1.アルミニウム合金ダイカスト金型の基本的な定義
金型製作とは、成形金型やブランク製作金型の加工を指す。また、抜き型や型抜き金型も含まれる。一般的に、金型は上型と下型で構成される。鋼板は上型と下型の間に置かれ、材料はプレスの作用下で成形される。プレスを開くと、金型形状によって決定されたワークピースが得られるか、対応する廃棄物が取り除かれる。電子コネクターのような小さな部品から自動車のダッシュボードのような大きな部品まで、金型を使って成形することができる。
順送型とは、ワークをあるステーションから別のステーションへ自動的に移動させ、最後のステーションで成形品を得ることができる金型のセットである。
金型工程には、カッティングダイ、ブランキングダイ、コンパウンドダイ、エクストルージョンダイ、4スライドダイ、プログレッシブダイ、スタンピングダイ、ダイカッティングツーリングなどがある。
2.ツーリングタイプ
3.金型工程
4 その他
5.ツーリングソフトウェア
UGNX、Pro / NC、CATIA、マスターカム、SURFCAM、topsolid cam、space-e、camworks、worknc、tebis、hyperMILL、PowerMILL、gibbscam、featurecamなど。
6.基本機能
上記の特徴に従って、工作機械の選択は可能な限り加工要求を満たすべきである。例えば、CNCシステムの機能が強いこと、工作機械の精度が高いこと、剛性が良いこと、熱安定性が良いこと、プロファイリング機能があること。
7.プロセスフローの配置
8.注意を要する事項
(1)工程作成は簡潔かつ詳細に、処理内容は可能な限り数値で表現する；
(2)加工の要所・難所では、職人技を特に重視する；
(3)処理場所を組み合わせる必要があり、そのプロセスが明確に表現されている；
(4) インサートを別個に処理する必要がある場合は、処理精度のプロセス要件に注意する；
(5) 複合加工後、個別加工が必要なインサート部品については、複合加工中に個別加工の基準要件を満たす工程を備える；
(6)ばねは金型加工で最も損傷しやすいので、疲労寿命の長い金型ばねを選ぶべきである。
大型アルミ合金ダイカスト金型の加工問題
1.巨大なサイズと重量
大型の金型を加工する場合、それ自体の巨大さと重量にどう対処するかは、加工会社が直面する大きな課題である。大型金型の加工には、多くの労力、特殊な設備、複数の調整とクランプが必要とされることが多く、加工精度も多くの潜在的要因に影響され、簡単には保証できない。
2.取得原価の問題
各種大型金型の加工・生産に直結する最大のコストは、工作機械の購入費である。大型金型を製造できる工作機械はかなり高価で、特に複雑な工程配置の下では、金型の荒加工から仕上げまでの全工程を完了するために複数の工作機械が必要となる。このような初期の高い投入コストは、多くの企業がこの市場に参入する最大の障害にもなっている。このことから、大型金型の粗加工と仕上げ加工を適切な工作機械で実現できれば、たとえ1回のデバッグとクランプが必要であっても、多くの問題が解決され、加工精度が保証されることがわかる。
マシニングセンター
1.鋳鉄ベッド構造、工作機械主軸は放熱機能を持つ
鋳鉄材料は剛性が高く、放熱性があるため、工作機械の構造体を製造する上で最も安定した材料である。大型部品のフライス加工に使用される工作機械には、まず鋳鉄製の非常に強固な構造と、放熱機能を備えた主軸が必要です。
工作機械のメインシャフトに関しては、長時間の加工中にメインシャフト自体が焼損したり、熱膨張によって精度が低下したりしないように、ベアリングの外側からメインシャフトを冷却する冷却技術を内蔵しなければならない。大型金型の加工は長時間を要し、重切削条件下では金型の熱や応力が増大するため、これらの要素は非常に重要である。したがって、工作機械の構造部品には、優れた剛性と放熱特性が要求され、これが大型の高品質アルミ合金ダイカスト金型を加工するための前提条件となる。そのため、加工中の工作機械の振動を極力抑え、加工中に発生する熱を素早く拡散させる必要がある。適切な加工工作機械と工具を選択することで、コストとサイクルタイムの面でWin-Winの状況を実現することができる。
2.熱安定性技術
加工時間が長いため、周囲温度の影響も考慮しなければならない。例えば、大型のアルミ合金ダイカスト金型を通常の工作機械で加工する場合、周囲温度が10℃変化すると、工作機械のコラムに6℃の温度変化が生じ、主軸角板の平行度に0.07mmの変化が生じる。従って、工作機械の設計は、周囲温度の影響が加工部品の精度に影響しないように、周囲温度の影響を考慮しなければならない。
3.スピード
素早く移動できる大型金型マシニングセンターの場合、大型金型加工工作機械の主軸速度は少なくとも20000r/minに達する必要があり、金属の切削速度は762~20000mm/minを満たす必要がある。
