スケール レプリカの車や飛行機の作成から、実際の対応物に組み込まれる耐久性のある機械部品まで、ダイカストは、世界で最も費用対効果が高く用途の広い製造プロセスの 1 つです。
ダイカストは、溶融金属を高圧下で目的の形状の金型または金型に注入する精密プロセスです。金型は通常、長持ちする高品質の鋼で作られています。材料が固化して冷却されると、さまざまな複雑な形状や複雑なディテールをサポートできる設計が取り出され、焼入れ、機械加工、または仕上げが行われます。
このプロセスは、驚異的な寸法精度で何度でも繰り返すことができるため、大量の鋳物を製造するための最良の方法の 1 つとなっています。
また、一部の鋳物は金型からの排出時に完全に仕上げることができるため、機械加工や追加の仕上げ作業が不要になります。ダイカストは、1838 年の発明以来、高速生産プロセス、精密で高品質の鋳造を提供することにより、貴重な製造方法になりました。
設計をダイカストする際に行うべき最も重要な選択の 1 つは、特定の用途に最適な合金の種類を決定することです。アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、および亜鉛-アルミニウム (ZA) は、ダイカスト プロセスで使用される最も一般的な種類の金属合金です。
スケール レプリカの車や飛行機の作成から、実際の対応物に組み込まれる耐久性のある機械部品まで、ダイカストは、世界で最も費用対効果が高く用途の広い製造プロセスの 1 つです。
ダイカストは、溶融金属を高圧下で目的の形状の金型または金型に注入する精密プロセスです。金型は通常、長持ちする高品質の鋼で作られています。材料が固化して冷却されると、さまざまな複雑な形状や複雑なディテールをサポートできる設計が取り出され、焼入れ、機械加工、または仕上げが行われます。
このプロセスは、驚異的な寸法精度で何度でも繰り返すことができるため、大量の鋳物を製造するための最良の方法の 1 つとなっています。
また、一部の鋳物は金型からの排出時に完全に仕上げることができるため、機械加工や追加の仕上げ作業が不要になります。ダイカストは、1838 年の発明以来、高速生産プロセス、精密で高品質の鋳造を提供することにより、貴重な製造方法になりました。
設計をダイカストする際に行うべき最も重要な選択の 1 つは、特定の用途に最適な合金の種類を決定することです。アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、および亜鉛-アルミニウム (ZA) は、ダイカスト プロセスで使用される最も一般的な種類の金属合金です。
合金とダイカスト プロセス
各合金には独自の物理的および機械的特性があり、完成品の寿命、強度、および全体的な機能を決定する重要な要素です。銅または鉄合金とは異なり、最も一般的に使用される合金は、鋳造性に影響を与える低い溶融温度を持っています。部品の複雑さ、最小肉厚、および部品に必要な精度も、鋳造可能性に影響します。
設計の用途と使用する金属合金に応じて、ダイカストにはいくつかの異なる方法があり、製造の柔軟性が向上します。これらには、ホット チャンバー、コールド チャンバー、スクイーズ キャスティング プロセスが含まれます。
ホットチャンバーダイカストは、亜鉛やマグネシウムなどの融点が低い金属に最適であり、コールドチャンバープロセスは、融点が高いアルミニウムなどの金属合金に使用されます。スクイーズ鋳造は、ガスの閉じ込めを必要とせず、高品質の部品を製造するプロセスです。
異なる合金特性
アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、および亜鉛-アルミニウムは、北米のダイカスト プロセスで最も一般的に使用される 4 つの合金です。設計の用途、材料密度、引張強度、降伏強度、溶融温度、および弾性率はすべて、設計のニーズに最適な合金を選択する上で重要な要素です。
アルミニウム合金
溶融温度が高いため、亜鉛ほど鋳造可能とは見なされていませんが、アルミニウムはダイカスト業界で最も一般的に使用されている合金であり、大量鋳造プロジェクトで使用される最も経済的な材料の 1 つです。ダイカスト アルミニウム部品は、車を走らせるために使用されるコンポーネントから、何百万人ものアメリカ人が毎日使用する電子機器や電動工具に至るまで、あらゆるものに使用されています。
