射出成形部品の強度を高める3つの実証済み設計ヒント

射出成形は、溶融プラスチック樹脂を耐久性のある金属金型に射出し、同一形状の部品を大量生産できる汎用性の高い製造プロセスです。射出成形は大量生産時に非常にコスト効率が良いですが、最終製品を射出成形する前に、設計レビュー、3Dプリント、シミュレーション、試験などを経るのが一般的です。ここでは、プラスチック射出成形部品を設計する際に最終製品の強度を向上させるためのヒントをいくつか紹介します。

材料選定：強力な部品創りの基盤

まず材料選定について一言。当たり前のことですが、部品を構成する特定の材料は、最終部品やアセンブリの耐久性、強度、靭性に大きな影響を与えます。部品とアセンブリの強度を高めるシンプルな方法の一つは、より強靭な熱可塑性樹脂を使用することです。射出成形部品の強度向上を目指す場合に検討すべき、代表的な射出成形材料をいくつか紹介します。

ABS

アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ABS）は、耐衝撃性に優れたエンジニアリング熱可塑性樹脂で、リモコンや電子機器ハウジングからコンプレッサー、製造用ネブライザーまで、家庭用・産業用を問わず幅広く使用されています。安価な樹脂ですが、耐候性に劣り、特定の化学薬品で応力割れを起こしやすい欠点があります。

ポリカーボネート

PCとも呼ばれ、ABSを上回る驚異的な耐衝撃性を持ち、透明化も可能なため、ガラスの代替材として一般的です。保護ゴーグル、フェイスシールド、屋内外サイン、窓などの消費財や、建物外装の保護にも使われます。耐衝撃性は高いものの、傷つきやすく、加工コストが高いのが難点です。

ナイロン

ナイロンは、低摩擦係数と優れた耐摩耗性・耐薬品性・耐熱性を両立する用途に適した、汎用性の高いプラスチック群です。無充填ナイロンはある程度の柔軟性と剛性を持ちますが、安定剤や添加剤を配合することで部品の特定特性を最適化できます。例えばガラス繊維を添加すると、圧縮強度、剛性、熱変形温度が向上しますが、脆くなります。ナイロンは周囲から水分を吸収しやすく、安定剤なしではUV光で容易に劣化します。

アセタール

アセタールは、剛性、低摩擦係数、耐摩耗性、耐水性、耐薬品性で評価されています。電子部品、ジッパー、ギア、自動車部品、食品業界用部品など、多岐にわたる用途で使用されます。アセタールは積層造形技術と相性が悪く、ナイロンほど試作には用いられません。また、塗装や印刷が必要な外観部品には不向きです。

より強い部品を作るための設計ヒント

厚肉部分を避ける

射出成形プロセスで最も時間がかかる通常冷却時間は、部品の最厚部によって決まります。冷却時間が長ければサイクルタイムが長くなり、生産コストが増大します。厚い断面は、部品の異なる箇所で冷却速度が異なるリスクを高め、反りやシンクマークなどの欠陥を招きます。

射出成形は一般に、壁厚0.040インチ（1.016mm）〜0.140インチ（3.556mm）の範囲で安定した一貫した生産が可能ですが、理想的な公称壁厚は材料によって異なります。壁厚0.120インチ（3mm）超の部品は一般に成形可能ですが、各サイクルで金型キャビティが確実に充填されるよう、追加の注意が必要です。0.150インチ（3.8mm）付近になるとシンクマークが発生しやすくなり、部品の生存性を維持するために追加工程やサポートが必要になります。

リブで壁やボスを補強する

壁とボスは、適切に機能するために十分な強度が必要なため、上記の最大壁厚ガイドラインを超えることがよくあります。リブは、公称壁厚を超える必要がある主要領域、エンボス形状、高い壁などに強度を付与でき、サイクルタイムに影響を与えません。場合によっては、リブを増やすことで材料使用量を削減できます。

冷却時のシンクマークやボイドのリスクを最小限に抑えるには、ボスの壁厚を部品公称壁厚の40〜60%にすべきです。ボスはリブやフィレットで固定し、反りを最小限に抑えます。ボスは追加の応力集中点になり得ますが、適切に組み込めば、部品設計上の応力集中点を補強する役割を果たします。

フィレットとラウンドでコーナーを強化する

鋭利なコーナーは製造、特に射出成形部品において好ましくありません。コーナー対策として、フィレット半径（内角の丸め）とラウンド半径（外角の丸め）があります。これらは似ていますが、フィレットは内角、ラウンドは外角の丸めを指します。

内角を丸めることで、部品の耐荷重強度向上と応力集中の緩和、キャビティ充填の均一化によるコーナー部の材料膨張と割れの防止など、多くのメリットがあります。フィレット半径はボスとリブの間、またはそれらを近接壁に接続するために追加でき、更なる強度アップに寄与します。外角を丸めることでも耐荷重強度が向上し、破損リスクが低減し、充填困難なコーナーが設計から除外されるため、より安定した金型充填が可能になります。

熟練エキスパートと共に射出成形部品の強度を向上させる

耐久性と靭性だけが製品チームの求める材料特性ではありません。強度、機能性、コスト、その他の望ましい材料特性の適切なバランスを見つけることが不可欠です。そうでなければ、柔軟すぎたり脆すぎたりする部品が出来上がるリスクがあります。

Fast Radiusのような経験豊富な製造パートナーと協業すれば、安心して任せられます。当社のチームは、お客様の設計最適化を支援し、部品強度、生産スケジュール、コストのすべてで期待を超える部品を提供するために必要な洞察を提供します。始める準備はできましたか？今すぐお問い合わせください、射出成形サービスについて詳しくご説明します。