重力ダイキャスティングとは何ですか?

1. 導入

重力ダイキャスティング, とも呼ばれます 永久型鋳造, 再利用可能な金属型を溶融合金で満たすために、外部圧力ではなく重力を使用します.

職人は17世紀に早くも金属型を実験しましたが, 現代の重力ダイキャスティングは、19世紀後半から20世紀初頭に鉄および鉄骨の実践の進歩とともに出現しました.

今日, このプロセスは、毎年何百万もの高統合コンポーネントを生成します, 自動車のエンジンブロックからアート品質の彫刻まで.

その永続的な人気はバランスに由来しています 寸法精度, 表面仕上げ, そして コスト効率, 中程度のボリュームで一貫した品質を要求する業界の主力とする.

2. 重力ダイキャスティングとは何ですか?

基本原則

その中心に, 重力ダイキャスティングは依存しています 重力 溶融金属をカビの空洞に引き込む.

とは異なり プレッシャーダイキャスティング, 油圧または機械的な力を採用しています, 重力鋳造は、単にスプルーに液体金属を注ぐだけで、重力が仕事をすることができます.

カビの充填における重力の役割

高圧注入を排除することにより, 重力鋳造が最小化されます 乱流 そして 空気のエントレインメント, 健全性の向上.

例えば, アルミニウムを注ぐ 700 °C 予熱された鋼型に (< 300 °C) 合金の清潔さを保存し、多孔性を減らす層流を作成する.

金型タイプ: 消耗品と. 永続

• 消耗品 (砂/石膏) カビ: デザイナーが複雑なジオメトリまたは非常に低いボリュームを必要とするときに使用.
• 永続 (金属) カビ: 鋼または鋳鉄から製造されています, これらの金型は、数百から数千サイクルに耐えます. 対照的に, 砂型は通常、1ショットのみを提供します.

ゲーティングおよびライザーシステム

効果的なゲーティング - スプーー, ランナー, ゲート - そして戦略的に配置されます ライザー 制御充填速度と固化.

例えば, よく設計されたアルミニウムハウジング型は、aを使用する場合があります ボトムプールスプルー テーパーランナーと一緒にいっぱいの時間を達成する 2 秒, その後、収縮を補う円筒形のライザーが続きます.

3. 重力ダイキャスティングプロセスステップ

重力ダイキャスティングは、溶融金属を6つの厳密に制御された段階を通じて精密成分に変換します.

高圧注入ではなく重力に依存することにより, このプロセスは、優れた部分の完全性を提供します, 繰り返し可能な寸法, そして、細かい表面仕上げ.

パターンとカビの準備

エンジニアは、から2パートの金型を設計することから始めます H13ツールスチール, 組み込む 1–3°ドラフト角 部分排出を容易にするため.

彼らは正確に機械加工します ゲート, ランナー, そしてライザー, 補償するために較正されました 1–2 % アルミニウム合金の典型的な線形収縮.

最新のCAD/CAMシステムこれらの機能を最適化して、均一な充填と方向性の固化を確保する.

カビの予熱とコーティング

各キャストの前, 技術者 予熱します 型 200–300°C, 初期の金属皮膚を安定化し、熱衝撃を減らします.

その後、薄いものを適用します グラファイトまたはジルコンベースの耐火性コーティング (10–30 µm厚). このコーティング:

• よりスムーズなフローを細かい詳細に促進します
• 一貫した微細構造の冷却速度を制御します
• カビの表面を保護します, ダイライフを延長します まで 2,000 サイクル

金属の融解と温度制御

Foundriesは、電気またはガス燃料の炉で合金を溶かします, 注ぎの温度を内に保持します ± 5 °C:

• 亜鉛合金: 420 ± 5 °C
• マグネシウム合金: 650 ± 5 °C
• アルミニウム合金: 700 ± 5 °C

厳密な温度調節により、最適な流動性が保証されます (粘度〜 6 アルミニウムのMPA・S 700 °C) そして防止します コールドシャット または誤解.

注入技術と流量

溶融金属 - 典型的にはアルミニウムまたは他の非鉄合金 - が注がれます 洗面器 または ランナーシステム それはダイキャビティに直接つながります.

