モーター部品のダイカストに最適な金属とその理由

アルミニウム合金は、モーター部品のダイカストに使用される主要な金属であり、亜鉛およびマグネシウム合金は特定の二次的な役割を果たします。アルミニウム グレードの中で、A380 および ADC12 は、低密度、強力な熱伝導率、および大量生産における信頼性の高い鋳造性を兼ね備えているため、現在生産されているモーター ハウジング、エンド シールド、およびステーター フレームの大部分を占めています。 Zamak 3 や Zamak 5 などの亜鉛合金は、部品の寸法公差や装飾的な表面仕上げが必要な場合に選択されますが、マグネシウムは軽量化が最優先される用途に使用されます。以下のセクションでは、各金属が選択される理由、その特性がどのように比較されるか、そしてこれがモーター部品のダイカストメーカーの調達に何を意味するかについて詳しく説明します。

なぜアルミニウムが主流なのか モーター部品 ダイカスト

電気モーターのハウジング、エンド シールド、およびステーター フレームはすべて、3 つの要件を共有しています。それは、熱を効率的に放出し、長期的な腐食に耐え、システム全体の効率を低下させない程度に軽量であることです。アルミニウムはこの 3 つを同時に満たします。その熱伝導率により、モーター巻線によって発生した熱がユニット内に蓄積されるのではなく、ハウジングの壁を通って外部に伝達され、モーターの寿命と性能の一貫性に直接影響します。また、その自然酸化層は、多くの場合、高価なメッキを必要とせずに、屋外、自動車、産業環境における腐食から部品を保護します。

もう一つの決定要因は密度です。アルミニウムの重さは同じ体積の鋼鉄の約 3 分の 1 であり、これは、1 キログラム節約されるごとに航続距離や積載量が向上する自動車モーター部品や新エネルギー自動車部品において非常に重要です。これは、アルミニウム ダイカストが、自動車および産業機器分野のモーター ハウジング、ステーター フレーム、ギアボックス ハウジング、およびポンプ ボディのデフォルトの成形プロセスになっている理由でもあります。

A380 対 ADC12: 2 つの主力合金

アルミニウム ダイカストでは、A380 (北米およびヨーロッパの標準) と ADC12 (化学的に A383 に非常に近い日本および中国の業界標準) という 2 つの合金ファミリーがほとんどのモーター部品の生産をカバーしています。どちらもシリコン - 銅アルミニウムファミリーに属しており、それらの間の違いは小さいですが、製造の結果にとって重要です。

A380 には通常、約 7.5 ～ 9.5 パーセントのシリコンと 3 ～ 4 パーセントの銅が含まれており、強度、機械加工性、コストのバランスが優れています。 ADC12 はシリコン含有量がわずかに多く、高圧射出段階での流動性が向上します。この特別な流動性により、溶融金属は凝固する前に薄い壁や鋭い角を埋めることができます。これはまさに、冷却フィンを備えたコンパクトなモーターのエンドシールドやステーターハウジングに見られる形状です。

実際には、この 2 つのどちらを選択するかは、多くの場合、部品が製造される場所と、設計に必要な肉厚によって決まります。香港 Lijin または同様の自動ダイカストマシンを 200T から 1600T までの複数のトン数で稼働させる施設は、通常、顧客の地域規格とモーター部品の形状の複雑さに応じて、どちらの合金にも対応できます。

亜鉛ダイカストの金型材料がより合理的になるとき

亜鉛合金 (最も一般的には Zamak 3 および Zamak 5) は、大型モーター ハウジングのデフォルトではありませんが、エンド キャップ、内部ブラケット、ギア要素、装飾カバーなどの小型モーター コンポーネントでは重要な役割を果たします。ザマック 3 は、およそ 96% が亜鉛、約 4% がアルミニウム、微量のマグネシウムと銅で構成されています。比較的低い摂氏 385 度で溶解するため、金型の摩耗と製造時のエネルギー消費が削減されます。

設計者が特定のモーター部品においてアルミニウムではなく亜鉛ダイカストの金型材料を採用する理由は、寸法精度と表面仕上げという 2 つの要因に帰着します。亜鉛合金はアルミニウムよりも凝固時の収縮が少ないため、小さくて複雑な部品の厳しい公差を維持することが容易になります。また、クロムメッキ、塗装、粉体塗装も容易に受け入れられます。これは、純粋に機能的なものではなく、装飾的な仕上げが必要な目に見えるモーターのエンドキャップやハウジングにとって重要です。

