鋼材の選択が調達の詳細ではなく長期的な決定である理由-
エンジニアが何かを考えるとき、モーターギア射出成形金型通常、キャビティの形状、冷却レイアウト、ゲート戦略に注目します。鋼材の選択は、金型メーカーに任せるべき詳細のように感じられる場合があります。実際には、鋼材の選択によって、生産プログラム全体を通じて 5 つの重要なことが決まります。
金型の耐用年数 - 摩耗や疲労により修復が行われるまでに、工具が何サイクル実行されるか
繰り返し荷重下での寸法安定性 - 歯形が数百万回のショットにわたってその形状を維持するかどうか
表面仕上げの耐久性 - 研磨またはテクスチャー加工された表面が仕様どおりの期間維持されるか
メンテナンスの間隔とコスト - ツールに注意が必要な頻度と、各介入にかかる費用
成形されるプラスチックとの適合性 - 鋼が樹脂やその添加剤による腐食や化学的攻撃に耐えるかどうか
設計段階でこの決定を正しく行うことは、最も費用対効果の高い予防策の 1 つです。{0}で発表された 2020 年の研究材料加工技術ジャーナルは、主に-研磨樹脂の硬度の仕様に基づく金型鋼の選択の不一致 - が、85 の生産金型プログラムの調査対象グループ全体で計画外の工具コストの約 28% の原因であることを発見しました。特に精密歯車工具の場合、歯の寸法公差が厳しく、研磨材が一般的である場合、鋼材の規格が下回ると、その影響は直接的であり、測定可能です。
主な金型鋼のカテゴリとその用途
P20 / 718 - 予備硬化、良好な機械加工性、中程度の寿命
P20 は世界中で最も広く使用されている金型鋼の 1 つで、約 HRC 30～36 で事前硬化された状態で供給されます。-金型はその後の硬化ステップを行わずに最終寸法に直接機械加工できるため、リードタイムと機械加工コストが削減されます。
P20 がうまく機能する場合:
非研磨性熱可塑性プラスチック（ABS、PP、PE、非充填ナイロン）を使用した低-～-中量工具-
金型の最大寿命よりも短納期が重要なプロトタイプおよびブリッジツーリング
硬度が主な要件ではない大型の構造用モールド ベース コンポーネント
P20 が失敗する場合:
どれでもモーターギア射出成形金型用途ランニング ガラス-または鉱物-入り樹脂 - 硬度が不十分で、すぐに摩耗が始まります
-800,{2}} サイクルを目標とする大量プログラム - P20 ツールは、この時点よりかなり前に改修する必要があります
研磨された鏡面を必要とする用途 - P20 の硬度により、達成可能な研磨グレードが制限されます
PA66 GF30 または同様の充填エンジニアリング樹脂から精密部品を製造するこのタイプの金型にとって、P20 は単に間違った材料です。最初は良好なサンプルが生成されますが、本番稼働中に徐々に劣化します。-
H13 - 熱処理可能、高硬度、長寿命
H13 は、要求の厳しい、大量生産の射出成形金型の業界標準です。-これは熱間加工工具鋼であり、焼きなまし状態で粗加工され、最終仕上げ前に HRC 48～54 まで硬化-されます。- H13 は、500,000 ショットを超える生産量で研磨エンジニアリング樹脂を加工するギア コンポーネントの金型に対する正しいベースライン仕様です。
H13 の強み:
-処理後の高い硬度 - により、ガラス繊維、鉱物フィラー、および同様の研磨粒子による摩耗に耐えます
硬度クラス - の優れた靭性により、ギアの歯の根元などの薄い幾何学的形状での疲労亀裂に耐性があります
優れた熱疲労耐性 - は、表面亀裂を発生させることなく、繰り返しの加熱と冷却に耐えます
適切なメンテナンスを行った場合、金型寿命は 1,000、000+ ショットです。多くの場合 2,000、000+: よく{6}}維持されている-硬度の高い工具の場合
制限事項:
熱処理が必要です荒加工後の仕上げのため、納期が 2 ～ 4 週間追加されます
熱処理中の寸法歪みは、加工順序で計画する必要があります
硬化した状態では機械加工がより困難になります - 仕上げ作業には EDM と研削が使用されます
本質的に耐腐食性がない- - 湿気の多い保管場所では表面保護が必要