金属は重力だけで流れます, したがって、「重力ダイキャスティング.」

注ぎ速度とゲーティングジオメトリを制御することにより, ファウンドリは、乱流と空気の閉じ込めを最小限に抑えます, より高品質の鋳物になります.

盆地の底からまたはティルトプールのセットアップを介して埋めると、金属のメニスカスがスムーズに上昇することができます, 通気口から空気を駆動し、空洞全体に層流を維持する.

凝固, シェイクアウト, とクリーニング

一度満たされます, 金型は凝固間隔のために閉じたままです - 5 秒 薄壁の亜鉛部品用, まで 30 秒 厚いアルミニウムセクションの場合.

この間, 金属はカビの壁から内側に冷えます, 鋼の高い熱伝導率によって駆動されます.

安全な取り扱い温度に達した後 (〜 150 °C), 油圧クランプリリース, イジェクターピンはキャスティングを自由に押します. その後、ファウンドリー:

1. ゲートを取り外します, ランナー, そしてライザー
2. ショットブラストを実行します または CNCトリミング 砂をきれいにする, 規模, とフラッシュ
3. 検査します 重要な寸法 (±0.1〜0.5 mm) そして表面品質

トリミングと最終仕上げ

最終段階で, 技術者は残りのスプルーとフラッシュを使用してトリミングします バンドソー, 水ジェットカッター, または 空気圧のニブラー, 回収 90 % Remeltのスクラップの. その後、彼らは:

• deburr タンブリングまたは手動ツールを介したエッジ
• 機械 高精度の特徴 - ボアなど, フランジ, シーリングサーフェス - タイトな耐性へ ± 0.02 mm
• 表面処理を適用します (例えば。, 陽極酸化, ビーズブラスト) 指定された仕上げを実現します (RA 0.8-3.2 µm)
• 非破壊検査を実施します (x ‑ ray, 染料浸透剤) 重要な航空宇宙または自動車部品用

4. 重力ダイキャスティングの材料

右合金を選択することは、成功した重力鋳造操作の中核にあります.

各金属は、独自の特性、つまり流動性をもたらします, 凍結範囲, 熱伝導率 - カビの設計を決定します, プロセスパラメーター, そして最終的に, パフォーマンスの一部.

アルミニウム合金

人気のグレード: A356, A380, B319

• 融解範囲: 600–650°C
• 流動性: 高い; 薄いセクションに簡単に流れます (< 3 mm)
• 収縮: 〜 1.2 % リニア
• アプリケーション: 自動車ハウジング, ヒートシンク, ポンプボディ

重要な考慮事項:

• アルミニウムの優れた熱伝導率 (〜 180 w/m・k) 凝固時間を短くしますが、リスクのリスクは、レートの遅れがある場合はコールドシャットが閉じます.
• 追加 7 % シリコン (A356) 流動性を改善し、気孔率を軽減します.
• 金型を200〜300°Cに予熱すると、複雑な特徴での早期凍結が防止されます.

亜鉛合金

人気のグレード: 重荷 3, 重荷 5

• 融点: 〜 385 °C
• 凍結範囲: 狭い (〜 5 °C), 優れた流動性をもたらします
• 収縮: 0.5–0.7 % リニア
• アプリケーション: 精密コネクタ, 装飾ハードウェア, 小さなギアブランク

重要な考慮事項:

• 亜鉛の注ぐ温度が低いと、カビの摩耗とエネルギー消費量が減少します.
• 狭い凍結範囲により、細かい詳細を忠実に再現できます (< 0.5 mm).
• デザイナーは非常に薄いランナーを指定できます (5–10mm²) スクラップを最小限に抑えるため.

マグネシウム合金

人気のグレード: AZ91D, AM60

• 注ぐ温度: 650–700°C
• 密度: 1.8 g/cm³ (最も軽い構造金属)
• 抗張力: 200–260 MPa
• アプリケーション: 電子ハウジング, 構造航空宇宙コンポーネント

重要な考慮事項:

• マグネシウムは急速に酸化します; Foundriesは、不活性な大気またはフラックスカバーを採用する必要があります.
• 高い熱膨張 (26 µm/m・k) より大きなパターン手当を要求します (まで 2.5 %).
• 死ぬ寿命は通常500〜1で実行されます 000 腐食性溶融によるサイクル.

