電気自動車鋳造は、複雑で軽量な自動車部品を作るためにギガ鋳造のような最先端の方法を取り入れている。電気自動車は世界の自動車市場を席巻している。 Market Watchによると、2023年のEV車の販売台数は100万台から160万台に急増する。 ギガ鋳造技術による電気自動車鋳造のような技術は、ガソリン車に代わる持続可能な選択肢を提供している。

重要なポイント

1.       EV鋳造プロセス

2.       電気自動車鋳造プロセス

3.       EV鋳物材料

4.       EVダイカストにおける新しい合金と複合材料

EV鋳造プロセス

電気自動車の鋳造は、高品質で効率的な部品を製造するための重要な工程を含む包括的なプロセスである。さまざまな部品を成形するための明確な利点と限界があります。設計、材料の準備、さまざまな鋳造方法、鋳造後の手順など、電気自動車の鋳造に関わる主要なプロセスを見てみましょう。

1.     デザインと金型製作

電気自動車の鋳造には、鋳型の設計と作成という基本的なステップが組み込まれている。この工程では、コンピュータ支援設計ソフトウェアを使用して、必要な電気自動車部品の精密で複雑な設計を行います。これらの設計は、鋳造に伴う高圧と高温に耐えることができる。これらの設計は、作成後に鋼鉄やその他の耐久性のある材料で作られた鋳型を作成するために利用される。

2.     材料の準備

鋳造で高品質の結果を得るためには、材料の準備段階が不可欠です。この段階には、アルミニウムのような金属合金の選択と準備が含まれます。アルミニウムは、その軽量性と強度特性により、電気自動車の鋳造に一般的に使用されています。メーカーは合金を炉で特定の温度に溶かし、鋳造工程に備えます。

3.     鋳造方法

EV部品は、いくつかの鋳造法を適用して製造することができ、それぞれに特有の利点と用途がある。

                                I.            高圧ダイカスト

                              II.            重力鋳造

                            III.            その他のキャスティング・テクニック

       I.            高圧ダイカスト

プロセスの概要

高圧ダイカスト法では、溶融金属を極圧下で金型キャビティに注入します。この方法は、優れた表面仕上げと寸法精度を持つ部品を専門的に製造することができます。 

電気自動車のメリット

この製法は電気自動車にとって有益であり、大型で複雑な部品を一体で生産することができる。接合や溶接の回数を減らすことができる。部品の構造的完全性を高め、重量を減らすことができる。その結果、自動車の有効性と航続距離が向上する。

電気自動車への応用

電気自動車メーカーは高圧ダイカスト・プロセス（HPDC）を好む。この方法では、大型の一体鋳造品を作ることができる。特に、バッテリー・ハウジング、モーター・ハウジング、構造部品など、さまざまな電気自動車部品の製造に使用される。

     II.            重力鋳造

プロセスの概要

メーカーが採用しているのは、溶けた金属を重力で引き寄せながら金型に流し込む重力鋳造法だ。高圧ダイカストよりもシンプルな方法である。この技術では、鋳物の品質を向上させるために、注湯プロセスを正確に制御する必要があります。

電気自動車のメリット

優れた構造的完全性を必要とする、大型で肉厚な部品の製造に有益です。少量生産や特殊な部品をコスト効率よく生産することができます。

電気自動車への応用

この方法は、エンジンブロックやサスペンション部品など、高い強度と耐久性が求められる構造要素の製造に用いられる。

  III.            その他のキャスティング・テクニック

砂型鋳造

の空洞に溶融金属を流し込むために、砂を混ぜて鋳型を作る。 アルミニウム砂型鋳造 方式を採用しています。複雑な細部を持つ大型部品の製造に適している。

インベストメント鋳造

ロストワックス鋳造とも呼ばれるこの鋳造法は、より良い表面仕上げを施した完璧な寸法の部品を製造するために採用される可能性のある効果的な鋳造法である。この技術には、セラミックシェルで覆われた部品のワックス型を作成し、ワックスを溶かして型を作る方法が含まれます。

4.     冷却と凝固

このステップには、溶融状態のまま金型に注入された後の金属の冷却と凝固が含まれる。冷却速度は、最終部品の微細構造と機械的特性に直接影響を与える可能性があります。そのため、制御冷却技術は、所望の強度と耐久性を達成するのに役立ちます。

5.     取り外しとクリーニング

冷却・凝固工程の後、混合砂で作られた鋳型を壊すか、HPDCの場合は鋳型を開くことによって、鋳型から鋳物が取り出される。さらに、残留鋳型材料、バリ、酸化層を除去する洗浄工程が含まれる。

