Magnesium Alloy Die Castings: Process, Properties, and Mold Design Essentials

マグネシウム合金ダイカストは、剛性、寸法精度、または熱性能を犠牲にすることなく構造用金属コンポーネントの重量を減らす必要がある場合の最も直接的な答えです。マグネシウムは工業的に使用されている構造用金属の中で最も軽量で、約 1.74 g/cm3 であり、アルミニウムの約 3 分の 1 の軽さになります。正しく設計されたマグネシウム ダイカスト金型は、壁部分を 1.5 mm 以下に保持しながら、引張強度が 200 ～ 230 MPa の範囲の鋳物を製造できます。ただし、合金だけでは良好な部品が保証されるわけではありません。金型の設計、プロセスウィンドウ、およびダイカストのエンジニアリング経験によって、プロジェクトがスムーズに進むかスクラップになるかが決まります。

マグネシウム合金ダイカストとは何ですか?

マグネシウム合金ダイカストは、溶融したマグネシウムを硬化鋼のキャビティに高速で注入する高圧プロセスです。射出圧力は通常 10 ～ 70 MPa の範囲で、キャビティはミリ秒以内に充填されます。これにより、薄いリブ、取り付けボス、および複雑な内部形状を機械加工ではなく鋳造することができます。

ほとんどの中小型マグネシウム部品は、射出システムが溶融合金内に浸漬されたままのホットチャンバー機械で稼働し、金属を安定した温度に保ち、サイクル時間を短縮します。大型の鋳造品は通常コールドチャンバー機械で稼働し、射出前に測定された量の合金をショットスリーブに流し込みます。どちらの構成も、迅速なキャビティ充填、急速な凝固、制御された冷却、およびツールからのきれいな排出という同じ基本に依存しています。酸化を制限するために溶解中に保護ガスが使用され、溶解物はフラックスなしで処理されるため、一貫した機械的特性を得るために介在物は十分に低く保たれます。

取り出した後、部品はトリミング、バリ取り、多くの場合 CNC 加工を経て最終公差に達します。マグネシウムは容易に機械加工できることがこの材料の実際的な利点の 1 つですが、微細なマグネシウムのチップは可燃性であるため、機械加工は適切な火災安全対策を講じて行う必要があります。化成皮膜から塗装までの表面仕上げは機械加工に続き、納品される製品仕様の一部です。

合金の選択と機械的特性の基礎

一般的なマグネシウム合金間の違いはその名前が示すよりも大きいため、合金の選択は永続的な影響をもたらす最初の決定です。以下の表は、量産ダイカストで使用される標準グレードをまとめたものです。

AZ91D は、優れた鋳造性、予測可能な強度、およびコーティング後の許容可能な耐食性を兼ね備えているため、ほとんどのハウジング、ブラケット、カバー、および一般構造部品のデフォルトのままです。 AM60B および AM50A は、引張強度の約 10 ～ 15% と引き換えに 2 ～ 3 倍の伸びが得られるため、衝撃、振動、または曲げ荷重にさらされる部品に適した合金となります。 AE42 は、レアアース添加により AZ91D が提供できる以上の耐クリープ性を提供するため、鋳物が持続的な熱の近くでその形状を保持する必要がある場合に指定される合金です。

マグネシウムの耐食性は誤解されがちです。裸のマグネシウムは腐食を促進するものではありませんが、適切な合金と適切な化成皮膜を組み合わせることで、屋内およびほとんどの自動車環境で許容できる性能を発揮します。実際には、合金よりもコーティングの選択が重要になることが多く、鋳造と仕上げの両方のプロセスを管理するサプライヤーは、より予測可能な結果を​​提供します。

マグネシウムダイカスト金型設計の考慮事項

マグネシウム ダイカスト金型は、マグネシウム プログラムの成功を決定する場所です。マグネシウム合金はアルミニウムよりも早く凝固するため、金型の充填、冷却、通気は急速冷凍の挙動に見合った方法で行う必要があります。工具鋼は通常、H13 または同等の熱間加工グレードであり、硬化および窒化されているため、キャビティは熱サイクルと溶融金属の浸食流の両方に耐えることができます。

最も重要な設計ルールは、無視された場合に生産上で最も大きな問題を引き起こすものと同じです。

• 1.5 ～ 3.0 mm の範囲の均一な壁厚により、最適な充填および冷却動作が得られます。 0.8 ～ 1.2 mm の薄肉鋳造も可能ですが、より広いゲート、より高速な射出、より厳密な金型温度制御が必要です。
• 垂直壁の抜き勾配が 0.5 ～ 2.0 度であれば、部品を歪みなく金型から取り出すことができます。リブとボスには、平らな壁よりも少し多めのドラフトが必要です。
• 収縮は合金と断面の厚さに応じて約 0.6 ～ 0.7 パーセントになるため、キャビティの寸法はその収縮率を考慮して構築する必要があります。
• バランスのとれた冷却チャネルが不可欠です。不均一な冷却は、反り、内部気孔、不合格部品の最も一般的な根本原因です。
• オーバーフローとベントは、ガスと酸化物の含有量に直接影響します。それらは最初の冷たい金属を収集し、閉じ込められた空気に出口を与えます。ここでまさに耐圧性が決まるかどうかが決まります。
• 薄いマグネシウム部分は取り出し中に破れやすいため、いくつかの大きなピンに依存するのではなく、エジェクター ピンを多数配置する必要があります。

