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工業用金型の寿命についての議論:射出成形金型とダイカスト金型の寿命を延ばす方法

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射出およびダイカスト金型の寿命

金型の寿命は常に工業プロジェクトの収益性を左右する重要な要素である。合理的な方法で金型の耐用年数を設計上の要求以上に延ばすことができれば、企業の収益性を大幅に向上させることができます。金型の寿命には様々な要因が影響することを私たちは知っています。どのような種類の金型であっても、その寿命を左右する最も重要な要因は、必然的に材料である。

The common material used for plastic mold and die-casting molds is mold steel. In order to understand the life of a mold, let’s start with the material.

工業用金型に必要な鋼材

金型用鋼の選択基準は以下の通り:

射出材料の要件:異なるプラスチックは、高い研磨性、耐食性などの特定のニーズに基づいて、異なる鋼材を必要とする。

価格への配慮:鋼鉄の性能はそのコストだけに依存するわけではない。金型のコスト要素とのバランスを取ることが不可欠です。予想される金型の寿命に応じて適切な金型用鋼を選択することで、無駄を省くことができます。例えば

一般的なP20鋼の寿命は約30万サイクル。

2738鋼は約50万サイクルを問題なくこなす。

状況にもよるが、H13/2344鋼は通常、80万~100万サイクル以上の耐久性がある。

SPI金型分類による金型の寿命と鋼材の必要性の説明

SPIの金型分類は、複雑さ、品質要件、予想される生産量に基づいて、金型をさまざまなクラスに分類します。

SPI金型分類金型タイプ説明使用回数
クラス101ハイ・プロダクション高い部品品質が要求される長期生産用に設計されています。1000000サイクル以上
クラス102ハイ・プロダクションクラス101に似ているが、必要条件が若干低い500,000~100,000サイクル
クラス103中程度の生産要求品質がそれほど高くない、中程度の生産量の金型300,000~500,000サイクル
クラス104ローボリューム/プロトタイピング少量生産や試作用の金型100,000~300,000サイクル
クラス105プロトタイプ/実験的少量生産、テスト、実験用の金型500サイクル
クラスA重要な表面仕上げ美的水準の高い部品を製造するための金型
Bクラス機能的な表面仕上げ外観がそれほど重要でない部品を製造するための金型
クラスC非特定表面仕上げ非可視部品または表面に懸念のない部品を製造するための金型

クラス101およびクラス102の金型では、HRC50以上の硬度を得るための熱処理が必要になることが多い。選択された鋼は、熱処理性能と高硬度レベルでの切削性能が優れている必要があります。スウェーデンの8407、S136、米国の420、H13、欧州の2316、2344、083、日本のSKD61、DC53など、特定の鋼種について言及しているが、実際の選択は、プラスチックの種類、腐食性、外観の要求、透明度などの要因によって異なる。

クラス103の金型は通常、S136H、2316H、718H、083Hなどのグレードで、硬度がHB270~340のプリハードン材を使用する。

クラス104と105の金型には、一般的にP20、718、738、618、2311、2711などの鋼材が使用される。需要の少ない金型には、S50C、45#鋼、または金型キャビティを金型胚に直接機械加工したものを使用することができる。

射出成形金型の寿命

射出成形金型の寿命に影響する要因

構造:よく設計された金型構造は、耐荷重性を高め、熱的・機械的ストレスを軽減します。適切なダイガイド機構は摩耗を防ぎ、高強度部品の特殊処理は応力集中を最小限に抑えます。

素材:金型材料の選択は極めて重要である。生産量が増えれば金型にかかる負荷も大きくなるため、耐荷重性に優れ、耐用年数の長い材料が必要になります。

加工品質:加工や熱処理による欠陥は、金型の寿命に悪影響を及ぼします。金型表面の残留ナイフマーク、放電加工(EDM)による微細なクラック、熱処理による表面欠陥は、金型の耐力と寿命を損ないます。

Working conditions: Injection molds undergo repeated cycles of mold closing, locking, injection, 保圧, cooling, mold opening, and ejection. To ensure optimal performance, we should ensure that all work mechanisms function reliably, operate smoothly, and receive regular maintenance and lubrication.

