ダイカストでは、高温・高圧を用いて溶融した金属や合金を加工し、目的の形状を作り出します。融点の低い金属を溶かし、ダイカスト金型に注入する工程です。
通常、ダイカストは、溶融金属を金型に注入する際に必要な温度や圧力によって分類されます。また、使用する材料の種類で分類することもでき、亜鉛は最も一般的で用途の広いダイカスト金属の一つです。ここでは、亜鉛合金鋳造について知っておきたいことをすべてご紹介します。
亜鉛ダイカストとは？
亜鉛ダイカストは、液体状の亜鉛を加圧して金型に射出し、凝固させる製造工程です。金型キャビティは、希望する形状に合わせて設計された2つの焼入れ工具鋼製金型で構成されます。
亜鉛合金は融点が低いため、低温で鋳造できます。また、耐衝撃性と延性に優れているため、部品の製造に適しています。
亜鉛ダイカストの工程
亜鉛合金ダイカストの工程は、使用する機械のサイズや種類によって異なる場合があります。ただし、一般的には以下の手順で進めます。
- ステップ1：金型の準備
鋳造を始める前に、まず金型を準備します。金型を洗浄して汚れを取り除きます。その後、潤滑剤を塗布し、冷却後に鋳造品を取り出しやすくします。また、金型の内壁に潤滑剤を塗ることで、金型の温度を調整し、鋳造品を簡単に取り出せるようになります。
最後に、金型を高圧で締め付けます。
- ステップ2：射出
次に、亜鉛合金を機械の射出室に投入します。射出前に亜鉛合金を溶かす必要があります。亜鉛合金ダイカストはホットチャンバー方式のため、射出室は高温に保たれています。続いて、溶融した亜鉛を高圧で金型に射出します。
- ステップ3：冷却と取り出し
溶融した亜鉛を射出したら、冷却して凝固させます。金属が固まり、金型の形状になるまで十分な時間をかけてください。また、金型を開く前に完全に固化していることを確認しましょう。鋳造品を早く取り出しすぎると、修復できない損傷につながるおそれがあります。
金型が冷えて鋳造品が固まったら、金型の締め付けを解除して開き、鋳造部品を慎重に取り出します。
- ステップ4：トリミング
亜鉛ダイカスト工程の最後の手順はトリミングです。金属が冷却している間に、バリ、湯口、ランナーなどの不要な金属を丁寧に取り除きます。のこぎりやトリミング金型などの工具を使い、目的の部品形状に仕上げます。お客様に納品する前に、各部品をきれいに洗浄してください。
ダイカスト用亜鉛合金
ダイカストに適した、代表的な亜鉛合金をご紹介します。
- Zamak 2
亜鉛合金2またはカークサイトとも呼ばれるZamak 2は、ザマック合金の中で最も強度と硬度に優れています。そのため、自動車や機械分野など、高い構造健全性が求められる部品の鋳造に使用されます。
さらに、Zamak 2は高い耐クリープ性、優れた減衰性能、他の金属合金を上回る耐振動性など、優れた鋳造特性を備えています。
- Zamak 3
Zamak 3は、次のようなさまざまな理由から、ダイカストで最もよく使われる合金の一つです。
- 優れた鋳造性と長期にわたる寸法安定性
- 物理的特性と機械的特性の優れたバランス
- めっき、クロメート処理、塗装など、さまざまな仕上げ加工との優れた適合性
- 強度と柔軟性の優れた両立
- Zamak 7
亜鉛合金7とも呼ばれるZamak 7は、他のザマック合金より純度が高く、マグネシウム含有量が少ないように改良されたZamak 3です。不純物の規格も厳格に定められており、鋳造時の柔軟性や流動性、表面仕上げの向上につながります。
この亜鉛合金は、特殊な金物用途や、かしめ・圧着など後工程での組み立て時に高い成形性が必要な鋳造品に使用されます。
- ZA 8
ZA-8は亜鉛アルミニウム合金で、ザマック系の他の合金よりアルミニウム含有量が多いのが特徴です。ZA系合金の中で、ホットチャンバーダイカストが可能なのはZA-8だけです。
さらに、ZA-8は硬度、強度、耐クリープ性が大幅に向上しています。主に装飾用途に使用されます。
