半溶融鋳造(チクソモールディングとレオキャスティング)
半分固体の金属スラリーを、鋼のダイに射出する
半溶融鋳造は、完全な液体でも固体でもない、液体の中に小さな固体の粒が混ざったスラリー状の金属を射出します。このスラリーはなめらかに鋼のダイに流れ込み、空気の巻き込みも少なく、収縮も小さいので、通常のダイカストより緻密な部品ができます。マグネシウム製のノートパソコンやカメラの筐体、一部のアルミ製の自動車部品は、この方法でつくられます。
しくみ
固体のチップを供給する。 チクソモールディングは、溶けた金属ではなく、小さなマグネシウムのチップから始まります。チップはホッパーから加熱されたバレルに落ち、燃えないようにアルゴンガスで覆われます。
加熱し、撹拌してスラリーにする。 ヒーターと回転するスクリューが、チップを加熱してせん断し、部分的に溶かします。固体の割合は通常、およそ 5〜60 パーセント。せん断によって固体が丸い粒に砕けるので、スラリーは濃いペーストのように流れます。
1 ショットぶんを溜める。 スクリューがスラリーを前へ運び、計量された量がバレルの先端に溜まります。
射出する。 スクリューがプランジャのように前へ突き出し、スラリーをノズルから、閉じた鋼のダイに押し込みます。濃くて部分的に固体なので、飛び散ることなく、なめらかに充填されます。
冷却して取り出す。 部品は数秒で固まり、ダイが開いて、エジェクターピンが、ダイカストと同じように押し出します。
レオキャスティング は、反対側から同じスラリーに到達します。液体のアルミニウムを、部分的に固体になるまで撹拌または冷却し、そのあとダイカストマシンで鋳造します。チクソキャスティングは、固体のアルミニウムのビレットを、同じどろどろの状態まで再加熱します。
主なポイント
- 材料
- チクソモールディング:マグネシウム合金。レオキャスティングとチクソキャスティング:主にアルミニウム合金
- 代表的な部品
- ノートパソコン、カメラ、スマートフォンの筐体、電動工具の本体、自動車のブラケット、ステアリング部品、通信機器のハウジング
- 部品サイズ
- 数グラムから数キログラムまで
- 精度
- ダイカストと同様に、約 ±0.05〜±0.2 mm
- 表面仕上げ
- なめらか:Ra(平均粗さ)で約 1〜2 µm
- 向いているロット数
- 数万個から数百万個
- 金型・設備コスト
- ダイカストと同様:ダイは数万ドルから、機械は数十万ドルから
- 速度
- 1 ショットあたり、およそ 20 秒から 1〜2 分
強みと限界
強み
- 気孔が少ないので、部品を熱処理でき、ダイカストより強い
- 収縮が小さいので、より厳しい公差と、より薄い壁が可能
- プロセス温度が低いので、ダイの寿命が長い
- チクソモールディングは、溶けたマグネシウムの湯溜まりを扱わずに済む
限界
- プロセス制御が難しい:固相率を、ちょうどよい範囲に保たなければならない
- 通常のダイカストより、サプライヤーもノウハウも少ない
- 機械と特殊な原料(チップ、ビレット)の費用が高い
- ほぼマグネシウムとアルミニウムの合金に限られる
使われる場所
- エレクトロニクスマグネシウム製のノートパソコン、カメラ、スマートフォンの筐体
- 自動車ブラケット、ステアリングホイールのフレーム、サスペンションやエンジンマウントの部品
- 通信無線機のハウジングとヒートシンク
- 工具とスポーツ電動工具のハウジング、自転車やアーチェリーの部品
見分け方
- 軽金属のハウジングで、壁が非常に薄く均一。マグネシウムのことが多い(アルミニウムより軽く感じる)。
- なめらかな表面で、たいていは塗装されており、ダイカストのような小さなエジェクターピンの跡がある。
- 切断面にはほとんど気孔がなく、顕微鏡で見ると、樹枝状の結晶ではなく丸い粒が見える。
- 外側からは、ダイカストと見分けがつきにくい:メーカーのデータで確認してください。
比較
動画を見る
North American Die Casting Association · 半溶融プロセスの業界概観。図付き
The Limiting Factor · チクソモールディングと、マグネシウムが適している理由の長い解説
Daseon Industry Group Ltd. · 稼働中のチクソモールディング機
Comptech AB · アルミニウム部品をつくるレオキャスティングのセル
実写真を見る
- Wikipedia:Semi-solid metal casting — チクソキャスティング、レオキャスティング、チクソモールディングの解説。文章のみなので、画像は下の検索をご利用ください
- Wikimedia Commons の写真検索
覚えておこう
- 金属は、一部が固体、一部が液体のスラリーとして入ります。
- スラリーはダイの中を穏やかに満たすので、部品の気孔はダイカストより少なくなります。
- チクソモールディングはマグネシウムのチップとスクリューを使い、レオキャスティングは液体のアルミニウムを撹拌します。
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