ダイカスト金型設計ガイドライン

私たちはしばしば、さまざまな形状の金属部品を必要とする。車、家、機械、その他のインフラに、私たちはそれらを使用している。どうすればこのような細かい形状を作ることができるのか、不思議に思ったことはないだろうか。 ダイカスト金型 技術は私たちの生活に革命をもたらした。この方法では、複雑な形状やパターンを作成することができます。ダイカスト金型部品は、幅広い用途で広く普及しています。

この記事では、ダイカスト金型についての基礎知識を学びます。また、最高のダイカスト鋳造サービスをお探しの方への優れたガイドとなるでしょう。鋳物工場がどのようにダイカスト金型を作るかを学ぶことができます。それでは、この記事をじっくりお読みください。

ダイカストの概要

ダイカストは有名な金属鋳造法の一種です。その名の通り、この方法では通常、特定の金型を使用します。最終的な金属部品の形状は、金型の形状によって決まります。ダイカストにはさまざまな種類がありますが、ベースとなる技術はどれも同じです。これらの金型を作るために使用される材料は、硬化した工具鋼です。

ダイカストの歴史は長い。1838年に人々はこの技術を発明した。初期には、この用途は印刷目的だけだった。その後、技術が発展するにつれて、人々は通常、様々な複雑な金属部品を作成するためにこの方法を使用する方法を学びました。ダイカストにはいくつかの利点があります。

ダイカスト金型は一般的に生産効率が高い。この部分は、他の永久鋳型鋳造プロセスよりも比較的高速です。その結果、より短い時間で数百の金属部品を作成することができます。
ダイカスト金型部品は通常、滑らかな表面仕上げが施されている。HPDC金属部品の場合、これはより明白です。その結果、追加の機械加工サービスは必要ないかもしれません。
ダイカスト法は汎用性が高い。一般的に、アルミニウム、亜鉛、マグネシウムを含む多くの金属で機能します。
この方法は迅速であるため、一般的に生産コストを削減できる。金型の作成には費用がかかるかもしれないが、長期的に見ればこの方法の方が安い。
ダイカスト金型部品は、多くの産業で広く普及しています。この方法は、自動車のエンジン、ギアボックス、構造部品を作ります。また、他の分野でも同様の用途が見られるかもしれません。

ダイカストの種類

ダイカストには通常6つの主要なタイプがあり、それぞれに特長があります。それぞれのタイプは、特定の用途に適しています。それぞれの技術と製品の用途を見てみよう。

タイプ#1 HPDC（高圧ダイカスト）

その名が示すように、このダイカスト法には高圧が必要である。この高圧ダイカストは、溶融金属を金型の隅々まで押し出す技術です。その結果、非常に精密な金属部品を得ることができる。

自動車産業では、エンジンブロックやギアボックスの鋳造品に高品質のHPDCアルミニウム部品が使用されています。医療業界では、各種機器や輸液ポンプが注目されています。そのほか、多くの航空機部品もHPDC鋳造金属部品を必要としています。

#2型 LPDC（低圧ダイカスト）

このダイカスト法はHPDCとは正反対です。通常2～15psiの低圧を使用します。工程はほとんど似ていますが、一般的にHPDCより遅いです。ゆっくりなので、溶けた金属の動きをコントロールしやすいのです。

LPDC金属部品は、自動車のホイール、シリンダーヘッド、サスペンションシステムなどに広く普及している。

#3型重力ダイカスト

このダイカスト法は、重力を利用して金型に溶融金属を充填する。通常、溶融金属を上方から金型に注ぎ、液体は下方に流れる。追加的な力を必要としないため、シンプルで安価である。

