要点まとめ

ダイカスト用材料の選定には、大きく二つの異なるカテゴリーがあります。金型（ディー）は、極端な高温および高圧に耐えるため、H13やP20といった高強度で耐熱性を持つ工具鋼で作られます。一方、成形品自体は、これらの金型に溶融した非鉄合金—主にアルミニウム、亜鉛、マグネシウム—を注入して形成されます。この違いを理解することは、成功した製造にとって非常に重要です。

金型材料と鋳造材料：重要な区別

ダイカストにおけるよくある混乱の一つは、金型自体の作成に使用される材料と最終製品の作成に使用される材料との違いです。これを明確にすることは、適切なエンジニアリング判断を行うための第一歩です。これら二つの材料はまったく異なる機能を果たし、根本的に異なる特性を持っています。金型は耐久性があり再利用可能な工具であるのに対し、鋳造材料は完成品となる素材です。

金型材料は非常に堅牢でなければなりません。その主な役割は、高圧下で溶融金属を保持し、変形、亀裂、摩耗することなく数千回の熱サイクルに耐えることです。このため、製造業者は特殊な熱間工具鋼を使用しています。これらの鋼材は、高硬度、優れた熱疲労抵抗性、高温下での靭性を備えるように設計されています。 HLC Metal Parts のガイドで詳しく説明されているように、ダイカスト工程全体の耐久性と精度は金型鋼材の品質に依存しています。

対照的に、鋳造材料は最終部品に求められる特性に基づいて選定されます。これらの材料は通常、溶融状態での優れた流動性、低融点、軽量性、耐食性などの特性で知られる非鉄合金です。目的は、複雑な金型キャビティに容易に流れ込み、所定の寸法精度、機械的強度および表面仕上げを備えた部品を製造できる合金を選ぶことです。鋳造材料の性能要件は、すべて最終製品の用途に関わるものであり、製造用工具の耐久性とは関係ありません。

この二つを混同すると、設計および生産において重大な誤りを招く可能性があります。たとえば、金型に一般的な鋳造合金を指定した場合、鋳造材料との接触時に直ちに溶けてしまうため、即座に破損します。以下の表は、一般的な例を用いてこの根本的な違いを示しています。

特集：ダイカスト金型用高性能鋼材

ダイカスト金型の製作に使用される材料は、製造プロセスにおいて目立たないが極めて重要な存在です。これらの材料は、最も過酷な産業環境下でも信頼性の高い性能を発揮しなければなりません。この用途に最も適した材料はホットワーク工具鋼であり、高温でもその強度、硬度、寸法安定性を維持するために特別に設計された合金類です。このような鋼材は、金型の長寿命化および数万回にわたるサイクルを通じて一貫して高品質な部品を生産するために不可欠です。

ダイカスト金型に最も広く使用されている材料はH13工具鋼です。次に詳しい内訳によると Neway Precision h13は、硬度、靭性、および熱疲労抵抗性の優れたバランスを実現しています。クロム、モリブデン、バナジウムを含むその組成により、溶融金属を繰り返し注入される際の熱衝撃に耐えることができます。このため、アルミニウムおよび亜鉛合金の鋳造に最適な材料となっています。もう一つの一般的な材料はP20鋼であり、通常は予備硬化状態で供給されます。H13ほど高温に耐える性能はありませんが、P20は機械加工が容易で、低温での使用や短期間の生産に用いる金型において費用対効果の高い選択肢です。

特定の工具鋼の選択は、その用途に大きく依存します。複雑な形状や大量生産を伴う極めて要求の厳しい作業では、製造業者はより高度な材料であるマルエージング鋼やニッケル基超合金を採用することがあり、これらはコストが高くなる代わりに優れた強度と耐久性を提供します。自動車分野では、精度と耐久性が極めて重要であるため、素材選定が非常に重要となります。専門メーカーである Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. は、高精度の自動車用スタンピング金型の製造において高い専門性を示しており、OEMメーカーやティア1サプライヤーに対して部品の一貫性と金型の長寿命を確保するため、同様に堅牢な工具鋼を使用したプロセスに依拠しています。

性能をさらに向上させるために、金型表面には特殊な処理が施されることがよくあります。例えば、窒化処理は溶融金属の流れによる摩耗や浸食に耐える非常に硬い表面層を形成します。また、表面硬度を高め、成形品の離型を容易にするためにハードクロムめっきを施すこともできます。これらの処理により、金型の運用寿命を大幅に延長でき、金型製作に要する大きな投資を保護できます。以下に、ダイカスト金型に一般的に使用される工具鋼の比較を示します。

ダイカスト部品に使用される一般的な合金のガイド

金型が形状を提供する一方で、鋳造合金は最終製品にその本質と機能を与えます。ダイカスト部品の大部分は、非鉄合金の3つの主要な系列—アルミニウム、亜鉛、マグネシウム—から作られています。それぞれの合金は独自の特性プロファイルを持っており、さまざまな用途に適しています。合金の選択は、部品の重量、強度、耐久性、コストに影響を与える重要な設計上の決定です。

アルミニウム合金

アルミニウムはダイカストにおいて最も一般的な材料であり、優れた比強度、耐食性、および熱伝導性により高く評価されています。 Xometry などのガイドで詳しく説明されているように、A380のような合金は非常に多用途であり、自動車のエンジンブロックから電子機器の筐体、電動工具に至るまで、幅広い製品に使用されています。もう一つの一般的な等級であるADC12は、薄肉の複雑な金型を確実に充填できる優れた鋳造性で知られています。アルミニウム合金は、軽量かつ高強度な部品を費用対効果よく生産するための解決策を提供します。

