コンフォーマル冷却：部品品質向上と射出成形サイクルタイム短縮

2023年3月23日公開

射出成形用パーツ設計時の一般的な課題は、パーツ設計内の異なる領域の冷却速度を考慮することです。パーツを適切に射出するには、もちろん冷却されている必要があります。しかし、大量生産や幾何学的に複雑なパーツでは、パーツの特定の領域が異なる速度で冷却されることがあり、サイクルタイムが長くなり、変形の可能性が生じます。これらの問題を回避し、金型の生産性を高めるため、パーツは統合されたコンフォーマル冷却チャネルで設計できます。これにより水がパーツ内のより深い領域にアクセスし、より均一な冷却、サイクルタイム短縮、欠陥発生減少を実現します。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プリントの進歩により、金型製作者に新しいコンフォーマル冷却形状とソリューションが可能になりました。

図1: 射出成形金型工具設計に組み込まれたコンフォーマル冷却チャネル。

パーツ変形リスクの低減

成形プロセス中、パーツは外表面から内部コアへ向けて冷却され、理想的にはパーツのすべての領域が一定の壁厚で設計されている場合、同じ速度で冷却されます。シンプルで均一なパーツを射出成形する場合、従来冷却では通常問題になりません。すべての領域が一般に同様の速度で冷却されるためです。

しかし、パーツ設計が幾何学的に複雑な場合、パーツのすべての領域で均一な速度で冷却されない可能性があり、潜在的な変形や、パーツが固化する前に確実にするためのより長い冷却サイクルを招きます。真実は、ますます複雑なパーツ形状の今日の世界では、完全に均一な冷却速度を達成するのは困難です。少量生産の場合、わずかに長い冷却サイクルの非効率は無視でき、成形業者にとって許容可能かもしれません。しかし、大量生産の場合、これらの効率は生産性向上や廃棄物削減の機会となります。コンフォーマル冷却の効率は、冷却チャネル設計、パーツ設計、金型設計、さらには成形レシピなど多くの要因に依存します。適切に実行されれば、コンフォーマル冷却ソリューションは工具出力を50%以上改善できます。

従来冷却

図2: 赤で示される高い熱勾配と顕著なホットスポットに注目。

図3: ホットスポットがある領域では高度な変形が発生し、不良品になる可能性が高い。

コンフォーマル冷却

金型工具にコンフォーマル冷却チャネルを含めることで、変形を引き起こすホットスポットに対処し、材料廃棄物と欠陥が少なく、より高品質なパーツが得られます。

図4: 射出成形コア（左）とキャビティ（右）に設計されたコンフォーマル冷却チャネルにより、空気が金型内部領域にアクセスし、パーツ/製品を均一な速度で冷却。

図5: 均一な温度分布と低い熱勾配に注目。

図6: 均一な冷却により、結果のパーツ/製品は最小限の変形度を達成。

より速いサイクルタイム

より低い欠陥リスクでより良い品質の最終結果を達成することに加え、コンフォーマル冷却チャネルはしばしば金型サイクルタイムを大幅に短縮します。以下の例では、コンフォーマル冷却を使用して、この大量生産プラスチック部品のサイクルタイムをほぼ40%削減し、金型生産性をほぼ50%向上させました。

図7: この大量生産パーツの工具に統合されたコンフォーマル冷却チャネル（複数色）に注目。

図8: コンフォーマル冷却により、描かれたパーツのサイクルタイムが40%減少。

コンフォーマル冷却は貴社のニーズに適していますか？

射出成形金型工具にコンフォーマル冷却チャネルを含めることは、業界と製品タイプを問わず人気があり、特にライフサイエンスと消費者製品セクターで、複雑な形状や大量金型が一般的な場合に採用されます。射出成形で大量のパーツを生産する予定があり、変形が懸念される場合、コンフォーマル冷却で金型工具を設計することが、サイクルタイムとパーツコスト削減の適切なソリューションとなる可能性があります。パーツの形状と特定の用途にチャネルが適切に設計されることを確実にするため、これらの新規アプローチを高精度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では、エンジニアが射出成形と工具設計プロセスのエキスパートであり、多様な業界の企業と協力し、金型生産性向上、欠陥削減、より高性能なパーツ生産において驚異的な結果を達成するのを支援してきました。すでにコンフォーマル冷却チャネルの追加でメリットが得られると思われる金型設計がある場合でも、新しいパーツや製品の設計に取り組んでいる場合でも、私たちのチームがお手伝いします。

射出成形工具設計エキスパートと話し、コンフォーマル冷却が貴社の射出成形工具ニーズに適しているかどうかを発見するために、ご連絡ください。