要点まとめ

真空補助ダイカスト設計は、溶融金属を注入する前に真空を使用して金型空洞内の空気およびガスを除去するプロセスを用いて部品を製作することに重点を置いています。この重要な工程により、気体の巣（気孔）が大幅に低減され、より密度が高く、強度が大きく、優れた表面仕上げを持つ部品が得られます。壁厚や金型のシール性などの考慮事項を含む適切な設計は、複雑で高性能かつ欠陥のない部品を製造するためにこのプロセスを活用する上で不可欠です。

真空補助ダイカストの基礎

真空補助金型鋳造（Vacuum assisted die casting）は、ガスフリー金型鋳造とも呼ばれ、従来の高圧ダイカストに比べて進化した製造プロセスです。その基本原理は、溶融金属を金型に注入する前に、金型キャビティおよびショットスリーブ内の空気やその他の閉じ込められたガスを体系的に除去することにあります。強力な真空装置を金型に接続し、溶融合金の注入直前および注入中にキャビティ内の空気を排出することで、ほぼ真空に近い環境を作り出します。このプロセスにより、従来のダイカストで最も長年課題とされてきたガス発生による気孔（きこう）問題が解決されます。

この技術が根本的に解決する問題は、ガスの閉じ込めです。標準的なダイカスト工程では、溶融金属が高速で注入されるため、金型内部に空気が閉じ込められやすくなります。こうした閉じ込められたガスは凝固した金属内に空洞や気孔を形成し、構造的完全性を損ないます。製造技術の専門家によると Xometry この気孔は、機械的特性のばらつきや弱点を引き起こす可能性があります。真空プロセスでは、溶融金属が金型の細部まで抵抗や乱流なく充填できるよう、閉じ込められる空気を取り除くことでこれを軽減します。

従来のダイカスト法と比較して、真空補助方式は明らかに高品質な部品を生み出します。金型内の空気を排出することは、気泡の発生を防ぐだけでなく、溶融金属を金型の複雑な形状や薄肉部分へより効果的に引き込むのにも役立ちます。その結果、部品はより緻密で強度が高く、表面仕上げもはるかにきれいになります。北米ダイカスト協会が指摘しているように、真空システムは強力な補助手段ですが、ランナー、ゲート、オーバーフローの設計における適切なダイカスト設計手法の必要性を置き換えるものではありません。優れた設計と真空補助を組み合わせることで、最高レベルの品質が実現するのです。

主要な利点と品質の向上

ダイカスト成形プロセスで真空を用いる主な利点は、部品の品質と完全性が著しく向上する点です。ガスの巻き込みを最小限に抑えることで、内部の気孔が大幅に減少した部品が得られます。これにより、より緻密な鋳造品が得られ、引張強さや伸び率など、機械的特性も一貫性があり予測可能になります。このような信頼性は、自動車産業や航空宇宙産業など、厳しい使用条件が求められる分野での部品にとって極めて重要です。

もう一つの大きな利点は、優れた表面仕上げが得られることです。表面近くに閉じ込められたガスが膨張することで生じるブリスター（膨れ）やピンホールなどの欠陥が、事実上完全に排除されます。その結果、金型から取り出した直後から清浄な表面が得られ、高コストで時間のかかる二次加工の必要性が低減します。以下に詳述するように、 Kenwalt Die Casting この欠陥の削減により、拒絶される部品が減少し、時間、労力、材料費を節約できます。さらに、真空下での金型の均一な充填は、閉じ込められた空気による高い内部圧力や摩耗を低減することで、金型の寿命を延ばすことができます。

品質の向上により、新たな製造の可能性も広がります。真空ダイカストで製造された部品は、従来の鋳造品では問題となることが多い後加工処理に適しています。閉じ込められたガスがほとんどないため、膨張して欠陥を引き起こすことがなく、これらの部品は信頼性高く熱処理、溶接、またはめっきが可能です。この能力は、強度の向上や特定の表面特性を必要とする構造部品にとって不可欠です。

真空補助工程：ステップバイステップの解説

従来のダイカスト工程をベースとしていますが、真空補助工程では重要な追加段階が含まれます。この工程の順序を理解することは、設計および最終的な部品品質への影響を把握する上で重要です。一般的には以下の明確なステップに従います。

