金型鋳造
重力で、繰り返し使える鋼の金型に金属を流し込む
金型鋳造(永久鋳型鋳造)は、鋼や鋳鉄でできた金型に、通常は重力で溶けた金属を流し込む工程で、型は開いて何千回も繰り返し使われます。自動車のピストン、多くのアルミホイールやシリンダーヘッドは、この方法でつくられます。砂型鋳造とダイカストの中間にあたり、砂型より良い部品が得られ、金型の費用はダイカストよりずっと安く済みます。
しくみ
型をコーティングして予熱する。 2 つの鋼の型に、薄いセラミックのコーティングをスプレーします。型を保護し、冷却を遅らせる役目をします。金属が早く凍りすぎないように、型は通常約 200〜400 °C に熱しておきます。
中子をセットして型を閉じる。 中子(穴や中空をつくるインサート)を入れます。鋼製ならサイクルごとに引き抜き、砂製なら後で壊して取り出します。2 つの型は、パーティングラインに沿って締め付けられます。
注湯する。 溶けた金属(最も多いのはアルミニウム)を、取鍋からスプルーに注ぎます。重力でキャビティが満たされます。穏やかに満たすために型を傾ける機械もあり、低圧の機械は金属を下から押し上げます。
型の中で冷やす。 鋼は熱をすばやく奪うので、金属は 1 分から数分で固まります。急冷により、結晶粒(小さな結晶)が細かくなり、砂型鋳造より強い金属になります。
型を開いて鋳物を取り出す。 型が開き、中子が引き抜かれ、鋳物が持ち上げられます。スプルーを切り落とせば、型は次のサイクルの準備が整います。
主なポイント
- 材料
- 主にアルミニウムとマグネシウムの合金。銅合金(真ちゅう、青銅)や一部の鋳鉄も
- 代表的な部品
- ピストン、アルミホイール、シリンダーヘッド、歯車やポンプのハウジング、ブレーキキャリパー、調理器具
- 部品サイズ
- 通常は約 100 g から約 50 kg まで
- 精度
- 100 mm の形状で約 ±0.3〜±0.5 mm
- 表面仕上げ
- かなりなめらか:Ra(平均粗さ)で約 2.5〜6 µm
- 向いているロット数
- 中量から大量生産:年間数千から数十万個
- 金型・設備コスト
- 鋼の型は、およそ 1 万ドルから 10 万ドル以上
- 速度
- 1 つの型あたり、部品 1 個に数分。複数の型を並べて動かすことも多い
強みと限界
強み
- 砂型鋳造より精度が高く、表面もなめらか
- 急冷により、結晶粒が細かく、強度も高い
- ガス穴が少ないので、部品を熱処理や溶接できる
- 型は、数千から 10 万個以上の部品に使える
限界
- 型が高価なので、少量生産では元が取れない
- ほぼアルミニウム、マグネシウム、銅合金に限られる。鋼は型にとって高温すぎる
- 形状は硬い型から抜けなければならず、アンダーカットには中子が必要
- ダイカストより遅く、壁も厚くする必要がある(最低約 3〜4 mm)
使われる場所
- 自動車ピストン、シリンダーヘッド、ホイール、ブレーキキャリパー、サスペンション部品
- 航空宇宙・防衛アルミニウム合金のハウジングとブラケット
- 機械ポンプ本体、ギアハウジング、油圧部品
- 配管真ちゅうや青銅のバルブ本体と管継手
- 家庭用品アルミ鋳物の調理器具、ランプや家具の部品
見分け方
- かなりなめらかで、わずかにつや消しの表面:砂型鋳造よりずっと細かく、ダイカストよりは少し粗い。
- 鋼の型が合わさっていた場所にある、きれいでまっすぐなパーティングライン。
- ダイカスト部品より厚い壁で、多くは 4 mm 以上。
- 切り落としたスプルーの根元。部品の厚い部分にあることが多い。
比較
動画を見る
THORS eLearning Solutions · 重力金型鋳造の、初心者向けアニメーション解説
Densen_casting · 生産現場の鋳造所で、アルミニウムを鋼の型に、サイクルごとに注ぎ込む様子
Kurtz Casting Solutions · ロボットが自動重力鋳造セルを運用する方法
Kurtz Casting Solutions · 金属を下から型に押し上げる、低圧式のバリエーション
実写真を見る
- Wikipedia:Permanent mold casting — 重力式、スラッシュ式、低圧式、真空式のバリエーション、型の材料、製品
- Wikimedia Commons の写真検索
覚えておこう
- 型は鋼か鉄でできていて、何千回も再利用されます。
- 満たすのは重力(または低圧)で、高圧射出ではありません。
- 砂型鋳物より良く、強く、工具費はダイカストより安く済みます。
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