金型設計における金型インサートの役割

2023 年 6 月、ドイツの自動車サプライヤーの調達責任者から、会社にすでに 5 か月の費用がかかっている問題について当社に電話がありました。以前のツール ベンダーは、センサー ハウジング ファミリ用に 8 つのスタンドアロン型を納品し、ツールは機能しました。しかし、生産チームは、バリアント間の切り替えが必要になるたびに 6.5 時間の時間をロスしていました。毎月 35+ 件の交代が発生すると、計算は耐え難いものになりました。スケジュールの混乱を考慮しないと、印刷能力の損失は月あたり 24,000 ユーロを超えます。

私たちは、交換可能なインサートを備えた単一の MUD フレームを中心にプログラムを再構築しました。工具への総投資額は 387,000 ユーロから 136,000 ユーロに減少しました。しかし、運用責任者にとって実際に重要だった数字は異なりました。切り替え時間は 23 分に短縮されました。

 

このプロジェクトにより、金型インサート戦略についてクライアントと話し合う方法が変わりました。工具コストの削減は調達会議で注目を集めますが、運用上のレバレッジにより、発注が終了した後も製造管理者が長期間関与し続けることができます。

実際に意思決定を促す経済学

DME が公開した文書では、同社のマスター ユニット ダイ システムにより工具コストを「最大 66%」削減できると主張しています。この数字は、金型インサートに関するほぼすべての記事に記載されています。これらの記事で言及されていないのは、その 66% が実際にどこから来たのかということです。

節約は実際のキャビティ加工ではなく、モールド ベースに集中します。部品に複雑な内部形状が必要な場合、工具の構成に関係なく同じフィーチャーを切削することになるため、挿入アプローチでは 66% ではなく 30 ～ 40% の節約しかできない可能性があります。

当社の内部追跡調査によると、純粋に購入価格だけでインサート工具を評価しているクライアントは、財務上の影響の約 60% を見逃しています。より大きな効果は生産経済に現れます。

250 トンのプレス機をフル負荷で 1 時間あたり 115 ユーロで稼働させると、6.5 時間の金型交換中に 747 ユーロの燃焼が発生します。毎月 35 回の切り替えを実行し、年間のダウンタイム コストは 313,000 ユーロを超えます。この切り替えを 25 分に短縮すると、金額は 16,800 ユーロに下がります。デルタには多くのツールの費用がかかります。

30 分未満の変更を実現する具体的なクイック変更構成については、ブログ投稿では共有しません。{0}この会話には、プレスのレイアウト、給水マニホールドのセットアップ、オペレーターのワークフローを理解する必要があります。ただし、原則は当てはまります。プログラムに複数の SKU にわたって年間 20 回を超える切り替えが含まれる場合、運用計算では、初期コストの比較に関係なく、通常、インサート ツールが有利になります。

私たちが断ったプロジェクト

すべての用途が金型インサートの恩恵を受けるわけではありません。このアプローチがいつ失敗するかを理解することで、いつ成功するかが明確になります。

Q2 2024 さんは、ある医療機器メーカーから、まるで教科書のような挿入領域について相談を受けました。それは、同一の外形寸法を共有し、雌ねじの構成のみが異なる 7 つのカテーテル コネクタのバリエーションです。年間販売台数予測：240万台。交換可能なコアを備えた共有モールド フレームのクラシックなケース。

材料仕様を検討した結果、お断りさせていただきました。

クラス III 医療機器のインサート交換ごとに、MDR に基づく部分的な再検証がトリガーされ、1 回の文書作成とテストに約 4,200 ユーロのコストがかかります。{0}}これを 13 回の交換で乗算すると、54,600 ユーロの規制上の負担となり、工具の節約が完全になくなってしまいます。

