アルミダイカスト金型設計・製造

A. ダイカスト成形技術の紹介

ダイカストと呼ばれる圧力鋳造は、ダイカストマシンの圧力の使用であり、特定の部品の構造とプロセス要件の設計と金型キャビティの精密製造後によるとで満たされた一定の速度で合金溶融液体、および金型キャビティ、冷却凝固の作用の下で、一定の圧力の下に保つために溶融液体は、一種の高効率、高効率精密鋳造技術の成形。

B. ダイカスト成形技術の特徴と応用範囲

     1、ダイカスト成型技術の特徴
       高圧、高速はダイカスト液体または半液体金属充填成形プロセスの2つの主な特徴だけでなく、ダイカスト成形技術と他の鋳造方法は、最も基本的な違いです。
       2、ダイカスト成型技術の応用範囲  
ダイカスト技術は最も先進的な金属成形方法の一つであり、欠けの少ない、欠けのない製品を実現する有効な方法である。現在、ダイカスト鋳造に使用される合金は、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、銅合金だけに限定されなくなり、徐々に鋳鉄、鋳鋼、その他の鉄合金に拡大してダイカスト鋳造品を生産しています。

C. ダイカスト成形技術の発展動向

ダイカスト成型技術の使用により、ダイカスト成型技術は企業にとって積極的で明らかな経済的利益をもたらす。未来のダイカスト成形
テクノロジーはその方向に進んでいる：
(1)ダイカスト成型技術はインテリジェントな方向に発展している。
(2) 産業技術の進歩に対応したダイカスト用新素材の研究開発。
(3) 自動化レベルを向上させるための新型ダイカスト設備の研究開発。
(4) 新しい検出技術の開発。
(5)ダイカスト新技術の開発、ダイカストプロセスの改善・改良。
(6）、鉄のダイカストの問題を解決するために、ダイカスト金型の寿命を向上させ、生産コストを削減し、徐々にダイカストを製造するために鋳鉄、鋳鋼および他の鉄合金の使用に拡大した。

ダイカスト金型設計

A. ダイカスト金型設計の概要

• ダイカスト、ダイカスト金型、ダイカストマシン、ダイカスト合金は、相互リンクされた調整のダイカストプロセスパラメータを介して、ダイカスト鋳造成形プロセスの共通の完成ダイカスト。ダイカスト生産工程におけるダイカスト金型は、次のとおりです：
• (1).注湯方式、特に内ゲートの位置と注湯方向、オーバーフロー方式の位置を決定し、これらによって溶湯の充填条件と鋳型の状態を決定する；
• ダイカスト金型はダイカストの複製であり、ダイカストの形状と精度を決定する；
• 金型成形面の品質はダイカストの表面品質と脱型抵抗の大きさに直接影響する。
• ダイカスト成型後、ダイカストがダイカスト型からスムーズに外れることを確認し、金型本体を押し出した後、ダイカスト型に変化がないことを確認する。
• 形状、破損などの発生；
• 射出力とインナーゲートの速度が金型に与える衝撃に耐える金型の強度と剛性；
• (vi)ダイカストプロセス中の金型の熱交換と熱バランスを制御・調整する；
• (vii) ダイカストマシンの成形効率を最大化する。

