アルミニウムダイカストではどのような公差と表面仕上げが現実的に達成できますか?

実際に遭遇する 2 つの許容基準

実際のダイカスト公差は 2 つの業界規格によって規定されています。 NADCA製品規格4-2 (北米ダイカスト協会発行) は北米で最も広く引用されています。 DIN 1688 ヨーロッパのサプライヤーをカバーします。どちらも、日常的な生産で達成可能な「通常の」公差と、より厳密なプロセス制御、より優れた工具、より高いコストを必要とする「精密」公差を区別します。

精度公差へのジャンプには通常、次のものが必要です。 専用のプロセス検証 (PPAP または同等のもの)、SPC モニタリング、および温度制御されたゲージング 。標準生産に比べて 15 ～ 30% のコストプレミアムが発生し、さらに認定までのリードタイムが長くなることが予想されます。

パーティングライン公差: 最もよく誤解されている仕様

パーティング ライン (ダイの 2 つの半分が接する継ぎ目) は、ダイカストにおける寸法変動の最大の原因です。パーティング ラインを横切る寸法には追加の寸法が含まれます。 許容差±0.13～0.25mm これは、2 つのダイの半分がすべてのショットで完全に位置合わせされることは決してないためです。

この追加のバリエーションは 3 つの独立したソースから来ています。

• ダイアライメントシフト: 精密なガイドピンを使用した場合でも、熱膨張とクランプ力により、製造中に可動部分がカバー部分に対して 0.05 ～ 0.15 mm ずれます。
• フラッシュ蓄積： パーティング ラインの薄い固化金属は、トリミングしない限り徐々に蓄積し、ライン全体の有効部品寸法が変化します。
• 金型の摩耗: 熱サイクルを繰り返すと、パーティング ラインのギャップが徐々に開きます。 300,000 ショットの金型は、新しい金型よりもパーティング ラインの公差がかなり悪くなります (多くの場合、 0.1 ～ 0.2 mm の追加変動 .

実際的なルール: 回避できる場合は、パーティング ラインを越えて機能的に重要な寸法を配置しないでください。 1 つのダイの半分内に完全に収まるようにフィーチャーを再設計することは、公差を調べて分割横断寸法を大量に検査するよりもほとんどの場合安価です。

抜き勾配の要件と公差への影響

抜き勾配はオプションではありません。部品を損傷することなく金型から取り出すことができるように、構造上必要です。ただし、突出位置の変動は抜き勾配面の寸法シフトに変換されるため、抜き勾配はテーパ面での達成可能な公差に直接影響します。

ゼロドラフト機能は、次のように技術的に可能です。 サイドアクション（スライド） — 排出前に引き戻される油圧作動のダイインサート。スライドはアクションごとに工具コストに 3,000 ～ 15,000 ドル追加され、独自のパーティング ラインが発生しますが、抜き勾配を許容できない穴、アンダーカット、おねじに日常的に使用されます。

鋳放し表面仕上げ: どのような Ra 値が達成可能か、そしてどこで達成可能か

ダイカストの表面仕上げは主に、ダイス鋼の状態、合金、および部品上の位置の関数です。金型はそれ自身の表面を鋳物に刻印します。新しく磨かれた金型キャビティは、磨耗したものよりも著しく滑らかな表面を生成します。

生産金型で達成可能な最高の鋳放し仕上げ、つまり新しい金型の鏡面研磨 (SPI A2) キャビティは、およそ Ra 0.4 ～ 0.8 μm 。高速の金属の流れが数万回のショットで研磨面を侵食し、維持するには頻繁な金型のメンテナンスが必要になるため、これは量産では一般的ではありません。

製造時の公差と表面仕上げを低下させる要因

引用された許容誤差機能は、制御された条件下で達成可能です。持続的な生産では、いくつかのメカニズムが体系的に寸法と表面を公称値から遠ざけます。

熱サイクルとダイの拡張

H13 工具鋼の熱膨張係数は約 11.5μm/m・℃ 。 200°C で動作するダイは周囲温度より約 175°C 高くなります。 300 mm のキャビティの場合、これは鋼が大まかに膨張したことを意味します 0.60mm 室温での加工寸法を基準としたものです。この膨張はダイの設計で考慮されますが、製造中にダイの温度が±15°C 変動すると、キャビティの寸法は純粋に熱の影響により ±0.05 mm シフトします。

