ダイカストとは？ ダイカストの開発・工程・材料

ダイカストは最も経済的で迅速な成形プロセスの1つです。 この生産プロセスの利点は、1 つの金型を使用するだけで、数十万個の鋳物を比較的短時間で生産できることです。 また、品質が均一で、単価が安い。 では、具体的にどのような製造方法なのだろうか。

「ダイカスト」の定義

ダイカストは、液体溶融物を高圧 (150 ～ 1200 bar) および高速 (540 km/h) で鋳型に押し込む自動鋳造プロセスです。 通常、低融点の合金が使用されます。 砂型鋳造などとは異なり、鋳造後に破棄する必要のない永久鋳型を使用するため、部品の連続生産や大量生産に特に適した鋳造法である。

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金型

ダイカスト金型は、高品質の耐熱鋼グレードでできており、鋳造プロセスで液体融液を押し込むためのキャビティを形成する2つの部分から成っています。 ハーフは、固定および可動式のマシンプレート上に配置されています。 鋳造工程では、金型に高い圧力がかかるため、金型にはラッチが取り付けられている。 さらに、鋳造が希望通りに固まるように、金型のある部分は冷却、または加熱される。 金型の製造は非常に高価で時間もかかるが、1つの金型で数万個から100万個以上の鋳物を製造することができる。 再利用可能な鋳造用金型のさらなる利点は、溶融物の冷却が早いことです。

機能と手順

ダイカストでは、部品の製造方法として、ホットチャンバーダイカストとコールドチャンバーダイカストの2種類があります。 どちらの製造方法でも、鋳造前に金型に離型剤を吹き付け、鋳造後の部品が金型から容易に取り出せるようにします。 しかし、金型に直接溶融物を流し込むのではなく、まずダイカストマシンの鋳造室に溶融物を充填する。 そこからピストン（いわゆるキャスティングセット）によって、1つまたは複数の流路を通って合金が金型に押し込まれる。

ホットチャンバーダイカスト法
ホットチャンバーダイカスト機の特徴は、鋳造室が常に液体合金に接触していることである。 溶湯はバルブを通って鋳造室に入り、ピストンによって密閉されたダイカスト金型に高速で押し込まれる。 亜鉛や鉛、スズなど融点の低い合金に用いられる。

コールドチャンバーダイカスト法
コールドチャンバーダイカストマシンは、鋳造セットが溶融物の外に位置するように設計されています。 部品を製造するために、合金を鋳造室に充填し、チャネルを通してダイカスト金型に押し込む。 このプロセスは、融点の高い材料に適している。

両工程とも、金型に合金を押し込んだ後、強い圧力で固まり、金型の留め金を開けることができる。 ゲートのついた部品は、自動で作動する排出ピンで金型から取り出され、必要に応じてさらに加工することができる。 簡単に言えば、鋳造工程は次のようなステップに分けられ、実際には100分の1秒、あるいは1000分の1秒の速さで行われる。

• 合金による鋳造型の高速充填

• 高圧下での部品の硬化

• 型の開放と部品の除去

コールドチャンバーダイカストは、軽金属鋳物の大量生産において最もポピュラーなプロセスです。 コストを削減した軽量設計コンセプトの実現のための重要な要素について、今すぐお読みください。

材料1

ダイカストでは、非鉄金属が部品の製造に使用され、特定のアプリケーションの合金の選択は、予算、重量および材料特性によって決まります。

アルミニウムは最も重要な材料の 1 つで、80% 以上のシェアがあり、亜鉛とマグネシウムがそれに続きます。 However, copper, lead and tin can also be used. The alloys have different properties. For example, aluminum (600°C) and magnesium (520°C) have a high melting point, zinc (380°C) and lead (320°C) a low melting point.

Die casting alloys offer many advantages:

• High corrosion resistance

• High strength and hardness

• High thermal conductivity

• High electrical conductivity

• Very good EMI/ RFI isolation

• Good processing properties

Low-Pressure vs. High-Pressure Die Casting

Various processes are used in foundry practice. Castings can also be produced without high pressure. In the sand casting process, for example, the alloy is poured into a mold made of sand, which must be destroyed in order to reveal the manufactured component (lost foam). 非常に小さな鋳造部品の製造に用いられるインベストメント鋳造では、鋳型や模型（通常は蝋やプラスチックでできている）も鋳造工程の後に破壊される。 もう1つの例は重力ダイカストで、永久的な金型を使用するが、溶融物を金型に押し込むために高圧を使用しない。 むしろ、重力によって鋳物を製造したり、鋳型に充填したりする。

また、ダイカストプロセスにも違いがあります。 例えば、部品を製造するために高圧を使う工程と低圧を使う工程があります。 高圧ダイカストは軽金属鋳造の生産量の約 50 % を占めているのに対し、低圧ダイカストは全体の 20 % 弱にすぎません2

低圧ダイカストは主に融点の低い合金を使用します。 2kgから150kgまでの部品を鋳造することが可能である。 利点は、非常に高い強度値と複雑な形状、および材料の利用率と寸法精度の向上が達成されることです。 このプロセスは、最低でも3mmの肉厚しか得られないため、非常に薄肉の部品にはあまり適していません。

