重力ダイカストとは？

重力ダイカストとは、一般的に使用される金属鋳造法であり、金型の形状は金型によって提供され、溶融金属は外部の金型位置（正位置決め）ではなく、重力によって金型に押し込まれる。この方法は、高圧ダイカストとは異なり、溶融金属は加圧されて金型に押し込まれるが、材料を金型に送り込む唯一の方法は重力を利用することである。金型は通常、鋼や鋳鉄のような耐久性のある金属で作られ、寸法精度が高く、表面仕上げが高いため再利用が可能である。また、この技術は、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、およびそれらの合金のような非鉄金属部品の製造に非常に適している。金属を金属状態まで加熱し、その後予熱した永久鋳型に流し込む。溶融金属は重力に向かって流れ、金型キャビティに流れ込み、充填される。その後、鋳型を開き、鋳物を排出する。鋳物は、トリミング、機械加工、または表面を改善するためのその他の処理が必要な場合がある。

アルミニウムは軽量で耐食性に優れ、機械的特性も優れているため、このプロセスの最も一般的な用途のひとつがアルミニウム重力ダイカスト鋳造である。この技術は、自動車、航空宇宙、産業機械、消費財を含む様々な産業で、エンジン部品、ハウジング、ブラケットなどの耐久性のある複雑な部品を作るために広く使用されています。重力鋳造が尊重される理由のひとつは、機械的強度に優れた高品質（低気孔率）の部品を中～大量に鋳造できることである。他の鋳造方式に比べ、初期金型費用が高い、製品が複雑でないなどの制限はありますが、その利点から、多くの製造ニーズに適した低コストの方法です。

本質的に、重力ダイカストは精密で、再現性があり、合理的な材料であり、現代の金属加工プロセスにおいて重要である。

重力ダイカスト鋳造プロセスを理解するには？

それは、重力ダイカストの中核をなす、簡単で効率的な技術だった。鋼鉄や鉄の予熱された金型に離型剤を塗布し、鋳造の準備を整えれば、鋳造品は簡単に剥がすことができる。金型の準備ができたら、アルミニウム、マグネシウム、銅合金などの溶融金属を金型に流し込む。金属が空洞を満たすために、鋳型は重力だけで単純に冷えて固まる。

その後、鋳型を開き、鋳物を取り出す。そうでなくても、余分な材料が残っていれば、それがゲートやランナーシステムであれ、他の部分であれ、それを切断し、機械加工や他の方法で鋳物を仕上げることができる。砂型鋳造に比べ、砂から鋳物を作る鋳型は一度しか使用しない。重力鋳造の金型は再利用できるため、重力金型で鋳造される部品は、生産効率と製品の一貫性の点で大幅に改善される。

重力ダイカスト鋳造の様々な表面仕上げオプション

重力ダイカストのもう一つの利点は、金型から直接、滑らかで一貫した表面仕上げを持つ部品を作ることができることである。しかし、最終製品の機能的および美的要件に応じて、他の表面仕上げ技術（複数可）を仕上げ工程に追加して、外観、耐久性を向上させたり、塗装やめっきなどのさらなる工程に部品を準備したりすることができる。重力ダイカスト部品に最も頻繁に使用される表面仕上げを以下に示す：

1.アズキャスト仕上げ

これは、鋳造プロセスから直接生じる自然な表面である。しかし、適切に準備され、プロセス条件が最適であれば、重力鋳造は砂型鋳造に比べてかなり滑らかな表面を作り出すことができる。内部部品や外観が重要でない部品は、通常、鋳造表面として受け入れられる。

2.ショットブラスト/グリットブラスト

ショットブラストは、鋳物の表面に小さなスチールまたはセラミックビーズを噴射し、スケール、バリ、残留物を除去します。このプロセスは、表面の均一なマットな質感を作り、表面をよりきれいにし、さらに粉体塗装や塗装などの仕上げを行う部品に適しています。 

3.研磨

表面の平滑性と光沢を向上させるために、機械的に微細な欠陥を除去する研磨が行われる。特に美的部品や低摩擦が必要な場合に用いられる。研磨は、手動または自動の基本的なバフ研磨、または鏡面仕上げを含むことができます。