部品の状態:加工部品の表面品質、硬度、伸び、寸法精度、その他の機械的特性は、金型の寿命に直接影響します。表面の欠陥や材料の付着などの問題は、金型の正常な機能を妨げる可能性があります。

射出成形金型の寿命を延ばすコツ

クランプ力の合理的な設定

Correct clamping force setting is crucial to extend mold life. The correct setting of the clamping force of the injection molding machine is important to improve the life of the mold. Setting the clamping force too high or too low can negatively affect the mold. A low clamping force may cause the mold to open or be damaged due to the injection pressure exceeding the clamping force. Conversely, a high clamping force can exert excessive pressure on the mold, damaging the パーティングライン, exhaust area, and mold parts.

このような問題を避けるために、金型流動解析や計算式を使って、それぞれの金型に最適な型締力を計算することができます:

クランプ力=投影面積×材料クランプ力係数×安全係数

投影面積は、製品とランナーから構成され、クランピングを得ることができる。

材料の力係数は、材料特性表から、または材料サプライヤーに相談して決めます。安全係数は通常1.5~2であり、射出成形機の安定性や構造などの要因に基づいて選択される。

合理的な型開きとクランプ設定

型締速度は射出成形工程のサイクルタイムに影響を与えます。しかし、単に最速の型締速度を目指すのではなく、バランスを見つけることが重要です。過剰な型締速度は、摩耗の増加や金型部品の損傷の可能性につながります。高速型締から低速型締への移行がスムーズに行われるようにし、金型にミスアライメントや損傷を与えるような急激な動きを避けてください。低速型締は、ピンと部品が合わさる前に行い、適切なアライメントを確保し、型締中の干渉を防ぎます。同様に、高速離型と低速離型の切り替えもスムーズでなければなりません。高速離型は、潜在的な損傷や干渉を避けるために、すべての製品や部品が金型から正常に離型された後にのみ行われるべきです。

適切な型締速度を見つけるには、金型設計、使用材料、部品の複雑さ、機械の能力など、さまざまな要因を考慮する必要があります。特定の射出成形工程に最適な型締速度を決定するために、機械メーカーのガイドラインや金型仕様を参照し、適切なテストを実施することをお勧めします。

エジェクターの適切なセッティング

エジェクターの設定が不適切な場合、成形品が過剰に排出され たり、不適切に排出されたりして金型の寿命が損なわれ、金型が損 傷することがあります。成形品が金型から正しく排出されるように、実際の製品に必要な分離を考慮することが重要です。

吐出量が多すぎると、エジェクターピンに大きな圧力がかかります。従って、エジェクタの圧力は、吐出量を考慮するだけでなく、実際の製品の要求に沿った適切なレベルに設定することが重要です。

適切なホットランナーセッティング

ホットランナーの始動と閉鎖の方法は、金型の寿命に影響を与えます。不適切な始動手順は、金型の浮き上がりなどの金型の問題を引き起こし、金型の取外しや修理が必要になることがあります。このような問題を防ぐため、フル生産を開始する前に、手動でバルブゲートを操作し、設定が正しく機能していることを確認することをお勧めします。

加えて、ホットランナー内の材料を材料分配プレートを通してエクスポートし、その温度を測定して、所望の温度と一致していることを確認することが望ましい。ホットランナー閉鎖中は、材料劣化のリスクを最小限に抑えるため、ホットランナーの温度を速やかに下げることが重要です。これらの実践は、金型の最適性能と長寿命化に貢献する。

合理的な金型冷却設定

過度の金型温度は金型寿命に悪影響を与える。過度の金型温度は金型寿命を低下させます。金型温度を許容範囲内の部品外観を得るのに必要な最低限に抑えることは有益であり、この方法は金型寿命の向上に役立ちます。さらに、金型内の温度分布をバランスよく保つことも重要です。金型の可動側と固定側の温度差を6℃以内に保つのが理想的です。この範囲を超える温度変化は、金型両面の熱変形に大きな差を生じさせ、開閉不良を引き起こし、最終的には金型の摩耗や破損につながります。金型の温度をコントロールし、バランスをとることで、金型全体の寿命を延ばすことができるのです。

カビのクリーニングとメンテナンス

Inspect, clean, and lubricate molds regularly in the production environment, preferably at least once per shift. During the process, pay attention to signs of mold wear, such as scuffing, parting line wear, and burrs. Establishing a preventive maintenance schedule and keeping records of mold maintenance is crucial. By reviewing recurring maintenance events, the frequency of preventative maintenance can be determined, which helps reduce unscheduled maintenance events. It is essential to check the lubrication of slides and ensure their proper functioning. Monitoring signs of brake failure and loose hooks is also important. After each cleaning and inspection, it is necessary to verify that the slide is in the correct position before leaving the mold.

