金属部品の製造方法を選択することは、ほとんどのエンジニアがプログラムごとに一度行い、長年付き合っていく決定です。正しく行えば、単価、リードタイム、品質すべてが整います。間違えると、永遠に部品単価が高すぎるか、設計が必要とする公差を維持できないプロセスに金型をコミットすることになります。
中小規模の金属部品のこの決定を支配する3つのプロセスは、ダイカスト、金属射出成形、CNC機械加工です。これらは十分に重複しており、真の混乱を生み出し、十分に異なるため、間違った選択は高価になります。
このガイドでは、実際に質問を決定する基準でこれらを比較します。
3つのプロセスを簡単に説明
ダイカスト溶融金属を高圧で硬化させた鋼鉄のダイに押し込みます。非鉄合金、主にアルミニウム、亜鉛、マグネシウムに適しており、金型が存在すれば部品を迅速に製造できます。大量生産のハウジング、ブラケット、エンクロージャー、構造部品で最もよく知られています。
金属射出成形通常MIMと略され、微細な金属粉末とバインダーを混合し、プラスチックのように混合物を射出し、次にバインダーを除去して部品をほぼ完全な密度まで焼結します。ダイカストでは扱えない鉄系合金や特殊合金を扱い、大量生産の小型で複雑な部品を製造します。
CNC機械加工固体材料から部品を切り出します。金型は不要で、ほぼすべての金属を扱い、3つの中で最も厳しい公差を維持し、数量1でも数量1000でも部品あたりのコストは同じで、セットアップの償却費は除きます。
決定基準
数量
これは通常最初のフィルターであり、しばしば最後のフィルターです。
機械加工には金型費用がかからないため、低数量では決定的に有利です。数個または数百個の部品は、形状に関係なく、ほぼ常に機械加工が有利です。
ダイカストとMIMはどちらも、生産全体で償却する必要のある多額の金型投資が必要です。特定の年間数量を下回ると、金型は決して元が取れません。それを超えると、単価は機械加工よりもはるかに低くなり、数量が増えるにつれて差は広がります。
正確なクロスオーバーポイントは、部品の複雑さと、機械加工で除去される材料の量によって異なります。単純な材料から迅速に機械加工できる部品は、クロスオーバーポイントが高くなります。長いサイクルタイムと大量の材料除去を必要とする部品は、はるかに早くクロスオーバーします。
境界線に近いプログラムの場合は、適切に計算してください。総コストは、金型費用に単価×数量を加え、各プロセスについて、現実的な生涯数量全体で計算します。
部品のサイズと重量
MIMには厳格な実用上の上限があります。脱脂および焼結段階が部品サイズを制約し、MIMは一般的に小型部品に適しており、通常は約100グラム未満です。より大きな部品は困難で経済的ではありません。
ダイカストは、小型ブラケットからかなりの大きさのハウジングまで、より広いサイズ範囲を扱いますが、主に機械のトン数によって制限されます。
機械加工は、機械のエンベロープと材料の入手可能性によってのみ制約される、最も広い範囲を扱います。
部品が大きい場合、MIMは除外されます。非常に小さくて複雑な場合、MIMが魅力的になります。
材料
これはしばしば決定的な制約となります。
ダイカストは非鉄合金で機能します。アルミニウム、亜鉛、マグネシウムが主流の選択肢です。亜鉛は優れたディテール再現性と長いダイ寿命を提供します。アルミニウムはより良い強度対重量比を提供します。鋼鉄は従来のプロセスではダイカストできません。
MIMはダイカストでは扱えないものを扱います。ステンレス鋼、工具鋼、ニッケル合金、チタン、特殊材料がすべて利用可能であり、MIMがカテゴリとして存在するまさにその理由です。
機械加工は、上記すべてに加えて、鋳造プロセスでは到達できない材料を含む、材料として入手可能なほぼすべてを扱います。
部品がステンレス鋼でなければならない場合、ダイカストはすぐに除外され、選択肢はMIMまたは機械加工に絞られます。
形状の複雑さ
MIMは複雑な形状に優れています。フィードストックは成形中にプラスチックのように振る舞うため、機械加工では高価で鋳造では不可能な薄壁、微細なディテール、内部機能、複雑な外部形状を再現します。
ダイカストは中程度の複雑さをうまく処理し、薄壁と統合された機能を提供しますが、アンダーカットにはスライドが必要であり、金型費用と複雑さが増します。
機械加工は複雑さを扱いますが、すべての機能が機械加工時間を増加させるため、直接的にコストがかかります。深いポケット、小さな内部半径、追加のセットアップを必要とする機能はすべて、CNC機械加工のコストドライバーに関するガイドでカバーされている方法でコストを増加させます。
一般的なパターン：形状が複雑になるほど、成形可能なプロセスは大量生産で有利になり、機械加工のコストは増加します。
公差
機械加工は3つの中で最も厳しい公差を楽に維持し、必要に応じて研削またはワイヤーEDMでさらに厳しくすることができます。
MIMはかなりの公差を維持しますが、焼結段階で収縮が発生し、予測して補償する必要があります。達成可能な公差は機械加工よりも緩く、形状によって異なります。
ダイカストは中程度の公差を維持し、一般的に同等の機能ではMIMよりも緩いです。
重要なのは、鋳造部品とMIM部品の両方が、重要な機能で後から定期的に機械加工されることです。このハイブリッドアプローチは一般的であり、しばしば正しい答えです。鋳造またはMIMでバルク形状を経済的に形成し、次に精度が必要な機能のみを機械加工します。これにより、公差要件を満たしながら、ボリューム経済のほとんどを捉えることができます。
表面仕上げ
ダイカスト部品は、多くの用途に適した良好な鋳放し表面で取り出され、塗装、粉体塗装、またはめっきを容易に受け入れます。