4.粉体塗装

パウダーコーティングは、鋳物表面にパウダーを塗布し、加熱硬化させることで硬い保護層を形成する。耐食性、耐衝撃性、耐紫外線性に優れているため、アルミ重力ダイカストで製造される自動車部品や屋外部品に適している。

5.陽極酸化処理

アルミ重力鋳造部品は、陽極酸化を選択する多くの理由を持っています。表面は電気化学的に自然酸化層によって厚くなり、耐食性を向上させ、色をカスタマイズする能力を提供します。アルマイト処理された表面は耐久性があり、色が疲れず、洗練されたプロフェッショナルな外観を持ちます。

6.精密表面加工

多くの場合、重力鋳造部品は鋳造後に少なくとも部分的に機械加工され、特に正確な公差を実現したり、重要な表面を滑らかにしたりします。CNC機械加工は、平らな面やねじ山を精密にするために利用され、精度が必要で金型自体の能力を超えている部分をシールするためにも利用されます。

7.塗装とコーティング

焼印、色分け、保護が必要な部品は、従来の湿式塗装で使用されているどの方法でも行うことができる。塗料の塗布は通常、手作業か自動スプレーラインによって行われ、表面の洗浄や下塗りの後に行われることが多い。

8.クロメート処理／化学処理

クロメート処理または化成皮膜処理により、防錆力が強化され、塗料の密着性も向上します。このような処理によって生成される受動的な保護膜は、寸法にはほとんど影響しませんが、アルミニウムの表面を保護します。

重力ダイカストの利点

優れた機械的特性は、メーカーが重力ダイカストを好む主な理由の一つである。その結果、このプロセスで製造された鋳物は、エアポケット（気孔）が少なく、その結果、より強く信頼性の高い部品になる傾向があります。

その他の主な利点は以下の通り：

• 高次元の精度： 重力鋳造は、製造される部品の厳しい公差と微細なディテールを維持する。
• 滑らかな表面仕上げ： 金型の表面仕上げが良くなるため、後加工が減る。
• 再現性： 金型は再利用できるので、メーカーは同じ品質で大量生産できる。
• 材料効率： 適切なゲーティングと給電設計を採用する限り、金属の無駄は最小限に抑えられる。

アルミニウム重力ダイカストは、軽量、高強度、耐腐食性の部品を製造しようとする産業界にとって、今日でも最適な選択肢です。

アルミ重力ダイカスト？

アルミニウム合金の重力ダイカスト は、重力鋳造の金型（またはダイ）に、溶融したアルミニウム合金を重力のみの力で充填する方法である。一般的に、これらの金型は、耐摩耗性と一連のヒートサイクルに耐える能力から、鋼または鋳鉄で作られています。このプロセスの特徴はその単純さであり、金属を金型に押し込むための外部圧力は存在しない。その代わり、流れは重力だけで制御される。

アルミ重力ダイカストは、内部欠陥を最小限に抑えることができる利点のひとつです。金型が非常にゆっくりと自然に充填されるため、空気の巻き込みが最小限に抑えられ、気孔率も最小限に抑えられます。その結果、より完全で性能に優れ、強度も高い鋳造部品が得られます。そのため、この方法は、優れた精密加工部品の製造に、製造業者の間で広く好まれている。

重力ダイカストで使用される一般的なアルミニウム合金

アルミニウム重力鋳造では、適切な合金を選択することが重要です。様々な合金は、それぞれ用途に応じて様々な特性を持つように設計されています。これらの一般的に使用されるアルミニウム合金の内訳は、その組成、機械的特性、および工業用途に従って以下のようにすることができます。

この表は、いくつかの重要な要素について、様々な鋳造法を簡単に並べて比較したものです。これにより、どの鋳造方法が製造者のニーズに最も適しているかを知ることができます。

重力鋳造の用途

重力鋳造は、適応性と経済性に優れ、高品質の部品を製造できるという利点があるため、多くの産業で広く使用されています。これは、耐久性があり、精密で一貫性のある部品を小ロットから大ロットまで製造できる信頼性と効率性の高さによるものです。以下は、重力鋳造の最も一般的な用途です。