Additionally, when the mold remains unused for more than 6 hours, applying a rust inhibitor and thoroughly coating textured and polished areas can help prevent rust damage. By following these practices, mold maintenance can be effectively carried out, enhancing mold performance and lifespan.

ダイカスト金型の寿命

ダイカスト金型の寿命の見分け方

一般的に、ダイカスト金型が次のような現象で使用されている場合、金型が "寿命 "に近いことを示している。

金型の老化と表面のひび割れ:鋳型が古くなると表面にひび割れが生じ、鋳物の外観に影響することがある。これらのひび割れは、鋳物のひずみや変形につながることもある。

金型キャビティのひび割れ:金型キャビティに大きなひび割れがあると、鋳物が正しく成形されません。これは金型に大きな損傷があることを示しており、鋳造工程に支障をきたします。

金型のパーティング面の崩れ:金型のパーティング面が崩れると、さまざまな欠陥が発生する。ダイカストの能率を著しく低下させ、鋳造品の後処理に手間がかかり、作業負荷の増大につながる。

ダイカスト金型の寿命を延ばす方法

There are various ways to extend the service life of die-casting molds, which should be mainly from four aspects: mold material selection, mold design, mold manufacturing, mold use and maintenance.

素材の選択についてはすでに述べたので、ここでは繰り返さない。

ダイカスト金型設計

ダイカスト金型の設計は、その寿命を決定する上で重要な役割を果たします。よく設計された金型は、ダイカストプロセスの寿命を大幅に向上させることができます。したがって、金型設計の段階で、鋳物の特性を考慮して、以下のような点を考慮するのがよいでしょう:

Increase mold strength:

We need to ensure that the mold is designed with ample strength and rigidity to withstand the mechanical and thermal stresses it experiences throughout the die-casting process. This can involve using high-quality materials, optimizing the mold structure, and reinforcing critical areas prone to stress concentration.

Enhance cooling system design:

Pay close attention to the mold cooling system design to effectively control the temperature during the casting process. Optimize the layout and size of cooling channels, ensure uniform cooling throughout the mold, and use advanced cooling techniques such as conformal cooling to improve cooling efficiency and extend mold life.

Incorporate wear-resistant materials:

Consider using wear-resistant materials or coatings for mold components that are subjected to high wear, such as the cavity, core, and slides. These materials can improve the mold’s resistance to wear and extend its lifespan.

Optimize gating system design:

The design of the gating system plays a crucial role in the quality of the casting and the life of the mold. Carefully design the sprue, runner, and gate to ensure a smooth and controlled flow of molten metal, minimize turbulence and air entrapment, and reduce the impact on the mold cavity.

Reduce stress concentration:

Identify areas in the mold design where stress concentration may occur, such as sharp corners or sudden changes in cross-section. Modify the design by incorporating fillets, radii, or gradual transitions to distribute stresses more evenly and reduce the risk of failure.

Implement proper venting:

Adequate venting is essential to release air and gases from the mold cavity during casting. Insufficient venting can lead to porosity, defects, and mold damage. Carefully design and place vents in appropriate locations to ensure proper venting without compromising the integrity of the mold.

Conduct mold flow analysis:

Utilize mold flow simulation software to analyze and optimize the mold design before manufacturing. By conducting this process, we can identify potential issues such as flow imbalances, air entrapment, or excessive pressure, enabling us to make design adjustments that improve the service life and performance of the mold.

Regular maintenance and inspection:

Establish a regular maintenance schedule for the die-casting mold, including cleaning, lubrication, and inspection. Regularly inspect the mold for signs of wear, damage, or fatigue and address any issues promptly to prevent further deterioration and extend the mold’s life.

金型製造

金型製造工程と金型製造の精度は、金型の寿命に影響を与える極めて重要な要素である。製造段階において、金型の寿命に影響を与えるさまざまな側面に優先順位をつけ、徹底的に対処することが不可欠です。このような点に注意と努力を傾けることで、金型の耐久性を高め、寿命を延ばすことができるのです。

金型製造工程の改善、金型製造精度の向上

金型製造工程を改善し、金型製造精度を高めることは、金型寿命にプラスの影響を与えます。ダイカスト金型にとって、金型加工時の内部応力の発生は大きな問題である。金型寿命を向上させるためには、応力の発生を最小限に抑え、速やかに除去することが必要です。そのためには、工程経路の綿密な計画、詳細な工程仕様の作成、正確な加工手順の遵守が必要です。

