ダイカストと重力キャスティング: アルミニウム鋳造コンポーネント

アルミニウム鋳造技術は、複数の製造ルートを提供しています, 最も広く採用されている2つの方法を表すダイキャスティングと重力鋳造.

どちらのプロセスも溶融アルミニウムを正確に変換します, 機能形状, しかし、それらは圧力適用が大きく異なります, 金型デザイン, 冶金の結果, 生産速度, 経済的適合性.
ダイキャスティングは通常、薄壁の生産に優れています, 大量, 優れた表面仕上げと寸法の一貫性を備えた複雑に詳細なコンポーネント.

重力鋳造 - 永久型または砂の鋳造であるかどうかは、多孔性が低い部品を生成します, より良い熱処理可能な微細構造, 構造または圧力を含むアプリケーションの機械性能の向上.

1. アルミニウムコンポーネントのダイキャスティングとは何ですか

キャスティングダイ 溶融アルミニウムが順番に加熱される高圧製造プロセスです 650–700°C - 再利用可能なスチール型に注入されます (死ぬ) 強い圧力の下, 一般的に 10–175 MPa (1,500–25,000 psi).
印加された圧力は、溶融金属を複雑なカビの空洞に強制します, 確実に 迅速な詰め物 内で 0.01–0.5秒 細かい詳細の非常に正確な複製.

金属が固化したら - 典型的には内部 5–60秒, 壁の厚さに応じて、ダイが開きます, そして、部分は排出されます.
この迅速な充填と制御された冷却の組み合わせにより、緊密な許容範囲を持つコンポーネントの生産が可能になります, 薄い壁, 優れた表面仕上げ.

プロセスバリアント:

• ホットチャンバーダイキャスティング - 水没したノズルを使用して、低融合合金を注入します (亜鉛やマグネシウムなど). アルミニウムの高い融点が注入システムに損傷を与える可能性があるため、アルミニウムにはめったに適用されません.
• コールドチャンバーダイキャスティング - アルミニウムの標準. 溶融金属は別のものに染み込んでいます, 高圧下でダイに押し込まれる前に、加熱されていない注入シリンダー.
  これにより、ショットの音量と圧力を正確に制御できるようにしながら、機械コンポーネントが熱分解から保護されます.

一般的な合金:

ダイキャスティングは通常、流動性が高いために処方されたアルミニウム合金を使用します, 最小限の収縮, および優れた機械的特性. 一般的な選択肢が含まれます:

• A380 - 最も広く使用されているアルミニウムダイキャスティング合金, 優れた強度の組み合わせを提供します, 耐食性, および寸法の安定性.
• A383 - A380に似ていますが、腐食抵抗が改善され、複雑な形状のためのより良い流れがあります.
• ADC12 - A383に相当する日本, 優れた機械的特性と優れた加工性を備えています.
• alsi9cu3 - ヨーロッパのアプリケーションで一般的; 耐摩耗性と高い熱伝導率.

2. アルミニウム成分の重力鋳造とは何ですか

重力鋳造 溶融アルミニウムが永久型または砂型に注がれる金属鋳造プロセスです 重力だけで, 外部圧力なし.

型は通常、予熱されています 150–250°C 適切な金属の流れを確保し、熱衝撃を減らすため.

充填時間は、ダイキャスティングよりも遅くなります 2–20秒 - 溶融金属を空洞に自然に餌にし、大気圧下で固化する.

冷却速度が遅い, 高圧法と比較して, 一般にaを生成します 密度の高い穀物構造 閉じ込められたガス細孔が少ない, これにより、機械的特性と熱治療可能性が向上します.

プロセスバリアント:

• 永久型重力鋳造 - 再利用可能なスチールまたは鉄型を使用します; 一貫した寸法と表面仕上げの中程度から高生産量に適しています.
• 砂の重力鋳造 - 消費可能な砂型を大きく使用します, 複雑な, または低容量の部品; 設計の柔軟性を提供しますが、精度のために二次加工が必要です.
• 重力鋳造を傾ける - 金属の流れを制御し、乱流を減らすために、型が注がれている間に傾いています, 酸化とガスの閉じ込めを最小化します.

