コンフォーマル冷却:部品の品質を向上させ、射出成形サイクル時間を短縮します

2023 年 3 月 23 日に公開

射出成形用の部品を設計する際の一般的な課題は、部品の設計内の異なる領域の冷却速度を考慮することです。金型がパーツを適切に取り出すためには、当然ながらパーツを冷却する必要があります。ただし、大量の部品や幾何学的に複雑な部品の場合、部品の特定の領域が異なる速度で冷却される可能性があり、その結果、サイクル時間が長くなり、反りが発生する可能性があります。これらの問題を回避し、金型の生産性を向上させるために、統合されたコンフォーマル冷却チャネルを備えた部品を設計することができます。これにより、水が部品内のより深い領域にアクセスできるようになり、より均一な冷却が提供され、サイクル タイムと欠陥の発生が削減されます。これらのアプローチは以前から存在していましたが、金属 3D プリンティングの進歩により、新しいコンフォーマル冷却形状と、その結果として得られるソリューションが工具メーカーに提供できるようになりました。 

図 1:射出成形ツール設計に組み込まれたコンフォーマル冷却チャネル。

部品の反りのリスクの軽減

成形プロセス中、部品はプラスチックの外面から内部コアまで冷却されます。一貫した肉厚で設計されている場合、理想的には部品のすべての領域が同じ速度で冷却されます。シンプルで均一な部品を射出成形する場合、通常、部品のすべての領域が同様の速度で冷却されるため、従来の冷却では問題は発生しません。

ただし、部品の設計が幾何学的に複雑な場合、部品がすべての領域で均等に冷却されない可能性があり、その結果、反りが出たり、取り出す前に部品を確実に固化させるために冷却サイクルが長くなったりする可能性があります。真実は、部品の形状がますます複雑になっている今日の世界では、完全に均一な冷却速度を達成するのが難しいということです。少量生産の場合、冷却サイクルをわずかに長くすることによる非効率は無視できる程度であり、成形業者にとっては許容できるものです。ただし、大量の実行の場合、これらの効率は生産性の向上や無駄の削減の機会となる可能性があります。結果として生じるコンフォーマル冷却の効率は、冷却チャネルの設計、部品の設計、金型の設計、さらには成形レシピに至るまで、多くの要因によって決まります。適切に実行された場合、コンフォーマル冷却ソリューションはツーリングの生産量を 50% 以上向上させることができます。 

従来の冷却

図 2:高い温度勾配と赤色の顕著なホット スポットに注目してください。 3:ホットスポットが発生している箇所では、反りが大きく発生しており、不良品となる可能性が高くなります。

コンフォーマル冷却

金型ツールにコンフォーマル冷却チャネルを組み込むと、反りの原因となるホットスポットに対処できるようになり、材料の無駄や欠陥が少なく、高品質の部品が得られます。 

図 4:射出成形金型コア (L) とキャビティ (R) に設計されたコンフォーマル冷却チャネルにより、空気が金型の内部領域にアクセスでき、部品/製品を均一な速度で冷却します。 5:均一な温度分布と低い温度勾配に注目してください。 6:均一な冷却により、得られる部品/製品の反りは最小限に抑えられます。

サイクルタイムの短縮

欠陥のリスクを減らしてより良い品質の最終結果を達成することに加えて、コンフォーマル冷却チャネルは多くの場合大幅に機能します。 金型サイクル時間を短縮します。以下の例では、コンフォーマル冷却を使用して、この大量のプラスチック コンポーネントのサイクル タイムを約 40% 短縮し、金型の生産性を約 50% 向上させました。

図 7:この大容量部品のツールに統合されたコンフォーマル冷却チャネル (複数の色) に注目してください。 8:コンフォーマル冷却により、図示の部品のサイクル タイムが 40% 短縮されました。

コンフォーマル冷却はニーズに適していますか?

射出成形金型にコンフォーマル冷却チャネルを組み込むことは、業界や製品の種類を問わず一般的であり、特に、複雑な形状の部品や大量の金型を使用するライフ サイエンスや消費者製品の分野で人気があります。射出成形で大量の部品を製造する予定があり、反りが懸念される場合は、コンフォーマル冷却を備えた射出成形ツールを設計することが、サイクル タイムの短縮と部品コストの削減に役立つ適切なソリューションとなる可能性があります。チャネルが部品の形状や特定の用途に合わせて適切に設計されていることを確認するには、これらの新しいアプローチを高精度の工具に統合する方法に精通した経験豊富な工具設計者と協力することが不可欠です。

SyBridge のエンジニアは、射出成形および金型設計プロセスの専門家であり、さまざまな業界の企業と協力して、金型の生産性の向上、欠陥の削減、より高性能な部品の製造において素晴らしい結果を達成できるよう支援してきました。コンフォーマル冷却チャネルの追加によってメリットが得られると思われる金型設計をすでにお持ちの場合でも、新しい部品や製品の設計に取り組んでいる場合でも、当社のチームがお手伝いいたします。

射出成形金型設計の専門家に問い合わせて、コンフォーマル冷却が射出金型工具のニーズに適しているかどうかを確認してください。