自動車用ダイカスト工程：精密部品の解説

要点まとめ

自動車用ダイカストプロセスは、溶融した非鉄金属を再利用可能な鋼製の金型（ダイス）に高圧で注入する製造技術です。この方法は、強度が高く、軽量で複雑な形状を持つ部品を高い精度で大量生産するために現代自動車産業において不可欠です。アルミニウム、亜鉛、マグネシウムなどの合金を使用することで、ダイカストは車両性能の向上、燃費効率の改善、そして寸法精度に優れた部品の量産を可能にする上で極めて重要です。

ダイカストの基本：その定義と自動車産業における重要性

ダイカストとは、溶融金属を高圧で金型キャビティ内に押し込むことによって行われる金属鋳造プロセスです。これによると Wikipedia この圧力は10から175メガパスカル（MPa）の範囲に達し、複雑な二分割式の焼入れ鋼製金型の細部まで金属が確実に充填されるようにします。金属が冷却されて固化した後、金型が開かれ、鋳造品と呼ばれる部品が排出されます。このプロセスはプラスチックの射出成形と類似していますが、非鉄金属に使用されるため、現代製造業の柱となっています。

自動車業界において、ダイカストの重要性は強調してもしすぎることはありません。メーカーは燃料効率の向上と排出ガスの削減を常に求められており、これは主に車両重量の軽減に依存しています。ダイカストは、強度や耐久性を犠牲にすることなく軽量部品を生産できるため、有効な解決策を提供します。以下に述べるように、 RapidDirect この技術は金属製造における主要な代替手段であり、他の方法では達成が難しい薄肉構造や複雑な形状を可能にします。これにより、車両の軽量化、燃費の向上、および全体的な性能の強化が実現します。

優れた表面仕上げと寸法精度を持つニアネットシェイプ部品を製造できる点も、このプロセスの大きな利点です。これにより大量生産環境において、二次加工工程の必要性が減少し、時間とコストの節約につながります。ダイカストは複雑な部品製造に最適ですが、鍛造のような他の高性能プロセスも自動車製造において極めて重要です。例えば、一部の企業は 自動車用鍛造部品 というプロセスに特化しており、これはサスペンションやパワートレイン部品など、高い応力がかかる重要な部位に使用される、非常に高い強度を持つ部品の製造で知られています。

自動車用ダイカストの主な利点には以下が含まれます：

• 軽量化： アルミニウムやマグネシウムといった低密度金属を使用することで、車両全体の重量を削減でき、燃費性能の向上に直接寄与します。
• 複雑さと精度： 高圧インジェクションにより、きつい公差を持つ複雑で薄肉の部品を作成でき、より洗練されたコンパクトな車両設計が可能になります。
• 高い生産速度： ダイカストは迅速なプロセスであり、自動化された機械によって1回の作業で数千個の同一部品を製造できるため、大量生産において非常にコスト効率が高くなります。
• 耐久性 ダイカスト部品は優れた強度対重量比と良好な耐食性を示し、重要な自動車部品の長寿命性と信頼性を保証します。

段階別のダイカスト工程：溶融金属から完成品まで

自動車用ダイカスト工程は、溶融金属を非常に高速かつ高精度で完成部品に変換する高度に洗練された多段階の作業です。この一連のワークフローは、金型準備、充填（注入）、脱型、およびシェイクアウト（トリミング）の4つの主要な段階に分けることができます。各工程は、最終製品が寸法精度や表面仕上げに関する厳しい品質基準を満たすために不可欠です。

まず、金型の準備を行う必要があります。焼入れ鋼製の金型の2つの半分を清掃し、その後潤滑剤をスプレーします。この潤滑剤には2つの目的があります。金型の温度を制御すること、および離型剤として機能して、固化した鋳物が損傷せずに容易に取り出せるようにすることです。潤滑後、2つの金型半分は次に発生する高圧注入に耐えられるよう、非常に大きな力で確実に閉じられ、締め付けられます。

次に充填または注入工程があります。別個の炉で溶かされた（冷室式プロセスの場合）または機械自体の中で溶かされた（熱室式プロセスの場合）溶融金属が金型キャビティ内に押し込まれます。プランジャーが高速・高圧で金属を注入し、凝固が始まる前に金型の隅々まで確実に満たします。冷却中も圧力は維持され、収縮や気孔の発生を最小限に抑えます。金属が固化した後、金型の2つの半分が開き、エジェクターピンによって鋳物が押し出されます。最後に、シェイクアウト工程では、ランナーやスプレュー、および金型の分割線から漏れ出た薄いバリ（フラッシュ）などの余分な材料が鋳物から切り取られます。この廃材は通常回収され再溶解して再利用されるため、プロセスは非常に持続可能になっています。

