金型製造：よくある質問

成形方法 – 2つの基本的な材料タイプを選択できます：

A) 高温加工用工具鋼で、ダイカスト、鍛造、押出しの比較的高い温度に耐えることができます。

B) 冷間加工工具鋼、ブランク加工やせん断、冷間成形、冷間押出し、冷間鍛造、粉末成形に使用されます。

プラスチック - 一部のプラスチックは、PVCのような腐食性の副産物を生成します。

腐食は、長時間のダウンタイムによる凝縮、腐食性ガス、酸、冷却/加熱、水、または保管条件などの要因によっても発生する可能性があります。

これらの場合、ステンレス鋼型鋼が推奨されます。

型のサイズ – 大型の型は、しばしば事前に硬化された鋼を使用します。小型の型には、固体硬化鋼がよく使用されます。

金型使用サイクル - 長期間使用を目的とした金型（>1,000,000サイクル）は、硬度48-65 HRCの高硬度鋼を使用するべきです。中程度から長期間使用を目的とした金型（100,000から1,000,000サイクル）は、硬度30-45 HRCのプレハード鋼で作られるべきです。

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。金属の加工性を改善するために硫黄を添加すると、表面品質が低下します。硫黄含有量が高い鋼は脆くなります。）

鋼の化学組成は重要です。

鋼の合金含有量が高いほど、加工が難しくなります。

炭素含有量が増加するにつれて、金属の加工性は低下します。

鋼の構造も金属の加工性にとって非常に重要です。

異なる構造には、鍛造、鋳造、押出し、圧延、機械加工があります。鍛造品と鋳造品は、非常に加工が難しい表面を持っています。

硬度は金属の加工性に影響を与える重要な要素です。一般的なルールは、鋼が硬いほど加工が難しくなるということです。高速鋼（HSS）は、硬度が330-400 HBまでの材料を加工するために使用できます。チタンナイトライド（TiN）コーティングされた高速鋼は、硬度が45 HRCまでの材料を加工できます。そして、硬度が65-70 HRCの材料については…たとえば、セメント化合金、セラミックス、セラメット、および立方晶窒化ホウ素（CBN）を使用する必要があります。

非金属ドーピングは一般的に工具寿命に悪影響を及ぼします。例えば、Al2O3（アルミナ）は、純粋なセラミックであり、強い研磨特性を持っています。

最終的に、残留応力は金属切削性能に問題を引き起こす可能性があります。粗加工後には、応力除去がしばしば推奨されます。

ざっくり言うと、コストの分配は以下の通りです：

機械加工 65%

ワークピース材料 20%

熱処理 5%

組立/調整 10%

これは、金型の経済的な生産において、優れた金属切削性能と全体的な切削ソリューションの重要性を明確に示しています。

一般的に言えば、鋳鉄の硬度と強度が高いほど、金属切削性能は低下し、インサートや工具の期待寿命も短くなります。

鋳鉄は金属切削生産に使用されるもので、ほとんどの種類の用途に対して良好な金属切削性能を持っています。金属の加工性はその構造に関連しており、硬いパーライト鋳鉄は加工が難しいです。

フレークグラファイト鋳鉄と可鍛鋳鉄は優れた加工性を持っていますが、延性鋳鉄はかなり劣っています。

鋳鉄を加工する際に遭遇する主な摩耗の種類は、摩耗、付着、拡散摩耗です。摩耗は主に炭化物、砂の混入、および硬い鋳造皮膜によって引き起こされます。

接着摩耗は、低切削温度と速度の下で発生し、ビルドアップエッジが形成されます。鋳鉄のフェライト部分は切削工具に最も容易に溶着されますが、切削速度と温度を上げることでこれを克服することができます。

一方、拡散摩耗は温度に依存し、高い切削速度で発生します。特に高強度鋳鉄グレードを使用する場合に顕著です。

これらのグレードは変形に対する高い抵抗を持ち、高温を引き起こします。この摩耗は、鋳鉄と切削工具との相互作用に関連しており、良好な工具寿命と表面仕上げを達成するために、セラミックまたは立方体窒化ホウ素（CBN）工具を使用して高速度でいくつかの鋳鉄を加工する必要があります。

典型的な工具特性は、鋳鉄の加工に一般的に必要とされるものであり、高い熱硬度と化学的安定性が望ましいですが、これらはプロセス、ワークピース、および切削条件にも依存します。切削エッジは、靭性、熱疲労摩耗への抵抗、およびエッジ強度を持っている必要があります。鋳鉄の切削に対する満足度は、切削エッジの摩耗の進行状況に依存します：急速な鈍化は、熱亀裂やノッチの形成を意味し、これが早期の切削エッジの破損、ワークピースの損傷、表面品質の低下、および過度の波打ちを引き起こします。通常のフランク摩耗は、バランスの取れた鋭い切削エッジを維持することが一般的に達成すべきことです。