高摩耗ねじ山ゾーンにのみ交換可能な NAK80 インサートを備えた 7 つの独立型金型を推奨しました。-エレガントさは劣りますが、経済的には健全です。

私がこれについて言及したのは、実際の樹脂仕様に照らして摩耗寿命予測を実行せずにインサート ソリューションを推進するツーリング サプライヤーが多すぎるためです。サプライヤーが特定の材料グレードに関連付けられたサイクル寿命の推定値を提供できない場合は、認定の問題として扱います。{1}

素材の選択により相乗効果が生まれる

インサート鋼の決定は、プログラム内のすべての下流コストに反映されます。調達チームは、これをエンジニアが対処すべき技術的な詳細として扱うことがあります。それは間違いです。材料の選択は、生産期間中の部品あたりのコストの安定性を直接決定します。--

P20 プリハードン鋼-は、ほとんどの未充填熱可塑性プラスチックを 250,000-300,000 サイクルにわたって適切に処理します。材料は迅速に加工され、プログラム中にエンジニアリング変更が発生した場合でも現場での変更を受け入れます。-製品チームが後期段階で設計変更を行ったお客様のために、P20 インサートを溶接および再加工しました。{10}この柔軟性は、仕様が流動的な開発段階では価値があります。

出版されている文献では通常、「500,000 サイクルを超える」ボリュームには H13 を推奨しています。当社の製造記録は別の物語を伝えています。 15% ガラス-入りナイロンでは、P20 で 300,000 ショットではなく 40,000 ショット以内で測定可能なゲート浸食が発生します。ゲートは引き続き機能部品を生産しますが、寸法ドリフトはほとんどのツーリング エンジニアが予想するよりも早く始まります。品質要件で流路の特徴に厳しい公差が指定されている場合は、教科書の数値を大幅に下回る体積しきい値で硬化インサートが必要になる場合があります。{13}}

データの 1 つのパターンは私たちを驚かせました。NAK80 は、硬度が低いにもかかわらず、未充填ポリカーボネート上で H13 よりも優れた性能を発揮します。そのメカニズムは磨きやすさに関係します。 NAK80 は、排出時の付着や固着を軽減する、より微細な表面仕上げに対応しています。表面品質が不合格率を左右する光学グレードの透明部品の場合、材料の選択は純粋に耐摩耗性だけではありません。

当社は、生産現場全体で詳細なインサート寿命追跡を維持しています。このデータセットは推奨事項を提供しますが、樹脂の種類とサイクル寿命予測の間の具体的な相関関係は公開していません。-これらの数値は、長年にわたる生産データの蓄積を表しており、当社のエンジニアリング価値提案の一部を形成しています。

機能的なツールと問題のあるツールを区別する設計の詳細

インサートとそのポケットの間の境界面は、工具がスムーズに動作するか、慢性的な製造上の問題を引き起こすかどうかを決定します。これは、ツール プロジェクトが劇的に失敗するのではなく、静かに失敗する場合です。

当社は、インサートポケットの抜き勾配が 0.5 度に指定されている他のサプライヤーからの工具を引き継ぎました。理論的にはクリアランスとしては十分です。実際には、製造中の熱膨張によりインサートが固着します。オペレーターがこじ開け棒で強制的に取り外し、目撃者の表面に損傷を与え、フラッシュの問題が始まります。損傷が発生すると、ポケットの再加工が必要になるか、ツールが継続的な品質問題を抱えた状態で動作します。-

当社の規格では、インサートポケットの最小抜き勾配を 1.5 度、立会い面を Ra 0.4 以上に研磨することが求められています。追加の機械加工により、工具コストが 800 ～ 1,200 ユーロ追加されます。この費用により、低仕様で作られた工具に見られる慢性的な結合や表面損傷のパターンが防止されます。

インサート構成が増えると、熱管理の複雑さが増します。インサートと-の各インターフェースは、熱伝達に潜在的な不連続性をもたらします。昨年のコネクタ ハウジング プロジェクトでは、定常状態の生産中にキャビティ表面全体で 8 度の温度変化を測定しました。-熱勾配により、クライアントの平面度仕様である 0.15 mm を超える反りが発生しました。

