プラスチック部品の製造に関して言えば、射出成形に匹敵する製造方法はありません。 その品質により、大量生産に最適な選択肢です。 さらに、射出成形ほどよく知られており、多用途であると主張できる製造プロセスはほんのわずかです。 このプロセスでは、最高の一貫性と最低コストで数千、さらには数百万のプラスチック部品を作成できます。
射出成形は以前から存在していますが、依然として製造業界を促進し続けており、複数の業界でプラスチック部品の生産をより効率的、コスト効率よく、耐久性に優れたものにする上で不可欠な役割を果たしています。
それだけではありません。規模のメリットにより、生産量が増えるにつれて生産に関連するコストが下がります。 そのため、この製造方法は業界全体で急速に成長し続けています。 2022 年だけでも、プラスチック射出成形の推定時価総額は約 43 万ドルとなり、その数字は時間の経過とともに増加し続けています。
このプロセスはシンプルで一貫性があり、費用対効果が高くなりますが、いくつかの制限もあります。 プロセスの品質要件は重要であり、ミスが許される余地はほとんど、あるいはまったくありません。
そのため、メーカーは優れた結果を保証するために、射出成形プロセスに厳しい品質基準を導入する必要があります。 全体的な品質と一貫性に影響を与える可能性があるプロセス関連の問題は、可能な限り回避する必要があります。 一般的なもののいくつかを次に示します。
- 低品質の金型 – 射出成形金型の品質問題の原因は何ですか? 業界に関係なく、一貫した信頼性の高い結果を確保するためのベスト プラクティスは何ですか? このガイドはこれらすべての質問に答えます。
- 工具の検査 – 成形プロセスとそのコンポーネントの品質をどのように確保するか? このガイドには、ツール、一般的な標準、およびその他の一般的なテストのチェックの概要が記載されています。
- 問題の一般的な原因 – 他の人の経験から学ぶことが常に良いです。 では、射出成形設定における問題の一般的な原因は何でしょうか?また、それらを克服する方法は何でしょうか? このガイドがすべてに答えます。
- 生産性が低い – 生産性と効率は、品質に次いであらゆる生産セットアップにとって最も重要な要素の XNUMX つです。 このガイドでは、それを改善するための実証済みのテクニックをいくつか紹介します。
- 金型の欠陥のトラブルシューティング – 最善の努力にもかかわらず、時間やその他の要因により、最終製品に一部の欠陥が発生する可能性があります。 これらの欠陥をトラブルシューティングし、最終アプリケーションに最適な製品を確実に提供するにはどのような方法があるでしょうか? このガイドはすべてに答えます。
このテキストでは、射出成形プロセスの重要な要素をいくつか取り上げ、プロセス、ベスト プラクティス、および材料の選択について説明します。 最終的には、射出成形プロジェクトを開始するのに十分な知識が得られ、そのプロセス中に行う必要がある一般的な選択についても理解できるようになります。
射出成形の基礎
射出成形とは何ですか?またその仕組みは何ですか? いつから始まり、どのようにして業界でこれほど人気になったのでしょうか? プロセスに特別な要件はありますか?また、結果の全体的な品質に影響を与える主な要因は何ですか?
次のセクションでは、射出成形の基本を簡単に説明し、プロセスがどのように機能するかを説明します。
射出成形とは何ですか？
簡単に言えば、 射出成形 は、粒状ポリマーを使用し、それらを溶解して同一のプラスチック部品を最短時間で作成するプラスチック製造技術です。 このプロセスでは、金型を利用して溶融プラスチックに形状を与え、圧力下で固化して耐久性と信頼性の高いプラスチック製品を作り出します。
射出成形は数百から数千の部品を作成でき、プラスチック部品を製造する最もコスト効率の高い方法の XNUMX つです。 実際、量が多ければ多いほど、生産はより経済的になります。 品質やその他の技術的パラメータに妥協することなく、大幅なコストを削減できます。
プラスチック射出成形の歴史
プラスチック射出成形の理論的基礎は 19 年に始まりました。th 最初の成形機が特許を取得した世紀。 この機械は現代の標準に比べて簡素化されており、特定の材料のみを処理でき、可燃性やその他の要因による安全上の問題がありました。 そのため、プラスチック部品の生産は、非常に小規模な櫛やボタンなどの単純なアイテムに限定されていました。
この状況は、現代産業に不可欠な人気の熱可塑性プラスチックのほとんどが開発された 1930 年まで同じでした。 これらには、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル (PVC) が含まれており、これらは優れた性能を提供し続け、さまざまな産業用途での地位を確固たるものにしています。
この開発は、金属に代わるより安価で実行可能な代替品に対するさらなる需要と相まって、最新の射出成形のセットアップにつながりました。 アメリカの発明家、ジェームス ヘンドリーは、最初の押出スクリュー射出機の構築に重要な役割を果たしました。 時間の経過とともに、これらの機械はプラスチック成形業界を今日のような形にゆっくりと変えていきました。
この写真は、機械自体が時間の経過とともにどのように進化したかを示しています。 この比較は、市場で最も有名なメーカーの XNUMX つである Negri Bossi の射出成形機を示しています。 プロセスの基本原理が進化するにつれて、すべてのメーカーは自社の機械を最新の技術進歩に合わせて更新しました。
今日、プラスチック製品はさまざまな高性能産業で非常に優れた性能を発揮し、耐用年数も長くなります。 さらに、最新のプロセスにより、プラスチックのリサイクルがより簡単かつ経済的になり、環境にとっても安全になります。
射出成形プロセス
最も簡単に言うと、射出成形プロセスは、熱可塑性プラスチックを液体になるまで加熱し、次に既存の金型を使用して必要な形状を達成することから始まります。 業界では、金型の準備もプロセスの一部として考慮しています。 すべてはその段階から始まり、プラスチック部品の作成へとプロセスが移行します。 XNUMX 種類の射出成形プロセスを見てみましょう。
プラスチック射出成形プロセス
プラスチック射出成形プロセスには 1 つの基本的な段階があります。段階 2 には金型の設計と作成が含まれ、段階 XNUMX には XNUMX つの反復ステップが含まれます。
ステージ 1: 金型の製造
金型の作成はプロセスの最も基本的な部分です。 エンジニアはCADを使って、 CNC加工 金型の仕様やデザインを決定します。 これらの仕様には、コンポーネントの形状、寸法、さらにはテクスチャが含まれます。
射出成形プロセスに関しては、金型自体の製造コストが最も重要な支出となります。 1,000 ～ 10,000 個の生産に耐えられる典型的な金型の価格でさえ、2000 ドルから 5000 ドルの間になります。 複雑な部品の金型のコストはさらに高くなります。
適切な金型を製造するには、高度な専門知識とスキルが必要です。 エンジニアは、設計が要件を満たしているかどうかを確認するために、いくつかのシミュレーションとテストを実行する必要もあります。 金型が数回の生産サイクルに耐えられる耐久性を確保するには、高品質のアルミニウムまたは鋼材も必要です。 幸いなことに、3D プリンティングにより、特に金型の製造コストが低下しました。 低ラン射出成形.
