工業用金型: 精密製造ガイド

工業用金型は、射出成形、ブロー成形、ダイカスト、圧縮成形などの製造工程で使用されるツールです。部品や製品のネガティブ イメージとして機能し、圧力や温度、またはその両方をかけることで材料を目的の形状に成形します。

この記事では、工業用金型の種類、材料、設計上の考慮事項、製造プロセス、および業界での用途について詳しく説明します。

工業用金型とは何ですか?

本質的に、工業用金型とは、液体または可鍛性の材料を成形して製品または部品の複製を作成するために使用される特注のツールまたはフォームです。これらは青写真として機能し、プラスチック、金属、セラミック、さらにはゴムなどの材料を正確な形状とサイズに成形できます。金型は、プラスチックカップ用の単一キャビティ金型のように単純なものから、自動車部品用の複数の可動部品と複雑なディテールを備えた非常に複雑なものまであります。

工業用金型の重要性

工業用金型は現代の製造業に欠かせないものであり、効率的なコストで精密で繰り返し可能な部品の大量生産を可能にします。金型は生産プロセスを合理化し、無駄を減らし、製品の品質を向上させます。競争の激しい世界市場では、金型は迅速な試作、設計の柔軟性、コスト効率の高い大量生産を通じて企業が優位性を維持する上で重要な役割を果たします。

さらに、自動化、IoT (モノのインターネット)、精密加工機能の統合など、金型技術の進歩により、工業用金型の可能性の限界が押し広げられています。世界がテクノロジーにますます依存するようになるにつれ、私たちの未来を形作る工業用金型の役割はこれまで以上に重要になっています。

工業用金型の種類

工業用金型の分野は広大かつ多様で、特定のニーズや材料に合わせてさまざまなタイプが作られています。主なカテゴリをいくつか紹介します。

プラスチック 射出成形金型

プラスチック製造で最も一般的に使用される 射出成形金型 溶融プラスチックを高圧下で閉じた金型キャビティに注入するプロセスです。金型キャビティは、すべてをまとめる金型ベースと、最終製品の形状を定義する金型キャビティの 2 つの主要部分で構成されます。プロセスは、プラスチック材料を溶融状態まで加熱し、次にスプルー、ランナー システム、ゲートを通して高圧下で金型キャビティに注入することから始まります。次に金型を冷却し、プラスチックを固化させて目的の形状にします。冷却されると、金型が開き、部品が排出されて、さらに処理またはパッケージ化されます。

主な特長：

• 多くの場合、硬化鋼、プレハードン鋼、アルミニウム、銅合金で作られています。
• 高精度の複雑な形状
• 大規模生産用のマルチキャビティ金型

ブロー金型

ブロー成形は、主にボトル、容器、パイプなどの中空の物体に使用される特殊なプロセスです。このプロセスは、パリソンと呼ばれる加熱されたプラスチック チューブから始まり、その一端をブロー成形金型内でクランプして密封します。次に、圧縮空気をパリソンに吹き込み、パリソンを膨らませて金型の空洞の形状に合わせて拡張させます。プラスチックが冷えると、金型の形状を維持したまま固まります。

主な特長：

• 中空形状の製造に最適
• よりシンプルなデザインのための低コストの金型オプション
• 使用される材料にはPET、HDPE、PPなどの熱可塑性プラスチックが含まれます。

ダイカスト金型

ダイカストは、溶融金属を高圧下で再利用可能な鋼鉄の鋳型に流し込む金属加工プロセスです。金属は、製品の細部まで押し込まれます。 ダイカスト金型金型の形状の正確なレプリカを作成します。金属が冷却され固まると、金型が開かれ、部品が取り出されます。

主な特長：

• 繰り返し使用しても耐久性が高い
• 優れた表面仕上げの複雑な部品
• 通常は耐熱性のため工具鋼で作られる

圧縮金型

圧縮成形は、主に熱硬化性プラスチックやゴムに使用されるプロセスで、成形プロセス中に化学変化を起こして永久的に硬くなります。圧縮成形では、材料を予熱して柔軟な状態にしてから、金型のキャビティに配置します。次に金型を閉じ、熱と圧力を加えて材料を金型の形状に押し込みます。材料が硬化したら、金型を開いて部品を取り出します。

主な特長：

• 大型部品や厚い壁に適しています
• 少量から中量の生産にコスト効率に優れています
• 一般的な材料には複合材料や熱硬化性ポリマーなどがある

工業用金型製造に使用される材料

金型材料の選択は、生産量、成形する材料、必要な精度などの要因によって異なります。最も一般的な材料は次のとおりです。

鋼鉄

鋼は金型に最もよく使用される材料で、特に硬化鋼は耐摩耗性と耐久性に優れています。大量生産や複雑な金型に最適です。硬化鋼は耐摩耗性は劣りますが、加工が容易なため、少量生産や試作品の生産に適しています。

アルミ

アルミ製の金型はスチール製の金型よりも安価で、加工も簡単です。アルミ製の金型は、大量生産を必要としない短期生産や試作によく使用されます。アルミは熱伝導率が高いため、冷却時間が短くなりますが、スチールほどの耐摩耗性はありません。

銅合金

銅合金、特にベリリウム銅は、高い熱伝導率を必要とする金型に使用されます。これらの材料は、より速い冷却を必要とする部品の鋼製金型と組み合わせて使用​​されることがよくあります。

工具鋼（H13、P20）

工具鋼、特にH13およびP20グレードは、ダイカストなどの高温プロセスを受ける金型によく使用されます。H13鋼は空気硬化工具鋼で、熱疲労や摩耗に対する耐性に優れていることで知られており、長期にわたる使用に適しています。 大量生産.

