ダイカストは大量生産で複雑な形状を得意とするが、精度は低い。 CNCマシニングは、プロトタイプや少量生産向けの精密で汎用性の高い加工です。 ダイカストは金型の中で溶けた金属を使うが、CNCは固体のブロックから材料を引き抜く。 大量生産にはダイカストを、精度と柔軟性にはCNCをお選びください。
両者の基本的なパラメータを比較することで、より良い選択肢を見つけることができます。そのため、この記事ではダイカストとCNC加工の詳細について説明します。
ダイカスト：概要と利点
メーカーは、選択した金属をその融解温度に応じて融解する。例えば、亜鉛は385℃、アルミニウムは660℃で溶かす。そして、次のステップであるダイカストが行われる。
この方法は、10～175MPaの圧力で溶融金属を永久鋳型に送り込む。ランナーはこの金属を流し、ライザーはその残留物を回収する。
溶融金属は凝固し、5～30秒かかり、200～300℃で排出が可能になる。各サイクルが15～60秒で完了することを知らなければならない。
その迅速な生産能力を見れば、CNC機械加工よりもダイカストの方が10倍から100倍も速く大ロットを完成させることができる。
ダイカストの用途
ダイカストは複雑な部品の製造に役立ちます。例えば、アルミニウムから1.5mmの肉厚のエンジンブロックを作ることができます。また、この方法は耐久性と耐熱性を提供します。
電子部品は、薄肉筐体をより軽量化するために亜鉛を鋳造する。さらに、航空宇宙用途では、30%周辺の軽量化と燃費向上の目的でマグネシウムが使用されている。
ダイカストプロセス
1. 高圧ダイカスト（HPDC）：
一般にHPDCは10-175MPaの圧力で作動する。10～50m/sの速度で金属を射出する。このプロセスは、電子機器や自動車用のアルミニウム部品を完璧に製造します。薄肉（1.5～5mm）も可能です。
2. 低圧ダイカスト（LPDC）：
メーカー各社はLPDCを作動させながら0.3～1.5MPaの圧力を使用する。このプロセスでは、欠陥を避けるために金型充填プロセスは非常に遅いです。5～15mm程度の深さの部品（ホイールハブ）に適しています。また、一定の強度と耐久性を提供します。
3. 重力ダイカスト：
この方法は、150～300℃に予熱された金型に重力を利用して充填する。この方法は、非常にシンプルなアルミニウム部品を手頃な価格で製造することができる。
合金の種類と特性
| 合金 | 融点 | 引張強度 | 熱伝導率 | コスト |
| アルミニウム | 660°C | 220-330 MPa | 120-180 W/m-K | 中程度 |
| 亜鉛 | 385°C | 280-440 MPa | 110-130 W/m-K | より少ない |
| マグネシウム | 650°C | 160-240 MPa | 80-100 W/m-K | コスト高 |
ダイカスト金型工程
メーカーは、50,000～1,000,000サイクルの影響に耐える鋼鉄（H13グレード）を使用して、10倍の強度を持つ金型を作成します。設計や合金、その他の要因によって、1万～20万円かかることもある。そのほか、重要な点は以下の通り：
- クランプ力は約100～5,000トン（部品サイズによる）。
- 1サイクルの所要時間は15～60秒（部品の冷却状況による）。
- その排出力はクランプ力の5-20%程度になる。
ダイカストの限界
- エアポケットは深さ1～2mmまで形成される可能性があるため、気孔率をチェックするにはX線検査が必要である。
- 部品の取り外しには1～3°のドラフト角を使用する。
- 金型コストの関係で、最大部品サイズは600mmまで可能です。
CNC加工：概要と利点
CNC（コンピュータ数値制御）機械加工の用途 コンピューター支援技術.この技術は、コンピューターからのガイダンスを受けて形状を切断し、未加工の金属をシャープに定義された部品に変換する。
ダイカストでは、熱い金属が中に入り、固い形が出てきますよね。逆にCNCマシニングは、切削工具を使って材料（金属、プラスチック、複合材）を一層ずつ削っていく。
しかし、この手順は、カスタム部品、試作品、低品種から中品種の注文（1～1,000個）に適しています。
CNCプログラミング・プロセス
CNCマシニングは、スピンドルに保持された工具を使用する。この工具がワークテーブル上の原材料を切削する。駆動モーターはMCUの信号を受け、それに従ってスピンドルを動かす。一方、フィードバック装置は、正しさを確認する。
CNC機械加工
CNCマシンは3つの一般的な作業を行う：
- ミーリング
- ターニング
- 掘削
ミーリング
フライス加工では、回転工具（毎分500～15,000回転）を使用する。平面や曲面の形状を切削する。例えば、10mmの超硬エンドミルを使います。これは、エンジンブラケットを作るために、アルミニウム合金を2,000 RPMで切削するのに役立ちます。