ステージ 2: 射出成形金型を使用してプラスチック部品を作成する
ステージ 1 では、金型の設計を最終的に決定し、それを製造します。 その後、射出成形プロセスに含まれる残りの手順は簡単です。 以下に、射出成形部品を製造するための XNUMX つの反復ステップを示します。
ステップ 1: クランプ
型締め段階は、射出成形プロセスを開始する簡単なステップです。 あ 典型的な射出成形金型 クラムシェルスタイルのピースがXNUMXつあります。 ここでは、製造業者は機械を使用して、金型の XNUMX 枚の金属プレートを一緒にプレスします。
ステップ2：注射
クランププロセスが終了すると、射出フェーズが始まります。 ただし、射出を開始する前に、プラスチックが完全に液体になるまで熱で溶かす必要があります。 次に、液体を金型に注入します。 このプロセスは紙の上では単純に見えるかもしれませんが、まさに公園を散歩するようなものではありません。 プロセス全体を通じて温度が変動することなく一定に保たれるようにする必要があります。 そうしないと、金型が正しくセットされません。
ステップ 3: 住居
滞留により、射出中に金型内に形成された可能性のあるエアポケットが消去されます。 この段階では圧力を使用して、注入された液体が金型内のすべてのキャビティを確実に満たすようにします。
ステップ4：冷却
この手順は簡単です。 メーカーは金型を放置し、液体が冷めるまで放置します。 固化したプラスチック液体が特定の部品の形状になったら、製品を金型から安全に取り出します。
ステップ 5: 型開き
次のステップでは、金型から部品を取り外します。 このため、メーカーはクランプモーターを使用して、製品を損傷することなく安全に取り外します。
ステップ 6: 排出
ここでは、エンジニアはイジェクトバーを使用して製品をキャビティから押し出します。 余分な材料はカッターでカットされ、最終検査を経てお客様の元へ納品され、ご使用になれます。
オーバーモールディング
オーバーモールディング は、XNUMX つの異なる素材を組み合わせて XNUMX つの新しい製品を作成する、人気のあるユニークなプロセスです。 通常、硬くて耐久性のあるプラスチックが基板またはベース材料として機能します。 その後、別の柔らかい材料で部品を完全または部分的に覆い、保護層を作成します。 このプロセスは簡単で複雑ではないように聞こえるかもしれませんが、材料の適切な組み合わせを慎重に選択し、射出成形プロセスの制御を維持することで、正しく行うことが重要です。 。
オーバーモールディングには多くの産業用途と可能性があり、次の 4 種類のオーバーモールディング部品が業界で一般的です。
- プラスチックの上にプラスチック
- プラスチックの上にゴム
- 金属上のプラスチック
- 金属上のゴム
インサート成形
の基本原理 インサート成形 オーバーモールドも同様です。 唯一の違いは、この場合のベース素材は金属インサートであり、プラスチック層がそれを覆っていることです。 このプロセスでは、感染段階の前に金属部品を金型に追加します。 熱可塑性プラスチックは金属ベースに流れ、金属コンポーネントを覆う金型の形状になります。
射出成形プロセスの長所と短所
射出成形は多くのプラスチック用途にとって優れた選択肢ですが、いくつかの面でその用途を制限する長所と短所があります。 次の表は、射出成形の長所と短所の詳細な比較を示しています。
| 優位性 | デメリット |
| – 高効率: プラスチック射出成形は、その効率性と迅速な生産で知られています。 生産量が多いため、プロセスのコスト効率が高く、大量生産に最適です。廃棄物の削減: このプロセスは再現性に重点を置いています。 余ったプラスチック片も簡単にリサイクルして再利用できます。 これらの事実により、射出成形は他の代替方法と比較して環境に優しい製造プロセスとなります。 – 人件費の削減: 当然のことながら、人件費は機械加工、鋳造などのあらゆる製造プロセスにとって重要な要素です。ただし、射出成形は自動的に動作し、最小限の入力で済みます。 それにより全体的なコストが削減されます – 複雑な部分: 射出成形プロセスにより、メーカーは均一で複雑な部品を作成できます。 この工程により、高精度で高品質な部品が生み出されます。 –柔軟性： プラスチック射出成形では、複雑な部品を作成できるだけでなく、このプロセスはさまざまな材料や色にも適用できます。 | – セットアップコストが高い: 射出成形プロセスは経済的であることで知られていますが、プロセスをセットアップするための初期コストは非常に高価です。 射出成形では、生産を行う前に設計と成形が必要です。 これらのコストには、人件費、監督コスト、資材の入手などが含まれます。 - リードタイム： 新製品の導入には多大な投資と時間が必要です。 完成した金型が手元に届くまでには、計画、設計、テストに数か月かかる場合があります。 もちろん、型さえ手元にあればすぐに作業は完了します。 ただし、最終部分の作成に費やされる時間は無視できません。 – 小さな部品に適しています: 射出成形は小型で精密な部品の製造に最適です。 しかし、このプロセスで大きな部品を作るのは過剰です。 大きな作品の型を作るだけでも莫大な費用がかかります。 さらに、プラスチック製造などの他のプロセスは、大型の部品やコンポーネントの製造にはるかに適しています。 |
射出成形および射出成形
射出成形プロジェクトに適した金型を選択するには、いくつかのオプションがあります。 前述のパラメータに基づいて、選択したオプションには適切なコスト、準備時間、その他の技術的要素が必要です。
以下は、設計と製品の品質と一貫性を確保するための一般的な射出成形ツールの方法です。
材料による
1 – 鋼製金型
耐久性があり、一貫性があり、大量生産に最適です。 スチール製工具は、耐久性と一貫性が主な関心事となる産業用途には理想的な選択肢です。 追加すべきもう XNUMX つの重要な点は、スチール金型は非常に高い公差要件が要求される用途に最適な選択肢であるということです。
一般に、スチール金型が提供する典型的な公差は +/-0.002 インチ程度であり、これは非常に印象的です。 ただし、金型鋼を安全にし、公差内で徐々に金型を調整できるようにするなどの技術を使用すると、この数値をさらに向上させることができます。
