高品質射出成形のためのエキスパート設計ガイドライン

射出成形プロセスは、比較的少ないスクラップ生成と高い再現性のため、大量生産で広く使用されています。射出成形プロセスの汎用性は、より広範な設計考慮事項を要求します。ほとんどの設計考慮事項は、製品要件を設定した後に金型で行われます。

射出成形設計に影響を与える要因には、部品の使用方法 (単体製品か組み立て用か)、寸法および機械的要件、化学物質や圧力などの要素に対する耐性などがあります。射出成形設計時に考慮すべき重要なヒントを以下に探ります。

1. 設計に適した材料を慎重に選択

異なる射出成形材料はさまざまな特性を提供します。例えば、一部の材料は他より高い寸法安定性を提供します。同様に、一部は接着剤との接着性が優れています。材料設計では以下を考慮: 温度、圧力、生物学的および化学的相互作用。

熱可塑性樹脂は大きく非晶質と半結晶性に分類されます。半結晶性熱可塑性樹脂は優れた耐薬品性と耐電気性を提供しますが、非晶質の対応物はより高い寸法安定性と耐衝撃性を持ちます。材料選択は必要公差レベルや壁厚などの特定機能に影響を与える可能性があります。

	半結晶性樹脂	非晶質樹脂
利点	• ベアリング、摩耗、構造用途に最適 • 良好な耐薬品性と耐電気性 • 低摩擦係数	• 接着剤とよく結合 • 高い寸法安定性 • 良好な耐衝撃性
欠点	• 接着剤との結合が困難 • 平均的な耐衝撃性	• 疲労と応力割れに対する低耐性

2. パーツ公差を考慮

公差は冷却過程での収縮によって影響を受けます。PLAのような非晶質材料は、PEEKのような半結晶性材料より一般的に厳しい公差を持ちます。

厳しい公差は生産コストを高めますが、部品が適合または適切に機能するために必要な場合があります、特に組み立てで使用される場合。

設計段階でサプライヤーに連絡し、彼らが使用する公差基準について話し合うことを推奨します。

例えば、DIN 16901にはさまざまな材料の一般公差表が参考として含まれています。サプライヤーがこの基準を使用していて、より厳しい公差や他の基準が必要な場合、2D図面の提供を求められます。

3. 適切な壁厚を選択

射出成形設計で適切な壁厚を確保するためのいくつかの重要なポイント:

薄い壁はサイクルタイムを短縮し、部品コストを下げます。多くの用途で1.5〜2.5mmの壁厚で十分ですが、材料ごとの推奨壁厚も参照できます
CNC機械加工部品とは異なり、プラスチック射出成形部品は均一な壁厚が有利です。一部が他より厚い場合、その場所にシンクマークが現れます。
不均一な壁厚は、これらの壁が異なる速度で冷却収縮するため、反りを引き起こします。非均一厚が必要な場合、厚さの変化は公称壁厚の15%を超えないようにし、常に滑らかまたはテーパー状の移行として高品質な部品を実現してください。

以下はさまざまな材料の推奨壁厚です:

材料	推奨壁厚
ABS	1.143mm〜3.556mm
アセタール	0.762mm〜3.048mm
アクリル (PMMA)	0.635mm〜12.7mm
液晶ポリマー	0.762mm〜3.048mm
長繊維強化プラスチック	1.905mm〜27.94mm
ナイロン	0.762mm〜2.921mm
PC (ポリカーボネート)	1.016mm〜3.81mm
ポリエステル	0.635mm〜3.175mm
ポリエチレン (PE)	0.762mm〜5.08mm
ポリフェニレンサルファイド (PSU)	0.508mm〜4.572mm
ポリプロピレン (PP)	0.889mm〜3.81mm
ポリスチレン (PS)	0.889mm〜3.81mm
ポリウレタン	2.032mm〜19.05mm

4. 設計にドラフト角を追加

CNC加工のような多くの材料除去プロセスは垂直壁を生成できます。しかし、射出成形用の部品設計で垂直壁を作ると、冷却時に部品が収縮するため、特にコアで部品がスタックする原因になります。

