アルミ鋳造、鋳物、金型を一貫請負

2つの機械ファミリー:ホットチャンバーとコールドチャンバー

ダイカストマシンは、溶融金属が射出系に供給される方法によって、2つのファミリーに分けられます。

ホットチャンバーマシン。プランジャーと金属供給管からなる射出部が、機械に付属する溶融金属の保持炉に直接浸漬されています。プランジャーが下がると、金属は供給管を通って金型に押し込まれ、プランジャーが上がると、保持炉から金属が射出室に再び充填されます。金属が常にシステム内に用意されているため、サイクルは非常に速くなり得ます。

コールドチャンバーマシン。溶融金属の保持炉は、機械から切り離して置かれています。各サイクルで、一定量の金属が炉からショットスリーブ(射出スリーブ)に汲み入れられるか注湯され、その後プランジャーが金属をスリーブから金型へ押し込みます。射出部は、浸漬され続けるのではなく、各サイクルのごく短い時間だけ溶融金属に触れます。

以下の表は、業界の一般的な慣行に沿って、違いを概括的にまとめたものです。

なぜアルミはほぼ常にコールドチャンバーを使うのか

溶融アルミは、鉄や鋼に対して強い腐食性を持ちます。ホットチャンバーの構成のように、機械の鋼製の射出部が溶融アルミに浸漬され続けると、その部品は徐々に腐食してアルミに溶け込み、射出部を損傷するとともに、合金に鉄が混入します。コールドチャンバーマシンは、溶融金属がショットスリーブとプランジャーに触れるのを各サイクルの短時間に限り、保持炉を機械から切り離すことで、この問題を解決しています。

そのため、アルミダイカスト工場が「ダイカストマシン」と言うとき、通常はコールドチャンバーマシンを指します。この設計の代償は、各サイクルにショットスリーブへ金属を供給する工程が加わること、そして金属がスリーブに入った時点からわずかに冷え始めることです。この工程をどう管理するかが品質に大きく影響することは、後の項で述べます。

コールドチャンバーマシンの構造:3つの主要ユニット

型締めユニット

型締めユニットは、金属が射出される間、金型を開閉し、強固に保持します。非常に高い射出圧力は金型の2つの半分を押し広げようとするため、型締めユニットは、パーティングラインを常に密閉しておけるだけの保持力を生み出さなければなりません。この型締め力が、よく話題になる「トン」の数値です。型締めユニットは金型を置く空間も決定します。プラテンの大きさ、開いたときのプラテン間の距離、型開きストロークであり、つまりどの金型がどの機械に取り付けられるかです。

重要でありながらあまり語られない仕様が、型締め力の均一性と剛性です。型締めユニットがパーティングライン全体を均等に保持できていなければ、公称の型締め力が十分でも、金属が漏れてバリが生じることがあります。

射出ユニット

射出ユニットは、ショットスリーブ、プランジャー、そしてプランジャーを動かす油圧駆動系で構成されます。これは充填品質を決定するユニットです。射出工程は通常いくつかの段階に分けられます。最初の段階では、プランジャーがゆっくり動いて金属をスリーブに沿って押し進め、空気の巻き込みを抑えます。次の段階では加速して、ごく短時間でキャビティを充填します。最後の段階では圧力を高め、金属が凝固する際の収縮を補います。

射出ユニットで評価すべきは、単に「強いか弱いか」ではなく、これらの段階をサイクルごとにどれだけ正確かつ再現性高く制御できるかです。応答が安定した射出ユニットは、強力でも変動する射出ユニットよりも均一な部品を生み出します。

制御システムと付帯設備

制御システムは射出パラメータを記録し、調整します。機械の周囲には、結果に直接影響する付帯設備があります。保持炉と、ショットスリーブへ金属を汲み入れる、または注湯する装置(手動または自動)、金型温調機、離型剤スプレー装置、製品取り出し装置、そして一部の製品では、ガスを減らすための金型キャビティ内の真空装置です。

これらの工程の自動化レベルは安定性に影響します。特にスリーブへの金属供給では、手動の汲み入れは金属量や待ち時間がばらつきやすく、自動装置であれば各サイクルがより近いものになります。

製品に合った機械を選ぶ基準

特定の製品に対する問いは、「どの機械が最も大きいか」ではなく、「どの機械が最も適しているか」です。主な基準をいくつか挙げます。

• 型締め力と、製品面積および射出圧力の関係。型締め力は、製品と湯道系の投影面積全体にかかる圧力のもとで、金型の密閉を保てる大きさが必要です。機械が小さすぎるとバリが生じますが、金型に対して大きすぎる機械も好ましくありません(エネルギーの無駄、機械の低負荷領域での安定性の低下)。
• ショット容量と必要な金属量の関係。ショットスリーブは適切な充填率にすべきです。スリーブ内の金属が少なすぎると、空気に触れる面が増え、金属が早く冷えます。
• 金型を置く空間。金型が収まり、製品を取り出せるだけ十分に開く必要があります。
• 射出制御の能力。プログラム可能な段階数、精度と再現性、サイクルごとのデータ記録機能。
• 製品に必要な付帯設備。例えば、気密性が必要な部品への真空アシスト、複雑な金型への温調機、高い安定性が必要な製品への自動汲み入れ。

また、ダイカストマシンがすべての製品にとって唯一の選択肢ではないことも覚えておく必要があります。少量生産やその他の要求がある場合は、重力鋳造のような技術の方が合理的なこともあります。

ダイカストマシンから工場の能力を読み解く

工場を評価する際、機械のリストは出発点にすぎません。次の質問の方が、機械の台数やトン数を数えるよりも多くの情報を引き出せることが一般的です。

1. 製品ごとに適切な機械を合わせられるだけの幅広い機械ラインナップがありますか?機械のサイズが数種類しかない工場は、製品を最適でない機械に合わせざるを得ません。見るべきは、製品に対する機械の選び方です(型締め力、ショット容量、金型スペースに基づく論理があるのか、空いている機械を使うだけなのか)。
2. 射出ユニットはどのように制御され、データが記録されていますか?ロット間のトレーサビリティと比較のため、サイクルごとにパラメータを記録しているのか、一度設定したらそのまま稼働させているのか。
3. ショットスリーブへの金属供給はどのように管理されていますか?手動か自動か、金属の量と温度の安定性をどう確保しているか。
4. 機械はどのように保守・校正されていますか?古くても適切に校正・保守されている機械は、放置された新品の機械よりも安定した結果を出せることがあります。
5. 機械が停止した場合のバックアップ計画はありますか?御社の製品に代替できる機械、あるいは品質を保ったまま2台の異なる機械で稼働できる金型があるか。