製造業界における金型は、数え切れないほどの製品に形を与える陰のヒーローです。しかし、すべての金型が同等であると考えるのは大きな間違いです。これは、金属を成形するために使用される工具とプラスチックを成形するために使用される工具の違いに似ており、どちらもまったく異なるものであり、それぞれ異なる材料特性や製品製造の要求に対応することを目的としています。エンジニア、デザイナー、製造業者が金属プレス用金型とプラスチック加工用金型の主な違いを理解することは非常に重要です。
1. 核心的課題：材料の挙動
金属プレス金型：これらの金型は、固体状態で塑性変形の問題に直面しています。金型のコンポーネントの間には、金属板またはコイル（例：鋼、アルミニウム、銅）が挟まれます。非常に大きな圧力（トン数）を使用することによって、金属に永久的な変形が生じ、曲げ、引き伸ばし、切断、または絞り加工が可能になりますが、溶かすことなく行います。このプロセスでは、金属の降伏強度に打ち勝つこと、およびスプリングバック（金属がその初期形状を維持しようとする際に自身をわずかに解放する動作）に対応することが重要です。
プラスチック加工用金型（型）：これらは溶融または大幅に柔らかくなった状態の材料を用いて作動します。プラスチックペレットを溶かし、粘性液体のように流動性のある状態にします。この溶融状態のプラスチックはその後、圧力をかけて金型キャビティ内に注入または押し込まれます。そして、金型内で冷却されて最終的な形状をとります。このプロセスでは、流動状態の制御が難しく、キャビティを完全に充填すること、冷却過程を制御して欠陥（例えば凹みや反り）を最小限に抑えること、ならびに硬化した製品を容易に金型から取り出すことが重要です。
2. 金型設計・製作の優先事項
金属プレス加工用金型：
●強度と摩耗耐性：最重要です。金型は非常に大きな衝撃に耐えなければならず、頻繁に金型の出し入れや詰まり、金属部品の摩耗や擦過にさらされます。そのため、工具鋼（D2、A2など）や超硬合金が一般的に使用され、多くの場合、非常に高いロックウェルC硬度（HRC）にまで硬化処理されます。
●高精度のすき間：せん断作業では、過剰なバリや使用中の工具の損傷を避けるために、パンチとダイブロックの間隔が非常に狭く設定されています。
●圧力の適用：構造的に頑丈な要素（パンチ、ダイブロック、サポートプレート）により、大規模な圧力を効率的に伝達するように設計されています。
●一般的に：多くの形状を持つプレス金型、特に曲げ加工や単純切断モードに関連する金型は、プラスチック金型ほど複雑な構造を必要としません。
●プラスチック成形用金型（型）：
●複雑なキャビティとコア： 金型は対象となるプラスチック製品の外部（キャビティ）および内部（コア）の複雑な形状を形成します。その複雑さは非常に高くなる可能性があります。
●冷却システム： 内部には冷却剤（水または油）を通す通路が設けられており、これは非常に重要です。最適化された均一な冷却は、サイクルタイムおよび製品品質に直接関係しています。
●ゲートシステム： 成形機ノズルから射出された溶融プラスチックが金型のキャビティに流入する際の流路となるスプルー、ランナー、ゲートは、フローのパターンや充填圧力、製品外観に影響を与えるため、設計が重要です。
●エジェクターシステム： 冷却された成形品を金型から取り出すために、ピン、スリーブまたはリフターが注意深く配置され、製品を破損させることなく取り出します。
●ベント（排気）： 溶融樹脂がキャビティに流入する際に閉じ込められた空気を逃がすために、小さな溝や穴を使用してベントを行い、焼けや充填不足を防ぎます。
●材料： 工具鋼（P20、H13、S7など）やさまざまな種類のステンレス鋼が使用されることがあります。ただし、表面仕上げや耐食性（特定のプラスチックにおいて特に重要）も重要な要素となります。
3. 生産環境
金属プレス加工：これは通常、機械式プレスまたは油圧プレスで行われます。作業速度が非常に速く、1分間に数百個もの部品を製造することが可能です（基本的な部品の場合）。これは通常、冷間加工ですが、加熱を伴う特殊な成形プロセスもあります。摩擦や摩耗は、潤滑剤を使用することで低減されることが多いです。
プラスチック加工：プラスチック加工は主に射出成形機によって行われますが、ブロー成形や圧縮成形などの他の方法も用いられます。このプロセスでは大量の熱が発生します。プラスチックを溶融した後、金型内で冷却します。サイクル時間は部品のサイズや肉厚によって異なり、数秒から数分まで変化します。冷却効率はサイクルタイムに大きな影響を与えます。脱型剤などが使用されることもありますが、金属プレス加工で用いられる潤滑剤ほど一般的ではありません。
4. 寿命と摩耗メカニズム
金属プレス用金型：研磨摩耗（主に金属と工具鋼との接触摩耗）、付着摩耗（ガalling）が主な摩耗形態です。摩耗により切れ味が低下します。また、高サイクル応力による疲労亀裂も発生します。メンテナンスとしては研削、摩耗部分の交換、インサート挿入などが行われます。金型の寿命は通常数十万〜数百万ショット程度で、適切なメンテナンスが寿命に大きく影響します。
プラスチック成形用金型（金型）：プラスチック中の研磨性充填材による摩耗、一部のポリマーまたは冷却水による腐食、およびプラスチック溶融物の高速流による摩耗（アブレーション）が発生します。金型キャビティ表面の研磨劣化により影響を受ける外観品質の一つに成形品の外観があります。メンテナンスには研磨作業、表面損傷の修復、冷却回路やベンチの詰まり除去が含まれます。寿命は一般的に非常に長く（数十万〜数百万サイクル）、ただし使用するプラスチックの種類やメンテナンスの影響を強く受けます。
なぜこの区別が重要なのか
金型設計哲学の誤った形式を選択すると、素材に適応しないことになり、失敗のもととなります。金属から素材を打ち抜く際に使用される金型には、プラスチック成形に必要な冷却回路やゲート構造がありません。プラスチック用の金型は、鋼材を打ち抜く際の振動に耐えることはできません。これらが、塑性加工と溶融加工という基本的な違いであり、冷却の最適化、正確なクリアランス、流動管理およびスプリングバック管理が必要となる理由です。この理解は以下の目的において重要です：
● 効果的で耐久性のある金型の設計
●製造プロセスの最適化
●金型自体に適切な材料の選定
●生産上の問題の効率的なトラブルシューティング
●金型および部品コストの正確な見積
金型のこの2種類は量産工程で必要とされる精密機器である点で共通していますが、その設計、構造、機能は、金属とプラスチックを素材加工から完成品へと変化させるという根本的に異なる物理的プロセスに基づいて支配されています。これが製造業界において大きな機会を生み出す基本的な違いです。