金属部品の製造方法の選択は、ほとんどのエンジニアがプログラムごとに一度行う決定であり、何年にもわたって検討します。正しく設定すれば、単価、リードタイム、品質のすべてが適切な位置に収まります。それを間違えると、永久に部品ごとに高額な費用を支払うことになるか、設計に必要な公差を保持できないプロセスにツールを投入することになります。
中小型金属部品のこの決定に影響を与える 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。これらは真の混乱を引き起こすほど重なり合っており、間違った選択をすると高くつくほど異なっています。
このガイドでは、実際に質問を決定する基準に基づいてそれらを比較します。
3 つのプロセスの概要
ダイカスト溶融金属を高圧下で硬化鋼の金型に押し込みます。これは、主にアルミニウム、亜鉛、マグネシウムなどの非鉄合金に適しており、工具が存在すると迅速に部品を製造します。ハウジング、ブラケット、エンクロージャ、および大量の構造コンポーネントで最もよく知られています。
金属射出成形、通常は MIM と短縮され、微細な金属粉末を結合剤と混合し、その混合物をプラスチックのように射出してから結合剤を除去し、ほぼ完全な密度まで部品を焼結します。ダイカストではできない鉄や特殊合金を扱い、小型で複雑な部品を大量生産します。
CNC加工固体ストックから部品を切り出します。工具は不要で、ほぼすべての金属に対応し、3 つの中で最も厳しい公差を保持し、部品あたりのコストは数量 1 の場合と数量 1,000 の場合と同じで、セットアップの償却費を差し引いた金額になります。
決定基準
音量
通常、これが最初のフィルターであり、多くの場合は最後のフィルターになります。
機械加工には工具コストがかからないため、少量生産では決定的に有利です。少数の部品、または数百の部品は、形状に関係なく、ほとんどの場合機械加工が有利になります。
ダイカストと MIM はどちらも多額の工具投資を必要とし、生産全体で償却する必要があります。一定の年間生産量を下回ると、ツールは決して回収されません。それを超えると、単価は機械加工を大幅に下回り、その差は量に応じて拡大します。
クロスオーバーが正確にどこに配置されるかは、部品の複雑さと、機械加工によって除去される材料の量によって異なります。単純なストックから迅速に加工される部品は、高いクロスオーバー ポイントを持ちます。長いサイクル時間と大量の素材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。
境界付近のプログラムについては、適切に計算してください。総コストは、現実的な耐用年数全体にわたる、各プロセスの工具と単位コストの数量を掛けたものと等しくなります。
部品のサイズと重量
MIM には実用的な上限がしっかりあります。脱脂および焼結の段階では部品のサイズが制限されるため、MIM は通常、約 100 グラム未満の小さな部品に適しています。部品が大きくなると作業が難しくなり、不経済になります。
ダイカストは、主に機械トン数によって制限される、小さなブラケットから大きなハウジングまで、はるかに幅広いサイズ範囲を処理します。
機械加工は、機械の範囲と在庫の可用性によってのみ制限される、すべての中で最も幅広い範囲を処理します。
パーツが大きい場合、MIM は無効になります。非常に小さくて複雑な場合、MIM は魅力的になります。
材料
これが決定的な制約となることがよくあります。
ダイカストは非鉄合金で動作します。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と長いダイ寿命を実現します。アルミニウムは重量に対する強度が優れています。鋼は従来のプロセスではダイカストできません。
ダイカストではできないものをMIMは対応します。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、それがまさに MIM がカテゴリーとして存在する理由です。
機械加工では、上記のすべてに加えて、鋳造プロセスでは到達できない材料も含め、基本的に在庫として入手可能なあらゆるものを処理します。
部品がステンレス鋼でなければならない場合、ダイカストは即座に排除され、選択肢は MIM または機械加工に絞り込まれます。
ジオメトリの複雑さ
MIM は複雑な形状に優れています。原料は成形中にプラスチックのように動作するため、機械加工にコストがかかり、鋳造が不可能な薄壁、細かいディテール、内部特徴、複雑な外部形状を再現します。
ダイカストは適度な複雑さをうまく処理し、薄い壁と統合された機能を生み出しますが、アンダーカットにはスライドが必要であり、工具のコストと複雑さが追加されます。
機械加工は複雑さを処理しますが、すべての機能によって機械時間が増加するため、その代償は直接発生します。 CNC 加工のコスト要因に関するガイドで説明されているように、深いポケット、小さな内部半径、および追加のセットアップを必要とする機能はすべてコストを上昇させます。
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の量が多くなり、加工コストが高くなります。
許容範囲
機械加工は 3 つのうちの最も厳しい公差を快適に維持し、必要に応じて研削またはワイヤ EDM を使用してより厳しい公差を実現できます。
MIM はかなりの公差を保持しますが、焼結段階で収縮が発生するため、予測して補正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保持しますが、一般に同等の機能では MIM よりも緩めです。
重要なのは、鋳造部品と MIM 部品の両方が、重要なフィーチャに対して後で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、多くの場合正しい答えです。鋳造または MIM によってバルク ジオメトリを経済的に形成し、その後、精度が必要なフィーチャのみを機械加工します。重要な許容誤差要件を満たしながら、ボリュームの経済性の大部分を実現します。