高圧ダイカストの主な2つの方法として、熱室式と冷室式のプロセスがあり、それぞれ異なる金属や用途に適しています。

自動車用ダイカストのコア材料：アルミニウム、亜鉛、マグネシウム

自動車用ダイカストにおける材料の選定は極めて重要であり、最終的な部品の重量、強度、耐腐食性、コストに直接影響を与える。最も一般的に使用されるのは、非鉄金属合金であるアルミニウム、亜鉛、マグネシウムであり、それぞれ特定の用途に応じた一意の特性を持っている。

アルミニウム合金 は自動車業界で最も広く使用されており、主に軽量性と強度の優れた組み合わせによるものである。以下に詳述するように Fictiv a380のような合金は、優れた機械的特性、高い熱伝導性、および耐食性が評価されており、応力下でかつ高温環境で作動する部品に最適です。一般的な用途には、エンジンブロック、ギアボックスケース、オイルパン、シャシー部品などの構造部材が含まれます。アルミニウムの使用は、燃費向上を目的とした車両の軽量化における重要な戦略です。

亜鉛合金 zamakシリーズに属するものなど）は、別の代表的な選択肢です。亜鉛は卓越した鋳造流動性を備えており、複雑な形状や薄肉部分を含む金型を高精度で充填できるため重宝されています。寸法安定性に優れ、衝撃強度が高く、装飾用または保護用のめっき処理も容易です。据 Bruschi によると、亜鉛はドアハンドル、ロックハウジング、シートベルトリトラクターギア、電子センサーハウジングなど、高品質な表面仕上げと厳密な公差を必要とする部品に頻繁に使用されます。

マグネシウム合金 一般的なダイカスト金属の中で最も軽量であり、優れた比強度を提供します。マグネシウムはアルミニウムより約33%、鋼鉄より75%軽量です。このため、重量の削減が最優先される用途において理想的な材料となります。 3ERP によると、マグネシウムはステアリングホイールフレーム、シートフレーム、インストルメントパネル、トランスファーケースなどの部品に使用されています。また、優れた切削加工性と振動吸収性能も、自動車設計における大きな利点です。

主要なダイカスト合金の比較

• 重量: マグネシウムが最も軽く、次いでアルミニウム、亜鉛がこの3者中最も重い。
• 強度： 亜鉛合金は常温で一般的により高い引張強さを示すが、アルミニウム合金は高温環境でも強度をよりよく保持する。
• 耐腐食性: この3種とも良好な耐食性を有しており、具体的な性能は合金の種類と表面処理によって異なる。
• 費用: 亜鉛およびアルミニウムは大量生産において一般的にコスト効果が高いのに対し、マグネシウムはより高価になることがあります。
• 鋳造プロセス 亜鉛およびマグネシウムは融点が低く鋼製インジェクション部品への腐食性が小さいため、より高速なホットチャンバプロセスで鋳造できますが、アルミニウムはその高い融点と鋼部品への腐食作用があるため、より遅いコールドチャンバプロセスを必要とします。

主要なダイカスト技術とその応用

高圧ダイカスト（HPDC）が最も一般的な方法ですが、構造的完全性が極めて重要となる自動車の重要な部品など、特定の製造ニーズに対応するためにいくつかの派生技術が開発されています。これらの技術には、低圧ダイカストや真空補助ダイカストがあり、それぞれ異なる用途に対して明確な利点を提供しています。

高圧ダイカスト（HPDC）は、その高速性と複雑なネットシェイプ部品を製造できる能力から、自動車部品の大部分を生産するための標準となっています。エンジン部品やトランスミッションハウジングから、センサーケースやブラケットなどの小型部品まで、幅広い用途に使用されています。しかし、HPDCでは溶融金属を急速に射出する際に空気が閉じ込められる可能性があり、これが最終的な鋳物に気孔（ポロシティ）を引き起こすという一般的な課題があります。この気孔は部品の機械的特性を損なう可能性があり、熱処理を不可能にする場合もあります。

