ダイカスト工程の概要
鋳造とは？
鋳造とは、液体状の材料（通常は金属）を作りたい部品の形状にした金型へ注ぎ、冷却・凝固させる方法です。材料は金型の形状になります。
砂型鋳造、ダイカスト、インベストメント鋳造など、鋳造には多くの種類があります。各方式は材料の成形・凝固方法が異なります。アルミニウム、鉄、鋼などの金属のほか、一部のプラスチックにも利用できます。
他の方法では実現が難しい形状の小型部品から大型部品まで製造できるため、鋳造は重要な製造方法です。
鋳造の用途
自動車、建物、機械、工具などに鋳造部品が使われています。自動車エンジン、パイプ、彫像、大型機械にも鋳造部品がよく使われます。
強度があり、過酷な作業に耐える部品が必要な場合、メーカーは鋳造を選びます。たとえばエンジンブロックやポンプハウジングは、頑丈さと精細な形状の両方が求められるため、鋳造されることがよくあります。
金属彫刻や住宅装飾向けの特注デザインなど、芸術品の製作にも役立ちます。大量生産にも対応でき、一度に多数の部品を作るのに適しています。
鋳造の主な利点
鋳造は、複雑で大きな形状を一工程で作れることが評価されています。他の方法では加工が難しい材料も成形でき、設計に近い形状の部品を製造できます。
主な利点：
- コスト削減 大量生産で効果を発揮
- 機械加工を削減 金型から最終形状を得られるため
- 材料の柔軟性多くの金属やプラスチックを鋳造可能
他の技法では高コストまたは製造不可能な薄肉、精細、中空部品も作れます。効率よく特注または精密な金属部品を作る場合、鋳造は優れた方法です。
砂型鋳造の方法
砂型鋳造では、さまざまな種類の砂と結合剤を使って金属部品成形用の金型を作ります。砂型鋳造の方式は表面仕上げ、強度、コストに影響します。
生型鋳造
生型鋳造は最も一般的な砂型鋳造方法です。けい砂、粘土（多くはベントナイト）、水、場合によっては他の添加剤を混ぜます。「生型」とは砂を乾燥させず、ある程度湿った状態のまま使用することを指します。
柔軟で速く、低コストであるため広く使われています。小型部品にも大型部品にも対応し、鉄、鋼、アルミニウム部品の多くがこの方法で作られます。
メリット：
- 低コスト
- 砂を再利用できる
- 成形が容易
デメリット：
- 表面仕上げ品質が低い
- 公差の精度が低い
生型は金型の強度があまり高くないため、比較的単純な部品に適しています。
レジン砂型鋳造
レジン砂型鋳造では、樹脂などの化学結合剤を砂に混ぜます。結合剤が砂粒を結び付け、生型より強く硬化させます。金型を硬化させることで、強固で剛性の高い形状を作れます。
表面仕上げと形状精度が向上します。複雑な部品や高品質が必要な場合によく使われ、生型より細かな設計にも対応できます。
メリット：
- 寸法精度が良好
- 表面仕上げに優れる
- 複雑な形状を製作可能
デメリット：
- 生型鋳造よりコストが高い
- 通常、砂を再利用できない
コストより品質と細部の再現性を重視する場合は、レジン砂型鋳造を検討してください。
乾燥砂型鋳造
乾燥砂型鋳造は生型鋳造に似ていますが、注湯前に砂型をオーブンで乾燥させます。乾燥によって強度が高まり、ガス気泡などの欠陥を防ぎます。そのため、大型または重量のある鋳物に適しています。
乾燥工程があるため時間はかかりますが、金型の強度と耐割れ性が向上します。重機や大型産業部品など、非常に大きな部品に選ばれることがよくあります。
メリット：
- 金型の強度が高い
- 大型鋳物に適する
- 鋳造欠陥が少ない
デメリット：
- 生産時間が長い
- 生型鋳造より費用がかかる
大規模なプロジェクトで強く安定した金型が必要な場合に適しています。
金型鋳造の工程
金型鋳造では使い捨ての砂型の代わりに耐久性の高い金属金型を使います。同一形状の部品を多数生産でき、滑らかな表面と良好な強度が得られます。
重力ダイカスト
重力ダイカストでは、手作業または取鍋を使って溶融金属を金属金型へ注ぎます。重力によって金型内部の隅々まで金属が充填されます。追加の圧力や真空は使用しません。
中量から大量の金属部品の生産に利用できます。アルミニウム、マグネシウム、銅合金製品の製造で一般的です。砂型鋳造より強度と表面仕上げに優れた部品が得られます。
主なメリット：
- 寸法精度が良好
- 金型を再利用できる
- 砂型鋳造より廃棄物が少ない
代表的な製品：
- 自動車部品
- 機械部品
- 管継手
低圧ダイカスト
低圧ダイカストでは、金型の下に溶融金属を満たした専用チャンバーを設けます。通常1 bar未満の低い空気圧で溶融金属を金型へ押し上げます。
追加の圧力によって、重力鋳造より薄い部分まで金型を充填できます。工程速度は遅くなりますが、強度が高く細部に富んだ部品が得られます。アルミニウム合金やマグネシウム合金に特に適しています。
主な利点：
- 充填を精密に制御できる
- 気孔が少ない
- 薄肉部品に適する
自動車業界でホイール、エンジン部品、ハウジングなどの製造に使われます。
真空ダイカスト
真空ダイカストでは真空ポンプで金型キャビティ内の空気を除去します。これにより溶融金属が金型の隅々まで引き込まれます。
巻き込まれたガスや気孔が非常に少ないため、強度と気密性に優れた部品を作れます。薄肉または精細な部品に高精度が必要な場合に適しており、航空宇宙や電子機器などの業界でよく選ばれます。
主なポイント：
- 非常に滑らかな表面
- 高密度で欠陥率が低い
- 軽合金と小型から中型の部品に適する
