要点まとめ

自動車金型の材料硬度は重要な仕様であり、通常、工具鋼を硬化させて 58～64 HRC の範囲内にすることが求められます。この硬度範囲は、高張力鋼（AHSS）などの現代的な材料を成形する際の極めて高い作業負荷に耐えるために不可欠です。適切な硬度を確保することで、金型は摩耗に対して十分な耐性を持ち早期の損傷を防ぐことができると同時に、割れや破損を避けるための十分な靭性を保持します。これは生産効率と部品品質に直接影響を与えます。

自動車金型において硬度が重要である理由を理解する

材料の硬度は、正式には傷や圧痕などの局所的な塑性変形に対する材料の抵抗能力として定義されます。自動車金型製造の分野では、この特性は極めて重要です。金型は、板金を複雑な自動車部品の形状に成形する際に、非常に大きく繰り返しの力が加わります。金型素材が柔らかすぎると、変形したり、傷がついたり、摩耗が早くなるため、部品の品質が不安定になり、生産停止によるコスト増につながります。正確な硬度の必要性は、「 超高張力鋼板（AHSS） 」の車両製造への広範な採用により、安全性の向上と軽量化を図る上でさらに高まっています。

主な課題は、AHSSの優れた特性に起因しており、これらの材料は従来の軟鋼と比較して最大4倍の作業荷重を発生させる可能性がある。このような先進材料は顕著な加工硬化性も示すため、成形されるにつれてより強くなり、硬くなる。これは金型表面に非常に大きな応力をかけることになる。十分な硬度を持たない金型は、摩耗性および付着性摩耗に対して急速に劣化する。この摩耗では、微細な粒子が工具表面から引き裂かれ、製品に傷（ガリング）が生じ、金型自体も急速に損傷する。したがって、高い表面硬度はこうした破損モードに対する第一の防御手段となる。

しかし、硬さは真空状態で存在するものではない。硬さは、エネルギーを吸収し破壊に抵抗する能力である「靭性（じんせい）」と密接で逆相関の関係にある。材料の硬さが高くなるにつれて、通常は脆さも増加する。過度に硬いダイスは摩耗に対して非常に強い耐性を持つかもしれないが、スタンピング作業中の衝撃荷重により欠けるか、あるいは割れる可能性がある。このトレードオフは、ダイス材料を選定する上での中心的な課題である。目的は、摩耗抵抗性に十分な硬さを持ちながら、破壊的な故障を防ぐために必要な十分な靭性を維持できるような材料および熱処理プロセスを見つけることである。このバランスこそが、耐久性があり、信頼性が高く、費用対効果の高い工具を作成するために不可欠なのである。

自動車用ダイスの一般的な材料とその硬さ仕様

自動車用スタンピング金型の材料選定は、硬度、耐摩耗性、靭性の必要条件を兼ね備えた高品質の工具鋼および特定のグレードの鋳鉄を使用する精密な科学です。これらの材料は、数百万回にわたり板材を正確に成形できるように設計されています。高摩耗部品や切断刃部には主に工具鋼が使用され、一方で金型の大型構造部品には、安定性とコスト効率の良さから鋳鉄がよく用いられます。

工具鋼はクロム、モリブデン、バナジウムなどの元素を含む特殊合金であり、これらは非常に高い硬度まで熱処理が可能にします。たとえば、Dシリーズの工具鋼は高炭素および高クロム含有量により、優れた耐摩耗性で知られています。鋳鉄、特に球状黒鉛鋳鉄は金型アセンブリの基材として頑強で振動を吸収する特性を持ち、性能と製造性の良好なバランスを提供します。このようなリストから適切な材料を選定することは、深い専門知識を要する複雑なプロセスです。カスタムツール製造を専門とする企業は、 Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. のような会社では、高度なシミュレーションを活用して、試作から量産までの特定の製造ニーズに最適な材料および硬度を決定しています。

明確な参照を提供するため、以下の表は自動車金型で一般的に使用される材料、その典型的な作業硬度、および主な用途をまとめています。硬度値はロックウェルCスケール（HRC）で測定され、厳密に管理された熱処理プロセスによって得られます。

