アルミ鋳造、鋳物、金型を一貫請負

全体像:2つの金型半分と3つの機能グループ

ダイカスト金型は2つの主要な半分から構成されます。溶融アルミが入る機械のショットスリーブ側に取り付けられる固定側と、機械の開閉機構側に取り付けられ、製品が突き出される可動側です。この2つの半分はパーティングライン(分割面)で閉じ合わされ、製品の形状は両者の間の空間に作られます。

覚えやすくするため、金型の部品は3つの機能グループに分けることができます。

• 成形グループ:キャビティと中子。製品の形状を決定します。
• 金属供給グループ:湯道システム、オーバーフロー、ガスベント。アルミがどのように入り、金型を満たすかを決定します。
• 支持グループ:冷却システム、突き出しシステム、ガイドピラー、金型ベース。多数のサイクルにわたり金型を安定して稼働させます。

アルミダイカスト金型は、通常コールドチャンバー式のマシンとともに使用されます。溶融アルミを別個のショットスリーブに注湯し、その後プランジャーで金型に押し込む方式です。この点が、次の項で説明する金型の「金属を受け入れる側」に特有の構造がある理由です。ダイカスト技術そのものについてさらに知りたい方は、記事「アルミダイカストとは?特徴・利点・欠点を徹底解説」をご覧ください。

金属の流れを追う:ショットスリーブからキャビティまで

湯道システム:スプルー、ランナー、ゲート

溶融アルミは、製品に触れる前に3つの区間を通過します。最初がスプルー(ショットスリーブから金型内へ金属を導く部分)、次がランナー(必要な位置へ金属を分配する流路)、最後がゲート(金属がキャビティに入る入口)です。

ゲートは充填品質に最も大きな影響を与える部品です。ゲートの位置、大きさ、向きによって、金属流がどこに当たり、どの経路をたどり、どの順序でキャビティを満たすかが決まります。ゲートの配置が不適切だと、不均一な充填、空気の巻き込み、衝突箇所での金型表面の溶損を引き起こす可能性があります(記事「アルミ金型の材料:最適なアルミ合金を選ぶための要点」も併せてご参照ください)。ゲート配置を含む金型設計の原則については、記事「アルミ金型の設計:高精度と長寿命を実現するための注意点」でさらに解説されています。湯道系で凝固した金属は、その後製品から切り離され、通常は再溶解されます。

キャビティと中子:製品の形が作られる場所

キャビティは、製品の外形を作る空間です。内部に穴、ポケット、溝を持つ製品では、これらの形状を作るために中子(コア)を追加で使用します。中子には固定式と可動式があります。

通常の型開き方向では金型から取り外せない形状(例えば横穴や側面の溝)を製品が持つ場合、金型にはスライドが必要です。金型が完全に開く前に、別の方向へ中子を引き抜く機構です。スライドにより複雑な形状を作れますが、その分金型が複雑になり、摩耗する摺動面が増え、精密な位置合わせが必要になります。

オーバーフローとガスベント

溶融アルミがキャビティを満たす際、キャビティ内にもともとあった空気には逃げ場が必要です。そうでなければ、空気が圧縮されたり金属に巻き込まれたりして、製品内にガス巣が生じます。そのため金型にはガスベント、つまり空気は通すが溶融金属は通さない非常に薄いスリットが設けられています。

加えて、オーバーフローは流れの終端に設けられた小さな空間です。流れの先頭を走る金属は通常、後続の金属よりも温度が低く、空気を多く含んでいるため、オーバーフローがこの金属を受け止め、製品内に残るのを防ぎます。オーバーフローとベントは通常セットで配置され、その配置に根拠があるかどうかが、製品のガス巣に大きく影響します(巣の問題の原因と対策は、記事「巣・割れ・寸法ずれの原因と対策」でさらに分析されています)。

並行して働くシステム:冷却、突き出し、ガイド

冷却システム

金型は溶融アルミが入るたびに大量の熱を受け取り、製品が適切に凝固し金型が過熱しないよう、この熱を取り除く必要があります。そのため金型本体には冷却水路が設けられ、冷却液(通常は水または油)が温調機と組み合わされて循環しています。

目標は単に「速く冷やす」ことではなく、バランスの取れた冷却です。熱がこもりやすい箇所ほど多くの熱を取り除く必要があります。冷却のバランスが悪いと、反りや局所的な収縮を引き起こし、金型表面の熱疲労割れや焼き付きを悪化させる可能性があります。冷却水路の設計が通常ゲート設計と同時に検討されるのはこのためです。冷却の科学的な根拠について知りたい方は、記事「アルミ鋳造における冷却速度の科学」をご覧ください。

突き出しシステム

製品が凝固して金型が開くと、製品は可動側に残る傾向があります。突き出し板に取り付けられた突き出しピンが前進して製品を金型から押し出し、その後、次のサイクルの前に突き出し板が元の位置に戻ります。

突き出しピンの本数、位置、形状は、押す力が均等に分散され、製品を変形させないように検討する必要があります。突き出しピンは通常、製品表面に小さな丸い跡を残すため、鋳造品を見たときにピンの位置を見分ける簡単な手がかりになります。突き出しピンは繰り返し摩耗を受ける部品でもあり、ピンとピン穴の隙間はサイクル数とともに徐々に広がります。このような摩耗しやすい部品の監視は、金型メンテナンス計画全般の一部であり、記事「アルミ金型のメンテナンス:寿命を延ばすコツ」で解説されています。

ガイドピラー、ブッシュ、金型ベース

2つの金型半分は、毎サイクル高い精度で閉じなければなりません。ガイドピラーとガイドブッシュは、閉じる際に2つの半分を正しい相対位置に保ち、金型ベースとサポートプレートは型締め力を伝え、大きな圧力を受けても金型全体を剛性高く保ちます。2つの半分がずれていると、パーティングラインが均一に密着せず、金属が漏れてバリが生じ、製品の寸法がずれる可能性があります。

1回の鋳造サイクル:金型はどう働くか

金型は、生産中ずっと連続したサイクルを繰り返します。主な工程は、順に次の通りです。

各工程では金型の異なる部品がそれぞれ良好に機能することが求められ、ある部品の小さな問題はすべてのサイクルで繰り返されます。各部品の構造と加工品質が、生産ロット全体の安定性に影響するのはこのためです。

製品の兆候から、どの部品に問題があるかを読み取る

構造を理解すると、製品から金型へと「逆向きに読む」ことができます。以下の表は、この関係を一般的なレベルでまとめたもので、議論の出発点であり、特定のケースに対する確定的な診断ではありません。

構造の知識を金型メーカーとの対話に活かす

実際の金型を作る前に金型レイアウトを検討する際、構造に関する次の3つの質問が、多くの情報をもたらすことが一般的です。ゲートはどこに置かれ、金属流の経路に関してどのような根拠に基づいていますか。ベントとオーバーフローはどのような原則で配置され、シミュレーションまたは類似製品の経験で検証されていますか。製品のどの領域が最も熱がこもり、冷却水路はその領域にどう対処していますか。
金型製作の工程とコストに影響する要因については、記事「アルミ金型の製作:工程・技術・コストの完全ガイド」をご覧ください。