自動車産業

重力鋳造の用途は自動車分野でいくつか見られますが、その中にはエンジンブロック、シリンダーヘッド、サスペンション部品などの重要なエンジン部品、トランスミッションハウジングなどの重力鋳造があります。優れた強度対重量比を持つアルミニウム重力ダイカストを使用することで、軽量でありながら強度の高い部品を作ることができます。また、自動車用ギアボックスのハウジング、ブレーキ部品、自動車のインテークマニホールドなど、自動車を使用する上で重要な耐熱性・耐摩耗性・耐薬品性に優れた部品にも利用されています。

航空宇宙

重力ダイカストの工程は、航空宇宙産業にとって、低密度だが構造的に健全な部品を製造するための重要な工程であり、将来の設計や用途が許す限り、安全で性能を発揮しなければならない。シェルトン氏は、ほとんどの重力鋳造と同様に、航空機のブラケット、着陸装置部品、胴体部分などの製品の精度と耐久性が重要であると繰り返し言う。軽量でありながら強度を失わない材料が必要なため、アルミニウム重力ダイカストは航空宇宙用途に適しています。

産業機械

重力鋳造法は、例えばポンプハウジング、ギアケーシング、ブラケットなど、産業機械用の耐久性のある高強度部品の製造に使用されます。これらの部品は、高圧、機械的応力、過酷な使用条件に耐える必要があるため、重力鋳造では、堅牢で気孔率の低い部品を製造することでこれを実現します。例えば、この部品は鉱山機械や農業機械、大型エンジンに使用されています。

消費者製品

重力ダイカスト鋳造は、調理器具、照明器具、装飾金物などの消費者製品分野にも有益である。例えば、アルミ鋳物のフライパン、キッチンシンク、照明器具のブラケットなどは、重力鋳造で製造することで、良好な表面仕上げと鋳造形状の安定性を得ることができる。

彫像、装飾パネル、ドアや窓の金具などの芸術部品や建築部品も、重力鋳造プロセスによって作られます。重力鋳造の多用途性は、優れた経済性と性能を併せ持ち、幅広い産業で不可欠なプロセスであることを意味する。

重力ダイカストで使用される材料

非常に汎用性の高い鋳造法は重力ダイカストで、さまざまな材料で鋳造することができます。最終製品の強度や性能は直接的に材料に左右されるため、重要なのは材料の適切な選択です。アルミニウム、亜鉛、銅、マグネシウム合金は、重力ダイカストで使用される最も一般的な材料ですが、製造する部品の要件に基づいて、他の種類の金属や合金を使用することができます。

1.アルミニウム合金

アルミニウム合金は、その優れた強度/重量比、優れた耐食性、鋳造特性から、重力ダイカストで最も広く使用されている材料です。一般的には、自動車、航空宇宙、産業機械産業で使用されています。

主要なアルミニウム合金には次のようなものがある：

• A356: A356は強度、延性、被削性に優れ、自動車、航空宇宙分野で使用されるエンジンブロック、ハウジング、ブラケットなどに広く適用されている。
• A380: この合金は優れた流動性、気密性、適度な強度を持つ。一般に、鉄はエンジンブロック、ハウジング、トランスミッションエレメントの製造に広く使用されている。
• A413: もし見つかれば、良好な機械加工性と良好な耐圧稠度を持つ高強度合金で、これは油圧シリンダー、バルブ、ポンプに見られることがある。

アルミニウム重力ダイカストの高い有効性は、主に軽量特性と機械的強度の組み合わせによるものである。

2.亜鉛合金

強度、硬度、耐食性に優れ、軽量であることが要求される部品が一般的であるため、重力ダイカストでは亜鉛合金が頻繁に使用されます。亜鉛は比較的安価な材料で、流動性が非常に良く、複雑な成形や細部の加工が可能です。

一般的に使用される亜鉛合金には次のようなものがある：

• ZA8： 高強度、適度な延性、優れた寸法安定性を持つ。ダイカスト部品の製造に使用されることが多い。
• ザマック 亜鉛合金の一種で、耐食性と鋳造性に優れ、自動車部品、金物、装飾鋳物に特に人気がある。