スチール金型にもいくつかの欠点があります。 その中で最も重要なのは、鋼製金型はリードタイムとイニシャルコストが非常に高いという事実です。 リードタイムが長くなると機会コストが失われ、競合他社に先んじるまでの時間が短縮されるため、これは多くのプロジェクトにとって大きな問題となる可能性があります。
- 射出成形金型の製造に使用される鋼合金: 420、NAK80、S136、316L、316、301、303、304
- 射出成形金型の製造に使用されるステンレス鋼の種類: 420、NAK80、S136、316L、316、301、303、304
2 – アルミニウム金型
業界でもう 3 つの一般的な選択肢はアルミニウムです。これは、2000D プリント金型とスチール金型の両方の長所を備えています。 アルミニウム金型は、用途に応じて試作用または大量生産用のいずれかになります。 プロトタイピングの場合、アルミニウム金型を使用するとリードタイムが短縮され、ほぼ XNUMX 週間で部品を完成させることができます。 ただし、プロトタイピング金型は耐久性があまり高くなく、交換が必要になるまでに処理できる個数は約 XNUMX 個のみです。
一方、量産アルミニウム金型は、アルミニウムの最良の特性とマスト ユニット ダイ (MUD) インサートを組み合わせて耐久性の問題にも対処しており、場合によっては 10,000 回、さらには 20,000 回の耐久性があります。 すべてのパラメータが一貫していれば、リードタイムは短くなり、アルミニウムの全体的な経済性は変わりません。 これにより、アルミニウムは現在の業界のダイナミックな要件を満たすための完璧な材料の選択肢となります。
- 射出成形金型の製造に使用されるアルミニウム合金: 6061、5052、7075
3 – 3D プリントされたツーリング金型
これは、スピードが重要視される状況に最適な選択肢です。企業は、新しいデザインの反復をテストし、コンセプトを現場でテストするために、3D プリントされた金型を利用しています。3D プリントは、コンピューターがほとんどの作業を実行し、最も複雑なデザインにも対応できるため、比較的簡単です。
ただし、これらの金型にはその材料特性によりいくつかの制限があり、小規模で少量のバッチにのみ十分です。 より多くの生産数を得るには、スチールやアルミニウムの金型などの他のオプションを選択することをお勧めします。
3D プリント金型の作成に使用される一般的な材料をいくつか示します。
- PETG（ポリエチレンテレフタレート）
- ABS（アクリロニトリルブタジエンスチレン）
- ナイロン (別名ポリアミド)
- PP（ポリプロピレン）
- TPE（熱可塑性エラストマー）
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キャビティの数による
金型の種類を区別するもう XNUMX つの一般的な方法は、金型の空洞によって行うことです。 一般に、用途に応じて単一キャビティ金型または複数キャビティ金型のいずれかを選択します。 用途によっては、ファミリーモールドも有力な選択肢となりますが、他のタイプと比較すると、その使用はかなり限定されています。 正確には次のとおりです。
単一キャビティ金型
シングルキャビティ金型は、射出サイクルごとに XNUMX つの部品のみが作成される最も基本的な設計です。 これは、コストが主な関心事である場合、またはより大きなトン数の機械が利用できない場合に、アプリケーションでよく使用されます。 シングルキャビティ金型は、通常数千部品までの小規模から中規模の生産量に適した選択肢です。
マルチキャビティ金型
複数個取り金型には、XNUMX サイクルで同じ設計の複数の部品を作成する機能があります。 規模の経済が重要であり、生産量が数千から数十万に及ぶプロジェクトに最適です。
ただし、複数個取りの金型は製造がより複雑で、より高いトン数の機械が必要になります。 そのため、金型の初期コストが増加します。
セット取り金型
ファミリー金型は、単一サイクルおよび単一タイプの金型でさまざまな種類の部品を作成できる特別な種類の金型です。 技術的には、ファミリー金型は複数個取り金型と技術的には同じです。 ただし、違いは製品の種類です。
射出成形金型の表面仕上げ
あらゆる製品に完全な外観を与えるためには、仕上げが完璧である必要があります。 さらに、重要なのは見た目の美しさだけではありません。 優れた製品仕上げは、製品の外観に影響を与えるだけでなく、製品の品質と寿命にも影響します。
に関する業界標準について 表面仕上げ、最も有名な XNUMX つの名前は SPI 仕上げと VDI 仕上げです。 知っておくべきことは次のとおりです。
SPI表面仕上げ
SPI はプラスチック工業会 (PIA) としても知られており、部品の光沢仕上げからテクスチャ仕上げまで、XNUMX つの表面仕上げカテゴリがあります。 SPI は、製品の美観にとって表面仕上げの重要性を理解しています。 デザインコンセプトとのわずかな仕上がりの違いでも、製品の見た目や質感に大きな影響を与える可能性があります。 各カテゴリには、メーカーとさらに許容される偏差に対応する XNUMX つのサブカテゴリがあります。
– 光沢仕上げ
光沢仕上げ (グレード A 仕上げ) は、製品に滑らかで光沢のある外観を与えます。 また、入手できるものの中で最も高価な仕上げでもあります。 グレード A の仕上げには、硬化した工具鋼の金型が必要です。 さまざまなグレードのダイヤモンドバフを使用することで、これらの金型をさらに磨き上げます。 光り輝く光沢感を実現するために、曖昧な質感を出し、光を散乱させる仕上げ加工を施しています。 これを達成するには、ロータリーバフ研磨機を使用した微粒子バフ研磨ペーストが最も一般的で最も早い選択です。
グレードAにはXNUMXつのサブカテゴリがあり、光沢の程度とコストが異なります。 このサブカテゴリには次のものが含まれます。
- 超高光沢仕上げ (グレード A-1)
- 高光沢仕上げ (グレード A-2)
- 通常光沢仕上げ(グレードA-2)
– 半光沢仕上げ