1. 金型の準備と閉鎖 金型の2つの半分をまず清掃し、離型剤で潤滑してから確実に閉じます。この際の重要な設計上のポイントは、真空をかけた後もそれを維持できるよう、金型に効果的なシール構造を持たせることです。わずかな漏れでもプロセスが損なわれます。
2. 真空の導入： 金型を閉じた状態で、高容量の真空ポンプを作動させます。金型キャビティおよびランナーシステムに接続されたバルブを開き、ポンプによって金型内部の空気および潤滑剤からのガスを排出し、低圧環境を形成します。この工程は正確なタイミングが求められます。
3. 溶融金属の注入： 所定の金属合金を炉で溶かした後、マシンのショットチャンバーへ移送します。次に、高圧プランジャーが溶融金属を真空状態の金型キャビティ内に注入します。真空により金属がスムーズに金型内へ引き込まれ、乱流を起こすことなく細部まで完全に充填されます。
4. 凝固および冷却： キャビティが充填されると、溶融金属は冷却されて凝固し始め、金型の形状を取ります。金型には内部に冷却チャネルが設けられており、凝固速度を制御することが可能で、所望の冶金的特性を得る上で非常に重要です。
5. 金型の開閉と製品の取出し： 鋳物が完全に凝固した後、真空が解除され、金型の二つの半分が開かれます。次にエジェクターピンが働き、完成した鋳造品を金型から押し出します。この部品は、トリミング、機械加工、表面処理などの必要な二次工程に進める状態になります。

この一連のサイクルは極めて高速であり、数秒から数分以内で完了するため、大量生産に非常に適しています。真空システムの統合により構造は複雑になりますが、本工程が持つ高品質を実現する上で不可欠です。

真空ダイカストの主要な設計原則

真空補助金型鋳造設計の効果的な実施とは、単に形状を作成するだけではなく、真空環境の利点を最大限に活かせるよう部品の幾何学的形状を最適化することを意味します。多くの設計原則は従来の鋳造と共通していますが、特に重要になるポイントもあります。成功させるためには、肉厚や抜き勾配などの特徴に細心の注意を払うことが極めて重要です。

最も大きな設計上の利点の一つは、より薄い壁を持つ部品を製造できることです。真空によって閉じ込められた空気による背圧が低減されるため、溶融金属が従来のダイカストよりもはるかに薄い部分まで流れ込み、完全に充填することが可能になります。一般的に、1mmから1.5mmの最小肉厚が達成可能ですが、これは部品の大きさや使用材料によって異なります。変形や沈み込みなどの欠陥を防ぎ、均一な冷却を確保するため、可能な限り肉厚を均一に保つことが不可欠です。肉厚に変化が必要な場合は、段階的な移行とする必要があります。

部品の品質と製造性の両方にとって重要なその他の設計上の考慮事項があります：

• 抜き勾配： 金型の引き抜き方向に平行なすべての壁には、通常1〜2度以上の抜き勾配を設ける必要があります。このわずかなテーパーは、完成品が損傷や変形することなく金型からきれいに取り出されるために不可欠です。
• リブおよびボス： 全体の肉厚を増加させずに広い平面部分の強度を高めるため、設計者はリブを設けるべきです。沈み跡を避けるため、リブの肉厚は一般的に主壁の肉厚の60％未満であるべきです。同様に、取付や位置決めに用いられるボスも、同様の肉厚のルールに従うべきです。
• フィレットおよび半径： 鋭い内角部は応力集中の原因となり、金属の流れを妨げる可能性があります。部品の構造的強度を向上させ、溶融金属がより滑らかで均一に流れるようにするために、すべての角に十分なフィレットやRを設ける必要があります。
• 金型シール面： 金型設計の観点から、金型を完全に気密状態にできるようにすることは絶対条件です。これには、金型半体の精密な機械加工が必要であり、多くの場合、Oリングやその他のシール機構を組み込むことで、成形サイクル中の真空損失を防ぎます。

これらの原則に従うことで、設計者は真空補助プロセスの利点を最大限に活用した、堅牢で軽量かつ複雑な部品を作成でき、結果として歩留まりが向上し、性能も優れたものになります。

よく 聞かれる 質問

1. バキューム鋳造と従来のダイカストの主な違いは何ですか？

主な違いは、溶融金属を注入する前に金型キャビティ内の空気およびガスを真空で排出するという点です。従来のダイカストでは、空気で満たされた金型に金属を注入するため、空気が閉じ込められて気孔が生じる可能性があります。バキュームダイカストではこの空気を除去するため、より緻密で強度が高く、欠陥が少なく、表面仕上げも良好な部品が得られます。

2. 真空補助ダイカストに適した金属は何ですか？

このプロセスは、融点が中程度の非鉄合金に最も一般的に使用されます。これには、広範なアルミニウム合金（A380など）、マグネシウム合金（軽量構造部品用）、および亜鉛合金が含まれます。鋼や鉄などの鉄系金属は、その高い溶融温度によりダイカスト金型を損傷させる可能性があるため、通常は不適切です。

3. 真空ダイカストはすべての気孔を完全に排除できるでしょうか？

真空ダイカストはガス気孔をほぼゼロまで大幅に低減しますが、すべての種類の気孔を排除できるわけではありません。たとえば、金属が冷却・凝固する際に体積が減少することによる収縮気孔は依然として発生する可能性があります。ただし、ゲートおよびランナーシステムの最適化を含む適切な部品および金型設計により、このような気孔も最小限に抑えることができます。