これを解決するために、 真空補助付きダイカスト 真空ダイカストが採用されます。このプロセスでは、金属を射出する前に真空を利用して金型キャビティ内の空気およびガスを除去します。これにより気孔が大幅に低減され、より緻密で強度の高い部品が得られ、表面仕上げも向上します。この技術は、構造ノード、エンジンマウント、サスペンションコンポーネントなど、安全上重要な部品やその後の溶接または熱処理を必要とする部品に最適です。

低圧ダイカスト（LPDC） は、溶融金属を低い圧力（通常7～30 psi）で下方から型内に穏やかに供給する別の方法です。この遅く、より制御された充填により、乱流や空気の巻き込みが最小限に抑えられ、優れた機械的性質を持ち、内部の気孔が少ない部品が得られます。LPDCは、構造的完全性が高速サイクルよりも重要となるホイールや特定のエンジンブロックのような、比較的大きく対称的な部品に適しており、よく選ばれます。

鋳造 の 利害 弊害

他のあらゆる製造プロセスと同様に、ダイカストにも特有のトレードオフがあり、ある用途には適していても、他の用途には不適切な場合があります。

利点

• 高い生産速度： このプロセスは高度に自動化されており、大量生産時に非常に速い速度で部品を製造できるため、単一製品あたりのコストを削減できます。
• 優れた寸法精度： ダイカストは非常に厳しい公差を持つ部品を生産するため、後工程での機械加工が必要ない場合が多いです。
• 複雑な形状： このプロセスにより、他の方法では実現が難しい複雑な形状や薄肉構造を形成することが可能です。
• 表面が滑らか: 鋳造品は自然に滑らかな表面を持っており、外観目的で簡単にメッキ処理や仕上げが可能です。

欠点

• 初期コストが高い： 金型（ダイス）およびダイカストに必要な機械は非常に高価であるため、小ロット生産では費用面で不利になります。
• 材料の制限： このプロセスは一般的にアルミニウム、亜鉛、マグネシウムなどの流動性の高い非鉄金属に限定されます。
• 気孔が発生する可能性： 標準的なHPDCでは、空気が閉じ込められ内部に気孔が生じる場合があり、部品の強度に影響を与えたり熱処理を不可能にしたりする可能性があります。
• 金型製作に長いリードタイムが必要： 新しい金型の設計および製造は複雑で時間のかかるプロセスです。

自動車用ダイカスト工程に関する最終考察

自動車用 鋳造 プロセスは 現代の自動車にとって不可欠な軽量で 複雑で 信頼性の高い部品の 製造を可能にする 基礎技術です 燃料効率を向上させ 重量を削減し 高精度部品で 洗練された設計が可能にするまで その影響は否定できません アルミ,亜鉛,マグネシウム合金によるユニークな特性を利用することで 製造者は特定の性能,安全性,コスト目標を達成するために 部品を調整できます 自動車産業が電気自動車や自動運転車へと進化し続けるにつれて 更に大きく統合された構造部品を生産する 先進的な鋳造技術への需要は 成長し続け 将来の重要な製造プロセスとしての役割を強化します

よく 聞かれる 質問

1. 労働力 鋳造と鍛造の主な違いは何ですか?

金属の状態が主な違いです 鋳造では,金属が溶け (液体) になるまで熱し,その後固化するために模具に注入されます. 鍛造 の 中 で,金属 は 形容 が しれ ない まで 熱さ を 上げ られ て 固体 に 留まっ て い ます. 形状を形づけるには ハンマーやプレスで 巨大な圧力をかけます 鍛造は通常 より強く 耐久性のある部品を製造しますが 鋳造は複雑で複雑な形状を作るのに より良いものです

2. 信頼性 鋳造機では 毛孔が 心配なのは なぜですか?

溶解された金属が固化するにつれて 溶解された金属の中に 閉じ込められた小さな空白やガス泡を 呼んでいる. ストレス下では 破裂しやすい状態になるからです 孔隙性により,部品は安全に熱処理または溶接されない. 熱付けすると閉じ込められたガスが膨張し,表面に水泡や内部微小裂け目が生じ,部品の構造的整合性を損なう可能性があります.

3. 信頼する 鋳造には鋼や鉄が使えますか?

鉄や鋼などの鉄金属を鋳造するのは技術的に可能ですが,非常に珍しいことです. 極めて高温の溶融温度では,鋼材が急速に劣化し,磨き合いを起こすため,道具の寿命が短く,このプロセスは経済的に実現不可能になります. この過程は,低溶融点を持つ非鉄金属にほとんど専用される.