グレード B は半光沢仕上げとも呼ばれます。 この仕上げは、機械加工や工具によるマークや傷を除去するのに優れています。 何よりも、リーズナブルな価格が魅力です。 通常、グレード B の仕上げは、さまざまなサンドペーパーと直線運動塗布方法を利用して行われます。
グレード A と同様に、半光沢仕上げにも XNUMX つの異なるサブカテゴリーがあります。 違いはコストと仕上げ方法にあります。 それには以下が含まれます
- 上質半光沢仕上げ（グレードB-1）
- 中半光沢仕上げ (グレード B-2)
- 通常半光沢仕上げ（グレードB-3）
– マット仕上げ
通常、グレード A 仕上げとグレード B 仕上げはどちらも高価なオプションであり、最終的には製品の製造コストが増加します。 より手頃なオプションをお探しの場合は、グレード C – またはマット仕上げ – をお勧めします。
マット仕上げは、製品に使用できる人気があり、経済的な表面仕上げです。 加工や工具による傷や跡を簡単に隠すことができるストーン仕上げです。 このプロセスでは、製品を細かい石の粉末で磨きます。 このステップは、光沢仕上げおよび半光沢仕上げの最初のステップでもあります。
マット仕上げには次の XNUMX つのカテゴリがあります。
- ファインマット仕上げ (グレード C-1)
- ミディアムマット仕上げ (グレード C-2)
- ノーマルマット仕上げ（グレードC-3）
– テクスチャード仕上げ
知っておく必要がある最後の SPI カテゴリは、テクスチャ表面仕上げです。 テクスチャー仕上げは、単にその広範な美的魅力のため、工業製品と消費者製品の両方に使用されています。 製品にテクスチャー仕上げを組み込むには、マット仕上げと同様に製品を滑らかにする必要があります。 その後、ガラスビーズなどを用いてドライブラスト加工を施します。 ドライブラストのランダム性により、テクスチャーのある表面仕上げが作成されます。
テクスチャ仕上げは、加工痕を隠し、製品に優れた保持グリップを与える、手頃なコストの表面仕上げです。
VDIモールドテクスチャ仕上げ
VDI は最も一般的な射出成形の表面仕上げです。 ドイツ技術者協会によって開発された表面仕上げ規格は、主にヨーロッパとアジアで採用されています。 テクスチャリング仕上げは、金型表面にパターンをうまく適用する XNUMX つの方法です。 この手順により、設計段階で柔軟性が得られ、パーツの独自の最終的な外観を自由に作成できるようになります。
望ましい結果を確実に得るには、設計段階で金型のテクスチャ仕上げを考慮する必要があります。 モールド テクスチャは実用的な目的でデザインに使用されることがあります。 適切なテクスチャ仕上げは、成形材料の明らかな表面の欠陥を隠すのにも役立ちます。
特定の部品を頻繁に扱うことが予想される一部の用途では、この表面仕上げが役立ちます。 指紋跡を隠す機能を追加できます。 同様に、ユーザーのグリップを強化したり、摩擦に関連した部品の摩耗を軽減したりするために、VDI テクスチャを使用したローレット加工などの他のオプションもあります。
VDI は SPI とは異なります。 放電加工 成形機内に組み込まれます。 また、グリットやサンドペーパーなど、SPI で使用される従来のツールを使用できるほど柔軟性があり、これがこの表面仕上げの大きな利点の XNUMX つです。
射出成形と金型の選び方
最終製品と形状は金型に依存するため、金型は射出成形プロセスに不可欠な部分です。 適切なツールを使用すると、製品の耐久性を確保し、プロセスの効率を維持できます。 ただし、射出成形プロジェクトに適した種類の金型を選択することは、言うは易く行うは難しです。 すべては、適切なパラメータを検討し、コスト、パフォーマンス、速度の適切なバランスを見つけることから始まります。
作業に最適なツールを選択するための 8 つの最も重要なパラメータを次に示します。
プロジェクト範囲
これはおそらく、プロジェクトに適切な種類のツールを決定する最も重要なパラメータです。 たとえば、新しいデザインを試しているプロトタイピング ラボを考えてみましょう。 このような場合、速度要件を考慮するとラピッド 3D プリント ツールを使用するか、より要求の厳しいアプリケーション向けにアルミニウム ツールをプロトタイピングすることが最良の選択となります。
最も重要な要件は速度の向上とコストの削減であるため、プロトタイピングでは耐久性などの要素にはあまり重点を置きません。 このような場合、スチールのような別の選択は意味がありません。
パーツサイズ
工具の選択プロセス中に重要な役割を果たす次のパラメータは、パーツ サイズです。 明らかに、より大きな部品には別の特殊工具が必要になります。 ただし、部品サイズが小さくなると、メーカーははるかに安価で同等に効果的な代替品をより自由に選択できるようになります。 インサート金型。
インサート金型は、コストが低く、生産性が高いため、業界で非常に人気があります。 企業は、スタンドアロン ツールの全額を支払うのではなく、既存のベースに適合するインサート ツールを選択できます。 これにより、無駄が削減され、プロセスのこの段階に関連する高いコストが大幅に削減されます。
予想されるボリューム
産業用途では、規模の経済がプロセスを手頃な価格にする上で重要な役割を果たします。 予想される量によって、行動方針が決まる場合があります。 耐久性のあるツールに投資する価値があるか、それとも当面の仕事を単に完了できるものを選択するかどうか。
一般に、単一キャビティツーリングは、マルチキャビティツーリングよりも経済的であるため、少量部品の製造によく使用されます。 ただし、複数キャビティ ツールを使用すると、初期費用が高くなりますが、部品価格を大幅に下げることができます。
材料
材質は、磨耗のため工具の寿命を決定する上で重要な役割を果たします。 ポリプロピレンのような軽量の材料を選択すると、金型に大きな影響を与えません。 ただし、ナイロンやガラスなどの研磨粒子を含むその他の素材は寿命が短くなります。
一般的な工業標準は 8000 ～ 12,000 個のアルミニウムまたはスチール製の工具ですが、それより小さいものは他のタイプの金型に適しています。
パーツの複雑さ
