各種金型材料の種類と特性・寿命向上技術およびトラブル対策

はじめに：金型材料の重要性と製造業の変革

製造業の現場において、金型は“モノづくり”の根幹を支える重要なツールです。
射出成形やプレス、ダイカスト、鍛造など、あらゆる工程で金型は製品の品質を左右するカギとなります。

「金型材料を選択することが一番の生産コスト管理である」――この言葉はいまだ現場で脈々と語られています。
しかし、未だ多くの工場で金型材料の選定やメンテナンスが“昭和的な勘と経験”の域から抜けきれないのも事実です。

時代は変わり、材料技術や加工技術、デジタルモニタリングも進化を続けています。
本記事では、各種金型材料の種類と性質、その寿命を延ばす最新技術や現場で生きるトラブル対策まで、製造業の現場から得た“実践知”をもとに徹底解説します。
サプライヤーやバイヤーを目指す方にも、ぜひ知ってほしい金型材料選定の本質とヒントをお伝えします。

金型材料の基礎知識

金型材料に求められる特性

金型材料には、以下のような特性が強く求められます。

– 高硬度：繰り返しの成形に耐える必要があります。
– 靱性：万が一の衝撃や荷重集中に割れず、へたりにくい性質。
– 耐摩耗性・耐腐食性：摩擦や腐食環境下でも劣化しにくい。
– 加工性：機械加工や熱処理の適正があること。
– 熱伝導性：特に成形サイクルの短縮には放熱性も重要です。

これらのバランスを最適化した材料を用途・工程ごとに選び分けることが、品質安定とコスト低減につながります。

主な金型材料の種類

製造現場で多用される金型材料の代表例は以下のとおりです。

1. プラスチック金型用材料

・プリハードン鋼（例えばNAK55、SUS420J2、P20など）
焼き入れなしでも高硬度を維持でき、耐摩耗性や鏡面性といった加工性にも優れます。表面加工や複雑加工にも対応でき、試作から量産まで幅広いシーンで活躍します。

・プリハードンステンレス鋼
耐食性が求められる工程ではステンレス系プリハードン材が使われます。PVCやPAなど、腐食性ガスを排出する樹脂成形などに採用されます。

・高炭素クロム鋼（SKD11等）
高硬度・耐摩耗性に優れ、ミラー加工にも強い。射出成形や押出成形など量産用金型で多用されます。

2. プレス金型用材料

・高速度工具鋼（SKH51など）
打抜き・曲げのような金属同士の高い衝撃荷重に強い。工具寿命を重視する高速生産ラインで欠かせません。

・冷間ダイス鋼（SKD11、SKD61など）
高硬度で寸法安定性に優れ、耐摩耗性＆靱性のバランスも良好。炭素鋼～ステンレスの幅広い材料に対応可能です。

3. ダイカスト・鍛造金型材料

・熱間ダイス鋼（SKD61、DACなど）
高温環境下での熱疲労・クラックへの耐性が必須。アルミや亜鉛のダイカスト、鍛造金型ではSKD61系がスタンダード。

・超硬合金
耐摩耗性がきわめて高く、寿命を最大化したい部品や複雑な押出成形、難削材に使われます。高価ながら、破損リスクとコストのバランスを見極める目利きが重要です。

4. その他・特殊材料

・セラミックスや焼結金属
絶縁性や耐食性が必要な専用用途、ミクロン単位の精度や特殊形状に使われます。

このように、用途・加工品・使用環境に応じて素材選定は千差万別です。
バイヤーやサプライヤー、現場の製造技術者が同じ目線で“最適値”を探ることが現代の製造現場では求められています。

金型の寿命を左右する要素

なぜ金型は痛むのか？現場視点の実態

金型の寿命を縮める主な要因は、摩耗・熱疲労・腐食・割れ・変形、そして管理上のミス（メンテナンスや成形条件の不良）です。

・摩耗：連続稼働や異物混入による表面の消耗。
・熱疲労：急冷・急加熱による微細クラックの発生。
・腐食：成形材料や添加剤のガス腐食、結露などによる進行。
・割れ・チッピング：異常荷重や加工ミスによる損傷。
・変形・かじり：ガイド部や摺動部の潤滑不良など。

また、見逃されがちですが、現場の管理不徹底――たとえばグリース切れによる焼き付きや成形条件の逸脱、保管方法のミスなど、“人的要因”も金型寿命を縮めてしまいます。

寿命延長のための基礎技術

1. 材料選定
被成形材料や工程条件合わせて、想定負荷や腐食リスクを見極めて選定。現場の歩留まりや運用実体もヒアリングして材料を見直すことが重要です。

2. 適切な表面処理
窒化処理、TiNコーティング、DLCコーティングなど、材料表面の硬度や滑り性、耐腐食性を向上させる処理の最適適用。

3. 精密な熱処理・放電加工
細部まで標準化された焼入れや焼戻し条件・精密仕上げ加工で、内部応力の均一化や寸法精度向上も金型長寿命のポイントです。

4. 定期的な保守と管理
予知保全やIoTモニタリング、傷やクラックの早期発見・対応といった保守活動が重要です。実際、突発不良の多くは見逃しによる初期損傷の蓄積が原因です。

5. 改善サイクルの構築
“現場の声”とデータをもとに金型設計をPDCAサイクルでブラッシュアップし続ける姿勢が求められます。

バイヤー・サプライヤーの視点から考える金型材料選定

金型材料の調達で本当に求められる“目利き”とは

サプライヤーは“納期・コスト・品質”をふまえた最良提案が必須です。バイヤーを目指す人、サプライヤー両者に求められる現代的なスキルを解説します。

– 顧客の困っている本質と、どの段階で材料が“効いてくる”かを理解する。
– 新材料やコーティングなど技術動向のアップデートを継続する。
– 成形材料や工程条件の変更によるリスク、寿命への影響予測ができる。
– TCO（トータルコスト・オーナーシップ）発想でランニングコストまで含んだ提案。
– 品質トラブルや不適合発生時のバックアップ力。

バイヤーは“値段”だけを見るのではなく、将来の歩留まりや寿命、修正コストまでを考慮し、最適材料・サプライヤー選択をするべきです。

サプライヤーとしては、顧客の目線で本当に困っているところを見極め、ただ“同じ材料の流用”ではなく、一歩踏み込んだ改善提案が信頼につながります。