金型製造に関するよくある質問への回答

成形方法 - 2 つの基本的な材料タイプから選択します。

A) ダイカスト、鍛造、押し出し加工中に発生する比較的高い温度に耐えられる熱間加工工具鋼。

B) 冷間工具鋼。打ち抜き、せん断、冷間成形、冷間押し出し、冷間鍛造、粉末プレス成形に使用されます。

プラスチック - PVC プラスチックなど、一部のプラスチックは腐食性の副産物を生成します。

長時間のダウンタイム、腐食性ガス、酸、冷却/加熱、水、または保管条件によって生じる結露も腐食を引き起こす可能性があります。

このような場合、金型鋼材としてはステンレス鋼が推奨されます。

ダイ サイズ - 大型のダイでは、プリハードン鋼が使用されることが多いです。 小型の金型には全焼入れ鋼がよく使用されます。

金型の使用回数 - 長期間（1,000,000 回以上）使用される金型は、硬度 48 ～ 65 HRC の高硬度鋼で作られている必要があります。

中～長期（10万～100万回）使用する金型には、硬度30～45 HRCのプレハードン鋼を使用する必要があります。

短期使用（表面粗さ - 多くのプラスチック金型メーカーは、良好な表面粗さに関心を持っています。金属切削性能を向上させるために硫黄を添加すると、表面品質が低下します。硫黄含有量が多い鋼は、より脆くなります。

鋼の化学組成は重要です。

鋼の合金含有量が高くなるほど、機械加工が難しくなります。

炭素含有量が増加すると、金属の切削性能が低下します。

鋼の構造も金属切削性能にとって非常に重要です。

さまざまな構造には、鍛造、鋳造、押し出し、圧延、機械加工などがあります。 鍛造品や鋳造品の表面は機械加工が非常に困難です。

硬度は金属の切削性能に影響を与える重要な要素です。 一般的な規則としては、鋼が硬いほど、機械加工が難しくなります。 高速度鋼 (HSS) は、硬度が最大 330 ～ 400 HB の材料の加工に使用できます。

高速度鋼 + 窒化チタン (TiN) コーティングは、硬度が最大 45 HRC の材料を処理できます。硬度が 65 ～ 70 HRC の材料の場合は、超硬合金、セラミック、サーメット、立方晶窒化ホウ素 (CBN) を使用する必要があります。

非金属介在物は一般に工具寿命に悪影響を及ぼします。 例えば、純粋なセラミックである Al2O3 (酸化アルミニウム) は研磨性が極めて高いです。

最後は残留応力で、金属切削性能に問題を引き起こす可能性があります。 荒加工後には、応力緩和操作が推奨されることがよくあります。

大まかに言えば、コストは次のように配分されます。

65%削減

ワークピース材質 20%

熱処理5%

組立・調整 10%

これは、金型の経済的な生産には、優れた金属切削性能と優れた全体的な切削ソリューションが重要であることも明確に示しています。

一般的に言えば、それは次のようになります。

鋳鉄の硬度と強度が高くなるほど、金属切削性能が低下し、インサートや工具に期待できる寿命も短くなります。

金属切削生産に使用される鋳鉄は、通常、ほとんどの種類の金属の切削に非常に優れた性能を発揮します。 金属の切削性能はその組織に関係しており、パーライト鋳鉄が硬いほど加工が難しくなります。

片状黒鉛鋳鉄と可鍛鋳鉄は機械加工性に優れていますが、ダクタイル鋳鉄は機械加工性が非常に悪いです。

鋳鉄を機械加工する際に発生する主な摩耗の種類は、研磨摩耗、凝着摩耗、拡散摩耗です。 摩耗は主に炭化物、砂の混入物、硬い鋳肌によって発生します。

切削温度と切削速度が低い条件下では、構成刃先による凝着摩耗が発生します。 鋳鉄のフェライト部分はインサートに溶着しやすいですが、切削速度と温度を上げることでこれを克服できます。

一方、拡散摩耗は温度に依存し、特に高強度鋳鉄グレードを使用する場合に、高速切削時に発生します。

これらのグレードは、高温による変形に対して高い耐性を備えています。 この摩耗は鋳鉄と工具の相互作用に関係しており、良好な工具寿命と表面品質を得るためには、一部の鋳鉄をセラミックまたは立方晶窒化ホウ素 (CBN) 工具で高速加工する必要があります。

鋳鉄の加工に一般的に求められる典型的な工具特性は、高い熱硬度と化学的安定性ですが、プロセス、ワークピース、切削条件にも関連しており、刃先は強靭で、熱疲労摩耗に耐性があり、刃先強度を備えている必要があります。 鋳鉄の良好な切断は、刃先の摩耗の進行状況によって決まります。刃先が急速に鈍化すると、熱による亀裂やノッチ、ワークピースの破損、表面品質の低下、過度の波打ちなどにより、刃先が早期に破損することになります。 通常は、側面の摩耗を正常に保ち、バランスを保ち、鋭い刃先を保つことが目標となります。