について重力ダイカストは、パイプ継手やさまざまな調理器具の製造に広く使われている。

#4型真空ダイカスト

その名の通り、この鋳造法では真空環境を作る。溶融金属を入れる前にこれを行います。その結果、内部に閉じ込められたガスによる鋳造欠陥が生じない。

真空ダイカストは繊細な部品の製造に適している。電子鋳造品、航空機部品、一部の自動車部品などがその顕著な例である。

#5型スクイズダイカスト

スクイズダイカストは、鋳造と鍛造を組み合わせたものです。金型内に溶融金属を注入した後、凝固時に高い圧力を加える。スクイズ圧力は主にポロシティ欠陥を低減します。

スクイズダイカストは、金属部品の強度と密度が高いため、広く普及している。一般的な例としては、サスペンション部品、ブラケット、建築部品などがある。

タイプ#6セミソリッドダイカスト

このプロセスも鋳造と鍛造を組み合わせたものである。唯一の違いは、このプロセスでは半固体の金属を使用することである。見た目はスラリー状の一貫性である。SMDCは、多くの自動車部品、電子筐体、医療機器の製造に非常に人気がある。アルミダイキャストのページで詳細をご覧ください。

ダイカスト金型とは？

ダイカスト法で使われる金型は一般にダイカスト金型と呼ばれる。ダイカスト金型とも呼ぶ。この金型を作る工程をダイカスト金型といいます。

定義によると、ダイカスト金型はダイカスト工程で使用される独自のツールである。その主な目的は、溶融金属を所望の形状に成形することである。多くの場合、金型は固定金型と可動金型の2つに分かれています。

両半分を閉じると、内部に空洞が形成され、目的の部品の形状を模倣する。高品質のダイカスト金型は、完成した金属部品の最高の精度を確保するために不可欠です。しかし、いくつかの部品があります：

金型キャビティ

金型内部の空洞は一般的に金型キャビティと呼ばれる。このキャビティによって、最終的な金属部品の形や大きさが決まります。溶けた金属はこのキャビティに注入され、凝固して目的の形になります。このキャビティを作る際には、高い精度を確保しなければならないことに注意してください。

コアピンダイカスト金型

中子はダイカスト金型のもう一つの重要な構成要素である。穴や凹みなど、鋳造における特徴を作り出します。主に金属部品の中に複雑な形状を作ります。しかし、要件によっては、砂や金属を使って作ることもできます。この中子は、作動中の高い圧力と温度に耐えなければならないことに注意してください。

イジェクターピン

その名の通り、このピンは基本的に可動ダイカスト金型の半分を固定金型から排出する。設計プロセスでは、エンジニアは均等な圧力がかかるように慎重に配置します。正しい設計により、部品が損傷することはありません。

ランナーシステム

ランナーは一般に、溶融金属を金型キャビティに流し込む。これは、金型のさまざまな部分に行くいくつかのトラックで構成されています。適切なランナーシステムの設計は、溶融金属を均等に分配するために非常に重要です。全体として、適切な湯道システムは欠陥を大幅に削減します。

オーバーフローシステム

オーバーフローシステムは、射出工程で余分な溶湯を回収する。その結果、空気の閉じ込めによる不良を防ぐことができます。なお、ダイカスト金型によっては、このシステムがない場合もあります。

その他

ボルトやピンのような要素は、ダイカスト金型システムを支えている。これらの部品は強度が高く、慎重に加工される必要がある。ダイカスト法は、高圧、ガス圧、熱を必要とします。これらの部品を良好な状態に保つには、適切な材料を選ぶことが重要です。

ダイカスト金型材料：硬化工具鋼

焼入れ工具鋼は一般的な鋼種である。特定の用途に適した様々な鋼種があります。熱処理によって高い硬度と強度を得ることができます。しかし、なぜこのような工具鋼が人気なのでしょうか？

第一に、耐摩耗性が高い。第二に、靭性が高いため、多くの機械加工に適している。第三に、寸法が安定している。最後に、最も重要なことは、極度の熱に耐えることができるということです。ご存知のように、この特性はダイカスト加工には欠かせません。