形状はツーリングパラメータに大きな影響を与えます。 当然のことながら、キャビティ、アンダーカット、コアなどの機能は開発が難しく、コストの大幅な増加につながります。 さらに、複雑な形状にも専門知識が必要であり、経験豊富な人材を見つけるのは簡単ではありません。 プロトタイピングの場合は 3D プリントが機能しますが、スチールなどの高級素材で同じものを複製すると問題が発生する可能性があります。
部品の複雑さと形状に関連するもう XNUMX つの重要な要素は、表面仕上げです。 ポリッシュ、テクスチャ、またはその他の機能にはツールの高度な制御が必要ですが、すべてのオプションでそれらを実現できるわけではありません。 美観と機能性が同等に重要な役割を果たす用途では、工具の種類の選択肢はさらに限定される可能性があります。
簡単に言えば、設計が複雑になればなるほど、より多くのリソースと専門知識が必要になります。 当然、これにより全体のコストも上昇し、特定のプロジェクトが実行不可能になる可能性さえあります。
用途s
製品の用途に応じて、工具と製品の両方の耐久性が重要になります。 たとえば、アルミニウムは最大 20,000 個の部品を処理できますが、スチールは最大 100,000 個の部品を処理できます。
もう XNUMX つ言及すべき重要な要素は、工具のメンテナンスです。 定期的なメンテナンスにより、ツールが故障することがなくなり、より多くの代替手段が可能になります。
利用可能な時間
金属工具の製作には 6 ～ 12 週間かかる場合があります。 場合によっては、それが長すぎるため、すぐに利用できる、または時間がかからない代替手段を選択せざるを得なくなることがあります。 場合によっては、品質や耐久性などの他のパラメータを犠牲にすることもあります。
プロジェクト予算
もう XNUMX つの重要なパラメーターは、プロジェクトの全体の予算です。 射出成形金型のツーリングは、プロジェクト全体の費用のかなりの部分を占めます。 ツールを選択するときは、常に全体の予算を考慮し、初期資本要件、生産コスト、プロジェクトの全体予算に従って材料を決定します。
プラスチック射出成形材料
どの素材が最適かを言うのは難しい プラスチック射出成形樹脂 は。 それはプロジェクトの要件に完全に依存します。 特定の用途に適した物理的特性と技術的特性の両方を備えた最適な材料を見つけることが重要です。 最も重要な要素には、荷重、ひずみ、応力、部品に必要な特性などがあります。 これらの要因には、荷重、ひずみ、引張強度などが含まれます。
適切な素材を見つけるには試行錯誤が必要です。 材料の内部構造を十分に理解し、適用時の実際の性能を評価するためにいくつかのフィールドテストを実施することが重要です。 次のセクションでは、射出成形に最も推奨される材料の選択について説明します。
ナイロン（PA）
ナイロンは合成材料であり、自動車業界でよく使われています。 素材はしっかりしていますが、重くはありません。 また、金属類似品の製造に比べてはるかに安価です。
最高のは、 ナイロン 高い耐熱性と耐摩耗性を備えています。 この素材は優れた騒音減衰特性を誇ります。 その耐摩耗特性により、摩耗の多い用途に最適です。
ただし、水にさらされる用途の場合は、代替素材を検討する必要があります。 ナイロンPaは水を吸収しやすい性質があります。 同様に、日光や強酸も素材に重大な損傷を与える可能性があります。
前述したように、ナイロンは通常、自動車産業でベアリングやギアなどの機械部品に使用されます。 治具・治具, スナップフィットクロージャ もいくつかの例です。 これらの部品以外にも、ナイロンの用途には歯ブラシ、電気コネクタ、医療用インプラントなどもあります。
ナイロンには主に XNUMX つのグレードがあり、グレードごとに異なる特性があります。
- ナイロン 66: 融点が高く、酸に対する耐性が優れています。
- ナイロン 11: 高い耐湿性を備えているため、屋外用途に最適です。
- ナイロン 12: 融点が最も低く、吸水率が比較的低い
- ナイロン46：使用温度が非常に高く、エンジンやトランスミッション部品によく使用されます。
ABS
ABS (アクリロニトリル ブタジエン スチレン) は、エンジニアリング グレードの熱可塑性プラスチックです。 この材料は融点が低いため、成形が容易です。 異なるテクスチャーと仕上げを備えた複数のオプションがあります。 メーカーは材料に着色剤を使用することもできます。 最高のは、 ABS 耐衝撃性に優れています。
ABS はさまざまな特性を備えているため、優れた材料オプションとなります。 他の材料オプションと比較して比較的安価であり、その特性により ABS は幅広い用途に使用できます。
ただし、ABS は耐日光性が低いため、屋外での使用には適していません。 ABS は大量の煙を発生するという特性によりさらに問題があり、産業用アプリケーションにとって安全上の危険をもたらします。
通常、ABS は、電話アダプターやキーボードなどの電子部品やコンポーネントの製造中に使用されます。 ABS は屋外では適切に機能する能力が不足している可能性がありますが、電気を通さないことでそれを補っています。 ABS のこの特性により、ABS は電気機器にとって貴重な材料となります。
POM
機械部品や自動車部品の金属の代替を検討している場合、POM はまさに必要な材料です。 それは 熱可塑性材料 強度と剛性で知られています。 POM の最も優れた特性には、ガソリン、モーターオイルなどの溶剤に対する耐性が含まれます。
ただし、POM は硝酸などの特定の酸に対して脆弱です。 さらに、均一な肉厚を確保できないと、材料が収縮する可能性があります。 POM に化粧仕上げを施すことは、素材への塗装が非常に難しいため困難です。
POM アプリケーションには通常、ギア、ファン、自動車および電気スイッチのコンポーネントが含まれます。 吸水性が低く、耐薬品性があるため、屋外や水系の用途に最適です。
ポリカーボネート（PC）
ポリカーボネート (PC) も検討すべき優れた素材です。 PC は最高の光学特性を備えており、メーカーは優れた寸法制御を行うことができます。 予測可能な均一な収縮は、その靭性と高い強度によって裏付けられています。 何よりも、その透明なカラーリングは好みに応じて変更できます。 強度と耐久性を求めるなら、PC プラスチックが理想的な選択です。 この素材はガラスに比べて 250 倍の強度を持ちながらも軽量です。