亜鉛重力ダイカストは、ハードウェア、電子筐体、一般消費者向け製品など、厳しい公差が要求される耐久性の高い用途で頻繁に使用されています。

3.マグネシウム合金

マグネシウム合金は軽量で高強度であるため、軽量化を必要とする用途に適している。マグネシウム重力ダイカスト鋳造の最も一般的な用途の一つは、軽量構造部品のための自動車および航空宇宙産業です。

重力ダイカストで使用される主なマグネシウム合金は以下の通りである：

• AM60： このマグネシウム合金の強度と靭性は高く、溶接も容易で、構造部品や自動車部品に使用されている。
• AZ91D： AZ91Dは優れた耐食性と重量比強度で知られ、ブラケットやハウジングなどの航空宇宙用途に使用されている。

マグネシウムは、その高い強度対重量比から、航空宇宙や自動車などの産業で特に重宝されている。

4.銅合金

重力ダイカストは、高強度、耐摩耗性、優れた熱伝導性を持つ銅合金に使われます。高温や摩耗に耐えなければならない部品は、銅をベースにした合金、黄銅、青銅など、さまざまな合金形態の銅で作られることがよくあります。

よく使われる銅合金：

• C356: この合金は、ピストンリング、エンジン部品、産業機械など、高い強度と耐摩耗性を必要とする部品に使用される。
• C443: 真鍮の合金で、通常は耐食性と強度のために、船舶や自動車に使用される。

銅合金が高温のような極端に悪い環境にも耐えられることが評価され、舶用エンジンや熱交換器、コメンテーターのような電気機器などの分野で使用されるようになりました。

5.その他の合金

他の特殊合金は、最終製品の所望の特性について、より一般的な材料以外に重力ダイカストで使用することができます。その中には次のようなものがある：

• 鉛合金： 高密度が必要な用途では、箔はカウンターウェイトやシールドを含む用途で使用される。
• 錫合金： 電子機器や装飾品の製造に使用される、小さくて精密な部品の製造に使用される。

これらの材料は、耐食性、熱伝導性、密度など、さまざまな特性に基づいて選択されます。重力ダイカストを使用することで、様々な材料を使用し、製品に合わせた特性を製造することができます。

重力ダイカストにおける革新

重力鋳造プロセスのさらなる改善は、シミュレーション・ソフトウェア、自動化、鋳型設計の最近の進歩によるものである。現在では、エンジニアは溶湯の流動と凝固をシミュレートできるため、鋳型設計を最適化し、欠陥を回避することができる。

また、自動化にも依存している。しかし、金属の注湯、鋳造品の抽出、さらにロボットアームの基本的な後処理工程に踏み込むこともよくある。技術革新は、人件費を削減し、職場の安全も確保する。アルミ重力ダイカストでは、真空補助や金型コーティングの改良などの開発により、気孔率を下げ、金型寿命を延ばすこともできるようになった。

環境への影響と持続可能性

持続可能性が重視されるこの時代に、重力ダイカストは比較的環境に優しいことが判明した。金型が再利用されれば廃棄物も少なくなり、使用された金属スクラップはリサイクルされ、工程内で再利用されることが多い。

さらに、アルミニウム重力ダイカストで最も広く使用されているアルミニウムは、非常にリサイクル可能である。最後に、このプロセスは、特に最新の炉とプロセス制御システムによって技術が最適化された場合、他の製造方法よりも少ないエネルギーを使用します。

重力ダイカストと他の鋳造法との比較

重力ダイカストは広く使用されている技術ですが、金属部品を作成するための唯一の方法ではありません。さまざまな鋳造法は、要求に応じてメーカーにとってさまざまな利点がある。砂型鋳造、高圧ダイカスト、インベストメント鋳造、低圧鋳造などの他の鋳造方法と比較して、重力ダイカストは、メーカーが特定の要件に最適な鋳造の種類についての教育的決定を行うことができます。 

重力ダイカストと砂型鋳造の比較

重力ダイカストと砂型鋳造では、金型の素材に大きな違いがある。重力ダイカストでは、永久金型は鋳物や鉄であることが多く、砂型鋳造の金型は使い捨てです。その結果、表面の仕上がりや寸法精度に大きな違いが生じます。

