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射出成形設計:実証済みのガイドラインと専門家のヒント

射出成形部品を作成するには、最終製品の機能と品質に影響を与える可能性のある多数の変数を慎重に検討する必要があります。ヒケ、流れ線、反りなどの一般的な問題は、効果的な設計原則を徹底的に理解する必要性を強調しています。

この記事では、最高のプラスチック部品を作成するのに役立つ重要な射出成形設計ガイドを紹介します。また、プロセス制御、金型作成戦略、よくある落とし穴を回避するためのヒントについても学びます。読み続けてください!

重要性 射出成形用の設計

射出成形は、溶融したプラスチックを金型キャビティに射出して特定の形状を形成する製造方法です。金型の構造と製造される部品は、プロセスの成功に大きく影響します。部品設計者にとって、最適な結果を達成するには、これらの要素を理解することが不可欠です。射出成形プロセスにおいて設計を慎重に検討することが非常に重要である理由は次のとおりです。

製造の複雑さを決定する

設計をレビューした後、製品設計者とエンジニアは製造中に発生する可能性のある複雑さを予測できます。この詳細な分析は、生産開始前に不確実性を軽減するのに役立ちます。さらに、これらの複雑さを理解することで、金型の形状と構造が明確になり、目的の製品に適した金型を確実に作成できるようになります。

製造の実現可能性を確保

プラスチック部品製造の初期段階では、部品が製造に適しているかどうかが不確実な場合があります。ただし、適切な設計はプロセスの実現可能性を最初から判断するのに役立ちます。これにより、メーカーは部品が金型に引っかかるなどの潜在的な問題を特定できるようになり、最終的には時間とコストが節約され、製品を手頃な価格でより効率的に生産できるようになります。

部品の故障を防止

設計プロセスが不適切だと、射出成形部品の機能や外観が損なわれる可能性があります。このような部品は、成形欠陥やその他の機械的問題により、意図したとおりに機能しない可能性があります。包括的なガイドに従うことは、適切な成形パラメータを選択し、部品の故障につながる可能性のある重大な問題を防ぐのに役立ちます。

射出成形の設計ガイドライン

射出成形は複雑なプロセスであり、確実に生産を成功させるためには正確な設計上の考慮が必要です。設計に誤りがあると、プロセスが開始されてから大幅な遅延やコストの増加につながる可能性があります。これらの問題を回避するには、適切なガイドラインに従うことが重要です。射出成形用に部品を設計する際に考慮すべき重要な要素をいくつか紹介します。

壁の厚さ

肉厚は、コンポーネントの性能、美観、コストなど、コンポーネントのいくつかの重要な機能に影響を与える可能性があります。したがって、機能性能要件に基づいて公称肉厚を決定する必要があります。最小肉厚を決定するには、成形部品の許容応力と予想寿命を考慮する必要があります。

経験則では、射出成形部品全体にわたって均一な肉厚を使用することです。一般に、壁の厚さを 1.2 mm ~ 3 mm に保つのが理想的です。壁が薄すぎると高い塑性圧力が必要になり、エアトラップが発生します。一方、壁が厚すぎると、サイクル時間が長くなり、材料の使用量が増えるため、より多くの費用が発生します。

コンポーネントの壁厚の変化が必要な場合は常に、セクション間で段階的に移行する必要があります。これは、傾斜したエッジまたはコーナーに面取りを組み込むことで実現できます。同様に、丸みを帯びたエッジやコーナーにフィレットを使用すると、溶融プラスチックが金型に確実に充填され、均一に冷却されます。

パーティング ライン

パーティング ラインは、最終製品を製造するために金型の 2 つの半分が交わる場所です。不一致や位置ずれがあると、成形品にバリ欠陥が発生する可能性があります。これらの欠陥を最小限に抑えるには、シンプルで直線的なパーティング ラインを作成することが重要です。直線的なパーティング ラインは製造が容易で、メンテナンスの必要性が少なく、全体的な仕上がりが向上します。

パーティング ラインを設計するときは、通常、フィレット サーフェスよりも鋭いエッジに配置する方が適切です。これにより、公差が厳しい金型の必要性が減り、生産コストの管理に役立ちます。最終製品に対するパーティング ラインの視覚的な影響を考慮することも重要です。ラインは視認性を最小限に抑え、重要な表面やテキストやロゴなどの特徴と交差しないように配置する必要があります。これにより、最終製品が美的基準を満たし、プロセス全体の品質が向上します。