PCはその色と強度を長期間維持できます。 ディフューザーから機械のガードまで、PCはさまざまな用途に使用されています。 PC の唯一の大きな欠点は、製造コストが高いことです。 PC の製造には高級ステンレス鋼が必要ですが、これはすべてのメーカーの予算に合わない可能性があります。 また、この素材は食品の調理や保存には適していません。
PTFE（テフロン）
PTFE はポリテトラフルオロエチレンとしてよく知られています。 耐食性が高く、医療業界や電気業界でよく使用される素材です。 PTFEはベアリングやベアリングなどの耐久性の高い部品にも広く使用されています。 メカニカルギア。 耐食性が高いので薬品や酸の容器に最適です。
PMMA
PMMA – アクリルとしてよく知られている – は、優れた特性を備えた優れた熱可塑性材料です。 軽量、優れた透明性、耐飛散性を備えているため、ガラスの理想的な代替品です。 アクリルは高い引張強度と低い吸収率で焼き付けられています。 何よりも、PMMA は紫外線や天候に強いため、屋外用途に最適です。
しかし、PMMA はガラスに比べてコストが高いという点で躊躇しています。 また、傷がつきやすく、油分や油分が付着して汚れが付着してしまうこともあります。 また、アクリルは使用温度が低いため、ほとんどの工業プロセスには適していません。
PVC
PVC もメーカーが選択できるもう XNUMX つのオプションです。 PVC (ポリ塩化ビニルの略) は、高い引張強度と耐環境性を備えた、安価で軽量な環境に優しい代替素材です。 自動車部品や窓などで PVC が使用されているのをよく見かけます。
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医療用途の部品やコンポーネントを製造している場合、PEEK は理想的な材料の選択肢です。 PEEK はガンマ線やオートクレーブに対する耐性を備えているため、医療環境に最適です。 また、機械的性質や耐薬品性にも優れたエンジニアリングプラスチックです。 PEEK の用途では、長期間の液体浸漬が必要になる場合もあります。
高密度ポリエチレン（HDPE）
メーカーはプラグ、おもちゃ、トートバッグに HDPE を使用することがよくあります。 それは、この材料が優れた電気絶縁特性を備えているためです。 それがすべてではありません; HDPE の特徴には、湿気や化学物質に対する自然な耐性が含まれます。
HDPE は丈夫で、他の代替品に比べてかなり安価です。 水よりも密度が低いため、浮遊することができます。 ただし、HDPE は表面エネルギーが低く、収縮率が高くなります。
ポリエチレン（PE）
ポリエチレンには、高密度 (HDPE)、低密度 (LDPE)、およびポリエチレン テレフタレート (PET) の XNUMX つの主なタイプがあります。 HDPE についてはすでに説明しました。 LDPE (低密度ポリエチレン) は、HDPE と同様の特性を持つ傾向があります。 融点、透明度、硬度が異なるだけです。
ポリエチレンは、その密度に従って選択される唯一の市販ポリマーです。 なぜ？ その密度は材料の特性に直接影響するためです。 これは PET プラスチックには当てはまりませんが、XNUMX 種類のポリエチレンはすべて、湿気や化学物質に対する耐性を共有しています。 PET は、両方の材料がガラスと同じくらい透明であるため、LDPE に似ています。
PE プラスチックは、世界で最も一般的に使用されているプラスチック材料です。 ペットボトルからおもちゃ、ケーブル、デバイスのコンポーネントに至るまで、あらゆる場所で使用されています。
ポリスチレン（PS）
PE と同様に、ポリスチレン (PS) は光学的透明度が高いことで知られる材料です。 メーカーが射出成形に現在使用しているポリスチレン (PS) には、汎用ポリスチレン (GPPS) と高衝撃ポリスチレン (HIPS) の XNUMX 種類があります。
GPPS と HIPS には、寸法安定性と透明性に関連するいくつかの違いがあります。 ただし、違いはありますが、GPPS と HIPS は射出成形に適しています。 これは、どちらのタイプでも収縮が均一であり、容易に予測できるためです。
繊維と添加物
材料がいくつかの要件を除いて必要な要件をすべて備えている場合、企業はその特性を強化するために添加剤を使用します。 たとえば、POM や PP プラスチックなどの材料は、繊維やその他の添加剤で強化され、安定性、強度、剛性が向上します。 一方、PC プラスチックの添加剤は、材料の UV 耐性や難燃性を向上させる傾向があります。
射出成形設計ガイド
工具、材料、仕上げの選択とは別に、結果の全体的な品質に影響を与えるもう XNUMX つの重要なパラメーターがあります。 デザイン！ 射出成形プロセスにはいくつかの制限があり、確実に成功するには設計がそれらの制限に対応する必要があります。
ここでは、射出成形用の部品を設計する際にエンジニアが慎重に扱う設計要素をいくつか紹介します。
壁の厚さ
射出成形設計の最も基本的なルールの XNUMX つは、次のことを保証することです。 壁の厚さ パート全体で一貫性が保たれています。 厚さにばらつきがあると、応力集中や時間の経過とともに広がる微小亀裂などの機械的デフォルトから始まり、将来的にいくつかの問題が発生する可能性があります。
さらに、肉厚の不一致により収縮のばらつきが生じる可能性があり、将来さらに問題が発生する可能性があります。 専門家が推奨する最も理想的なシナリオは、厚さの変動を最小限に抑え、それが避けられない場合は最大 60% に制限することです。
許容範囲
公差を管理下に置くことで、コスト、時間、複雑さの間の完璧なバランスを確保できます。 当然のことながら、精度が高くなると、コストと複雑さが増大します。 したがって、 設計公差 機能を損なうことなく費用対効果と効率を確保するために必要以上のものであってはなりません。
部品の形状
