金型とは？その基本概念と製造プロセスを詳しく解説

ものづくりプレス

2024-10-16

金型とは、工業製品を製造するための型枠であり、主に金属で作られています。一般的に上下2つのパーツで構成され、その中に溶けたアルミニウムや樹脂を流し込むことで、製品の形状を成形します。金型は大量生産に最適な手段で、同じ形の製品を正確に、そして効率的に作ることができます。特に自動車産業や家電製品など、大量生産を必要とする分野で重宝されています。
「モノづくりの母」とも称される金型は、安定した品質とコスト削減を両立させる重要な役割を担っています。例えば、自動車の車体は金型によるプレス加工で製造され、パソコンの外装、スマートフォンの部品、さらには日常的に使用する家電製品、ビール瓶やペットボトルといったガラス製品まで、私たちの身の回りのあらゆる製品が金型を用いて作られています。金型の精度と信頼性がなければ、これらの製品の高品質な大量生産は不可能でしょう。

金型の製造プロセス

1. 見積もり・打ち合わせ

金型製作は、まず製造する製品の仕様を明確にするところから始まります。製品デザイン、機能要件、使用する材料などの情報を金型業者と綿密に打ち合わせし、見積もりを取得します。この段階で提供されるデータは、製品の2D図面や3Dデータ、さらには製品の使用目的や特性、製造条件などが含まれます。打ち合わせを繰り返すことで、製品の設計上の問題点や金型の最適な構造が決定されます。ここでのコミュニケーションが不十分だと、後の工程で大幅な修正が必要になる可能性があります。

2. 設計（金型設計・加工データの作成）

打ち合わせの内容に基づき、金型設計者が設計図を作成します。この設計図は、製品の形状や製造プロセスに必要な細かな詳細を含むものであり、製品の品質に直結します。さらに、NC（数値制御）加工用のデータや、切削加工・放電加工のための3Dモデルを作成し、CADソフトウェアで加工に適したプログラムを準備します。設計段階での精度が後の製品の仕上がりに大きく影響するため、ここでの作業は極めて重要です。

3. 金型加工（前加工・熱処理・マシニング加工・研削加工・放電加工・磨き）

設計データに基づいて、金型の実際の加工が始まります。まず、素材の荒削りや穴あけといった「前加工」を行い、その後、金属の硬度を向上させるために焼入れや焼戻しといった熱処理を行います。次に、マシニングセンタやNCフライス盤、旋盤などの精密機械を使用して金型の細かな部分を加工します。これにより、大まかな形状が出来上がりますが、複雑な形状や細かい部分は放電加工や研削加工でさらに仕上げていきます。

特に、放電加工は金属を溶かしながら微細な部分を削り取る技術で、深リブやねじ部、エッジなど、通常の切削では対応できない複雑な形状を加工するために使用されます。放電加工後には、砥石やダイヤモンドペーストなどを用いて磨きを施し、最終的に金型の表面を滑らかに仕上げます。

4. 金型の仕上げ・組立（測定・組み立て）

加工された各部品を組み立て、金型全体の形状を調整します。この段階では、製品が要求された精度に達しているかどうかを厳密にチェックし、±1μmといった非常に高い精度を実現するための測定も行われます。必要に応じて微調整を行い、製品仕様に完全に一致する金型が完成します。高精度な金型は、最終製品の品質に直接的に影響を与えるため、この仕上げ工程は非常に重要です。

5. 動作チェック（トライ）

金型が完成したら、実際に製品を成形してその動作を確認します。特に、金型の摺動部（動作する部分）に不具合がないか、成形がスムーズに行われるかをチェックします。この試運転を「トライ」と呼び、最初の試運転は「ファーストトライ」と言います。ここで発見された問題点は修正され、再度の「セカンドトライ」「サードトライ」が行われることがあります。ファーストトライで不具合が発生しないよう、金型業者は常に細心の注意を払い、最小限の修正で高品質な金型を提供することを目指しています。

金型の重要性

金型は、普段は目に見えない存在ですが、その影響力は広範囲に及びます。製造業における金型の存在は、製品の品質や製造効率、コスト削減に直接貢献しています。自動車部品、家電製品、さらには医療機器など、金型がなければ多くの製品が製造不可能です。モノづくりの現場で、金型の存在がいかに重要であるかを理解することが、製造プロセス全体の改善にもつながります。金型の設計、製作、そしてメンテナンスは、現代の製造業における基盤とも言える技術です。