ダイカストマシンの選び方｜型締力・金型寸法と周辺設備の検討

型締力は、金型を閉じた状態に保つ力です。溶湯に加わる圧力で金型が開くと、合わせ面の隙間へ金属が入り、バリが発生する原因になります。必要な型締力は、金型を開こうとする力である「型開力」から見積もります。

型を開く方向から見た製品・湯道・オーバーフローなどの全投影面積と、溶湯へ加える鋳造圧力を使います。圧力が一様に作用するとみなす場合、型開力[kN]＝鋳造圧力[MPa]×投影面積[mm²]÷1000で概算できます。この計算に使う圧力は溶湯に加える圧力であり、油圧回路の圧力とは区別します。

例えば、多数個取りの金型では、全製品と湯道・オーバーフローを含む投影面積を求めます。取り数や湯道配置を変更した場合は、新しい図面で投影面積を計算し直し、必要な型締力を再検討します。

型開力を上回る型締力を候補にし、金型構造や射出時の圧力変動に応じた余裕を検討します。高速で充填した溶湯が急に止まると、一時的な圧力上昇が起こるため、充填終盤の減速制御も確認します。

射出装置は、プランジャと呼ばれる部品を動かし、溶湯を金型へ押し込む装置です。使用する合金に対応する射出方式を選んだうえで、一回に送り込む量と必要な圧力・速度を検討します。

アルミ合金などに使うコールドチャンバー方式では、鋳造のたびにスリーブという筒へ溶湯を入れます。必要な鋳込量には、製品のほか、湯道・オーバーフローやスリーブ内に残って固まる部分も含めます。製品質量と一回の鋳込量を分けて求め、対応するプランジャチップ径と射出ストロークの範囲を調べます。

仕様書の鋳込量が体積で示されている場合は、適用するチップ径を確認します。質量から必要な溶湯体積を求めるときは、対象合金の溶湯密度を確認し、体積＝質量÷密度で計算します。単位をそろえて計算した後、チップ径とストロークに応じた使用可能量を候補機の仕様で確かめます。

プランジャチップは、スリーブ内で溶湯を直接押す先端部品です。チップ径によって押す面積が変わるため、同じ射出力でも溶湯に加わる圧力は変わります。仕様書に記載された圧力がどのチップ径の値なのかを確かめます。

充填時間は、溶湯が冷えて固まる前に製品の端まで届くよう、肉厚・流れる距離・ゲートの断面積から検討します。空打ち時の最高速度は、溶湯の充填抵抗がある状態での速度を保証する値ではありません。必要な速度へ上がるまでの時間、充填中の速度と圧力、充填後に圧力が上がる速さも評価します。候補設備での試作では、湯が届かない箇所、バリ、内部欠陥の有無を確認して射出条件を調整します。

型締力が足りていても、金型の大きさや厚さが取付範囲に合わなければ、その金型を使用できません。マシンの金型取付図と主仕様から、各寸法の位置と許容範囲を確認します。

取出し動作を検討する例として、金型外形はタイバーの内側に収まるものの、製品を保持したハンドを型外へ動かす場面を考えます。型を開いたときの金型間の空間と、製品・ハンドが通る範囲を取付図と配置図で確認します。型開ストロークと、開いた金型の間に確保できる空間は分けて確認します。

射出位置と金型の鋳込口、マシンの押出し機構と金型の押出し部の接続も、取付図で確認します。エジェクタの押出力・ストロークは、金型から製品を押し出す動作に必要な範囲で選びます。金型重量の許容値、吊り込み方法、冷却配管の位置を確認し、取付けや交換ができる配置を検討します。

周辺設備は、溶湯の供給、金型への離型剤塗布、製品の取出しなどを受け持ちます。本体と合わせて選ぶときは、それぞれの装置が何を扱い、どこまで動くかを金型図と配置図で確認します。

この給湯機の説明は、鋳造ごとにスリーブへ注湯するコールドチャンバー方式を対象にしています。射出部が溶湯中にあるホットチャンバー方式には、同じ給湯動作を当てはめません。

離型剤は、金型表面への付着性、離型性、塗装などの後加工への影響から選びます。希釈が必要な製品と原液で使う製品があるため、使用濃度と噴霧条件は選んだ離型剤に合わせます。

取出しロボットとスプレー装置が金型内で干渉しないよう、本体の型開き・押出しと各装置の動作を連携させます。安全柵や非常停止の連携、清掃・点検のための作業空間も、設備全体の配置で確認します。

安全機能では、ガード扉を開けたときに停止する動作、非常停止で止める装置の範囲、停止後の再起動条件を確認します。清掃や保守で動作範囲に入る場合は、動力源の遮断方法と、油圧などの残留エネルギーを除去・拘束する方法を設備の取扱説明書で確認します。

真空装置と金型温調の役割

真空装置は、金型内の気体を排出して、溶湯へのガス巻込みを減らすために使います。金型や配管からの空気漏れ、排気経路の詰まり、射出動作とのタイミングによって減圧状態が変わります。到達した圧力と到達時間を確認できる機能や、異常時に鋳造を止める連携を検討します。

金型温調・冷却は金型の温度を調節するための設備であり、真空装置による排気とは役割が異なります。冷却回路ごとに必要な温度と流量を検討し、離型剤の塗布による温度変化も含めて、鋳造中の金型温度を評価します。

生産数量を検討する際は、型開閉・射出、給湯・塗布・取出しを組み合わせた鋳造サイクルを使います。対象の金型・合金・製品で必要な時間と良品率を確かめ、必要な生産数量を満たせるか判断します。