アルミニウムの収縮変化

アルミニウム合金は約収縮します 直線的に 0.5 ～ 0.7% 凝固して室温まで冷却されると。 100 mm のフィーチャは約 0.5 ～ 0.7 mm 縮小します。金型工具はそれを補うために大きめに機械加工されますが、収縮率は断面の厚さ、局所的な冷却速度、合金組成によって異なります。薄い壁はより早く冷却され、収縮が少なくなります。厚い部分は熱をより長く保持し、より多く収縮します。肉厚が混在する部品では、 収縮差だけで 0.10 ～ 0.20 mm の反りが発生する可能性があります 200 mm スパンにわたって。

金型の摩耗の進行

ゲート領域のダイ表面は、30 ～ 60 m/s の高速金属流により浸食摩耗を受けます。によって 50,000ショット 、ゲート領域の寸法は通常、公称値から 0.05 ～ 0.15 mm ずれます。によって 200,000ショット 、ダイ接触面の表面粗さは、改修なしでは Ra 1.6 から Ra 3.2 ～ 6.3 μm に低下します。ほとんどの生産プログラムでは、50,000 ～ 100,000 ショットごとにダイの改修 (キャビティの研磨と溶接の修復) をスケジュールします。

気孔率とその寸法測定への影響

表面下の多孔性は、機械加工時にフィーチャの局所的な崩壊を引き起こす可能性があり、最初の部品では正確な測定寸法が、その後の操作で多孔質ゾーンが露出するにつれて変化する可能性があります。これは従来の意味での公差不良ではありませんが、特に穴あけ穴や機械加工された合わせ面において、現場での苦情の一般的な原因です。

加工後: どのような公差が達成可能になるか

鋳放しの公差が不十分な場合は、重要な形状を CNC 機械加工することで、アルミニウム ダイカストの仕様をさらに厳しくすることができます。ダイカストはニアネットシェイプであるため、機械加工代は最小限に抑えられます。 面あたり 0.5 ～ 1.5 mm — ソリッドビレットからの機械加工と比較して二次加工コストを低く抑えます。

重要な制約: 表面下の気孔率が機械加工された表面と交差する場合、有効な仕上げと公差の両方が局所的に低下します。を指定する 最大許容気孔率レベル (ASTM E505 または OEM 図面のコールアウトによる) 機能的な信頼性のためには、機械加工された面上での使用が不可欠です。

二次仕上げ後の表面仕上げ

鋳放しまたは機械加工された表面が外観または機能の要件に対して不十分な場合、いくつかの二次仕上げプロセスにより、達成可能な表面品質が大幅に向上します。

ショットブラストとビードブラスト

ショットブラスト (スチールショット、0.3 ～ 0.8 mm) により、約 Ra 3.2 ～ 6.3 μm 。低圧でのガラスビーズブラストにより、サテン仕上げが得られます。 Ra 0.8 ～ 1.6 μm 。どちらも、パーティング ラインの目撃マークを除去し、コーティング前に一貫した外観のベースラインを作成するために使用されます。

振動およびタンブル仕上げ

振動ボウル内のセラミックまたはプラスチックのメディアは、エッジの破壊と軽い表面の平滑化を実現し、 Ra 0.4 ～ 1.6 μm 30 ～ 60 分後にアクセス可能な面に適用されます。深いポケットやブラインド機能には到達できません。コーティングの密着不良の原因となる鋭利なエッジを除去するため、陽極酸化処理または塗装前に広く使用されます。

陽極酸化処理

タイプ II 陽極酸化処理は、次の酸化物層を構築します。 5～25μm 表面粗さがわずかに増加します（Ra が約 0.1 ～ 0.3 μm 増加します）。タイプ III (硬質陽極酸化処理) ビルド 25～75μm また、ボアと穴の公差で考慮する必要がある測定可能な厚さを追加します。通常は 表面あたり 25 ～ 50 µm を追加 寸法を事前に陽極酸化するため。多孔性が顕著なダイカストでは、多孔質ゾーン上の酸化物の成長のばらつきにより、まだらで不均一な陽極酸化皮膜が見られます。