比重が 2.7 のアルミニウムは、軽量で構造的な素材と考えられていますが、純粋な形で鋳造されることはめったにありません。
熱割れや収縮のリスクがあるため、アルミニウムはシリコン、マグネシウム、銅などの他の材料と合金化されることがよくあります。シリコンは、合金の流動性、耐圧性、および弾性率を高めます。さらに、シリコンは金属の比重、熱膨張および収縮も低減します。また、耐食性も向上します。
銅は、合金の耐食性、引張強度、および硬度を高めるために使用され、優れた機械的特性を提供します。
現在、さまざまな物理的および機械的特性により、幅広い用途に実用的な設計者が利用できるいくつかのアルミニウム合金があります。
軽量であることに加えて、アルミニウム合金は耐腐食性もあり、高温で強度を維持し、複雑な形状や薄肉の領域を鋳造する際に高い寸法安定性を提供します。また、高い熱伝導率と電気伝導率も備えています。アルミニウムは、鉄、鋼、チタンなどの他の材料と比較して、機械加工も容易です。
最も一般的に使用されている 8 つのアルミニウム合金のうち 7 つは、共晶組成のシステムに基づいており、それらをグループ化する際の基準点として 11.7% のシリコンが使用されています。
一般的に使用されるアルミニウム合金とその利点
アロイ 380 は、最終製品と鋳造の両方に最適な特性を提供するため、家電製品、家具、電動工具、自動車部品、電子機器、芝刈り機のハウジングなど、さまざまな製品に使用されています。 8.5% のシリコンと 3.5% の銅を組み合わせた合金 380 は、324 メガパスカル (1 平方インチあたり 47 キロポンド) の引張強度も備えています。
合金 380 の代替品には、合金 383 および 384 が含まれます。これらは、高温割れに対する耐性が高く、複雑なコンポーネントの鋳造中の金型充填特性が向上します。
他のアルミニウム合金と比較すると、合金 360 は、高温にさらされたときの強度が高くなります。また、耐食性にも優れています。
合金 443 は、すべてのアルミニウム合金の中で最高の延性、つまり引張り強さの下で伸びる能力を提供します。
亜鉛は薄肉の部品を鋳造するのに理想的ですが、アルミニウム合金 413 はさまざまな複雑な部品を鋳造するのに適しています。油圧シリンダーやその他の圧力機械を製造する場合、対応するものと比較して圧力気密性が向上します。
アロイ 390 は、耐摩耗性と耐摩耗性に優れており、もともとは自動車のエンジン ブロック用に開発されました。ただし、合金 390 は、伸びが 1% 未満のアルミニウム合金の中で最も低い延性を提供します。
より高い延性は、鋳造に使用される他の合金と比較して、腐食に対する優れた耐性も備えている合金 518 からもたらされます。
マグネシウム合金
マグネシウムは、ダイカストで一般的に使用されるもう 1 つの軽量構造材料ですが、アルミニウムと同様に、安定性と機械的特性を向上させるために他の金属と合金化されています。シリコン、マンガン、アルミニウム、亜鉛などの金属と組み合わせることで、マグネシウム合金はダイカスト業界にとって大きな資産となっています。比重が 1.7 のマグネシウムは、一般的に使用されている合金の中で最も軽量です。
合金 AZ91D は、約 9% のアルミニウムと 1% の亜鉛で構成され、最も広く使用されている入手可能なマグネシウム合金です。 AZ91D は、他のマグネシウム合金と比較して、優れた強度、耐食性、優れた鋳造性を提供します。鉄、銅、ニッケルなどの不純物を制限することで、より優れた耐食性が得られるため、AZ91D は耐摩耗性が必要な部品を鋳造する際の最良の選択肢の 1 つになります。
合金 AM60B、AM50A、および AM20 もダイカストで一般的に使用されますが、耐腐食性と強度を維持しながら、より優れた延性を提供します。高温にさらされたときに強化された強度が必要な用途では、多くの場合、合金 AS41B および AE42 が最適なオプションです。
マグネシウムは軽量で、特定のダイカスト部品に対して耐久性のある構造を備えています。より重いアルミニウム部品の代わりにマグネシウム部品を使用することは、自動車の燃料費の削減に貢献する可能性があり、自動車メーカーはマグネシウムの独自の特性を利用する新しい技術を開発しています.