抜き勾配角度

射出成形部品の表面には抜き勾配があり、損傷することなく金型から簡単に取り外すことができます。必要な抜き勾配は、壁の厚さ、材料の収縮、生産後の仕上げのニーズなどの要因によって異なります。

平均ドラフトは深さ 1 インチごとに 1 度増加する必要がありますが、通常、ほとんどのコンポーネントでは最低 1.5 ~ 2 度が安全です。重いテクスチャでは、深さ 1 インチあたり最大 5 度が必要になる場合があります。ドラフトが不十分だと、引きずり跡などの美的欠陥が生じる可能性があります。 CAD システムを使用して抜き勾配を追加できます。ただし、複雑さを最小限に抑えるために、これを設計の最終段階で行うのが最善です。

リブとボス

リブは、2 つの壁が 90 度の角度で交わる部分の壁を強化するのに役立ちます。これらは、構造の完全性を高め、部品の耐荷重能力を高めるのに役立ちます。一方、ボスには部品の固定と位置合わせに使用される盛り上がった領域があります。また、ネジ穴やスロットなどの部分の部品も強化されます。

サポートリブのベースの厚さは、隣接する壁の厚さの最大 3 分の 2 である必要があります。リブの高さは、公称肉厚 (2.5T) の 2.5 倍を超えてはなりません。  収縮を考慮することが重要です。ヒケを避けるために、ボスの厚さは壁全体の厚さの 60% を超えないようにしてください。

ゲートの位置とタイプ

射出成形におけるゲートは、プラスチック部品に直接接続し、キャビティ内への溶融プラスチック樹脂の流れを制御する重要なコンポーネントです。ゲートのサイズ、形状、位置は、完成品に大きな影響を与えます。構造の完全性と外観に影響します。

射出成形金型の種類に応じて、エッジ、サブ、ホットチップ、スプルーの 4 つの一般的なゲート設計があります。エッジゲートはその名のとおり、平坦な部品の端に位置し、パーティングラインに傷が残ります。サブゲートは一般的ですが、バナナ、スマイリー、トンネル ゲートなど、さまざまなバリエーションがあります。自動的にトリミングするにはエジェクター ピンが必要ですが、充填を改善するためにゲートの位置をパーティング ラインから遠ざけるときに役立ちます。

ホット チップ ゲートは、ホット ランナー金型でのみ使用されます。円形または円錐形の形状では、金型の上部に配置されることがよくあります。一方、スプルー ゲートは、大型の円筒形の単一キャビティ金型に最適です。多くの場合、接触箇所に大きな傷が残りますが、製造とメンテナンスは簡単です。

ゲートの選択は、部品の構造、材料の選択、寸法要件、最終製品の美的ニーズによって異なります。重要なルールは、欠陥のリスクを最小限に抑えるために、高応力領域または衝撃領域からゲートを離して配置することです。また、最適な充填を実現するには、二次的なゲート解除操作を排除し、それらの操作を最も厚い領域に配置することも重要です。場合によっては、パーツのサイズ、形状、プラスチック ポリマーの種類に応じて、複数のゲートが必要になることがあります。

エジェクター ピン

これは、部品が十分に冷えた後に金型から部品を押し出すのに役立つ射出成形セットアップの重要な部分です。部品に跡が残ることもよくあります。したがって、部品設計者は、それらがエジェクタ ピンの移動方向に対して垂直な平面上に配置されていることを確認する必要があります。

パーツの形状、抜き勾配、壁の深さ、および壁のテクスチャによって、ピンの数と配置が決まります。これらの要因は、部品が金型壁にどのように付着するかに影響します。材料の選択は、これらのピンのサイズと配置にも影響します。たとえば、粘着性の高い樹脂には、より大きな突き出し力が必要になります。同様に、より柔らかいプラスチック ポリマーの場合は、成形欠陥を避けるために突き出し力を分散させるために、より幅の広い、またはより多くのピンが必要になります。

アンダーカットとネジ山

アンダーカットとねじ山は凹んだり突き出た形状で、一度の引き抜きでプラスチック部品を金型から取り出すことが困難になります。射出成形コストを低く抑えるには、単一の一方向の引張りで部品を確実に取り出すことができることが不可欠です。こうすることでコストを低く抑えることができます。したがって、プラスチック部品のネジ山やアンダーカットを避けることが重要です。