独自の金型を設計および構築する工場では、金型が生産現場に届く前にこれらの問題を解決します。そのため、マグネシウム部品の購入者はマグネシウム部品との取引をますます好むようになりました。 自社で金型を設計・製作するダイカストメーカー 金型と鋳造を 2 つの別々の会社に分割するのではなく、金型の品質は、部品あたりのコストにも現れます。適切に硬化されたインサート、適合した冷却ライン、耐久性のあるエジェクター システムを備えた工具は、数十万回のショットでもサイクル タイムと部品の品質を維持しますが、軽度に設計された金型は早期に故障し、生産スケジュールに影響を及ぼします。

さまざまな業界にわたるアプリケーション

自動車は、マグネシウムダイカストにとって最大かつ最も要求の厳しい市場です。ステアリングコラムブラケット、トランスミッションハウジング、インストルメントパネルフレーム、シート構造はすべてマグネシウムを使用しています。これは、ハンドリングと効率に影響を与える正確な部分の重量を軽減するためです。電気自動車のプラットフォームはさらにリストを拡大しており、数年前にはアルミニウム部品だったeドライブハウジングや構造キャリアも登場しています。の範囲 マグネシウム合金自動車部品 専門のダイカストによって製造されたこの図は、これらの部品がリブ、取り付けボス、放熱機能をいかに緊密に統合しているかを示しています。

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通信および電子機器も主要なユーザーです。マグネシウムは自然な EMI および RFI シールドを提供します。つまり、1.0 ～ 1.2 mm の壁が、はるかに厚いアルミニウムまたは亜鉛の壁とほぼ同様に電磁干渉をブロックします。この特性により、多くのハウジングやカバーで個別のシールド ライナーが不要になります。通信機器は屋外に設置されることが多いため、鋳造ハウジングは熱、湿気、機械的負荷にも対応する必要があり、プラスチック部品が複合要件を満たせない場合、設計者はマグネシウムを使用する必要があります。

産業用機器や電動工具は、マグネシウムの振動減衰とオペレーターの疲労の軽減を利用しています。モーター ハウジング、ギアボックス カバー、ハンドツール本体は、一体型の取り付けボス、リブ、冷却フィンを備えた単一鋳物として製造できます。典型的な例は、どれだけの構造を 1 つの部品に統合できるか、およびその幾何学的範囲を示しています。 産業機器用マグネシウム合金ダイカスト 実際にその統合が行われることを示しています。

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特殊なエンクロージャ、光学ハウジング、小型構造コンポーネントが、より広範なカテゴリを形成します。 マグネシウム合金アイテム これは、自動車や産業の主流を超えたこの材料の柔軟性を示しています。

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マグネシウムダイカストのご注文前の確認事項

マグネシウム ダイカストの調達には、アルミニウムや亜鉛のプロジェクトには当てはまらないいくつかの決定が含まれます。

• 機械的要件が第一であり、合金の選択は二番目です。部品が衝撃荷重を受ける場合、AZ91D の 3% 伸びは間違った仕様である可能性があります。多くの場合、AM60B または AM50A の方が安全です。
• ツーリングを開始する前に、腐食防止について合意する必要があります。ほとんどのマグネシウム部品には化成処理が施されており、工業用バイヤーは通常、クロムフリーのリン酸塩またはマンガン処理を指定します。ペイントやパウダーコートも適切な前処理が必要です。そうしないと使用できなくなります。
• 気孔率の期待値は書き留める必要があります。耐圧ハウジングには、真空を利用した鋳造と慎重に配置されたオーバーフローが必要であり、ゲートの位置は気孔が現れる場所にすでに影響を与えています。
• 金型設計のレビューには、充填シミュレーション、抜き勾配の計算、冷却レイアウトを含める必要があります。金型が熱処理され研磨されると、変更リクエストの費用は大幅に高くなります。
• プロセスの文書化はオプションではありません。材料証明書、初品レポート、バッチ間の一貫性データにより、管理されたプロセスとギャンブルが区別されます。
• 二次的な操作の予算。マグネシウム鋳造品はネットシェイプに近い形状にすることもできますが、精密な穴、ねじ山、および合わせ面には依然として機械加工が必要です。最終的な納品コストには、鋳造価格だけでなく、機械加工、表面処理、検査が含まれます。

金型の設計と鋳造プロセスを 1 つの屋根の下で実行するサプライヤーは、同じチームが金型の設計、プロセスの動作、および検査結果を一緒に確認するため、これらの点を正しく理解する傾向があります。エンジニアがサプライヤー候補リストを作成している場合、実際的なフォローアップは次のことを確認することです。 マグネシウムダイカスト材料と金型技術に関する業界ニュース 制作側がどのように開発しているかを追跡するため。

マグネシウム合金ダイカストを使用するかどうかは、通常、軽量化、薄肉化、サイクル時間の短縮という単純な計算によって決定されます。その演算の信頼性は、合金、金型、および鋳造工場のプロセス規律に等しく依存します。測定された機械的要件に基づいて合金を指定し、部品図面と同じくらい慎重にマグネシウム ダイカスト金型の設計をレビューし、プロセスが制御されていることを証明するデータを要求します。これらの条件が満たされる場合、マグネシウム ダイカストは、軽量で剛性が高く、複雑な金属部品を製造する最もコスト効率の高い方法の 1 つです。