金型を作る金属を選択することは、生産効率、部品の品質、工具寿命、コストに影響を与える重要な初期決定の一つです。最適な材料を選ぶには、さまざまな材料が持つ固有の特性に関する知識を応用し、それらを用途の要件と一致させる必要があります。ここで、主な候補を比較してみましょう。
1. 工具鋼：主力の材料
特性：極めて高い硬度で知られ、耐摩耗性が非常に優れており、圧縮強度も良好です。熱処理によってこれらの特性はさらに大幅に向上します。高圧および高温条件下でも形状安定性に優れます。
利点：大量生産における長期的な耐久性に優れ、研磨性の高い材料との使用にも適しています。長時間の連続運転や高精度が求められる複雑な幾何学的形状にも対応可能です。多くのグレードで、焼入れ前の段階でも良好な切削加工性を備えています。
弱点：非鉄金属と比較してコストが高くなる傾向がある。熱伝導率は中程度から低く、より高度な冷却チャネル設計が必要になる場合がある。非常に高い硬度では、靭性が低下する。
最適な用途：量産用インサート成形、ダイカスト（特にコアおよびキャビティ）、ブロー成形、圧縮成形、および困難なスタンピングや鍛造金型。
2. アルミニウム合金：速度と熱伝導性の王者
特性：鋼と比較して非常に軽量。高い熱伝導率（通常は工具鋼の4〜5倍）を持ち、加工性も良好（硬化状態でも）。ただし、工具鋼に比べて耐摩耗性と硬度が低い。
強み：機械加工および研磨が迅速なため、リードタイムとコストを大幅に削減できる。放熱性が高いため、サイクルタイムが短縮され、製品品質も向上する（反りやシボ減少）。変更や修理も容易に行える。
弱点：硬度が低いため、摩耗や擦過が生じやすく、損傷しやすい。非常に研磨性の高い材料や極端に大量の使用には不適切である。強度が低い場合、クランプ圧力が低下し、部品のサイズや複雑さに制限が出る。
最適な用途：プロトタイピング、少量から中量生産、表面仕上げが非常に重要となる部品、冷却が複雑な成形品へのインサート、トランスファー成形、RIM（反応射出成形）、迅速な金型製作が必要な用途。
3. 銅合金（ベリリウム不含）：熱管理のスペシャリスト
特性：一般的な金型用金属の中でも最も優れた熱伝導性を持つ（アルミニウムの2〜3倍、工具鋼の8〜10倍が多い）。耐腐食性に優れ、硬度も十分で（熱処理可能）
強み：放熱能力が非常に優れており、金型内の問題となるホットスポットの制御において極めて有効です。部品のリードタイム短縮と精度向上を可能にします。表面仕上げの品質も良好です。ガリング（密着摩耗）に対する耐性も優れています。
弱み：工具鋼よりも硬く摩耗しにくいため、高摩耗領域での使用が制限される場合があります。アルミニウムよりはるかに高価です。加工性はアルミニウムの方が簡単な場合もあります。密度が高いという特徴があります。
最適用途：主に射出成形やダイカスト用金型において、放熱性が特に求められる部位へのインサート（コア、キャビティの細部、エジェクターピンなど）として使用されます。冷却が困難な形状や耐熱性に限界のある材料を扱う際には不可欠です。
4. 銅合金（ベリリウムフリー代替材料）：
特性：ベリリウムによる健康リスクを回避しつつ、従来の銅-ベリリウム合金に匹敵する高い熱伝導性を持つように設計されています。代表的な合金には、銅-ニッケル-シリコン系、銅-クロム-ジルコニウム系合金があります。
利点：従来の高銅合金と比較して、優れた熱伝導性に加え、硬度、強度、耐摩耗性が向上しています。加工および取り扱い時の危険性も低くなっています。
欠点：一般的に純粋な高銅合金や銅ベリリウムと比較して、わずかに熱伝導性が低く、その性能は低下します。コストが高くなる可能性があります。グレードによっては入手可能性が変化する場合があります。
最適な用途：ベリリウムフリーの安全性が求められる、熱伝導性、強度、耐摩耗性のバランスが必要なサーマルインサート用途。
5. プレミアム工具鋼（粉末冶金法 - PM）：
特性：先進的な粉末冶金法により、より微細で均一な微細構造が得られるため、従来の方法で処理された工具鋼よりも高い硬度、大幅に改善された靭性および耐摩耗性を実現できます。
強み：硬度、靭性、耐摩耗性の優れたバランス。高い研磨性と、特に細部の加工時や厳しい応力が加わる場合における割れや欠けに対する優れた耐性。等方性（あらゆる方向で同じ性質を示す）が向上しています。
弱み：他の選択肢と比較して材料コストが最も高くなります。焼入れ済みのPM鋼は加工に時間がかかり、より専門的な工具を必要とする場合があります。
最適な用途：研磨性のある製品を製造するための高精度で加工が困難な金型、非常に長い生産ランニング、摩耗や欠けが発生しやすい微細構造を持つ金型、ダイカスト用の厳しいコアおよびキャビティ。
主要な選定要因：
生産量: 体積が大きい場合は、工具鋼またはPM鋼による耐久性が必要です。小体積の場合はアルミニウムが有利です。
部品材質： ガラス充てん、鉱物（研磨性）を含む材料は耐摩耗性（工具鋼／PM）が強く求められます。高熱伝導性（銅／アルミニウムインサート）は熱に敏感な材料にとって有利です。
部品の形状および複雑さ： 高導電性インサートの冷却は複雑です。微細部分には高鏡面仕上げ性と硬度（工具鋼／PM）が要求されます。
サイクルタイムの要件： 1時間あたりのサイクル数を最大化するため、高導電性材料（銅／アルミインサート）が採用されます。
予算： 初期コストではアルミニウムが最も安価であるのに対し、PM鋼は最も高価です。所有総コスト（材料費、加工費、耐久性、サイクル数）に基づいて決定してください。
まとめ:
金型用の理想的な金属が一つだけ存在するとすれば、それは確かにこれではない。長期間にわたる耐久性において、工具鋼が比類ない性能を提供する。アルミニウムは、試作品や小ロット生産における加工速度および冷却速度に関して利点を持つ。熱管理のスーパースター素材であるインサートは銅合金（特にベリリウムフリー）である。高機能工具鋼は、極端な硬度を要求される精密工具など、最も厳しい用途に対して限界を押し広げる。プロジェクトの優先事項—具体的には量産数、材料、複雑さ、冷却要件と予算—を、これらの主要な材料特性と照らし合わせてバランスさせることで、金型寿命、部品品質、生産効率の観点から最適な選択ができる。