アルミニウム及びマグネシウム部品の半凝固溶湯ダイカスト
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(2) 9 4 4. 鋳. 物 第 6 7巻(19 9 5 )第 1 2号. pQ ・ Dlagram. C o n v e n t l o n a lShotU n i t. ， PM[barj. SC=150% MorePower F i g .2 Theb a s i ch y d r a u l i cc o n c e p to ft h eSCmachinecomparedt oac o n v e n t i o n a ld e s i g nandt h e s o c i a 飴 dp e r f o r m a n c ec o m p a r s i o n. 鰯. し，シリンダに直接組込まれた位置・速度センサで計測 し速度を制御する.増圧機能は，射出サイクルの最後 に射出シリンダのロッド側とヘッド側の圧力変換器を使 用して直接圧力を制御して行う. 半凝固溶湯ダイカストでは，誘導加熱されたスラグを ロポット ? で射出スリープに装てん，鋳造する，その時の 国相率は 60%. 液相率は 40%である.スラグが柔ら かい状態の時に，型締め動作とスラグ挿入を同時に行え る.このことと，金型への入熱が少ないことからスプ レーを減少できることにより，通常のダイカストに比較 するとサイクルタイムは 20%短縮できる.ビューラ一 社の鋳造機 H-630SCを基にした代表的な SSM鋳造設 備を F i g . 3に示す. 半凝固溶湯鋳造を行う時には，地金の溶解は必要な し加熱処理だけカ宮必要で，成分分析の保証はピレット 供給者側で行われ，鋳造時の溶湯処理ロスはない.この 恩恵は，溶解に必要な基本的設備を徹底的に削減するこ とを可能にし，そして特にマグネシウムの SSM鋳造で. F i g .3 Layouto fanSSMc a s t i n gi n s t a l l a t i o n d e s i g n e dt op r o d u c eupt o2 5 0kg/hp a r t s. は，マグネシウム溶湯ダイカストにおけるマグネシウム 浴湯処理のコスト要素を省略することができる.. だけ加熱エネルギーを受ける.. 現在使われている一般的な SSMの加熱は，誘導加熱. 半凝固素材はその固有の性質であるチクソトロピック. を利用する方法で，これは変化する条件に素早く応答す. 特性を有し，柔らかい状態で加熱ステーショ ンから国体. ることができ，汚染のない制御しやすい方法である.必. と同じ取扱いで取り出される.射出スリープの受湯穴に. 要とするエネルギーは，比較的小さく，経験的数値を挙. 代わる長い溝で鋳造射出できるスラグを受け入れる.. げるとアルミニウム合金では. l kW'h/lkg.. アルミニウム合金の SSMダイカストはピューラ一社. 一速の加熱コイルは，円形の回転テープルの周囲に. により初めて開発され，その時は，多数個取りの自動車. 配列され，テープル送りごとの各々の加熱ステーション. 用プレーキマスタシリンダ金型が使われた.現在，ヨー. では上昇および下降する.この方法では，スラグはコイ. ロッパと USAの量産設備では多種類のアルミニウム部. ルからコイルの各スッテプで分割された短い設定時間. 品とマグネシウムの試作部品が作られている..
