鋳物の品質を左右する「鋳型」の科学：亜鉛合金の硬度と強度を最大化するベントナイトの最適比率とは？ 本技術概要は、Zatil Alyani Mohd Amin氏らによって発表された学術論文「Properties of Zinc alloy cast product with different composition of Silica Sand and Bentonite in Green Sand Mould」に基づいています。ハイプレッシャーダイカスト（HPDC）の専門家向けに、株式会社CASTMANのエキスパートが要約・分析しました。 キーワード エグゼクティブサマリー 課題：なぜこの研究がダイカスト専門家にとって重要なのか 自動車産業や装飾品分野において、軽量化と高機能化の要求が高まる中、亜鉛合金は重要な役割を担っています。ダイカストや砂型鋳造など様々な製造法が存在しますが、特にグリーンサンド鋳造法は、低コストで砂を再利用できるため、多品種少量生産において依然として強力な選択肢です。 しかし、この方法には課題も伴います。鋳型の品質が最終製品の品質に直結するため、鋳肌の粗さ、内部欠陥、機械的強度のばらつきなどが常に問題となります。本研究は、グリーンサンドの主成分であるケイ砂とベントナイト（粘土）の配合比が、鋳造される亜鉛合金（Zn-3Al-2Mg）の物理的・機械的特性にどのような影響を及ぼすかを解明することを目的としています。この研究は、鋳型と溶湯の相互作用という鋳造の基本原理を深く探求しており、その知見はプロセスが異なるHPDCの専門家にとっても、品質向上へのヒントを与えてくれます。 アプローチ：研究方法の概要 本研究では、この課題を解明するために、体系的な実験が計画されました。 研究チームは、ケイ砂とベントナイトの比率を7段階に変化させたグリーンサンド鋳型を準備しました（Table 1参照）。ベントナイトの含有量は、5%から17%の範囲で設定され、水分量は全ての鋳型で一定に保たれました。 この鋳型に、Zn-3Al-2Mg（亜鉛-アルミニウム3%-マグネシウム2%）の三元合金を溶融して注入しました。鋳造後、得られた7種類のサンプルに対して、以下の評価を実施しました。 このアプローチにより、鋳型の組成という単一の変数が、最終製品の複数の品質指標にどのように影響するかを直接的に比較することが可能になりました。 発見：主要な研究結果とデータ 実験の結果、鋳型のベントナイト含有量が鋳造品の特性に顕著な影響を与えることが明らかになりました。 HPDCオペレーションへの実践的な示唆 この研究はグリーンサンド鋳造に関するものですが、その根本的な知見はHPDCの現場にも応用できます。 論文詳細 Properties of Zinc alloy cast product with different composition of Silica Sand and Bentonite in Green Sand
重度の塑性変形（SPD）技術が金属部品の耐食性と硬度をいかに向上させるか：最新研究の解説 本技術概要は、Konrad Skowron氏による学術論文「Properties of the nanocrystalline layers obtained by methods of severe plastic deformation in metals and alloys for biomedical applications」（2021年）に基づいています。HPDC専門家のために、CASTMANのエキスパートが要約・分析しました。 キーワード エグゼクティブサマリー 課題：なぜこの研究がHPDC専門家にとって重要なのか 高性能な金属部品の寿命と信頼性は、その表面特性に大きく左右されます。特に、疲労破壊、摩耗、腐食といった劣化プロセスは、部品の表面から発生することがほとんどです（Introduction, p. 17）。従来、物理蒸着（PVD）や化学蒸着（CVD）のような表面コーティング技術が用いられてきましたが、基材との密着性に課題が残る場合があります。 これに対し、重度の塑性変形（SPD）を基盤とする表面改質技術は、部品自体に大きな塑性ひずみを加えて表層を自己的にナノ結晶化させるため、基材と一体化した強固な改質層を形成できるという利点があります（Introduction, p. 17）。この技術がもたらす微細構造の変化と、それが硬度や耐食性といった最終的な部品性能にどう影響するのかを理解することは、次世代の高性能部品開発において極めて重要です。 アプローチ：研究手法の解明 本研究では、生体医療用途で注目されるマグネシウム、チタン、316Lステンレス鋼を対象に、2つの代表的なSPD表面処理法を適用しました。 これらの処理によって形成されたナノ結晶層の内部構造、特に結晶格子欠陥の種類と分布を評価するため、本研究では陽電子消滅分光法（PAS）というユニークな分析手法が中心的に用いられました（Abstract, p. 7）。PASは、材料中の空孔（原子空孔）や転位といった微小な欠陥を非破壊で高感度に検出できるため、塑性変形によって導入された欠陥構造を詳細に解明するのに適しています。このほか、マイクロ硬度試験、X線回折（XRD）、電子後方散乱回折（EBSD）、電気化学的腐食試験などが組み合わせて用いられました。 ブレークスルー：主要な研究結果とデータ 本研究により、SPD処理が各種金属の表面特性に与える影響について、以下の重要な知見が得られました。 実践的な示唆：あなたのHPDCオペレーションへの応用 本研究は生体医療用金属を対象としていますが、その知見は、自動車、航空宇宙、エレクトロニクス分野など、高い表面耐久性が求められるダイカスト部品にも応用可能です。 論文詳細 Properties of the nanocrystalline layers obtained by methods of severe plastic deformation in metals and