ザマック 5 はザマック 3 と比較して銅を約 1% 添加しており、硬度と耐摩耗性が向上しています。このため、ザマック 3 は、機械的接触が繰り返される小さなギアに隣接するモーター部品にとってより良い候補となり、一方、ザマック 3 は、大きな機械的負荷がかからないブラケットやカバーとしては、依然として経済的な選択肢となります。

マグネシウムと他の金属が適合する場所

マグネシウムダイカストは、アルミニウムや亜鉛に比べて自動車部品に使用される頻度は低いですが、ダイカストに使用される実用的な構造用金属としては最も軽量で、重量は同等の体積でアルミニウムの約 3 分の 1 です。これは主に、軽量化が効率や航続距離の向上に直接つながる新エネルギー自動車部品やオートバイ部品に選ばれています。その代償として、マグネシウムはその反応性により溶解および鋳造の際により慎重な取り扱いが必要であり、一般にアルミニウムよりもキログラムあたりのコストが高いため、コストの懸念よりも軽量化が優先される場合にのみマグネシウムが登場する傾向があります。

一部のモーター部品、特にモーターアセンブリ内でバルブ、ピストン、またはポンプ本体としても機能する部品では、アルミニウム本体と組み合わせたスチールインサートまたはスチールダイカスト金型コンポーネントが使用される場合があります。このハイブリッド アプローチにより、メーカーは、摩耗しやすい接触点におけるスチールの強度と、部品の残りの部分におけるアルミニウムの軽量性を組み合わせることができます。

原材料の品質がモーター部品の性能に与える影響

適切な合金ファミリーを選択することは最初のステップにすぎません。アルミニウムのインゴット自体の純度は、最終部品に直接影響します。生アルミニウム中の重金属含有量または不純物が多いと、ダイカストプロセス中に多孔性、スラグ混入、コールドシャット、および表面欠陥が発生する可能性があります。入ってくるインゴットを溶融前に組成についてスクリーニングするダイカストメーカーは、機械的強度と、屋外またはボンネット下の条件にさらされるモーターハウジングにとって重要な、塵や湿気の侵入を防ぐ部品のシール能力の両方を損なう内部空隙を備えたモーター部品を製造する可能性ははるかに低くなります。

プロセス管理は材料の選択と同じくらい重要です。ダイカストモーター部品が寸法および構造仕様を満たしているかどうかは、特に 3 つの変数によって決まります。

設計段階で CAD、CAM、CAE シミュレーション ソフトウェアを組み合わせたメーカーは、金属を流し込む前に、特定の金型キャビティ内で特定の合金がどのように動作するかを予測できるため、金型切断後のコストのかかる再設計が削減されます。

モーター部のアルミダイカストと亜鉛ダイカストの選択

調達を決定する場合、実際的な問題は通常、どの金属が技術的に優れているかではなく、どの金属が特定の部品の荷重、サイズ、仕上げの要件に適合するかということです。一般的なガイドとして、モーター ハウジング、ステーター フレーム、エンド シールドなどの大型構造コンポーネントには、重量上の利点と熱的性能の理由から、ほとんどの場合、アルミニウム ダイカストが必要となります。エンド キャップ、内部ギア、装飾カバーなどの小型コンポーネントは、達成可能な公差が厳しく、仕上げの柔軟性が高いため、亜鉛ダイカスト金型の製造に適していることがよくあります。

自動車部品とモーターシリーズの生産の両方で経験を積んだダイカストメーカーは、さまざまなトン数や合金タイプを稼働させるための設備範囲を備えており、通常、最も稼働しやすい合金をデフォルトで選択するよりも、特定の部品に適切な材料を推奨するのに有利な立場にあります。すでに生産されている同期モーターのエンド シールドやステーター ハウジングなど、サプライヤーの既存のモーター部品ポートフォリオをレビューすることは、特定のプロジェクトに必要な合金と公差の組み合わせに関する実務経験があることを確認する実用的な方法です。