4.精密度
金型加工の全工程では、常に精度管理が行われています。大型金型の荒加工や仕上げ加工をマシニングセンタで行う場合、工作機械の位置決め精度や繰り返し位置決め精度を厳密に管理する必要がある。大型金型専用のマシニングセンタの位置決め精度は±1.5μm、繰り返し位置決め精度は±1μmが一般的である。同時にピッチ精度も5μm以内に抑える必要がある。
5.フィードバックの解決
高精度の表面加工では、工作機械自体のフィードバック分解能が、加工部品の精度を検出するために非常に重要である。標準的な1μmのフィードバック分解能では、通常得られる結果はあまり満足のいくものではない。分解能が0.05μmに達することができれば、その仕上げ結果にはほとんど欠陥がない。さらに、工作機械の分解能、スケールフィードバック、小ピッチボールねじの制御を通じて、部品表面の加工品質はさらに向上させることができる。
6.スピンドル
大型金型マシニングセンターに使用される主軸は、粗加工、中仕上げ、高仕上げの要求を満たさなければならず、基準として、達成できる表面加工品質は2μmのレベルに制御されなければならない。通常、金型閉塞面やパーティングライン部の仕上げ加工は非常に重要であるが、従来の技術では、多くの金型メーカーは工具加工精度の不足を補うために手作業による研磨を行わざるを得ない。大規模な加工工作機械は建設コストが高いため、この工程のために多機能工作機械を購入するのは明らかに非現実的である。
さらに、合理的な主軸設計は、加工サイクル中に低振動、低温度上昇で働き続けることができるように、工具の寿命を最大限に延ばすことができなければならない。例えば、大型金型加工機で自動車のダッシュボード金型を加工する場合、仕上げ工具に16mmCBNインサートを使用すれば、加工速度は8m/minに達し、寿命は30時間を超え、加工面の品質は0.336～3.2μmである。大型金型の加工における工具コストの増加を考慮すると、特別に設計された大型金型加工用工作機械を使用することにより、工具の寿命を延ばすことができるだけでなく、各金型の加工にかかる工具コストを大幅に節約できることがわかる。
7.可動式多軸加工ヘッド
金型サイズと重量の制限により、通常、ワークのクランプには長時間を要する。そのため、3軸マシニングセンタを使用することで、デバッグの回数やワークのクランプ時間を減らすだけでなく、工作機械の加工精度にも影響を与えないため、大型金型を加工する工場の生産能力を大幅に向上させることができる。
可動式多軸加工ヘッドは、特に複雑な構造を持つ大型金型の加工に使用できます。可変形状に合わせて設計された加工ヘッドは、3軸同時加工が可能です。ワークのクランピングは1回のみで、深いキャビティのフライス加工が可能です。金型や冷却穴、その他多くの複雑な形状の部品の切削加工が可能です。例えば、主軸が最適な角度で傾斜している場合、加工ヘッドとフライス加工点の近接性を高めることができるため、多軸加工ヘッドを使用して斜め穴の加工を完了させることができます。
また、多軸加工ヘッドはワークの表面を加工するため、工具の先端ではなくR刃を使用するため、面粗度を向上させることができる。
8.チップ管理
金属の切削加工では大量の切りくずが発生する。それを時間内に除去できなければ、必然的に二次切削につながり、工作機械の構造部品やワーク表面の温度上昇を引き起こす。大型金型マシニングセンタのワークテーブル下には、通常18個の切りくず穴があり、ワークテーブルがどこに移動しても、切りくずを確実に除去することができる。工作機械には4本のヒンジ式切屑搬送ベルトが内蔵されており、切屑を高速で工作機械の前面に送る。
9.高圧クーラント
大型金型の加工では、高圧のクーラントが非常に重要な役割を果たします。例えば、2＋3軸加工で傾斜穴を加工する場合、切りくずを効果的に除去し、より高精度な切削を実現するためには、1000psi（1psi＝6890Pa）のクーラントが必要となる。このような高圧クーラントがない場合、傾斜穴加工時に工作機械を追加する必要があり、二次加工が必要となり、加工精度の低下やサイクルコストの上昇を招く。以上の分析から、大型金型をシンプルに加工するためには、工作機械により多くの機能を持たせる必要があることがわかる。マキノが開発した新型横型3軸マシニングセンタ「MCC2516VG」は、主軸回転速度が15000r/minに達し、主軸と付属ベアリングを時間的・効率的に冷却できる「軸芯冷却」方式と「ベアリング内圧潤滑」機能を採用している。
また、メインシャフトは水平X軸、垂直Y軸、前後Z軸方向に移動できるだけでなく、A軸とC軸で回転することができる。2つの割り出し機能により、調整作業の負担を軽減するだけでなく、バンパー、インストルメントパネル、自動車用ヘッドライトレンズなどの複雑なワークも切断できる。