HRC 50 ～ 52 の H13 は、エンジニアリング樹脂を使用するモーター ギア射出成形金型の標準仕様です。硬度は、寸法精度がかみ合いの品質に直接影響するギア歯の側面での摩耗に耐え、靭性は歯の間の薄い部分での亀裂に耐えます。
S136 / 420SS - ステンレス、耐食性-
S136 および類似のステンレス金型鋼 (金型用に改良された 420- グレード) は、標準的な工具鋼にはない耐食性を備えています。 HRC 50 ～ 52 までの熱処理が可能で、有用な硬度と防錆性を兼ね備えています。
最適なアプリケーション:
PVC 加工 - 成形中に放出される HCl ガスは標準鋼を急速に腐食します
無菌の金型表面を必要とする医療および食品に接触する部品-
鏡面研磨が必要な透明光学部品の表面を酸化させずに維持
標準 H13 では継続的な保護処理が必要となる湿気の多い動作環境
ナイロンまたは POM を使用する標準的な金型の場合、S136 は通常、腐食の観点から仕様が過剰であり、相応のメリットがなくコストが追加されます。-樹脂が腐食性である場合や、使用環境が非常に湿気の多い場合に最適です。
NAK80 / 2738 - プレハードン、鏡面-研磨可能
NAK80 は、HRC 40～43 で事前硬化されたニッケル-アルミニウム-銅合金工具鋼です。-優れた特性は研磨性です-P20よりも容易にA1級の鏡面仕上げ（Ra0.02μm以下）が得られ、中焼き入れを必要としません。
最適なアプリケーション:
高級化粧表面を備えた家庭用電子機器ハウジング (マウスシェル射出成形用途)
表面光沢が主な仕様要因となる化粧品包装および高級品
A- 表面仕上げを数百万回のサイクルにわたって一貫して維持する必要がある部品
高級製品のマウス シェル射出成形金型では、化粧キャビティ インサートに NAK80 が指定されることがよくあります。硬度 (HRC 40～43) は非研磨性 ABS に適切であり、研磨性は P20 よりも優れており、熱処理ステップは必要ありません。- 800,000 ショットを超える大量プログラムの場合、H13 は寿命が長くなりますが、同じ表面品質を達成するにはより熟練した研磨作業が必要です。-
8407 / SKD61 - プレミアム H13 相当
8407 (ウッデホルム指定) および SKD61 (日本工業規格) は、標準 H13 と同等の高級グレードであり、鋼の清浄度が高く (非金属介在物が少ない)、高硬度での靭性が優れており、大きな断面全体でより安定した熱処理応答性を備えて製造されています。-
生産寿命目標が 2,000,000 ショットを超える要求の厳しいモーター ギア射出成形金型、または高硬度で最高の靱性を必要とする非常に薄いフィーチャを備えたギア金型の場合、8407 または SKD61 が標準 H13 からの適切なアップグレードです。
用途に合わせた鋼材の選択
モーターギア射出成形金型
ガラス{0}充填ナイロンまたは鉱物充填 PBT- を加工するこのような工具には、鋼材の要件に直接変換される特定の要求があります。
PA66 GF30 などの材料のガラス繊維強化材は摩耗性が高く、- キャビティの表面、特に寸法精度がメッシュの品質を決定する歯の側面を徐々に侵食します。歯形の寸法公差が ±0.02 ～ 0.05 mm のモーター ギア射出成形金型は、200,000 サイクル後に寸法が変化する進行性の摩耗に耐えることができません。
研磨剤入り樹脂を使用するギアツールの正しい仕様:
キャビティおよびコアインサート: H13 (最小 HRC 50 ～ 52)。生産寿命目標が 200 万ショットを超える 8407/SKD61
表面処理: 歯の窩洞表面に TiN PVD コーティングを施し、-ガラス-含有量の高い用途で最大限の摩耗保護を実現
モールドベース: P20 または同等品 - ベースはキャビティインサートと同じ摩耗要求にさらされません
充填エンジニアリング樹脂を実行するモーター ギア射出成形金型に P20 を指定すると、文書化された故障モードになります。最初の 100,000 サイクルでは許容範囲に見えるかもしれませんが、歯形のドリフトはその時点から加速し、金型が意図した寿命の半分に達する前に生産品質の問題になります。
マウスシェル射出成形金型
