いくつかの工具を分解して修理すれば、金型部品はそれほど神秘的ではなくなります。コアは内側の表面を作り、キャビティは外側を作り、その他すべてはこれら 2 つの部分をサポートしたり、物体を移動させたりするためにただそこにあります。ただし、何を成形するか、またツールの使用期間に応じて、詳細は複雑になります。
P20 鋼は、ほとんどの国内ショップが汎用工具に使用しているものです。 2024 年 3 月に Castle Metals で 1800 ポンドを注文したときの価格は、1 ポンドあたり約 5.40 ドルでした。これは 30 HRC に事前硬化されているため、熱処理なしで機械加工できるため、スケジュールを数週間短縮できます。中型のモールド ベース（おそらく 18 インチ x 24 インチ）の場合、コアとキャビティ ブロックだけで 400 ～ 500 ポンドの鋼材が必要になります。
H13 はコストが高く、機械の速度も遅くなりますが、耐摩耗性が向上します。お客様がガラス充填材料を使用している場合、または 200,000 以上のサイクル寿命を希望する場合にのみ使用します。{2}熱処理後の硬度は約 50 HRC であるのに対し、P20 では 30 HRC です。これは、超硬工具と遅い送りを意味します。硬化鋼を効率的にフライス加工できないため、微細な形状を作成するには EDM が必要になります。
エジェクターピンはシンプルに見えますが、実はそうではありません
Progressive Components の標準的な丸いエジェクター ピンの価格は、直径に応じて 1 本あたり約 8 ～ 12 ドルです。問題はコストではなく、ボア内でかじりつくことなく、数万サイクルにわたって確実に動作するようにすることです。
私たちは昨年、自動車内装トリム - 32 のエジェクター ピン用のツールを作成しました。これは、部品の形状が複雑だったためです。 8,000 サイクル後、6 本のピンが断続的に焼き付きました。金型を分解すると、エジェクタープレートを貫通するピンシャフトにかじりがあることがわかりました。ボア仕上げは 16 Ra 以上であるべきところ、32 Ra でした。型の受け入れ中にそれを捕らえなかったのは私たちの責任です。
すべてのピンを引き抜き、ボアを 12 Ra まで研磨し、窒化ピンを取り付けることで問題を修正しました。窒化ピンの価格は標準のピンが 9 ドルであるのに対し、1 本あたり約 14 ドルですが、表面硬度は 65 HRC に跳ね上がります。問題が発生する前に、ツールはさらに 40,000 サイクルを実行しました。
ブレード イジェクタは異なります。- 丸型ストックを使用する代わりにカスタム形状をワイヤ EDM 加工しています。永遠に時間がかかり、それに応じて費用もかかります。電池ハウジングのセットを作ったところ、丸ピンだと合計 400 ドルかかるところ、加工時間は 2,100 ドルかかりました。しかし、その部分の深いリブでは丸いピンは機能しませんでした。
冷却チャネルは人々が考えているよりもはるかに重要です
サイクル タイムは基本的に、部品をどれだけ速く冷却できるかによって制御されます。これは、壁厚さ - 8mm、金型温度 180 度のポリプロピレン ハウジングで測定しました。直径 3/8 インチの冷却ラインがキャビティ表面から 1.2 インチの間隔で配置されている場合、冷却時間は 38 秒でした。行を 0.7 インチの間隔に移動し、26 秒に短縮しました。
この 12 秒の短縮は、年間 500,000 個の部品を稼働させるまではそれほど大したものではないように思えます。年間約 1,660 時間のプレス時間を節約でき、1 時間あたり 65 ドルの機械料金で 10 万ドル以上の製造コストが削減されます。それでも、冷却ラインの再設計によって工具コストがおそらく 3,500 ドル増加しただけです。
3D プリント金型インサートを使用したコンフォーマル冷却では、冷却時間をさらに 20-30% 削減できますが、印刷材料 1 立方インチあたり 95 ～ 115 ドルを支払うことになります。私たちはこれについて医療機器の金型についてコスト分析を行いました。従来の穴あけ冷却の場合は 4,000 ドルであるのに対し、印刷されたインサートは 18,000 ドルになる予定でした。生産量に応じて回収期間は 14 か月だったので、それを転嫁しました。
温度制御ユニットは別のものです。中国製の安いものは 1,800 ドル-2,500 ドルもしますが、温度の安定性がひどいです。1 つのユニットで ±8 度の変動を測定しました。サーマル ケア ユニットの価格は 6,500 ～ 9,000 ドルですが、温度は ±1 °F に保たれます。金型温度の精度が重要なエンジニアリング樹脂の場合は、お金を払う価値があります。
冷却チャネルを通る流量は、乱流 - レイノルズ数が 4000 程度を超える必要があります。これをツール - で 2 GPM、3/8 インチのラインを通してさまざまなポンプでテストしましたが、流れは層流で冷却が吸い込まれました。5 GPM に上げると温度は均一になりました。8 GPM に上げてもそれ以上の効果はなく、ポンプ容量を無駄にするだけでした。
