アルミ鋳造・アルミ鋳物とは
アルミ鋳造とは、アルミニウム合金を熱で溶かして、鋳型の中に流し込み、それを冷やして固める加工方法のことです。アルミ鋳物とは、その鋳造で製作したアルミ製品のことです。
アルミ鋳物は、軽量で、熱・電気伝導性や耐食性に優れています。ただし、アルミ鋳物と一言でいってもその種類は多数あります。それぞれの特徴についてご紹介いたします。
アルミ鋳物の種類
アルミ鋳物は、1種から9種に分類され、それぞれ異なる成分配合と、T6処理などの熱処理と呼ばれる調質により、大きくは機械的性質、鋳造性、切削性の優劣によって使い分けられています。
機械的性質とは主に引張強さ、伸び、硬さのことです。製品の使用用途により求められる特性が異なるため、必要な機械的性質を持つ材質を選択することで、製品の品質を高めることができます。例えば、外力に抗って変形しない強さが求められるような製品では、引張強さや硬さが重視されますし、外力に抗わずしなる柔軟さが求められるような製品では、伸びが重視されます。一般的には、引張強さと硬さは比例し、引張強さと伸びは反比例の関係にあります。
一方で、鋳造性や切削性の優劣も無視できません。いくら機械的性質が高くても、鋳造性や切削性が悪いとコストが高くなってしまいます。調質のしやすさによってもコストは影響を受けるので、コストと機能のバランスを考慮する必要があります。
それぞれの特徴と用途例を以下に記載いたします。
|
種 類
|
記 号
|
合金系
|
鋳物の区分
|
合金の特色
|
用途例
|
|
鋳物1種A
|
AC1A
|
Al-Cu系
|
金型
砂型
|
機械的性質が優れ､切削性も良いが､鋳造性が良くない。
|
架線用部品､自転車部品､航空機用油圧部､電送品な
ど。
|
|
鋳物1種B
|
AC1B
|
Al-Cu-Mg系
|
金型
砂型
|
機械的性質が優れ､切削性も良いが､鋳造性が良くないので鋳物の形状により溶解､鋳造方案に注意を要する｡
|
架線用部品､重電機部品､自転車部品､航空機部品など｡
|
|
鋳物2種A
|
AC2A
|
Al-Cu-Si系
|
金型
砂型
|
鋳造性が良く､引張強さは高いが､伸びが少ない｡一般用として優れている｡
|
マニホールド､デフキャリヤ､ポンプボデー､シリンダヘッド等自動車用足回り部品など｡
|
|
鋳物2種B
|
AC2B
|
Al-Cu-Si系
|
金型
砂型
|
鋳造性が良く一般用として広く用いられている。
|
シリンダヘッド､バルブボデー､クランクケース､クラッチハウジングなど。
|
|
鋳物3種A
|
AC3A
|
Al-Si系
|
金型
砂型
|
流動性が優れ、耐食性も良いが、耐力が低い。
|
ケース類､カバー類､ハウジング類の薄肉､複雑な形状のもの､カーテンウォールなど｡
|
|
鋳物4種A
|
AC4A
|
Al-Cu-Mg系
|
金型
砂型
|
鋳造性が良く､じん性が優れ､強度が要求される大型鋳物に用いられる｡
|
マニホールド､ブレーキドラム､ミッションケース､クランクケース､ギアボックス､船用･車両用エンジン部品など。
|
|
鋳物4種B
|
AC4B
|
Al-Si-Cu系
|
金型
砂型
|
鋳造性が良く､引張強さは高いが､伸びは少ない｡一般用に広く用いられる｡
|
クランクケース､シリン
ダーヘッド､マニホールド､航空機用電装品など｡
|
|
鋳物4種C
|
AC4C
|
Al-Si-Mg系
|
金型
砂型
|
鋳造性が優れ、耐圧性、耐食性も良い。
|
油圧部品､ミッションケース､フライスホイールハウジング､航空機部品､小型用エンジン部品､電装品など｡
|
|
鋳物4種CH
|
AC4CH
|
Al-Si-Mg系
|
金型
砂型
|
鋳造性が優れ、機械的性質も優れている｡高級鋳物用に使用｡
|
自動車用車輪､架線金具､航空機用エンジン部品及び油圧部品など｡
|
|
鋳物4種D
|
AC4D
|
Al-Si-Cu-Mg系
|
金型
砂型
|
鋳造性が良く､機械的性質も良い｡耐圧性が要求されるものに用いられる｡
|
水冷シリンダヘッド､クランクケース､シリンダブ ロック燃料ポンプボデー､
