Review on Die Design for Die Casting

この紹介論文は、「 Journal of Emerging Technologies and Innovative Research (JETIR)」によって発行された論文「Review on Die Design for Die Casting」に基づいています。

Fig. 1. Hot Chamber Die Casting[2] / Fig. 2. Cold Chamber Die Casting[2]

Fig. 1. Hot Chamber Die Casting[2] / Fig. 2. Cold Chamber Die Casting[2]

1. 概要:

  • タイトル: ダイカスト用金型設計のレビュー (Review on Die Design for Die Casting)
  • 著者: Pratibha Walunj, Aditya Rokade, Pradeep Tuljapure, Sujit Survase, Sagar Wagh
  • 発行年: 2019年
  • 発行学術誌/学会名: Journal of Emerging Technologies and Innovative Research (JETIR)
  • キーワード: 金型 (Die), ダイカスト (Die casting), 設計 (Design), 保守 (Maintenance)

2. 抄録:

圧力ダイカストは、非鉄金属鋳物を製造する重要な方法の一つです。これは大規模な製造に広く用いられています。このプロセスでは、永久鋳型またはダイと呼ばれる金型を使用して部品を鋳造します。この文書は、圧力ダイカストに必要な金型設計に関する概要をまとめたものです。湯口システム、金型材料、保守に関する簡単な情報がこの論文で説明されています。

3. 緒言:

ダイカストプロセスでは、溶融した非鉄金属をダイと呼ばれる金属製の金型に圧力をかけて押し込むことで部品が成形されます。金型キャビティは、所定の形状に機械加工された2つの硬化工具鋼ダイを使用して作られ、プロセス中、射出成形金型と同様に機能します。ほとんどのダイカスト鋳物は、亜鉛、銅、アルミニウム、マグネシウム、鉛、ピューター、錫ベースの合金などの非鉄金属から作られます。これらは良好な機械的特性を持ち、クリープがないことが要求されるためです。鋳造される金属の種類に応じて、ホットチャンバーまたはコールドチャンバーマシンが使用されます。
ダイカストは、複雑なエンジニアリング部品の製造に広く使用されています。典型的な用途には、自動車アセンブリや電気モーター/ポンプのハウジング、電子機器の構造部品などがあります。ダイカスト用部品の設計は、良好な鋳物を得るために重要です。これには、適切な湯口システムの提供、均一な金属の流れ、均一な肉厚、ボス、サイドコアの回避、インサートの提供、十分な抜き勾配の提供、最小限の機械加工代の維持などの設計が含まれます。
ダイカストは、Figure 1 および Figure 2 に示すように、ホットチャンバーとコールドチャンバーの2種類に分類されます。亜鉛、錫、鉛合金などの金属は、390°C未満の融点を持つホットチャンバーダイカストで鋳造されるのに対し、アルミニウム合金はコールドチャンバーダイカストマシンで鋳造されます。アルミニウムはダイチャンバー内の鉄部品を溶解するため、コールドチャンバーダイカストでの使用が好まれます。溶融金属との連続的な接触は、取鍋を使用して溶融金属を機械に直接導入することで回避されます。

4. 研究の概要:

研究トピックの背景:

ダイカストは、溶融金属を再利用可能な金属金型（ダイ）に圧力をかけて射出する非鉄金属部品の重要な製造プロセスです。複雑なエンジニアリング部品の大量生産に広く使用されています。

従来の研究の状況:

本稿はダイカストにおける既存の知識に基づいており、金型設計原理、材料選択、湯口システム、および業界の一般的な慣行に関する先行研究を参照しています。材料特性（例：EN8、H13鋼）、湯口およびオーバーフロー設計の計算、欠陥分析などの側面について、既存の規格や文献を参照しています。

研究の目的:

この文書は、圧力ダイカストに必要な金型設計に関する概要をまとめたものです。湯口システム、金型材料、保守に関する簡単な情報がこの論文で説明されています。

中核研究:

本研究の中核は、ダイカスト用金型設計の必須要素を中心に展開されます。これには、金型自体（Figure 3）、金型に使用される材料、コアの配置やエジェクタピン戦略などの金型設計上の考慮事項、オーバーフロー、ゲート、ランナー、ショットスリーブ/スプルーの特定の設計計算が含まれます。また、ワイヤーEDMなどの金型製造方法、金型試験、金型の一般的な欠陥、保守手順についても取り上げています。

5. 研究方法論

研究デザイン:

本稿は、ダイカスト用金型設計における既存の知識と実践をまとめたレビュー論文です。学術出版物や業界標準を含む様々な情報源から情報を編集しています。

データ収集と分析方法:

データは、教科書（Ref., Ref.）、技術論文、オンラインリソース（Ref., Ref., Ref., Ref., Ref., Ref., Ref., Ref., Ref., Ref., Ref., Ref.）を含む既存の文献から収集されます。分析には、この情報を統合して金型設計の原則と実践に関する包括的な概要を提供することが含まれます。

研究トピックと範囲:

本研究は、圧力ダイカスト用の金型設計に焦点を当てています。範囲は次のとおりです。

  • ダイカストの種類（ホットチャンバー、Figure 1; コールドチャンバー、Figure 2）。
  • 金型部品と構造（Figure 3）。
  • 熱疲労、機械的侵食、化学的攻撃などの故障を考慮した金型材料の選択。
  • 特定の金型材料（炭素鋼、低合金鋼、高合金鋼、クロム鋼、タングステン鋼、EN8、H13工具鋼）。
  • コアの配置、エジェクタピンの考慮事項、ベント、スプルー/ランナー/ゲート設計、オーバーフロー設計、ショットスリーブ/スプルー設計を含む金型設計の原則。
  • ワイヤーカットEDMに焦点を当てた金型製造。
  • 金型試験方法。
  • 金型の一般的な欠陥（ヒートチェック、亀裂、侵食）。
  • 金型の保守と点検。
  • ダイカストの用途、利点、欠点。

6. 主な結果:

主な結果:

本稿は、ダイカスト用金型設計の重要な側面を概説しています。金型材料の選択における主な考慮事項には、熱疲労、機械的侵食、化学的攻撃に対する耐性が含まれます。炭素鋼、合金鋼（EN8、H13）などの様々な鋼種が、その特性と用途に基づいて議論されています。[A. Material for Die:]
金型の設計には、固定コアと可動コアの戦略的な配置、アンダーカット用のルーズコアの設計、エジェクタピンの慎重な配置が含まれます。[B. Designing of Die] ベント、スプルー、ランナー、ゲート、オーバーフローウェルは鋳造品質にとって重要であり、空気の逃げ、金属の流れ、熱バランスを考慮して設計する必要があります。[B. Designing of Die, Design: 1. OverflowDesign:, 2. Gate design:, 3. Runner design:, 4. Shot sleeve and sprue design:]
ワイヤーカットEDMは、その精度と最小限の残留応力で複雑な部品を作成できる能力から、金型製造の好ましい方法として強調されています。[C. MANUFACTURING OF DIE] 非破壊検査法をしばしば用いる金型の試験は、長い作動寿命を保証し、潜在的な問題を早期に特定するために重要です。[D. Testing of Die:] 一般的な金型欠陥には、ヒートチェック、様々な種類の亀裂、侵食があり、これらはしばしば熱応力疲労に起因します。[E. Defects in Die's] 定期的な保守と点検は、金型寿命を延ばし、一貫した鋳造品質を保証するために不可欠です。[F. Maintenance]

図の名称リスト:

Fig. 3. Exploded View of Die[5]
Fig. 3. Exploded View of Die[5]
Figure 1. Squeeze casting experimental set-up.
Figure 1. Squeeze casting experimental set-up.
  • Fig. 1. Hot Chamber Die Casting
  • Fig. 2. Cold Chamber Die Casting
  • Fig. 3. Exploded View of Die

7. 結論:

ダイカストプロセスには、優れた寸法精度、高い生産率、滑らかな鋳造表面、薄肉で複雑な部品を鋳造できる能力など、いくつかの利点があります。[Advantages of die casting] インサートを鋳込むことができ、二次的な機械加工操作を削減または排除できることがよくあります。[Advantages of die casting] しかし、微小な気孔の可能性、中空形状や非常に大きな製品の鋳造における制限、高融点合金への不適合性、高い初期投資コストなどの欠点もあります。[Disadvantages of the die casting process] このプロセスは一般的に高流動性金属に限定されます。[Disadvantages of the die casting process]

8. 参考文献:

  • http://ijesc.org/
  • https://www.google.co.in/search?q=hot+chamber+and+cold+chamber+die+casting+ppt&safe=active&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiqjbL-5OrgAhUMQY8KHdqyDycQ_AUIDigB&biw=1396&bih=686#imgrc=
  • P L Jain," Principles of FOUNDARY TECHNOLOGY" 4th edition, TATA McGraw-Hill
  • O P Khanna," Foundry Technology", Dhanpatrai Publication.
  • http://www.custompartnet.com/wu/die-casting (die exploded view reference)
  • E. RAGAN, J. DOBRÁNSKY, P. BARON, T. OLEJÁR, MATERIALS ON DIES FOR PRESSURE DIE CASTING
  • http://www.astmsteel.com/product/en8-carbon-steel-080m40-bs-970/
  • https://www.hudsontoolsteel.com/technical-data/steelH3
  • https://www.americanwireedm.com/edm-services/edm-machining
  • The Die Care and maintenance Task Force of NADCA Die Materials Committee
  • https://www.linkedin.com/pulse/10-maintenance-principles-die-casting-mould-jane-ai
  • https://en.wikipedia.org/wiki/Die_casting
  • http://www.industrialmetalcastings.com/casting_die_casting.html
  • https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-1-4684-7120-5_10

