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Jun 26, 2023

金型メーカーは先進技術でパワーアップ

Stampi complessi con nuclei e cavità dettagliati ed esigenti

射出成形、ブロー成形、ガラス成形、ブロー成形部品などの微細なディテールを備えたコアとキャビティを含む複雑な金型と、厳しい表面仕上げ要件を備えた複雑な金型は、自動車、医療、航空宇宙、または消費者製品で使用するために高い精度が必要です。 正確な金型を効率的に作成するために、金型メーカーは機械、切削工具、CAM プログラミング、スキャンの新開発を利用して、貴重な時間、場合によっては数日のプロセスを短縮しています。

次の記事では、今日の金型製造を合理化する新技術に焦点を当てます。

より迅速な納期を求める顧客の要求に応えなければならないというプレッシャーは、カナダ、ケベック州サンロミュアルにある Moulexpert Inc. のようなショップにとって特に困難です。 食品包装業界向けの薄肉多キャビティ射出成形金型を専門としています。 店舗を拡大するために、このショップは正確で再現性が高く、多用途な工作機械を探しました。

同社 CEO の Steve Nadeau 氏によると、流路の幅がわずか 0.015 インチ (0.38 mm) であるため、薄い金型のキャビティにプラスチックを射出するのはさらに困難です。プラスチックの射出中、細い流路はツール内に多大な圧力を発生させます。金型設計では、肉厚が不均一であると金型に影響を与えるため、工作機械は公差 5 μm の範囲で金型部品を製造する必要があると Nadeau 氏は述べています。

工場がさらなる成長に向けて態勢を整える中、Moulexpert はイリノイ州リンカンシャーにある GF Machineing Solutions LLC の高速 5 軸 Mikron MILL P 800 U ST を選択しました。 円形およびその他の困難な金型キャビティ部品で高い除去率と精度を達成するように設計された Mikron MILL P 800 U ST は、パーツ テーブル容量 800 kg を備え、最小限の床面積で Moulexpert が必要とする機能を提供しました。

Mikron MILL P 800 U ST は、20,000 rpm のスピンドルと旋削時にスピンドルを所定の位置にロックする油圧システムを使用してフライス加工と旋削を行います。 新しい機械の導入により、特に円形容器用の薄肉金型のリードタイムが短縮され、生産性が向上しました。

「機械のコンパクトな設計と、コンテナの周囲を走行するための回転機能が重要でした」とナドー氏は語った。 「また、この機械の多用途スピンドルも気に入りました。これにより、金型のキャビティに穴をあけたりタップ加工したり、公差 5 μm 以内で荒加工や仕上げ旋削を行うことができます。もし旋盤を購入していたら、5 軸機能はなかったでしょう。」となると、マシンを 2 台購入する必要がありました。」

さらに、特許取得済みの機械およびスピンドル保護 (MSP) システムが、衝突時に機械のスピンドルを保護します。 この機械には、作業エリアへのアクセスを制限することなく、自動パレット処理機能も備わっています。

最適な部品生産を実現するために、機械のインテリジェント スピンドル モニタリング (ISM) 機能は、機械の耐用年数を延長し、部品の品質を向上させ、加工サイクル タイムを短縮することで工具コストを節約します。 ISM は、プロセスの最適化のために X、Y、Z 方向のミリング振動を表示します。

金型製作用の工作機械に関しては、「フリーサイズ」では対応できません。 ニュージャージー州フランクリン・レイクスにある三井精機 USA Inc. のトム・ドーラン副社長は、「金型メーカーは、機械加工ソリューションを一括購入することを強制されるべきではありません。当社のアプローチは、顧客にスピンドル技術、機械構成、軸の選択肢を提供することです」と述べています。運転します」と彼は言いました。

「[金型メーカーは] 完璧に良いものを一発で作ることができます。[生産金型の] キャビティの数は増え始めており、その数は 36 個、72 個、144 個に達することもあります。キャビティの数が増えるほど、製造プロセスの再現性が高くなります。」すべての空洞が同一でなければならないからです」とドーラン氏は語った。