ブロワハウジング航空機用油圧部品及び電装品など｡
|
|
鋳物5種A
|
AC5A
|
Al-Cu-Ni-Mg系
|
金型
砂型
|
高温で引張強さが高い。鋳造性は良くない。
|
空冷シリンダヘッド､
ディーゼル機関用ピストン､航空機用エンジン部品など｡
|
|
鋳物7種A
|
AC7A
|
Al-Mg系
|
金型
砂型
|
耐食性が優れ､じん性が良く､陽極酸化性が良い｡鋳造性は良くない｡
|
架線金具､船舶用部品､彫刻素材､建築用金具､事務機 器､いす､航空機用電装品など｡
|
|
鋳物8種A
|
AC8A
|
Al-Si-Cu-Ni-Mg系
|
金 型
|
耐食性が優れ､耐磨耗性も良く､熱膨張係数が小さい｡引張強さも高い｡
|
自動車･ディーゼル機関用ピストン､船舶用ピストン､プーリー､軸受けなど｡
|
|
鋳物8種B
|
AC8B
|
Al-Si-Cu-Ni-Mg系
|
金 型
|
耐食性が優れ､耐磨耗性も良く､熱膨張係数が小さい｡引張強さも高い｡
|
自動車用ピストン､プーリー､軸受けなど｡
|
|
鋳物8種C
|
AC8Ｃ
|
Al-Si-Cu-Mg系
|
金 型
|
耐食性が優れ､耐磨耗性も良く､熱膨張係数が小さい｡引張強さも高い｡
|
自動車用ピストン､プーリー､軸受けなど｡
|
|
鋳物9種A
|
AC9A
|
Al-Si-Cu-Ni-Mg系
|
金 型
|
耐熱性が優れ､熱膨張係数が小さい｡耐磨耗性は良いが､鋳造性や切削性は良くない｡
|
ピストン(空冷2サイクル用)など｡
|
|
鋳物9種B
|
AC9B
|
Al-Si-Cu-Ni-Mg系
|
金 型
|
耐熱性が優れ､熱膨張係数が小さい｡耐磨耗性は良いが､鋳造性や切削性は良くない｡
|
ピストン(ディーゼル機関用､水冷2サイクル用)､空冷シリンダなど｡
|
＊太字の記号が当社が対応している鋳造材質です。
また、それぞれのアルミ鋳物の成分と機械的性質、当社での製作実績を以下の表にまとめました。
成分
|
Cu
|
Si
|
Mg
|
Zn
|
Fe
|
Mn
|
Ni
|
Ti
|
Pb
|
Sn
|
Cr
|
Al
|
|
AC1B
|
4.2～5.0
|
0.3以下
|
0.15～0.35
|
0.1以下
|
0.35以下
|
0.1以下
|
0.05以下
|
0.05～0.35
|
0.05以下
|
0.05以下
|
0.05以下
|
残部
|
|
AC2A
|
3.0～4.5
|
4.0～6.0
|
0.25以下
|
0.55以下
|
0.8以下
|
0.55以下
|
0.3以下
|
0.2以下
|
0.15以下
|
0.05以下
|
0.15以下
|
残部
|
|
AC2B
|
2.0～4.0
|
5.0～7.0
|
0.5以下
|
1.0以下
|
1.0以下
|
0.5以下
|
0.35以下
|
0.2以下
|
0.2以下
|
0.1以下
|
0.20以下
|
残部
|
|
AC3A
|
0.25以下
|
10.0～13.0
|
0.15以下
|
0.30以下
|
0.8以下
|
0.35以下
|
0.1以下
|
0.2以下
|
0.1以下
|
0.1以下
|
0.15以下
|
残部
|
|
AC4A
|
0.25以下
|
8.0～10.0
|
0.3～0.6
|
0.25以下
|
0.55以下
|
0.3～0.6
|
0.1以下
|
0.2以下
|
0.1以下
|
0.05以下
|
0.15以下
|
残部
|
|
AC4B
|
2.0～4.0
|
7.0～10.0
|
0.5以下
|
1.0以下
|
1.0以下
|
0.5以下
|
0.35以下
|
0.2以下
|
0.2以下
|
0.1以下
|
0.2以下
|
残部
|
|
AC4C
|
0.2以下
|
6.5～7.5
|
0.2～0.4
|
0.3以下
|
0.5以下
|
0.6以下
|
0.05以下
|
0.2以下
|
0.05以下
|
0.05以下
|
0.05以下
|
残部
|
|
AC4CH
|
0.1以下
|
6.5～7.5
|
0.25～0.45
|
0.1以下
|
0.2以下
|
