最先端金型製造技術6選を探る

金型製造技術は急速に発展し、現代のCNC加工技術の不可欠な一部となっています。金型CAD/CAM技術、金型レーザー急速プロトタイピング技術、金型精密プロトタイピング技術、金型超精密加工技術、金型設計における有限要素法・境界要素法を用いた流れ・冷却・熱伝達プロセスの動的シミュレーション技術、金型CIMS技術、発展した金型DNM技術とCNC技術など、ほぼすべての現代製造技術を網羅しています。

現代金型製造技術は、情報駆動の加速、製造柔軟性の向上、アジャイル製造、システム統合の方向へ発展しています。

1. 高速CNCフライス加工技術

高速CNCフライス加工技術は、高速であるだけでなく優れた加工精度と表面品質を持ち、温度上昇も低い（ワークピース温度上昇わずか3℃）ため、従来の切削プロセスと比較して熱変形が小さく、熱変形に敏感なマグネシウム合金などの加工に適しています。また切削力が小さいため、薄肉・低剛性部品の加工にも適しています。合理的な工具と切削条件の選択により、高硬度材料（HRC60）の加工も実現できます。したがって、高速フライス加工技術は現在も研究の焦点であり、より高いアジリティ、知能化、統合の方向へ、第3世代のモデリング技術へと進化しています。

2. 放電フライス加工と「グリーン」製品技術

海外の観点から見ると、放電加工（EDM）技術は、性能、プロセス指標、知能化、自動化度において非常に高いレベルに達しています。現在の海外での新たなトレンドは、EDMフライス加工技術の研究開発です。これは、従来のキャビティ形成電極加工技術に代わるもので、シンプルな管状電極の高速回転を用いて三次元または二次元輪郭加工を行います（CNCフライス加工のように）。したがって、複雑な形成電極を作る必要がないEDM分野での大きな発展です。

EDM技術の進歩に伴い、EDMの安全保護技術への注目が高まっており、多くの電気機械がセキュリティ保護技術を採用しています。現在、ECは「CE」マークのない機械はEC市場に参入できないと規定しています。同時に、国際市場も安全保護技術要件をますます重視しています。

国際市場では「グリーン」製品への注目が高まっています。この場合、金型加工の主要設備としてEDM工作機械は将来的にこの問題を解決しなければなりません。

3. 新世代金型CAD/CAMソフトウェア技術

CAD/CAMアプリケーションは、製品設計と製造プロセスのプログラミング、特にCNC加工を行えます。CAMソフトウェア（米国サイト）は、CADソフトウェアで作成されたモデルとアセンブリを使用して、工作機械を駆動して設計を物理部品に変える工具パスを生成します。CAD/CAMソフトウェアは、プロトタイプ、完成部品、生産ロットの設計と製造に使用されます。

新しい金型ソフトウェアは、金型設計実践の総括に基づいて開発されるべきです。知識を体系化し、科学的に整理し、エンジニアリングナレッジベースを特定の形で保存し、金型に簡単に呼び出せるようにします。インテリジェントソフトウェアのサポートにより、金型CADは従来の設計計算方法を模倣するのではなく、高度な設計理論の指導の下、この分野の専門知識と成功経験を最大限に活用し、設計結果を合理的かつ先進的にします。

新世代金型ソフトウェアは、三次元的思考と直感的な感覚で金型構造を設計します。生成された3D構造情報は、NC加工金型製造の評価に容易に使用でき、これには3Dパラメトリックフィーチャーモデリング、成形プロセスシミュレーション、NC加工プロセスシミュレーション、情報交換と組織管理がかなり完璧なレベルで達成され、高度な統合が実現されます。ソフトウェア統合度は、機能モジュールの完成度だけでなく、これらのモジュールが同じデータモデルを共有し、統一されたグローバル動的データベースを形成し、金型設計、製造、組立、試験、テスト、デバッグの全プロセスを支援する包括的な管理と情報共有を実現することにも依存します。

新世代金型ソフトウェアでは、金型製造可能性評価機能が不可欠です。いくつかの案をスクリーニングするだけでなく、金型設計プロセスの合理性と経済性を評価し、金型設計者への修正根拠を提供すべきです。

製造可能性評価には、金型設計・製造コスト見積もり、金型組立評価、金型部品製造プロセス評価、金型構造・成形性能評価が含まれます。新世代ソフトウェアには組立指向機能も必要です。なぜなら、金型の機能はその組立構造を通じてのみ反映されるからです。組立指向設計手法を採用すると、金型組立は単なる部品組立ではなくなります。データ構造は金型の機能を記述するだけでなく、部品間の関係を定義し、金型品質を効果的に実現できます。

