アルミニウム ダイカスト設計を最適化するには?エンジニアにとっての 9 つの重要な考慮事項

現代の製造現場では、 アルミダイカスト は、軽量、高強度、そして寸法が複雑なコンポーネントを製造するための主要なプロセスとして機能します。 5G 通信機器の複雑な筐体から次世代電気自動車の構造シャーシに至るまで、製品の成功は製図板で決まることがよくあります。ただし、ダイカストの設計は、CNC 加工や 3D プリントの設計とは根本的に異なります。流体力学、熱収縮、機械的排出についての深い理解が必要です。鋳造プロセスの設計の最適化に失敗すること、いわゆる 製造のための設計 (DFM) −その結果、スクラップ率が高くなり、高価な工具の変更が発生し、部品の完全性が損なわれます。

鋳造形状の基礎: 肉厚と抜き勾配

アルミニウム ダイカスト設計で最もよくある落とし穴は、溶融金属がどのように凝固するのか、また完成した部品がどのように鋼の金型から取り出されるのかについての誤解から生じます。ダイカストマシンの高圧環境では、金属が高速で射出され、その冷却速度が部品の表面仕上げから内部の気孔率に至るまですべてを決定します。

1. 熱バランスを考慮した均一な肉厚の実現

ダイカストの「黄金律」は、 均一な肉厚 コンポーネント全体にわたって。ダイカスト金型では、薄い部分は厚い部分よりも早く固化します。薄いリブに重いボスが接続された設計の場合、薄い部分が最初に凝固し、厚い部分への溶融金属の流れが遮断されます。これにより、金属が収縮するにつれて厚い部分の中心が空洞になる「収縮気孔」が発生します。

• エンジニアリングの目標: ほとんどのアルミニウム合金では、壁の厚さを 1.5 mm ～ 3.5 mm にすることを目指します。
• 移行戦略: 厚さを変えることが避けられない場合は、金属の流れをスムーズにするために、段階的な移行または「テーパー」を使用します。熱バランスを維持することで、機械は突き出し前に「ホットスポット」が冷えるのを待つ必要がなくなるため、内部応力が軽減され、サイクルタイムが大幅に短縮されます。

2. 十分な抜き勾配の必要性

ダイカスト金型は剛性の高い鋼構造です。壊す砂型とは異なり、金型を開いて部品を押し出す必要があります。 抜き勾配角度 は、工具の開口部の方向に平行なすべての垂直面に適用されるわずかなテーパーです。十分な抜き勾配がないと、アルミニウムは冷却中に収縮するときに鋼に対して「かじり」、またはこすれます。

• 技術基準: アルミニウム ダイカストの場合、外壁には通常 1° ～ 2° の最小抜き勾配が必要ですが、金型コアに「上に」金属が収縮するため、内部の穴には最大 3° が必要になる場合があります。
• 運用上の影響: 十分な抜き勾配を組み込むことで、高価な H13 鋼工具の寿命が延び、部品表面の美的欠陥が防止され、後処理を最小限に抑えて滑らかな「鋳造のまま」の仕上げが保証されます。

高度な構造最適化: リブ、フィレット、ゲート戦略

基本的な形状が確立されたら、設計エンジニアは「高度な構造最適化」に集中する必要があります。この段階では、不必要な重量を追加することなく部品を強化し、温度を下げたり乱流を引き起こすことなく溶融アルミニウムが金型の最端部に確実に到達するようにすることが含まれます。

3. リブによる強度と流動性の両立

強度を高めるために壁の厚さを増やす代わりに、エンジニアは次のことを行う必要があります。 リブ 。リブは溶融金属の「高速道路」として機能し、部品に構造的な剛性を与えながら、溶融金属が遠くのキャビティに流れることを可能にします。

• デザインに関するプロのヒント: リブは通常、それがサポートする壁の厚さの 50% ～ 80% である必要があります。リブが厚すぎると、壁の反対側に「ヒケ」（表面のくぼみ）が発生します。
• 強化と軽量化: 適切に設計されたリブにより、コンポーネントの耐荷重能力を維持しながら、自動車および航空宇宙分野で重要な要素である大幅な重量削減が可能になります。

4. フィレットと半径: 応力集中の除去

ダイカストでは、鋭い角は部品と工具の両方にとって大敵です。溶けた金属は90度の角を曲がりたがりません。そうすると乱流が発生し、空気が閉じ込められます。

• フィレの役割: 追加することで フィレ （内側の角を丸くする）と 半径 (外側の角が丸くなっている)、キャビティへの金属の「層流」が促進されます。
• 長寿命: 工具の観点から見ると、金型の鋭い角は熱応力の集中により「ヒートチェック」または亀裂が発生しやすくなります。滑らかで丸みを帯びた移行部は射出ショットの圧力を分散し、金型の総「ショット寿命」を大幅に延長します。

技術比較: アルミダイカストの設計パラメータ

この表は、最新の高圧アルミニウム ダイカストにおける標準公差と設計限界のクイック リファレンスとして使用してください。

よくある質問 (FAQ)

複雑なダイカスト設計に最適なアルミニウム合金は何ですか?

ADC12 (A383) 優れた流動性と高温割れに対する耐性により、最も一般的な選択肢です。より高い耐食性が要求される用途には、 A360 キャストするのが若干難しくなりますが、推奨されます。

アルミニウム ダイカストの設計にアンダーカットを含めることはできますか?

はい、ただし、金型内で「サイド アクション」または「スライド」が必要です。これにより、ツールの複雑さとコストが大幅に増加します。可能な場合は常に、シンプルな 2 プレート金型構成を維持するためにアンダーカットを「設計する」のが最善です。

「多孔性」はデザインにどのような影響を与えますか?

すべてのダイカストには、閉じ込められた空気や金属の収縮により、ある程度の内部多孔性があります。部品に耐圧性 (燃料ポンプなど) または高強度の構造負荷が必要な場合は、「真空ダイカスト」用に設計するか、気孔率が厳密に制御されるクリティカル ゾーンを指定する必要があります。

技術的な参考資料と規格

1. NADCA (北米ダイカスト協会): 製品仕様 ダイカストの規格。
2. ISO 8062: 幾何学的製品仕様 (GPS) – 成形部品の寸法および幾何学的公差。
3. ASTM B85: アルミニウム合金ダイカストの標準仕様です。
4. DFM ハンドブック: 鋳造業界における製造と組立のための設計の原則。