(3) 9 4 5. アルミニウム及びマグネシウム部品の半凝固溶湯ダイカスト. 3 . キャピテイ圧力センサと温度センサ 鋳造機の基本機能に更に二つの非常に使いやすいプロ セスセンサを使うことも可能である.最初のものは，ピ エゾ電気効果を利用し，キャピティ圧力(あるいはラン ナやオーパフロー圧力)を直接計測する. 2番目のもの. F同 e z i n g 制me. は，サーモカップルを使い鋳造メタルの温度を針測す る.. 半凝固溶湯ダイカストの経済性，生産性，優位性，特 性について述べる.鋳造品及び熱処理後の製品の機械的 諸性質のデータと他の鋳造法と比較すると次のようにな る.信頼できる機械システムで構築された SSMダイカ ストは，金型から直接最終部品が得られ，コストと性能 の両点で非常に有利で，金型鋳造や場合により鍛造部品 に匹敵する製品を提供できる. SC鋳造機のリアルタイ ム制御との組合せにより，このセンサは工程の改良を行 うだけでなく，価値ある役割を演じ，工程の計測と記 録，そして生産の保証を確実に行う.. 4 . 半凝固溶渇ダイカストの利点 溶湯の取扱いが完全に不要になるというこの特殊な製 造方式の優位性のほかに，更に SSMダイカストには技 術的な利点がある 2) 合金が半凝固で鋳造される時は， 鋳造温度は，通常より 1 00・ Cあるいはそれ以上低い.. HI 刷 骨 髄s u r o010Cas t l n g. 4 同 6 . 5s o c・7 9 s e c s/h-4 6c y c l es/h 7 7c y c l e. SSMCa s t l n g. 3 6 . 5s e c6 2s e c s/h・5 8c y c l es/h 9 8c y c l e. F i g .4 Cycletimea n a l y s i scom 開 r ingahighpre 自s u r ed i ec a s tandSSMc a s t i n gp r o c e s sf o rthep r o ductionofacoredautomotivebrakecomponent がそれら製品の最大市場占有率を占め，今日市場で購入. さらにスラグは柔らかい国体の状態なので，スラグの供. できる唯一のアルミニウム合金の半凝固材料といっても. 給と型締め動作が同時に行え，その後，材料は射出力に. 驚くことはない.この合金だけの生産能力は，横型ダイ. より鋳型に充てんされる.このことはまた金型に対する. カスト機で鋳造できる潜在的な市場量の約 2倍ある.. 熱負荷が本質的に減少することを意味する.金型の熱吸. しかしながら，マグネシウム合金を含む他の合金や二次. 収が少ないだけでなく(最大 50%減小)，製品押出し後. 合金そして鍛造用合金が入手できるようになるのは時間. の金型温度を正常にするためにスプレーを減らすことも. と需要の問題だけである.確かに AA319，332，355，. 必要になる.. Fig.4に通常のダイカストと比較したサイクルタイム. のような銅含有合金も候補になっており，同様に半凝固 鋳造用に新しい合金設計も行われている.最初の半凝固. の分析を示す.この事例では，自動車用プレーキ部品で. マグネシウム合金 AZ91Dの試作鋳造は既に行われ，. 大きな中子が 1個あり，サイクルタイムは SSMダイカ. 開発も進行している叫.. ストの方が約 25%短いことが分かる. 射出時に合金の約 60%が固相なので，凝固時のひけ 巣の発生は少なく，そして鋳巣のできる傾向も少ない.. 5.2 製造部品 半凝固溶湯ダイカスト法はピューラ一社で開発され， 試作品として伝統的な金型鋳造部品が使われた. Fig.5. しかしながら，射出充てんサイクルの最後には高いキャ. にこの時の自動車用ブレーキマスタシリンダ 4個取り. ピティ圧力が収縮に対する補給と本質的に巣のない部品. の製品を示す.特に重要なことは，薄肉部も際立って再. を作るために必要である.. 現性よく鋳造できることである.鋳造時には 40%の液. 5 .用. 途. 中目率であるにもかかわらず，材料の湯流れはよく，ゲー トから一番遠いリング状の肉厚 lmmのオーバフローの. 5 . 1 合 金. 薄肉部へ充てんする.この最初の開発部品により高品質. 半凝固溶湯ダイカストの今日の主目標は， 高品質のア ル. 部品を全自動で多数個取りでき，この工法の経済性を確. ミニウム鋳造品であるため， A 1S i 引 nass%Mg( AA356). 証できた..