「これらの金型のエンドユーザー、つまり当社の顧客は、生産中に摩耗するキャビティの修理や交換の所要時間を短縮することを求めています。その結果、金型メーカーは、正確な金型コンポーネントをスペアパーツとして提供できる機械を必要としています。道を下って。"

三井精機は治具フライス盤のラインを拡充しました。 「当社は金型をシステムとして捉えており、特に大型および中型の金型ベース、ホット ランナー プレート、およびより大型のコンポーネントに対応しています」と Dolan 氏は述べています。 「ジグボーラーマシンとジグミルの違いは重要です。ジグミルを使用すると、金型メーカーは単一の工作機械と単一のワーク保持システムとセットアップを最大限に活用し、正確な位置決めと形状で円形を生産できる精密なボーリング作業を行うことができます。さらに、ジグミルを使用すると、金型メーカーは、機械やセットアップを変更することなく、同じコンポーネント上で一般的なフライス加工、タッピング、穴あけ、その他の操作を行うことができます。」

三井精機のジグミルモデルには、Y 軸および X 軸のストロークが 1,200 × 2,000 mm の J1220 が含まれます。 1,200 × 3,000 mm の J1230 では長いコンポーネントを処理でき、ストロークが 1,600 × 2,500 mm のより大型の機械である J1625 では、最大 15,000 ～ 16,000 ポンド (6,804 ～ 7,257 kg) の重量のはるかに大きなプレートやワークピースに対応できます。

800 × 1,200 mm ストロークの新型ジグミル PJ812 が、中型金型セグメント向けに三井精機によって最近導入されました。 高速プロファイル加工が可能な同じ基本機械プラットフォーム上で、より小型のベースとホット ランナー プレートを経済的に製造できるようになりました。 ドーラン氏によると、プラスチック射出成形、ダイカスト成形、ガラス成形、またはシリコン成形用のこの種の部品の製造は、北米で行われることが増えているという。 三井精機のジグミルは、10,000 ～ 25,000 rpm の範囲のスピンドル速度、または HSK 100/50 テーパーまたは HSK 63/40 テーパーのスピンドル テーパーでは 30,000 rpm の範囲のスピンドル速度を備えています。

「高度なスピンドル技術により、従来のジグボーラーでは一般的であった、工具を単に軸方向に加工するのではなく、工具の側面を使って作業する、より大きなエンドミルやフェースミルの使用が可能になります。ジグミルには、さまざまな高精度のツールもあります。」ツールチェンジャの能力と機内プロセス自動化の大幅な強化により、金型メーカーの生産性がさらに向上します」とドーラン氏は述べています。

テキサス州アーリントンの Iscar Metals Inc. は、金型製造に適した切削工具のラインを追加し続けています。 たとえば、小径の高速送りフライス工具ファミリーである LOGIQ4FEED は、4 つの切れ刃を備えた幅狭の骨型の両面インサートを備えています。 このファミリは、特に金型製造でよく見られるような深いキャビティを加工する場合の荒加工用に設計されています。

骨形のインサートには 4 つの刃先交換式切れ刃が付いています。 各エッジは主切れ刃と副切れ刃の 2 つの切れ刃セクションで構成されており、ランプダウン ミーリングでの切削動作が向上します。 カッターは 17° の切れ刃角を持ち、漸進的な切削形状を備えているため、切削抵抗が軽減され、スムーズな切削が可能になります。

カッターの直径は、0.500 インチから最大 2.00 インチ (12.7 ～ 50.8 mm) の範囲です。 インサートにサイドクリアランスが組み込まれているため、真っ直ぐな壁、重いポケット加工、または螺旋状の補間穴の近くで作業する場合でも、工具寿命を損なうことを心配することなく 4 つのエッジすべてを使用できます。 最適なコーナ半径と直壁機能を備えた最大 0.031 インチ (0.79 mm) のチップにより、中仕上げ加工を省略できる場合があります。4 つの切れ刃形状と 6 つの材種が用意されており、最大限の用途の多用途性を備えています。

