VWギアボックスの内部を覗くと、ダイカストの真実が明らかになります

最近、私は 1997 年製のフォルクスワーゲン ゴルフを無料という低価格で提供されました。オートマチック トランスミッションが完全に故障していたので、引き取ってもらえるとの条件でした。 そのような機会にノーとは言えなかったので、私は貧弱なコンバーチブルハウスをトレーラーで運び始め、何が問題なのかを確認するためにすぐに機械を壊しました。

残念ながら、私はこれまでヴォルフスブルクからこの獣を復活させることには失敗してきましたが、手首までトランスミッション液に浸かっていたとき、目に留まるものを見つけました。 トランスミッション製造の核心を覗いてみませんか？

トランスミッションパンを落としてフィルターを外すと、トランスミッションケースの内部がはっきりと見えました。 元鋳造エンジニアとして、完成した部品の特定の要素が私にとって際立ったものでした。 ハウジングのさまざまな部分には、小さな凹凸や突起があり、本来なら平らな面や滑らかな丸いエッジに大きな突起がありました。 これらは、表面上の一連の細かい亀裂のようなパターンのように見えるものと一致していました。 これらの欠陥は金型の表面に欠陥がある証拠であり、滑らかであるべき工具に穴が開いたり、亀裂が入ったりしていることを示唆しています。

影響を受けた領域は機械加工された部分ではなく、単に液体のリザーバーとして機能していました。 したがって、異常は伝送パフォーマンスに実際の影響を与えません。 しかし、それらの存在は、フォルクスワーゲンが鋳物を製造するために使用する工具の状態について少しは教えてくれます。 工具メーカーから出荷されたばかりの新品の金型では、通常、表面に亀裂、穴、しこりが明らかな部品は生成されません。 私の 1997 年ゴルフの 01M トランスミッション ハウジングの粗い性質は、フォルクスワーゲンが鋳造金型を数万ショット、おそらく 6 桁のショットにまで及ぶまで使用していた証拠です。 金型の固有の物理的状態に起因する特徴の性質を考慮すると、これらは単一の鋳造品における 1 回限りの欠陥ではありません。 むしろ、ラインエンジニアやオペレーターは、金型が劣化して磨耗していることに気づくでしょう。 欠陥が重要ではない場所で発生したことを考えると、車で時間を潰すためにトランスミッションを分解しない平均的なドライバーが欠陥に気づく可能性は低いことを考えると、欠陥を無視して部品を出荷するという意識的な決定が下された可能性があります。週末。 目に見える領域や機能領域にある同様の欠陥は、代わりに「修復」される可能性があり、問題の突起は人間のオペレーターまたは機械によって削り取られます。

欠陥がトランスミッションの機能的な障害を引き起こさないことを考えると、コストを低く抑えるために部品をパスするという決定も理解できます。 ただし、欠陥がどのようにして発生したのかを理解するために、高圧アルミニウム ダイカストのちょっとした短期集中コースを受講してみましょう。

最新のトランスミッション ケースは、多くの場合、高圧アルミニウム ダイカスト プロセスを使用して製造されています。 このプロセスには、ダイと呼ばれる巨大な金属型が含まれます。この型は 2 つの半分に分かれており、一緒に押し付けられ、2 つの半分の間にキャビティが作成されます。 通常、次に真空を適用してダイキャビティから空気を吸い出し、ガスの閉じ込めを減らします。 次に、溶解したアルミニウムがシリンダーに注入され、ピストンを使用してアルミニウムが非常に高い圧力で金型キャビティに射出されます。 ピストンが溶融アルミニウムを金型内に噴射するたびに、これをショットと呼びます。

溶融金属を高圧で射出することで、冷却時のアルミニウムの収縮によって引き起こされる問題を軽減します。 この収縮により、最終製品に収縮気孔と呼ばれるボイドが発生する可能性があります。 圧力を高く保つことで、可能な限り多くのアルミニウムが金型に完全に充填され、最終部品の収縮量が減少します。 ショットの高圧に耐えるために、ダイの 2 つの半分は特別なロック機構で保持されています。このロック機構は、ダイを閉じた状態に保ち、2 つの部分が接する継ぎ目の周囲から金属が漏れ出すのを防ぐものとされています。 もちろん、金型が完全に平らでなかったり、適切に位置合わせされていなかったりすると、フラッシュと呼ばれる継ぎ目の周囲から金属が漏れることがあり、完成した部品に小さなパーティング ラインが見える場合があります。 極端な場合には、一部のフラッシュがダイスから完全に抜け出すことがあります。これは、シフト中に初めて発生した場合に非常に恐ろしいことです。 通常、ラインオペレーターは、あなたが金属の刺すような音に驚いていると、心から笑います。