表面仕上げは砂型鋳物よりも滑らかで、均一性が高い。また、寸法の均一性も高い。しかし、形状が大きかったり複雑だったりする場合は、砂型鋳造の方が柔軟性があります。その上、砂型鋳造は初期金型費用が低いため、少量や大きな部品を製造する場合には費用対効果が高くなります。重力ダイカスト鋳造は、中量から大量の部品を生産する場合にはコストが低く、部品の品質と一貫性が向上します。

高圧ダイカストと重力ダイカストの比較。

溶湯の金型への導入方法は、高圧ダイカストと重力ダイカストの主な違いのひとつである。重力ダイカストは、鋳鉄の一種で、溶融金属が重力の力によって金型キャビティに入るため、充填プロセスがよりゆっくりと制御されます。そのため、気孔率が抑えられ、強度が増し、部品の信頼性が向上します。

しかし、高圧ダイカストでは、溶融金属を金型キャビティに押し込むための油圧を、はるかに高速で必要とする。複雑な形状を高速で製造できる反面、最終製品の気孔率が高くなりやすい。このため、重力ダイカストは、自動車部品や構造部品など、機械的強度と低い気孔率が必要な場合に主に使用される。より高速ではあるが、細部が小さく速度が重要な部品には高圧ダイカストの方が適しているかもしれない。

重力ダイカストとインベストメント鋳造の比較 

重力ダイカストから際立つもう一つの方法は、インベストメント鋳造、またはロストワックス鋳造です。インベストメント鋳造は最も精密なプロセスのひとつで、部品のワックス版を作り、そのワックス型をセラミックシェルでコーティングし、ワックスを溶かして型を作る必要がある。そのため、航空宇宙、医療機器、宝飾品など、部品に大きく依存する産業に非常に適しています。

しかし、インベストメント鋳造は非常に複雑で、リードタイムが長くかかる反面、価格も高くなります。しかし、重力ダイカスト鋳造は重力ダイカスト鋳造とは異なり、特に同じレベルの複雑なディテールを必要としない部品については、より速く、より安価です。インベストメント鋳造は、その精度と表面仕上げで知られていますが、重力ダイカストは、中量から大量生産で良好な機械的特性を持つ機能部品製造のための安価なソリューションを利用しています。

低圧ダイカストと重力ダイカストの比較

重力ダイカストを基礎とするもう一つの技法は低圧ダイカストで、これは溶融金属で金型を加圧するために制御された圧力を使用します。これは、より均一な充填とより大きな材料密度をもたらし、ボイドや気孔のような潜在的に問題となる欠陥のカップルを改善することができます。

重力ダイカストでは、設備や金型のコストは低圧ダイカストより低いが、出来上がった部品は材料の不完全さと欠陥の両方が生じ、品質が劣る。現在の低圧システムよりも複雑だが、現在のすべての低圧システムよりも低コストで、より大量に、より高品質な生産が可能である。重力ダイカスト（または低圧ダイカスト）は、メタルフローの制御性がやや劣るため、自動車エンジン部品やほとんどの産業における構造部品のような中程度の複雑さの部品を生産する、より従来型の経済的な方法です。 

比較表：重力ダイカストと他の鋳造方法との比較

重力ダイカストの限界

重力ダイカストにはいくつかの制約があるが、寸法精度が良い、表面仕上げが良い、機械的強度が高いなど、多くの利点もある。特定の用途に適した製造プロセスを選択するには、これらの欠点を理解する必要があります。

1.高い初期金型費用

ダイ（金型）のコストは、重力ダイカストの大きな欠点である。このプロセスでは永久的な金型（通常は鋼鉄または鋳鉄）を使用するため、金型費用は相当なものになる可能性がある。重力ダイカストが経済的なのは、中量から大量生産に限られるため、通常はこの方法でのみ行われます。生産量が少ない場合は、砂型鋳造の方がより高価なプロセスかもしれません。

