部品の製造方法には複数の選択肢があり、選択肢が多いほど判断に迷うことがあります。さらに、その選択は予算、納期、最終製品の性能を左右します。
この記事では、広く採用されている2つの製造方法、CNC加工とダイカストを詳しく比較します。それぞれの利点と、適切な方法の選び方を見ていきましょう。
CNC加工とは？
仕組み
CNC（コンピューター数値制御）加工は、切削工具で素材や板材から材料を除去する除去加工法です。精密なデジタル指令に基づき、複数軸の機械が工具とワークを動かして、複雑な形状、ポケット、穴を加工します。デジタルモデルに沿って加工するため、段取りは比較的短時間で済みます。多くの場合、治具の取り付けとツールパスのプログラミングだけでよく、設計を繰り返し検証する工程やカスタム部品に適しています。
得意分野
- 高精度：最新のCNCシステムは高度な演算能力を備え、重要な形状で厳しい公差を維持できます。位置精度と一貫性にも優れています。
- 設計の柔軟性：適切な工具アクセスと加工戦略を用いることで、深いポケットや肉厚が変化する部分など、複雑な内部形状も加工できます。
- 設計変更が容易： CNC加工なら金型の廃棄や追加費用を心配する必要がありません。新たな金型を製作せず、今日ある形状を切削し、翌日に設計を改訂した新しい形状へ切り替えることも可能です。
- 幅広い材料に対応：融点の制約を受けません。軟質プラスチックから アルミニウム、鋼、銅合金まで、幅広い材料を加工できます。
制約
- 大量生産では遅い：部品ごとに機械加工の時間が必要です。生産量が増えるほど、鋳造に比べてサイクル時間がコストを大きく左右します。
- 大量生産時の部品単価が高い：金型を活用できないため、大量注文ではダイカスト品と比べて部品当たりの価格が高くなります。
- 切削による材料ロス： 素材の塊から部品を削り出すため、大量の切りくずが発生し、廃棄物も増えます。チタンなど高価な金属では特に影響が大きくなります。切りくずはリサイクルできますが、追加のエネルギーとコストがかかり、材料価値が失われる可能性もあります。
ダイカストとは？
仕組み
ダイカストは、固体金属部品を製造する方法です。従来の砂型鋳造とは異なり、高精度な加工と金型の再利用が特長です。再利用可能な鋼製金型（ダイ）に溶融金属を高圧で射出します。まず、鋳造する部品の形状を写したキャビティを持つ金型を製作します。金型が完成したら、通常はアルミニウムなどの非鉄合金である溶融金属を 亜鉛やマグネシウムとともに金型に射出し、キャビティを速やかに充填して凝固させます。金属が冷却したら金型を開き、成形された鋳造品を取り出します。
得意分野
- 高い生産性：サイクル時間が数秒から数分で、大量生産を支える方法です。
- 複雑な形状：薄肉、リブ、ボス、一体形状などを容易に成形できます。
- 美しい表面仕上げ：鋳放しの表面は滑らかなことが多く、後加工を減らせます。塗膜や塗料の密着性にも優れています。
- 材料を効率的に利用：ランナーやゲートをリサイクルできるため、素材から削り出す機械加工より本質的な材料ロスが少なくなります。
制約
- 金型の初期費用：鋼製金型の設計・製作には大きな設備投資と時間が必要です。
- 材料の制約：鉄系合金や融点の高い金属は、一般的な対象材料ではありません。
- 設計変更が難しい：金型製作後の設計変更には費用がかかり、大幅な変更では金型の再加工や新しい入れ子が必要になる場合があります。
製造方法を選ぶ：コストとハイブリッド戦略
ダイカストとCNC加工のコスト要因
CNC加工とダイカストの選択は、初期投資と長期的な部品単価のトレードオフに左右されます。CNC加工は大きな初期金型費を避けられますが、加工速度が遅く、多くの作業を要するため、部品当たりのコストが高くなります。一方、ダイカストは焼入れ鋼製金型（工具）への大きな初期投資が必要ですが、大量生産では部品当たりの追加コストを非常に低く抑えられます。
このコスト構造を考えれば、選択の基準は明らかです。 試作、少量生産、または設計を改良中の段階では、CNC加工が適しています。 柔軟性が高く、迅速な反復試作やテストに適しているうえ、選べるエンジニアリング材料も豊富です。
設計が確定し、年間生産量が初期金型費を正当化できる規模に達すると、ダイカストが最も経済的な選択肢になります。 例として、CNC加工部品の単価が$50で、ダイカストでは金型への投資が$80 000、部品単価が$10の場合、損益分岐点は約2 000個です。ただし、これは多くの要因を除いた単純な例であり、実際のコスト分析は通常さらに複雑です。
ハイブリッド戦略を検討する