硬化工具鋼には5つの異なるグループがあります。各グループは独自の用途に最適です。

冷間加工ダイカスト金型材料

ダイカスト金型製造では、以下の4つのグレードが広く普及している。

グレード	カーボン	マンガン	シリコン	クロム	ニッケル	モリブデン	バナジウム
O6	1.45%	1.00%	1.00%	–	–	0.8-1.4%	–
A3	1.25%	0.50%	–	5.00%	0.30%	0.9-1.4%	0.8-1.4%
A6	0.70%	1.8-2.5%	–	0.9-1.2%	0.30%	0.9-1.4%	–
D2	1.50%	0.45%	0.30%	11.0-13.0%	–	0.90%	1.00%

熱間加工ダイカスト金型材料

その名の通り、これらの素材は鋳造時に高温にさらされる。HPDCダイカスト金型に最適です。様々なグレードがあります：グレードH1からH13は通常クロムベースの合金です。一方、タングステン合金はH20からH39まで、モリブデン合金はH40からH59までです。

その他のタイプ

ダイカスト金型用鋼の種類は他にもある。SKD61、8407、DIN 1.2343、2083、8418は注目に値します。これらの鋼は特定の特性を備えています。ご存知のように、ダイカスト鋳造法にはさまざまな種類があります。したがって、材料もこれらのタイプによって異なります。

一般的な3種類のダイカスト金型

一般的に、金型は空洞の数によって3つのタイプに分けることができる。この多様性は、主に特定のニーズによるものです。異なるキャビティ設計により、ダイカスト金型メーカーは部品を迅速に生産することができます。

#1型シングルキャビティ金型

その名が示すように、これらのダイカスト金型には1つのキャビティがある。これらの金型を使用すると、1サイクルで1つの金属部品を製造できます。これらの金型は、単純で少量の注文に広く使用されています。

これらの金型を使うことで設計が容易になり、それが最大の利点となる。しかし、マルチキャビティ金型に比べ、出力速度は遅い。

#2型マルチキャビティ金型

マルチキャビティ金型には、より多くのキャビティがあります。これらの金型を使用すると、1 サイクルあたり複数の金属部品を生産できます。つまり、シングルキャビティ金型よりも多くの製品を生産することができます。したがって、多数個取り金型は大量注文に最適です。

これらの金型の良いところは、製造コストが安いことだ。しかし、これらの金型は通常、複雑なデザインをしています。

タイプ#3ファミリー金型

マルチキャビティ金型では、同じキャビティデザインを複数回使用します。一般的に、1サイクルで複数の金属部品を作ることができます。しかし、ファミリーモールドでは、これらの設計は異なります。つまり、ある意味ではすべてのファミリーモールドはマルチキャビティ金型ですが、すべてのマルチキャビティ金型はファミリーモールドではありません。

アルミダイキャスト金型市場動向

アルミダイキャスト金型市場は2024年に大きく成長する。Persistence Market Researchによると、この市場は2023年に$3億130万円となった。今後、この分野は毎年4.8%の安定成長が見込まれる。専門家は、この市場は2033年には$481.6百万ドルに達すると予想している。

ダイカスト金型はどのように作られるのか？

前節では、さまざまなダイカスト鋳造の方法と、金型または工具の種類について簡単に説明しました。このセクションでは、一般的にダイカストがどのように作られるかに焦点を当てます。どのダイカスト工場でも、段階を踏んで金型が作られていることをご存じでしょう。そのため、ユニークな金属部品を作ろうとするときはいつでも、金型を作るすべてのステップを知ることができます。これはカスタム金属部品製造にとって重要なことです。

ステップ#1 金型の設計

このステップは、おそらくプロセスの中で最も重要な側面のひとつである。ここで、金属部品をどのように見せたいか、どのような手順で製造するかを決定します。部品のデザインに応じて、ダイカスト法の種類も適切に選択する必要があります。

この場合、寸法解析と幾何学的観点という2つのパラメータが不可欠です。寸法ビューは、金属部品にいくつのキャビティがあるかを知らせます。シングルキャビティ、マルチキャビティ、ファミリーモールドのどれが必要ですか？この設計では、鋳物の圧力と体積を簡単に決定することもできます。