LOGIQ4FEED の狭いインサート設計により、より高い歯密度が可能になり、カッター本体のより大きなコア直径により、さらなる強度と剛性が追加されます。 すべてのカッターボディには、刃先を直接狙ったピンポイントの穴を備えたスルークーラントが備えられており、耐摩耗性と優れた切りくずの流れを実現する研磨コーティングが施されています。 イスカルはまた、5 軸プロファイルフライス加工用途向けのバレルおよびレンズタイプの工具を追加することにより、超硬ソリッドエンドミルおよび MULTI-MASTER 製品ラインの適用範囲を拡大しています。

これらの新しいプロファイリング ツールは、ツールの切削ゾーンに大きな切り取られた半径を組み込んだ新しい切削ツール クラス (ハイブリッド) を構成します。 これにより、特定の操作に必要なカットとパスの数が減り、処理時間が短縮され、同様の切削条件で従来のボールエンドミルを適用した場合よりも滑らかな加工面が得られます。

同社によれば、この新しい工具クラスは、チタン、インコネル、ステンレス鋼などの珍しい材料を含む、さまざまな材料の加工に適しているという。 製品の例としては、航空宇宙および発電コンポーネント (ブリスク、インペラ ブレード、タービン ブレードなど)、医療産業コンポーネント (インプラント、補綴物、整形外科など)、および金型および金型製造コンポーネント (モールド ベース、コアおよびキャビティのフライス加工など) が挙げられます。これらの新しい 5 軸プロファイリング ツールを使用して作成できます。

ハイブリッド切削工具プロファイル (Mastercam や hyperMILL など) および 5 軸工作機械を認識できる最新の CAM システムと組み合わせると、これらの新しいエンドミルは、中仕上げおよび仕上げ用途のサイクル時間を最大 50% 短縮する可能性があります。とイスカルは言った。

ミシガン州ファーミントンヒルズにある Capture 3D Inc. の全国営業マネージャーである Frank Stone 氏は、満足のいく射出成形またはブロー成形部品を製造できるかどうかは金型の品質にかかっています。「計測グレードの部品を使用することの大きな利点の 1 つは、 3D スキャナーは、金型メーカーが設計および製造プロセス中に取得する情報とフィードバックの量です。」と彼は言いました。 「まず、金型の 3D スキャンから開始し、データを分析して金型を修正します。これをチューニングと呼びます。企業にとっての重要な目標の 1 つは、チューニング ループ (反復) の回数を減らし、市場投入までの時間を短縮しながら、コストを削減することです。次の段階では、金型のトライアウトを使用して部品を実証し、ツールが部品を正しく製造していることを確認します」とストーン氏は述べています。

3D スキャン技術には、光学測定機、白色光または青色光 3D スキャナ、構造化光 3D スキャナ、非接触 3D スキャナなど、さまざまな名前があります。Capture 3D の産業用構造化青色光 3D スキャナの ATOS シリーズは、用途に応じて使用されます。青色 LED ライトを使用した非接触光学テクノロジーにより、1 回の高速スキャンで数百万点をキャプチャします。 ATOS シリーズはさまざまな業界で使用されており、さまざまなオブジェクトのサイズ、表面仕上げ、形状の複雑さを測定します。

「データポイントの非接触光学収集と触覚収集の利点は、実際にはポイントの数と密度、そして測定プロセス全体にかかる時間の問題です」とストーン氏は述べています。 ATOS は、体積領域のフルフィールド スキャンをキャプチャし、スキャンごとに数百万のポイントを収集します。1 回のスキャンは 0.2 秒ほどの速さです。 触覚測定では、金型のトライアウトと修正に関わる手順とプログラミング時間が増加します。 構造化光テクノロジーを使用すると、適切な決定を下すのに十分なデータがあるかどうかを心配する必要はありません。

企業は、工具の作成、金型フロー シミュレーション、金型のトライアウトから最終部品の測定に至るまで、さまざまなプロセスを通じてこのテクノロジーを使用しています。 「計測グレードの正確な工業用 3D スキャナを使用すると、金型の設計から優れた部品の製造までのプロセスが大幅にスピードアップします」と Stone 氏は述べています。

