ダイカスト機械部門は、2018年の36億3,360万ドルから2026年には49億7,870万ドルへと予想外の成長を遂げている。いくつかの製造方法の中で、ダイカストは標準品質の複雑な部品を大量に作る高速プロセスである。
ダイカスト鋳造法に使用される一般的な鋳造材料は、通常、亜鉛合金とアルミニウム合金です。それぞれの金属材料は、全体の出力に影響を与える特徴的な特性を持っています。
亜鉛とアルミニウムは、その強度、重量、耐食性、融点から、電気、自動車、航空宇宙、工業、薬学、ロボットなどの用途に広く使用されている。
両者の特性を知らない新興企業にとって、適切な材料を選択することは困難なステップかもしれません。そこで、この記事では亜鉛とアルミニウムの違いについて説明し、それぞれの用途やバリエーションなど、包括的な詳細をお伝えします。
材料特性
亜鉛ダイカスト は、同様の製造工程を経て製造されるため、アルミダイカストと比較することができる。しかし、どちらかの金属がこれらの違いの基礎となっているため、その特性や構造的特徴は互いに異なっています。
アルミニウムと亜鉛の素材特性の違いを、以下の比較からさらに掘り下げてみよう：
- 融点
- 密度と重量
融点
一般的な性質と比較して アルミニウム合金 の融点範囲は566-650 °C（950-1200°F）と高いが、亜鉛材料の融点は420 °C（788°F）前後で推移する。したがって、それぞれの材料は高温条件で使用される加工に有効である。
密度と重量
亜鉛合金はアルミニウムよりも密度が高く、重量も重く、約7.140g/cm3ですが、密度の低いアルミニウムは約2.7g/cm³です。このことは、目的の用途に適した材料を選択する際に、重量が重要な考慮事項であることを示唆しています。
強度、延性、寸法安定性への影響
延性と強度は、材料の重要な特性であり、その密度と融点に影響される。アルミニウム合金は軽量で融点が低いため、強度と延性を兼ね備えた材料です。ダイカストプロセスにより、壊れることなく簡単に成形できるため、強度と耐久性の両方が重要な航空機や自動車部品の用途に適しています。
亜鉛合金は重量が重く、延性が低いため、製造時の応力によって亀裂が生じる可能性がある。この種の材料は複雑な形状の部品を製造するには最適だが、高い柔軟性を必要とする用途には適していない可能性がある。
耐腐食性
アルミニウム素材は薄い酸化皮膜を形成して腐食を防ぎ、錆びにくくします。この機能は、特に湿気に頻繁に接触する屋外や海洋での用途に役立ちます。
しかし、亜鉛合金は優れた耐食性も備えている。鉄を錆から守るコーティングとしてよく使われ、大気にさらされると保護層を形成する。この種の材料は、建築や自動車用途に広く有用である。
熱伝導率
アルミニウム合金の熱伝導率は237W/mKで、特に電気的用途やヒートシンク、ラジエーターなどの用途で知られています。亜鉛合金の熱伝導率は約116W/mKです。熱伝導率が低いにもかかわらず、ドアハンドルやノブ、断熱シェル、その他放熱を制御する部品などの一部の用途には理想的です。
亜鉛とアルミニウムの鋳造プロセス
ホットチャンバー鋳造とコールドチャンバー鋳造は、亜鉛とアルミニウム合金のダイカスト技術で使用される2つの一般的なプロセスです。しかし、アルミニウムは、ホットチャンバー鋳造またはコールドチャンバー鋳造で鋳造することができます。それぞれの特徴と利点を理解するために、これらの手順を詳しく見てみましょう。
亜鉛用ホットチャンバー・ダイカスト
ホットチャンバー鋳造は、亜鉛の鋳造に広く使用されている特定のアプローチです。この段階では、合金を溶かすチャンバーが取り付けられたダイカストマシンが使用されます。その後、プランジャーを使用して溶融亜鉛を金型に押し込み、冷却して凝固させます。
ホットチャンバー亜鉛ダイカストの利点
ホットチャンバー亜鉛ダイカストの最初の利点の一つは、サイクルタイムの短縮です。この方法では、金属は機械内で溶融状態に保たれるため、外部の溶融設備が不要になります。そのため、工程が短縮され、生産コストが削減され、生産量が増加します。さらに、亜鉛合金はより低い動作温度と圧力を必要とするため、鋳造プロセスがより安価で経済的になります。
アルミニウム用コールドチャンバー・ダイカスト
コールド・チャンバー・ダイカスト・プロセスは、アルミニウムのような最大強度を必要とする融点の高い金属に最適です。この工程では、機械が溶融金属をショット・スリーブに注入します。溶融金属は、油圧駆動のプランジャーにより、10,000 PSIを超える圧力で金型に押し込まれます。
コールド・チャンバー・ダイカストの利点
