工業用金型の世界では、金型インサートは重要な役割を果たします。これらは、最終製品の特定の機能を形成する金型内のコンポーネントです。工業用金型の確立されたサプライヤーとして、私は金型インサートに適切な材料を選択することの重要性を目の当たりにしてきました。さまざまな材料が独自の特性を提供し、金型の性能、耐久性、コスト効率に大きな影響を与える可能性があります。このブログでは、工業用金型の金型インサートに使用される一般的な材料のいくつかについて説明します。
工具鋼
工具鋼は、おそらく金型インサートに最も広く使用されている材料です。優れた硬度、耐摩耗性、靭性で知られています。これらの特性により、射出成形、圧縮成形、ダイカストなどのさまざまな成形プロセスに適しています。
最も人気のある工具鋼の 1 つは D2 鋼です。 D2 鋼は、高炭素、高クロムの冷間工具鋼です。複雑な形状や微細な部品を製造する金型に不可欠な高い耐摩耗性を備えています。たとえば、の制作においては、自動車インパネ樹脂部品, D2 スチールインサートにより、インストルメントパネルの複雑なパターンとマーキングが、多数の生産サイクルにわたって正確に複製されることが保証されます。
もう 1 つの一般的に使用される工具鋼は P20 鋼です。 P20 はプリハードン鋼であるため、追加の熱処理を必要とせずに直接機械加工できます。これにより、比較的短期間の生産を必要とする金型にとって、コスト効率の高いオプションとなります。 P20 鋼は良好な研磨性も備えており、これは、金型の製造など、滑らかな表面仕上げが必要な用途で使用される金型にとって重要です。エアコンパネルプラスチック金型。
H13 鋼は、ダイカストおよび射出成形用途で広く使用されている熱間工具鋼です。優れた耐熱疲労性を備えており、成形プロセス中に発生する繰り返しの加熱と冷却のサイクルに耐えることができます。 H13 鋼は、優れた靭性と耐摩耗性でも知られており、自動車部品のような大型の自動車部品の製造に使用される金型に適しています。トランスミッション射出成形。
ステンレス鋼
ステンレス鋼も、金型インサートに一般的に使用される材料のグループです。耐食性、良好な研磨性、高強度などの利点があります。
420 ステンレス鋼は、金型インサートによく使用されるマルテンサイト系ステンレス鋼です。耐食性に優れているため、成形品が腐食性物質と接触する用途の金型に適しています。また、420 ステンレス鋼は比較的高い硬度と耐摩耗性を備えており、長期間使用しても形状と表面仕上げを維持できます。
316 ステンレス鋼は、特に過酷な環境における優れた耐食性で知られるオーステナイト系ステンレス鋼です。衛生性と耐食性が最も重要視される食品グレードまたは医療グレードの製品の金型によく使用されます。 316 ステンレス鋼は一部の工具鋼に比べて硬度が低いですが、成形圧力が比較的低い用途では依然として効果的に使用できます。
アルミニウム合金
アルミニウム合金は、特に迅速な試作や短期間の生産が必要な用途において、金型インサートに使用されることが増えています。アルミニウムには、低密度、高熱伝導率、優れた機械加工性など、いくつかの利点があります。
6061 アルミニウム合金は、金型インサートとしてよく選ばれています。強度、耐食性、被削性のバランスが取れた熱処理可能な合金です。 6061 アルミニウムは熱伝導率が高いため、成形部品の冷却が速くなり、成形プロセスのサイクル タイムを大幅に短縮できます。このため、小型から中型のプラスチック部品の製造に使用される金型に最適な素材となります。
7075アルミニウム合金は高強度アルミニウム合金です。 6061 アルミニウムに比べて強度と硬度が高くなりますが、加工が難しくなります。 7075 アルミニウムは、複雑な形状の部品の製造や高圧成形条件下など、高強度の金型インサートが必要な用途でよく使用されます。
炭化物
炭化タングステンなどの炭化物は、非常に硬く、耐摩耗性の高い材料です。これらは、高精度と長期にわたる性能が要求される用途の金型インサートによく使用されます。
炭化タングステンインサートは、電子部品などの小型高精度部品の製造によく使用されます。硬度が高いため、多数の生産サイクル後でも鋭いエッジと正確な寸法を維持できます。ただし、炭化タングステンは比較的脆くて高価でもあるため、通常は他の材料と組み合わせて使用されたり、その独特の特性がコストに見合う用途で使用されます。
銅合金
ベリリウム銅や銅 - クロム - ジルコニウム合金などの銅合金は、熱伝導率が高いことで知られています。この特性により、急速な熱伝達が必要な用途の金型インサートに最適です。
ベリリウム銅は、熱伝導性に優れた高強度銅合金です。これを使用すると、成形部品から熱を素早く逃がすことができる金型インサートの作成に使用でき、冷却時間を短縮し、全体的な生産効率を向上させることができます。ただし、ベリリウムは有毒物質であるため、その取り扱いや加工の際には適切な安全対策を講じる必要があります。
銅 - クロム - ジルコニウム合金も金型インサートとして人気があります。強度、熱伝導性、耐摩耗性の優れた組み合わせを提供します。これらの合金は、プラスチック射出成形の金型によく使用されます。この場合、反りを防止し、成形部品の寸法精度を向上させるために急速冷却が不可欠です。
金型インサートの材料を選択する際の考慮事項
金型インサートの材料を選択するときは、いくつかの要素を考慮する必要があります。
- 生産量: 大量生産の場合は、工具鋼や超硬など、高い耐摩耗性と長期耐久性を備えた材料が好まれます。短期間の生産やラピッドプロトタイピングには、コストが低く、加工時間が短いため、アルミニウム合金などの材料がより適している可能性があります。
- パーツの複雑さ: 複雑な形状や細かいディテールを持つ部品には、正確に加工でき、長期間その形状を維持できる材料が必要です。このような場合には工具鋼や超硬がよく使用されます。
- 成形工程: 射出成形、圧縮成形、ダイカストなどの成形プロセスが異なると、金型インサート材料に対する要件も異なります。たとえば、熱間工具鋼はダイカスト用途に適していますが、射出成形には熱伝導率の高い材料が適しています。
- 料金: 原材料費、加工費、熱処理費などの材料コストは重要な考慮事項です。金型の性能要件と全体の生産コストとの間でバランスを取る必要があります。
結論
工業用金型のサプライヤーとして、金型インサートに適切な材料を選択することは、成形プロセスの品質、コスト、効率に大きな影響を与える可能性がある重要な決定であることを理解しています。工具鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金、超硬、銅合金にはそれぞれ独自の特性と利点があり、用途の特定の要件に基づいて選択する必要があります。
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参考文献
- 「工具および金型材料ハンドブック」ASMインターナショナル
- プラスチック工学会「金型の設計と製作」
- 「材料科学と工学: 入門」William D. Callister, Jr. および David G. Rethwisch 著