ワークピースのスキャンにかかる時間は、ワークピースのサイズと複雑さによって異なります。 「当社のスキャン技術の優れた点の 1 つは、持ち運びが可能で、金型エリアの作業現場に持ち運べることです。当社の構造化光スキャナは、数分で部品から数百万の正確なデータ ポイントをキャプチャします」と Stone 氏は述べています。 「また、このテクノロジーの自動化は、スループット、再現性、生産性をさらに向上させる傾向にあります。」

三角測量の原理に基づいて、ATOS は部品の表面全体に縞模様を投影し、各スキャン中にパターンが急速に変化すると、2 台のカメラが変位を捕捉して 3D 座標測定値を計算します。 ATOS のセットアップは、特殊なプログラミング スキルや高精度の治具を必要としないため、最小限で済みます。 ATOS は、点群内のオブジェクト全体を迅速にスキャンすることで、問題のある個別の領域を検出します。 これらの領域は、従来の測定方法では検出できませんでした。

オブジェクトの形状のこのデジタル 3D 青写真は、公差内および公差外の領域を示す色のスペクトルを表示する 3D 検査カラー マップを使用して CAD 図面と比較されます。 高品質データのもう 1 つの利点は、「指紋を形成」できることです。 3D スキャンを使用すると、ユーザーは再加工後に最終金型を実際にスキャンして、複製用にデータをデジタル アーカイブしたり、将来のプロジェクトに向けて変更したりできます。 Stone 氏によると、これは CAM プログラムを通じてスキャン データを実行することによって実現されます。

新型コロナウイルス感染症のパンデミックが製造業全体に壊滅的な打撃を与えると予想するかもしれませんが、実際にそうなっています。 ただし、一部の企業、特にデジタルでのプレゼンスが高い企業は、顧客に高レベルのサポートを提供し続けることができています。 ESPRIT CAM ソフトウェアの開発者である DP Technology Corp. (カリフォルニア州カマリロ) は、デジタル ネットワークを適応させ、マシン プログラミング、最適化、シミュレーションのいずれであっても、全国の顧客に直接サポートを提供し続けることができました。

副社長の Don Davies 氏によると、ESPRIT CAM ソフトウェアは、ツインスピンドル、ツインタレット、5 軸フライス盤、加算/減算ハイブリッド、スイス式旋盤など、あらゆる種類の工作機械のデジタル ツインを作成します。その他、金型製造に使用される機械も含まれます。 ESPRIT は、部品のセットアップ、ツールのアセンブリ、自動化など、CNC マシンのデジタル ツインを使用して編集不要の G コードを提供します。

「デジタル ツインは、工作機械を正確に表現したものをコンピューター内に構築します。私たちのソリューションは、コンピューターでボタンを押して何かを印刷するのと同じように、ユーザーがボタンを押してコードを作成できるようにすることです。これにより、大幅な時間の節約になります。」プログラミングを正しく行うために、コードの編集と再編集を行ったり来たりする必要はありません」とデイビス氏は言います。 「工作機械メーカーは常に新しい工作機械を開発しています。優れた工作機械は通常 20 年間使用できるため、制御や後処理要件の変更を通じて当社がサポートする期間が設けられます。」

DP Technology は、顧客が自宅や施設から離れた場所で作業できるようにするための一時ライセンスを提供しています。 「当社のデジタル サポート ネットワークのおかげで、オンライン トレーニングやコンサルティングへの移行がかなり簡単になりました」と Davies 氏は述べています。 「1 つの企業の複数人、または同じタイムゾーンに参加している複数の企業にトレーニングが提供されることを想像するのは難しくありません。将来的に対面での会議が置き換えられるとは考えていませんが、当面は旅行やイベントのようなものに置き換えられるでしょう。」 IMTS とスマート マニュファクチャリングは当社のビジネス全体のダイナミクスの重要な部分であるため、間違いなく見逃されるでしょう。」

Davies 氏は、CAM の未来に移行するにつれて、CAM はデジタルとバーチャルの両方に支配され、CAM は工作機械と「一体」になると信じています。

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