電気機械アルミニウム ダイカスト: シールド、冷却、および調達に関するエンジニアリング ガイド

電気機械式アルミニウムダイカスト は、精密アルミニウム部品（モーター ハウジング、コネクタ シェル、端子ボックス、エンクロージャ）で、溶融したアルミニウム合金を高圧下で硬化鋼のダイに押し込むことによって製造されます。鋳造アルミニウムが、単一の継ぎ目のない部品で EMI/RFI シールドのための導電性と熱放散のための高い熱伝導性を兼ね備えているため、特に選ばれました。

ダイカストを「電気機械式」にするもの

すべてのアルミニウム ダイカストが電気機械的であるわけではありません。この用語は、特に機械構造と電気または電子システムの境界に位置するように設計された鋳物を指します。この区別は、図面上で実際に指定されるプロパティを変更するため重要です。

純粋に構造用ブラケットは、主に強度と寸法精度に基づいてグレード付けされます。電気機械鋳造品は、それに加えてアルミニウム自体に由来する 2 つの追加特性に基づいて等級付けされます。

• EMI/RFIシールド用の導電率 — 頑丈でシームレスなアルミニウム シェルは、PCB、モーター巻線、または RF モジュールの周囲に連続的な導電性バリアを形成し、ギャップのあるマルチパネル アセンブリでは不可能な方法で電磁干渉をブロックします。
• 受動的放熱のための熱伝導率 — アルミニウム ダイカスト合金は、およそ次の範囲の熱を伝導します。 90～150W/(m・K) これにより、設計者は、後で別のヒートシンクを接着するのではなく、冷却フィン、リブ、ヒートシンクの形状を筐体の壁に直接鋳造することができます。

このカテゴリの一般的な部品には、モーター エンド シールドおよびフレーム キャスティング、端子ボックス、VFD およびインバーター ドライブ エンクロージャ、一体型取り付けフランジを備えたコネクタ ハウジング、LED ドライバ ハウジング、および PDU (配電ユニット) シェルが含まれます。彼らが共有しているのは仕事内容です。つまり、形状を保持し、そこから熱を伝導し、電気的にシールドするというすべてが 1 つの鋳造部品で行われます。

ダイカストプロセスでこれらの部品が実際にどのように製造されるか

高圧ダイカスト (HPDC) は、電気機械鋳造を大量生産で経済的にするものです。硬化鋼のダイは数万回のサイクルで再利用され、各ショットでほぼネットシェイプの部品が生成され、その後は目的の機械加工のみが必要になります。このプロセスは 5 つの異なる段階を経て実行されます。

金型は精密に加工された鋼であるため、寸法精度と再現性は、砂型鋳造に対するダイカストの 2 つの最も強力な議論です。同じキャビティから、ショットごとに同じ部品が製造されます。これはまさに、生産ラインでの自動組立を目的としたコンポーネントに必要なものです。真空補助ダイカストは、特に射出前に金型キャビティから空気を排出し、IP 定格を保持する必要があるハウジング内に弱点や漏れ経路を生み出すガスの気孔率を低減するため、電気機械部品向けに指定されることが増えています。

適切なアルミニウム合金の選択

合金の選択は、コスト、鋳造性、取り付け後の部品の性能に最も影響を与える単一の決定です。 4 つの合金が電気機械ダイカスト作業の大部分を占めており、それぞれが異なる理由で選択されます。

開始ルールとして: 特定の要件によって部品が他のいずれかに引き寄せられる場合を除き、A380 が正しいデフォルトです。つまり、RF/EMI の多いアプリケーションでは ADC12、耐圧密閉ハウジングでは A360、または構造的耐荷重部品では鋳造後の熱処理が施された A356 になります。

EMIシールドと熱管理を単一部品で実現

これは、モーター、PCB、ワイヤレス モジュール、または電源を収容するあらゆるものに、射出成形プラスチックではなくダイカスト アルミニウムを選択することを正当化する特性の組み合わせです。また、エンジニアリングを追加してもプラスチックがこれに匹敵するのに苦労する理由を理解する価値があります。

