アルミニウム鋳造とは？現代の製造業に使われる万能金属

アルミ鋳物は、現代の製造業において最も適応性が高く、一般的な材料のひとつです。アルミ鋳造は、溶かしたアルミを鋳型に流し込んで所望の形状にするもので、この工程では、代替技術では困難な複雑で入り組んだ部品を作ることができます。その アルミ鋳物製品 は、自動車エンジン部品、航空宇宙、コーヒーポット、調理器具、さらには家庭用品に至るまで、さまざまな用途を通じてその価値を見出されてきた。驚異的な軽量性に加え、同時強度と耐腐食性、優れた熱伝導性により、アルミニウム鋳物は多くの産業にとって最高のサプライヤーとなっています。アルミニウム鋳造はまた、製造業者に多くの設計の柔軟性を提供し、多くの材料を使用することなく性能を最適化できる複雑な形状の作成を可能にします。 

また、鋳造のプロセスは非常に効率的で、特に部品の大量生産を伴う場合には、経済的に実行可能です。さらに、アルミニウムはリサイクルが容易な金属の部類に入るため、生産にかかるエコロジーコストを削減することができます。鋳造アルミニウムには多くの利点がありますが、鍛造アルミニウムに比べて脆いという性質や、溶接が難しいという欠点もあります。特定の用途にアルミニウム鋳造品を選ぶ際には、これらの要素を考慮する必要があります。

この記事では、現代世界で最も一般的な物質のひとつであるアルミニウム鋳物の特性、利点、用途について幅広い視点から解説する。

アルミ鋳造とは？

アルミニウム鋳造は、アルミニウムの非常に液状の外観から成り、製品を形成する形状に再成形される。この工程（鋳造）は、非常に古い製造工程を現代に適応させたものです。圧延工程や押出工程で鋳造される鍛造アルミニウムとは異なり、アルミニウムは溶融金属として型に流し込まれ、その後固まるまで放置されます。

鋳造は、液体から始まるため、機械加工や鍛造では容易に成形できないような、より複雑な、中空の、さらには三次元の形状を提供します。アルミニウム鋳造製品が、エンジン部品、電子機器、調理器具など、あらゆる製品に広く使用されているのは、この汎用性のおかげです。

シンプルなアルミ鋳物

アルミニウムはほとんどの場合、純粋なアルミニウムではありません。その代わりに合金、つまり強度や流動性、あるいはその両方を向上させるためにアルミニウムと他の材料を混合したものである。合金の最も頻繁な側面は

• シリコンだ： によって流れ、収縮率を低くする。岩、岩、岩、フェンパレ、フェンパレ。
• マグネシウム 
• 亜鉛とマンガン： 強度と靭性が得られる。
• ニッケル、鉄： 特定の硬度を超えないこと。

その組み合わせは特殊で、用途によって異なる。例えるなら、自動車部品のような高温機器には熱伝導性と耐食性の高い合金が使われるし、調理器具には熱性能と耐摩耗性の高いケイ素とアルミニウムの含有量の多いものが使われる。

アルミニウム鋳造の歴史と発展

金属の鋳造は、初期の社会が青銅や鋳鉄を鋳造して道具や武器を製造していたことが知られて以来、数千年の歴史がある。アルミニウムが抽出されたのは19世紀初頭のことで、19世紀後半にホール・エオール法が開発されるまでは不経済であった。アルミニウムの鋳造は、20世紀初頭には航空産業や調理器具産業の工程のひとつとなった。 
アルミニウムの需要が最も高かったのは第二次世界大戦の時代で、その強度対重量比が航空機に最も適していたからである。戦後、アルミニウム鋳物は、消費者向け製品、自動車製造、建築など、より商業的な用途に使われるようになりました。
金型、冶金、鋳物の設計工学の進歩により、アルミ鋳造は今日の生産の一部となっている。

アルミニウム鋳造のプロセス 

アルミニウム鋳造は、溶けたアルミニウムを特定の形状で使用できる部品にするために、多くの主要な工程を必要とするプロセスです。工程の基本的な説明の作業は、次のようになります：

