金型材料選択の原則

1) 労働条件の要件を満たす

1. 耐摩耗性

ブランクが金型キャビティ内で塑性変形すると、ブランクはキャビティの表面に沿って流れて滑り、キャビティの表面とブランクの間に激しい摩擦が発生し、磨耗により金型が破損する原因になります。 したがって、材料の耐摩耗性は金型の最も基本的かつ重要な特性の 1 つです。

硬度は耐摩耗性に影響を与える主な要因です。 一般に金型部品の硬度が高いほど摩耗量が少なくなり、耐摩耗性が向上します。 さらに、耐摩耗性は、材料中の炭化物の種類、量、形状、サイズ、分布にも関係します。

1. 靭性

金型の使用条件はほとんどが非常に悪く、比較的大きな衝撃荷重を受ける場合が多く、脆性破壊が発生する場合があります。 作業中の金型部品の突然の脆性破壊を防ぐために、金型には高い強度と靭性が必要です。

金型の靭性は主に材料の炭素含有量、粒子サイズ、組織状態に依存します。

2. 疲労破壊性能

金型の加工過程では、長期にわたって繰り返し応力が作用するため、疲労破壊を引き起こすことがよくあります。 その形態には、低エネルギー多重衝撃疲労破壊、引張疲労破壊、接触疲労破壊、曲げ疲労破壊などがあります。

金型の疲労破壊性能は主に、金型の強度、靭性、硬度、および材料中の介在物の含有量によって決まります。

3. 高温性能（ガイド：ハードウェア知識：各種金型の定義）

金型の使用温度が高くなると硬度や強度が低下し、金型の早期摩耗や塑性変形、破損が発生します。 したがって、金型の使用温度で高い硬度と強度を確保するには、金型の材料は高い耐焼き戻し安定性を備えている必要があります。

4. 耐熱・耐寒疲労性

一部の金型は加工工程中に加熱と冷却を繰り返す状態となり、キャビティ表面が伸びたり、圧力により応力が変化し、表面の亀裂や剥離が発生し、摩擦が増大し、塑性変形が阻害され、寸法精度が低下します。金型の故障の原因となります。 熱疲労および冷間疲労は、熱間加工金型の主な破損形態の 1 つであり、このタイプの金型は冷間疲労および熱疲労に対して高い耐性を備えている必要があります。

6. 耐食性

プラスチック金型などの一部の金型では、プラスチック中に塩素、フッ素などが存在するため、加熱後にHCI、HFなどの強い腐食性ガスが分離・分解し、金型の表面を侵食します。空洞が発生し、表面粗さが増加します。摩耗不良が発生します。

(2) プロセス性能要件を満たす

金型の製造には一般に、鍛造、切削、熱処理などのいくつかの工程が含まれます。 金型の製造品質を確保し、製造コストを削減するには、材料は良好な鍛造性、機械加工性、焼入れ性、焼き入れ性、研削性を備えている必要があります。また、酸化、脱炭感受性、焼入れ変形、亀裂傾向が小さいことも必要です。

1. 展性

熱間鍛造変形抵抗が低く、可塑性が良く、鍛造温度範囲が広く、鍛造冷間割れが少なく、網状炭化物が析出する傾向が低い。

2. 焼鈍加工性

球状化焼鈍温度範囲が広く、焼鈍硬度が低く、変動幅が小さく、球状化率が高い。

3. 被削性

切削量が多く、工具ロスが少なく、面粗さが低い。

4. 酸化と脱炭に対する敏感性

高温加熱時の耐酸化性に優れ、脱炭速度が遅く、熱媒の影響を受けにくく、孔食の発生が少ない。

5. 焼入性

焼入れ後の表面硬度が均一で高い。

6. 焼入性

焼入れ後はより深い硬化層が得られ、マイルドな焼入れ媒体を使用することで硬化が可能です。

7. 焼入変形割れ傾向

従来の焼入れは体積変化が小さく、形状が歪んで歪みが少なく、異常変形の傾向が少ないです。 従来の焼入れは割れに対する感度が低く、焼入れ温度やワーク形状の影響を受けません。

8. 研削性

砥石の相対的な摩耗が小さく、焼けのない限界研削消費量が大きく、砥石の品質や冷却条件の影響を受けにくく、摩耗や研削割れが発生しにくいです。

(3) 経済的要件への対応

金型の材料を選択する際には、製造コストを可能な限り削減するために経済性の原則を考慮する必要があります。 したがって、性能を満足することを前提に、まずは価格の安いものを選ぶ、合金鋼を使わずに炭素鋼を使う、輸入材を使わずに国産材を使う、ということになります。

さらに、材料を選択する際には、市場の生産と供給も考慮する必要があります。 選択される鋼種は、できるだけ少なく、集中しており、購入しやすいものである必要があります。

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