ABS または ABS/PC ブレンドを実行するマウス シェル射出成形金型には、ギア金型とは根本的に異なる要件があります。 ABS は低摩耗性の素材です。- キャビティ表面の摩耗は、充填樹脂よりもはるかに遅いです。主な要件は、表面の品質とその長期的なメンテナンスです。-
のためにマウスシェル射出成形金型優れた外観要件があるため、約 800,000 ショットまでのプログラムには NAK80 (事前硬化 HRC 40～43) が最も一般的に適切な選択肢です。-より長いプログラムの場合、プレミアム研磨を備えた HRC 48 ～ 50 の H13 は、より要求の厳しい研磨作業を犠牲にして、より長い摩耗寿命を提供します。
おもちゃの車のプラスチック射出成形金型
おもちゃの車のプラスチック射出成形金型では、通常、ABS または PP -、両方とも非研磨性材料 - が大量に使用されます。-適切な鋼材は主に生産寿命の目標によって決まります。
最大 600,000 ショット: P20 で十分であり、費用対効果が高い-
600,000 ～ 1,500,000 ショット: H13 から HRC 48 ～ 52 までの硬化が適切な投資です
1,500,000 ショット以上: H13 または 8407/SKD61、HRC 50 ～ 54、表面窒化または PVD コーティング付き
多くのおもちゃの車のプラスチック射出成形金型運用では新製品の初期ツールに P20 を使用し、製品が長期的な商業的成功を収めた場合は H13 にアップグレードします。-これは、不確実な数量予測のためのハード ツールへの過剰投資を回避する実用的なアプローチです。-
キャビティ vs コア vs モールドベースなぜコンポーネントごとに異なる鋼材が使用されるのか
生産射出成形金型は、各ゾーンが実際に必要とするものに合わせて、異なるゾーンで異なる鋼を使用します。
Cアビティおよびコアインサート: 部品を形成する精密部品。これらは最も高い摩耗に直面し、最も厳しい公差が必要であり、表面仕上げを維持する必要があります。用途に適したグレードを使用してください (要求の厳しいギア金型プログラムには H13、化粧ハウジングには NAK80、適度な量の非研磨工具には P20)。-
金型ベース プレートと構造コンポーネント: 金型を保持するフレーム。通常、P20 または同等のプリハードン鋼が適切です。-これらの部品には、キャビティインサートの表面硬度や耐摩耗性は必要ありません。
エジェクターピンおよびスライダー: HRC 48 ～ 52 の H13 または専用のピン鋼。これらは、移動する界面で周期的な機械的負荷と接触摩耗に直面します。
摩耗プレートとガイドブッシュ: H13 または HRC 50 ～ 54 の同等品で、滑り面での耐摩耗性を最大限に高めます。
モールド ベース プレート - を含むモールド全体 - に H13 を使用すると、パフォーマンス上の利点はなく、コストが大幅に増加します。重要な箇所に高級鋼材を集中させるのが正しいアプローチです。
研磨材の問題
ガラス-充填樹脂は、非充填の樹脂に比べて金型鋼の摩耗率が大幅に高くなります。公表された摩耗試験データによると、ガラス-充填樹脂は、同じベースポリマーの非充填同等品と比較して、キャビティ表面の摩耗が約 10 ～ 30 倍高くなります。
これらの材料を加工することを目的としたこの金型またはその他の精密ツールの場合:
ガラス含有量が 20% 以上: HRC 50 ～ 54 以上の H13。最も摩耗が激しい表面（歯車の歯面、ゲート領域）に TiN または TiAlN PVD コーティングを検討してください-
ハロゲン化添加剤を含む難燃性材料: S136 ステンレスまたは耐腐食性表面処理を施した H13-
ミネラル-充填材料: 仕様範囲の上限の硬度を持つ H13
モーター ギア射出成形金型のフィラー含有量による磨耗の影響を過小評価している場合は、設計寿命のかなり前にキャビティ インサートの交換が必要になります - このコストは、最初から適切な鋼材にアップグレードするための控えめな割増料金をはるかに超えます。
金型鋼の性能に関する発表された研究
での研究トライボロジー・インターナショナル(2021) は、ガラス-充填 PA66 との模擬射出成形接触下での P20、H13 (HRC 50)、および S136 の摩耗率を比較しました。 H13 は P20 よりも 73% 低い摩耗率を示しました。これは、工具寿命の延長と、工具の状況における寸法ドリフトの減少に直接つながります。