金属部品の複雑さの度合いと、それをどのように開いて排出するかの計画を知らせる幾何学的な図。ただし、ここで使用するパーティングラインの種類に注意することが非常に重要です。このパーティングラインが金型の開口方向と一致するようにしなければなりません。

同様に、ダイカスト会社はこの段階で他の重要な点も考慮します。次のセクションでは、それらについて簡単に説明します。

ステップ#2 素材の選択

ダイカスト法では通常、圧力や温度が変化する。したがって、これらの状況に適合性の高い材料を選択する必要があります。一般的に、技術者はここでさまざまな種類の工具鋼を使用します。前項では、これらの工具鋼について詳しく説明しました。

ステップ#3 金型の加工

デザインと材料の準備ができたら、ダイカスト金型をどのように成形するかを計画しなければなりません。この場合、さまざまな機械加工法が重要な役割を果たします。エンジニアは、ダイカスト金型を作るためにCNCマシンを好みます。

ご存知のように、CNC加工は卓越した精度を提供します。技術的には0.01mmまでの公差を達成することができます。CNCフライス加工、ドリル加工、旋盤加工、ボーリング加工などのオプションがあります。

ステップ#4 熱処理

ダイカスト金型製作において、様々な熱処理は非常に重要です。このステップにより、加工された部品の強度と耐久性が大幅に向上します。その上、この工程は金型をより摩耗や破損に強くします。

一般的な熱処理方法は、焼き入れ、焼き戻し、焼きなまし、応力除去です。これらの方法は通常、ダイカスト金型がダイカスト鋳造中に良好に機能することを保証します。

ステップ #5 仕上げ

熱処理の後、新しいダイカスト金型はいくつかの仕上げが必要です。これらのステップは、滑らかな表面と正確な寸法を確保するために非常に重要です。

仕上げ技術には、研磨、研削、サンドブラストなどがある。これらの技術の主な目的は、ダイカスト金型部品をより滑らかで優れた質感にすることです。その結果、高い公差を達成することができる。

ステップ #6 必要に応じて組み立てる

ダイカスト金型の部品を別々に作る必要がある場合があります。部品点数が多い場合、組み立ては常に慎重に行わなければなりません。ダイカスト金型工場では、組み立てが正しく並んでいるかどうかを常にチェックしています。

ステップ#7テスト

上記のすべてのステップが終わると、ダイカスト金型メーカーはこれらの金型を研究室でテストする。金型が良好な状態にあり、正しく機能することを確認するためにテストを行います。これらのテストによって、金型が高品質であることがわかります。

ダイカスト金型設計の主なステップ

前編で述べたように、ダイカスト金型を設計する際にはいくつかの重要な要素が考慮されます。このセクションでは、主にそれらについて説明し、それらがダイカスト金型製造において重要である理由を発見します。

実際の部品設計

ダイカスト金型を作る前に、エンジニアは部品そのものを作る。この作業では、さまざまな2Dおよび3D図面プログラムを使用します。ほとんどのダイカスト金型工場では、グラフィックデザイナーは通常、SolidWorksまたはAutoCADを使用します。

ビジュアル・テストでは、2Dモデルが必要です。エンジニアはこの図面を使用して、製造の各段階でサイズを確認します。よく設計された部品は、高品質の結果をもたらします。ですから、メーカーと仕事をするときはいつでも、彼らが製品作りを始める前にこれらの図面を持っていることを確認してください。

ダイカスト射出成形タイプ

を作る際に非常に重要な要素である。ダイカスト金型.通常、それは完成部品の品質、強度、仕上げを変える。

このインジェクションに基づき、6つのタイプがある：HPDC、LPDC、バキューム、その他。

射出タイプを設計する際には、いくつかの要素を考慮する必要がある。第一に、どのような種類の金属を扱うのか？第二に、パーティングライン、幾何学的ビュー、デザインの詳細を考慮しましたか？第三に、予想される生産速度は？