金型の寿命を向上させるためには、品質管理を強化し、金型製造のレベルを上げることが不可欠である。パッチ溶接に使用される材料、高温、その結果生じる内部応力は金型の耐久性に大きく影響するため、金型のパッチ溶接の必要性を減らすことは特に重要です。ダイカスト金型メーカーは、一般的にキャビティパッチ溶接を避けることを目標としていますが、必要に応じて熱間溶接法を使用し、溶接後に応力緩和焼戻しを行うことで、金型寿命を向上させることができます。

金型表面の電気インパルスの硬い層を減らす

金型製造において、金型表面の電気インパルスによる硬い層を減らすことは重要な検討事項です。金型キャビティ加工に放電加工(EDM)を使用すると、金型表面に明るい白色層と変成層が形成されることがあります。その結果、金型表面は引っ張り応力を受けることになります。その後の研磨工程で表面から張力を取り除くことができなければ、金型が生産に入った時点で初期クラックや破損が発生する可能性が高い。

研究によると、放電加工後、金型表面には700~1100MPaの引張応力が発生することがある。さらに、高い放電加工電流が使用されると、金型表面に多数のマイクロクラックが発生する可能性がある。これらの要因は、生産に移された金型が早期に割れたり破損したりするリスクの一因となる。

金型組立のクリアランスは妥当

金型組立のクリアランスが妥当であることは、ダイカスト金型製造の重要な側面である。ダイカスト工程は高温、高速、高圧を伴います。ダイカスト金型の組み立てが正しく行われないと、金型の損傷や寿命に影響する問題が発生する可能性があります。

実際、ダイカスト金型の組み立ては、一般的に射出成形金型よりも難しく、重要であると考えられています。鋳造工程、特に大型の金型に特有の特性のため、金型の温度場はダイカストの製造温度と室温の間で大きく変化します。そのため、金型の特性と温度場の変化を十分に理解することが、組み立て工程で必要となる。そのため、金型の特性や温度場のばらつきを十分に把握した上で組み立てを行う必要があります。

適切な金型組立クリアランスを実現することで、「水振れ」や「スライダー詰まり」などの問題を起こすことなく、ダイカスト生産をスムーズに行うことができます。これにより、金型の信頼性が向上し、金型全体の寿命が延びます。

金型の使用とメンテナンス

金型使用中のスクラップを時間内に清掃し、金型の押し出しを防ぐ。

破損を防ぐために、金型内の屑は速やかに清掃する必要があります。金型内、特にスライダー部分にゴミやクズがあると、ダイカストマシンの再稼働時にスライダーの倒れや破損につながります。そのため、金型の清掃と早急な対処をお願いします。金型が破損してから修理すると、金型の寿命に大きく影響します。

金型の冷却と加熱を最小限に抑え、連続生産に努める。

Minimizing the cooling and heating cycles of the mold and aiming for continuous production is beneficial for extending the mold’s lifespan. The reciprocal thermal expansion and contraction experienced by the die-casting mold during the process, with temperature fluctuations ranging from 220°C to 450°C, can lead to fatigue damage. Starting production with a cold mold results in increased temperature differences, mold expansion and contraction, and corresponding fatigue, accelerating mold damage and shortening its lifespan. Therefore, it is advisable to strive for continuous production and minimize mold cooling and heating cycles to prolong its life.

さらに、金型が冷えた状態で平均的な生産温度に達していない場合は、高速の加圧射出や加圧の開放を避けることが不可欠です。金型の隙間が大きい状態でこれらの工程を開くと、スライダーやトップバーの穴など、金型の重要な部分に廃棄物や破片が入り込み、金型の損傷につながったり、金型の寿命に悪影響を与えたりする可能性があります。

定期的な金型メンテナンス

ダイカスト金型の寿命と性能を確保するためには、定期的な金型のメンテナンスと整備が欠かせません。ダイカスト金型は、連続生産時の高圧・高速・高温という厳しい条件のため、破損や故障、隠れた問題が発生しやすい。そのため、定期的な点検、メンテナンスの実施、破損・消耗部品の交換など、金型メンテナンスの強化が不可欠です。スライドやエジェクターホールなど、重要な部分の清掃も必要です。金型のメンテナンスを優先することで、ダイカスト企業は生産中の金型の信頼性を確保し、全体の耐用年数を延ばすことができる。

結論

さらに、カビの寿命管理は最も重要です。カビの寿命管理について詳しく議論することを楽しみにしています!

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