金属鋳造で壁厚が異なる部品の設計におけるベストプラクティスは何ですか？

ダイカスト部品を設計する際、壁厚が異なる場合には、特に充填性能、凝固制御、および寸法安定性に関して独自の課題が発生します。壁厚が不均一だと、収縮巣、反り、コールドシャット、熱応力などの問題を引き起こす可能性があります。エンジニアは、これらの問題を防ぎ、強固で製造可能な設計を確保するために、DFM（製造性設計）および金属流動シミュレーション分析に基づいた確立されたベストプラクティスを遵守すべきです。

壁厚の変動を最小限に抑える

過度な壁厚の変動は、均一でない冷却速度を引き起こし、内部欠陥のリスクを高めます。最良の実践は、可能な限り部品全体で±20～30%以内の変動を最小限に抑えることです。

• アルミニウム合金（例：A380）の場合、理想的な壁厚は2.5～3.5 mmです。

• 亜鉛合金（例：Zamak 5）の場合、0.6～1.5 mmの薄い壁でも流動特性が良いため実現可能です。

• 銅ベースの合金の場合、流動抵抗を管理するために4.0～6.0 mmの厚い部分が必要な場合があります。

徐々に遷移させる

厚い部分と薄い部分の間に急激な遷移を避けましょう。壁厚の急激な変化は、金属の流れが乱れ、不完全な充填を引き起こす可能性があります。フィレットやテーパー（抜き勾配）を使ってスムーズな遷移を作成します。

• フィレット半径は≥1.5 mmを使用して、応力集中を減少させます。

• 抜き勾配角度は1°～3°を適用して、離型を容易にし、寸法安定性を保ちます。

熱勾配を制御する

壁厚が異なる部分は、一貫性のない熱放散を引き起こし、局所的な収縮や熱点を生じさせます。設計エンジニアは、設計段階でシミュレーションソフトウェアを使用して熱質量集中を特定し、緩和する必要があります。

厚い壁の代わりにリブを組み込む

強度を高めるために、巨大な壁セクションを作成せずにリブを使用します。リブは重量を減らし、剛性を向上させ、厚い壁の熱保持問題を回避します。

• 推奨されるリブの厚さ：隣接する壁の60～75%です。

• リブの高さは壁厚の3倍を超えてはなりません。

このアプローチは、特に自動車の構造部品や電子機器のハウジングに適しており、これらは通常、アルミニウムダイカストや亜鉛ダイカストで製造されます。

ゲーティングおよびフィーディングシステムを最適化する

厚い部分には、金属流動を確保し、凝固時の収縮を補償するためにゲートやライザーを戦略的に配置する必要があります。

• ゲートは厚いセクションに向けて配置し、重い質量を先に充填します。

• 高圧ダイカスト（HPDC）で薄い壁の早期固化を克服するために、圧力供給ゲーティングシステムを使用します。

金型流動解析を実施する

現代の鋳造設計の重要な部分はシミュレーションです。Neway は流動シミュレーションおよび熱モデリングを使用して、金型製作が始まる前に鋳造欠陥を予測し、排除します。

これにより、次のことが可能になります：

• 熱点の特定

• 空気捕獲エリアの検出

• ランナー幾何学およびゲートの位置最適化

このようなシミュレーションツールは、リブ、ボス、変動する壁ゾーンを持つ複雑な部品形状に特に有効で、手動計算では不足しがちな部分です。

壁厚の変動に合わせて公差を整える

壁厚が異なる部品は、冷却による収縮が異なり、最終寸法に影響を与えます。ISO 8062-3（鋳造公差）に基づいて、現地の壁厚に応じた適切な公差を指定することが重要です。

• 薄肉部分：より厳密な公差（±0.10～0.20 mm）

• 厚肉部分：より緩い公差（±0.30～0.50 mm）

鋳造供給業者と早期に協力することで、すべての形状に対して現実的で機能的な公差を確保できます。

ジオメトリを検証するためにプロトタイピングを使用する

複雑な厚さプロファイルを持つ部品には、ウレタンキャスティングや3Dプリンティングを使用したプロトタイピングが推奨されます。これらの方法により、フルスケールの金型開発前に、アセンブリの適合性、冷却挙動、重量分布をテストできます。

まとめ

壁厚の変動を管理することは、成功した金属鋳造設計の重要な要素です。ジオメトリの最適化、ゲーティング制御、シミュレーション、プロトタイピングなどのベストプラクティスを適用することで、製造業者は高価な欠陥を避け、材料効率を改善し、最終部品の機械的強度を強化することができます。Neway では、すべての鋳造設計が厳格なDFMレビュー、熱モデリング、材料検証を経て、機能的および生産目標を満たすことを保証します。