ホット・チャンバー・ダイカストとコールド・チャンバー・ダイカストは、どちらも金属鋳造法である。しかし、その仕組みは異なります。ホットチャンバー・ダイカストは、内蔵の炉を使用します。より速く動作し、亜鉛のような低融点金属から部品を作ります。一方、コールド・チャンバー・キャスティングは、金属を溶かすために別の炉を使用します。アルミニウムのような中融点から高融点の金属から部品を作ることができますが、作業速度は速くありません。

選択の決定は、金属の種類と部品の複雑さにあります。この記事を読んで、そのさまざまな側面、合金、用途、プロセスを発見してください。

ホットチャンバー・ダイカスト

このプロセスは、炉内の溶融金属に浸漬注入システム（グースネックシステムとプランジャー）を使用するため、ホットチャンバーと呼ばれています。自動化された技術により、より迅速に金属部品を製造することができます。

メーカーは、再利用可能な鋼鉄製の金型に溶融金属を高圧で押し込む。亜鉛、錫、鉛ベースの合金が主に使用される。このプロセスは、射出システムの損傷を避けるため、融点の低い金属（450℃以下）で機能する。しかし、鉛合金はその毒性のために多くの産業で制限されている。

メタルインジェクショングースネックシステム

ホットチャンバーダイカストにおけるグースネックシステムは、溶融合金をダイキャビティに送り込む働きをします。メタルフローを改善するために炉内に浸漬されます。油圧または空気圧のプランジャーが7-15 MPa / 1,000-2,200 psiのオイル/ガスで駆動され、金属をダイに押し込み、グースネックを上昇させます。この設計は大量生産に最適で、毎分2～5回の注入が可能です。

主な課題

酸化した金属のような不純物はグースネックに蓄積し、ドロスを形成します。これらは流れを妨げ、結果として部品の品質を低下させます。そのため、適切な洗浄システムでこれを回避する必要があります。

さらに、常に溶融合金にさらされていると、時間の経過とともにプランジャーとグースネックが劣化する。そのため、50,000～100,000サイクルごとに交換が必要になります。

金型の材質と耐久性

ダイスは、スチール（H13グレードなど）のような、より強く硬い材料で作られています。これらのダイスは、強い圧力や熱に耐える傾向があります。しかし、400℃を超える熱が冷めると、ダイの内部に小さな亀裂が生じます。どのようなダイスでも、修理を受けるまでに10万～50万サイクルの耐久性があります。

コストについて言えば、1ダイあたり$2万から$5万と依然として高い。その代わり、大量生産に使えば手頃な価格になる。定期的なメンテナンス、コーティング、温度管理によって、必然的に寿命は延びる。

サイクルタイムの内訳

• 充填：溶融金属を金型に挿入するのに0.1～0.5秒かかる。速度は通常、プランジャーの力と金属の粘度に依存する。
• 凝固：溶けた金属は2～10秒で冷えて固まる。肉厚の厚い部品は時間がかかるが、肉薄の部品（1～3mmなど）はすぐに冷える。
• 排出：エジェクターピンを使用することで、1～3秒で部品を取り出すことができます。さらに、金型に潤滑スプレー（グラファイトなど）を使用することで、固着を防ぐことができます。

温度管理

安定した鋳造品質を得るためには、正確な温度を選ぶことが重要です。そのため、炉は溶融亜鉛を410～430℃に維持します。つまり、10℃の温度変化でも欠陥が発生する可能性があるのです。

鋳造中、電気抵抗ヒーターやガスバーナーが炉を加熱する。その間、熱電対はずっと温度を観察している。制御が悪いと（熱すぎると）金属が劣化し、冷たすぎるとドロスの原因になるからです。同様に、凝固が早すぎると隙間が埋まらなかったり、亀裂が生じたりする。

排出システム

金属が完全に固まると、部品は取り出し可能になる。メーカーは、部品を押し出すエジェクターピンを使って金型を開きます。

加えて 油圧アクチュエータ 力を制御し、損傷を避ける。一方、角度のついたピンは、複雑な形状をスムーズにリリースします。また、潤滑剤ミストで金型を冷却し、固着を防止することもできます。これらのことは、よく機能する射出システムが高い効率で機能することを意味します。