B. ダイカスト金型設計の基本原則

(1）、完全にダイカストと組立関係の他の構造部品の使用を理解し、ダイカストの構造的特性、性能の使用に応じて、金型の設計では、メインとセカンダリを区別するために、金型の構造の重要なポイントを強調するだけでなく、金型工程の処理と組み合わせて、金型分割面の合理的な選択、キャビティの数と金型離型フォームの側面のフォームの起動のフォームのダイカストのフォームのレイアウト。
(2)現場の金型の実際の処理能力を理解して、既存の設備などのユニットの設備と協力することができ、オペレーターの技術レベルだけでなく、現場の処理能力に合わせて金型の構造形式の実用的な設計と組み合わせる。
(3）、金型は様々なプロセス要件のダイカスト生産に適応する必要があり、注湯システムとオーバーフローシステムのダイカストプロセス要件に沿って選択し、特に内側のゲートの位置、内側のゲートの速度と液体の流れの方向は、良好な充填効果を達成するために、ダイカストで欠陥の発生を避けるために、液体金属が円滑かつスムーズに流れるようにする必要があり、キャビティガスの整然とした排出。
(4) ダイカスト製品の安定した品質と安全な生産を確保することを前提に、ダイカスト金型は次のようなものでなければならない：
簡単な構造、高度および適度、正確なおよび信頼できる操作は、操作のプロシージャを減らします。
操作しやすい、安全で速い、摩耗部品を分解しやすい、容易な維持、低い製造原価。
(iii) 高いダイカスト効率、速い金型充填、速い型開き、柔軟で信頼性の高い脱型機構、高度な自動化。
(5）、金型構造部品は機械加工工程と熱処理工程の要求を満たす必要がある。材料の適切な選択、特に金型部品などの液体金属と直接接触する部品は、高品質の耐熱鋼を選択し、硬化処理し、十分な耐熱変形性、疲労強度、硬度などの総合的な機械的特性だけでなく、耐食性を持つようにする必要があります。
(6)、衝撃によってもたらされる相対的な摺動部のマッチング精度の金型温度変化を十分に考慮すべきである。
(7) 金型設計は、経済性を総合的に考慮し、実現可能性に基づいて行う。
金型の全体的な構造はシンプルで、実用的かつ低コストである。
は、経済的で実用的なサイズの適合精度を選択する必要があります。
(iii)鋳造システムの残留材料の消費を減らすことに注意を払う。

通常の設計の基本要件に加えて、特別な配慮が必要である：
1.合理的で先進的な簡単な構造を採用し、工作物の精度と信頼性を高め、構造の剛性が良い、つまり、金型に十分な厚みがあり、金型の変形や割れを防ぐ剛性を確保する。また、金型の分解と交換が容易であることも考慮する必要がある。
金型の寿命を延ばす；
2.金型上の部品は機械加工工程と熱処理工程の要求を満たす必要がある。その後の熱処理を容易にし、応力集中を防ぐために、鋭角や薄壁を避けるか、減らすようにしてください。構造が鋭いコーナーを避けることができない場合は、十分なR角、熱処理割れのリスクを回避するために所定の位置に機械加工後の熱処理を確保するために荒削りにする必要があります。
3.大きいダイカスト金型(パーティング面の投影面積が1平方メートルを超える場合）、移動金型と固定金型の熱膨張の差が大きいためにガイド精度が低下するのを避けるため、四角形のガイドピラー・ガイド・システムを使用すべきである；
4、大型の複雑なダイカスト鋳型の注湯システムと排気システムと冷却システムの設計のために、流れ分析と熱収支分析を行うのが一番です。この配置はランナーシステム（ストレートスプルー、クロススプルー、インナーゲート）と恒温予熱システムの位置、角度の大きさ、数量などを合理的にレイアウトします。ご存知のように、注湯システムは圧力室からキャビティに液体金属であり、キャビティ部品、方向、流動状態に液体金属と密接に関連しており、充填速度、充填時間、キャビティ温度などの充填条件を調整することができます。ダイカスト生産において、注湯システムはダイカスト品質、ダイカスト作業効率、金型寿命（高温、高圧、高速の液体金属による金型キャビティ壁面の洗掘、腐食など）、ダイカスト切断端とクリーンアップなどにも大きな影響を与え、注湯システムを見ることができます。
デザインとその重要性；
5.インナーゲート設計の考慮点
インナーゲートからキャビティに入る高温の金属液は積極的に動的固定モデルの壁とコアに入らないようにし、キャビティの早期浸食、鋳型の固着、割れなどを防止する；多条インナーゲートを採用する場合、数条の収束からキャビティに入る金属液の衝撃によって発生する渦、ガス巻き、酸化スラグなどの欠陥を防止することを考慮する；インナーゲートの厚さの選択は、一般的に経験的なデータに基づいて定められ、金型充填の条件下では、できるだけ大きいものを選択することを推奨し、過剰な圧力射出速度による早期浸食、鋳型の固着、穴あき、割れなどを避ける。充填の条件では、なるべく大きいものを選び、大きすぎる圧縮と射出速度の影響を避け、金型の初期に浸食、金型の固着、穴あき、ひび割れを起こすことを避ける；
6.オーバーフローおよびベントタンクの設計：
オーバーフロー水路の役割は先にキャビティに入った冷たい金属液体と気体に包まれた金属液体を蓄積することであり、また、鋳型の各部の温度を調節して、鋳型の熱バランスを改善することであり、鋳型の寿命を延ばすことに寄与する。一般的に液体金属工程の最後に位置し、適切なオーバーフロー槽を設置することで、充填条件を改善し、鋳物の品質を向上させることができます。排気溝はキャビティから空気と塗料の揮発ガスを排出するために使用され、その位置は内部ゲートの位置と製品の構造に関連しています。液体金属の排出のダイカストによってキャビティガスの注入をできるだけ遠くするために、液体金属充填排気タンクの最後の部分に設定されます。排気タンクは一般的にオーバーフロータンクと結合され、オーバーフロータンクの後端に配置され、オーバーフローと排気効果を強化する。