0.1以下
|
0.05以下
|
0.2以下
|
0.05以下
|
0.05以下
|
0.05以下
|
残部
|
|
AC4D
|
1.0～1.5
|
4.5～5.5
|
0.4～0.6
|
0.5以下
|
0.6以下
|
0.5以下
|
0.3以下
|
0.2以下
|
0.1以下
|
0.1以下
|
0.05以下
|
残部
|
|
AC5A
|
3.5～4.5
|
0.7以下
|
1.2～1.8
|
0.1以下
|
0.7以下
|
0.6以下
|
1.7～2.3
|
0.2以下
|
0.05以下
|
0.05以下
|
0.2以下
|
残部
|
|
AC7A
|
0.10以下
|
0.2以下
|
3.5～5.5
|
0.15以下
|
0.3以下
|
0.6以下
|
0.05以下
|
0.2以下
|
0.05以下
|
0.05以下
|
0.15以下
|
残部
|
|
AC8A
|
0.8～1.3
|
11.0～13.0
|
0.7～1.3
|
0.15以下
|
0.8以下
|
0.15以下
|
0.8～1.5
|
0.2以下
|
0.05以下
|
0.05以下
|
0.1以下
|
残部
|
|
AC8B
|
2.0～4.0
|
8.5～10.5
|
0.5～1.5
|
0.5以下
|
1.0以下
|
0.5以下
|
0.10～1.0
|
0.2以下
|
0.1以下
|
0.1以下
|
0.1以下
|
残部
|
|
AC8C
|
2.0～4.0
|
8.5～10.5
|
0.5～1.5
|
0.5以下
|
1.0以下
|
0.5以下
|
0.5以下
|
0.2以下
|
0.1以下
|
0.1以下
|
0.1以下
|
残部
|
|
AC9A
|
0.5～1.5
|
22～24
|
0.5～1.5
|
0.2以下
|
0.8以下
|
0.5以下
|
0.5～1.5
|
0.2以下
|
0.1以下
|
0.1以下
|
0.1以下
|
残部
|
|
AC9B
|
0.5～1.5
|
18～20
|
0.5～1.5
|
0.2以下
|
0.8以下
|
0.5以下
|
0.5～1.5
|
0.2以下
|
0.1以下
|
0.1以下
|
0.1以下
|
残部
|
|
A2017
（参考）
|
3.5～4.5
|
0.2～0.8
|
0.4～0.8
|
0.25以下
|
0.7以下
|
0.4～1.0
|
0.05以下
|
0.05以下
|
0.05以下
|
0.05以下
|
0.1以下
|
残部
|
|
A5052P-H112
（参考）
|
0.1以下
|
0.25以下
|
2.2～2.8
|
0.1以下
|
0.4以下
|
0.1以下
|
0.05以下
|
0.05以下
|
0.05以下
|
0.05以下
|
0.15～0.35
|
残部
|
|
ADC12
（参考）
|
1.5～3.5
|
9.6～12.0
|
0.3以下
|
1.0以下
|
1.3以下
|
0.5以下
|
0.5以下
|
0.3以下
|
0.2以下
|
0.2以下
|
–
|
残部
|
機械的性質
|
引張強さ (N/mm²)
|
伸び (％)
|
ブリネル硬さ (HBW)
|
|
AC1B-T4（砂型）
|
290以上
|
4以上
|
約90
|
|
AC1B-T4（金型）
|
330以上
|
8以上
|
約95
|
|
AC2A-F（砂型）
|
150以上
|
–
|
約70
|
|
AC2A-F（金型）
|
180以上
|
2以上
|
約75
|
|
AC2A-T6（砂型）
|
230以上
|
–
|
約90
|
|
AC2A-T6（金型）
|
270以上
|
1以上
|
約90
|
|
AC2B-F（砂型）
|
130以上
|
–
|
約60
|
|
AC2B-F（金型）
|
150以上
|
1以上
|
約70
|
|
AC2B-T6（砂型）
|
190以上
|
–
|
約80
|
|
AC2B-T6（金型）
|
240以上
|
1以上
|
約90
|
|
AC3A-F（砂型）
|
140以上
|
2以上
|
約45
|
|
AC3A-F（金型）
|
170以上
|
5以上
|
約50
