金型の鋼の硬度が不十分になる要因は何ですか?
精密射出成形という厳しい要求の世界において、射出成形金型の性能と寿命は、金型鋼の硬度に大きく左右されます。硬度不足は重大な故障要因となり、早期摩耗、型締力による変形、部品の仕上がり不良、そして最終的には金型寿命の短縮につながります。GV MOLD高品質の金型製造においては、規定の硬度を達成し維持することが不可欠であると認識しています。この記事では、金型鋼の硬度を低下させる主な要因と、その防止方法について解説します。
金型性能における硬度の重要な役割
硬度とは、材料のへこみ、塑性変形、摩耗に対する耐性を指します。射出成形金型の場合、適切な硬度は以下を保証します。
耐摩耗性:研磨性プラスチック、ガラス繊維、およびスライド、リフター、エジェクタピンの連続回転に対して。
圧力整合性:高い射出圧力と型締力の下でもキャビティとコアが変形するのを防ぎます。
研磨とテクスチャの保持:高品質の金型研磨を可能にし、テクスチャ加工された表面が時間の経過とともに劣化しないようにします。
刻印耐性:圧力がかかったプラスチック材料によって鋼鉄表面に傷やへこみが付くのを防ぎます。
硬度不足につながる主な要因
1. 不適切な材料の選択
硬度の基礎は、適切なグレードの金型鋼を選択することです。
不適切な鋼種の使用:硬化用に設計されていない鋼種 (適切な硬化を行わない高摩耗用途向けの P20 などの低炭素鋼など) を選択すると、必要な硬度は得られません。
標準以下の鋼または認証されていない鋼:認証されていない供給源からの鋼を使用すると、化学組成が一定でなくなる可能性があり (例: 炭素または合金元素の含有量が低い)、熱処理によって目標の硬度を達成できなくなります。
2. 熱処理工程における欠陥
熱処理とは、鋼材の微細組織を変化させ、硬度を含む所望の機械的特性を得るために、加熱と冷却を制御するプロセスです。この工程は、問題が発生する最も重大な段階です。
不適切なオーステナイト化温度:鋼が特定のグレードに必要な正確な温度まで加熱されない場合、必要な微細構造の変化は完全には起こりません。
不十分な均熱時間：鋼は、断面全体が均一に変態するのに十分な時間、オーステナイト化温度に保持される必要があります。これを急ぐと、芯部が軟らかくなります。
不適切な焼入れ：焼入れ（急速冷却）は、硬い微細組織を「凍結」するために不可欠です。次のような問題が考えられます。
遅い焼入れ速度:間違った焼入れ媒体 (油、空気、ポリマー) を使用したり、冷却を中断したりすると、硬いマルテンサイトではなく、パーライトやベイナイトなどの柔らかい相が形成される可能性があります。
不均一な焼入れ:焼入れ剤の攪拌が不十分であったり、部品の形状が不均一だと、冷却が不均一になり、軟化部分が生じ、内部応力が高くなります。
不十分または不適切な焼戻し：焼入れ後、鋼は非常に硬いものの脆くなります。焼戻しは脆さを軽減し、応力を緩和します。しかし、焼戻しが過剰（温度が高すぎる、または時間が長すぎる）になると、硬度が過度に低下します。焼戻しが不足すると、鋼は非常に脆くなります。
3. 処理中の脱炭
脱炭とは、鋼材の表面層から炭素が失われることです（鍛造、圧延、または熱処理中）。脱炭した表面層は、内部よりも著しく柔らかくなります。熱処理後に十分な機械加工や研削によって除去されない場合、この軟らかい皮膜がキャビティまたはコアの作業面に残り、摩耗が急速に進み、研磨が困難になります。
4. 熱処理後の不適切な機械加工または研削
焼入れ後に放電加工（EDM）や研削加工を行うと、「白層」または再鋳層と呼ばれる薄い表面変化層が形成されることがあります。この層は多くの場合非常に硬いものの、脆く、微小亀裂が生じる可能性があります。これらの加工による過剰な熱入力は、その下で過度な焼戻しを引き起こし、表面直下に軟らかく脆弱な領域（「熱影響部」）を形成し、剥離や摩耗を引き起こす可能性があります。
5. 不十分な硬度試験と検証
適切な表面処理と校正を行わずに、単一の試験点に頼ったり、非破壊検査（ポータブル硬度計など）を使用したりすると、誤った測定値が得られる可能性があります。一貫性のない、あるいは不正確な硬度試験では、表面下の軟化点や勾配を特定できません。
GV MOLDプロトコル：最適な硬度と性能の確保
でGV MOLD当社では、製造するすべての金型の指定された硬度と完全性を保証するために、厳格に管理されたプロセスを導入しています。
認定材料調達:当社は、最初から一貫した化学的性質を確保するために、信頼できる工場から認定された追跡可能な金型鋼のみを調達します。
熱処理のための戦略的設計:当社の金型設計では、重要な部品の壁厚を均一にすることで、熱処理中の加熱と冷却を均一化し、歪みや軟化点を最小限に抑えます。
専門の熱処理業者との提携:当社は、脱炭を防止するために雰囲気制御炉を使用し、焼き入れおよび焼き戻しのための正確なデータ記録プロセスを採用する認定熱処理施設と提携しています。
後処理の専門知識：熱処理後には、脱炭層を除去するために十分な削り込みを行います。また、放電加工と研削のパラメータを厳密に管理し、損傷の原因となる熱影響部を最小限に抑えます。
包括的な検証:複数の重要な場所 (キャビティ壁、コアピン、スライド面) で校正済みのロックウェルまたはビッカース試験機を使用して体系的な硬度試験を実行し、単一のポイントだけでなく作業領域全体が仕様を満たしていることを確認します。
鋼材の硬度不足という隠れた変数によって、金型への投資が無駄にならないようにしましょう。GV MOLDと提携することで、材料科学と精密工学を融合させ、耐久性と高性能を兼ね備えた射出成形金型を実現できます。当社の厳格なアプローチが、金型の長寿命化と信頼性をどのように実現するか、ぜひお気軽にお問い合わせください。
GV MOLD – 硬度はギャンブルではなく保証です。