高圧ダイカストでは、溶融物を高圧で高速に金型に押し込むため、鋳造サイクルが早くなる。

高圧ダイカストでは、溶融物を高圧かつ高速で金型に押し込むため、鋳造サイクルが速くなり、また、薄肉（最小肉厚1mm）で表面が滑らかな鋳物を作ることができる。 しかし、この製造プロセスの欠点は、高い運用コストと投資コストが発生し、強度値が低く、機械の閉鎖力に依存するためダイカスト重量に制限があることです。

応用分野

ダイカストは主に大量生産、すなわち同じ種類の多くの部品を鋳造するために使用されます。 Despite the high pressure used during the manufacturing process, a high casting quality is achieved. The die casting process is particularly suitable for the production of very thin (up to 1 mm) (lightweight) components.

Most commonly, die cast components are manufactured for the automotive industry, such as wheels, blocks, cylinder heads, valve blocks and manifolds. This sector accounts for around 84 % of the castings produced by German foundries. 3 The use of aluminum parts leads to a reduction in the weight of the vehicles and thus to a reduction in fuel consumption. In addition, there are other industries in which die cast parts are used:

• Aerospace

• Domestic Appliances

• Furniture

• Power Tools

• Electronics

• Machinery

• Lighting Technology

In the future, other industries such as electromobility will be of interest to foundries. これは軽金属鋳造に大きな可能性をもたらします。4

ダイカストの歴史5

ダイカストが誕生したのは、出版が盛んになった19世紀の中ごろです。 新聞や本を早く、柔軟に、低コストで印刷できるようにすることが目的でした。 錫と鉛の合金を文字に鋳造する手動式の装置（1838年）、輪転印刷機（1846年）、そして最後にライノタイプ活字鋳造機（1886年）などがあります。 この機械の主要な要素の一つは、真鍮製の文字型からなる線型に液体鉛を流し込むダイカストマシンを一体化したものであった。 鋳造後、母型は母型マガジンに戻され、鋳造された鉛の線は排出された。 この鉛線は、枚葉印刷の刷版や輪転印刷の丸い刷版の原型となるページに組み上げられる。

最初の 30 年間は、ダイカストがほとんど印刷産業で使用されていました。 転機となったのは、Herman H. Doehlerが1908年にDoehler die casting Companyを設立したときで、1940年代初頭には世界最大のダイカスト部品メーカーとみなされ、1998年まで存続しています。

19世紀末から20世紀初頭にかけて、新しい製品が市場に出回り、工業生産は急速に成長しました。 タイプライター、レジスター、時計、電化製品などの部品を経済的に生産できるダイカストの利点が、製造業者に認識されたのです。 また、玩具メーカーもダイカストを利用して、できるだけ実物に近い玩具や模型自動車を生産するようになった。

20世紀初頭以来、ダイカスト技術はますます速く進歩しています。 当初は、比較的溶解温度が低く、延性のある鉛と錫が主に使用されていました。 1914年頃から、より強度の高い亜鉛やアルミニウムの合金が開発されるようになった。 1930年代になると、銅やマグネシウムの合金が加わる。 比重が1.74g/cm3と軽金属のアルミニウム（2.75g/cm3）より3分の1ほど軽く、現在主に自動車産業で使われているマグネシウムは、1946〜78年にダイカスト材料として一大ブームを巻き起こした。 VWビートルのエンジンとギアボックスがこの材料で作られていた。 しかし、ダイカスト技術はこの開発レベルに留まるものではなかった。 しかし、ダイカスト技術はこの程度の発展では終わらない。 また、金型用として特性を向上させた工具鋼が市場に出回り、ダイカスト合金の物性も最適化され、今日では薄肉で高い機械的特性を持つ鋳造部品が製造できるようになった。

1）ダイカスト金属のダイナキャスト、https://www.dynacast.de/druckgussmetalle-al-mg-zn

2）金属のキャスティングのこと。 http://www.themetalcasting.com/pressure-die-casting.html

3) BD Guss, 2016

4) NürnbergMesse, 2018, available on https://www.euroguss.de/de/news/presseinformationen/zukunft-von-druckguss-7sxvrxjjb7_pireport

5) NürnbergMesse, 2018, available on https://www.euroguss.de/de/news/fachartikel/fachartikel-druckgiessen-nl2jm1fcex_pireport

Further References

KUG BD Guss, 2009, Die Casting – Series production for highly complex thin-walled light metal castings, available on https://www.kug.bdguss.de/giessverfahren-inhalte/druckguss/

Powerguss – Haus der Gießerei-Industrie, Die casting – how does it work?, available on https://www.powerguss.de/was-ist-giessen/druckguss/

Lechuga, G., 2016, Die Casting Facts Infographic, available on https://www.slideshare.net/GermnLechuga/die-casting-facts-infographic

Dynacast, die casting, available on https://www.dynacast.de/druckguss