適切な射出タイプを使用すれば、金型は常に適切に充填され、鋳造欠陥も少なくなります。また、正しいピックはサイクルタイムを大幅に短縮します。一般的に、非常に良いアウトプットを得ることができます。

ゲートとランナーのデザイン

ゲートとランナーはダイカスト金型に溶融金属を流し、通常は液体の流れを制御します。適切な設計により、スムーズで効率的な充填が保証され、さまざまな種類の鋳造欠陥が減少します。

ゲートとランナーを設計する際には、サイズ、位置、形状を考慮する。ゲートは、乱流を最小限に抑えるために適切な場所に設置しなければならない。

ダイカスト金型ベースデザイン

金型ベースは通常、すべての金型部品を支え、整列させます。設計の際には、堅牢な設計がなされていることを確認してください。これはシステム全体の安定性を提供します。

ここでは素材と温度を考慮する必要がある。金型ベースは高い圧力と温度に耐えなければなりません。また、アライメントやフィット感が適切かどうかもチェックする必要がある。

冷却システム

冷却システムは、金型が溶融金属を凝固させるのを助けます。適切な冷却システムは通常、生産速度と部品の品質を向上させます。しかし、不適切な冷却はさまざまな鋳造欠陥の原因となります。そのため、金型を設計する際には、適切な冷却システムを確保してください。

冷却システムにはさまざまな種類がある。ウォーターラインやクーリングプラグがよく使われる。冷却プラグは、素早く冷却する必要がある場所に最適です。金型の冷却システムを設計するときは、金型全体の熱のバランスをとるようにします。

排気と排出システム

通気排出システムは、主に金型から閉じ込められた空気を除去する。閉じ込められた空気は、金型によって生成されるか、または射出前に存在する可能性があります。

金型を設計する際には、高い位置にベントを配置する。この場合、フラッシュを避けるために薄いベントを使用することができます。また、破損を防ぐためにエジェクターピンを適切な位置に設置する。

効果的なガス抜きと排出システムは、通常、部品の品質を向上させる。全体として、サイクルタイムの短縮と生産効率の向上につながります。

シミュレーション

上記のすべての要素を考慮した後、シミュレーションは設計したものを正確に表示します。シミュレーションは、金属の流れに関する欠陥や問題を見つけるのに役立ちます。ダイカスト金型メーカーは通常、MAGMASOFT、ProCAST、Flow-3Dなどのソフトウェアを使用します。

よくある質問

ダイカストにはどのような金属が使われるのですか？

ダイカストでは、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、鉛、ピューター、銅が一般的な金属である。これらの金属は融点が低いため人気があります。また、鋳造特性、強度、耐久性にも優れています。これらの金属の中で最も人気があるのはアルミニウムです。軽量で、強度重量比に優れています。

4140は工具鋼ですか？

はい、LSS 4140鋼は工具鋼の一種です。この合金は硬度、強度、耐摩耗性に優れています。ほとんどの機械加工に使用できる優れた工具鋼です。具体的には、様々な回転部品に使用されています。例えば、アクスル、ドライブシャフト、ギア、スピンドルなどが挙げられます。

ダイカストにはどのような鋼材が使われるのですか？

鋼の種類は主にダイカスト法の種類によって異なります。HPDCダイカスト金型では、Hシリーズの工具鋼が広く普及しています。一方、LDCまたは冷間加工用には、O、A、Dシリーズの鋼工具が有名です。SKD61、8407、8418のような特殊鋼種もあります。

概要

ダイカストは、多くの複雑な金属部品を作るために非常に重要です。ダイカスト部品はさまざまな方法で作ることができます。HPDCとLPDCは、ダイカスト金型会社で使用する最も一般的な2つの方法です。

ダイカスト金型には3つのタイプがあります：シングルキャビティ、マルチキャビティ、ファミリー金型。各タイプは、特定の生産要件に適しています。

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