- ACuZinc5
この亜鉛合金は、ゼネラルモーターズが研究・開発しました。亜鉛・銅・アルミニウム合金としても知られ、アルミニウム含有量が少なく銅含有量が多いため、強度と硬度が向上しています。また、潤滑性など、優れた軸受特性を備えています。
ACuZinc5は、高い構造健全性が求められる部品や、高温環境で使用される部品に適しています。
- EZAC
EZAC合金は、他の亜鉛合金よりも耐クリープ性、耐力、硬度に優れています。Zamak 2を上回る性能を発揮し、ACuZinc 5よりも長持ちします。
- ZA 27- 亜鉛アルミニウム
ZA-27は、他のZA系合金と比べてアルミニウム含有量、融点、強度、密度が最も高い合金です。アルミニウムを27%含み、優れた軸受特性を備えているため、特定用途向けの鋳造部品に軸受を形成できます。
亜鉛ダイカストのメリット
亜鉛ダイカストには多くのメリットがあります。主な利点は次のとおりです。
組み立てが簡単
亜鉛ダイカストの大きなメリットの一つは、組み立て工程を削減できることです。一般に、亜鉛合金ダイカストは一体成形で行われるため、コストのかかる手作業での組み立てが不要になります。
薄肉でも高精度
亜鉛ダイカストでは、他の鋳造方法よりも高い寸法精度で、多数のキャビティを持つ複雑な形状を成形できます。また、寸法安定性と耐摩耗性に優れた、均質な部品を大量生産できます。
優れた機械的特性
亜鉛合金は、剛性、強度、耐性、靭性、耐久性などの機械的特性において、アルミニウムをはじめとする他の材料より多くの利点があります。そのため、優れた強度が求められる部品に亜鉛ダイカストが使用されています。
複雑な形状を鋳造
亜鉛は優れた軸受性と耐摩耗性を備えているため、可動構造物のブッシュとして使用できます。また、他の材料と接合できるため、複雑な形状のダイカスト部品を製造できます。
金型寿命の延長
亜鉛ダイカスト金型のもう一つの大きな利点は、アルミニウム製金型より数倍長持ちすることです。亜鉛合金は融点が低く、研磨性も低いため、金型の損傷が抑えられ、工具寿命が延びます。その結果、他の材料よりも金型費用を削減できます。
生産の高速化
前述のとおり、亜鉛合金は融点が低く、高圧で行うコールドチャンバーダイカスト工程により生産を高速化できます。その結果、亜鉛ダイカストのサイクル速度が向上し、生産量の増加につながります。
アルミダイカストでは、溶融したアルミニウムを別の容器で溶かしてから注入する必要がありますが、亜鉛ダイカストの注入工程は簡単です。さらに、凝固速度が速いため、製造できる部品数が増え、鋳造コストも削減できます。
多彩な仕上げ加工
ダイカスト材料には、さまざまな仕上げ加工が適しています。亜鉛ダイカストでよく使われる方法をご紹介します。
- 粉体塗装： 豊富なカラーバリエーションがあり、外観を重視する用途に適した仕上げ方法です。また、鋳造部品に耐久性の高い均一な表面仕上げを施せます。
- 塗装： 塗装は機能面と外観の両方を向上させます。粉体塗装と同様に色の選択肢が豊富で、実用的な着色にも使用されます。短時間で仕上げられ、生産コストも抑えられます。
- めっき： 亜鉛ダイカスト部品の耐久性や耐食性を高め、機能性を向上させます。
軸受やブッシュを削減
亜鉛は優れた軸受性と耐摩耗性を備えているため、設計の自由度が高まり、小型ブッシュや摩耗対策用インサートを省いて製造コストを削減できます。
優れた電気・熱伝導性
亜鉛はアルミニウムよりも熱と電気をよく伝えます。そのため、ヒートシンクなどの電気部品に適しています。
機械加工を削減
亜鉛ダイカストの大きな利点の一つは、必要な機械加工が少ないことです。寸法公差を厳しくできるため、追加の機械加工を省けます。
亜鉛ダイカストのデメリット
メリットがある一方で、デメリットもあります。亜鉛ダイカストには、次のような欠点があります。
欠陥が発生しやすい