アンダーカットを回避するには、フィーチャを描画線と平行に向け、リフターとスライダーを使用します。リフターは、ドラフトなしで内部アンダーカットを解放するのに役立ちます。部品が冷えたら、リフターを斜めに押し上げて金型からアンダーカットを取り外します。対照的に、スライダーはコア モールドに取り付けられた角度の付いたピンを使用して、外部アンダーカットを解放します。

丸い角

プラスチック成形部品の製造の効率と品質を向上させるために、設計者とエンジニアは、鋭い角やエッジではなく、丸みを帯びた形状を目指す必要があります。鋭利なエッジでは充填するためにより多くの圧力が必要となり、取り出す際に部品の損傷や欠陥が発生するリスクが高まります。丸みを帯びた内側と外側の角により、プラスチックの流れがよりスムーズになり、残留応力や亀裂が軽減されます。

内側のコーナーの半径は、隣接する壁の厚さの少なくとも 50% である必要があります。一方、外側のコーナーは隣接する壁の厚さの 150% でな​​ければなりません。ボスやスナップフィットなどの垂直フィーチャーの場合、ベースは丸みを帯びている必要があります。ボスの半径は隣接する壁の 25% で、最小半径は 0.381 mm (0.015 インチ) である必要があります。

表面仕上げ

プラスチック部品には、質感、外観、感触に影響を与えるさまざまな表面仕上げが施されています。適切な仕上げを選択することは、必要な工具と材料を決定するため、非常に重要です。仕上げが粗い場合は、より高い抜き勾配が必要となり、材料の選択に影響します。希望の仕上がりを実現するには、金型表面の準備も必要な場合があります。金型表面のわずかな欠陥が成形品に転写される可能性があります。生産後の仕上げが必要であればあるほど、コストは高くなり、金型の完成までにかかる時間も長くなります。

マテリアルの選択

射出成形では、それぞれに特有の物理的および機械的特性を持つさまざまなプラスチック樹脂が使用されます。材料の選択は、意図された環境における部品の機能に影響を与えます。射出成形材料を選択する際の重要な考慮事項には、材料の収縮率、組み立て、コストが含まれます。

材料の収縮率はプラスチックの種類や加工条件によって異なり、部品の性能や形状に影響を与える可能性があります。また、機械的固定や溶接などの組み立てプロセスに対応できる材料の能力も考慮する必要があります。プラスチック素材の望ましい特性は不可欠ですが、生産コストを最小限に抑えるために、プラスチックの購入、加工、仕上げにかかるコストも考慮する必要があります。

ツールは目的のプラスチック部品の形状を定義するため、スムーズなプロセスのためにはすべてのコンポーネントが最適な状態にある必要があります。ここでは、金型ツールの設計に取り組む際に考慮すべきヒントをいくつか紹介します。

モールド ベースとキャビティのレイアウト

金型ツールには、金型ベース、キャビティ、コア インサート、およびその他のコンポーネントが含まれます。モールド ベースはモールドの基礎を提供し、キャビティとコア インサートは部品の形状を作成します。金型ツールの設計は、成形プロセスの精度と一貫性に影響します。

金型は耐久性があり、メンテナンスが容易で、修理やメンテナンスのための分解と組み立てが容易でなければなりません。キャビティとコアの適切な位置合わせを確保するには、金型ツールを正確に構築する必要があります。  モールド ベースのキャビティ レイアウトでは、中空インサートとコア インサートにアクセスでき、メンテナンスと修理が簡単にできるようにする必要もあります。これにより、欠陥のリスクが軽減され、部品の品質が向上します。

冷却システム

冷却システムは金型のキャビティとプラスチック材料の温度を制御するため、金型の重要な部分です。プラスチックを固化し、収縮を制御するには、効果的な冷却が不可欠です。

システムは、金型キャビティ全体で均一な冷却を確保できるように設計する必要があります。冷却チャネルは、冷却に時間がかかる領域の近くに配置して、ゲート システムやランナー システムとの干渉を防ぐ必要があります。機械工は、可能な限り短いサイクル タイムを達成するためにセットアップを最適化する必要もあります。