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を備えており、塗装、粉体塗装、またはメッキを容易に受け入れることができます。
MIM 部品は焼結ままの状態で良好な仕上げをしており、多くの場合、鋳造状態よりも優れています。
機械加工された部品には、二次加工である完成品が完成しない限り、目に見える工具跡が残ります。
最初の部品までのリードタイム
機械加工が決定的に勝利します。部品は図面の承認から数日以内に生産でき、工具の準備を待つ必要はありません。
ダイカストと MIM は両方とも工具を必要とし、最初の部品が完成するまでに数週間かかります。これはプログラムのスケジューリングにとって重要であり、多くの製品がツールをコミットする前に検証のために初期部分を機械加工する理由もここにあります。
機械的性質
機械加工部品は、一般に最も予測可能で一貫性のある鍛造ストックの特性を継承します。
MIM 部品は高い密度で焼結されますが、常に完全な密度になるわけではなく、特性は通常、鍛造品と同等に近いものですが、特定の点で不十分な場合もあります。
ダイカスト部品には、耐圧性や溶接後の挙動に影響を与える可能性のある気孔など、鋳造プロセスに特有の特性があります。
特性が重要な場合は、一般的な合金の数値ではなく、プロセスに固有の材料データを要求してください。
比較の概要
| 基準 | ダイカスト | MIM | CNC加工 |
| 工具費 | 高い | 高い | なし |
| 経済量 | 中～高 | 中～高 | どれでも、好意度は低い |
| パーツサイズ | 小さいものから大きいものまで | 小型のみ | 小さいものから大きいものまで |
| 材料 | 非鉄のみ | 鉄質でエキゾチック | ほぼすべて |
| ジオメトリの複雑さ | 中程度から高程度 | 非常に高い | 高い、コストがかかる |
| 耐性能力 | 適度 | 良い | 最高 |
| 最初の部分までのリードタイム | 週間 | 週間 | 日数 |
| 二次加工共通 | はい | 時々 | 必要ありません |
意思決定シーケンス
各ステップでオプションがなくなるため、この順序で作業を進めてください。
1. どのような材料が必要ですか?鉄またはエキゾチックの場合、ダイカストはアウトです。材料が粉末または鋳造合金としてではなく、ストック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可能性があります。
2. 部品の大きさはどれくらいですか?およそ 100 グラムを超えると、MIM は実用的ではなくなります。
3. 年間および生涯の量はどれくらいが現実的ですか?他のすべてに関係なく、少量の加工が有利になります。期待される量に基づいてツールを正当化することは、よくある失敗であり、コストが高くつくため、ここでは楽観的ではなく正直に考えてください。
4. 本当に必要な公差は何ですか?いくつかの機能に厳密な許容誤差が必要で、残りの機能には必要ない場合、ハイブリッド アプローチが魅力的になります。
5. 形状はどれくらい複雑ですか?大量の複雑性が高いため、成形可能なプロセスが非常に有利になります。
6. 最初のパーツはいつ必要ですか?検証用部品がすぐに必要な場合は、最終的な生産プロセスに関係なく、それらの部品を機械加工します。
ハイブリッドな答え
多くの製造部品は最終的に複数のプロセスを使用することになるため、これは、選択を排他的なもの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 を行った後、重要な界面、ベアリングの穴、およびシール面を機械加工することです。もう 1 つは、プロトタイプと検証の量を機械加工し、設計が凍結され、量が妥当になると工具を使用したプロセスに移行することです。
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、必ずしも鋳造や MIM に適しているわけではなく、移行時にこれを発見するには時間がかかります。プロセスを後で移動する予定の場合は、最終的なプロセスを早い段階で設計レビューに含めてください。
自分の役割に応じて適切な決定を下す
上記の一般的なロジックにより、フィールドが絞り込まれます。具体的な答えは、形状、材料、公差、現実的な体積によって異なりますが、実際の部品を見ながら 3 つのプロセスすべてを実行する人が役に立ちます。
Elite Mold Tech は、CNC 機械加工および仕上げと並行して、ダイカスト、金属射出成形、金属スタンピングを含む金属部品の生産を行っています。つまり、販売のための 1 つの機能だけでプロセスの推奨事項が形成されるわけではありません。部品ファイルを送信すると、コミットメントの前にプロセス評価と比較原価計算が行われます。
よくある質問
Q: ダイカストはどのくらいの量で機械加工よりも安くなりますか?
A: クロスオーバーは部品の複雑さと、機械加工によって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削り取りを必要とする部品は、迅速に加工される単純な部品よりも低い生産量でクロスオーバーします。
Q: 金属射出成形では大型部品を製造できますか?
A: 実際にはそうではありません。脱脂と焼結により部品サイズが制約されるため、MIM は通常約 100 グラム未満の小さな部品に限定され、大きな部品は不経済になります。
Q: ダイカスト部品は後から機械加工が必要ですか?
A: 多くの場合、重要な機能についてです。公差の厳しい界面のみを鋳造および機械加工してバルク形状を形成することは、精度要件を満たしながら量の経済性を実現する一般的なアプローチです。
Q: 最も厳しい公差を保持するプロセスはどれですか?
A: CNC 加工は快適ですが、より厳密な制御が必要な場合には研削またはワイヤ EDM を使用できます。 MIM はかなりの公差を保持しますが、ダイカストは一般に 3 つの中で最も緩いです。
Q: ステンレスダイカストは使用できますか?
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を使用します。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方法です。