MIM部品は、焼結後の微細な仕上げがあり、多くの場合、鋳放しよりも優れています。
機械加工部品は、仕上げられていない場合、目に見える工具痕があり、これは二次的な操作です。
最初の部品までのリードタイム
機械加工が決定的に有利です。金型待ちなしで、図面承認後数日以内に部品を製造できます。
ダイカストとMIMはどちらも金型が必要であり、最初の部品が存在するまでに数週間かかります。これはプログラムスケジューリングにおいて重要であり、多くの製品が最終的な金型をコミットする前に検証のために初期部品を機械加工する理由です。
機械的特性
機械加工部品は、一般的に最も予測可能で一貫性のある圧延材料の特性を継承します。
MIM部品は高密度に焼結されますが、常に完全な密度ではなく、特性は通常、圧延材料の同等物に近くなりますが、特定の点では劣る場合があります。
ダイカスト部品は鋳造プロセス特有の特性を持ち、気密性や溶接後の挙動に影響を与える可能性のある気孔が含まれる場合があります。
特性が重要な場合は、一般的な合金値ではなく、プロセス固有の材料データを要求してください。
比較概要
| 基準 | ダイカスト | MIM | CNC機械加工 |
| 金型費用 | 高 | 高 | なし |
| 経済的な数量 | 中〜高 | 中〜高 | 任意、低が有利 |
| 部品サイズ | 小〜大 | 小のみ | 小〜大 |
| 材料 | 非鉄のみ | 鉄系および特殊 | ほぼすべて |
| 形状の複雑さ | 中〜高 | 非常に高 | 高、コストがかかる |
| 公差能力 | 中程度 | 良好 | 最高 |
| 最初の部品までのリードタイム | 数週間 | 数週間 | 数日 |
| 二次機械加工は一般的 | はい | 時々 | 不要 |
決定シーケンス
各ステップでオプションが除外されるため、この順序で進めてください。
1. 必要な材料は何ですか？鉄系または特殊合金の場合、ダイカストは除外されます。材料が粉末または鋳造合金ではなく、材料としてのみ入手可能な場合、機械加工が唯一の選択肢となる場合があります。
2. 部品のサイズはどのくらいですか？約100グラムを超えると、MIMは実用的でなくなります。
3. 現実的な年間および生涯数量はどのくらいですか？低数量は、他のすべてに関係なく機械加工が有利です。希望する数量で正当化された金型は一般的で高価な間違いであるため、楽観的ではなく正直に。
4. どの公差が実際に必要で、どの機能に必要ですか？少数の機能に厳しい公差が必要で、残りはそうでない場合、ハイブリッドアプローチが魅力的になります。
5. 形状の複雑さはどのくらいですか？大量生産での高い複雑さは、成形可能なプロセスを強く支持します。
6. いつ最初の部品が必要ですか？検証部品を迅速に必要とする場合、最終的な製造プロセスに関係なく、それらを機械加工してください。
ハイブリッドな答え
多くの量産部品は複数のプロセスを使用しており、これを排他的な選択として扱うのではなく、明示的に検討する価値があります。
一般的なパターンは、バルク形状の鋳造またはMIMであり、次に重要なインターフェース、ベアリングボア、シーリング面を機械加工することです。もう1つは、プロトタイプおよび検証数量の機械加工であり、設計が凍結され、数量が正当化されたら、金型プロセスに移行することです。
この2番目のパターンは、即興ではなく計画に値します。機械加工用に最適化された設計は、自動的に鋳造またはMIMに適しているわけではなく、移行時にこれを発見すると時間とコストがかかります。後でプロセスを移行する予定がある場合は、最終的なプロセスを早期の設計レビューに含めてください。
あなたの部品の決定を正しく行う
上記の一般的なロジックは、フィールドを絞り込みます。具体的な答えは、形状、材料、公差、現実的な数量によって異なります。そして、3つのプロセスすべてを実行している人が実際の部品を見ることが有益です。
Elite Mold Techは、ダイカスト、金属射出成形、金属スタンピング、CNC機械加工および仕上げをカバーする金属部品製造を運営しており、プロセス推奨は単一の能力しか販売していないことによって形成されません。部品ファイルを送信すると、コミットメントなしでプロセス評価と費用比較が行われます。
よくある質問
Q: ダイカストはどのくらいの数量で機械加工より安くなりますか？
A: クロスオーバーは、部品の複雑さと、機械加工で除去される材料の量によって異なります。長いサイクルタイムと大量の材料除去を必要とする部品は、迅速に機械加工できる単純な部品よりも低い数量でクロスオーバーします。
Q: 金属射出成形は大きな部品を製造できますか？
A: 実用的ではありません。脱脂および焼結が部品サイズを制約し、MIMは一般的に小型部品に限定され、通常は約100グラム未満で、より大きな部品は経済的でなくなります。
Q: ダイカスト部品は後で機械加工が必要ですか？
A: 頻繁に、重要な機能で。鋳造でバルク形状を形成し、厳しい公差のインターフェースのみを機械加工することは、ボリューム経済を捉えながら精度要件を満たす一般的なアプローチです。
Q: どのプロセスが最も厳しい公差を維持しますか？
A: CNC機械加工は楽に、必要に応じてより厳しい制御のために研削またはワイヤーEDMが利用可能です。MIMはかなりの公差を維持しますが、ダイカストは一般的に3つの中で最も緩いです。
Q: ステンレス鋼をダイカストできますか？
A: いいえ、従来のダイカストはアルミニウム、亜鉛、マグネシウムなどの非鉄合金で機能します。ステンレス鋼部品の場合、金属射出成形または機械加工が実用的なルートです。