メリット

• このプロセスは、コールド・チャンバー・ダイカストよりも3～4倍速い。
• 内蔵された炉は、金属を別々に溶かす炉よりも20～30%少ないエネルギーしか消費しない。
• 公差が厳しく（±0.1mm）、表面が滑らかな部品を作ることができる。
• ホットチャンバー鋳造は大量生産（10,000個以上の部品）に最適です。
• 自動車のヒンジや電子機器のハウジングに広く使用されている。

デメリット

• この技法は、アルミニウムまたは マグネシウムダイカスト.融点が高く、グースネックにダメージを与えるからだ。
• 頻繁なサイクルによる温度偏差がグースネックにストレスを与え、その結果クラックが発生する。
• ドロスを避けるため、不純物の除去が必要。

コールド・チャンバー・ダイカスト

コールド・チャンバー鋳造はホット・チャンバーとは異なり、金属を溶かすための炉が別にある。その代わり、メーカーは取鍋を通して溶融金属をショットスリーブに移します。そこで油圧プランジャーが溶融金属を金型キャビティに押し込む。残りのプロセスはほとんど似ています。このプロセスは、アルミニウム、マグネシウム、銅ベースの合金のような金属の中程度から高い溶融温度でうまく機能します。

メタル・ラドリングとインジェクション

手動または自動の取鍋を使用して、加熱された金属を機械に移すことができる。

• 手動のラドリングは、速度が遅く、安定性に欠ける。ショットスリーブに溶融金属を流し込むために使用されます。その結果、部品の品質にばらつきが生じる。
• 自動ラドリングとはロボットアームのこと。加熱された金属を正確に測定し、挿入します。隙間を適切に埋め、人的ミスを減らします。この工程は、10-20%程度の生産率向上に役立つ。さらに、空気の巻き込みや不完全な充填のような欠陥を取り除きます。

ショットスリーブとプランジャー

ショートスリーブは射出システムの一部である。これは、金型に注入される前に溶けた金属が注がれる場所である。製造業者は、激しい温度と圧力に耐えられるよう、鋼鉄のような硬い材料を使ってこれを作る。

一方、プランジャーは油圧シリンダーを動力源とするロッドのようなものです。溶融合金を金型に押し込む。通常、これには平らなものと先細りのものの2種類があります。

フラットプランジャーは、肉厚が一定でシンプルな部品に有効です。一方、テーパー付きプランジャーは、乱流や空気の巻き込みを止め、タフな設計に有効です。

金型材料

基本的に、コールド・チャンバー・ダイにはH13やH11のような硬化工具鋼が含まれる。この材料にはすでに強度対重量比と耐摩耗性がある。 そのため、変形することなく高熱（最高700℃/1292°F）と強烈な射出圧力に対応します。

しかし、金型が直面する課題もある。例えば、絶え間ない加熱と冷却によるヒートチェックは、表面に亀裂を生じさせる。一方、高温の合金による侵食は、徐々に摩耗をもたらす。

そのため、定期的なメンテナンス、表面処理、コーティング（窒化またはPVD）に力を入れるようにしてください。これらは金型の寿命を延ばし、性能も向上させます。

冷却チャンネル

エンジニアは金型に冷却溝を戦略的に組み込む。この溝が凝固ステップを調整し、サイクルタイムを短縮するからだ。高熱部の近くに配置することで、一定の冷却が可能になります。そのため、反りや収縮、内部亀裂が生じない。

スプルーとランナーシステム

コールド・チャンバー・マシンのこれらの部品は、加熱された合金をショット・スリーブからダイ・キャビティに導くのに役立ちます。

スプルー部は、ランナーが金属を分散させる入口となりがちです。空気の巻き込みや流れが滞るなどの大きな不具合をなくすために、適切な設計を行いましょう。

排出システム

凝固した鋳物を損傷することなく金型から取り出す段階では、エジェクションシステムがスムーズな動作を保証します。これらのシステムには、エジェクターピン、潤滑スプレー、油圧アクチュエーター、ホットチャンバーに似たエジェクターボックスなどがあります。