銅および銅合金

人気のグレード: C95400 (アルミブロンズ), C36000 (フリーマシン 真鍮)

• 注ぐ範囲: 1 050–1 200 °C
• 熱伝導率: 110–400 w/m・k (合金に応じて)
• アプリケーション: マリンポンプのインピーラー, バルブコンポーネント, アーキテクチャハードウェア

重要な考慮事項:

• 銅合金の高い溶融点には、堅牢なダイ材料が必要です (H13スチール) 耐火物.
• シリコンブロンズのような狭い凍結範囲の合金は、高アルミニウムグレードよりも簡単にキャストされています.
• デザイナーは2〜2.5を占める必要があります % 縮小して寛大なライザーを取り入れます.

鋼とキャストアイロン

人気のグレード: A216 WCB (炭素鋼), A217 WC6 (合金鋼), ASTM A536 65‑45‑12 (延性鉄)

• 融解範囲: 1 370–1 520 °C
• 冷却速度: 遅い; 粗い穀物と分離のリスク
• アプリケーション: ポンプハウジング, バルブボディ, 重機の部品

重要な考慮事項:

• 高温の高温では、事前に加熱されたダイが必要です (350–450°C) 金属反応を防ぐための高度なコーティング.
• セクションの厚さを超えるはずです 15 ホットスポットや熱亀裂を避けるためのmm.
• リブと寒いインサートは、厚いセクションでの方向性の凝集を管理するのに役立ちます.

5. 重力ダイキャスティングの利点

高次元の精度と再現性

重力ダイキャスティングの最も顕著な利点の1つは、それが提供する優れた次元の精度です.

プロセスが使用するため 機械加工, 再利用可能な金属型, 部品は、砂の鋳造のような消耗品の金型方法と比較して、一貫してより厳しい許容範囲を実現します.

• 典型的な公差: 小さな機能の場合は±0.1 mm; より大きな寸法の場合は±0.3 mm
• 再現性: 同一のコンポーネントの長期走行に最適です

この再現性は、キャスティング後の機械加工の必要性を低下させ、アセンブリの互換性を保証します。, 航空宇宙, および精密設計部品.

優れた機械的特性

重力ダイキャスティングは、aでコンポーネントを生成します 密度, より均一な微細構造 制御された固化と比較的遅い充填率のため.

これにより、ガスの閉じ込めとコールドシャットが最小限に抑えられます.

• より高い強度と重量の比率
• 伸びと疲労抵抗の改善
• 砂や圧力の鋳造と比較して気孔率が低下しました

例えば, 重力鋳造を介して生成されたアルミニウム合金鋳物は達成できます 180〜280 MPaの引張強度,

合金とプロセス制御に応じて, 多くの場合、同等の砂鋳物の特性を20〜40％超えています.

表面仕上げの強化

金属型の滑らかな内部表面 - 特にグラファイトまたはセラミックベースの放出剤でコーティングされた場合、プロデュース よりクリーンでスムーズなAs-Castサーフェス.

• 表面の粗さ: 通常、の範囲 RA 1.5-3.2 µm
• 多くのアプリケーションでの研削または研磨の必要性の低下
• コーティングのためのより良いベース, メッキ, または絵画

これは、シーリングサーフェスまたは正確な適合を必要とする装飾コンポーネントとアプリケーションで特に有益です.

中容量生産におけるコスト効率

投資や砂の鋳造と比較して, 重力キャスティングオファー より速いサイクル時間 そして 労働強度が低い ツールが償却されると.

• サイクル時間: 2–6分あたり, サイズと壁の厚さに応じて
• カビの寿命: 1,000–10,000サイクル合金とケアに応じて

上記の生産のために 1,000 ユニット, ユニットコストの削減が初期金型投資を相殺し始めます, 多くの場合、結果として 30–50％パートあたりのコストが低くなります 生産サイクル全体にわたって.

環境に優しいプロセス

重力ダイキャスティングが生成されます 無駄が少ない 多くの鋳造代替品よりも:

• 再利用可能な型は、砂やワックスなどの消耗品の材料の必要性を減らします.
• 金属の収量は高くなっています (90〜95％まで), スクラップを最小化します.
• 現在、多くの鋳造工場が電気炉を使用しています, 二酸化炭素排出量の削減.