粉体塗装と液体塗料

パウダーコーティングを追加 60～120μm 最終表面 Ra 1.6 ～ 3.2 μm (滑らかな粉末) または 3.2 ～ 6.3 μm (テクスチャード パウダー) のコーティング厚さ。液体ペイントが実現できるのは、 Ra 0.4 ～ 0.8 μm 複数のコーティングとサンディングを行ってください。どちらのプロセスも、表面の小さな欠陥を埋めることができますが、事前のフィラー/プライマー手順なしでは、化粧表面のパーティング ラインやエジェクター ピンの跡をマスクすることはできません。

幾何公差: 平面度、真円度、真の位置

直線公差はサイズを表します。幾何公差は形状と位置を表します。どちらも機能的な組み立てに重要であり、ダイカストにはそれぞれ異なる特徴があります。

平面度

200 mm フェースの鋳放しの平坦度は通常、 合計 0.20 ～ 0.50 mm 、冷却中の収縮差と反りによって引き起こされます。仕上げフライス加工後の平面度 0.05～0.10mm 同一スパンが標準です。シール面（ガスケット、Oリング溝）用、 0.025mm以上 実現可能ですが、クランプ中の部品の歪みを制御する固定具が必要です。

穴の真円度と円筒度

鋳放しの穴は、精密な嵌合には使用されません。事前に穴を開けた位置としてのみ機能します。リーマ加工後の円筒度 0.010～0.020mm が標準です。精密ボーリング後、 円筒度0.005mm 部品が適切にサポートされ、気孔率レベルが低い場合には、アルミニウムでも達成可能です。

穴パターンの真の位置

鋳造のままのボスの位置（ドリル穴の位置を決める鋳造アルミニウムのボス）を保持することができます。 ±0.25～0.40mm ダイの半分内のデータムに対する実際の位置。機械加工データから CNC ドリル加工を行った後、穴の真の位置が到達します ±0.05～0.15mm 日常的に、そして ±0.025mm 精密な治具とプロービングを備えています。

実践的なガイドライン: 現実的な公差に合わせた設計

ダイカスト プログラムで最も一般的でコストのかかる間違いは、プロセスで維持できるよりも厳しい公差を図面上に指定することです。この間違いは、金型を作成した後に初めて発見されます。次のルールにより、そのリスクが軽減されます。

• 厳密な許容誤差は、機能が本当に必要とする場合にのみ適用してください。 軸受内径は±0.013mm必要です。 50 mm 離れた壁の厚さには影響しません。公差が大きすぎると、不必要な機械加工作業や検査コストが発生します。
• 重要なデータムを 1 つのダイの半分内に配置します。 パーティング ラインと交差する寸法には、固有の ±0.13 ～ 0.25 mm の追加の変動があり、これは機械加工なしでは除去できません。
• 生産寿命にわたる金型の摩耗に対する予算。 ダイの立ち上げ時に達成可能な±0.15 mmの公差は、改修なしで200,000ショットまでに±0.25 mmにドリフトする可能性があります。金型のメンテナンス間隔を生産品質計画に含めます。
• 表面仕上げをグローバルではなくゾーンごとに指定します。 部品の描画全体に Ra 0.8 µm を適用すると、機能しない表面の仕上げ作業が強制されます。化粧ゾーン、シーリングゾーン、構造ゾーンを個別に識別します。
• 穴の寸法には、陽極酸化処理とコーティングの厚さを考慮してください。 タイプ III 硬質陽極酸化処理を追加 1面あたり25～50μm ;加工された穴の直径を事前に補正しないと、仕上げ後にしまりばめが失敗する一般的な原因になります。
• 目視チェックだけでなく、初回品目の CMM 検査で検証します。 バルーン全体の図面に対する初回製品検査レポート (FAIR) は、大量生産を開始する前に、鋳造時の寸法と機械加工後の寸法が図面の意図を満たしていることを確認できる唯一の信頼できる方法です。