射出成形金型用材料の選び方｜部品・樹脂・外観・量産数量で決める

射出成形金型の部品ごとに材料を選ぶ

射出成形金型では、キャビティとコアが溶融した樹脂に触れ、製品の形状と表面を作ります。ゲートやスプルーブッシュには樹脂の流れが集中し、スライドやエジェクタピンは金型の開閉や製品の取出しのたびに摺動します。型板、取付板、受け板は、これらの部品を支持して成形機へ取り付ける役割を持ちます。

樹脂に触れる部品では、耐摩耗性、耐食性、鏡面仕上げのしやすさ、欠けにくさを確認します。支持部品では、必要な強度、機械加工のしやすさ、冷却水路の防錆、組立後の寸法を確認します。

射出成形金型用材料の特性｜構造用鋼・プリハードン鋼・ステンレス系鋼

射出成形金型には、モールドベースや支持部品に使う機械構造用炭素鋼・構造用合金鋼、供給時の硬さで加工できるプリハードン鋼、耐食性や鏡面性を重視したステンレス系金型用鋼、焼入れ・焼戻しによって高い硬さを得る工具鋼などが使われます。

代表例として、支持部品ではS50C・S55C・SCM440、汎用の成形部品ではP20改良系やP21改良系のプリハードン鋼、腐食への配慮や鏡面仕上げが必要な成形部品ではSUS420J2改良系やSUS630改良系が挙げられます。P20改良系やP21改良系には、材料メーカー独自の鋼種があります。候補の材料ごとに、供給硬さ、用途、必要な特性を確認します。プリハードン鋼は供給状態を、ステンレス系は鋼の種類を示す区分で、ステンレス系のプリハードン鋼もあります。

射出成形金型用材料の熱処理で確認する硬さ・寸法変化

プリハードン鋼は、材料メーカーが調質または時効処理を行い、所定の硬さで供給する金型用鋼です。熱処理後の寸法変化を避けたい大型部品や精密部品では、プリハードン鋼が候補になります。ただし、鋼種ごとに供給硬さ、鏡面性、溶接補修の方法が異なります。

焼入れ・焼戻しを行う金型用鋼では、熱処理後の硬さ、寸法変化、仕上げ代、研削・放電加工後の仕上げ、表面処理の温度を確認します。材種を選ぶときは、使用部位、部品寸法、必要な硬さ、熱処理を行う範囲、後工程を確認します。

摩耗・腐食・面荒れから射出成形金型用材料を見直す

既存金型の材料を見直す場合は、損傷した部品、位置、成形した樹脂、損傷が見つかるまでの成形回数、清掃・補修履歴を確認します。損傷した位置に加え、ゲート形状、ガス抜き、冷却水路、表面処理、摺動部の潤滑を確認します。

ガラス繊維や無機充填材による摩耗を確認する

ガラス繊維、炭素繊維、無機充填材などを含む樹脂では、ゲート、ランナー、キャビティ、コアの摩耗が材料選定の対象になります。摩耗した位置と深さを確認し、耐摩耗性の高い金型用鋼、必要な硬さ、表面処理、交換できる入れ子の範囲を検討します。

具体例：ガラス繊維入り樹脂でゲートが摩耗した場合

ゲート周辺の摩耗を見直すときは、樹脂の正式グレードとガラス繊維含有量、摩耗した位置・深さ、その時点の成形回数を記録します。金型部品の寸法が図面公差内に収まるか確認し、製品に出たバリや外観の変化は製品の品質基準で判定します。

交換可能なゲート入れ子を検討する場合は、その部分に必要な耐摩耗性、硬さ、熱処理と表面処理の仕様を金型製作先と確認します。型板などの支持部品は、強度、加工性、水路の防錆をもとに別に選びます。損傷の記録と必要な量産数量をもとに、交換・保全計画を立てます。

腐食性樹脂と冷却水路の発錆を確認する

塩化ビニールやフッ素樹脂など、腐食への配慮が必要な樹脂では、成形面の耐食性を確認します。難燃剤を含む樹脂でも、材料メーカーが示す適用樹脂と耐食性を確認してください。冷却水路では、使用する水、停止期間、清掃方法、防錆方法を確認し、耐食性を持つ型板や受け板を候補に加えます。

透明品・光沢品の面荒れを確認する

透明品や光沢品では、キャビティとコアの面荒れ、ピンホール、放電加工痕、補修溶接部の仕上がりが製品外観へ表れます。鏡面仕上げに適した金型用鋼を選ぶときは、外観面の位置、仕上げ見本、必要な面品質、補修後に再研磨する範囲を確認します。

具体例：透明品の外観面に使う材料を選ぶ場合

透明品の外観面に使う材料は、候補の資料で鏡面仕上げへの適性と供給硬さを確認します。材料の硬さだけで、成形できる回数や製品外観の合否を決めることはできません。

実際の選定では、製品のどの面を外観面とするか、ピンホールや放電加工痕をどこまで許容するかを、図面と仕上げ見本で示します。候補の鋼材を使った磨き見本や試作品が外観基準を満たすか確認し、溶接補修を行う部分は補修後に再研磨する範囲も確認します。腐食への配慮が必要な樹脂や冷却水路がある場合は、ステンレス系金型用鋼の耐食性と鏡面性を資料で確認し、成形面と水路周辺の部品ごとに候補を比較します。