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一体型ダイカストとは？- 概要

2月 14, 2023

大規模に製造される部品や設備を見たことがある人なら、あの部品はどうやって作られるのだろう、どれくらいの時間がかかるのだろうと思ったことがあるだろう。標準的な技術はダイカストで、金型に液状の金属を流し込んで目的の部品を作る。これは非常に便利で費用対効果も高いが、この冶金学の分野でさらなる進歩を遂げる新技術が台頭している： 一体型ダイカスト.

一体型ダイカストとは？

インテグレーテッド・ダイカスト（IDC）は、液体金属を金型に注入して特定の形状を作るプロセスだが、金属が冷えると、（従来のダイカストのように）溶接したり、さらに製造したりする必要はなく、部品全体に成形される。

この新しいプロセスは商業的に導入され始めているそしてそれは、さまざまな利点を持っている。この技術は非常に新しいものであるため、開発、プロセス（使用材料を含む）、利点、そして最後に、この新しいプロセスの業界における適用プロセスを検証する。

一体型ダイカストの発展

ある意味、IDCの発展をたどることは、ダイカストそのものの足跡をたどることを意味する。ダイカストの歴史は1800年代までさかのぼり、印刷機の時代には不可欠な技術であった。18世紀の半ばには、手動で操作するダイカストマシンとリノタイプマシンが誕生し、金属文字を使った出版プロセスがさらにスピードアップした。しかし、それだけでは終わらなかった。

新プロセスと新素材

伝統的に錫と鉛が標準素材だったしかし19世紀に入ると、アルミニウムと亜鉛の両方がダイカスト産業で使用される（好まれる）新しい材料となった。これには主に2つの要因があった。ひとつは、これらの金属は鉛や錫よりも取り扱いが安全だったこと。二つ目は、これらの材料はどちらも以前のものよりも強度が高く、より強力な作品や新しい用途を可能にしたことです。

現在

1930年代までに、私たちがダイカスト鋳造で使用する金属や合金のほとんどが導入された、銅やマグネシウムなどである。さらに、実際の鋳造工程は当初、低圧システムのみで始まったが、新技術の増加（および新合金の使用）に伴い、高圧射出システムが新たな標準となった。

IDCで使用される一般的な材料

上記のように、ダイカストのプロセスにはさまざまな金属が使用されてきたが、現在最も一般的に使用されている金属はアルミニウム、亜鉛、マグネシウムである。, が、銅も真鍮も使われる。これらの金属のさまざまな特性と、業界でどのように使用されているかを確認してみましょう。

アルミニウム

アルミニウムは質量が小さいため、重量が増加する代償として、作成される部品の強度が低下しないことを考えると、作業には最適な材料です。一般的に、アルミニウム部品は高温に耐えることができるため、他の材料よりも仕上げの選択肢が若干多くなります。さらに、アルミニウムはその特性から、鋳造が非常に容易な金属であり、耐腐食性の金属を探している場合、特に亜鉛と合金として組み合わせた場合、素晴らしい選択肢となります。アルミニウムには多くの利点がありますが、アルミニウムやその他のアルミニウムベースの合金は、他の製品よりも価格が少し高いことを覚えておくことが重要です。

上記のような利点から、アルミニウムは技術分野でよく使われている。これは、アルミニウムが電気的用途と熱的用途の両方において、材料的に非常に適しているからである。

亜鉛

亜鉛の最大の利点の一つは、融点が低い（787.15 F）ことで、他の金属に比べて溶融に必要なエネルギーが非常に少なくて済みます。鋳造のために金属を準備するエネルギーが少なくてすむということは、諸経費が少なくてすむだけでなく、他の金属よりも鋳型の寿命が長い金属を使うことになります。さらに、亜鉛はカスタマイズに最適な金属です。塗装やメッキがしやすく、加工面の平滑性が高いため、製品の仕上げの選択肢が広がります。さらに、亜鉛は高い耐食性と熱伝導性を誇ります。

用途としては、融点が低いため金型寿命が長く、血圧計の部品など様々な医療用品の鋳造に好まれている。

銅/真鍮

他の金属ほど一般的ではありませんが、銅と真鍮はどちらもダイカスト・プロセスに使用できる貴重な素材です。銅は、高い硬度、優れた耐食性、寸法安定性、高い導電性など、ダイカスト用金属として多くの利点があります。一方、真鍮も銅とよく似た性質を持っていますが、研磨やメッキがしやすく、高温に強いという利点があります。さらに、黄銅は鋳造の過程で他の金属や合金と混ぜることが容易で、最終製品をできるだけ多くの仕様に適合させることができます。

銅は導電性が高いため、産業界での主な用途は送電線や家庭用配線の作成です。さらに銅は、コンピューターのヒートシンクやさまざまなバッテリーモジュールの製造にも使われる優れた素材です。

真鍮製品の用途としては、継手、ウォーターポンプ部品、各種継手部品などが一般的です。余談ですが、真鍮は研磨が容易なため、他の金属に比べて美的価値が高く、最終製品に付加価値を与えることができます。