|
|
AC4A-F（砂型）
|
130以上
|
–
|
約45
|
|
AC4A-F（金型）
|
170以上
|
3以上
|
約60
|
|
AC4A-T6（砂型）
|
220以上
|
–
|
約80
|
|
AC4A-T6（金型）
|
240以上
|
2以上
|
約90
|
|
AC4B-F（砂型）
|
140以上
|
–
|
約80
|
|
AC4B-F（金型）
|
170以上
|
–
|
約80
|
|
AC4B-T6（砂型）
|
210以上
|
–
|
約100
|
|
AC4B-T6（金型）
|
240以上
|
–
|
約100
|
|
AC4C-F（砂型）
|
140以上
|
2以上
|
約55
|
|
AC4C-F（金型）
|
150以上
|
3以上
|
約55
|
|
AC4C-T5（砂型）
|
150以上
|
–
|
約60
|
|
AC4C-T5（金型）
|
170以上
|
3以上
|
約65
|
|
AC4C-T6（砂型）
|
210以上
|
1以上
|
約75
|
|
AC4C-T6（金型）
|
230以上
|
2以上
|
約85
|
|
AC4CH-F（砂型）
|
140以上
|
2以上
|
約50
|
|
AC4CH-F（金型）
|
160以上
|
3以上
|
約55
|
|
AC4CH-T5（砂型）
|
150以上
|
2以上
|
約60
|
|
AC4CH-T5（金型）
|
180以上
|
3以上
|
約65
|
|
AC4CH-T6（砂型）
|
230以上
|
2以上
|
約75
|
|
AC4CH-T6（金型）
|
250以上
|
5以上
|
約80
|
|
AC4D-F（砂型）
|
130以上
|
–
|
約60
|
|
AC4D-F（金型）
|
160以上
|
–
|
約70
|
|
AC4D-T5（砂型）
|
170以上
|
–
|
約65
|
|
AC4D-T5（金型）
|
190以上
|
–
|
約75
|
|
AC4D-T6（砂型）
|
220以上
|
1以上
|
約80
|
|
AC4D-T6（金型）
|
290以上
|
–
|
約95
|
|
AC5A-O（砂型）
|
150以上
|
–
|
約65
|
|
AC5A-O（金型）
|
180以上
|
–
|
約65
|
|
AC5A-T6（砂型）
|
220以上
|
–
|
約90
|
|
AC5A-T6（金型）
|
260以上
|
–
|
約100
|
|
AC7A-F（砂型）
|
140以上
|
6以上
|
約50
|
|
AC7A-F（金型）
|
210以上
|
12以上
|
約60
|
|
AC8A-F（金型）
|
170以上
|
–
|
約85
|
|
AC8A-T5（金型）
|
190以上
|
–
|
約90
|
|
AC8A-T6（金型）
|
270以上
|
–
|
約110
|
|
AC8B-F（金型）
|
170以上
|
–
|
約85
|
|
AC8B-T5（金型）
|
190以上
|
–
|
約90
|
|
AC8B-T6（金型）
|
270以上
|
–
|
約110
|
|
AC8C-F（金型）
|
170以上
|
–
|
約85
|
|
AC8C-T5（金型）
|
180以上
|
–
|
約90
|
|
AC8C-T6（金型）
|
270以上
|
–
|
約110
|
|
AC9A-T5（金型）
|
150以上
|
–
|
約90
|
|
AC9A-T6（金型）
|
190以上
|
–
|
約125
|
|
AC9A-T7（金型）
|
170以上
|
–
|
約95
|
|
AC9B-T5（金型）
|
170以上
|
–
|
約85
|
|
AC9B-T6（金型）
|
270以上
|
–
|
約120
|
|
AC9B-T7（金型）
|
200以上
|
–
|
約90
|
鋳造方法の種類
アルミ鋳物の種類についてご紹介いたしましたが、鋳造方法にもいくつかの種類があります。ここでは、代表的な鋳造方法3つをご紹介いたします。
砂型鋳造
まず、1つ目が砂型鋳造です。砂型鋳造は、砂で作った鋳型に溶融金属を流し込んで鋳物を作る製造方法です。