6.     仕上げと検査

追加の機械加工、研磨、必要なコーティングの塗布は、仕上げと検査の工程で行われる。この段階は、メーカーが表面仕上げと正確な寸法を持つ部品を作成するのに役立ちます。検査工程では、アウトプットが必要な品質基準を満たしていることを確認します。

EV鋳物の利点

ダイカスト技術は、電気自動車の未来を形作る上で、特に重量、デザイン、コストなどの問題を扱う際に、いくつかの利点をもたらします。これらの利点を発見してみよう：

軽量化とドライビング・レンジの向上

電気自動車にとっての主な利点は軽量化である。HPDC（高圧ダイカスト）のアルミニウムのような軽量素材を選択することで、車両全体の重量を減らすことができる。軽量化された車両は、より高い効率と走行距離の向上を実現する。

設計の柔軟性と複雑な形状

電気自動車の鋳造は、非常に複雑な形状を作り出すことができ、設計の柔軟性を提供し、従来の製造方法の必要性を排除します。複雑な冷却チャネルや一体化した支持構造などの特徴を含め、パーツの性能を最適化するのに役立ちます。

費用対効果と拡張性

HPDCと重力鋳造プロセスは、費用対効果が高く、拡張性もある。しかし、金型製作や設備にかかる初期設定費用は高額になる。しかし、生産量が増えるにつれて、1台当たりのコストは大幅に減少する。このスケーラビリティは、電気自動車をより手頃な価格にし、より幅広い市場に普及させるのに役立つ。

強化された構造的完全性と耐久性

電気自動車の鋳造品は、安全性と長寿命を目的として、自動車の構造的完全性と耐久性を高めます。この方法は、部品が内部応力を形成するのを防ぎ、優れた機械的特性を保証します。これは、サスペンションやバッテリー・ハウジングのように、高荷重や高応力にさらされる部品にとって必要なことです。

サーマルマネージメントの利点

熱管理は、EV鋳物のもう一つの効果的な利点です。鋳造プロセスで作られた部品には、統合された冷却ソリューションを含めることができます。鋳造は、より効率的に熱を管理し、自動車の全体的な性能と安全性を向上させるのに役立ちます。

EV鋳物に使用される材料

鋳造材料の適切な選択は、出力結果に大きな違いをもたらします。メーカーは適切な材料を選択することで、性能を向上させた軽量な自動車を作り出すことに成功する。ここでは、EV鋳造に採用可能なオプションを紹介しよう。

アルミニウム合金

アルミニウム合金は、切削性、低密度、耐久性、防錆性、成形性に優れています。軽量でEV用部品として十分な強度を持ち、成形性も良好です。耐食性に優れ、環境条件にさらされるEV部品の長寿命化を実現します。

特定のアルミニウム合金

A356、A6061、および7050のような特定のアルミニウム合金は、高い強度、鋳造性、および良好な耐食性を有し、鋳造のための好ましい選択肢となっています。これらの合金は、モーター筐体、高応力用途、バッテリー筐体などの部品の強度と耐久性の要件を満たすために使用されます。

マグネシウム合金

AZ81Dのようなマグネシウム合金は、軽量で鋳造しやすい特性を備えています。これらの材料は、バッテリーフレームや構造部品など、軽量化が必要な部品に適している。コーティング技術の進歩により、耐食性は劣るものの、その可能性はある。

亜鉛合金

亜鉛材料は、優れた寸法安定性を必要とする小型で複雑な部品の製造に使用することができます。これらの合金はアルミニウムやマグネシウムと組み合わせることができ、メーカーは各部品の性能を最適化することができる。EVの重量、強度、耐久性のバランスを確保する。

マルチマテリアル鋳造

マルチマテリアル鋳造では、1つの部品に異なる合金を組み合わせて鋳造する。この技術は、熱管理や構造的完全性のような性能を強化し、軽量化に役立ちます。これは、複数の部分にわたってさまざまな特性を必要とする複雑な部品を作るのに有益です。

EV鋳物の用途

●        モーター・ハウジング

●        バッテリートレイ

●        トランスミッションケース

●        ヒートシンク

●        インバーター

モーター・ハウジング

モーター・ハウジング部品は、適切な熱管理を確保しながら、電気モーターを外部の損傷から保護する。特にアルミニウムとマグネシウムは軽量で強度が高く、放熱性に優れているため、この部品に使用されています。

バッテリートレイ

バッテリー・トレイは電気自動車のバッテリー・セルを固定・保持するもので、アルミニウムのような軽量材料で製造することができる。これらの合金は、車両全体の重量を軽減し、走行距離を向上させます。さらに、これらのトレイは強度と耐腐食性に優れた設計となっており、部品の寿命を保証します。