この解決策には、インサートポケット内のサーマルインターフェイスコンパウンド、インサート本体内の熱質量の増加、およびサイクルあたり 2.3 秒の追加冷却時間が必要でした。このサイクルの延長により、年間 800,000 個のユニットで部品あたり 0.0038 ユーロが追加されました。これは、元の工具の見積書には記載されていなかった年間生産コストとして約 3,040 ユーロになります。

この例を共有するのは、インサート工具の熱影響は、工具が従来の設計と同じように機能することを期待しているクライアントを驚かせることがよくあるためです。物理学は異なります。設計段階でこれらの差異を考慮する方が、生産適格性評価時に差異を発見するよりもコストがはるかに低くなります。

挿入戦略がプログラムに適合するかどうかを決定するもの

意思決定の枠組みは複雑ではありませんが、正直な意見が必要です。

複数のバリアントにわたって 500,000 未満のライフタイム ユニットを実行するプログラムでは、通常、挿入アプローチが好まれます。工具への投資が少ないため、資本の柔軟性が維持され、修正機能が維持されるため、製品開発段階でのリスクが軽減されます。単一 SKU で 150 万ユニットを超えるボリュームを対象とするプログラムでは、最適化された冷却と簡素化された切り替えにより、より高い初期費用が相殺される専用ツールが正当化されることがよくあります。

マテリアルの特性は、クロスオーバー ポイントをシフトする形でこのボリュームのしきい値と相互作用します。ガラス繊維含有量が 20% を超えると、インサートの摩耗が促進され、専用の硬化モールドを早期に使用する方が経済的利点が高まります。未充填の汎用レジンは、インサートの生存可能性を体積曲線までさらに延長します。

切り替え頻度は総量とは独立して重要です。 15 SKU で年間 200,000 ユニットを生産するプログラムは、単一の部品を年間 200,000 ユニット生産するプログラムとは経済性が異なります。最初のケースでは、ほぼ確実にインサート ツールの恩恵を受けます。 2 番目のケースでは、別の分析が必要になります。

施設の切り替え能力も考慮されます。インサート システムは、オペレーターがプレスから金型を取り外さずにインサートにアクセスできる場合にのみ、時間的利点を実現します。プレス構成、安全プロトコル、またはツーリング設計により、インサートにアクセスするために金型を取り外す必要がある場合、切り替えのメリットは大幅に減少します。

私たちは見積もりプロセス中にクライアントとこれらの要素を検討します。目的は、一般原則に基づいてどちらかのアプローチをデフォルトとするのではなく、ツール構成を特定の運用環境に適合させることです。

プロジェクトを前進させる

今後のプログラムの金型インサート戦略を評価している場合、正確な比較を可能にする情報には、フィラー含有量と加工温度を含む樹脂仕様、共通の形状を共有する部品バリアントの数、バリアントごとの年間生産量とプログラムの総寿命、予想される切り替え頻度、重要なフィーチャーの寸法公差などが含まれます。

完全なプロジェクト ファイルを受け取ってから 5 営業日以内に、予備的な技術的な推奨事項を提供します。成果物には、インサートと従来のアプローチのコスト分析、材料仕様に基づく推定インサート耐用年数、指定された生産ワークフローに関連付けられた切り替え時間の予測が含まれます。--

ツールの価値が 150,000 ユーロを超えるプログラムについては、直接技術的な議論を行うために専任のプロジェクト エンジニアを割り当てます。小規模なプログラムは、必要に応じて専門家によるエスカレーションを伴うアプリケーション エンジニアリング グループを経由します。

弊社の技術問い合わせポータルを通じて、STEP 形式で 3D モデルを材料データシートおよび体積予測とともに送信してください。このベースライン情報により、調達の決定をサポートしない範囲を提供するのではなく、実際の要件に基づいて見積もりを行うことができます。