砂型鋳造は、後述する金型鋳造や、ダイカストと比較して、鋳型の製作コストを低く抑えることができるため、試作品や小ロットに適しています。
一方、鋳造する度に鋳型を作る必要があるので、大量生産となると、型を作り直す必要のない金型鋳造やダイカストが適しています。
また、砂型の種類も様々あり、主なものとして生砂型・自硬性鋳型・ガス硬化性鋳型・熱硬化型鋳型があります。それぞれ長所・短所があり、用途に合わせて製造方法を変えることが重要です。
金型鋳造
2つ目が、金型鋳造です。耐熱鋼や鋳鉄などの金属で鋳型（金型）を製作し、重力を利用して金型に溶融金属を流し込み、鋳物を作る製造方法です。
先述した、砂型鋳造と比較して、金型を何度も繰り返し使用することができるため、量産に適しています。また、冷却速度が砂型鋳造よりも早いため、機械的性質に優れた鋳物を製作することが可能です。
ダイカスト
3つ目がダイカストです。ダイカストも金型鋳造と同様、金型に溶融金属を流し込み成形する製造方法ですが、ダイカストマシンを利用して、ハイサイクルで生産を行うため、大量生産に適しています。
年間ロットに対して、それぞれのコストを簡易的に記載したのが下図になります。年間ロットが500個程度以下だと、砂型鋳造、700~4,000個程度だと金型鋳造、5,000個以上だとダイカストが優位になります。
＊当社では、砂型鋳造・金型鋳造には対応していますが、ダイカストには対応していません。
鋳造のメリット・デメリット
鋳造の種類をご説明いたしましたが、どの鋳造方法も、金属を溶かして溶かして成形する加工方法です。そのため、型を作ることができれば、形状やサイズの自由度が非常に高いです。奈良県の東大寺にある大仏も鋳造で作られています。
また、型を使った工法のため、切削加工や板金加工と比較して、量産性に優れています。
当社の経験として5個以上になると、砂型鋳造の方がコストを抑えることができる場合が非常に多いです。（下図参照）
ただし、鋳造は、凝固する過程の中で鋳造欠陥と呼ばれる製品の不具合が起こる可能性があります。アルミ鋳造で起こりうる鋳造欠陥についてご紹介いたします。
アルミ鋳造で起こりうる鋳造欠陥
アルミ鋳造で起こりうる鋳造欠陥には、以下のようなものがあります。
ひけ巣（ざく巣）
ひけ巣（ざく巣）は、鋳物内部に発生する大きな空洞のことで、代表的な鋳造欠陥の1つです。ひけ巣が発生すると、強度が低下してしまいます。
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ガス欠陥（ブローホール・ピンホール・吹かれ）
ガス欠陥とは、鋳造時に発生したガス（溶湯中の水素ガスや、鋳造時に巻き込まれた型内の空気鋳造時に発生したガス）が、鋳物に丸みを帯びた空洞を生じさせてしまう欠陥のことです。
この、鋳物内に発生する空洞のことをブローホールと呼びます。ブローホールは吹かれ、ガスホールと呼ばれることもあります。また、一般的に、直径2-3mm以上の球状の空洞を「ブローホール」、それ以下のものを「ピンホール」といいます。
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割れ
割れとは、文字通り鋳物の表面に発生する亀裂のことです。
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湯回り不良
湯回り不良とは、溶融金属が鋳型内を完全に充満できずに、鋳物表面が欠けるなど形状が不完全になることです。「未充填」と呼ばれることもあります。
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湯じわ
湯じわとは、溶湯が完全に融合せず、鋳物の表面に浅く不規則なしわができてしまう現象です。
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湯境
湯境とは、溶湯が鋳型内で合流する際、完全に融合できず、鋳物に境目が発生してしまう現象です。