鋳造エンジニアのための重要な発見：この画期的な研究は、シミュレーションが従来のハンズオントレーニングに代わり、収縮、ホットスポット、流動性といった複雑な鋳造コンセプトのより深い理解をいかに提供できるかを示しています。 この技術概要は、[Dr. Sam Ramrattan, Dr. Matthew Cavalli P.E.]によって執筆され、[American Society for Engineering Education (ASEE)]から年に発行された学術論文「[Promoting Distance Learning in Metal Casting by Implementing Four Simulation Activities]」に基づいています。HPDC専門家のために、CASTMANの専門家が要約・分析しました。 キーワード エグゼクティブサマリー 課題：この研究がHPDC専門家にとって重要な理由 数十年にわたり、金属鋳造の教育はハンズオンの実験室体験に大きく依存してきました。。しかし、COVID-19パンデミックのような前例のない状況は、この伝統的なモデルに挑戦し、教育の継続性を脅かしました。。この問題は学術界に限ったことではありません。産業界は、ファウンドリ4.0の原則に沿って、デジタルツールに習熟した次世代のエンジニアを必要としています。。本研究は、シミュレーション技術を活用して理論と実践の間のギャップを埋めることにより、この差し迫ったニーズに対応します。これはパンデミック中の必要性から生まれた解決策ですが、将来の工学教育と労働力育成に広範な影響を及ぼします。 アプローチ：方法論の解明 この研究では、従来の金属鋳造コース（EDMM 3520）を8週間の遠隔学習形式に転換しました。。ハンズオンの実験室を代替するために、研究者たちは学生が段階的に概念を構築できるように、4つのシミュレーション活動を慎重に設計しました。彼らは、学生が標準的なノートPCでアクセス可能な、合理化された5段階のプロセス（モデルのインポート、部品の選択、コンポーネントの作成、プロセスの設定、シミュレーションの実行）を使用する鋳造シミュレーションソフトウェアを選択しました。。このアプローチは、従来のコースの実践的な側面を模倣するだけでなく、業界でますます普及しているツールを使用して、学生が現実世界の鋳造問題を解決する力を与えました。。 ブレークスルー：主要な発見とデータ この研究は、4つの対象を絞った活動を通じて、シミュレーションベースの学習の有効性を体系的に実証しました。 HPDC製品への実践的な示唆 この学術研究は、現実の製造環境に直接的な影響を与えます。 論文詳細 [論文名] Promoting Distance Learning in Metal Casting by Implementing Four Simulation Activities 1. 概要: 2. 要旨: 金属鋳造業界には、北米で30未満の認定鋳造教育財団（FEF）の大学/カレッジしかありません。このため、質の高い教育プログラムを支援し、維持することが重要です。過去35年間、金属鋳造シミュレーションツールは、主に研究開発において学界と提携してきました。同時に、金属鋳造業界は、シミュレーションが主要な役割を果たす製造へのデジタルアプローチを採用しています。教育機関は、学部レベルで凝固およびシミュレーション技術を取り入れる必要があります。凝固シミュレーションは、遠隔学習を介した入門工学コースで、学生の金属鋳造概念の理解を支援する効果的なツールとなり得るでしょうか？著者らは、実際のシミュレーション問題（鋳物のホットスポット検出、鋳物の表面積対体積の問題、様々な鋳造合金の流動性、設計最適化、歩留まり計算）を含む一連のモジュールの使用を拡大することを調査しました。流動および凝固シミュレーション活動の実施は、COVID-19パンデミックが工学コースの従来の対面およびハンズオン学習活動を禁止したときに、金属鋳造入門コースで探求されました。参加者は、2020年夏学期中のウェスタンミシガン大学の2年生/3年生レベルの工学学生18人でした。鋳造流動および凝固予測分析は、コースに先立ってゲート設計が実験的に評価された実際の鋳造試験から検証されました。有効性の研究は、凝固シミュレーション活動の前後のコース課題および試験スコアの評価を比較した後に報告されました。コース評価の最後に、遠隔学習凝固シミュレーション体験に関する学生からのフィードバックが求められました。シミュレーション活動が説明され、出力分析が提供されました。この経験は、遠隔教育における効率的で効果的な教育ツールとしてのシミュレーションの役割についての洞察を伝えました。