部品を取り出すために過度な力を加えると、イジェクタピンや金型自体を損傷するリスクが非常に高くなります。この問題を避けるため、部品の壁をわずかに傾斜させて設計してください。この傾斜をドラフトと呼びます。

設計に高い複雑さを生むため、ドラフトは通常部品設計の最終段階で追加されます。異なる表面には異なるドラフトが必要です。テクスチャー表面には最も多くのドラフトが必要です。射出成形で見られる一般的な表面とその最小ドラフト角は以下の通りです。

「ほぼ垂直」な要件: 0.5°
最も一般的な状況: 1〜2°
すべてのシャットオフ面: 3°
軽いテクスチャー面: 1〜3°
中程度のテクスチャー面: 5°以上

5. 特定部品にリブとガセットを追加

特定の部品にはリブが必要です。リブとガセットは部品に追加の強度を与え、反り、シンク、ボイドなどの外観欠陥を排除するのに役立ちます。これらの特徴は構造部品に不可欠です。したがって、部品厚を増やして強度を高めるよりも、リブとガセットを追加する方が望ましいです。

しかし、適切に設計されないと収縮を招く可能性があります。収縮は、特定部分の冷却速度が他よりはるかに速いときに発生し、一部区画の永久的な曲がりを生じます。リブ厚を接合壁厚の50〜60%に保つことで、反りを効果的に減らせます。

6. 部品設計に半径とフィレットを追加

可能な場合に部品に半径を適用すると、シャープコーナーが排除され、材料流動と部品の構造的完全性が改善されます。シャープコーナーは、溶融材料がコーナーを通過またはコーナー内に流れることを強いるため、部品の弱点となります。シャープコーナーが避けられない唯一の場所は、パーティング面またはシャットオフ面です。

半径とフィレットは部品取り出しにも役立ちます。丸みを帯びたコーナーはシャープコーナーより取り出し時にスタックしにくいためです。さらに、シャープコーナーは応力集中点となり破損につながるため構造的にも推奨されません。半径はコーナーの応力を平滑化します。

また、設計にシャープコーナーを含めると、非常に高価な製造技術でしか実現できないシャープコーナーを金型に持たせる必要があるため、生産コストが指数関数的に増加します。

内部半径は隣接壁厚の少なくとも0.5倍、外部半径は1.5倍のサイズを追加してください。

7. アンダーカットを避け、可能な場合はスロットを設ける

スナップフィットはアンダーカットで実現できます。2つの半分からなるストレートプル金型 (最も単純な設計) は、アンダーカット機能を持つ部品の製造に適しません。これは、CNCでそのような金型を機械加工する難しさと、取り出し時に材料がスタックする傾向によるものです。

アンダーカットは通常サイドコアで作成されます。しかし、サイドコアは工具コストを大幅に増加させます。幸い、サイドコアを使わずにアンダーカットの機能を達成する設計ヒントがあります。一つはスロットを導入することです。

これはパススルーコアとも呼ばれます。もう一つはパーティングラインを調整または移動することです。これを行うとき、ドラフト角もそれに応じて調整してください。パーティングラインの移動は、部品外側のアンダーカットに最適です。

ストリッピングアンダーカット (バンプオフとも呼ばれる) も使用できます。ただし、部品が十分に柔軟で、金型からの取り出し時に変形・膨張できる場合のみこの機能を使用してください。

十分なクリアランスも確保: バンプオフには効果的な取り出しのために30°〜45°のリード角が必要です。これらすべての高価なサイドコアの代替案には、部品の大幅な再設計が必要です。部品の再設計が機能に影響する可能性があるため不可能な場合、スライディングサイドアクションとコアを使用してアンダーカットに対処する必要があります。

これらの機能は金型が閉じるとスライドインし、開くとスライドアウトします。サイドコアは垂直に移動し、適切なドラフト角を持つ必要があります。