硬度選定に影響を与える主な要因

すべての自動車金型用途に適した普遍的な硬度値は存在しません。最適な硬度は、いくつかの相互に関連する要因を慎重に分析することで決定されます。正しい硬度仕様を選定するには、成形される素材から金型の特定機能に至るまで、製造プロセス全体を包括的に理解する必要があります。誤った選択は、工具の早期破損、部品品質の低下、運用コストの増加を招く可能性があります。

必要な硬度に影響を与える最も重要な要因には以下のものがあります：

• ワークピース材料： 成形される鋼板の強度と板厚が主な決定要因です。ダイカスト部品用の軟らかいアルミニウム合金を成形する場合に必要な金型硬度は、構造用ボディ部品の高強度で摩耗性のあるAHSSをスタンピングする場合とは異なります。一般的に、より硬く、より厚い被加工材では、摩耗に抵抗するために高い金型硬度が要求されます。
• 使用用途： 作業の性質によって、硬度と靭性の間に必要なバランスが決まります。例えば、切断やトリミング用の金型は、鋭さを維持し欠けを防ぐために非常に硬いエッジ（**HRC 60～65**）が必要であり、これは「 ブレード硬度の選定 」に関するガイドで詳しく説明されています。一方、深絞り成形用の金型は割れを生じずに高い衝撃荷重に耐える必要があるため、靭性を優先することが多く、若干低い硬度が採用される場合があります。
• 生産量: 大量生産では、金型のメンテナンスによる停止時間を最小限に抑えるために耐摩耗性が極めて重要です。そのため、工具寿命を最大化するために、通常はPVD（物理蒸着法）などの表面コーティングを併用して、より高い硬度が指定されます。少量生産や試作段階では、耐摩耗性がやや低く（そしてコストも低い）材料でも許容できる場合があります。

最終的には、トレードオフの分析が必要になります。耐摩耗性を最大限に高めると、その分靭性が犠牲になることが多いからです。以下の表は、この根本的な妥協点を示しています。

エンジニアはこれらの要因を検討し、目的とする用途に対して最も信頼性が高く費用対効果の高い性能を提供する硬度を指定する必要があります。これには通常、堅牢な基材を選定し、その後、表面処理やコーティングを施して、工具全体を脆くすることなく重要な部位の摩耗抵抗を高めることが含まれます。

よく 聞かれる 質問

1. ダイ鋼の硬度とは何ですか？

金型鋼の硬度はその組成や熱処理によって大きく異なりますが、自動車用途では通常特定の範囲内にあります。D2のような冷間工具鋼の場合、作業硬度は一般的に 55～62HRC の間ですが、D3の場合は 58～64 HRC です。この高い硬度により、板金の切断や成形に必要な耐摩耗性が確保されます。ダイカストで使用されるH13のような熱間工具鋼は、靭性を高め、熱による疲労を防ぐために、通常約44～48HRCとやや低い硬度になります。

2. 金型に最適な材料は何ですか？

すべての金型に共通する「最良」の材料というものは存在せず、最適な選択は用途によって異なります。スタンピング金型での高い耐摩耗性が必要な場合、D2のような高炭素・高クロム工具鋼が定番的选择です。より高い靭性と欠けに対する抵抗性が求められる用途では、S7のような衝撃抵抗性鋼や高靭性の粉末冶金（PM）鋼が優れています。大型の金型本体には、 ダクタイル鋳鉄 コストパフォーマンスと安定性に優れているため、よく選ばれます。最適な材料は、製造プロセスの特定の要求に対して、摩耗性、靭性、コストといった性能要件をバランスさせています。

3. D3材の硬度はどのくらいですか？

D3工具鋼（別名1.2080）は高炭素・高クロムの工具鋼で、優れた耐摩耗性が特徴です。適切な熱処理後、D3鋼は以下の範囲の硬度を達成できます。 58-64 HRC 。このため、長寿命および研磨摩耗に対する耐性が主に求められる切断用や成形用金型に非常に適しています。

4. H13鋼の硬度範囲はどのくらいですか？

H13は、クロム・モリブデン系の多目的高温用工具鋼です。冷間作業用鋼に比べて硬度は低めで、高温用途に必要な靭性を確保しています。ダイカスト金型では、通常の硬度範囲は 44～48 HRC . より高い衝撃抵抗が必要な用途では、40～44HRCの低い硬度まで焼き入れされることがあります。このバランスにより、過酷な環境下での熱疲労や亀裂に対して耐性を持つようになります。 圧力鋳造 .