研究分野材料加工技術ジャーナル(2020) は、同一条件下で H13 工具と比較して、GF30 PP を実行する P20 工具ではキャビティの表面粗さが 3 倍の速さで増加することを発見しました。
SPE の調査データ（2021 年）では、計画外の工具支出の原因として、冷却システムの欠陥に次いで 2 番目に多い原因として、指定された鋼硬度未満による金型の早期摩耗が特定されました。-
モーター ギア射出成形金型ランニング ガラスのスチールのアップグレード-充填ナイロン
産業オートメーションのサプライヤーは、アクチュエーターで使用される小型遊星歯車用の歯車ツーリングを P20 で実行していました。材質はPA66 GF30でした。 1,200,000 用に設計された精密ギア金型で約 180,000 サイクル後の寸法検査により、ギアのピッチ直径が 0.04 mm - 増加し、噛み合いの品質に影響を与え、騒音が発生することが判明しました。
金型検査により、歯面の表面摩耗が確認されました。モーター ギア射出成形金型のキャビティは、材料のガラス含有量に関して仕様が不足していました。-
Sunhingstones は、キャビティとコアインサートを HRC 52 の H13 に置き換え、歯のキャビティ表面に TiN PVD コーティングを施しました。
交換用インサートの 500,000 サイクルでの結果: ピッチ直径の変動は +0.005mm - で、同等のサイクルでの P20 摩耗の 15% 未満です。歯車の金型は、改修までに 1,500,000+ サイクルに達すると予測されていました -。これは 5 年間のプログラム目標を余裕で超えています。-。インサート交換コストは、元の工具の改修軌跡と比較して 8 か月以内に回収されました。
鋼材選定早見表
|
応用 |
鋼種 |
硬度 |
注意事項 |
|
モーターギア射出成形金型、研磨性樹脂 |
H13 / 8407 |
HRC 50–54 |
PVDコーティングを推奨 |
|
精密歯車工具、未充填樹脂 |
H13 |
HRC 48–52 |
標準の長寿命仕様- |
|
マウスシェル射出成形金型、化粧面 |
NAK80 / 2738 |
HRC 40–43 |
研磨性の利点 |
|
マウスシェル射出成形金型、大量生産 |
H13 |
HRC 48 ～ 50 |
プレミアムポリッシュ付き |
|
おもちゃの車のプラスチック射出成形金型、<600k shots |
P20 / 718 |
HRC 30 ～ 36 |
費用対効果の高いエントリー- |
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Toy Car Plastic Injection Mold, >60万ショット |
H13 |
HRC 48–52 |
貫通硬化 |
|
PVCまたは腐食性樹脂 |
S136/420SS |
HRC 50–52 |
耐食性 |
F A Q
Q: 雌ねじを直接成形できますか?
A: はい。-ネジを緩める機構または折りたたみ可能なコアを使用します。
Q: 成形ねじとインサート-どちらが強いですか?
A: 通常、インサートの方が優れています（多くの場合、引き抜き/トルクで 2 ～ 3 倍）。
Q: 大量のキャップには何が最適ですか?{0}}
A: 速度と品質を高めるために、折りたたみ可能なコアまたはネジを外します。
Q: 収縮と公差はねじ山にどのような影響を与えますか?
A: クリティカル-プロトタイプを厳密に作成し、金型鋼を正確にスケールします。
Q: コストへの影響はありますか?
A: 単純な成形が初期費用で最も安価です。複雑な機構やインサートは工具や運用のコストを高めますが、パフォーマンスと寿命という点で価値をもたらします。
Q: モールドタッピング後の実現可能性はありますか?{0}
A: プロトタイプ/少量生産に最適です。労力と変動性が増すため、高精度や大量生産にはあまり適していません。{0}
Q: ガラス-充填ナイロンを使用するモーター ギア射出成形金型にはどのような鋼材を指定すればよいですか?