さらに, 有機バインダーまたはワックスバーンアウトを備えた砂または投資鋳造と比較して、排出量が少なく、広範な換気システムの必要性が少ない.

パーツデザインの汎用性

複雑な幾何学に関しては、圧力よりも制限されている鋳造, 重力鋳造は依然として幅広い部品タイプをサポートしています:

• 壁の厚さ 3 mm to 50 mm
• ボスなどの機能, rib骨, そしてアンダーカット (コア付き)
• より高い効率のための金型挿入と複数の空洞

この方法は、複数の合金にも対応します, 高強度アルミニウムを含む, 銅, およびマグネシウムベースの製剤.

再発行のリードタイムが短い

金型が開発されたら, 重力鋳造プロセスの再現性により、メーカーは需要の再注文に迅速に対応できます.

繰り返しの生産ランのリードタイムは可能です まで減少しました 50% 使い捨ての金型プロセスと比較してください.

6. 重力ダイキャスティングの欠点

高い初期ツールコスト

おそらく、重力死の鋳造の最も重要な欠点はにあります ツールへの前払い投資.

永久金属型, 通常、H13のような熱耐性ツールスチールで作られています, 繰り返し熱サイクリングに耐えるために、高精度の機械加工と堅牢な構造が必要です.

• 典型的な金型コスト: $5,000 - 複雑さとパーツサイズに応じて50,000ドル
• ツールのリードタイム: 4–8週間以上複雑な型の場合

のために 低容積またはプロトタイプの生産, このコストは法外なものになる可能性があります, より経済的な砂や投資鋳造などの代替方法を作る.

制限された設計の柔軟性

重力ダイキャスティングが課せられます より多くの幾何学的制約 他のいくつかの鋳造プロセスよりも:

• 部品が必要です ドラフト角度 (通常、1〜3°) 排出を容易にするため.
• アンダーカットと複雑な内部形状は、使用せずに達成するのが難しいか費用がかかります 砂または可溶性コア.
• 薄壁または複雑な機能 (<3 mm) 完全に満たされないかもしれません, 特に流動性が低い合金で.

すべての合金には適していません

重力ダイキャスティングは、多くの非鉄合金でうまく機能しますが、特に アルミニウム, マグネシウム, および銅ベースの合金 - それは 狭い凝固範囲や鋳造性が低い材料には理想的ではありません:

• 鋼と鋳鉄 融点が高く攻撃的な酸化のために、重力が鋳造されることはめったにありません, カビのダメージと迅速な摩耗を引き起こします.
• 合金は、熱い裂傷またはガスの多孔性を起こしやすい (例えば。, ハイシリコンブロンズ) 高度なゲーティングおよび通気システムが必要になる場合があります, コストと複雑さの増加.

プレッシャーダイキャスティングよりも生産率が遅い

重力ダイキャスティングは砂や投資キャスティングよりも速いですが, そうです 高圧ダイカストよりも大幅に遅い (HPDC):

• サイクル時間: 2重力ダイキャスティングの場合、パーツあたり6分
• サイクル時間: 20HPDCの–60秒 (アルミニウム/亜鉛)

結果として, 重力ダイキャスティングは必ずしも最良の選択ではありません 非常に大量の生産, 圧力鋳造は、機械と工具コストが高いにもかかわらずより良い規模の経済を提供する可能性がある場合.

特定のパーツサイズに限定されています

重力ダイキャスティングは中程度から大きな部分を生成できますが, それは一般的です 非常に大きなコンポーネントには適していません (>30 kgまたは >1 寸法のm),

カビの取り扱いの制限のため, クランプ力, 重力だけで均一な詰め物.

そのような場合, 砂の鋳造または低圧の鋳造がより効果的かもしれません.

7. 重力ダイキャスティングのアプリケーション

自動車産業

The 自動車セクター 重力ダイプスコンポーネントの最大の消費者の1つです, 業界の軽量に対する需要に駆られています, 耐久性, 幾何学的に正確な部品.