結果は、どのプラットフォームでも金属鋳造入門を教える際のシミュレーションソフトウェアツールの採用と実施を支持しました。 3. 序論: 金属鋳造入門コースは、何十年もの間同じ方法で教えられてきました。このコースの前提条件は、材料科学（冶金学、流体力学、熱力学）の理解を必要とします。。最終的に、コースの実験室部分は、成形、溶解、充填の側面を実証するために使用され、産業安全も忘れられていませんでした。場合によっては、鋳造シミュレーションソフトウェアが提示または実演されますが、その技術は金属鋳造入門の教育学の中心ではありません。鋳造シミュレーション技術は、凝固、ライザー、ゲート設計を含むより高度なコースのためにしばしば予約されています。。本稿の著者らはこの考えを支持し、主題の適切な理解のために理論と実践の両方を提供する金属鋳造カリキュラムを奨励しています。2020年、COVID-19の発生は、社会に前例のない課題と運営上の混乱をもたらしました。鋳造業界は、訓練/教育を受けた労働力に関する不足に対処し、金属鋳造教育を改善するためにギアを切り替える必要があります。パンデミックは、教育においてスマートで回復力のある戦略が必要とされる私たちの世界を変えました。
バリューストリームマッピング(VSM)でダイカストの生産性を6%向上：学術論文から学ぶ、製造現場のムダ削減術 本技術概要は、Pradip Gunaki氏およびS.N. Teli氏によって執筆され、Journal of Emerging Technologies and Innovative Research (JETIR)に2015年に掲載された学術論文「Productivity Improvement by Value Stream Mapping in Die Casting Industry」に基づいています。ダイカスト専門家の皆様のために、株式会社CASTMANのエキスパートが要約・分析いたしました。 キーワード エグゼクティブサマリー 課題：なぜこの研究がダイカスト専門家にとって重要なのか グローバル市場での競争が激化する中、製造業はより高い柔軟性、競争力、高品質な製品を低コストで提供することが求められています。。特に、顧客の要求が多様化し、カスタマイズ品の受注が増加するダイカスト業界において、生産システムの効率化は喫緊の課題です。本研究で対象となった企業（論文内では「XYZ社」）では、価値を生まない「非付加価値活動」が原因でサイクルタイムが増加し、顧客の要求納期を満たすことが困難になるという問題に直面していました。これは、多くのダイカスト工場が共感するであろう、生産性と顧客満足度の間で板挟みになる典型的な状況と言えます。この研究は、こうした現場の切実な課題に対し、リーン生産方式の強力なツールを用いて解決策を提示するものです。 アプローチ：研究手法の解明 本研究では、生産性向上のための核心的なツールとしてバリューストリームマッピング（VSM）が採用されました。VSMは、トヨタ生産方式を源流とする可視化ツールであり、材料が顧客の手に渡るまでの全プロセス（付加価値活動と非付加価値活動の両方）をマップ化し、無駄を特定・削減することを目的とします。。 研究チームは、以下のステップでアプローチしました。（Figure 1参照） このシミュレーションとの統合アプローチ（Figure 2参照）により、勘や経験だけに頼らない、データに基づいた確実な改善プロセスを実現しています。 ブレークスルー：主要な発見とデータ 本研究から得られた最も重要な結果は、VSMとシミュレーションを用いた体系的なアプローチが、生産性向上に直接的な効果をもたらすことをデータで証明した点です。 貴社のHPDCオペレーションへの実践的な示唆 本研究の結果は、理論に留まらず、実際のダイカスト工場のオペレーション改善に直結する貴重な知見を提供します。 論文詳細 Productivity Improvement by Value Stream Mapping in Die Casting Industry 1. 概要: 2. 論文要旨: バリューストリームマッピング（VSM）は、付加価値を生まないステップを特定し、除去または合理化することによって、製造、生産、ビジネスプロセスにおける無駄を明らかにする評価を得ています。プロセスの現状を反映するためにフロー図が描かれます。非付加価値活動は、各ステップ内およびステップ間で、時間とリソースの無駄によって特定されます。このプロセスは、シミュレーションソフトウェアの助けを借りて分析され、それを必要最小限の活動にまで劇的に削減・単純化する機会を探ります。無駄を減らすことで、プロセス全体における付加価値時間の割合が増加し、プロセスのスループット速度が向上します。これにより、再設計されたプロセスはより効果的（正しいことが行われる）かつ効率的（より少ないリソースで済む）になります。本稿では、Arenaシミュレーションソフトウェアを用いて、ダイカスト業界における非付加価値活動を排除するための是正手法について説明します。再設計されたプロセスは、プロセスのステップと情報の流れが再設計、単純化され、コストが削減され、生産性が向上した未来の状態でフローチャート化されます。 3. 序論: バリューストリームマップは、顧客にとっての価値を創造するプロセス/活動のエンドツーエンドの集合体です。バリューストリームとは、製品を主要なフロー、すなわち(a)原材料から顧客の手に渡るまでの生産フロー、および(b)コンセプトから市場投入までの設計フロー、を通じて送り出すために現在必要とされるすべての活動（付加価値および非付加価値の両方）を指します。。グローバル市場における競争の激化は、メーカーに柔軟性、競争力、高品質な製品を提供し、生産コストの削減を確実にする生産システムとプロセスの開発を強いています。。VSMは、無駄を特定し排除することに焦点を当てた経営哲学を適用することにより、コスト削減に重点を置いています。。 4. 研究の概要:
高整合性ダイカストにおけるプロセス・金型設計：アルミニウム・マグネシウム合金の鋳造欠陥を克服する 本テクニカルブリーフは、Varun Nandakumar氏が2014年にオハイオ州立大学大学院に提出した修士論文「Process and Tool Design for the High Integrity Die Casting of Aluminum and Magnesium Alloys」に基づいています。ハイプレッシャーダイカスト（HPDC）の専門家のために、CASTMANのエキスパートが要約・分析しました。 キーワード エグゼクティブサマリー 課題：なぜこの研究がHPDC専門家にとって重要なのか 自動車業界では、燃費向上と排出ガス規制の強化という大きな流れの中で、車体の軽量化が最重要課題の一つとなっています。このため、従来の鉄鋼部品をアルミニウムやマグネシウムといった軽量合金に置き換える動きが加速しています。しかし、これらの軽量合金を構造部品に適用する際、製造プロセスが大きな壁となります。 特に、高い生産性を誇るHPDCは、そのプロセス特性上、溶融金属が高速で金型キャビティに射出されるため、空気の巻き込みや、アルミニウム溶湯に溶け込んだ水素ガスに起因する鋳巣（ポロシティ）の発生が避けられませんでした（Figure 11）。これらの内部欠陥は、部品の機械的特性（特に伸び）を著しく低下させ、熱処理時に「膨れ」を引き起こす原因となるため、HPDC製の部品はこれまで、高い強度や延性が求められる安全・構造部品への採用が見送られてきました。 本研究は、この根本的な課題に正面から取り組み、「どうすれば従来のHPDCプロセスで、構造部品に求められる高い品質（高整合性）を達成できるか」という問いに答えることを目指しています。 アプローチ：研究手法の解明 本研究では、高整合性鋳造を実現するために、鋳巣の2大要因である「溶存水素」と「巻き込み空気」をそれぞれターゲットとした、包括的なアプローチを採用しました。 ブレークスルー：主要な研究結果とデータ 本研究により、高整合性ダイカスト部品の製造に向けた、具体的かつ実践的な知見が得られました。 HPDC製品への実践的な示唆 本研究の成果は、理論に留まらず、実際の製造現場に直接応用できる多くのヒントを提供します。 論文詳細 Process and Tool Design for the High Integrity Die Casting of Aluminum and Magnesium Alloys 1. 概要: 2. 要旨: 現代の自動車における高効率化と低排出ガス化の要求は、従来の鉄鋼部品をアルミニウムやマグネシウムのような軽合金に置き換える大きな需要を生み出しています。これらの多くは構造的な荷重を受ける部品です。通常、これは従来のハイプレッシャーダイカスト（HPDC）のようなプロセスが、固有の空気および水素巻き込み問題のために参入できないことを意味していました。しかし、従来プロセスの品質管理を全体的に向上させることで、構造用途に使用可能な高整合性部品を製造することが可能です。本論文では、アルミニウムおよびマグネシウム合金用の高整合性鋳造品を製造可能にするために、従来のHPDCプロセスを改善するいくつかの手法を記述し、テストします。高品質な溶湯を得るための手法が研究され、ロータリー脱ガス装置が同様のアルミニウム合金の2つの実験試行に使用されます。同様に、既存の設備に真空を統合する手法が研究され、チルブロックを備えた真空アシストシステムの金型部分が完全に設計されます。チルブロックの設計は、統合システム工学研究室で利用可能なMAGMAおよびANSYSシミュレーションツールを使用してゼロから行われます。設計パラメータの変更効果を理解するために実験計画が完了します。最後に、最適な設計が3D CADソフトウェアで完成され、その後、自社で製造されます。 3. 緒言: ハイプレッシャーダイカスト（HPDC）は、溶融金属を精密に加工された鋼鉄の金型に射出し、凝固が完了するまで圧力を維持するプロセスです。このプロセスは「原材料から完成品までの最短距離」と呼ばれてきました。HPDCを他の鋳造プロセスと区別する主な要因は、射出される金属の圧力と速度です（Figure
![Figure 2.3 Schematic of a low and high angle grain boundary and the angle of misorientation [8].](https://castman.co.kr/wp-content/uploads/image-2527-570x342.webp)