自動車の摩耗の推定値として走行距離を追跡するのと同じ方法で、ダイカストマシンはショットの数を追跡します。 ピストンの充填、金型へのアルミニウムの注入、部品の取り外しというサイクルごとに、機械と金型自体が摩耗します。 金型の重量は数トンあり、高張力工具鋼で作られています。 金型の製造には数十万ドルの費用がかかる場合があるため、数万個の部品を製造することでコストを賄わなければなりません。 エンジニアは、コスト効率の高い鋳造作業を実行するために、金型をできるだけ長持ちさせるために懸命に取り組んでいます。

一般的なダイは、定期的なメンテナンスと修理を行うことで 100,000 ショットを超える耐久性があります。 しかし、時間の経過とともに磨耗が大きくなり、金型を交換しなければならなくなる場合があります。 金型が高品質の部品を生産できない原因は数多くあります。 完全に要約すると分厚い教科書が書けてしまうため、この記事の範囲を超えています。 代わりに、フォルクスワーゲン 01M の鋳造品で見つかった亀裂、線、隆起の原因を見てみましょう。

ダイ表面の亀裂とその結果生じる部品表面の欠陥は、通常ヒートチェックと呼ばれます。 高温の液体金属が金型に射出されるとき、他の表面よりも先に金型の特定の表面に当たります。 金型のこれらの領域は周囲よりも加熱され、溶融アルミニウムのショットごとに大きな熱膨張と熱収縮が発生します。 これらのサイクルにより、時間の経過とともに亀裂や損傷が発生します。 原因は熱であるため、この名前が付けられています。 修理は、金型のひび割れた表面を研磨して戻すか、新しい金属を金型に溶接して元の形状に研磨することによって可能です。 ただし、このような修理では根本的な原因は解決されず、さらにショットを重ねるとヒートチェックが再発します。

金型のピッチングはキャビテーションによって発生しやすいです。 高温の金属が高速で金型に流れると、小さな泡や真空のポケットが形成され、その後崩壊することがあります。 これは、金型キャビティを通る流体の流れの性質により、特定の領域で発生します。 通常、それは流れの方向が変わるか障害物に遭遇する領域にあり、低圧領域は高圧の液体金属に囲まれています。 低圧気泡の周囲の圧力が上昇すると、最終的には崩壊します。 気泡が崩壊すると、激しい衝撃波と局所的な高温が発生し、ダイの表面に損傷を与える可能性があります。 これは顕微鏡レベルで始まりますが、金型でのショット数が増加するにつれて、時間の経過とともに損傷が増大し、ピットが深くなります。 ヒートチェックと同様に、新しい金属を溶接して穴のある領域を埋めることで損傷を修復できます。 しかし、キャビテーションの問題を軽減するためにダイの形状を再設計しないと、永続的な解決策にはならず、損傷が再発します。

完成したトランスミッション ハウジングに明らかな金型の損傷は、文脈から理解できます。 01M トランスミッションは、1990 年代から 2000 年代初頭にかけて多数のフォルクスワーゲン車に使用され、最終的には数百万台とは言わないまでも、数十万台の車に採用されました。 フォルクスワーゲンはおそらく、必要な部品を長年にわたって送り出すために、多数の金型を手元に備えた複数の鋳造機を 24 時間稼働させていたと思われます。 このような高い生産レベルでは、ある程度の摩耗が予想されます。 発見された異常が機能していない場所にあったことを考えると、エンジニアは金型の状態を監視しながらさらなる問題がないか監視しながら、部品がラインに流れるように取り除いていたはずです。

この記事が高圧ダイカスト部品の製造方法について少しでも学び、次に廃品置き場に行くときに友達にスマートに自慢できるようになれば幸いです。 プロセス制御、流体力学、製造効率に興味がある人にとって、ダイカストは興味深い分野です。世界中でアルミニウム部品が愛されているため、学んだスキルは将来にわたって役立つはずです。