一般的な合金:

重力鋳造は、多くの場合、最適化されたアルミニウム合金を採用しています 強さ, 延性, および腐食抵抗, その多くは熱処理可能です:

• alsi7mg (A356) - 優れた腐食抵抗, 高い延性, T6熱処理に最適です; 航空宇宙および自動車コンポーネントで広く使用されています.
• alsi9mg - 良好な流動性と機械的特性; 中強度構造アプリケーションに適しています.
• ALSI12 - 優れた耐摩耗性と流動性のための高いシリコン含有量; 一般的に複雑な幾何学に使用されます.
• alcu4timg (206) - 高強度, 航空宇宙と軍事部品を要求するための熱処理可能な合金.

3. 冶金特性: キャスティングとダイ. 重力鋳造

気孔率と密度

• ダイカスト - 高い噴射圧力はガスを閉じ込めることができます (空気, 水素), 通常、分散した多孔度レベルを作成します 3–8％のボリューム, 多くの場合、厚い部分または表面層の近くに集中します.
  多くの構造用途では受け入れられますが, この多孔度は、油圧または空気圧系の漏れを損なう可能性があります.
• 重力鋳造 - 遅い, 圧力のない充填により、ガスの閉じ込めが大幅に減少します, の多孔性レベルの達成 <2% ボリュームによって.
  制御された固化は、方向性粒子の成長と全体的な密度の向上を促進する, これらの部品を適切にする 圧力保持アプリケーション シリンダーヘッドなど, エンジンブロック, 燃料ハウジング.

機械的強度

• ダイカスト - 迅速な冷却は、細粒の微細構造を生成します, の高いキャスト張力強度を提供します 200–300 MPa.
  しかし, 固有の多孔性は延性を制限します (伸長2〜8％) 耐性耐性, 動的荷重で疲労しやすい部品をより疲労させる.
• 重力鋳造 - 一般的にキャストの引張強度は一般的に低くなります (180–250 MPa), しかし、ような熱処理 T6 引張強度を上げることができます 〜240 MPa と伸び 10–12％, 全体でダイキャスト合金を上回ります 靭性と疲労抵抗.

溶接性と機密性

• ダイカスト - A380のような一般的な合金には、シリコン含有量が高くなっています, どれの, 気孔率と組み合わされています, 加熱中のガスの拡大により、溶接の信頼性が低下します.
  加工性は優れています, ツール摩耗率 10–15％低い 罰金のために重力キャスト成分よりも, 均一な微細構造.
• 重力鋳造 - 低気孔率と適切な合金の選択は、強力なものを可能にします, 信頼できる溶接 - しばしば保持 80–90％ ベースメタル強度の.
  加工性は良好ですが、粗い穀物構造を管理するために、より鋭い切削工具と最適化されたフィードが必要です.

4. 幾何学的能力 & 設計ルール

一部の複雑さ

• ダイカスト - 生産可能 非常に複雑な幾何学 壁の厚さが低い 0.5–6 mm, などの素晴らしい機能を組み込む 0.5 MMリブ または 1 mmホール, 複雑なアンダーカットと同様に.
  高い噴射圧力により、薄くて詳細なセクションの完全な充填が保証されます, それを好む選択にします 精密コンポーネント 内部箇所のあるバルブ本体など, 電子ハウジング, そして複雑なブラケット.
• 重力鋳造 - 遅いことによって制約されています, 圧力なしの金属流, 薄く充填するのが難しくなります (<3 mm) または非常に複雑なセクション.
  に最適です 中程度の複雑さ そして 太い壁 部品 (3–50 mm), ポンプケースなど, ギアボックスハウジング, またはエンジンブラケット.