金型の破損に及ぼす機械加工の影響

周知のように、ダイカスト金型は製造サイクルが長く、旋盤加工、研削加工、フライス加工、ドリル加工、平面加工などの複雑な機械加工が必要である。加工や放電加工（ワイヤーカット、EDM）などの加工がある。その加工品質、特に金型製造工程での表面加工品質とその後の使用工程は、金型の耐破壊性、疲労強度、耐熱疲労性、耐摩耗性、耐食性などに大きく影響する。僅かな加工ミスが鋳型の初期不良を引き起こす可能性がある。例えば、亀裂や熱亀裂はアルミニウムダイカスト金型の一般的な破損現象で、熱疲労、応力、低強度、金型表面の表面荒れなどが原因。

1、切断加工の影響

モジュールは、ワークピース基板の元のバランスの破壊に起因する加工切削工程で、応力を生成し、これらの内部応力は、コーナーや小さな半径の円弧遷移に亀裂や亀裂を生成する熱疲労強度の不足をもたらし、モジュール表面の総強度を低下させます。したがって、鋭利なコーナーはできるだけ避けるべきである。特別な要件がない限り、鋭角コーナーや機械加工カットは応力集中を著しく引き起こす可能性があるため、鋭角コーナーを避け、円弧の曲率半径を十分に大きくする必要があります。例：円弧の半径Rを1mmから5mmに拡大すると、最大内部応力が約40%減少し、金型の靭性が大幅に向上する。モジュールの円弧半径を2mmから20mmにすると、衝撃靭性が4倍になります。同様に、金型表面粗さの大きさも金型寿命に大きな影響を与えます。例えば、明らかなナイフの跡、亀裂、切り傷など、これらの加工欠陥は応力集中を引き起こし、亀裂の根本原因になる。そのため、金型の表面粗さを確保するため、キャビティ表面を研磨し、切り傷などの欠陥を除去する必要があります。冷却水穴あけ加工は、双方向ドリル、ミスアライメント、場所の早期亀裂、水漏れの原因となる場合。金型胚切断代は、鍛造、金型胚の焼鈍後、または金型胚、コアは、空気炉加熱焼入れで処理した後、一般的に脱炭層の一定の厚さがあり、切削加工は、すべての脱炭層を除去しなければならない、十分ではありません。そうしないと、金型の使用中に脱炭層が残り、金型表面の耐熱疲労性が低下し、部品の割れが発生する。

2.粉砕プロセスの効果

ダイカスト金型の熱処理後、研削（クランプ研削、砥石研削を含む）を行うと、次のような問題が発生することがある：
A. 割れやクラックの発生は、砥石が硬すぎる、送り量が大きい、研削速度が速い、研削応力が大きすぎる、冷却が不十分、またはクーラントが適切に選択されていないことが原因です。硬い砥石は、引張応力によって発生する摩擦熱が材料の破壊靭性よりも大きいため、クラックが発生します；
B.研削焼けと表面の軟化。溶融したダイカスト金属と接触して軟化した表面は、その強度が比較的低いため、熱疲労強度も不十分であり、容易に亀裂、浸食および孔食につながる。
C、研削応力。金型表面研削応力があり、金型表面の強度と耐熱疲労性を低下させ、金型タイプのビットコーナーと小さなRアーク遷移の亀裂や亀裂につながる、それは応力を除去する目的を達成するために、焼戻し処理のための20〜30℃の温度の焼戻し温度よりも低くすることができます。