ここまでは鋳造と機械加工を別々の方法として説明してきましたが、両者を組み合わせて活用することも十分可能です。
量産用のダイカスト金型を製作している間、市場テストや先行販売用の部品を供給するつなぎ生産にはCNC加工が適しています。金型費を投じる前に、CNC加工品で設計を検証することが推奨されます。また、 ダイカスト品 に対して、シール面、軸受穴、ねじ穴など重要な形状の公差を満たすため、必要な箇所だけをCNCで後加工・仕上げするのも一般的です。この方法では、部品本体にはダイカストのコスト面・形状面の利点を生かし、必要な精度はCNC加工で確保します。
製造方法を選ぶ：形状、材料、品質管理
形状に関する検討事項
部品を成形する方法として、それぞれに異なる利点があります。ダイカストは、リブで補強した薄く均一な肉厚の部品を得意とします。この形状を機械加工で製造すると、難しく時間もかかります。金型のスライド機構を使えば、一部のアンダーカット形状も成形できますが、構造が複雑になりコストが増加します。
一方、CNC加工では肉厚が変化する形状や深いポケットを容易に加工できます。ただし、切削工具の到達範囲と直径に制約があり、非常に薄い壁や小さな内側の曲率半径は加工が困難です。多軸加工でアンダーカットにも対応でき、精度の高いねじを直接加工できます。
材料の選択と性能
CNC加工は材料の柔軟性に優れ、さまざまなプラスチックやアルミニウムから、高強度鋼、ステンレス鋼、チタンなどの耐熱合金まで、幅広い材料を加工できます。特定の機械的特性、耐食性、生体適合性が求められる用途では欠かせない方法です。
これに対してダイカストは、主にアルミニウム、亜鉛、 マグネシウムなどの非鉄金属を鋳造する方法に特化しています。これらは鋳造性と流動性に優れ、比強度も高いため、軽量で大量生産が必要な部品に適しています。
品質管理
品質面では、2つの方法は異なる分野を得意としますが、現代技術に支えられ、どちらも一般に精度と先進性に優れています。CNC加工はデジタルファイルから厳しい幾何公差や複雑な形状を直接実現でき、精密部品の基準となる方法です。ダイカストは工程条件を最適化し、金型を完成させると、非常に多い生産量でも部品間の優れた再現性を発揮します。鋳放しの公差は一般にCNC加工より広いものの、均一な形状と優れた表面外観を備えた部品を製造できます。
製造方法を選ぶ：持続可能性
コスト計算で見落とされがちなのが、加工方法のリサイクル性と持続可能性です。両方の方法で材料をリサイクルできますが、廃棄物の発生量は異なります。CNC加工は除去加工であり、切りくずが発生します。切りくずはすべてリサイクルできますが、特に融点の高い金属では、加工に伴う材料ロスを避けられません。
ダイカストは、主工程での材料効率に優れています。ランナーや湯口（射出経路に残る余分な材料）を鋳造工場内で再溶解して直接再利用できるため、材料の利用率を非常に高くできます。両方の方法とも、クローズドループ型のリサイクルシステムを導入することで、環境負荷を大幅に低減できます。
結論
結論として、どちらか一方がすべての用途で優れているわけではありません。ダイカストとCNC加工には、それぞれ異なる生産分野で利点があります。 CNC加工 は、柔軟性、精度、少量生産に適しています。一方、 ダイカスト は複雑な形状の部品を大量かつ費用対効果高く製造できます。
生産量、設計の確定度、機能要件に基づいて方法を選びましょう。これらの要素を慎重に比較すれば、用途に最も効率的で費用対効果の高い製造方法を選択できます。
よくある質問
中程度の数量の部品を注文する場合、どちらの方法が適していますか？
記事では「少量」と「大量」という言葉を何度も使いましたが、一定の範囲から決めた具体的な数量を指すわけではありません。損益分岐点を分析し、要件に合う方法を判断するには、部品の設計と複雑さが重要です。
単純な部品はCNC加工のほうが安価な場合があります。一方、複雑な部品では、より少ない数量でもダイカスト金型費を正当化できることがあります。注文方法に迷う場合は、 専門家に相談 すると、より専門的な知見を得られます。
金属のリサイクル以外に、両工程で考慮すべき持続可能性の要素はありますか？
はい。エネルギー消費も考慮する必要があります。特に硬い金属のCNC加工では、加工サイクル全体を通して工作機械と冷却システムが稼働するため、部品当たりのエネルギー消費が非常に大きくなる場合があります。ダイカストでは金型製作と金属溶解に初期エネルギーを多く要しますが、サイクル時間が非常に短いため、大量生産時には部品当たりのエネルギーコストを抑えられます。より環境に配慮した方法は、生産量とメーカーが利用するエネルギー構成に大きく左右されます。