亜鉛ダイカストは成形と冷却の速度が速いため、ガスの排出が遅れることがあります。その結果、次のような欠陥が生じる場合があります。
- ブリスター： 亜鉛ダイカスト部品の表面にできる薄い膜です。
- 割れ： 凝固時に引張力に耐えられる強度が亜鉛にない場合に発生します。
- 膨れ： 鋳物の垂直面に滑らかな膨らみを生じさせる、亜鉛鋳造部の突起です。
- ずれ・食い違い： 金型の上型と下型の変形によって金属部が水平方向にずれる現象です。
- 焼付き： 砂粒が溶融金属と結合することで発生します。
- ブローホール： 排気が不十分なためにガスが金属内に残り、発生する空洞です。
- 反り： 凝固中または凝固後に発生し、最終製品の寸法を変えてしまいます。
- 砂落ち： 金属が液体の状態にあるとき、砂のかけらが鋳型内に落ち込む現象です。
部品が重い
亜鉛ダイカスト部品は、アルミニウムやマグネシウムなどの金属部品よりかなり重くなります。そのため、航空宇宙産業のような軽量化が求められる用途には適しません。
小ロット生産に不向き
亜鉛ダイカストは初期投資が高額です。そのため、主に大量生産に適しており、小ロット生産には向いていません。
亜鉛ダイカスト部品の用途
亜鉛ダイカスト部品は、次のようなさまざまな業界で使用されています。
自動車産業
優れた強度と硬度、複雑な形状への対応力、良好な表面品質、高い寸法精度、耐食性を備えた亜鉛ダイカスト部品は、自動車産業で次のような部品の製造に使用されています。
- バックミラー
- 筐体
- シャシー部品
- プーリーやギアなどの操作・安全関連部品
- トランスミッション部品
- サンルーフ、ワイパー
- ブラケット
- 軸受
- ステアリング部品
- ブレーキ部品
以上は、ダイカストで製造される自動車部品の一例です。
電子機器
亜鉛ダイカストは、電子機器の用途で多くのメリットを発揮します。大きな特長の一つは、薄肉や複雑な形状に成形できることです。前述のとおり、亜鉛合金は他のダイカスト用金属よりも強度に優れています。
さらに、亜鉛合金は電磁波シールド性と振動減衰性にも優れており、内部の電気部品を保護するのに適しています。
家電製品
亜鉛ダイカストは、家電製品に適したダイカスト材料の一つです。良好な表面仕上げ、寸法安定性、強度を生かし、ドアロック、ブレンダー、ベルト、ハンドミキサー、靴のバックル、取っ手、キーホルダーなどの製造に使われています。
機械分野
亜鉛ダイカストは機械分野でも幅広く活用されています。この分野では、鋳造した亜鉛部品がエンジン部品の製造に使われています。
まとめ
亜鉛合金鋳造は、最も広く利用されている鋳造方法の一つです。簡単かつ直接的に注入できるなど、他の金属鋳造にはないさまざまな利点があります。ただし、鋳造を始める前に、工程や合金、用途、メリット・デメリットを理解しておくことが重要です。
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よくある質問
亜鉛ダイカストの強度はどのくらいですか？
亜鉛ダイカストは非常に高い強度を備えています。ダイカストに用いられる代表的な非鉄合金よりも高い引張強度を持ちます。たとえば、亜鉛ダイカスト合金の強度はアルミニウムの約2.5倍です。
亜鉛ダイカストは錆びますか？
いいえ。亜鉛ダイカストは耐食性に優れています。空気や湿気に触れると、亜鉛は酸素と反応して薄い酸化物の層を形成し、さらにその層が湿気と反応して水酸化亜鉛になります。このため、腐食性の環境で使用しても、亜鉛ダイカスト部品は錆びません。
ただし、亜鉛の表面に保護層が十分に形成されていない場合、「白錆」と呼ばれる腐食が発生します。亜鉛表面に十分な酸素が供給されないと発生するため、白錆は粉状になります。
亜鉛ダイカストは溶接できますか？
いいえ。亜鉛ダイカストは融点が低いため、溶接が難しい場合があります。ただし、Super Alloy 1などの材料を使用すれば、ダイカスト部品をはんだ付けできます。