1.金型の準備

鋳造の最初の手順は、溶けたアルミニウムを鋳込む型を作ることです。鋳造方法によって、鋳型は砂、金属、セラミックなどの材料で構成されます。また、アルミニウムが正しい形状で凝固するように、希望する形状を持つ良い型を設計します。

2.アルミニウムの溶解

鋳型ができあがると、アルミニウムの端材やアルミニウムの塊が炉に入れられ、660～750℃（1220～1382oF）の温度範囲で溶かされる。溶けたアルミニウムは、適切な注湯温度と品質を得るために、絶えず監視されます。

3.溶かしたアルミニウムを型に流し込む

溶かしたアルミニウムを鋳型の空洞に流し込むと、溶けた金属が鋳型の空洞に流し込まれます。注湯は、ダイカスト、砂型鋳造、インベストメント鋳造など、鋳造の種類に応じて行われます。ダイカスト鋳造では、溶けたアルミニウムを加圧注入しますが、その他の鋳造法では、溶けたアルミニウムを型に流し込み、そのまま冷却します。

4.冷却と凝固

構築と監督：厚すぎたり複雑すぎたりする部品は、冷却に時間がかかる。この段階で、溶解したアルミニウムは必要な形状に冷却され、内圧を排出します。

5.設置および点検

アルミニウムが冷えて固まった後、鋳型が離型され、鋳造された部品が残る。この分離は、特に砂型鋳造では鋳型を壊すことによって行われ、ダイカスト鋳造のような他の技術では、鋳型が開いて部品が排出されます。

6.仕上げと検査

部品を切削加工した後、表面を滑らかにしたり、より近い公差を得るために、通常、研削、研磨、機械加工などの仕上げ加工が行われる。その後、部品に気孔や亀裂がないか、また強度や機能性が要求される規格に適合しているかをチェックする。

アルミ鋳造の工程はどのようなものですか？

アルミニウムの鋳造は、溶かしたアルミニウムを型に流し込んで、溶けた金属を所定の形に固めることで実現できます。複雑な部品は、機械加工や鍛造のような他の工程ではほとんど作ることができないため、鋳造工程で作ることができます。

1.ダイカスト

ダイカストプロセスでは、液状のアルミニウムを大きな圧力で金型に押し込みます。この技術は大量生産に適しており、精密で滑らかな部品を作ることができます。自動車産業やエレクトロニクス産業（エンジン部品や電子筐体などの部品を含む）では、この技術がよく使われています。

2.砂型鋳造

砂型鋳造 は、砂で型を作り、そこに溶かしたアルミニウムを流し込んで鋳物を作る方法です。この技術は価格も安く、剛性も低いため、エンジンブロックやマリンピースなど、大型で複雑な部品を作るのに適している。ただし、表面の仕上がりが粗いため、仕上げ工程を追加する必要がある場合もある。

3.インベストメント鋳造（ロストワックス鋳造）

この工程では、セラミックシェルを備えたワックス型を使用し、溶かしたワックスを流し込み、そこに溶かしたアルミニウムを流し込む。医療用部品など、小さくて繊細な部品を作るのに最適なプロセスです。

4.永久鋳型鋳造

金型鋳造は、再利用可能な金属型を使用してアルミニウム部品を製造するプロセスです。アルミニウムを溶融状態まで加熱した後、金型に流し込んで冷却します。このプロセスは、表面の仕上げが良く、より堅牢な部品をもたらし、自動車産業で最も普及している。

5.重力鋳造

溶融アルミニウムは圧力を加える代わりに、重力の力で金型に流し込まれる（つまり、ダイカストは通常、重力下で行われる）。これは、自動車構造物や自動車ホイールのように、中型の部品を製造する場合に適しています。