ランナーとゲート

ランナーとゲート システムは、金型キャビティへの溶融プラスチックの流れを制御します。ゲートはプラスチックがキャビティに入る入口点であり、ランナー システムがプラスチックをゲートに導きます。ゲートとランナーのシステムは、成形プロセスの効率と完成品の品質に影響を与えます。

ゲートのサイズ、位置、形状は、材料の流れを最適化し、部品の応力を最小限に抑え、部品の欠陥を回避する必要があります。ランナー システムは、圧力降下を最小限に抑え、材料が均一に分配されるようにし、プラスチックが蓄積して欠陥の原因となるデッド スポットを回避する必要があります。

排出システム

突き出しシステムは、完成した部品を金型キャビティから取り出します。設計では、部品の形状、アンダーカットの数、剛性を考慮する必要があります。突き出し時の損傷を防ぐために、設計者は突き出しピン、スリーブ、または油圧システムを組み込むことができます。さらに、排出システムは、部品を取り外すために必要な力に耐えられるほど堅牢でなければなりません。ゲートおよびランナー システムに対してイジェクト システムを適切に配置することも、干渉を避けるために重要です。

金型の材質と表面仕上げ

金型に使用される材質は、金型の寿命と完成品の品質に影響を与えます。  最適な性能を確保するには、金型材料は高い溶融温度、良好な熱伝導率、および優れた耐摩耗性を備えている必要があります。適切な材料を選択すると、サイクル タイムが短縮され、金型の寿命が延び、部品の欠陥のリスクが軽減されます。

それぞれの金型はユニークであり、加工プロセス中に慎重な考慮が必要です。使用される材料は、成形部品に転写される可能性のある表面欠陥を避けるために、精密に機械加工する必要があります。ビードブラストや研磨などの追加仕上げにより、エンドミルによって金型表面に残った目に見えるマークを除去することが重要です。必要な仕上げの程度は、金型ツール プロセスのコストとスケジュールに影響を与える可能性があります。

RapidDirect は、成形プロセスと成形部品の品質を向上させるための優れた射出成形ツール サービスを提供しています。当社は、射出成形プロジェクトに包括的な DFM 解析を提供し、金型と部品の設計を改善します。その結果、時間とお金を十分に節約しながら、高品質の製品を入手できるようになります。

射出成形設計の一般的な問題と解決策

製造中に射出成形の欠陥が発生し、製品の機能に影響を与える可能性があります。これらの問題は、成形パラメータや材料の選択などの要因に起因することがよくあります。多くの欠陥は成形プロセスを微調整することで軽減できますが、一部の欠陥では金型ツールの再設計や生産設備のアップグレードが必要になる場合があります。

いくつかの典型的な問題とその解決方法を見てみましょう。

ヒケ とワーピング

ヒケは、成形品の平らな表面に小さな凹みとして発生します。ヒケは通常、成形部品の内部コンポーネントが収縮し、材料が外側から内側に沈むことによって発生します。

反りは、冷却プロセスにおける不規則な内部収縮によって生じる射出成形コンポーネントの予期しない曲がりやねじれです。成形部品のさまざまな領域に意図しない応力がかかります。この応力により、冷却中に成形部品が曲がったりねじれたりすることがあります。これは、平らではあるが、平らな面に置くと隙間があるパーツでわかります。

原因

解決策

フラッシュとパーツの固着

バリ、スピュー、またはバリとは、余分な成形材料がコンポーネントの端に細い線として現れる状況を指します。これは通常、意図したチャネルから何らかの物質が流出するために発生します。フラッシュは軽微な欠陥としてカウントされますが、機能に影響を与える場合は重大な製品欠陥になる可能性があります。 

一方、パーツの固着では、成形されたパーツが金型表面に固着し、取り出すことが困難または不可能になります。

原因

解決策

ショートショットと火傷跡

ショート ショットとは、溶融材料が金型キャビティ全体を満たさない場合に生じる成形品の欠陥です。その結果、冷却および取り出し後の成形部品は不完全になります。ショート ショットは、成形部品の外観と機能に影響を与えるため、重大な欠陥とみなされます。

成形品の表面やエッジに生じる黒い錆色の焼き跡。これらの欠陥は、通常、部品の完全性に影響を与えませんが、成形コンポーネントが焼けて劣化が引き起こされると、深刻な問題になります。