工業用金型の製造工程

工業用金型の設計は、CAD (コンピュータ支援設計) ソフトウェア、シミュレーション ツール、および設計者、エンジニア、金型メーカー間の緊密な連携を伴う、高度に専門化された反復的なプロセスです。主な手順は次のとおりです。

1. 概念化寸法、材料、生産量など、製品の要件を特定します。
2. CADモデリング: ドラフト角度、パーティング ライン、エジェクタ ピンの位置を組み込んだ金型と部品の 3D モデルを作成します。
3. : FEA (有限要素解析) とフロー シミュレーション ソフトウェアを使用して、金型のパフォーマンスを予測し、潜在的な問題を特定し、設計を最適化します。
4. プロトタイピング: プロトタイプの金型を構築してテストし、設計を検証してさらに改良します。
5. ツーリング設計材料の選択、冷却チャネル、ゲートシステムなど、金型の構造を最終決定します。

工業用金型製造技術

金型製造では、さまざまな機械加工と仕上げ技術を組み合わせて、正確で耐久性のある金型を作成します。一般的な製造方法は次のとおりです。

CNC加工

CNC加工 は、金型製作において広く使用されている技術で、特にアルミニウム、スチール、さらに硬い金属などの材料から精密な金型を作成する場合に使用されます。射出成形、ダイカスト、ブロー成形プロセスに必要な、厳しい許容誤差と複雑な形状の金型を製造するのに最適です。

放電加工（EDM）

EDM は、タングステン カーバイド、セラミック、硬化鋼などの切削が難しい材料の加工に優れているほか、従来の加工方法では困難または不可能な複雑なディテールや深いキャビティの作成にも優れています。金型製作によく使用され、特に細かいディテールのある金型や EDM 自体の電極に使用されます。

積層造形 (3D プリンティング)

一方、 3D印刷 材料や耐久性の制約により、大量生産の金型製造ではまだ普及していませんが、試作と設計検証の段階に革命をもたらしています。これにより、従来の製造方法では困難または不可能だった複雑な形状を迅速に作成できます。

熱処理

鋼の金型には、硬度と耐摩耗性を高めるために熱処理がよく施されます。焼き戻しや窒化などの処理により、特に大量生産用途では金型の耐久性が向上します。

表面研削と研磨

表面研削は、特に成形材料と接触する金型の部品の表面を滑らかで平らにするために使用されます。研磨は、成形製品の美観と機能面で重要な表面仕上げを強化するために行われます。

工業用金型の設計上の考慮事項

工業用金型の設計は、効率的な生産、部品の品質、コスト効率を確保する上で非常に重要です。金型設計の重要な要素は次のとおりです。

• キャビティとコアの設計: 高精度金型の場合、許容誤差は通常 ±0.005 mm ～ ±0.02 mm、部品の取り出しを容易にするためのドラフト角度は 1 ～ 3 度、プラスチック金型の場合、壁の厚さは材料特性に応じて 1 ～ 2 mm です。
• ゲート設計: ゲート サイズは、材料の粘度と部品のサイズに応じて 0.5 mm ～ 5 mm の範囲です。エッジ ゲートは、均一な流れを実現するために部品の最も厚い部分に配置されます。小さな部品の場合、目立つ跡を避けるためにピン ゲートの直径は 0.5 mm ～ 1.5 mm です。
• 冷却チャネル水路の直径は通常 6 ～ 12 mm、冷却路は金型キャビティ表面から 5 ～ 15 mm 離して配置されます。均一な冷却のため、チャネル間の間隔は通常 30 ～ 50 mm です。
• 通気: 材料の漏れを防ぎながら空気を逃がすためのベント深さは 0.02 mm ～ 0.05 mm です。プラスチック金型の場合、ベント幅は通常 3 mm ～ 6 mm です。ベントは、ガスを効率的に逃がすために、充填する最後の領域の近くに配置されます。
• 材料の収縮収縮許容値は材料によって異なりますが、ほとんどの熱可塑性プラスチックでは 0.2% ～ 2.5% の範囲です。金型は冷却後の収縮を考慮して若干大きめに設計されます。
• 排出システムエジェクタピンの直径は部品のサイズに応じて 2 mm ～ 20 mm の範囲です。エジェクタストロークは部品の深さに応じて 10 mm ～ 30 mm の範囲です。

工業用金型の用途

工業用金型は、さまざまな業界で幅広い製品を生産するために使用されています。

• 自動車産業: バンパー、ダッシュボード、エンジン部品、ヘッドライトハウジング、エアインテークマニホールド、ドアパネル、シートベルトバックル。
• 医療機器: 注射器、カテーテル部品、外科用器具、IV コネクタ、吸入器、診断装置ハウジング。
• 家電: スマートフォンハウジング、タブレットカバー、ラップトップケース、リモコンシェル、カメラ本体、USBコネクタ。
• 梱包: ボトル、キャップ、容器、食品トレイ、ブリスターパック、化粧品容器。
• 航空宇宙産業キャビン内装部品、エアダクト、ブラケット、コントロールパネル、シート部品など。
• 家庭用器具洗濯機のドラム、冷蔵庫のライナー、掃除機の部品、コーヒーメーカーのハウジング、電子レンジのドアフレーム。

プラスチック部品から金属鋳造品まで、金型は幅広い製造プロセスの基礎として機能します。

BOYI — 工業用成形会社

BOYIは大手産業 モールドコーポレーションは、射出成形、ダイカスト金型製造、CNC 加工の包括的なソリューションを提供しています。当社の専門知識は複数の業界に及び、最高水準の品質と性能を満たす精密エンジニアリング金型とコンポーネントを提供しています。当社は、お客様の多様な製造要件に合致する、耐久性、効率性、コスト効率に優れた金型の作成を専門としています。

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