A: HRC 50～52 の H13 は、ガラス-充填または鉱物充填-エンジニアリング樹脂を加工するこのタイプの金型の標準仕様です。 P20 の硬度 (HRC 30 ～ 36) は、大量生産において研磨材としては不十分です。 2,000,000 サイクルを超えるサイクルを目標とする、または高ガラス含有量 (30% 以上) を使用するギア部品の金型プログラムの場合、歯の窩洞表面に TiN PVD コーティングを施した 8407 または SKD61 が最大限の摩耗保護を提供します。
Q: P20 はモーター ギア射出成形金型に適していますか?
A: P20 は、材料が未充填 (ガラスまたは鉱物強化なし) で、生産量が 300,000 ～ 400,000 ショット未満で、ギア フィーチャの寸法公差によりキャビティ表面の適度な劣化が許容される場合にのみ、金型環境で使用できます。充填エンジニアリング樹脂を使用するモーター ギア射出成形金型の場合、H13 が正しい仕様です。
Q: 鋼材の選択はそのような工具のコストにどのように影響しますか?
A: H13 キャビティインサートは、熱処理、長い加工時間、およびより高い原材料コストにより、通常、同等の P20 インサートよりも 25 ～ 45% 高価です。ただし、H13 工具は通常、研磨用途では 2 ～ 4 倍長持ちするため、モーター ギア射出成形プログラムの全生産期間を通じて、H13 工具の 1 ショット当たりの償却コストが 20 ペソよりも低くなります。-
C
ギヤ金型にNAK80を使用していますか？
NAK80 (HRC 40～43) は、適度な量の未充填の低摩耗樹脂を実行するモーター ギア射出成形金型に使用できます。- P20 を上回る研磨性の利点は、ギア表面に外観上の要件がある場合に関係しますが、エンジニアリング樹脂を使用する機能的なギア金型の場合、H13 のより高い硬度がより重要な特性です。
Q: ギア金型用途における P20 と H13 の金型寿命の違いは何ですか?
A: GF30 エンジニアリング樹脂を使用するこの金型では、公表されている摩耗データと現場での経験から、H13 は歯車形状の寸法公差を超える前に P20 よりも 4 ～ 6 倍長いキャビティ寿命を達成していることが一貫して示されています。正確な比率は、ガラス含有量、加工温度、および特定の歯形形状によって異なります。
Q: 新しいツールプロジェクトの鋼材仕様に関するガイダンスはどこで入手できますか?
A: 資格のあるモーター ギア射出成形金型メーカーは、DFM (製造性設計) プロセス - の一部として、グレード、目標硬度、熱処理仕様、およびその理由を含む正式な鋼材仕様の推奨事項を提供する必要があります。評判の良い歯車工具工場であれば、複数の歯車材料の用途にわたってさまざまな鋼種を使用した経験が文書化されており、実際の生産結果を参照できます。
ツールを作成する前に適切な鋼材を指定する
モーター ギア射出成形金型、マウス シェル射出成形金型、またはその他の精密射出成形ツールでの鋼材の選択は、一度行われた決定であり、プログラムの生産期間全体にわたって考慮されます。 -過少仕様とは、早期の摩耗、計画外の改修、生産の中断を意味します。過剰な仕様は、アプリケーションが必要としないパフォーマンスに対して料金を支払うことを意味します。
- H13 は、要求の厳しい大量生産の精密歯車金型用途に最適です。-表面または中程度の作業量の作業 - の NAK80 または P20 は、材料、体積、表面要件、耐用年数目標の規律ある分析を通じて達成されます。
Sunhingstones では、スチール仕様は、すべてのギア金型、マウス シェル射出成形金型、おもちゃの車のプラスチック射出成形金型プロジェクトの標準 DFM プロセスの一部です。推奨されるグレード、硬度、熱処理、およびその理由を文書化して、お客様が何が得られるのか、そしてその理由を正確に理解できるようにします。
参考文献と詳細情報
1.ジョージ・ロバーツら。ツールスチール、第 5 版。 ASM インターナショナル、1998 年。https://www.asminternational.org/
2.Chen, X. 他「ガラス充填 PA66 射出成形条件下での P20 および H13 金型鋼の摩耗挙動」-。 Tribology International、Vol. 158、2021 年。https://www.sciencedirect.com/journal/tribology-international
3.Zhang、Y.ら。 「P20 と H13 ランニング グラス-充填 PP のキャビティ表面の劣化。」 Journal of Materials Processing Technology、Vol. 285、2020 年。https://www.sciencedirect.com/journal/journal-の-材料-処理-技術