9. 著作権:

  • 本資料は、「Pratibha Walunj, Aditya Rokade, Pradeep Tuljapure, Sujit Survase, Sagar Wagh」による論文です。「Review on Die Design for Die Casting」に基づいています。
  • 論文の出典: [論文にDOI URLは記載されていません。学術誌URL: www.jetir.org (ISSN-2349-5162)]

本資料は上記の論文に基づいて要約されており、商業目的での無断使用を禁じます。
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要約:

「ダイカスト用金型設計のレビュー」と題されたこの論文は、非鉄金属の圧力ダイカスト用金型設計に関わる主要な側面についての包括的な概要を提供します。ホットチャンバーおよびコールドチャンバー方式（Figure 1, Figure 2）を含むダイカストプロセスの基礎を網羅し、材料選択（例：H13鋼、EN8）、湯口およびランナーシステム、オーバーフロー設計、コアおよびエジェクタピンの使用（Figure 3）など、金型設計における重要な考慮事項を詳述しています。また、ワイヤーEDMなどの金型製造技術、金型試験方法、一般的な金型欠陥とその原因（例：熱疲労）、金型寿命と鋳造品質を確保するための不可欠な保守慣行についても触れています。最後に、ダイカストプロセスの用途、利点（例：寸法精度、高い生産率）、欠点（例：微小気孔、高い初期費用）を列挙しています。

研究に関する主な質疑応答:

この論文は、材料選択、湯口システム、保守を含む圧力ダイカスト用金型設計の必須要素をレビューしています。[抄録] その目的は、この製造プロセスに必要な金型設計要件の概要を提供することです。[抄録] 主な結果には、故障の考慮事項に基づいた金型材料選択のガイドライン、ゲートやランナーなどの様々な金型構成要素の詳細な設計原則、製造、試験、保守手順の概要が含まれます。[A. Material for Die:, B. Designing of Die, C. MANUFACTURING OF DIE, D. Testing of Die:, F. Maintenance]

Q1. 金型材料を選択する際の主な故障要因は何ですか？

A1. 主な故障要因は、熱疲労（ヒートチェックを引き起こす）、機械的侵食（金型は摩耗に耐える必要があるが、脆すぎてはならない）、化学的攻撃（脱炭による孔食を引き起こす）です。[Review on Die Design for Die Casting, Section A. Material for Die:]

Q2. ダイカスト設計におけるオーバーフローの目的は何ですか？

A2. ほとんどのアルミニウムダイカスト用途において、非金属介在物や空気の巻き込みを減らし、金型充填中の熱効果のバランスをとるためにオーバーフローが必要です。[Review on Die Design for Die Casting, Section B. Designing of Die, Design: 1. OverflowDesign:]

Q3. ゲート設計において、ゲート面積（Ag）は通常どのように決定されますか？

A3. ゲート面積（Ag）は、式 Ag = 充填率 / ゲート速度 mm² によって決定されます。[Review on Die Design for Die Casting, Section B. Designing of Die, Design: 2. Gate design:]

Q4. なぜワイヤーカットEDMは金型製造において好ましい方法なのですか？

A4. ワイヤーカットEDMは、残留応力を最小限に抑え、早期破損を回避して部品の寿命を延ばし、製造プロセスを効率化するため、他の方法よりも選択されます。[Review on Die Design for Die Casting, Section C. MANUFACTURING OF DIE]

Q5. アルミニウムダイカスト金型の故障を引き起こす2つの基本的な応力の種類は何ですか？

A5. 2つの基本的な応力の種類は、金型の製造中に発生する応力と、金型の使用（活用）プロセス中に発生する応力です。[Review on Die Design for Die Casting, Section E. Defects in Die's]

Q6. 鋳物のシェイクアウト後の検査で発見される一般的な欠陥にはどのようなものがありますか？

A6. 最も一般的な欠陥は湯回り不良と湯じわであり、これらは冷たい金型、低い金属温度、汚れた金属、ベント不足、または過剰な潤滑剤によって引き起こされる可能性があります。その他の可能性のある欠陥には、ガス気孔、収縮気孔、高温割れ、フローマークなどがあります。[Review on Die Design for Die Casting, Section F. Maintenance, Inspection]

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