最後の点を踏まえると、射出成形プロセスで最良の結果を得るには、形状が不必要に複雑である必要はありません。 当然のことながら、複雑な設計にはトリクルダウン効果があり、ツーリングに必要なコストと労力が増加し、さらに部品の製造自体にもコストがかかります。 多くのキャビティ、断面変化、その他の複雑な設計は処理が難しくなり、より多くのリソースが必要になる可能性があり、市場での製品の存続可能性に影響を与えたり、ビジネスの優位性を失う可能性があります。
ドラフト
ドラフト これは、金型の開口部の方向に片側を先細りにすることで取り出しを容易にする、製品設計に固有の機能です。 部品の形状と設計特性が、製品の理想的な抜き勾配を決定する主な要因となります。 一般に、優れたパフォーマンスを得るには最低ドラフト 1 度を推奨しますが、2 度でも驚異的な効果が得られるため、可能な限り選択する必要があります。
半径
設計段階では、製品は鋭いエッジを持つことも、滑らかで丸い表面を持つこともできます。 ただし、滑らかな表面は機械的特性が向上し、製造が容易になるため、ほとんどの場合有利です。 液化プラスチックは製造中に丸い表面上で比較的容易に流れ、この設計により、鋭利なエッジで悪名高い全体的な応力集中も軽減されます。
アンダーカット
アンダーカット 冷却後に金型から部品が取り出されるのを防ぐ機能または補助機能です。 望ましくないことですが、設計上の考慮事項や用途の性質により、ある程度のアンダーカットが必要になります。 ここでは、射出成形設計でアンダーカットが必要になるいくつかの例を示します。
- どの製品にもインターロック、スナップオン/オフ機能が備わっています
- ボタンやその他の同様の機能用の側面の穴またはその他の空洞
- デザイン内の垂直ネジまたはバーブフィッティング
アンダーカットを完全に回避することはほぼ不可能であるため、プロセス自体に対するアンダーカットの影響を最小限に抑える方法がいくつかあります。 アンダーカットのある射出成形の場合、加工を容易にする最善の方法は、描かれた線に対して垂直を保つようにパーツ フィーチャを組み込むことです。 これは、部品の基本的な設計と全体的な機能を損なうことなく、取り出しプロセスを容易にするため、最良の解決策の XNUMX つです。
ゲイツ
射出成形プロセスでは、ゲートは溶融プラスチックの経路として機能するため、設計者は最良の結果を確実に得るために最も正確な位置にゲートを追加する必要があります。 もしも 門のデザイン これが間違っていると、成形品にフロー ライン、シンク ライン、ウェルド ラインなど (ただしこれらに限定されない) のプロセス関連の多くの射出成形欠陥が発生しやすくなる可能性があります。
現在、製品の最高のパフォーマンスを得るために一般的に使用されている、エッジ、トンネル、カシュー ゲートなどの複数のタイプのゲート設計があります。 以下に、さまざまなタイプのゲートとその一般的な用途を説明した簡単な表を示します。
| ゲートタイプ | 詳細説明 |
| エッジゲート | この最もシンプルで効果的なオプションは、それほど複雑ではない大きなパーツに最適です。 これらのゲートは、厚さが一定の部品に共通であり、せん断応力を隔離します。 |
| トンネル/海底ゲート | トンネル ゲートはパーティング ライン上にあり、ゲートが自動的に排出されるため後処理が簡素化されます。 ただし、この選択は断面積が小から中程度の設計にのみ適用されます。 |
| カシュー ゲート | これは、美観が重要な役割を果たすアプリケーションに最適です。 カシュー ゲートはトンネル ゲートに似ていますが、より大きなカーブを持ち、露出した表面の下のパーティング ラインを隠します。 さらに、カシュー ゲートの制限はトンネル ゲートと同じです。 |
| ダイレクトスプルーゲート | 業界全体でほとんど使用されていない、最も古くて単純なゲート。 スプルー ゲートはせん断応力が高いため、単一キャビティ金型でのみ実行可能です。 |
| ダイヤフラム ゲート | これらは、大きなキャビティと均一な材料の流れが重要な用途に最適です。 ダイヤフラム ゲートは、円筒形および円形の部品によく使用されます。 ただし、他の形状では実行できません。 |
ゲートにより、プロセス中に噴射や過熱が発生しないことが保証されます。 ゲートの設計に関しては、常に一貫性とパフォーマンスを確保するために細心の注意を払う必要があります。
エジェクタピン
デザインの複雑さと複雑さによっては、製品を金型から分離するためにもう少し「押す」必要がある場合があります。 エジェクターピン まさにそれを実行しますが、重大な欠点もあります。 製品を取り出すために力を加えると、パーツに見栄えの悪い跡が残る傾向があります。 これはすべてのアプリケーションにとって問題ですが、美観が機能性と同様に重要である場合にはより深刻になります。
とはいえ、エジェクターピンは本当に必要なものであることも事実です。 したがって、最善の行動は、マークを単に必要悪として受け入れることです。 ただし、取引の妨げになるほど明白である必要があるという意味ではありません。 幸いなことに、エジェクター ピンの位置は事前に決められていないため、設計者は簡単にピンを変更して、マークが非常に目立つ位置にならないようにすることができます。
射出成形の一般的な産業用途
プラスチック射出成形は、航空宇宙、建設、IT、食品業界で使用される部品の製造に最適な選択肢です。 それがどれほど一般的であるかを最もよく理解するために、食品業界の一例を考えてみましょう。 硬い製品のパッケージングのほとんどは、耐久性がありながら柔軟な保護を提供するために射出成形に依存しています。
ここで、プラスチック射出成形が不可欠な最も一般的な業界をいくつか見てみましょう。
自動車部品
世界最大の産業の一つは、 自動車産業。 最近の自動車の多くは、ボディキット、フェンダー、さらには空気力学を改善するためのスポイラーに至るまで、プラスチック部品を使用しています。
これらの部品はすべて、精度と強度が高いプラスチック射出成形技術を使用して主に製造されています。
プラスチック部品が空力プロファイルを改善する自動車のボディと複数の部品の例を考えてみましょう。 この技術で作られた部品は、車両にかかる抗力を軽減する特性を備えています。 そのため、多くの有名な自動車会社が使用しています。 プラスチック射出成形部品.