アルミ鋳造の利点

1.軽量でパワフル

アルミニウム鋳造は軽量で十分な強度を備えているため、自動車や航空機の製造、機械などの用途に使用されている。

2.耐食性

酸化皮膜を自然に形成することができるため、錆や風化の影響を避けることができ、屋外家具、船舶用金具、台所用品などに使用されている。

3.低コスト大量生産

その優れた熱伝導性と電気伝導性により、調理器具、ヒートシンク、電子ケースとして使用されている。

4.複雑な形状に対応

これは、鋳造によってアルミニウムがかなり詳細で複雑な形状を得ることができるためである。

5.大規模製造における経済性

また、金型が製造された後は、特にダイカスト鋳造では、比較的早く、非常に手頃な価格で大量の類似品を鋳造することができる。

6.リサイクル可能で環境に優しい

また、アルミニウムは100％リサイクルできるため、エネルギーを節約し、持続可能な製造工程を実現することができる。

アルミ鋳造の欠点

1.空隙率の問題

鋳造の過程で応力がかかった部分や圧力がかかった部分には空気がこもり、弱くなったり、ウィーピングが生じたりすることがある。

2.引張強度が低い

鋳造アルミニウムもまた、鍛造アルミニウムと同様にもろく、応力がかかったり叩かれたりすると割れる可能性がある。

3.溶接が困難

溶接も、表面の酸化物と内部の空隙のために難しいので、特別な方法と配慮が必要である。

4.アルミニウム鋳造 VS 鍛造アルミニウム

砂型鋳造のような他の形式の鋳造では、テクスチャーや粗い表面ができるため、後の仕上げは避けられない。

5.ストレスの多い使用には適さない

アルミニウム鋳物は曲げにくく、また割れやすいため、応力断層や振動に絶えず注目しなければならないプロポーション設計には適用できない。

6.冷却後の収縮率

アルミニウムは固化するときに収縮するので、最終的な寸法に影響し、設計に若干の変更が必要になるかもしれない。

アルミニウム鋳物の用途

多くの産業でアルミニウム鋳造品が使用されていますが、これには多くの理由があります。主な用途は以下の通りです：

1.自動車産業

アルミニウムは鋳造の形でエンジンブロック、トランスミッションケース、ホイール、サスペンションに使用されている。軽量であるため燃費が向上し、強度と耐久性にも優れている。

2.航空宇宙産業

航空宇宙用鋳造アルミニウムは、その重量対強度比と非腐食性の特性により、飛行機のエンジン部品、ブラケット、燃料タンクに使用されています。

3.調理器具

熱伝導率が非常に高く、熱分布が均一なので、フライパンや鍋、鉄板などに使われることが多い。

4.エレクトロニクス

アルミニウム鋳造品は、ヒートシンク、電子機器のハウジング、コンピューターやLEDライトの熱を放散するLEDフレームに使用されている。

5.産業機器

強度が高く、過酷な環境にも耐えることから、ポンプ、ギアハウジング、機械のカバーなどに広く使われている。

6.鋳造されたボディグループの種類（アルミニウム対鍛造アルミニウム）

アルミニウム合金は、メンテナンスが不要で錆びにくいため、屋外用家具、街灯、門扉などに使用されている。

鋳造アルミニウムと鍛造アルミニウムの比較

アルミ鋳物の見分け方

アルミ鋳物を判断するのに使える明確なサインがある。

• 体重だ： スチールロッドより重量は少ないが、それでもしっかりしている。
• シームライン： また、パーティングラインは金型の一部です。
• ピッチテスト： タッピング音は鍛造アルミの音よりも鈍い。
• 表面だ： 砂型鋳造材は表面が粗い。

偽造組成の検証の分野では、専門家は蛍光X線分析計または分析装置を使用する。メーカーによっては、合金を識別するために合金コードや記号を表示しています。技術者が砂型鋳造アルミニウム、ダイキャストアルミニウム、さらには鍛造アルミニウムを見分けるようになったのは、これらの特性によるものです。

これらは小さな提案だ：

アルミ鋳造品の寿命は数十年と非常に長く、適切なメンテナンスが施されていることが条件である。リサイクルという大きな恩返し

• クリーニング： クリーニングには、スチールウール、研磨剤入りスクラブ、洗剤は絶対に使用しないでください。お手入れには、中性洗剤と柔らかい布をご使用ください。
• ストレージ： 時間の経過とともに、水の影響によって酸化することがある。
• コーティング： 屋外用家具は2、3年に一度、ペンキの塗り替えやシーリングをして、紫外線や風化から保護する。
• 検査だ： 錆の位置、亀裂、ボルトの緩みなどに注意するため、構造物を定期的に点検すること。