ゲートの種類とそれが引き起こす混乱
エッジ ゲートには、トリミングが必要な目に見える跡が残ります。機械加工は簡単ですが、部品を手動でトリミングしたり、トリミング治具をセットアップしたりするには、誰かにお金を払うことになります。工業用部品の場合は誰も気にしませんが、消費者製品の場合は受け入れられません。
潜水艦のゲートは射出中に切断されるため、手動でトリミングする必要はありません。ゲート チャネルは、5 ～ 7 度の抜き勾配で成形品表面の下をトンネルします。抜き勾配が間違っていたり、ゲートの直径が大きすぎると、ゲートがきれいにせん断されず、ゲートの位置で材料が裂けてしまいます。
これが外装ハウジング部品で発生した場合、- ゲートの直径は 0.060 インチで指定されていましたが、誰かが図面を読み間違えたため、0.072 インチで加工されました。部品には外観仕様を満たさない粗いゲート傷が付いていました。仕様に戻す前に、ゲート領域を再加工し、ショットをテストするのに丸 1 日かかりました。
ホット ランナーではランナーの無駄が完全に排除されますが、4 キャビティ工具のマニホールド システムに 18,000 ドル -30,000 ドルを費やすことになります。メンテナンスは定期的に行われます - ノズルの詰まり、熱電対の故障、ヒーターバンドの切れ。適度に複雑なツールのホット ランナー修理には、年間 1,500 ～ 2,500 ドルの予算を用意しています。
一部のマテリアルはホット ランナーではまったく実行されません。かつて、ホット ランナーで PVC を実行してみました - ひどいアイデアでした。この材料は高温で劣化し、HCl が発生してあらゆるものを腐食させます。材料を無駄にしたにもかかわらず、結局コールドランナーに戻しました。
バルブ ゲートを使用すると正確なゲート制御が可能になりますが、バルブ ピン アセンブリのコストは 1 つにつき 1,800 ドル-2,400 ドルかかります。 8 個のキャビティ ツールの場合、ゲート ハードウェアだけで約 20,000 ドルかかり、さらに油圧または空気圧による作動が必要です。ゲート コスメティクスとショット間の一貫性が重要なハイエンド アプリケーションでのみ意味を成します。-
サイドアクションは予測可能なパターンで失敗します
金型が開くと、アングル ピンがスライドを引き戻します。標準の角度は垂直から 18 度です - それより急な場合は過度の横荷重がかかり、浅い場合はピンが長すぎる必要があります。スペースの制約に応じて、15 ～ 20 度の範囲を使用します。
直径が 0.500 インチから 0.375 インチになるなど、直径が変化する場所でピンは失敗します。-。急激な遷移半径により応力集中が生じ、25,000-40,000 サイクル後に疲労亀裂が発生します。ガラス繊維入りナイロンツールで 32,000 サイクルでアングル ピンのバッチが故障しました。遷移半径を 0.020 インチから 0.080 インチに変更し、ピンを窒化することで問題を解決しました。
スライドの下の摩耗プレートは、約 60,000 サイクルごとに交換する必要があります。ブロンズ-充填 PTFE は標準素材 - で、サイズに応じてプレートあたり約 45 ～ 65 ドルかかります。ミスミでは販売されています。保守性を考慮して設計されている場合、交換にはおそらく 90 分かかります。一部のツールには摩耗プレートが埋め込まれており、アクセスするには分解に 4 時間必要です。デザインが悪い。
油圧コアのプルはアングル ピンを完全にスキップします - 油圧シリンダーはコアを押し込んだり押し出したりするだけです。作動方向の柔軟性が大幅に向上し、より大きなコアを使用できるようになります。シリンダーの価格は、ボアサイズとストローク長に応じて 1,400 ～ 2,200 ドルです。ほとんどの成形機には 2 ～ 3 コアを稼働できる補助油圧装置が備わっていますが、それを超えると外部電源ユニットが必要になります。
火傷跡が残るまで通気は無視される
閉じ込められた空気は射出中に圧縮され、最大 700-800 度まで加熱され、プラスチックが燃えて黒い跡が残ります。標準の通気孔はパーティング ラインで 0.0008 ～ 0.0012 インチの深さです。空気が入るには十分な深さですが、プラスチックがフラッシュするには浅すぎます。
実際には、通気孔は離型剤と劣化した樹脂で詰まります。真鍮ブラシやビーズブラストを使って毎週掃除しています。通気孔にアクセスできる場合は金型ごとに約 30 分かかりますが、複雑な遮断領域に埋め込まれている場合はさらに長くなります。
多孔質ベントプラグの価格は 1 つあたり 95 ～ 140 ドルですが、狭い場所では機械加工されたベントよりもはるかに効果的です。焼結金属は 25 ～ 30 ミクロンの多孔質であるため、ガスは逃げますが、プラスチックは浸透できません。従来の通気が機能しない深いリブ領域や複雑な形状にこれらを配置します。
