射出成形の設計のヒント

射出成形法は、スクラップの発生量が比較的少なく、再現性が高いため、大量生産に広く使用されています。射出成形プロセスの多様性は、より幅広い設計上の考慮事項を必要とします。設計上の考慮事項のほとんどは、製品要件を設定した後に金型で行われます。

射出成形の設計に影響を与える要因には、部品の使用方法 (単一の製品またはアセンブリ用)、寸法および機械的要件、化学薬品や圧力などの要素に耐える能力などがあります。射出成形の設計時に考慮すべきいくつかの重要なヒントを以下に示します。

1.デザインに適した素材を慎重に選択

射出成形材料が異なれば、さまざまな特性が得られます。たとえば、一部の射出成形材料は、他の材料よりも寸法安定性に優れています。同様に、接着剤との接着性が他のものよりも優れているものもあります。材料設計では、温度、圧力、生物学的および化学的相互作用が考慮されます。

熱可塑性樹脂は、非結晶性と半結晶性に大別できます。半結晶性熱可塑性樹脂は化学的および電気的耐性が優れていますが、非晶質の熱可塑性樹脂は寸法安定性と耐衝撃性に優れています。材料の選択は、必要な公差レベルや肉厚などの特定の機能に影響を与える可能性があります。

	半結晶性樹脂	アモルファス樹脂
利点	• ベアリング、摩耗、構造用途に最適 • 良好な耐薬品性および電気抵抗 • 低摩擦係数	• 接着剤でしっかり接着 • 高い寸法安定性 • 優れた耐衝撃性
短所	• 接着剤での接着が難しい •平均的な耐衝撃性	• 疲労や応力亀裂に対する耐性が低い

2.パーツ公差を考慮

公差は、冷却プロセス中に発生する収縮の影響を受けます。 PLA のような非晶質材料は、通常、PEEK のような半結晶性材料よりも公差が厳しくなります。

公差が厳しいと製造コストが高くなりますが、特にアセンブリで使用する場合は、パーツが適切に適合または機能するために必要になる場合があります。

設計段階でサプライヤーに連絡して、使用する許容基準について話し合うことをお勧めします.

たとえば、DIN 16901 には、さまざまな材料の参照として一般公差テーブルが含まれています。サプライヤがこの規格を使用していて、より厳しい公差やその他の規格が必要な場合は、2D 図面の提供を求められます。

3.適切な壁の厚さを選択してください

射出成形設計に適した肉厚を選択するには、考慮すべき重要なポイントがいくつかあります:

肉厚を薄くすると、サイクルタイムが短縮され、パーツのコストが削減されます。多くのアプリケーションでは 1.5 ～ 2.5 mm の壁厚で十分ですが、さまざまな素材の推奨壁厚を参照することもできます
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一貫した肉厚を利用できます。成形品のあるセクションが別のセクションよりも厚い場合、その場所にヒケが発生します。
壁の厚さが均一でない場合も、これらの壁の冷却と収縮の速度が異なるため、反りが発生します。不均一な厚さが必要な場合、高品質の部品を実現するために、厚さの変化は公称肉厚の 15% を超えてはならず、常にスムーズまたはテーパー状の移行が必要です。

以下は、さまざまな素材に推奨される壁の厚さです:

素材	推奨肉厚
ABS	1.143mm～3.556mm
アセタール	0.762 mm – 3.048 mm
アクリル (PMMA)	0.635mm～12.7mm
液晶ポリマー	0.762 mm – 3.048 mm
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.デザインに抜き勾配を追加

CNC 機械加工などの多くの材料除去プロセスでは、垂直の壁を作成できます。ただし、垂直な壁を持つ射出成形用の部品設計を作成すると、冷却時に部品が収縮するため、特にコアで部品が動かなくなることがあります。

パーツを突き出すために過度の力を加えると、エジェクタピンや金型さえも損傷する危険性が非常に高くなります。この問題を回避するには、パーツの壁をわずかに傾斜させて設計します。この傾きをドラフトと呼びます。

設計が非常に複雑なため、通常、ドラフトは部品設計の最終段階で追加されます。異なるサーフェスには、異なるドラフトが必要です。ざらざらした表面には、最もドラフトが必要です。射出成形で見られるいくつかの一般的なサーフェスとその最小抜き勾配は次のとおりです。

「垂直に近い」要件の場合:0.5°
最も一般的な状況:1 ~ 2°
すべての遮断面:3°
軽い質感の顔:1 ~ 3°
ミディアムテクスチャの顔:5°+

5.特定のパーツにリブとガセットを追加する

部位によってはリブが必要です。リブとガセットはパーツに強度を与え、反り、ヒケ、ボイドなどの外観上の欠陥をなくすのに役立ちます。これらの機能は、構造コンポーネントに不可欠です。そのため、部品を厚くして強度を上げるよりも、部品に添加する方が好ましい。

ただし、適切に設計されていないと、収縮する可能性があります。収縮は、特定の部品の冷却速度が他の部品よりもはるかに速い場合に発生し、その結果、一部のセクションが永久に曲がります。リブの厚さを壁の 50 ～ 60% に保つことで、反りを効果的に減らすことができます。

6.パーツ設計に半径とフィレットを追加

可能であれば、パーツに半径を適用すると、鋭い角がなくなり、材料の流れとパーツの構造的完全性が向上します。鋭い角は、溶融材料が角を通って、または角に流れ込むため、部品に脆弱性を引き起こします。シャープコーナーが避けられない唯一の場所は、パーティングサーフェスまたはシャットオフサーフェスです。

丸みを帯びたコーナーは鋭いコーナーよりも突き出し中にスタックする可能性が低いため、半径とフィレットもパーツの突き出しに役立ちます。さらに、鋭利な角は、破損する可能性のある応力点につながるため、構造的にもお勧めできません。半径は、コーナーのストレスを和らげるのに役立ちます。

また、部品に鋭い角を含めると、製造コストが指数関数的に増加します。これは、金型に非常に高価な製造技術を使用してのみ実現できる鋭い角を持たせる必要があるためです。

隣接する壁の厚さの少なくとも 0.5 倍の内側の半径と、サイズの 1.5 倍の外側の半径を追加します。

7.アンダーカットを避け、可能な限りスロットを提供する

スナップフィットは、アンダーカットによって得られます。 2 つの半分で構成され、最も単純な設計であるストレートプル金型は、アンダーカット機能を備えた部品の製造には適していません。これは、このような金型を CNC で機械加工することの難しさと、材料が突き出し時にスタックする傾向があるためです。

アンダーカットは通常、サイドコアを使用して作成されます。ただし、サイドコアはツーリングコストを大幅に増加させます。幸いなことに、サイドコアを使用せずにアンダーカットの機能を実現するための設計上のヒントがいくつかあります。これを行う 1 つの方法は、代わりに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 1 つの方法は、パーツのパーティングラインを調整または移動することです。このとき、ドラフト角度も適宜調整してください。パーティングラインの移動は、成形品の外側にあるアンダーカットに最適です。

バンプオフとも呼ばれるストリッピングアンダーカットを使用することもできます。ただし、この機能は、成形品が金型からの突き出し中に変形および拡張するのに十分な柔軟性がある場合にのみ使用してください。

また、十分なクリアランスを与える :バンプオフは、効果的な突き出しのために 30° ～ 45° のリード角が必要です。高価なサイドコアのこれらすべての代替品には、部品の大幅な再設計が必要です。パーツの機能に影響を与える可能性があるため、パーツの再設計が不可能な場合は、アンダーカットに対処するためにスライドサイドアクションとコアを使用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、金型が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、適切な抜き勾配を持つ必要があります。