亜鉛合金

亜鉛合金、特にZamakシリーズ（例：Zamak 3およびZamak 5）は、ダイカスト業界のもう一つの柱です。これらの合金の主な利点には、非常に低い融点によるエネルギーコストの削減と金型寿命の延長、並外れた流動性があります。この流動性により、極めて細かいディテールや非常に薄い壁を持つ部品を製造でき、しばしば優れた表面仕上げが得られるため、二次加工が最小限に抑えられます。亜鉛合金はアルミニウムよりも密度が高いですが、その強度と硬度から、自動車用ドアハンドル、装飾用ハードウェア、ギア、電子コネクタなどの用途に最適です。

マグネシウム合金

絶対最小重量が求められる場合、設計者はマグネシウム合金に頼ります。すべての構造用金属の中で最も軽量なマグネシウムは、比強度において最良の性能を提供します。AZ91Dなどの合金は、航空宇宙部品、高級自動車部品、ノートパソコンのフレームやカメラボディなどの携帯用電子機器のように、重量低減が極めて重要な用途で広く使用されています。アルミニウムや亜鉛よりもコストが高くなりますが、高性能と低重量が不可欠な高級用途では、マグネシウムの独特な特性がその使用を正当化します。

主要な選定基準：用途に適した材料を選ぶ

ダイカスト金型および最終製品の両方に最適な材料を選定するには、機械的・熱的・経済的要因を慎重に分析する必要があります。この意思決定プロセスは、単一の「最良」材料を見つけることではなく、特定の用途に最も適した材料を選ぶことにあります。バランスの取れたアプローチにより、最終製品が性能目標を満たしつつ、製造コストも抑えることができます。

金型材料選定の要因

金型用工具鋼の選択は、主に鋳造条件と生産要件によって決まります。専門家が指摘する主要な検討事項は以下の通りです。 Ace Mold 含む：

• 鋳造合金温度： 鋳造合金の融点（例：アルミニウム対亜鉛）が高いほど、金型材料はより耐熱性が求められます。そのため、アルミニウムではH13が標準ですが、亜鉛ではP20で十分な場合があります。
• 生産量: 数十万個もの大量生産を行う場合、より耐久性が高く高価な工具鋼への投資は賢明です。これは寿命が長く、ダウンタイムを削減できるためです。一方、試作や小ロット生産では、耐久性は低いが加工しやすい鋼材の方が経済的である可能性があります。
• 部品の複雑さ： 薄肉の複雑な形状は金型内に高応力領域を発生させることがあります。このような場合には、早期の割れや破損を防ぐために、靭性が高く疲労強度に優れた鋼材が必要です。

鋳造材料選定の要因

部品自体の合金を選ぶ際には、使用環境と性能要件に重点が移ります。検討すべき主な要因は以下の通りです。

• 機械的特性: その部品は高い応力、衝撃、または摩耗にさらされますか？亜鉛合金は優れた硬度と耐衝撃性を提供しますが、アルミニウムは構造部品としてよりバランスの取れた特性を持っています。
• 操作環境 その部品は湿気、化学物質、または極端な温度にさらされますか？アルミニウムは自然な耐食性を持つため、多くの屋外や過酷な環境に最適です。マグネシウムは保護コーティングを必要とする場合があります。
• 重量要件： 重量の最小化が設計上の主な目的ですか？航空宇宙や携帯型電子機器などの用途では、マグネシウムが明確な優位性を持ち、次いでアルミニウムが続きます。
• 予算： 部品単価は大きな要因です。亜鉛およびアルミニウム合金は、一般的にマグネシウムよりも費用対効果が高いです。部品の複雑さや必要な仕上げ工程も、最終コストに大きな影響を与えます。

このプロセスを進めるために、設計者は材料選定を最終決定する前に一連の質問を行うべきです。以下のチェックリストは、ダイカストプロジェクトの実用的な出発点として活用できます。

• この部品の予想される総生産数量はどれくらいですか？
• 部品が耐える必要がある最大および最小作動温度はそれぞれ何度ですか？
• 部品は使用期間中にどのような構造的負荷または衝撃に耐えなければならないですか？
• 部品の重量は設計上の重要な制約条件ですか？
• どの程度の耐食性が要求されますか？
• 最終製品の表面仕上げおよび外観上の要件は何ですか？
• 部品当たりの目標コストはいくらですか？

よく 聞かれる 質問

1. ダイカスト金型にはどのような材料が使用されていますか？

ダイカスト金型は主に高品位の工具鋼、特に熱間工具鋼で作られています。最も一般的で多用途な選択肢はH13鋼であり、靭性、摩耗抵抗性、熱疲労抵抗性の優れたバランスを提供します。低温での使用や短い生産ランの場合には、P20鋼も人気のある選択肢です。

2. ダイカストに最も適した材料は何ですか？

鋳造部品に最も適した材料は、完全にその用途の要件によって決まります。A380などのアルミニウム合金が、強度、軽量性、耐食性およびコストの面で優れたバランスを持つため、全体的に最も一般的です。ただし、きめ細かなディテールや高い衝撃強度を必要とする部品には亜鉛合金が適しており、一方で重量を最小限に抑えることが最優先される場合はマグネシウムが最良の選択となります。

以下の材料のうち、ダイカスト金型の作成によく使用されるものはどれですか？

一般的な材料の中では、工具鋼がダイカスト金型の作成における標準です。H13やP20といった鋼種は、ダイカスト工程に伴う高圧力および熱衝撃に耐えられるように特別に設計されています。これらの材料により、何千回もの鋳造サイクルにわたり金型の耐久性と寸法精度が確保されます。