2.限られたデザインの複雑さ

しかし、極めて複雑な形状や複雑な内部形状を持つ形状は、重力ダイカストによる製造にはあまり適していない。溶融金属が重力以外の圧力で金型内に流れ込まないため、金型内の非常に薄い空洞や深い空洞にうまく充填できないことがある。アンダーカット、微細な穴、極端に薄い壁などは、インベストメント鋳造や高圧鋳造に比べて実現が難しい特徴である。

3.長い冷却時間

高圧ダイカストでは冷却と凝固の時間がかなり短くなることがあるが、重力ダイカストでは冷却と凝固の時間が長くなることがある。そのため、全体的なサイクルタイムや生産速度が遅くなる可能性がある。より速く、高速で製造する用途では、最適な選択ではないかもしれない。

4.限られた材料互換性

重力鋳造はすべての非鉄金属に使用できますが、アルミニウムに最も効果的で、亜鉛やマグネシウム合金にはあまり効果がありません。しかし、鋼や鉄などの鉄系材料は融点が高いため、金型が弱くなり寿命が短くなるため不向きです。その結果、重力ダイカストの適用範囲は限定される。

5.金型の摩耗とメンテナンス

重力ダイカストで使用される金型は、加熱・冷却を繰り返すうちに摩耗し、熱疲労を起こします。そのため、金型表面の劣化が進み、メンテナンスを怠ると不良品が発生する恐れがあります。金型の定期的なメンテナンスと最終的な交換には、運用コストがかかります。

6.手動または半自動運転

しかし、重力ダイカストは、高圧ダイカストのような他の鋳造方法に比べて自動化が進んでいない。手動または半自動で溶融金属を金型に流し込むことは、品質のばらつきや労働力への依存度を減らすために行われるかもしれない。また、完全に自動化された大量生産環境では効率が悪い。

結論 

重力ダイカストは重要な製造工程である。この技術は、重力を利用して金型に溶融金属を装填し、優れた表面仕上げと機械的特性を持つ高品質で信頼性の高い部品を実現するものである。特に自動車、航空宇宙、産業機械業界では、強度、一貫性、耐久性を損なうことができないユニークなものです。このプロセスは、アルミニウム重力ダイカストまたは基本的なアルミニウム重力鋳造に適用することができ、次のことができます。 メーカーに供給する アルミニウム重力ダイカスト鋳造の費用効果が高く、効率的な手段で、中程度から大量の生産量に対応します。重力ダイカストは、そのシンプルさと性能の融合により、今後何年にもわたって使用されるシンプルな方法であり続けます。

このプロセスの大きなプラスポイントは、汎用性が高いことだ。あらゆる種類の非鉄金属を加工することができ、中でもアルミ重力ダイカストは、アルミが軽量で耐食性に優れ、リサイクル可能であるため、最も人気があります。重力鋳造では永久金型を使用するため、寸法精度と再現性が向上し、各パーツが業界標準に適合していることを確認するのにも役立ちます。今日、重力ダイカスト鋳造法は、優れた強度と軽量のソリューションに対する産業界の高まるニーズを満たすために発展してきました。この方法は、耐久性、コスト削減、エンジン部品、機械部品、構造部品の製造に使用する一貫した製品の製造を保証しています。

よくある質問

1.重力ダイカストと高圧ダイカストの大きな違いは何ですか？

重力ダイカストは重力を利用して金型に流し込むだけで、高圧ダイカストは油圧を利用する。重力ダイカストは工程が多いためスピードは遅いが、より高密度で信頼性の高い部品を作ることができる。

2.なぜアルミニウムは重力ダイカストによく使われるのですか？

Aluminum for Swordfish Applicability to Casting Technology』（通称『本ガイド』）によると、アルミニウムは軽量で耐食性に優れ、熱伝導率に優れているため、自動車や航空宇宙産業における重力ダイカスト用途に適している。

3.重力鋳造は小ロット生産に適していますか？

重力鋳造は、永久鋳型のコストがかかるため、中量から大量生産に最も適している。砂型鋳造は通常、小ロット生産よりも経済的です。

4. 重力ダイカストの環境条件は？

プラスチックのような汚染性の高い素材を使う必要がないため、非常に環境に優しいアイテムだ。最新の製造工程は、再利用可能な金型によって廃棄物を削減するだけでなく、エネルギー消費量もはるかに少ない。