ダイカストとは
ダイカスト鋳造とは、溶かした金属を、精密な金型に高速・高圧で注入することで、瞬時に製品を成形する鋳造技術のことをいいます。ダイカスト鋳造は従来の鋳造をさらに発展させた工法で、溶融した金属を金型に圧力をかけて注入することにより、高精度の鋳物の短時間での大量生産が可能になりました。ダイカスト鋳造では複雑な三次元形状の製品が生産可能なため、板金よりも自由度が高いといえます。ほかの鋳造法に比べて高圧で成型するため、寸法精度が高いのが特徴です。また金型を使用するため、砂型に比べて滑らかな表面に仕上げることが可能です。ダイカスト鋳造では主にアルミニウム、マグネシウム、亜鉛、銅などの合金が使用されます。それらの素材から家電や自動車部品、ミシンなど様々な製品の製作に活用されています。
鋳造とは
鋳造とは、溶融した金属を鋳型に流し込み、冷やして固める方法です。古くから存在する技術で、初期費用が少ないことが利点です。鋳型には大きく分けて砂型と金型があります。砂型を扱うメリットとして初期費用の低さが挙げられます。試作期間も短いため、短納期の物や単品物を製作する場合は砂型の利用が推奨されます。また金型の自由度が高いため、大きな製品や複雑な製品を試作段階で制作する際は砂型が適しています。しかし、寸法精度は金型に劣るため、大量生産にはあまり向いていません。またランニングコストも高くなるので、中長期的に同じ製品の生産には適していません。それに対し、金型鋳造は、金属を材料とした金型で行う鋳造加工法です。金型は繰り返し使うことが可能なため、金型を使った鋳造は同じ型の大量生産に適しています。また砂型に比べて、安定した寸法精度で制作することが可能です。また冷却速度に優れ、緻密で機械的性質に優れた鋳物を製作することができます。しかし、金型はコストが高くなるため、試作品や単一品の製造には砂型が利用されます。また金属は強度が高く、切削がしづらいことから砂型に比べて形状の自由度は低くなります。そのため複雑なデザインの鋳物の製作には適しません。鋳造は私たちの生活には欠かせない存在で、パソコンやフライパン、自転車部品など用途は様々です。
①ロストワックス鋳造
ロストワックス鋳造はロウを利用した鋳造方法です。まず加工が簡単なろうで原型を作ります。原型を砂、石膏、セラミックなどで覆い、ロウを溶かして焼き固めたものが鋳型になります。その後溶融金属を流し込み、材料が冷え固まったら型を割って製品を取り出せば完成です。ロストワックス鋳造は寸法精度が高く、鋳肌をきれいに仕上げることが可能です。ステンレスや炭素鋼などいろんな材料に対応していることも利点です。また量産の場合には金型を使用しますが、ダイカストと比べ、ロストワックスの金型は安価です。しかし、セラミック型は使い捨てのため、ランニングコストが高くなってしまう難点があります。他の鋳造法に比べ、作業の難易度が高いのも欠点です。
②シェルモールド鋳造
シェルモード鋳造とは、金型を使って鋳造品を製造する為の精密な砂型を造り、溶解金属を流し込んで鋳物を製作する鋳造法です。金型に、フェノール系樹脂の粉末を混ぜたけい砂を吹き込んでできた砂型は、強度が非常に強力で金属の膨張にも耐えられます。そのため寸法精度が非常に高く、焼付きも少ないため鋳肌がきれいな鋳物ができます。非常に高品質な鋳物を製造可能ですが、砂型に使う熱硬化性樹脂の費用がかかり、鋳物の大きさが限られるといった欠点もあります。
③低圧鋳造
低圧鋳造法とは、溶かした金属を低速、低圧で注入し、鋳物を成形する製法です。低圧・低速で溶融金属を注入することで、気密性の高い鋳造が可能になります。そのため生成される鋳物は高気密・高品質なことが最大の特徴です。他の鋳造に比べ手間と時間をかけるため、ピンホールや巣穴などの欠陥が起こりづらく、安定した生産が可能です。複雑な形状にも精密な鋳造ができるため、機械部品の製造に用いられます。低圧鋳造法は精密な鋳造法ですが、鋳造サイクルが長いため生産性が低いというデメリットがあります。そのため短時間での大量生産には不向きです。
④消失模型鋳造
消失模型鋳造法とは、製品と同じ形状に作られた発泡スチロールの模型に耐火材を塗布したものを鋳型とし、これを砂の中に埋設し鋳型に直接溶解金属を流し込む鋳造法です。発泡スチロールはは金属溶湯の高温瞬時に消失し、鋳物のみが残るため、ロストキャスティングとも呼ばれます。中子を必要としないため、複雑な形状の生成が容易になります。鋳型の分割、鋳型合わせ、中子造型、中子入れなどの作業を必要としないため、従来の鋳造に比べ、工数が半数以下になります。また消失模型鋳造は発泡スチロール模型を用いて鋳物を製作するため、鋳物の分割面の合わせ目がないことからバリが発生しません。消失模型鋳造は生産効率が高くないので、少量生産の鋳物で用いられます。工作機械や自動車部品、美術工芸品などで利用されている鋳造法です。
⑤重力金型鋳造
重力金型鋳造とは、重力によって金型に溶湯を注入して鋳物を製作する製法です。寸法精度・鋳肌精度は、砂型鋳造とダイカストの中間的位置になります。溶融金属の重力によってゆっくりと金型に流し込むため、重力鋳造には圧力を必要としません。圧力をかけないことで、空気の巻き込みが減り機密性の高い鋳造が可能になる利点がありますが、材料の歩留まりが低いという難点もあります。また溶解金属が金型にゆっくり流し込まれるため、冷却時間とサイクルタイムが長くなるという問題もあります。重力を利用することによるデメリットはあるものの、ダイカスト鋳造に比べてコストが安く、より複雑な形状にも対応できるため、汎用性の高い鋳造方法です。
⑥Vプロセス鋳造
Vプロセス鋳造とは、硬化剤で固めていない砂を用いて、ビニール膜で密閉し、減圧することで造形した砂型で鋳造する方法です。ビニール膜を利用することにより、従来の砂型を使った鋳造に比べ滑らかな鋳肌に仕上げることが可能です。硬化剤を用いないため、鋳造後の砂を繰り返し使用することができるため、産業廃棄物の排出を抑えることができます。また大物から薄肉の幅広い製品に対応できる汎用性もあります。
ダイカスト鋳造と鋳造の違い
①メリット
鋳造と比べて、ダイカストを利用するメリットに精度と表面の仕上がりがあります。ダイカストは高圧で製品を成形するため、非常に精度が高く仕上がりがきれいです。同じく高精度の鋳造に低圧鋳造、消失模型鋳造、重力金型鋳造があります。しかし、これらの鋳造は時間をかけて丁寧に鋳造するため、サイクルタイムが長くなります。ダイカストはこれらの鋳造に比べて加工時間が圧倒的に短いです。そのためダイカストは、精度と生産スピードを両立した鋳造法といえます。砂型を使用する場合、鋳造の都度砂型を制作する必要がありますが、金型を使用する場合は、その必要がありません。ダイカストでは金型を使用するため、一度制作した金型を繰り返し利用でき、製品の生産数が多くなるほど経済的なメリットになります。
②デメリット
ダイカストは金型を使用するため、砂型を使った鋳造法に比べて鋳型のコストが高くなります。そのため、ダイカストは製品の大量生産には適していますが、単一製品や試作品の制作には向いていません。またダイカストは鋳造に比べ、内部にガスが溜まり、巣などの不良が発生してしまいやすいという難点があります。