トランスミッションケース

電気自動車のトランスミッションケースは、モーターから車輪に動力を伝達する役割を担う部品です。この用途を実現するには、アルミニウム素材が適している。なぜなら、高い強度を持ち、動力伝達の機械的ストレスに耐える能力があるからです。

ヒートシンク

電気自動車に搭載される電子部品は、ヒートシンクを利用することで過剰な熱を発生させます。アルミニウムは、熱伝導性に優れ、これらの用途のニーズを満たすことができます。最適な動作温度を維持し、オーバーヒートの可能性を低減します。

インバーター

メーカーは、自動車の直流電流を交流電流に変換するためにインバーターアプリケーションを採用している。これらの部品は放熱効果が高く、繊細な電子部品を保護するためにアルミニウムで製造されています。

EV鋳物の課題と限界

EVを取り入れるには、材料科学、鋳造技術、組み立て技術において絶え間ない技術革新が必要である。EVの困難な課題と限界のいくつかをご覧ください。

●        材料特性

●        ポロシティと鋳造欠陥

●        接合と組み立て

材料特性

材料特性は出力結果に重要な役割を果たします。材料は固有の特性を持ち、特定の用途に必要な強度と耐久性を常に提供するとは限りません。EV鋳造の材料選択は、軽量化と機械的性能のバランスを取る必要があり、これは複雑なトレードオフとなり得る。

ポロシティと鋳造欠陥

ダイカスト製造において、気孔や多数の鋳造欠陥は極めて重要な問題である。気孔や小さなエアポケットの存在は、金属の鋳造プロセス中に発生する可能性があります。

この欠陥は部品の構造的完全性を弱める可能性があり、様々な要因から発生する。鋳造技術の管理ミス、不適切な金型設計、汚染などである。この課題には、厳格な工程管理と高度な品質検査方法が必要です。

接合と組み立て

接合と組み立ては、電気自動車における鋳造部品のもうひとつの重要な課題である。アルミニウムやマグネシウムのような軽量素材には、従来の溶接や締結方法が好まれる。

熱膨張の違いや正確な位置合わせの必要性により、組立工程が複雑になることがあります。この課題を解決するには、摩擦攪拌接合または接着剤による接合が必要です。それにより、鋳造部品の強力な能力と信頼性を確保することができます。  

EVキャスティングの未来

最先端技術と適切な合金の統合が、電気自動車用鋳物の進化を促進する。しかし、その将来はさらなる進歩と飛躍的進歩のための計り知れない可能性を秘めている：

●        鋳造用金型の積層造形

●        シミュレーションとモデリング

●        新しい合金と複合材料

鋳造用金型の積層造形

電気自動車部品の業界は、アディティブ・マニュファクチャリング（3Dプリンティング）によって革命を起こしつつある。この技術はリードタイムとコストを削減し、複雑な設計の迅速な試作とカスタマイズを提供する。

 さらに、この製造は、より複雑で精密な金型形状を可能にすることで、部品の全体的な効率と品質を向上させる。

EVダイカストにおける新しい合金と複合材料

アルミニウム合金

-         A380

-         6061

EVダイカスト用アルミニウム合金の特性

-         密度約2.7 g/cm³

-         融点： 660°C

-         ヤング率：69 GPa（10,000 ksi）

-         引張強さ：90～690 MPa（13～100 ksi）

-         降伏強さ：50～600MPa（7～87ksi）

-         破断伸度1-40%

-         熱伝導率: 150-200 W/m-K

マグネシウム合金

-         AZ91D

-         AM60

EVダイカスト用マグネシウム合金の特性

-         密度約1.74 g/cm³

-         融点：650℃（1202°F）

-         ヤング率：45GPa（6,500ksi）

-         引張強さ：150-340 MPa (22-49 ksi)

-         降伏強さ：65～230MPa（9～33ksi）

-         破断伸度: 2-10%

-         熱伝導率: 60-90 W/m-K

亜鉛合金

-         ザマック3

-         ザマック5

EVダイカスト用亜鉛合金の特性

-         密度約6.6～6.7g/cm³。

-         融点： 420°C

-         ヤング率：83 GPa（12,000 ksi）

-         引張強さ： 250-400 MPa (36-58 ksi)

-         降伏強さ：150-300 MPa (22-43 ksi)

-         破断伸度1-10%

-         熱伝導率: 110-120 W/m-K

結論

電気自動車メーカーは、EV鋳造部品を組み込む新しい方法を常に模索している。  アルディキャスティング は、多様なEV鋳造技術を提供しています。軽量アルミニウム合金を使用し、モーターハウジングやバッテリートレイなどのカスタム部品を製造しています。