サイズ機能

• ダイカスト - プレス容量によって制限されています; 重量のコンポーネントに最適 5 G – 10 kg.
  非常に大きな部品を生産します (例えば。, 50 KG Automotiveサブフレーム) ツーリングの質量と噴射力の要件により、経済的および技術的に挑戦的になります.
• 重力鋳造 - 適切です 大きい, 重いコンポーネント まで 100 kg以上.
  一般的に産業機械ハウジングに使用されます, マリンプロペラハブ, サイズが微細なデテール要件を上回る大きな構造鋳物.

5. 寸法精度 & 表面仕上げ

寸法公差

• ダイカスト - 達成 優れた寸法精度 リジッドスチールダイのおかげです, 安定した熱条件, 制御された固化.
  典型的な公差はそうです ±0.02–0.1 mmあたり 100 mm, 複雑なジオメトリでも.
  このレベルの精度により、多くの機能が可能になります (スレッド, 密閉溝, ボスを見つける) ネットシェイプを生産する, マシン後の削減または排除.
• 重力鋳造 - 展示 緩やかな許容範囲 の ±0.1〜0.5 mmあたり 100 mm, 主に加熱および冷却中の砂または永久型の膨張/収縮が原因で.
  寸法変動は大きくなると増加します, 厚いセクション. 機能的な表面がアセンブリとシーリングの要件を満たすためには、多くの場合、機械加工が必要です.

表面仕上げ

• ダイカスト - プロデュース スムーズ, 高品質の表面 の典型的な粗さの値で RA1.6-3.2μm 型から直接.
  細かいテクスチャ, ロゴ, 装飾の詳細はダイに統合できます, 追加の仕上げのない目に見えるまたは化粧品の部品に最適になります.
• 重力鋳造 - 表面仕上げは、金型の種類に大きく依存します:

• • 砂型: RA6.3-12.5μm (化粧品表面の機械加工またはショットブラストが必要です).
  • 永久型: RA3.2-6.3μm (より良い, しかし、それでもダイキャスティングほどスムーズではありません).
    表面の多孔度は、一般にダイキャスティングよりも低くなっています, 塗料と陽極酸化のコーティングの接着を改善できます.

6. 圧力 & 熱処理

圧力

• ダイカスト - 高速注射中のガス閉じ込めによる, as-castダイキャストアルミニウム部品にはしばしば含まれています 微量多孔性 (3–8％のボリューム), 圧力の完全性を損なう可能性があります.
  標準のダイキャスト部品に耐えることができます 最大20〜35バー 漏れなし, しかし、より高い圧力のために (例えば。, 油圧マニホールドで >100 バー), 含浸 多くの場合、樹脂が必要です.
  多孔度を完全に排除することは、サイクル時間を犠牲にしたり、スクラップ率の増加せずに困難です.
• 重力鋳造 - 遅い, 層流充填プロセスは、ガスの閉じ込めを大幅に削減します, その結果 以下の多孔性 2%.
  これにより、重力キャストコンポーネントが本質的に圧力がかかります, できる多くのデザインがあります 耐性 >150 バー キャスト状態で.
  この特性は、エンジンブロックにとって重要です, シリンダーヘッド, および燃料システムコンポーネント.

熱処理能力

• ダイカスト - 高シリコンダイキャスティング合金 (例えば。, A380, ADC12) 一般的に T6に完全に熱処理することはできません 閉じ込められたガスから水ぶくれのリスクがあるため.
  いくつかの低不孔のダイカスト (真空アシストダイまたは絞り込みキャストを使用します) に扱うことができます T5 中程度のプロパティの改善, しかし、強度の利益は限られています (〜10–15％増加します).
• 重力鋳造 - フルと互換性があります T6熱処理, 溶液処理が含まれます, 消光, および人工老化.
  例えば, A356-T6 重力鋳物は達成できます 240–280 MPa引張強度 そして 10–12％伸び, 高ストレス構造用途に適したものにします.