医療産業
精度と持続可能性に関しては、医療業界が最前線にあります。 製造には非常に厳しいガイドラインがあります 医療分野のプラスチック部品。 操業を継続するには、人命が危険にさらされており、違反があれば死亡事故につながる可能性があるため、メーカーは複数の製造基準を遵守する必要があります。
自動車部品と同様に、医療部品には、耐久性のために高温に耐えられる適切な化学的特性と構造的特性が必要です。 この場合、コンポーネントのほとんどがインプラントまたは重要な外科手術に使用されるため、精度が重要です。
プラスチック射出成形は、強度、柔軟性、耐久性が向上し、修正が容易なため、優れた製造プロセスです。 これらすべての資質が重要な手術を実行するための鍵となります。 この技術を使用する一般的な部品には、手術室準備機器、骨折用サポート、手術機器、義歯などがあります。
ディスプレイ・電子機器関連
マイクロアプリケーションでは、プラスチック射出成形が電子部品の部品に必要な精度と品質を提供するため、広く使用されています。 コンピューター、ラップトップ、およびほとんどの小型電子機器では、小型コンポーネントにプラスチック射出成形技術が利用されています。
注目すべきコンポーネントのほとんどには、マザーボード、RAM ホルダー、RAM ホルダーを含む小型コンピューター部品のケーシング、および SSD のケースが含まれます。 射出成形製品が人気がある主な理由は、寸法要件が厳しいことです。
航空宇宙産業
航空宇宙分野には、精度と構造強度に関して非常に厳しいガイドラインがあります。 最近では、ほとんどの飛行機の空力コンポーネントはプラスチック射出成形によって製造されています。 自動車産業のブームを見て、航空宇宙産業は部品製造にこの技術を採用するという多くの変化傾向を示しています。
射出成形を使用する業界の製品は、大型のものから小型のものまで多岐にわたります。 シートとハンドルの内部の大部分には、積層造形技術に適した特定のグレードの ABS プラスチックが使用されています。
小売商
射出成形の製品の見栄えに関して言えば、この技術の最も一般的な用途はディスプレイ目的で使用される部品です。
これらの部品にプラスチック射出成形が使用される最大の理由は、それが用途に必要な美観と仕上げを提供することです。
家庭用品
製造にプラスチック射出成形を使用する最も一般的な業界は家庭用品です。 家の中を見回してみると、現代の家庭用品にはプラスチックや樹脂素材の部品がたくさん使われていることに誰もが気づくはずです。
現在、一般的なラック、ウィンドウ ホルダー、ハンドル、さらにはカトラリーのホルダーにもこの技術が使用されています。 これらのコンポーネントがこの手法で作成される主な理由は次のとおりです。
- 耐久性
- フィニッシング
- 品質
- 美学
家庭では、ほとんどの人は家を美しく見せたいと考えており、生活を楽にするプラスチック部品を使用しています。 この技術で作られた製品は効率的な耐久性と優れた品質を提供するため、この技術が急成長している理由です。 特にキッチンは以前は金属製の部品が使用されていたため、錆びや騒音の問題で少し作業が困難でした。
プラスチック製品が普及して以来、家庭用品にもこの技術が使用されており、それがいかに一般的であるかを示しています。 世界中の輸出業者は現在、そのようなコンポーネントのみを生産し、世界中に供給する大規模な生産工場を設立しています。 中国はその一例で、経済の大部分でこの技術で作られたプラスチック製品が使用されています。
日用消費財業界
日用消費財業界は射出成形技術に大きく依存しています。 日用消費財企業は、包装や美的デザインの考案に、顧客にとっても魅力的な革新的な包装デザインを考案するのに効果的な包装コンポーネントを使用しています。 コンポーネントの美しさと仕上げとは別に、日用消費財業界は衛生と安全性に関する厳格な規制を遵守する必要もあります。
射出成形は、BPA フリー、FDA 認証、その他の規制の要件に影響を与える可能性のある大きな問題を発生させることなく、製品の全体的な品質を向上させることができます。 この場合、最も重要な規制は、プラスチック成形が提供できる無毒で GMA に対して安全な規制です。
建設業
革新的な製品を作る傾向に伴い、多くの建設会社は、そのようなコンポーネントを通じて作業員が現場での進捗を維持できるように支援する製品を使用しています。 建築家は通常、分度器や射出成形で作られた形状アイテムを使用します。 これらのコンポーネントが使用される理由は次のとおりです。
- 金属製品に比べて大量生産が安価なため、コストパフォーマンスに優れています。
- さまざまな建設用途で重要となる製品の耐久性と柔軟性
- 部品やコンポーネントの軽量化
- 安全部品の品質基準の順守
建設現場で利用されるプラスチック射出成形で作られた一般的な製品には、安全ヘルメット、安全パッド、デザインコンポーネント、さまざまなハンドツールなどがあります。
射出成形のコストに影響を与える主な要因
コスト削減は製造において最も困難な部分の XNUMX つであり、メーカーにとっては時として悩みの種となることがあります。 間接費と製造コストを最適化するには、適切な計画と収支が必要です。
影響を与える可能性のある 8 つの重要な要素を見てみましょう 射出成形コスト:
1 – 材料費
射出成形コストが増加する主な理由は、材料コストにあります。 場合によっては、製品を最高の品質に保つために、材料の特定の基準を遵守するには追加コストが必要になります。 たとえば、通常の生産は FDA 承認の材料生産ほどコストがかからないかもしれませんが、コストは高くなります。
2 – 金型コスト
場合によっては、このコストは XNUMX 回限りの支出であり、金型を何度も再利用することで複数の製品が生成される可能性があります。 ただし、カスタマイズされたモバイルプロテクターやカスタムメイドのパーツなどの革新的な製品の場合はこの限りではありません。 メーカーは金型を作るプロセス全体をやり直す必要があり、コストが増加します。
3 – 人件費
これは最低賃金と労働者が必要とする時間に応じて変化する変動費です。 人件費は、インフレや電力やその他の資源の増加などの外部要因によって増加する可能性があります。その場合、賃金が増加し、最終的には射出成形コストに影響を与えることになります。
4 – 部品の複雑さ
これは主に金型コストの領域に当てはまります。部品が複雑になればなるほど、金型に追加のリソースが必要になるため、コストが高くなるからです。 さらに、場合によっては、複雑な設計では最初の試行では適切な金型が得られず、コストがさらに増加する可能性があります。
5 – 金型サイズ
金型には、熱応力の影響を受けず、高温での圧力に耐えられる特定の材料も使用されています。 金型のサイズが大きくなると、製造に追加の材料が必要となり、最終的に射出成形コストの増加につながります。
6 – 生産量
生産量は、適切な決定を下すことでコストが増減する可能性があるため、調整できる領域の XNUMX つです。 大量生産は常に諸経費を削減するため、生産量が増加すると利益が増加し、コストが削減されます。また、その逆も同様です。
射出成形コストを削減する方法に関するヒントをいくつか紹介します。
- 生産量を増やすと、全体的なコストの点でより良い結果が得られ、収益も増加します。
- 部品の複雑さに関しては、損失を防ぐために注文を申し込む前に設計を検討することが不可欠です。
- 通常、金型のコストは上昇しているため、古い金型を再利用できるかどうかを確認する必要があります。
- トポロジ最適化は、製品の設計を最適化する手法です。 この手法を使用すると、設計者は製造のために設計を改良する余地を簡単に特定できます。 これにより、成形コストが低減されます。
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