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鋳肌不良
鋳肌不良とは、鋳物の鋳肌が荒れて、粗造になる（滑らかさがない）現象のことです。
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介在物
介在物とは、鋳物の中に巻き込まれた物質のことです。介在物が巻き込まれると、鋳物の強度が低下したり、機械加工の際に刃物を欠いたり、鋳巣となり不良となってしまいます。
＞＞介在物の原因と対策方法について詳しくはこちら
当社では、こうした鋳造欠陥を防止する体制を整えており、「既存の調達品で欠陥が出てしまい困っている」、「既存のサプライヤーが品質改善に協力してくれない」といったお悩みを100件以上解決してまいりました。
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鋳造の工程
鋳物ができるまでの鋳造の工程（ここでは、砂型鋳造）をご説明いたします。
①木型の設計・製作
まず、木型と呼ばれる模型を作ります。上型と下型用を2つ製作します。
②鋳込み
①で作った木型に鋳物砂を鋳込んで固めます。
③木型の取り出し
木型の模型を砂型から取り出します。
④砂型の組付け
砂型の上型と下型を組み付けます。
⑤溶湯の流し込み
組み付けた砂型に溶融金属を流し込みます。
⑥冷却・凝固
砂型の内部で、金属が冷却して、凝固するまで待ちます。
⑦砂型のばらし
砂型をばらして鋳物を取り出します。
⑧後加工・検査
必要に応じて、機械加工による後加工や、検査を行います。
①～⑧までの木型の設計・製作から鋳造・機械加工、検査まで当社では、内製をしています。そのため、短納期対応を得意としています。
上記の工程で必要となる当社の設備を動画でご覧いただけます！
アルミ鋳造の製品事例
自動車向けギヤボックス
こちらは自動車向けギヤボックスです。
駆動用のケースで、幾何公差が厳しく、要求される同軸度、直角度、真円度、位置度はほとんどが0.05以内でしたが、問題なく対応いたしました。
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鉄道向けシリンダーケース
こちらは、鉄道に使用されるシリンダーケースです。
Φ220の径がH7と公差が厳しく、一方で円筒形状の肉厚が4mmが薄いため、公差を守るためにしっかりとワークを掴んで加工すると、変形してしまいます。そこで、専用治具を設計・製作し、試作いたしました。その結果、品質でご満足いただけたので、量産品も対応させていただくことになりました。
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半導体製造装置用ベース
こちらは半導体製造装置用のベース部品で、試作設計段階で形状提案を行い、形状の簡素化による木型費用のコストダウンができた事例です。
通常では木型の中子を使用するケースもありますが、当社ではCAD・CAM化により 木型のマシニングセンターによる切削を社内で行っています。そのため木型の精度が上がり、型の簡素化も併せて作業性のよい製造が実現しました。
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アルミ鋳造・アルミ鋳物のことなら、アルミ鋳造・機械加工ソリューションにお任せください！
こちらの記事では、アルミ鋳造・アルミ鋳物の基礎知識についてご紹介いたしました。
アルミ鋳造・機械加工ソリューションを運営するカルモ鋳工では、高い品質と精度をもったアルミ鋳物をご提供しています。例えば、最薄1mmまで薄肉化が可能な技術を有しています。
また、木型・金型の設計・製作、鋳造、機械加工、検査まで社内一貫対応してるので、大幅なリードタイムの短縮を実現しています。
アルミ鋳造・アルミ鋳物でお困りごとがございましたら、お気軽にご連絡ください。
最後まで読んでいただきありがとうございました
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