射出成形部品の設計を開発する場合、エンジニアや製品設計者は通常、適切なプラスチックグレードの選択に細心の注意を払います。同様に重要なのは、注射ツール自体を作るために使用される金属材料ですが、それは事後にしばしば考えられます。
金型には一般的に使用される多くのグレードの金属があり、通常、製品開発と検証のさまざまな段階で使用されます。さまざまな種類の材料から製造されたこれらの金型は、さまざまな達成可能な工具の納期とコスト、さまざまなプラスチック部品のサイクル時間と関連する単価、およびさまざまなレベルの部品の寸法精度と外観品質を提供できます。
それぞれの金型材料には長所と短所があるため、金型設計プロセスの早い段階で「ゲームプラン」を作成し、製品を市場に投入するのに役立ちます。ここでは、一般的な金型材料、それらの長所と短所、および各材料の一般的な使用例について説明します。
金型材料の3つの主要なカテゴリは、アルミニウム、軟鋼、半硬化鋼、および硬化鋼です。
アルミニウム
より速い工具生産時間とプロトタイプ/小ロット部品生産が必要な状況では、アルミニウムが硬鋼グレードの代わりに使用されることがよくあります。アルミニウムは業界で一般的な材料ですが、現在、Fictivが使用することはめったにありません。
アドバンテージ
アルミニウムの加工速度は鋼の2倍以上であり、後熱処理は不要です。鋼製の金型と比較して、これらの2つの要因により、納期とコストが大幅に短縮されます。
アルミニウムは優れた熱伝達特性を備えているため、金型の加熱と冷却が容易になります。場合によっては、これらの特性により、部品のサイクルタイムが鋼製工具よりも速い場合があります。
不利益
アルミニウムは鋼よりも柔らかいため、工具は一般に硬い鋼よりも早く摩耗します。アルミニウム工具は、部品の設計と材料のプラスチックグレードに応じて、10,000ショット以下を提供できます。
アルミニウムは柔らかいため、大型の射出成形機の高い型締圧力に耐えることができません。したがって、大きな部品や多くのサイドアクション機能を備えた部品は、アルミニウム工具には適さない場合があります。
多くのプロトタイプの金型工場は、冷却ラインの設計を無視している（またはまったく含まない）ため、寸法精度や装飾部品の外観に問題が生じる可能性があります。
すべてのグレードのプラスチックがアルミニウム工具に適しているわけではありません。 PEI、PEEK、PSUなど、高い金型温度を必要とするプラスチック材料は、アルミニウムの高熱を維持することが課題であるため、適切に処理できません。腐食性グレードのプラスチック（PVCやPOMなど）はアルミニウムをすばやく腐食しますが、ガラス繊維添加剤を含む他のグレードはアルミニウムをすぐに摩耗させます。
アルミニウムは鋼のように研磨する必要がなく、傷がつきやすく、光沢や光学的透明性を目的とした部品に問題を引き起こす可能性があります。
軟鋼および半硬化鋼
P20
P20は、一般的に使用される一般的な工具材料です。これは、コスト、利用可能なツールの納期、部品の品質、および部品の寸法安定性の間でバランスが取れています。 Fictivは、別の鋼種718Hを使用することがよくあります。これは、P20よりも少し硬いですが、一般的な長所と短所は同じです。
アドバンテージ
P20の材料はアルミニウムよりも硬く、プラスチックの材料と部品の設計にもよりますが、金型の寿命は5〜10倍（50,000〜100,000倍）長くなります。
熱処理は不要で、P20の処理速度は他のより硬い鋼種よりも高速です。
P20は溶接が簡単で、鋼以外の安全工学の変更（ECO）および修理に対してより高い柔軟性を提供します。
不利益
利用可能な金型の納期は1〜2週間ですが、アルミニウムの同等品は数日で完成します。
NAK80
NAK80は半硬化工具鋼であり、Fictivは高度に研磨された透明または光沢のあるプラスチック部品に最も一般的に使用されます。また、工具寿命をP20鋼より長くする必要がある場合、または部品に複数の横方向の影響がある場合にも使用できます。
さらに、P20と同様の長所と短所があります。
アドバンテージ
NAK80は優れた研磨効果があり、光学的に透明で光沢のある部品を製造できます。
不利益
P20よりも高価であり、通常、P20鋼製工具よりも製造に20〜25％長くかかります。
硬化鋼
硬化鋼は、大量の工具に最も一般的に使用されます。それらは通常、ホットランナーシステムを備えた複数のキャビティです。工具寿命は長くなりますが、製造時間と工具コストはすべての材料の中で最も高くなります。大量のツールを使用して部品の単価を最小限に抑え、それによって、より高い先行NRE（非反復エンジニアリング）コストを相殺します。
H13
このグレードの鋼は、大量の金型に最も一般的に使用されており、熱疲労が良好で、金型の寿命が長くなっています。前述の金属材料と比較して、ガラス充填添加剤などの特定のプラスチック材料の摩耗に耐えることができます。
アドバンテージ
使用可能な金型寿命は50万〜100万倍です。
寸法公差は、アルミニウムまたはより柔らかい鋼種よりも厳しい場合があります。
不利益
通常、H13工具はCNC荒加工後に熱処理されるため、残りの製造ステップは完了するまでに時間がかかります。
このツールは、アルミニウムやより柔らかいグレードの鋼よりも高価です。
S136
S136は、大量の金型のより特殊なケースに使用されるステンレス鋼グレードです。
アドバンテージ
金型寿命は通常100万倍以上です。
このグレードのステンレス鋼は、最高レベルまで研磨することができ、最高の光学的透明度を必要とするアプリケーションに最適です。
S136は、PVCおよびPOM材料の腐食性化学物質に耐えることができます。
不利益
金型のコストと納期は、すべての金型材料の中で最も高く、最も長くなっています。
