金型とは?金型の種類や材料と加工方法について解説

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※本シリーズは設計者の皆さまの学習にお役立ていただくために、一般的な製造手法のノウハウについてご紹介します。記事内でご紹介する内容はプロトラブズにて未展開のものも含まれます。

 


≪目次≫

1.金型とは

2.金型の種類

3.ダイとモールドの違い

4.金型の材料の種類

5.金型の設計と加工方法

6.金型製作の最新技術


金型は、工業製品の量産をする際に必要な金属製の型です。製品の加工法に応じてさまざまな種類の型があり、用途によって使い分けられています。この記事では、金型の概要や種類、また金型設計のポイントや最新技術について紹介します。

 

1.金型とは

金型とは、製品を製造する際に用いる型の中で金属材料によって製作されたものです。金属や樹脂(プラスチック)などの材料を金型に流し込んだり、金型を通過させたりすることで、連続して同一形状の製品を効率的に製造するために用いられます。

金型の出来栄えによって、金型を用いて製造する製品の品質が大きく左右されるため、製造業において金型は重要な役割を担っています。

 

 

 

 

2.金型の種類

金型は、適用する製造法に応じてさまざまな種類に分類されます。代表的な種類として、プレス用、鍛造用、鋳造用、ダイカスト用、プラスチック(樹脂)用、ガラス用、ゴム用、粉末冶金用などがあります。

プレス加工では、プレス機に取り付けられた金型に材料を配置し、挟みこむことで成形をします。プレス用の金型は、材料の成形が安定してできるように設計されており、用途に応じて、抜き型、曲げ型、圧縮型などに分類されます。

鋳造では、加熱し溶かした金属を金型に流し込むことで成形します。鋳造用の金型は、材料の金属よりも融点が高い必要があります。鋳造には金型だけでなく砂型が用いられることもありますが、作業性や製造効率の観点で金型の方が有利です。

プラスチック(樹脂)用の金型は、射出成形や圧縮成形、真空成形などの成形に用いられる金型の総称です。製造方式によってさまざまな種類があり、金型の中でもこのプラスチック(樹脂)用の金型がもっとも多く生産されているといわれています。

このように、製造方法に応じてさまざまな種類の金型が活用されています。

 

 

3.ダイとモールドの違い

金型は、その用途に応じて「ダイ(Die)」、「モールド(Mold)」とよばれます。企業や業種によって複数の意味を持つことがありますが、ここでは一般的な意味を解説します。

ダイは「開放型」の金型で、金型の上側と下側を組み合わせても密閉されていません。主にプレス加工のように押し付けて加工を行う金型です。

一方でモールドは「密閉型」の金型で、組み合わせた金型に金属や樹脂(プラスチック)などの材料を流し込んで成形する金型です。

特にダイは金型の下側だけを示す場合などがあるため、どのような意味合いで使われているのか確認する必要があります。

 

 

4.金型の材料の種類

製品の製造をする際、金型には製造方法に応じた大きな負荷がかかります。例えばプレス加工では圧力や衝撃が加わり、鋳造や射出成形では高温になるため、それぞれ耐衝撃性や耐熱性が必要になります。また、長期間使い続けるためには、耐摩耗性も重要な要素です。

そこで、金型には合金工具鋼や高速度工具鋼が多く用いられています。また、超硬合金、セラミックスなどが用いられる場合もあります。

 

 

5.金型の設計と加工方法

金型を設計する際には、まず金型を用いて製造する製品の設計者と、入念な打ち合わせを行うことが重要です。製品の図面や3Dデータから金型設計における課題抽出をおこない、ポイントを抑えた設計を行う準備をします。

設計時には、金型の強度や材料のシミュレーションを行いながら、適切な加工ができるか確認を行います。設計が完了すると、金型加工をする際のプログラム作成を実施します。

金型は大量生産に使用されますが、金型自体は少量多品種となっており、製品の品質を左右することから高い加工精度が求められます。また、金型に使われる材料は難削材とよばれ、加工が難しい材料であることも加工技術が必要な要素の一つです。

金型は、その多くが切削加工によって加工されますが、焼き入れをした材料などを用いる場合には、放電加工を用いる場合もあります。

 

 

6.金型製作の最新技術

 

 

まとめ

少量多品種の金型製作は自動化が進んでおらず、人の経験や熟練度に頼る部分が多く、誰でもできるものではありませんでした。しかし近年は、品質や作業効率を向上させるような技術が活用されるようになっています。

例えば、金型設計をする際に活用できる技術として、製造時に金型内で材料がどう振舞うのかを詳細にシミュレーションできる解析技術の活用により、作った金型の精度が向上しています。また、実際にトライを行う際に課題となる寸法測定や誤差について、画像寸法測定器が開発され、数秒で数百か所の寸法を測定することが可能です。

このように、さまざまな最新技術の活用によって、高品質な金型を製作しやすい環境が構築され始めています。

金型はさまざまな製造業にとって欠かせない要素であり、製品の品質を左右する重要な役割を担っています。加工法によってさまざまな種類に分類でき、金型に使用される材料も用途に応じて高い性能を持った難削材が採用されています。

金型設計を行う際には、金型を用いて生産する製品の設計者と入念な打ち合わせを行うことが重要です。また、シミュレーション技術やトライ時の画像寸法測定などを活用することで、品質の高い金型の設計が可能となります。