ここで部品が冷えると金型が開き、エジェクターボックスが作動してエジェクターピンが鋳造部品を押し出す。

メリット

• アルミニウム、マグネシウム、銅など、より幅広い合金を鋳造できる。
• ショットスリーブとプランジャーが常に溶融金属に面していないため、熱衝撃が少なく、摩耗が少ない。
• 肉厚が薄く、シャープで細部まで作り込まれた部品を作ることができる。

デメリット

• ホット・チャンバー・プロセスより遅く、1部品あたり20～60秒かかる。
• 温度と圧力が高いため、より多くのエネルギーとメンテナンスが必要になる。そのためコストがかかる。
• 手作業によるラドリングやダイスのメンテナンスを頻繁に行うことは、必要な労働力を増加させる。

ホットチャンバー・ダイカストとコールドチャンバー・ダイカストの比較

ケーススタディ

亜鉛合金のバックルやファスナーを作るのに、メーカーは一般的にホットチャンバーダイカストを使っています。この技法を使う理由は、小さなサイズの部品を大量生産できるからです。

コールドチャンバーが金型であるのに対し、鋳造はアルミニウム製のエンジンブロックを製造する。この部品はサイズが大きく、形状が複雑で、高い強度が要求されます。そのため、コールドチャンバー鋳造が最適なのです。

用途と産業

自動車：

自動車産業では、シートベルト部品、ワイパー部品、カーオーディオハウジングなどの亜鉛合金部品を製造するためにホットチャンバーを使用しています。亜鉛の優れた特性により、滑らかな仕上げと高い耐久性が得られます。

逆に、コールド・チャンバー・ダイカストは、アルミ製のエンジン・ブラケット、エンジンルームの部品、照明部品の製造に役立ちます。どんな難しいデザインでも高い強度で作ることができるからです。

航空宇宙

ホットチャンバー・ダイカストが航空宇宙部品に使われることはほとんどない。それは、鋳造金属（亜鉛、マグネシウム）の融点が低いからです。しかし、この業界でこのプロセスの使用がないわけではありません。ブラケット、ハウジング、コネクターなど、多くの小型マグネシウム航空宇宙部品がこれで作られている。それが軽量強度、耐食性、耐久性をもたらしている。

しかし、マグネシウム合金を使ったコールド・チャンバー・ダイカスト部品は航空機に使われている。例えば、シートフレームやキャビン部品などだ。これらの部品はより軽く、より強い。

消費財：

メーカーは、ホットチャンバーダイカストを使って、ファッションやアクセサリーで人気のある製品を作っています。例えば、亜鉛合金のバックル、ファスナー、装飾トリムなどです。

アルミ製電子筐体とヒートシンクは、家電製品に広く使用されている。これらはコールドチャンバー製法で作られている。

新たなアプリケーション

電気自動車（EV）：

ダイカストは、EV用の軽量バッテリー・ハウジングや構造部品の製造にますます使用されるようになっている。

ダイカスト技術が広く利用されるようになった背景には、EVに対する軽量部品の需要の増加がある。このプロセスにより、平均よりも軽量で強度の高いバッテリー・ハウジングや構造部品が製造される。

5Gテクノロジー：

アルミニウムとマグネシウムのダイカストは現在、5Gインフラにとって重要な部品となっている。例えば、アンテナハウジングや熱管理システムなどである。

結論

ホット・チャンバー・ダイカストは短時間で鋳造でき、価格も手ごろです。亜鉛のような融点の低い金属を扱います。一方、コールドチャンバーダイカストは、合金を別々に溶かすため、より多くのエネルギーを使用します。しかし、このプロセスは、アルミニウム、銅などのような丈夫で融点の高い材料には効率的です。選ぶ際には、金属の適合性、設計の複雑さ、生産量に注目してください。そうすれば、望ましい結果が得られるでしょう。