定期的なお手入れにより、アルミ鋳物の寿命は延び、見た目もみずみずしく、安全に作業を続けることができる。

環境とリサイクル、その効果

アルミニウム鋳造の最も素晴らしい利点は、リサイクルが可能なことです。これまでに製造されたアルミニウムの4分の3以上が、現在も使用されています。

• 地雷の破壊を減少させる。
• バージンアルミニウムを製造するのに必要なエネルギーの95％を節約。
• 炭素の排出量を減らす
• フューチャー・テンズ-アルミ・キャスト
• ループ生産の円滑化 ループ生産の円滑化

現在、産業界はサーキュラー・デザインのコンセプトへとシフトしており、工場で回収されたアルミスクラップは溶かされ、再び生産サイクルに投入される。

 アルミニウム鋳物の未来

革新性と環境への配慮は、アルミ鋳造に近い合意事項である：

• 3Dプリント金型： そしてまた、無駄が少なく、カスタムメイドの部品が多い。
• スマート・キャスティング・システム リアルタイムで欠陥を特定するAIプロセス。
• 新しいエコ合金： 有害物質の使用量を削減し、リサイクルを強化する。
• 電気自動車（EV）： EVにはより多くの要求があり、その結果、バッテリーカバーやシャーシにアルミ鋳造品が多く使用されるようになっている。

他の産業がグリーン化を進める中、アルミ鋳物は環境に優しい製品の設計にさらに大きな影響を与えるだろう。

結論

アルミニウム鋳物は、その多様な利点と用途から、現代における生産の主要な材料となっている。その軽量性、耐食性、熱伝導性により、自動車、航空宇宙、電子機器、調理器具など、ほとんどの産業において望ましい材料となっています。 軽量な航空製品や、耐久性のある屋外家具として使用される。その多用途性にもかかわらず、アルミニウム鋳造には課題もある。多孔性、もろさ、融合の難しさといった問題は、厳しい分野でこの材料を選択する際にはもちろん、困難な分野で選択する際にも考慮しなければなりません。そのような障害にかかわらず、アルミニウムのリサイクルとその環境に優しい特性は、アルミニウムの流れと需要を動かすもう一つの要因であることを証明しています。製造方法が変化し、より持続可能なものになるにつれ、アルミニウム鋳造は、製造時に使用される廃棄物やエネルギーをより少なくするために、今後も重要な役割を果たすと予想されます。鋳造技術は、材料の性能をさらに向上させ、環境に与える影響を減らすために、より高度でより環境に優しいものになるため、将来使用される技術や合金はさらに革新的なものになるかもしれません。アルミニウム鋳造はリサイクルされる可能性があり、選択される材料として継続的に発展する可能性があることも、今後数年間、製造業の世界で重要な役割を果たす理由のひとつです。

よくある質問

1.アルミ鋳物の良いところは？

鋳造アルミとは、溶かして流し込んだアルミを型に流し込むことで、特定のデザインに仕上げるものです。この鋳造工程のおかげで、機械加工や鍛造など他の工程では困難な複雑な部品も製造することができます。

2.アルミ鋳造のマイナス面は？

アルミニウム鋳造の最大の特徴は、軽量で耐食性に優れ、熱伝導率が高く、複雑な形状を大量に製造できることです。

3.アルミニウムの製造工程はどのように行われるのですか？

このタイプのアルミニウムは、アルミニウムを溶かし、砂、金属、あるいはセラミックなどの材料でできた鋳型に流し込んで作られる。温度を下げて冷却することで、アルミニウムは固体の状態になり、必要な形状になります。ダイカスト、砂型鋳造、インベストメント鋳造など、さまざまな方法があります。

4.アルミ鋳物の悪い点は何ですか？

鋳造アルミニウムは比較的柔軟ですが、弱点もあります。多孔性（小さなガスポケット）、鍛造アルミニウムと比較した場合の引張強度の低下、溶接のしにくさ、粗い表面仕上げ、冷却時の収縮などです。

5.アルミ鋳物はリサイクルできますか？

もちろん、アルミ鋳造品は非常に高い再生能力があります。溶かして再利用できるため、品質を無駄にすることなく再利用できるのです。アルミニウムのリサイクルは、鉱山で最初に製造するのに比べて非常にエネルギー効率がよく、製品コストも下げることができます。