(4) 9 4 6. 鋳. 物 第 6 7巻 ( 1 9 9 5 )第 1 2号. F i g .5 SSMc a s ta u t o m o t i v em a s t e rb r : 拍車 c y l i n d e r I l u s t r a t i n gt h e出 i nand t h i c kw a l l andas e c t i o ni 岨開.b i l i t yw i t hSSM伺 . s t i n g(SSMc a s tT5 ). F i g . 7 SSM回 s ta u t o m o t i v et i er o dend( A l・S i 7 mass% Mg，SSMc a s tT6 ). F i g .8 SSMc a s ta u t o m o t i v ef u e li n j e c t i o nr a i l ( A l S i 7m a s s%Mg ，SSMαstT 5 )( C o u r t e s yS t a m p a l s . p . a .. l t a l y ). F i g .6 SSMc a s ta u t o m o t i v er a c kandp i n i o ns t e e r ingho 田 i n g( A トS i 7mass% Mg， SSMc a s tT5 ) さらに最近，ヨーロッパや USAで，多くの顧客が特 別な試作部品の開発計画を広範囲な経験から起こしてお り，顧客の現場に生産設備が導入されている.それら. SSMダイカスト自動車用部品の例を Fig.6-9に示す. これらの製品は， SSMダイカスト部品が魅力的に金型 鋳造あるいは鍛造アルミニウム部品から置き替わり，ま た問機に重量軽減が特に重要な鋳鉄部品から取り替わる ことができることを示す.. F i g . 6 )は，今日一 ラックとピニオンハウジング部品 ( 般的に高圧ダイカストで製作されているが，生産が相当 難しい製品である.この例では，湯流れ予測ができるの で射出工程の最適化が簡単にでき，. X線検査で健全な半. 凝薗鋳造製品の作製が 5日以内で終わった.表示した. F i g .9 SSMc a s tauωmotiveb r a c k e t( A lS i 7mass % Mg ，SSMc a s tT6 ). 6 .特 性. タイロッドエンド，燃料レール，プラケット部品は，従. T a b l e1に SSMダイカスト部品から得られた代表的. 来，それぞれ，鉄，アルミニウム鍛造，高品質アルミニ. 特性を示す.類似のデータが他でも計測され，確認され. ウム鋳物等で作られていた.これらの部品は，アルミニ. ているお.一般的に普通の T5処理だけでしばしば満足. ウム SSMダイカストにとって新しい市場を開く象徴で. できる十分な機械的性質が得られる. T5処理の場合，. ある.. 鋳造された部品を水冷後時効させる.それゆえ，必要な ものは低温時効炉だけであり，工程も投資も大きく削減.
(5) アルミニウム及びマグネシウム部品の半凝固溶湯ダイカスト. 947. Table1 Mechanicalpropertydatageneratedfromt e s tbarsmachinedfromcastparts (Datadevelopedi n cooperationwithAlusuisse-LonzaAG) U l t i m a t eT e n s i l e S t r e n g t h. Y l e l d S t r e n g t h. 除i. 陥i. E l o n g a t i o n. H a r d n e s s. %. B r i n n e l l. 5 6 357 A356 357 A35 6 357. A35 6. 357. AsCast. 32. 32. 1 6. 1 7. 1 4. 7. ω. 75. T4( 5 2 0 .C .2同 u r s n c / 司 WaterQue 4daysR ∞mT.). 36. 40. 1 9. 2 2. 20. 1 5. 70. 8 5. T5( 1 8 0 .C .2hou除 a i r∞ 0 1 ). 38. 42. 27. 2 9. 1 0. 5. 80. 9 0. T6( 5 2 0 .C .2h o u r s WaterQuench 1 6 0 .C .7加 u r s ). 46. 48. 35. 38. 1 2. 9. 105 115. 伺 1 diec 舗t a s o y ( 3 8 0 ) T y p i T印 刷l 問r m a n e n tmold c a s t剖i o y ( 伺5 6T61). 却. 48. 24. 3. ω. 4 1. 30. 1 0. 90. Table2 Calculatedrawpartc o s t sforcompetingprocωsbasedassumingacommoninstaUedcostb幽 i s ( I a b o u re t c ). 1 a 1Cost Pounds R e l a t l v eraw P o t e n t l a lt o R e l a t l v eMater -P u r c h a s eP r i ω r e d u ω p e rP a r t P a r tC o s t M a c h l n i n g -R e c y c l l n g Y i e l d SSMCast. 