護被膜の付与も可能です。

アルミニウムダイカスト部品の利点

アルミニウム鋳造は世界中で最も好まれる鋳造プロセスの一つであり、他工法に対する最良の経済的代替手段です。アルミニウムダイカスト部品が優れている主な理由は以下の通りです。

• 軽量合金であるアルミニウムにより、強度を犠牲にせず軽量部品を実現
• 薄肉のシンプルまたは複雑形状部品を高精度で製造可能
• 要件に応じて、優れたテクスチャーまたはスムーズな表面を実現
• プロセスが非常に高速で、数万個規模の部品を短時間・低コストで量産可能
• この大量生産は他のダイカスト工法と比較して極めてコスト効率が良い
• 部品は高耐食性を持ち、熱と電気の優れた導体

アルミニウムダイカスト vs 砂型鋳造 vs 真空ダイカスト

どの鋳造工法を選択するかは、特定部品に要求される設計特性によって決まります。アルミニウムダイカスト、砂型鋳造、真空ダイカストなど、各工法には独自の注湯システムとメリットがあります。

アルミニウムダイカスト

アルミニウムダイカストは、溶融アルミニウムを高速・高圧で金型キャビティに注入します。プロセス全体が効率的かつ高速で、大量生産に最適です。鋳造品は良好な表面仕上げを持ち、最小限の仕上げで済みます。軽量なアルミニウムは、強度を損なわず薄肉部品の製造に広く採用されています。

アルミニウムは融点が高いため、コールドチャンバー式ダイカスト機で処理されます。ただし、高圧注入によりガスがキャビティ内に巻き込まれ、気孔（ポロシティ）が発生する可能性があります。

砂型鋳造

砂型鋳造は、圧力をかけずに溶融金属を砂型に流し込む工法です。最古かつ最も一般的な低コスト鋳造法で、自動車エンジンブロック、クランクシャフト、シリンダーヘッドなどの複雑なブランクや部品製造に用いられます。鋳造品取り出しのために砂型を破壊する必要があるため、プロセスが遅く、大量生産には不向きです。

真空ダイカスト

真空ダイカストは、真空を利用して溶融金属を金型に吸引する先進的な鋳造法です。キャビティ内への空気巻き込みと、表面気孔の原因となる溶解ガスの除去が可能です。

薄肉部の鋳造が可能で良好な表面仕上げが得られ、鋳造品の機械的特性が向上し、仕上げ加工の必要性が低減します。しかし、金型のシール構造が複雑になり、プロセス全体のコストが高くなります。

アルミニウムダイカスト部品の設計ヒント

アルミニウムダイカスト部品で最良の結果を得るには、以下の重要な要素を考慮する必要があります。

材料選定

前述の通り、複数のアルミニウム合金が市販されています。設計要件に基づき、硬度、強度、伝導率、融点、流動性、耐圧密閉性などの特性を考慮して合金を選定してください。目標とする金属部品特性を実現するには、材料選定に細心の注意を払う必要があります。

機械加工代

鋳造品が特性を保持し均一な密度を得るには、適切な機械加工代を設定する必要があります。機械加工代とは、完成鋳造品から除去可能な代のことです。代が小さすぎると金属部品表面に欠陥が生じ、大きすぎるとリードタイムが長くなります。したがって、バランスの取れた加工代が最適な結果を得るために重要です。

設計時の収縮考慮

収縮はあらゆる製造プロセスにおける重要な設計考慮事項です。金属を含むすべての材料は、冷却・凝固時に収縮します。厚肉部は薄肉部より収縮が大きいため、多孔質で不均一な表面を防ぐために、設計に薄肉セクションを取り入れることが有効です。

肉厚

アルミニウム鋳造部品の均一肉厚実現は非常に困難です。薄肉鋳造品は材料コストが低く、部品が軽量になるため需要が高いです。しかし、薄肉部の肉厚均一性にわずかなバラツキがあるだけで、部品強度に影響を及ぼす可能性があります。

部品強度

前述の通り、異なるアルミニウム合金はそれぞれ異なる強度スペクトルを持ちます。したがって、要求される部品強度に合わせて合金を慎重に選定する必要があります。部品強度に影響するもう一つの要因はダイカスト工法です。一般的に、真空ダイカストは部品強度の向上と表面気孔の最小化に優れた選択肢です。

組立プロセス

鋳造部品の組立を正しく計画し、鋳造設計の欠陥を回避することが重要です。シンプルな設計の組立と複雑な設計の組立では手順が異なるため、必要な組立プロセスを正しく特定・計画することが望まれます。

設計外観

鋳造部品の外観要件に基づき、美観が重要であれば、電気メッキ、ショットピーニング、サンドブラストなどの仕上げ加工を施せます。これらの技術は、部品の耐久性と特性を損なうことなく外観を向上させます。

結論

アルミニウムダイカストは、複雑部品の大量生産において実現性が高く、コスト効率に優れ、高精度な鋳造工法です。材料選定と鋳造工法の選択は、望ましい設計特性によって決まります。したがって、すべての側面を考慮し、効果的に計画することで最適な結果が得られます。

WayKenは、お客様のアルミニウムダイカスト課題解決のためのダイカストサービスを提供しています。金属部品（アルミニウム部品等）や製品プロジェクトをお持ちの場合は、経験豊富なチームまでお気軽にお問い合わせください。

よくある質問（FAQ）

アルミニウムダイカストに関するよくある質問にお答えします。

1. アルミニウムはダイカストに適していますか？

はい。アルミニウムは高い電気・熱伝導率を持ち、耐食性に優れます。低密度で優れた機械的・熱的特性を持つため、ダイカスト用合金として適しています。

2. ダイカストアルミニウムの強度はどの程度ですか？ スチール鋳造ほどではありませんが、砂型鋳造やマグネシウム・亜鉛鋳造と比較して非常に強靭で耐久性に優れます。

3. スチールはダイカスト可能ですか？

可能です。しかし鉄を含む鉄系金属のため耐食性がなく、一般的には好まれません。