コールドチャンバー鋳造は、温度変化に敏感な金属特性をよりよく制御することができます。この方法は、冷却と凝固のプロセスを正確に制御することで、高品質の鋳物を生産するのに役立ちます。さらに、この鋳造プロセスは、機械部品を損傷することなく、金属の高い融点と腐食性を扱うことができます。
サイクルタイムの比較
鋳物を製造するサイクル・タイミングや速度は、ホット・チャンバー鋳造とコールド・チャンバー鋳造で異なる。ホットチャンバー鋳造は通常、コールドチャンバー鋳造に比べてサイクル時間が短いことを指します。亜鉛は溶融状態で融点が低いため、金型に注入する準備が整っています。例えば、ホットチャンバー鋳造では1分間に15ショットの鋳造が可能です。コールド・チャンバー・キャストでは、金属の溶解と運搬に追加の工程が必要なため、1分間に5～7ショットの鋳造が可能です。
サイクルタイムの違いは製造コストに直接影響します。ホットチャンバー鋳造ではサイクルタイムが速いため、人件費とエネルギーコストが削減され、中小サイズの亜鉛部品を大量に生産する場合、より費用対効果の高い選択肢となります。
コールドチャンバー鋳造の場合、そのサイクルタイムの遅さは、より優れた機械的特性を持つ高品質の複雑なアルミニウム部品を製造する能力によって相殺される。
鋳造の複雑さと薄肉断面
ホット・チャンバー・ダイカストとコールド・チャンバー・ダイカストのどちらの技術も、複雑な形状や薄肉部を製造することができます。
しかし、溶融亜鉛の流動性と注入プロセスの正確な制御により、ホットチャンバー鋳造は薄壁の複雑な亜鉛部品を作るのに理想的です。
一方、コールドチャンバー鋳造は、サイクルタイムが短い一方で、複雑なアルミニウム部品の製造に優れています。寸法安定性に優れ、詳細で複雑な設計が可能です。
設計上の考慮点 亜鉛鋳造とアルミニウム鋳造
ダイカスト用の部品を作る際には、材料特性や鋳造工程など、さまざまな要素を考慮する必要があります。これらの要素は、最終的な出力に大きく影響し、肉厚、抜き勾配、表面仕上げの側面に影響を与える可能性があります。
材料特性と鋳造プロセス
亜鉛とアルミニウムの材料特性は、それぞれの製造工程とともに、設計上の考慮事項を形作ります。亜鉛は融点が低く、ホットチャンバー鋳造では流動性があるため、薄い壁を持つ複雑なデザインを作るのに役立ちます。
アルミダイカスト コールドチャンバー製法は強度と耐熱性に優れ、耐久性と精度が要求される部品に最適です。
最小肉厚
亜鉛合金ダイカストは、動作温度が低く、流動性に優れているため、0.25mmという極めて薄い肉厚を実現することができます。アルミニウムでも薄肉鋳造が可能で、通常、最小肉厚は約1.5mmです。これにより、鋳造工程における構造的完全性が確保されます。
ドラフト角度
抜き勾配は、鋳造部品を金型から容易に取り出すのに役立ちます。亜鉛は収縮しやすいため、0.75～1度の抜き勾配で十分な場合が多い。一方、アルミニウム部品は凝固収縮が大きいため、1～2度とやや大きな抜き勾配が必要です。
達成可能な許容範囲
亜鉛ダイカストは、そのホットチャンバー鋳造プロセスにより、±0.02 mmという厳しい公差の部品を製造することができます。アルミダイカストでは、達成可能な公差は±0.05 mmで、高精度の用途に最適です。
表面仕上げ
表面仕上げの品質は、設計を考慮する上で非常に重要な要素です。亜鉛ダイカストは一般的に、低い溶解温度とホットチャンバー方式により表面欠陥を最小限に抑え、より滑らかな仕上げを示します。アルミダイカストは、亜鉛よりもわずかに粗いかもしれませんが、優れた表面仕上げを達成することができます。これは工業用途に適しており、鋳造後の研磨や陽極酸化処理によってさらに向上させることができます。
ダイカストにおける亜鉛とアルミニウムの用途
様々な材料の特性と鋳造プロセスは、特定の用途のための材料選択に影響を与えます。費用対効果、重量感度、強度要件、耐食性、美観などの要素が含まれます。
亜鉛のコストパフォーマンスと強さ
亜鉛合金のコストパフォーマンスと優れた流動性は、ロック、ヒンジ、ブラケットなどの金物部品の製造に理想的です。これらの部品は、材料コストと製造コストが低い亜鉛を利用することで、複雑なデザインや細かいディテールを持つ部品を製造することができます。
アルミニウムの軽量化と強度要件
アルミニウムの軽量性は、自動車や航空宇宙用途に有利である。この素材を利用することで用途が軽くなり、燃費と性能が向上する。例えば、エンジン部品、フレーム、構造部品は、アルミニウムの強度対重量比の恩恵を受けています。
亜鉛の強度と耐食性
亜鉛合金は、継手バルブやコネクターなどの配管部品の製造に最適です。強度と耐食性に優れています。これらの部品は、過酷な環境や湿気に耐え、長期的な信頼性と耐久性を確保する必要があります。
アルミニウムの表面仕上げ