原因

解決策

ガトラップとボイド

これらのエア トラップ欠陥は、最も重大な欠陥の 1 つです。これらは、成形部品内に閉じ込められた空気または気泡として現れます。これらの閉じ込められた気泡は、構造的および美的欠陥を引き起こす可能性があります。同様に、元々金型内にあった空気が高温になり、十分に圧縮されると爆発し、成形されたコンポーネントと金型の両方が破壊される可能性があります。

真空ボイドは、射出成形部品に見られる閉じ込められた気泡です。メーカーはこれらの欠陥をエアポケットと呼ぶことがあります。品質管理の専門家はボイドを軽微な欠陥として分類していますが、ボイドが大きくなると成形コンポーネントが弱くなる可能性があります。

原因

解決策

パーティング ライン 不一致とたわみ

パーティング ラインの不一致は、金型の 2 つの半分が正しく並んでいない欠陥です。その結果、成形部品のパーティング ラインに沿って継ぎ目や隙間が目立ちます。たわみは、冷却中に成形品が意図した形状から反ったり曲がったりするときに発生します。どちらの欠陥も、部品が必要な仕様を満たさない結果となり、スクラップ率の増加と生産性の低下につながる可能性があります。

原因

解決策

高品質のプラスチック部品の射出成形プロセス管理

高品質のプラスチック製品を保証するには、製造プロセス全体を通じて厳格なプロセス管理が不可欠です。射出成形でプロセス制御を実現するための主要な手順に入る前に、プロセスの概要を簡単に説明しましょう。

射出成形プロセスの概要

射出成形では、プラスチックポリマーを溶かし、金型内で圧力をかけて固めて部品の形状を作ります。この連続サイクルには多くのステップが含まれます。プラスチック樹脂を加熱した後、金型に適切な圧力を加えるとゲートが開きます。溶けたプラスチックは金型に射出されます。 

溶融樹脂がバレルの端に到達すると、ゲートが閉じられます。次に、金型の 2 つの部分が同時に閉じ、クランプ圧力によって一緒に保持されます。保持段階の後、ネジが後退し、部品が金型内で冷却されます。部品が冷えると金型が開き、エジェクター ピンまたはプレートが部品を押し出します。完成したパーツは仕上げプロセスの準備が整います。

これを念頭に置いて、プロセス制御のさまざまな側面を確認してみましょう。

マシンの選択とセットアップ

適切な射出成形機を選択し、正しく設定することで、プロセス制御を実現し、高品質のプラスチック部品を一貫して生産することができます。

次の要素を考慮してください。

全体として、温度、圧力、サイクル時間などの重要なプロセスパラメータを追跡する余地が必要です。機械工は、完成品の欠陥を防ぐために、プロセス パラメータの変動を簡単に検出し、リアルタイムで調整できる必要があります。

プロセスパラメータと最適化

射出成形プロセスの制御には、最適な結果を得るためにいくつかのパラメーターの監視と調整が含まれます。考慮すべき重要なパラメータは次のとおりです。

品質管理と検査

品質管理と検査は、成形部品が品質と性能の要件を満たしていることを保証することを目的としています。プロセス能力の調査、視覚的および寸法検査、機能テストなど、さまざまな側面があります。ばらつきの原因を特定し、プロセスの改善を提案するのに役立ちます。

効率的な品質管理により、成形部品に欠陥や表面の傷がなく、指定された公差や機能要件を満たしていることが保証されます。部品が指定された品質、安全性、性能基準を満たしていることを確認するために、品質管理と検査プロセスを定期的に実行する必要があります。

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私たちは、金型の作成と射出成形部品の製造に伴う課題を認識しており、各ステップを簡単に進めるための合理化されたプロセスを作成しました。

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  • 結論

    射出成形は、さまざまな業界で高品質のカスタム プラスチック コンポーネントを製造するための多用途かつ効率的な技術です。ただし、最適な結果を達成するには、プロセスを明確に理解できる、明確に定義されたガイドに従うことが不可欠です。

    この記事で説明する設計原則は、プロセスを合理化し、コスト効率の高い生産とサイクルタイムの短縮を保証するのに役立ちます。設計ミスは損失を招く可能性があります。射出成形プロジェクトに関する専門家の指導が必要な場合は、今すぐ RapidDirect にご連絡ください。私たちは最高品質の結果をお届けするためにここにいます。


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