1 . 7. 0 . 6 5. 1 . 1. H i g h. l dC a s t PermanentMo. 1 . 0. 1 . 0. 1 . 0. 一. S q ueeZ9C制. 1 . 4. 0. 9. 1 . 2. Moderate. できると同時に急冷時の変形は回避できる. T6処理の場合，急冷と時効させる前に，部品を最初. ・. 520C で浴体化処理する. したがって， T6処理は，設. 的に製品重量 を削減でき(最高 40%)，高い合金価格を 補正する . また SSMダイカストの生産性の増加(サイ クルタイムの削減)は，高い設備コストを補正する.. 備と変形の危険が増えるが，最高の性能を必要とする高. したがって，市場において SSMダイカスト部品は伝. 度な部品には.優れた機械的性能を提供する.最大の伸. 統的な高品質部品に対して価格の上で対抗でき，また機. ぴと i 鹿度な強度を持った中間的処理は T4処理が適して. 械加工の削減，よりよい品質とその安定性から，製造に. いる. T4処理は， T6処理温度 (520 C)の加熱と水冷. かかるトータルコストを実質的に改善することができ. を 行 う が 人 工 時 効 は 行 わ な い . T4処理の条件で.. る.. ・. A I ・g・7mass% Mg (AA3 56)合 金 で は 最 高 20%の伸. びが可能である.. 7 . 工程の経済性. 通常機械加工される鋳造部品のいろいろな特色は， SSM製品の許容範囲として鋳造できる. Table2は SSMダイカスト製品のコストと対抗する他の製品とを. 人件費，エネルギー代，保守費等比較できる数値を使い. 半凝固 i 容湯ダイカストには，スラグ加熱装置を特別に. 比較計算した結果である.しかし，ここでは，工程の安. 投資する必要があり，また現在の材料価格は一次合金価. 全性の改善，一つの金型と一台の鋳造機と周辺機器から. 格より高いが，経験から得られた価格モデルでは，原製. できるすべての製品にとって必要な品質管理項目を削減. 品価格は他の鋳造方法と十分に競争できる.これは実質. することに対する評価は行わなかった.マグネシウム合.
(6) 9 4 8. 鋳. 物 第 6 7巻 ( 1 9 9 5 )第 1 2号. 金の同様な計算もマグネシウムの溶解工程が不要である. a n dM a t e r i a l sA u s t r a l a s i aL t d .の会議で発表したもの. ことを考慮しなくても相当な経済的利益を得られること. である .. を示している引.. 8 .結 雷 ピューラ一社の横型 SC鋳造機による新しい鋳造技 術，半凝固溶湯鋳造は，金型鋳造製品や場合によっては 鍛造製品の価格と品質の両方で競合できるアルミニウム 部品を製造できる.このように，この技術は，技術を基 本とする鋳造者が高い収益のある部品を生産できる新し い市場を開発した.この技術の最初の参入者が，金型鋳 造と鍛造会社であることに驚くことはない. 鮒 辞. この論文は， 1 9 9 5年 G o l dC o a s tの I n s t i t u t eo fM e t a l s. 文 献. 1 ) K .P .Young a n dK .B r i s s i n g:“ 百l eSC m a c h i n e . r e a l也問 powera n d∞n t r o lf o ra d v a n v e da p p l i α. t i o n s "，P r o c e e d i n gN o r t h Am e r i c a nD i eC a s t i n g C o n f e r e r 悶， C l e v e l a n d( 1 9 9 3 1 0 ) 2 ) K .P .Young: “SSM C a s tA u t o m o t i v e Compor o c e e d i n gNorthAmericanD i eC a s t n e n t s "，P l e v e l a n d( 1 9 9 3 1 0 ) i n gC o n f e r e n c e，C 3 ) ] .P .G a b a t h u l e r，H . ] .Huber，] .E r l i n ga n dK .P . Young: P r o d u c t i o no fH i ghQ u a l i t yP a r t s "E .M.R .S. S p r i n gM e e t i n g ，Symposiumon“ ' A d v a n c e si nS o l i ・ 岨c a t i o nP r o c e s s "，S t r a s b o u r g ， F r a n c e( 1 9 9 3 5 ) 4 ) H .G j e s t l a n d犯 dK .P .Y o u n g :“ S e mis o l i dm e t a l c a s tmagnesiuma l l o ycomponents"lMAA u t o L i v o n i aUSA( 1 9 9 5・4 ) m o t i v eS e m i n a r，.
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図
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