マグネシウム

ダイカストで使用される金属として、マグネシウムには多くの利点があります。第一に、業界で使用される金属の中で最も軽く、重量に対する強度が最も高い金属です。第二に、多くのマグネシウム合金は流動性に優れ、銅やアルミニウムなどの他の金属よりも優れた鋳造能力を発揮します。最後に、マグネシウムは耐摩耗性に優れているため水素多孔性 (水素ガスが多量に存在するため、鋳造工程で空洞が生じる欠陥）この素材は、作成するさまざまな金型部品が長期間頑丈であることを保証するために使用するには最適な素材です。

無線周波数干渉（RFI）や電磁波干渉（EMI）に対するシールド能力を考えると、マグネシウムは様々な種類の干渉の影響を受けないため、医療機器や研究用機器の金属を選ぶ際には最適な選択と言えます。

統合ダイカスト・プロセス

ダイカスト鋳造の各工程を検討する前に、ホットチャンバーとコールドチャンバーという2つの異なるタイプの鋳造を明確にすることが重要です。ホットチャンバー鋳造では、金属や合金が十分に溶けた後、直ちに油圧システムを使用して金型（目的の部品を作成するために使用される金型）に注入されます。一方、コールドチャンバー鋳造では、射出前に溶融材料をコールドチャンバーにすくい入れます。この2つの手順にはいくつかの違いがありますが、同じ射出工程を行いますが、温度は異なります。

主な工業用鋳物の種類を基本的に理解した上で、鋳造工程全体を見てみましょう。これらの手順は、どのような方法で鋳造するかによって異なる場合があることに留意してください。

ステップ1：金型の準備

目的の製品を作る準備として、離型スプレーの一種を使って金型に潤滑剤を塗布する。これにより、部品が金型内で固着することなく、簡単に離型できるようになります。金型には1つまたは複数のキャビティがあり、これは最終製品の特性によって異なります。1回の射出成形のコストが一定であれば、キャビティが多いほど最終製品の平均コストは低くなる。

ステップ2：クランプ

この段階で、金型の2つの半分が、必要な力の大きさを決定する機械によって一緒に圧縮される。この工程では、ダイカストマシンに2つの半体が固定されます。

ステップ3：射出と冷却

溶融金属は、製品にダメージを与えないよう、油圧ポンプを使って所定の圧力で金型に注入される。金型に充填された後、射出準備のために一定の温度まで冷却される。製品が十分に冷却されると、凝固した金属は、使用した金型と（同一でないにしても）似た形状になる。

ステップ4：製品の排出

金型はアンクランプされ、2つの半分が分離される。その後、排出機構が金型を慎重に押し出す。この工程は、製品が破損しないように厳重に監視されなければならない。

ステップ5：トリミングと仕上げ

最終段階では、金型から余分な金属が切り落とされ、最終製品は非常に高い品質を保証するためにトリミングされ、仕上げられます。粉体塗装、プラスチック塗装、酸化処理、研磨、メッキなどの特殊な表面処理を施した後、ご希望の部品が完成します！

この時点で、"インテグレーテッド・ダイカストは、標準的な鋳造プロセスとどう違うのか？"と疑問に思われるかもしれません。これはもっともな質問です。簡単に言うと、IDCプロセスでは、標準的なプロセスでは、溶接または一緒に製造しなければならない複数のピースを作成する必要があった大規模な単一のピースを作成する必要があります。では次に、このプロセスのさまざまな利点について説明しよう。

メリットとは？

IDCを使用する主な利点のひとつは、製造に必要な別個の部品の数と、目的の製品を形成するためにそれらを取り付けるさまざまなステップを減らすことによって、製造コストを軽減することである。

第二のポイントは、C02排出量の削減と、少なくとも50%のエネルギー生産性の向上である。米国エネルギー省の研究.これは主に、IDCが溶接やプレス加工を必要としない単一で強度の高い製品を作ることで、従来のマルチピース方式に取って代わることができるためである。

その一例である、テスラはこの技術を採用した Y型車のリアフレームの製造のためである。もともとは70種類の部品を使用してプレスと溶接を行っており、完成までに1～2時間程度かかっていた。IDC方式を使用することで、この工程は合計45分で済むようになり、ロボットの数も300台減った。コスト削減について話そう！

IDCはどこで使われているのか？

これまでのところ、一体型ダイカスト技術の主な用途は自動車産業である。主な自動車メーカーテスラそして NIO はこの工程を利用して、特にサブフレームをはじめとする、より軽量で強度の高い自動車部品を製造してきた。自動車産業におけるこの技術の使用は、従来のスタンピングや溶接の手順とは大きく異なっており、上記のようなさまざまな利点を実現している。

インテグレーテッド・ダイカスト・テクノロジーは、自動車産業だけでなく、他の多くの分野に革命をもたらす可能性のある技術である。今後も注目していく価値がある。

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