一部の建築業者は、マイクロベントにレーザー アブレーションを使用しています。-現在、- フラッシュが発生しにくい深さ 0.0003 ～ 0.0006 インチのチャンネルを焼きます。レーザー機器がないため、自分たちでは試していません。おそらく、その投資を正当化するには、航空宇宙または医療関連の仕事をする必要があるでしょう。
安価なコンポーネントで日常が台無しになると
割引価格のエジェクター リターン ピンを 1 回購入して、ツールの製作費を 180 ドル節約しました。ピンの測定値は、指定された最小 HRC 48 ではなく、36 HRC でした。 4,200 サイクル後、ピンの頭が急成長し、エジェクター プレートに詰まりました。金型が完全にロックされています。
すべてを分解し、6 本のリターン ピンをすべて適切な硬度ユニットに交換し、損傷したエジェクター プレートの穴を掃除する必要がありました。 3 日間の生産が失われ、緊急修理の労働力として 1,800 ドルが費やされました。 30 ドル相当のコンポーネントを安く買うと、こういうことが起こります。
リーダーピンとブッシュは金型の位置合わせを制御します。標準クリアランスは直径 0.0007-0.0010 インチで、スロップのないスムーズな操作が可能です。研磨材を使用する工具用に、DME のダイヤモンド コーティングされたリーダー ピンを 1 本あたり 135 ドルで仕様しています。コーティングされていないピンよりもおそらく 6 ～ 8 倍長持ちします。
Strack または Hasco のスプルー ブッシュの価格は、ノーズ半径とゲート直径に応じてそれぞれ 80 ドル-120 ドルです。スプルーとノズルが接する半径が重要です。鋭すぎると応力が集中し、最終的に亀裂が発生します。コールド ランナー ツールでは最小半径 0.500 インチを使用し、ホット ランナー マニホールドではより大きな半径を使用します。
インサート成形が複雑になる
金属インサートには正確な位置決めが必要です。-0.015 インチのずれでも寸法上の問題が発生する可能性があります。-バネ仕掛けの位置決めピンにより、金型を閉じるときにインサートがデータム面に保持されます。ピンの価格は、ミスミかフィブロで 1 本あたり 25 ～ 40 ドル程度で、非常に標準的な部品です。
インサートの保持力は機械的な連動に依存します。ナイロン 6/6 で行ったテストに基づいて、円筒形真鍮インサートのローレット加工により、滑らかなインサートと比較して引き抜き力が 35 ～ 40% 向上します。ダイヤモンド ローレットはストレート ローレットよりも表面積が増えるため、より効果的です。
私たちが行ったオーバーモールド プロジェクトでは、ABS の最初のショットは TPE の 2 番目のショットの前に 5 時間の大気暴露が必要でした。オーバーモールド前の寸法安定化について - エンジニアはうまく説明しませんでしたが、樹脂サプライヤーはそう推奨しました。つまり、バッファ在庫とラックスペースが必要となり、生産スケジュールが複雑になりました。
ツーショット金型は、1 サイクルで両方のショットを実行することで在庫の問題を回避します。{0}金型はステーション間で回転または割り出しを行います。ただし、金型のコストは 45,000 ～ 65,000 ドルに跳ね上がりますが、逐次成形の場合は 12,000 ～ 18,000 ドルになります。本当に大音量の場合にのみ意味を持ちます。
アルミニウム工具が依然として存在する理由
アルミニウムは工具鋼よりも 4 倍速く加工できます。 H13 でのフライス加工に 28 時間かかるキャビティは、QC-10 アルミニウムではおそらく 7 時間かかります。 1時間あたり90ドルの店の料金としては、かなりの金額です。
工具寿命が問題です - アルミニウムは、樹脂と条件に応じて 8,000 ～ 12,000 サイクルに耐えます。プロトタイピングやブリッジ ツールには適していますが、実稼働ボリュームを実行することはできません。 QC-10 アルミニウムのコストはポンドあたり約 9.50 ドルであるのに対し、P20 スチールの場合は 5.40 ドルであるため、材料コストは高くなりますが、機械加工の節約はそれを補って余りあるものです。
一部のビルダーは、スチールコアとゲートインサートを備えたアルミニウムキャビティを使用しています。これを 35,000 個の部品の実行で実行しました。-、全鋼製構造と比較して工具コストが約 6,500 ドル節約されました。-アルミニウムのキャビティは約 32,000 サイクルで磨耗し、軽い研磨が必要でしたが、問題なく使用できました。
カークサイトはアルミニウムよりもさらに安価ですが、実際の射出成形に使用されているのを見たことがありません。おそらく低圧用途向けですが、標準の噴射ではありません。-
記事末尾の追加提案
調達している場合射出成形部品ここで取り上げた頭痛の種を避けたい場合は、ツールの基本を実際に理解しているショップを探してください。誰かがゴミコンポーネントを使用したり、適切な通気を怠ったりしたために金型が 15,000 サイクルで故障した場合、安い見積もりは何の意味もありません。