3.放電加工の効果

A. 硬化した明るい白色の層ができる。
金型キャビティの放電加工（EDMおよびWEDM）は一般に、金型の精度を確保するために金型を急冷した後に行われる。加工中、一回の放電で瞬間的に発生する高温（数千度、あるいは数万度）のため、金型表面の金属は急速に溶融、気化、蒸発します。冷却剤の急速冷却の結果、表面から順に、再凝固層（粗打ちの場合、厚さは最大0.2mm、細打ちの場合、最大0.01mm程度）、再焼入れ硬化層（その厚さは一般的に0.05mm以内、過熱焼入れ組織の最も表面側、脆くて亀裂感受性が高い）、高温焼戻し軟化層、通常のマトリックス組織となる。この硬化層の内部、特に再凝固層では、多くの微細な亀裂、亀裂が発生し、再焼入れ硬化層（しばしば真っ白な層または変成層と呼ばれる）にも及ぶ。その存在は、鋳型の初期クラックやクレーズといった事故の原因となる。(例えば、自動車のクラッチハウジングやギヤボックスボディのような金型インサートでは、このようなケースがよく見られます）。そのため、手動研磨、化学研磨、電解研磨などにより、この変形層を完全に除去する必要がある。
B、放電加工面粗さと電気ゲージのパラメータ、電極材料の放電加工との間の関係の疲労強度は、機械加工に比べて、その疲労強度ははるかに低いです。その疲労強度は機械加工のための約60%である1050μ秒のパルス幅で、粗いヒット。
C. 保護措置
放電加工の白い層の深さに関係なく、ダイカスト金型の劣悪な作業条件のために、この白い層を除去（研削）する必要があります。放電加工パラメータを調整し、好ましくは、0.01ミリメートル程度の白い層を制御するために、できるだけ高周波、小さな電流のプロセスパラメータを使用するように粗いと細かい二段放電加工、;放電加工は、白い層を除去するためにサンディングに加えて、しかしまた、すぐに二次のために十分に長い期間実施する必要があります。焼戻し温度は通常、最終焼戻し温度よりも高い。焼戻し温度は、表面の引張応力を完全に除去し、再焼入れ層の焼戻し安定性を向上させ、脆性を低減するために、通常、20〜30℃または30〜50℃の最終焼戻し温度よりも低いです。
一般に、金型表面の切削、研削、放電加工などの欠陥は、金型表面の品質を低下させ、応力集中を引き起こす。ダイカスト金型は高温、高圧の作業条件下で、熱応力と機械応力が交互に作用するため、金型表面に亀裂が生じやすく、亀裂と腐食が生じやすく、金型が早期に破損する。(勿論、鋼材の品質、設計、熱処理、使用、メンテナンスなど多くの要因にも影響されます）。これらはすべて金型設計エンジニア、技術職人、生産オペレーター、品質検査員の大きな注目に値する。合理的な金型表面品質要求を打ち出し、部品の鋭角、小半径の円弧移行接続と明らかなナイフマークを避け、放電加工電気計器パラメーターを制御し、白色光輝層を排除するなどの努力をする。切削、放電加工、クランプ研削の粗さ受入基準を作成し、各工程の検査システムを厳格に実施する。これは効果的に不適切な加工による金型の早期故障を避け、金型の耐用年数を向上させる。

ダイカスト金型の熱処理に関する注意事項：

ダイカスト金型の耐用年数の熱処理の影響は大きく、関連情報によると、不適切な熱処理のために、ダイカスト金型の早期故障が原因で、全体のダイカスト金型の事故44%程度を占めている。鋼の急冷は、実際には、生成された応力は、熱応力と相変化の冷却過程であるときの結果の組織応力の重ね合わせは、高硬度と強度、より脆い、実際には、使用することはできませんと、高応力低靭性状態で急冷鋼。と応力を急冷変形亀裂の原因であり、疲労強度衝撃靭性の低下につながる。このため、鋼は応力を除去するために焼入れ後に焼戻しする必要があります。組織を安定させ、靭性を向上させる。