7. ツーリング: 料金, 寿命, そして柔軟性

ツーリングコストと複雑さ

• ダイキャスティングは死にます: 高い初期投資が必要です, 通常 $50,000 - $ 500,000+ によって, サイズと複雑さによって異なります.
  ダイは、から正確にマシンされています 硬化ツールスチール (例えば。, H13) 組み込みます 冷却チャネル, エジェクターピン, および複雑なキャビティの特徴.
  この高いコストは、主に正当化されます 大量生産 急速なサイクル時間とマシン後の要件が最小限のため.
• 重力鋳造金型: 大幅に安価です, 一般的に $10,000 - $ 100,000, 高圧抵抗または統合冷却システムを必要としないため.
  カビは一般的に作られています 鋳鉄または軟鋼, 機械加工と変更が簡単です. これにより、重力鋳造は経済的に実行可能になります 低い- 中容量生産に.

寿命とメンテナンス

• ダイキャスティングは死にます: 非常に耐久性があります, と 100,000–1,000,000サイクル アルミニウム部品で達成可能.
  しかし, 寸法精度を維持するには必要です 定期的な研磨, エジェクターピンの交換, 冷却チャネルの修理. 薄いセクションまたは複雑なセクションでの高い摩耗は、メンテナンス頻度を増やすことができます.
• 重力鋳造金型: 寿命が短い, 通常 50,000–300,000サイクル, により 熱疲労 繰り返し加熱と冷却から.
  彼らです, しかし, 修理が簡単です - 損傷したエリアはしばしばそうです 溶接または再マシン - 設計の変更または反復の柔軟性を高める.

ツールのリードタイム

• ダイキャスティングは死にます: の長いリードタイム 8–16週 精度の機械加工と複雑な設計要件のため, ダイキャスティングがそれほど適していないようにします 迅速なプロトタイピングまたは小さな生産が実行されます.
• 重力鋳造金型: 生産が速くなります, いつもの 4–8週, これは許可されます 市場投入までの時間が速くなります 低い場合- 中容量のコンポーネントに、フルスケールの生産前に設計調整を容易にします.

8. 質の高いリスク & コントロール

気孔率と収縮欠陥

• ダイカスト: 高い噴射圧力はガスを閉じ込めて作成する可能性があります 気孔率, 特に薄い壁や角の近く.
  通常、気孔率は範囲です 3–8％のボリューム, 影響する 圧力 と疲労抵抗. 冷却が不均一な場合、収縮空洞は厚いセクションでも発生する可能性があります.
• 重力鋳造: 遅い, 圧力のない充填により、ガスの閉じ込めが減少します, その結果 低気孔率 (<2%).
  しかし, 縮小欠陥 自然な固化のため、厚い部分に現れることがあります, 補償のためにライザーとフィーダーを必要とする.

表面欠陥

• ダイカスト: 一般的な問題には含まれます コールドシャット, フローライン, そして、はんだ付けを死にます, 通常、不適切なダイ温度によって引き起こされます, 噴射速度, または金属温度.
  これらの欠陥は影響します 表面仕上げと寸法精度.
• 重力鋳造: 典型的な欠陥はです ミス, インクルージョン, と表面の粗さ 不完全なカビの充填または貧弱な金属の清潔さのため.
  これらはしばしばによって修正できます 機械加工または研磨, しかし、重要な表面は二次仕上げが必要になる場合があります.

非破壊検査 (NDT) およびコントロール

• ダイカスト: 高度なNDTメソッド, のような X線検査, 超音波検査, および染料浸透剤検査, 内部多孔性と表面亀裂を検出するために使用されます.
  プロセス制御には含まれます ダイ温度監視, 金属の脱気, そして、プレッシャーの最適化を撃ちました.
• 重力鋳造: のようなndtメソッド X線撮影, 超音波検査, および圧力テスト 構造的完全性を確保します.
  の使用 寒気, ライザー, 制御された固化 収縮と内部の欠陥を最小限に抑えるのに役立ちます.

プロセスコントロール

• ダイカスト: 重要なパラメーターには含まれます 金属温度 (650–700°C), 噴射速度, 圧力を保持します, そして、予熱して死ぬ.
  自動センサーとフィードバックシステムは、大規模な生産の実行全体で一貫性を維持するのに役立ちます.
• 重力鋳造: コントロールは焦点を合わせます 注ぐ温度, カビの予熱, ゲーティングデザイン 完全な充填と均一な固化を確保するため.
  冷却速度が遅いことが可能です 方向性粒成長, 機械的完全性の向上.