一般的なアプリケーションには含まれます:

• エンジンコンポーネント: シリンダーヘッド, タイミングカバー, バルブボディ
• トランスミッションハウジング そしてクラッチケーシング
• サスペンションパーツ そしてステアリングナックル
• ブラケット センサーとアセンブリ用のマウント

航空宇宙と航空

で 航空宇宙セクター, 重力ダイキャスティングは、極端なストレスと温度の変動の下で性能を維持する必要がある構造コンポーネントに使用されます.

典型的な重力キャスト航空宇宙部品:

• サポートブラケット 機体構造のヒンジ
• ポンプハウジング およびコンプレッサーカバー
• 耐熱カバー エンジンアクセサリー用

産業機器と機械

工業メーカーは、Gravity Dieキャスティングを利用しています 耐久性, 信頼性, および生産効率 中容量の機械部品を作るとき.

例には含まれます:

• ポンプボディ そしてインペラ
• バルブケーシング, マニホールド, およびパイプフィッティング
• 油圧ハウジング およびアクチュエータマウント
• 電気モーターエンクロージャー とファンブレード

海洋および淡水化装置

The 海洋産業 要求する部品を生産するために重力鋳造を支持します 過酷な耐食性と強度, 塩水環境.

重力鋳造マリン部品には含まれています:

• 熱交換器 および水冷エンジン部品
• ポンプコンポーネント および流体制御デバイス
• プロペラブレード とノズル
• デッキフィッティング およびギアハウジング

エレクトロニクスと電気システム

必要な電気システム用 熱導電率と電気伝導率, 重力鋳造により、内部欠陥が最小限で、高次元の忠実度を持つコンポーネントの生産が可能になります.

典型的なアプリケーション:

• バスバー および電気端子
• コネクタブロック
• 配電ユニットのエンクロージャー
• 冷却プレート パワーエレクトロニクス用

アーキテクチャと装飾のハードウェア

重力ダイキャスティングは適しています 装飾的および構造的要素 審美的な品質と寸法の一貫性が不可欠です.

一般的な建築用途:

• バラスター, 手すり, およびドアハンドル
• 照明器具 ランプハウジング
• 蛇口 および装飾的な継手

8. 他の形態の鋳造と比較した重力ダイキャスティング

重力を理解するために、キャスティングの利点と制限を亡くします, 他の広く使用されている鋳造方法と比較することが不可欠です: プレッシャーダイキャスティング, 投資キャスティング, 遠心鋳造, そして、鋳造を絞ります.

各方法は、設計の複雑さに基づいて異なる目的を果たします, 機械的特性, 料金, および生産量.

重力ダイ鋳造対. プレッシャーダイキャスティング

基本的な違い:

• 重力ダイキャスティング 金型を満たすために重力のみに依存しています.
• プレッシャー キャスティングダイ 高圧の下で溶融金属をダイキャビティに押し込む (通常、10〜150 MPa).

比較:

基準	重力ダイキャスティング	プレッシャーダイキャスティング
金型タイプ	永久金属型	スチールダイ (通常、より複雑です)
金属の流れ	重力を供給しました (低乱流)	圧力焦げ (もっと早く, 乱流になる可能性があります)
合金の適合性	アルミニウム, 銅, マグネシウム	亜鉛, アルミニウム, マグネシウム (銅には適していません)
一部の完全性	より良い冶金の品質 (気孔率が低い)	多孔性のリスクが高い
表面仕上げ	良い, しかし、圧力鋳造ほど滑らかではありません	優れた表面品質
料金	中程度のツールとサイクルコスト	ツールコストが高くなりますが、非常に速いサイクル
典型的なアプリケーション	中容量の構造コンポーネント	大量, 薄壁の精密部品

結論:

重力ダイキャスティングは、より高い構造の完全性が表面仕上げまたは速度よりも優先順位を付けている中バッチの生産に最適です.

プレッシャーダイキャスティングは大量にスーツを着ています, 緊密な許容範囲と優れた仕上げを必要とする複雑なジオメトリ部品.

重力ダイ鋳造対. インベストメント鋳造 (失われたワックス)

基本的な違い:

• 重力ダイキャスティング 再利用可能な金属型を使用します.
• インベストメント鋳造 ワックスパターンの周りに形成された単一使用セラミック型を使用します.