アルミダイカストは、コーティングや陽極酸化処理も含まれるアプリケーションで最も重要な美観と表面仕上げを提供するために選択されることがよくあります。このような用途には、家電製品、キッチン用品、ハイエンドの建築要素などが含まれます。
亜鉛ダイカストとアルミダイカストの選択
主な検討事項
亜鉛とアルミニウムのどちらを選ぶかについては、いくつかの重要な要素を考慮する必要があります。これらの要素には以下のようなものがあります：
- 生産量
- パートの複雑さ
- コスト制約
- 機能要件
- 環境への影響
生産量
生産量はコスト効率に直結します。亜鉛ダイカストは大量生産に最適です。亜鉛ダイカストはサイクルタイムが速く、大量生産ではコスト効率が高くなります。融点が低く、凝固が早いため、エネルギー消費と機械の摩耗が最小限に抑えられます。
逆に、アルミダイカストは高価であり、少量生産により優れた性能を発揮します。この材料の優れた特性により、特殊で少量の用途にはより良い選択となります。
部品の複雑さ
亜鉛合金は、複雑なデザインや薄肉部を高精度で製造することができ、詳細な部品の要求を満たすことができます。 アルミニウムまたはアルミニウム亜鉛合金は融点と粘度が高いため、鋳造工程を注意深く管理することで、複雑な部品にも対応できる。しかし、亜鉛合金と比較すると、非常に複雑な部品を作る能力は制限されるかもしれない。
コスト制約
亜鉛は融点が低く、サイクルタイムが速いため、一般的に生産コストが低くなります。そのため、予算が厳しいプロジェクトでは経済的な選択肢となります。アルミダイカストは多くのエネルギーを消費し、サイクルタイムが長くなるため、追加費用が発生します。亜鉛よりも高価ですが、強度と重量ではメリットがあり、これらの要素が必要な用途ではそのコストを正当化できます。 ダイカスト金型 コストだ。
機能要件
配管や金物部品など、堅牢な機械的特性と高い耐食性を必要とする用途には亜鉛をお選びください。一方、アルミニウムは軽量でありながら優れた強度特性を持つため、自動車や航空宇宙用途には欠かせません。
環境への影響
時代とともに、環境への影響はより重要な要素となっている。しかし、亜鉛もアルミニウムもリサイクル率の高い素材であり、環境フットプリントを最小限に抑えるのに役立ちます。これに加えて、アルミニウムのリサイクルは亜鉛のリサイクルに比べてエネルギー集約的であるため、環境に配慮したプロジェクトにとっては考慮すべき点かもしれません。
決断を下す
適切な金属の選択肢を含め、ダイカスト工程を理解することは不可欠です。高品質な製作を保証するために不可欠なもう一つの実践は、意思決定マトリックスとプロトタイピングを使用することです。これは、選択された材料がプロジェクトの特定の要件と優先順位を満たしていることを確認するのに役立ちます。
デシジョン・メトリックス
意思決定マトリクスは、プロジェクトの優先順位に基づき、いくつかの要素を秤にかけて適切な材料を体系的に決定するために使用することができる。このマトリックスは、トレードオフを評価し、情報に基づいた決定を下すのに役立ちます。
意思決定マトリックスの例
|
基準 |
重量 |
亜鉛スコア |
アルミスコア |
亜鉛スコア |
アルミニウム・スコア |
|
コスト |
0.3 |
8 |
5 |
2.4 |
1.5 |
|
重量 |
0.2 |
5 |
8 |
1.0 |
1.6 |
|
強さ |
0.2 |
7 |
8 |
1.4 |
1.6 |
|
部品の複雑さ |
0.2 |
9 |
7 |
1.8 |
1.4 |
|
環境への影響 |
0.1 |
7 |
6 |
0.7 |
0.6 |
|
合計 |
1.0 |
7.3 |
6.7 |
この決定マトリックスの例では、コスト、重量、強度、部品の複雑さ、環境への影響が評価される。亜鉛のスコアが高いほど、この仮想プロジェクトに適していることを示している。
プロトタイピング
プロトタイピングは、本格的な生産に先立ち、設計と素材の適合性を検証する上で重要な役割を果たす。これにより、通常の条件下で選択した素材の性能をテストし、検証することができる。このプロセスにより、潜在的な問題を特定し、最終製品をより高い水準に引き上げるために必要な調整を行うことができます。
結論
このアルミダイカストと亜鉛ダイカストの比較は、その特性に基づいて望ましい材料の選択肢を賢く選択することを示唆しています。両材料の鋳造工程は、同様の加工に適していますが、亜鉛は、複雑な部品を大量に生産するための費用対効果とサイクルタイムの短縮を提供します。しかし、アルミニウムはその軽量強度が好まれ、自動車や航空宇宙用途に最適です。どちらの素材もリサイクル性に優れていますが、亜鉛の方がリサイクルにおけるエネルギー効率に優れています。