ターニング
回転スピンドルは、毎分3,000回転まで回転するワークピースを固定する。）その間、切削工具または固定具がスピンドル軸に沿って回転し、材料に円筒形（スクリューまたはパイプ）を与える。
掘削
穴あけ工程では、部品に穴をあける必要がある。通常、メーカーは ドリルビット (直径1～25 mm）を毎分500～1,500回転で使用する。例えば、5mmのビットを使ってプラスチックハウジングに穴を開ける。
CNC加工部品の例
100mmのアルミ製ロボットジョイントのプロトタイプをCNCマシニングで3時間かけて製作。この部品は、最大0.02 mmの精度が得られます。
医療用インプラントでは、メーカーはコバルトクロム製の人工膝関節をRa 0.4μmまで研磨する。これにより、スムーズに動くようになります。
航空宇宙用チタン製タービンブレードは800℃に耐える。これらの部品は、0.01mmの精度で5軸CNCフライス盤を使用して製造されます。
CNCマシンの種類と能力
3軸CNCミル
3つの主軸（X、Y、Z）を含む。左右、前後、上下に動く。その限られた移動能力にもかかわらず、約600mmの長さの部品を扱うことができる。3軸はギアボックスのような部品の3D形状を±0.05mmの精度で作ります。
5軸CNCミル
この機械は工具を傾けて回転させる。これらのツールは、1回のセットアップで非常に難しい形状（例：タービンブレード）を切削することができます。0.02mmの精度が得られます。
CNC旋盤
この種のCNCマシンは、丸い部品に特化しています。幅300mmまでの材料をつかむことができる。0.5mmピッチの微細なねじ切りも可能です。
CNC加工におけるツーリング
Manufacturers make CNC cutting tools, usually with carbide (lasts 200–400 minutes). The other tool’s material can be high-speed steel (HSS, 100–200 minutes) or ceramics (for high heat).
また、次のようないくつかのコーティングを施すことで、これらの道具の寿命を延ばすことができる。 窒化チタン.コーティング層は、工具50%を高速化し、摩耗させない。例えば、コーティングされたドリルビットは、1回転あたり0.2 mmでステンレス鋼に500個の穴を開けることができます。
ツールホルダーは油圧の力（最大200 bar）を利用します。この力によって工具をしっかりとクランプし、切削時の振動を最小限に抑えます。
CNC加工用素材
| 素材 | 例 | 特徴 | 加工速度（m/min） | 必要条件 |
| 金属 | アルミニウム（6061） | 強度：270 MPa | 200-300 | 標準切削工具 |
| プラスチック | 覗き見 | 融点：343 | 50-100 | 溶けるのを避けるため、速度を遅く保つ |
| 複合材料 | カーボンファイバー | もろく、ほつれやすい | 異なる（例：1,500 RPM） | ダイヤモンドコーティングツール、浅いカット |
CNC加工の限界：
- CNCマシニングは材料をゆっくりと除去する。
- その送り速度は通常0.1～0.5mm/歯であるため、大口注文には非効率的である。
- 高速で材料を切削すると工具が摩耗する。
- CNC加工では、深いフィーチャー（例えば、深さと幅の比が5:1以上）を持つ複雑な形状を得ることは困難である。
ダイカストとCNCマシニングの比較
1. 材料特性の比較
私たちが発見したように、ダイカストとCNCの両方の技術は異なる材料を使用する。つまり、それぞれ独自の特性を持っているのだ。例えば、一般的なダイカスト合金はアルミニウムA380です。この合金の引張強度は約310MPa、降伏強度は最大159MPaです。
同様に、CNCマシンはアルミニウム6061を使用している。これは310MPaの引張強さと276MPaの降伏強さを提供する。
2. 公差比較
ダイカストによる小さな部品の公差は0.004インチ（0.1mm）程度です。しかし、材料の収縮と冷却の影響により、部品のサイズに応じて公差が大きくなります。
逆に、CNC加工では公差が非常に厳しく、0.001インチ（0.025mm）を下回ることが多い。これは、パターンに厳密に適合させる場合に有効であることを意味する。
しかし、正確な出力を得るには、より高いコストが要求される。0.003インチ（0.075mm）の公差を達成しようとすれば、100個かかるかもしれない。一方、公差が0.0005インチ（0.012mm）であれば、3倍のコストがかかる。これは、加工時間の増加、工具の摩耗、品質管理対策のためである。