1、金型焼入れ前の応力除去アニール処理

金型加工の結果、大きな内部応力を発生させ、内部応力反復の発生と熱処理を防止するため、金型の変形や亀裂を引き起こし、機械加工の金型は、脱応力焼鈍処理の前に急冷することが必要である。アニール温度600 ~ 650℃、各25ミリメートルの厚さに応じて絶縁時間、絶縁1時間計算、空冷のうち300℃（また500℃に冷たい）に炉冷却と絶縁。

2、合理的な熱処理プロセスの開発

A. 焼入工程は多段予熱を採用し、昇温速度を厳密に制御する。 1.2343/44型鋼は中炭素高合金鋼に属し、熱伝導率は低合金鋼よりも低い。従って、焼入れ加熱は300℃、650℃、850℃の多段階予熱（2～3段階）を採用すべきである。その目的は、ワークの中心温度と表面温度をバランスさせ、温度差から生じる熱応力を低減させることにある。同時に、加熱中に発生する熱応力を低減するために、加熱速度はゆっくり加熱の原則（100～200℃/h）を実行する必要があります。高温加熱段階では、結晶粒の粗大化を防ぐために高温加熱時間を短縮するために、より速い加熱速度（10〜15℃/ h）を使用することができます；
B. ワークの過熱防止
加熱ステージの温度が通常の焼入れ温度（器具の故障や発熱体の近くにワークピースを配置するなどの原因を含む）を超える場合は、焼入れ温度の上昇、保持時間の延長に伴い、結晶粒は一般的に粗大化し、脆性の組織が増加し、残留オーステナイトの増加、球状炭化物の多角形炭化物への変換があり、メッシュ状の組織が表示され、金型は、プロセスの使用中にクラックが入りやすい；
C. 焼入れ加熱媒体と冷却媒体の選択
今日の世界では、大型で複雑な精密金型や金型表面の酸化脱炭を防ぐために、真空または保護雰囲気の熱処理をより多く使用するために、特に真空高圧空冷焼入れプロセスが広く使用されています。しかし、それは空気冷却速度が低すぎることができないことに注意する必要があります、それは窒素圧力の大きさが十分である必要があり、通常、焼入れ温度（1020〜1050℃）冷から538℃にワークを必要とする° C /分以上のその表面冷却速度の過程で、28以上の冷却速度のワークの心臓のための要件もあります° C /分。温度範囲は、冷却速度が遅すぎる場合、その微細構造の急冷は、それによって鋼の靭性を低下させる、粒界に沿って析出炭化物や他の変態生成物を持つことになり、脆性、使用の過程で早期割れを増加させる。条件に加えて、特に複雑で大きいダイカスト型のために使用することができる漸進的な等温焼入れは、効果的に型の変形を減らし、割れることを避けることができる。
D. 焼き戻し工程
焼入れ後の焼戻し90〜70℃に冷却した後焼入れワークは、焼入れ後のワークが高応力、低塑性状態であるため、すぐに焼戻しする必要があり、割れを引き起こしやすい;焼戻しは十分であること。焼入れ後の大型複雑なダイカスト金型、通常3焼戻し、25ミリメートル断熱材ごとにワークの有効厚さに応じて各焼戻し時間1時間の計算が、4時間未満ではありません。目的は、組織の変形応力を低減し、サイズを安定させることである。

ダイカスト金型の製造とメンテナンスに関する考察

1、金型の予熱が良い

金型組立は試用あるいは通常の生産後、金型を予熱しなければならず、金型温度は均一でなければならない。アルミニウムマグネシウム合金ダイカスト金型予熱温度は250 ~ 320℃を推奨し、金型温度機械の予熱の最適な使用;金型予熱300℃、その衝撃靭性は非常に迅速に改善するが、金型温度が200℃より低い場合、材料の衝撃靭性が大幅に減少し、脆性増加;金型の良い予熱した後、金型のない良い予熱よりも、その熱伝導率はほぼ20%高いです;金型注湯温度と金型表面温度（予熱温度）の差が大きいほど、熱応力が大きくなり、熱疲労やひび割れが発生しやすくなる。日本ダイカスト協会編集の情報によると、金型温度は250℃から350℃まで、つまり注湯温度と金型表面温度の差は100℃を下げると、金型寿命はほぼ10倍に向上させることができる。