プラスチックの助けが必要な場所にアルミニウムシールドを使用する理由

プラスチックは基本的に電気絶縁体です。プラスチック製のハウジングに EMI シールドを与えるには、メーカーは導電性フィラー、金属メッキ、または導電性コーティングを追加する必要があります。これらのフィラーは成形プロセスで完全に均一に分布することはほとんどないため、不均一な分布によりシールドに小さな隙間ができ、干渉が通過する可能性があります。これは EMI ホールと呼ばれることもあります。ダイカスト アルミニウム シェルは本質的に導電性があり、シールドを作成するための組み立て手順をまったく必要とせずに 1 つの連続したバリアを形成します。

プラスチックの助けが必要な場所でアルミニウムが冷える理由

同じ論理が熱にも当てはまります。熱伝導性プラスチックは存在しますが、通常、材料コストが上昇し、プラスチックの流動挙動、強度、表面仕上げが変化する可能性があり、用途ごとに慎重にテストする必要があるトレードオフです。対照的に、アルミニウムは基本的な材料特性として熱を放散するため、冷却フィンや内部リブを、後から個別のヒートシンクとして接着するのではなく、VFD または LED ドライバーのハウジング壁に直接鋳造することができます。

本格的なアース要件を持つエンクロージャの場合、設計者は事前に機械加工された接触領域と導電性ガスケット用の溝も鋳造します。そのため、シールド パスは組み立て中に後付けとして追加されるのではなく、ツールに組み込まれます。

図面に指定する品質基準とテスト

電気機械鋳物は耐荷重性、放熱性、電気的機能を同時に備えているため、品質を検証するということは、表面の外観以上のものをチェックすることを意味します。以下の規格とテストは、サプライヤーの検査文書に記載されるべきものです。

多孔性は、テストするまでほとんど見えず、構造の完全性と耐圧性の両方に直接影響を与えるため、最も詳細に理解する価値のある欠陥です。キャスト中に 2 つの異なるタイプが発生します。 ガス気孔率 高速射出中に閉じ込められた空気と潤滑剤の蒸気によって引き起こされます。 収縮気孔率 、金属がより厚い部分で凝固する際に収縮するときに形成されます。どちらも、適切な通気、真空補助鋳造、および金型を切断する前に検討されるゲート/ランナー設計によってほとんどを防ぐことができます。そのため、サプライヤーの製造可能設計 (DFM) プロセスをレビューすることが、完成品検査レポートをレビューするのと同じくらい重要です。

ツールを導入する前のチェックリスト

ダイカスト用の工具は実質的な先行投資であるため、スチール金型を切断する前にサプライヤーにこれらの点を確認することは有益です。

• コストだけでなく機能を考慮して指定された合金 — デフォルトで最も安価なオプションを選択するのではなく、選択した合金が部品の実際の熱、伝導率、強度要件に一致していることを確認します。
• ツーリング前に DFM レビューが完了 — 単に部品を成形可能にするためだけでなく、気孔リスクを最小限に抑えるために、肉厚の変化、抜き勾配、ゲート/ランナーのレイアウトを特に検討する必要があります。
• 加工面公差は別途記載 - フランジ面、ねじ付きインサート、ベアリング穴、およびコネクタ開口部は、通常、鋳造後に図面公差に達するために CNC 加工が必要です。どの表面にそれが必要かを確認してください。
• 部品の用途に合わせた気孔率試験方法 — 装飾ブラケットと耐圧エンクロージャにより、さまざまなレベルの X 線検査または漏れ検査が保証されます。あなたの部分にどれが当てはまるかを尋ねてください。
• リクエストに応じて認定書類を入手可能 — ISO 9001、IATF 16949 (自動車向け)、および RoHS/REACH 準拠文書は、資格のあるサプライヤーが遅滞なく作成できるものでなければなりません。

よくある質問