比較:

基準	重力ダイキャスティング	インベストメント鋳造
詳細な複製	適度, 金属型の機械加工によって制限されています	優れている - コンプレックス, 可能な複雑なデザイン
表面仕上げ	良い (RA≈3-6μm)	優れた (RA≈1.5-3μm)
ツーリングコスト	中程度の初期ダイコスト	パートごとの高いパターン/ツールコスト
生産量	中程度から大量に最適です	低から中容量に最適です
公差	±0.3–0.5 mm典型	±0.1〜0.3 mm達成可能
合金の柔軟性	アルミニウム, 銅, マグネシウム	鋼を含むほとんどの金属, スーパーアロ

結論:

重力ダイキャスティングは、中程度から大規模な生産が緩やかな複雑さを伴うより費用対効果が高くなります. 投資キャスティングは、高い精度と詳細を備えた小さなランに適しています.

重力ダイ鋳造対. 遠心鋳造

基本的な違い:

• 重力ダイキャスティング 静止型を使用し、重力で満たします.
• 遠心鋳造 型を回転させて金属を空洞に外側に押し込む.

比較:

基準	重力ダイキャスティング	遠心鋳造
最高のジオメトリ	フラット, プリズム, または適度に複雑な部分	円筒形, 対称部品
気孔率	低い (特に底の詰め物で)	非常に低い - 衝撃が中央に押し込まれます
機械的特性	良い穀物構造	優れた穀物の洗練と密度
アプリケーション	ハウジング, ブラケット, ポンプボディ	ブッシング, パイプ, リング, ライナー

結論:

多用途の形状のために重力ダイキャスティングを使用し、中程度から高生産量を使用する. 並外れた構造的完全性を要求する回転する対称部品の遠心鋳造を選択する.

重力ダイ鋳造対. スクイーズキャスティング

基本的な違い:

• スクイーズキャスティング 凝固中にダイキャスティングと高圧を組み合わせます.
• 重力ダイキャスティング 適用された圧力は使用しません.

比較:

基準	重力ダイキャスティング	スクイーズキャスティング
固化制御	適度	優れた - 圧力は気孔率を低下させます
機械的強度	良い	非常に高い - 繰り返しの品質
ツーリングの複雑さ	中くらい	高 - 圧力の正確な制御を必要とします
合金タイプ	主に非鉄	アルミニウム, マグネシウム, 複合材
料金	より低い	より高い機器とサイクルコスト

結論:

重力ダイキャスティングは、より経済的で簡単に実装します. 例外的な強度と延性が必要な場合、スクイーズキャスティングが選択されます, 多くの場合、偽造コンポーネントを交換します.

9. 結論

重力ダイキャスティングは残ります 汎用性, 費用対効果, そして 信頼性のある 適度に複雑な金属部品の中容量生産の技術.

重力の穏やかな流れを活用することによって, 正確な金型デザイン, およびテーラードプロセス制御, メーカーは、魅力的なミックスを達成します 表面の品質, 寸法精度, そして 機械的完全性.

高度なシミュレーションとして, ハイブリッドモールディング, そして、新しい合金開発は牽引力を獲得します, 重力ダイキャスティングは進化し続けます。.

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FAQ

重力ダイキャスティングは、高圧ダイキャスティングとどのように異なりますか?

高圧ダイキャスティングとは異なり, 油圧圧力を使用して溶融金属をカビに押し込む, 重力ダイキャスティングは、カビの詰め物の重力のみに依存しています.

結果として, 重力ダイキャスティングは、より低い圧力で動作します, 充填率が遅い, 一般的に、気孔率に関連する欠陥が少なくなります.

しかし, 高圧ダイカストと比較して、非常に複雑な部品や薄壁の部品にはそれほど適していません.

重力はどのくらいの期間死にますか?

ダイライフは、合金鋳造とカビの材料に基づいて異なります. アルミニウム用, 高品質のスチールダイ (例えば。, H13) その間に続く可能性があります 10,000 に 100,000 サイクル.

適切なメンテナンス, カビコーティング, 予熱は寿命を大幅に延長する可能性があります.

重力は鋳造物を熱処理できます?

はい. 高圧ダイキャスティング上の重力ダイキャスティングの重要な利点の1つは、鋳物には一般的に内部ガスの閉じ込めがないことです, アルミニウム合金のT6などの熱処理プロセスに適したものにする.