9. アルミニウム成分の適用: キャスティングとダイ. 重力鋳造

ダイキャスティングアプリケーション

ダイキャスティングは、必要なコンポーネントに最適です 高精度, 複雑なジオメトリ, 滑らかな表面仕上げ.

その高圧注射は可能になります 薄い壁, 厳しい公差, そして複雑な機能, それを適切にします:

自動車産業

• エンジンコンポーネント: バルブカバー, 摂取マニホールド, ブラケット
• トランスミッションハウジング: 軽量, 高強度, 寸法的に正確
• 電気自動車部品: バッテリーハウジングとモーターハウジング

電子製品と消費者製品

• スマートフォンとラップトップハウジング
• カメラボディ
• 電子デバイス用のヒートシンク

産業および油圧コンポーネント

• バルブボディ, ポンプハウジング, 油圧マニホールド
• 空気圧および流体制御システム

重力鋳造アプリケーション

重力鋳造の方が適しています 大きい, 太い壁, 構造的に要求の厳しいコンポーネント.

遅いです, 圧力のない充填が生成されます 低気孔率, 密な微細構造, 信頼できる機械的性能, に最適です:

自動車および重機

• エンジンブロックとシリンダーヘッド
• トラックおよび建設車両用のトランスミッションハウジング
• ポンプハウジングとギアボックスケース

航空宇宙および海洋アプリケーション

• 航空機の構造コンポーネント
• マリンプロペラハブとケーシング

エネルギーおよび産業用具

• 油圧および空気圧シリンダーハウジング
• 産業機械フレームと構造的サポート

10. 選択マトリックス: キャスティングとダイ. 重力鋳造

11. 結論

ダイカストと重力鋳造は補完的なプロセスです, それぞれが特定のシナリオで優れています.

ダイキャスティングが大量に支配されます, 厳しい許容範囲とパートあたりのコストが低い複雑なアプリケーションが重要である, 多孔性が高いにもかかわらず.

重力鋳造は、低から中程度のボリュームの方が優れています, 厚壁コンポーネント, 圧力を必要とするアプリケーション, 溶接性, または熱の治療可能性.

プロセス機能を部品要件に合わせて調整することにより、volume, 複雑, 機械的ニーズ, 予算 - 製造業者はパフォーマンスとコストを最適化できます.

FAQ

ダイキャスティングと重力キャスティングの主な違いは何ですか?

ダイキャスティングは高圧注入を使用して鋼型を満たします, 正確な生産, 薄壁, 複雑な部品.

重力鋳造は、溶融アルミニウムのカビへの自然な流れに依存しています, より厚く生成します, 大きい, ツールコストが低い構造的に堅牢なコンポーネント.

ダイキャストアルミニウム成分を熱処理できます?

はい, ダイキャストアルミニウムは、強度を改善するためにT5またはT6熱処理を受けることができます.

重力 - キャスト成分は一般に、多孔度が低く、粗い微細構造により、熱処理に対してよりよく反応します.

どのプロセスにより、より複雑なジオメトリが可能になります?

ダイキャスティングは、複雑な幾何学に優れています, 薄い壁を含む, 細かいrib骨, そして複雑なアンダーカット. 重力鋳造は、適度に複雑な方が適しています, 厚壁の構造部品.

どのプロセスが溶接に適していますか?

重力 - キャストアルミニウムは、気孔率が低く延性が高いため、溶接により適しています。.

ダイキャストパーツ, 特にシリコン含有量が高い人, ひび割れがちで、慎重な溶接手順が必要です.

両方のプロセスを大規模なアルミニウム成分に使用できますか?

重力鋳造は、大きなコンポーネントを処理します (まで 100 kg以上) 効果的に.

ダイキャスティングは通常、より小さなコンポーネントに限定されています (通常 10 kg) マシンとダイの制約により.