切削プロセスは、粗加工、中仕上げ、仕上げの少なくとも3種類のプロセスに分けるべきであり、時には超仕上げ（主に高速切削用途向け）も含まれることがあります。残留フライス加工は、もちろん、仕上げの準備のために中仕上げの後に行われます。各プロセスにおいて、次のプロセスのために均等に分配された余裕を残すよう努めることが重要です。ツールパスの方向と作業負荷が急激に変化しない場合、工具寿命を延ばし、より予測可能にすることができます。可能であれば、仕上げプロセスは専用の工作機械で行うべきです。これにより、短いデバッグと組み立て時間で金型の幾何学的精度と品質が向上します。

ラフ加工：円形インサートエンドミル、ボールエンドミル、および大きな先端半径を持つエンドミル。

セミ仕上げ：円形インサートエンドミル（直径10-25 mmの円形インサートエンドミル）、ボールエンドミル。

仕上げ：円形インサートエンドミル、ボールエンドミル。

残留材料のフライス加工：円形インサートエンドミル、ボールエンドミル、ストレートエンドミル。

切削プロセスを最適化するためには、特定の工具サイズ、フルート形状、グレードの組み合わせ、切削パラメータ、適切なフライス加工戦略を選択することが重要です。

切削プロセスにおける最も重要な目標の一つは、各プロセスにおいて各工具に対して均一に分配された加工余裕を作成することです。

これは、異なる直径の工具（最大から最小まで）を使用しなければならないことを意味し、特に粗加工および中仕上げプロセスにおいて重要です。すべての操作において、常に主な基準は、金型の最終形状にできるだけ近づけることです。

各工具に均一に分配された加工余裕を提供することで、一貫して高い生産性と安全な切削プロセスを確保します。

ap/ae（切削深さ/半径方向切削深さ）が一定に保たれると、切削速度と送り速度も常に高いレベルに保つことができます。

これにより、切削エッジの機械的動作と作業負荷の変動が最小限に抑えられ、熱と疲労が少なくなり、工具の寿命が延びます。

その後の操作が半仕上げ操作、特にすべての仕上げ操作である場合、無人または部分的に無人の加工を行うことができます。

一定の加工余裕は、高速切削用途における基本的な基準でもあります。

定常的な加工余裕のもう一つの有益な効果は、工作機械の部品—ガイドウェイ、ボールねじ、スピンドルベアリング—への悪影響が最小限に抑えられることです。

キャビティの粗加工にスクエアショルダーエンドミルを使用する場合、セミフィニッシング段階で大量の段階的な切削余剰を除去する必要があります。

これにより切削力に変化が生じ、工具が曲がることになります。その結果、仕上げにおいて不均一な加工余裕が生じ、金型の幾何学的精度に影響を与えます。

四角肩エンドミル（三角インサート付き）を使用すると、先端強度が弱いため、予測不可能な切削効果が生じます。

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を生成し、切削エッジが少ないため、経済的ではない荒加工工具です。

一方、丸型インサートはさまざまな材料や方向でフライス加工が可能です。これを使用することで、隣接する工具パス間の移行がより滑らかになり、セミフィニッシングのための加工余裕が小さく、より均一になります。

ラウンドインサートの特徴の一つは、可変のチップ厚を生成することです。これにより、ほとんどの他のインサートよりも高い送り速度を使用することができます。

ラウンドインサートの主切削エッジ角は、ほぼゼロ（非常に浅い切削）から90度まで変化し、非常に滑らかな切削動作を実現します。最大切削深さでは、主切削エッジ角は45度であり、外円に沿って直壁を輪郭切削する際には90度になります。

これも、ラウンドインサートツールが高い強度を持つ理由を説明しています。切削負荷は徐々に増加します。荒加工および半荒加工には、ラウンドインサートエンドミルを常に使用するべきです。適切なプログラミングを行うことで、ラウンドインサートエンドミルはボールエンドミルの大部分を置き換えることができます。

ランダムインサートは、低い振れを持ち、細かく研磨されたインサート、正のラケ角、および軽切削フルーティングプロファイルと組み合わせることで、セミフィニッシングおよび一部のフィニッシング作業にも使用できます。

切削において、実際の直径または有効直径に対する有効切削速度の基本的な計算は常に重要です。

テーブルフィードは、特定の切削速度におけるスピンドル速度に依存するため、有効速度が計算されていない場合、テーブルフィードは不正確に計算されます。

工具の公称直径値 (Dc) を切削速度の計算に使用した場合、切削深さが浅いときには、実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。

これは、丸型インサート（特に小径範囲で）、ボールエンドミル、および大きな先端半径を持つエンドミルなどのツールに適用されます。その結果、計算された送り速度も非常に低くなり、生産性が大幅に低下します。さらに重要なことに、ツールの切削条件はその能力と推奨される適用範囲を下回っています。

3D切削を行う際、切削直径は変化し、型の形状に関連しています。

この問題の一つの解決策は、金型の急壁領域と部品の浅い形状領域を定義することです。各領域に対して専門のCAMプログラムと切削パラメータを開発することで、良い妥協点と結果を得ることができます。