高温と腐食の影響を受けやすいエンジン部品には、合金 AS41B と AE42 が最適です。すべてのマグネシウム合金は、高い引張降伏強度と弾性係数を示します。
アルミニウム対マグネシウム合金
アルミニウムと同様に、マグネシウム合金は自動車部品の鋳造に使用され、独自の機械的および物理的特性を提供します。アルミニウムの代わりにマグネシウムを使用する実験が行われましたが、アルミニウムはまだ柔らかく、安定性に欠け、高価であり、応力がかかると簡単に曲がる傾向があります.
アルミニウム合金はマグネシウム合金に比べて固化するのに時間がかかりますが、その合金はより長い金型寿命を提供します。さらに、アルミニウムはマグネシウムほど多くの仕上げ作業を必要としません。マグネシウム鋳造の用途を決定する際には、特別な処理とコーティングが必要です。
アルミニウムの溶解コストと比較すると、新しい技術によりマグネシウム合金の溶解に必要な費用は削減されましたが、鋳造にはより高い射出速度が必要です。逆に、マグネシウムはアルミニウム鋳物よりも突出時間が短いです。マグネシウムは、アルミニウムよりも肉厚が薄く公差が厳しい部品の鋳造にも適しています。
マグネシウムは、アルミニウムより 33% 軽く、構造用鋼より 75% 軽く、地球上で最も軽い構造用金属です。多くの防衛用途は、ミサイルから軽量の自動車シートやラップトップに至るまで、部品にマグネシウム合金を使用しています。アルミニウムは航空機産業の主要な建設材料であり、エンジン、ホイール、さらには車体部品の鋳造品を提供しています。
アルミニウムおよびマグネシウム合金の特性は、複雑で耐久性のある機械部品を必要とする多くの産業用途に役立つダイカスト コンポーネントとして機能します。ただし、マグネシウムには多くの利点がありますが、アルミニウムは依然としてダイカストの安価な代替品です。
亜鉛対マグネシウム合金
マグネシウム合金と亜鉛合金の主な違いの 1 つは、亜鉛と亜鉛 – アルミニウム合金は、鋳造に必要な圧力と温度が低いことです。鋳造温度が低いため、亜鉛はマグネシウムよりもはるかに長い金型寿命を提供し、生産コストの削減に役立ちます。
耐食性と仕上げのために特別な処理とコーティングを必要とするマグネシウムとは異なり、亜鉛合金は優れた耐食性と金型から突き出されたときのより良い表面仕上げも提供します。亜鉛ダイカストには、次のような多くの実用的な用途があります。
- 自動車美装部品
- パワーステアリング
- 電子デバイス
- 空調部品
亜鉛および亜鉛-アルミニウム合金
公差が厳しく、肉厚が薄い部分の部品を鋳造する場合、亜鉛および亜鉛-アルミニウム合金に匹敵する合金は他にありません。エレメントの比重は 7.0 で、ダイカストで一般的に使用される最も重い材料の 1 つです。亜鉛は、特別なホットチャンバー射出プロセスにより、大量の小型ダイカスト部品に最適です。
マグネシウムやアルミニウムと同様に、亜鉛は他の金属と合金化され、耐食性、安定性、寸法強度、衝撃強度が向上します。利用可能な亜鉛合金のいくつかは、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、および銅の頭字語である ZAMAK と呼ばれます。
亜鉛 3 は、最も一般的に使用される亜鉛合金であり、価格が低くなる傾向があるため、ダイカストによって独占的に使用されることがあります。さらに、この合金は、より高い生産率でより優れた表面仕上げを提供し、安定した複雑なデザインや複雑なコンポーネントを鋳造することができます。
亜鉛 3 のもう 1 つの代替品は亜鉛 5 で、これは引張強度、硬度、および延性の低下のために使用されます。薄肉の部品を大量生産する場合、他の亜鉛合金より流動性が高い亜鉛 7 を使用でき、生産速度が向上します。
最高の強度と耐クリープ性、または機械的応力下での変形を求める場合、亜鉛アルミニウム合金 ZA-8 が最適です。 8.4% のアルミニウムと 1% の銅を含む ZA-8 は、低密度で耐摩耗性に優れています。亜鉛合金は、他の一般的な鋳造合金と比較して、より優れた衝撃強度も提供します。