真空ダイカストは、電気機器用ハウジング、歯車、高精度部品などに使われます。
インベストメント鋳造とロストフォーム鋳造
インベストメント鋳造とロストフォーム鋳造はいずれもパターンで金型を形成しますが、材料と工程は異なります。それぞれ特定の形状、サイズ、細部を持つ部品の製造に適しています。
インベストメント鋳造
インベストメント鋳造では、ワックスまたはプラスチックのパターンを使って金型を作ります。まずパターンに専用のセラミックスラリーを塗り、次に細かい砂を被せます。セラミック殻が硬化したら、ワックスを溶かして中空部を残します。
その空間に溶融金属を注いで完成品を作ります。滑らかな表面と厳しい公差を備えた複雑形状を製造できます。
主な用途：
- 小型または精細な金属部品
- 高精度部品
- 宝飾品、医療器具、航空宇宙部品
メリット：
- 細部の再現性に優れる
- 多くの金属に対応
デメリット：
- 他の方法より工程数と時間が多い
- 大型部品では高コスト
ロストフォーム鋳造
ロストフォーム鋳造も同様ですが、ワックスではなく発泡ポリスチレンのパターンを使います。発泡パターンを砂の入った箱に置きます。溶融金属を注ぐと発泡材が蒸発し、その空間を金属が満たします。
他の鋳造方法では難しい形状を容易に作れます。中子を使わずに大型または複雑な部品を製造するのに適しています。
| 特性 | インベストメント鋳造 | ロストフォーム鋳造 |
|---|---|---|
| パターン | ワックス／プラスチック | 発泡材 |
| パターンの除去方法 | 溶融して除去 | 蒸発 |
金型の継ぎ目が少ないため、完成部品の後処理時間を短縮できます。高価な金型を作らずに試作品や一点物を製造する場合にも役立ちます。
特殊・最新の鋳造技術
強度、精度、独自性を備えた金属部品を作るため、特殊な技術を使う鋳造方法もあります。パイプ、歯車、長尺の金属棒などの製造に役立ちます。
遠心鋳造
遠心鋳造は、パイプやリングなどの中空円形製品の製造に使われます。溶融金属を回転する金型へ注ぎ、遠心力で金型壁面へ押し付けます。その過程で気泡や不純物が除去されます。
継ぎ目のない、緻密で強度が均一な部品が得られます。内面は通常滑らかで、不純物は中心部に移動して除去できます。鉄、鋼、青銅、アルミニウムなどに適しています。
代表的な製品：
- 水道管
- ブッシュ
- フライホイール
安定した結果が得られるため、重負荷や圧力に耐える必要がある部品の製造に広く使われています。
シェルモールド鋳造
シェルモールド鋳造では、砂と特殊樹脂で作った薄い殻を金型として使います。金属パターンを加熱し、砂と樹脂の混合物で覆います。熱で殻が硬化し、強く薄い金型層ができます。
殻を冷却してパターンから取り外し、もう一方の殻と組み合わせます。そこへ溶融金属を注いで完成品を作ります。表面が滑らかでエッジも鮮明になるため、精細または複雑な形状に適しています。
シェルモールド鋳造の主な特長：
- 良好な表面仕上げ
- 高精度で再現性に優れる
- 小型から中型の部品に対応
代表的な製品には、バルブボディ、ギアハウジング、シリンダーヘッドがあります。
連続鋳造
連続鋳造は、棒、バー、板などの長尺形状を作る方法です。両端が開いた金型に溶融金属を注ぎます。冷却しながら金属を連続した状態で金型からゆっくり引き出します。
主な利点は、廃棄物を抑えながらほぼ任意の長さの製品を作れることです。自動化に適しているため、大型工場でよく使われます。鋼、銅、アルミニウムなどに適しています。
連続鋳造の利点：
- 品質が安定
- 高効率
- 生産コストが低い
均一な品質と強度が必要なレール、梁、その他の構造用金属製品の製造によく使われます。
ダイカスト工程
ダイカストでは、ダイとも呼ばれる鋼製金型へ溶融金属を高圧で射出します。高速かつ精密なため、滑らかな表面と厳しい寸法精度が求められる金属部品の生産に広く使われています。
主にホットチャンバーとコールドチャンバーの二種類があります。それぞれ適した金属や生産要件が異なります。
ホットチャンバーダイカスト
ホットチャンバーダイカストは、亜鉛、マグネシウム、一部の鉛合金など融点の低い金属に適しています。射出システムが常に溶融金属に接しており、金属は機械のチャンバーから直接金型へ流れます。
サイクルタイムが短く、より短時間に多くの部品を生産できます。自動運転により労働力も減らせます。ただし、アルミニウムや融点の高い金属には適しません。機械が損傷するおそれがあるためです。
ホットチャンバーダイカストは小型から中型部品の製造に一般的です。自動車部品、おもちゃ、金具などによく使われます。精密形状と滑らかな表面が得られ、追加仕上げはほとんど必要ありません。
| 主な利点 | 主な制約 |
|---|---|
| 生産速度が速い | アルミニウムには不向き |
| 高精度 | 融点の低い金属に限られる |
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は、アルミニウム、銅、黄銅など融点の高い金属に使われます。金属を別の炉で溶かしてから射出システムへ注ぎ、ピストンで金型に押し込みます。
高温金属を扱う際に機械部品を熱損傷から守れます。ただし、サイクルタイムはホットチャンバー方式よりやや長くなります。
エンジンブロックやハウジングなど、大型または重量部品に適しています。強度と細部の再現性に優れた部品を作れますが、溶融金属にさらされる可動部品はより多くのメンテナンスが必要になる場合があります。