3. コスト分析
ダイカストには、初期設定と金型製作が含まれます。そのため、$5,000～$50,000程度のコストがかかります。しかし、大口注文の場合は1個あたりの単価（$1～$5）を下げることができます。
CNC機械加工は、金型費用を請求しない。その製造コストは、材料の選択と設計の複雑さに依存する。
4. リードタイムの比較
ダイカストの金型セットアップには、工程開始までに4～8週間かかる。しかし、一旦これらの工具の準備が整えば、大ロットを迅速に生産することができる。
CNC機械加工には工具の遅れがありません。このプロセスでは、1～3日以内にプロトタイプを作ることができます。さらに、バッチ生産は、デザインの複雑さに応じて5〜10日かかります。
5. 部品の複雑さ
ダイカストは、単純なデザインから中程度の複雑さまで対応できます。薄い壁やリブのような統合された特徴に対応します。この工程は、深い切り込み、鋭い内角、長さのある部品を作る際に苦労します。
CNCマシンは、より深いデザインや複雑な形状にも対応できる。この工程は時間がかかるため、大ロットの場合はコストが高くなる。
6. 環境影響の比較
鋳造作業中の材料廃棄は少ないが、残った材料が必ずしも100%リサイクル可能とは限らない。これは酸化や不純物のためである。また、鋳型の製造には多大なエネルギーを使用します。
CNC加工工程では、より多くのスクラップが発生する。特に、金属片は再利用できる。しかし、その冷却剤は環境に影響を与えます。これは、最新のろ過システムを使用することで、50%まで削減することができます。
適切なプロセスを選択するための意思決定マトリックス
| 基準 | ダイカスト | CNC加工 |
| 大規模生産に最適 | はい | いいえ |
| プロトタイプに最適 | いいえ | はい |
| 高次元の状態を提供する | いいえ (±0.1 mm) | はい (±0.005 mm) |
| 素材オプション | 鋳造金属に限定 ❌ 鋳造金属に限定 | 金属、プラスチック、複合材料の加工 ✅ 金属、プラスチック、複合材料の加工 |
| 短いリードタイム | いいえ（4-8 週間の金型製作） ❌ いいえ（4-8 週間の金型製作 | はい（プロトタイプは1～3日） |
ダイカストとCNC機械加工における設計上の考慮点
ダイカストの設計ルール
ダイカストには抜き勾配が必要です。この角度があることで、射出工程がスムーズになります。抜き勾配は計算式で求めることができます。
計算式には、合金固有の定数（通常、1辺あたり1～3°）が組み込まれています。その計算は、材料や部品の複雑さにも影響されます。
さらに、肉厚も様々である。例えば、アルミニウムなら1～1.5mm、亜鉛なら0.5～1mm。肉厚は適切な流れを確認し、欠陥を寄せ付けない。
さらに、フィレットとRの主な仕事は、応力集中を減らして金型寿命を延ばすことである。
CNC加工における設計上の考慮点
一般的に、CNC加工の設計には抜き勾配の角度は必要ない。鋭利な内角や垂直な壁を作ることができる。その設計オプションには、T溝、アリ溝、深いポケットを含めることができます。それは、より高い深さと幅の比率を含んでいます。
深いキャビティでは長い工具が必要になるため、工具へのアクセスも考慮すること。そうすると振動が大きくなり、正確な結果が得られないこともあります。さらに、固定具は加工中の安定性をサポートします。
シミュレーション・ソフトウェアの使用
You can use simulation tools to polish the design’s performance further. These tools make diecasting mold flow and CNC tool paths as functional as possible. It also helps in identifying defects like porosity in die-casting and chatter in machining.
デザイナーとエンジニアのコラボレーション
設計者と早めにコミュニケーションを取るようにしましょう。費用対効果が高く、製造可能な部品を製造するための要件を確認しましょう。また、このステップを踏むことで、何度かの修正や製造上の問題を防ぐことができます。
結論
ダイカスト・オプションは大量生産に適している。低速でより早く部品を生産できるが、精密な結果を得るには効率が悪い。逆に、CNCマシニングは複数の材料を使用し、高い精度を提供する。しかし、この技術は時間とコストがかかる。
どちらの製法にも長所と短所がある。その選択は、製造する素材や製品の種類によって全く異なる。