アルミニウム対亜鉛合金
マグネシウムと同様に、アルミニウムと亜鉛合金の主な違いの 1 つは、亜鉛は溶融温度が低く、鋳造に必要な圧力が低いことです。亜鉛は、一般的に使用されるすべての合金の中で最も鋳造可能であると考えられています。
溶融温度が低いため、亜鉛ダイはアルミニウムダイよりもはるかに長持ちします。金型は高価であり、使用期間を延ばすことで、大量鋳造プロジェクトにより費用効果の高いアプローチを提供できます。
さらに、亜鉛は溶融温度が低いため、コールド チャンバー プロセスよりも安価なホット チャンバー キャスティングが可能です。ホットチャンバーダイカスト製法を採用することで、生産スピードもアップ。亜鉛は最も頑丈な合金の 1 つであり、衝撃に耐える能力ではアルミニウムよりも優れています。
アルミニウムよりも亜鉛合金を使用するもう1つの利点は、亜鉛が非常に複雑な細部と薄い壁を持つ鋳物に最適であることです.亜鉛を利用する場合、圧力と融点が低いため、鋳造中に受ける熱衝撃が軽減されるため、機械加工、トリミング、または仕上げ作業はほとんど必要ありません。亜鉛で鋳造すると、部品が金型から排出されるときに、より滑らかな表面が維持されます。
合金および鋳造コストの決定
アルミニウムは、ダイカストで一般的に使用されるすべての合金の中で立方インチあたり最も安価な合金であり続けていますが、市場価値は依然として変動しています。デザインの用途とサイズによっては、必要な材料の量と材料の重量に基づいてコストが低くなる場合があります。
マグネシウムとアルミニウムは軽量で安定性に優れた材料ですが、亜鉛よりも溶融温度が高く、鋳造コストが高くなる可能性があります。亜鉛およびマグネシウム合金で利用できるホット チャンバー キャスティングは、コールド チャンバー プロセスよりも安価であり、高速で実行できます。
金型の製造も費用のかかるプロセスであり、金型の実際の製造コストは一定のままですが、金型の全体的な予想寿命を決定することは、費用を削減する良い方法です。亜鉛のような合金の場合、ダイの寿命ははるかに長くなります。マグネシウムの溶融温度はアルミニウムよりも低く、金型の寿命も長くなります。
設計ニーズに最適な合金を検討する際には、機械加工と仕上げ作業も考慮する必要があります。亜鉛および亜鉛-アルミニウム合金は、仕上げに関してはアルミニウムおよびマグネシウムよりも優れた結果を提供し、最終製品の製造に必要な作業負荷を大幅に削減できます。マグネシウムは、最小限のエネルギー消費で構造用金属の最高の機械加工性を提供します。多くの場合、マグネシウム合金のカットには、別の合金の荒削りと仕上げカットが少なくとも 2 回必要です。
合金を選択する際に考慮すべき最も重要なことは、それらが提供する独自の機械的および物理的特性と、それらが設計の用途の性能と寿命にどのように影響するかです.製品の最小重量を考慮することも重要です。マグネシウムは最も軽量ですが、強度と重量の比率のバランスを考えると、アルミニウムが全体的に最適です。亜鉛は、利用可能なすべての合金の中で最高の耐衝撃性も提供します。
考慮すべきもう 1 つの重要な要因は、腐食です。アルミニウムは、銅含有量を含む化学組成に基づいて腐食しますが、マグネシウム合金は、金属の純度に基づいてさまざまな程度の耐性を持っています.
高温にさらされるプロジェクトの場合、アルミニウムは他の合金よりも優れた強度を提供します。高い降伏強度と弾性率を必要とする設計では、亜鉛合金が最適です。マグネシウムは軽量であるため、多くの利点もあり、特定のコンポーネントのアルミニウムの代わりに使用できます。
アルミニウム合金の詳細と、ダイカスト プロジェクトでアルミニウム合金やその他の材料がどのように機能するかについては、オンラインで Be-cu.com にお問い合わせください。