4. 先進製造技術 | ラピッドツーリング（迅速金型）

1) レーザー急速プロトタイピング技術（RPM）の急速な発展により、中国は国際水準に達し、徐々に商業化されました。世界の主要な商業急速プロトタイピングプロセスは、SLA（ステレオリソグラフィー）、LOM（積層製造）、SLS（選択的レーザー焼結）、3D-P（3Dプリント）です。

清華大学が米国3Dシステムズ社からSLA250（ステレオリソグラフィー/感光性樹脂レーザー硬化）の装置と技術を導入し、研究開発を行いました。長年の努力と幾度もの改良・完璧化を経て、「M-RPMS ― 多機能ラピッドプロトタイピング製造システム」（LUM-SSM、溶解押出―MEMを搭載）を発売しました。これは世界で唯一、中国の独立知的財産権（国家特許）を持つシステムで、2つの急速プロトタイピングプロセスを備え、コストパフォーマンスに優れています。

2) ダイレス多点成形技術は、従来の金型に代わって高調整性パンチグループを使用するもう一つの先進製造技術です。CAD/CAM/CAT技術を多点成形システムの主手段として、3D曲面の迅速かつ経済的な自動成形を実現します。吉林工業大学が国家重点科学技術プロジェクトのダイレス成形を担当し、世界最先端の多点ダイレス成形装置を独自に設計・製造しました。

米国マサチューセッツ工科大学、東京大学、東京工業大学と比較して、中国の技術は理論研究の実用化応用で先を行っており、現在応用分野を拡大しています。

3) 樹脂スタンピング金型が国内自動車試作で初めて成功裏に適用されました。第一汽車金型製造有限公司が新車プロトタイプ試験走行用に12セットの樹脂金型を設計・製造。12セットはバッグ、フード、前後フェンダーなどの大型複雑な内外装パネルです。主な特徴：金型表面はマスターモデルCAD/CAM加工ベース；スイスCiba高強度樹脂鋳造成形；凸凹金型クリアランスを輸入特殊ワックスシートで制御。高精度金型寸法；製造サイクルを1/2〜2/3短縮、製造コストを1,000万元節約（12セット）。小型車試作の新たな道を開き、国内のパイオニアとなりました。スイスCiba専門家は90年代の国際標準に達すると評価しています。

5. 現場ベース金型試験技術

精密金型の発展に伴い、測定要求はますます高くなっています。高精度三次元測定機（CMM）は環境のタイムリミットが長いため、生産現場ではめったに使用されません。新世代CMMは温度補償と防振材料の特性を持ち、防塵対策により環境適応性と信頼性が向上し、工場に簡単に設置して現場測定の特徴を実現できます。

6. 鏡面研磨の金型表面工学技術

金型研磨技術は金型表面工学の重要な部分であり、金型製造プロセスの重要なリンクです。

現在、国内の研磨工具でRa0.05μm、研磨材とプロセスは基本的に需要を満たせますが、Ra0.025μmの鏡面研磨装置、研磨材、プロセスはまだ探求段階にあります。

現在、超微細表面粗さRa0.05μmに達する国内研磨装置、研磨工具、研磨プロセスは基本的にニーズを満たせます。超微細表面粗さRa0.025μmはまだ探求段階です。

鏡面射出金型の大規模生産応用に伴い、研磨技術は重要な問題となっています。中国の研磨技術と材料には、ポイントブランクレンズ、射出金型、CD、VCD、高透明工具などで依然としていくつかの問題があるため、射出金型の大部分はまだ輸入に依存しています。

注目すべきは、金型表面の研磨は研磨装置とプロセスだけでなく、金型材料の鏡面度にも影響されることです。これは十分な注意を払われていません。つまり、研磨自体が金型材料によって制限されるということです。例えば、45#炭素鋼を金型に使用し、RA0.2μmまで研磨すると欠陥が見えます。さらに研磨しても光沢が増すだけで、粗さの改善は望めません。したがって、国内の鏡面金型製造では、スウェーデンASSAB 136、日本大同PD555などの輸入金型材料をよく使用します。

金型表面材料は化学組成の問題だけでなく、より重要なのは溶解真空脱ガス、アルゴンガス保護インゴット、連続垂直鋳造圧延、鍛造、焼鈍などの一連の先進技術の要求です。これらにより内部欠陥と不純物が少なく、微細粒子、分散度が高く、金属微細粒径、良好な均一性などの利点を持つ鏡面研磨鋼の要件を満たします。

現代金型製造は無限の量で発展する

この競争の激しい製造世界では、すべてがこれまで以上に現代的で革新的になっています。未来は無限で予測不能であり、現代金型製造の発展もまた然りです。

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