切断プロセスは、少なくとも次の 3 種類のプロセスに分割する必要があります。

荒加工、中仕上げ、仕上げ、場合によっては超仕上げ（主に高速切削用途）も行います。 残余フライス加工は、もちろん、中仕上げ工程後の仕上げのための準備です。 各工程において、次工程への余裕を均等に残すように努めることが非常に重要です。 ツールパスの方向と作業負荷の急激な変化が少ないほど、ツールの寿命は長くなり、予測しやすくなります。 可能であれば、仕上げ作業は専用の工作機械で実行する必要があります。 その結果、金型の形状と品質が向上し、試運転と組み立ての時間が短縮されます。

荒加工工程：丸刃フライスカッター、ボールノーズエンドミル、先端半径の大きいエンドミル。

中仕上げ工程：円形刃フライスカッター（直径範囲10〜25mmの円形刃フライスカッター）、ボールノーズエンドミル。

仕上げ工程：円形刃フライスカッター、ボールノーズエンドミル。

残留フライス加工工程: 丸刃フライスカッター、ボールノーズエンドミル、垂直フライスカッター。

工具のサイズ、形状、グレード、切削データ、適切なフライス加工戦略の特定の組み合わせを選択して、切削プロセスを最適化することが非常に重要です。

切削プロセスにおける最も重要な目標の 1 つは、各操作で各ツールに均等に分散された加工代を作成することです。

つまり、特に荒加工や中仕上げ加工では、異なる直径（大きいものから小さいものまで）の工具を使用する必要があります。

常に主な基準となるのは、各ステップで金型の最終形状に可能な限り近づけることです。

各ツールに均等に配分された加工代を提供することで、一定の高い生産性と安全な切削プロセスが保証されます。

ap/ae（軸方向切削深さ/半径方向切削深さ）が変わらない場合、切削速度と送り速度も高いレベルで一定に保つことができます。

その結果、刃先での機械的動作と作業負荷の変動が少なくなり、熱と疲労が軽減され、工具寿命が延びます。

後続工程が一部半仕上げ工程、特に全仕上げ工程である場合、無人処理または部分無人処理が可能である。

一定の材料加工代も、高速切削アプリケーションにとって重要な基準です。

一定の加工代によるもう 1 つのプラス効果は、工作機械 (ガイド、ボールねじ、スピンドル ベアリング) への悪影響のレベルが低いことです。

キャビティの荒削りに角肩削りカッターを使用する場合、中仕上げ時に大量の段状の切削代を除去する必要があります。

これにより、切削力が変化し、工具が曲がってしまいます。 その結果、仕上げ加工時の加工代が不均一になり、金型の形状精度に影響を及ぼします。

弱い切れ刃で四角肩削りフライスカッター（三角形のインサート付き）を使用すると、予期しない切削動作が発生します。

三角形またはダイヤモンド形のインサートは、より大きな半径方向の切削力も生成し、インサートの切削刃数が少ないため、荒加工ツールとしては経済的ではありません。

一方、円形インサートは、さまざまな材料やあらゆる方向のフライス加工に使用できます。これを使用すると、隣接するツールパス間の遷移がよりスムーズになり、中仕上げのためにより小さく均一な加工代を残すことができます。

円形インサートの特徴の 1 つは、生成されるチップの厚さが可変であることです。 これにより、他のほとんどのインサートよりも高い送り速度で使用できるようになります。

円形刃の主すくい角はほぼゼロ（非常に浅い切削）から 90 度まで変化し、切削動作は非常にスムーズです。 最大切削深さでは主すくい角は45度、外円のある直線壁に沿って切削する場合は主すくい角は90度です。

これは、円形刃工具が強力である理由も説明しています。つまり、切断負荷が徐々に増加するのです。

荒加工と中荒加工は、常に丸インサートフライスカッターを使用して行う必要があります。丸インサートフライスカッターは、適切なプログラミングを使用することで、ボールエンドミルをほぼ置き換えることができます。

振れが小さい円形ブレードと、細かく研磨された正のすくい角、および軽い切削溝を組み合わせることで、中仕上げおよび一部の仕上げ作業にも使用できます。

切断においては、実際の直径または有効直径に対する有効切断速度の基本的な計算が常に非常に重要です。

テーブル送りは一定の切削速度での回転速度に依存するため、実効速度を計算しないとテーブル送りが誤って計算されます。

切削速度を計算するときに工具の公称直径値 (Dc) を使用すると、切削深さが浅い場合、有効または実際の切削速度は計算された速度よりもはるかに低くなります。

円形ブレード（特に小径範囲）、ボールノーズエンドミル、先端半径の大きいエンドミルなどの工具。 その結果、計算された送り速度も大幅に低下し、生産性が大幅に低下します。

さらに重要なのは、ツールの切削条件がその能力と推奨される適用範囲を下回っていることです。

3D 切断を実行する場合、切断の直径は金型の形状に応じて変化します。

この問題の解決策の 1 つは、金型の急勾配の壁領域と、部品の浅い形状の領域を定義することです。 各領域ごとに専用の CAM プログラムと切断パラメータをプログラムすると、良好な妥協点と結果を達成できます。