2、正しい鋳造プロセスを開発する

注湯温度は高すぎず、適度でなければならない。そうでなければ、注湯温度が高すぎて、流動性はよくなるが、鋳造凝結時間が長く、収縮穴、空気穴ができやすく、鋳型表面の硬度が下がりやすく、粘着性の鋳型があり、亀裂が生じる。ダイカストマシンのクランプ力を調整し、金型の力が均一になるようにする。充填速度と充填圧力を正しく選択（調整）する。充填速度（排出速度）が高すぎると、ガス排出を助長するが、鋳造の機械的性質や表面品質の劣化になりますが、低すぎる充填速度は、金型の損傷チャンスを浸食や粘着によるキャビティ表面を増加させます。同様に、充填圧力を上げると、ノズルの充填速度も上がります。つまり、適度な値に調整することです。

3、製造中に冷却水を止める

ダイカスト鋳造の注湯作業を中断する場合、冷却水を止め、鋳型の温度が下がり過ぎないようにしてください。

4、 適切な離型剤の選択と正しいスプレー方法

ダイカスト鋳造の金属溶液の接触空洞の表面にスプレーして、その主な役割は空洞の表面の金属液の付着を避けて、鋳造と壁の分離を確保して、金型の寿命を延ばす。離型剤には水、油があり、近年は粉粒状離型剤も開発されました。要求：離型剤は鋳物の表面品質に悪影響を及ぼさない、煙の臭いが発生しない、残留物を残さない。離型剤の濃度は適当で、よく攪拌し、決して沈殿させない、さもなければ鋳型の空洞が極度に冷えて熱疲労亀裂を起こす。散布量は少なくし、均一に散布し、皮膜の形成は薄くする。溶射量が多すぎると、鋳物の緩み、スラグ、ブリスター、ポロシティなどの欠陥の原因となる。水溶性離型剤の噴霧効果がよくない場合、油性離型剤または粉末離型剤を選ぶべきである。ただし、真空下で使用する必要があります。鋳型の離型が速くて、生産性が高くて、品質が良くて、鋳型の熱応力が少なくて、鋳型の寿命が長くなる。

5.鋳造アルミ合金の品質がアルミ合金の組成を保証していることを確認する；

アルミニウム合金の溶解と保持タンクを分離しなければならない。中央溶解は酸化物のようなガスの含有量を厳密に制御する必要があり、スクラップや炉に戻る材料が直接保持炉に追加されることは絶対に避けなければならない、そうでなければ、それは金属溶液を汚染し、真剣に鋳物の品質を低下させるだけでなく、また、金型の固着や腐食を引き起こしやすくなります。アルミニウム合金溶液のFe含有量は0.7 ~ 1.3%の間に制御する必要があり、0.7%未満は鋳型に付着する現象を引き起こしやすく、1.3%を超えると金属化合物の硬い点を形成し、浸食を引き起こします。

6、良好な金型メンテナンスシステムを確立し、金型が良好な状態で使用できるようにする：

A、適時に金型を清掃し、キャビティ残渣とフライングエッジを除去します；B、損傷した部品を交換または修理します；C、定期的に金型の応力除去処理を行います：金型の初回試運転の応力除去処理は約2000~5000個の金型を使用します；2回目の応力除去処理は10000~20000個の金型を使用します；残りの各応力除去処理の間隔は、上述と同じで、最大15000個の金型を超えることはできません。D.金型を一定期間使用した後、金型表面の硬度が低下し、金型がくっつく現象が現れるので、金型表面を平滑に研磨し、窒化処理を行い、窒化層の厚さを0.08～0.12mmにするか、または窒化＋酸化複合処理を行い、金型の寿命を効果的に向上させる。