射出成形プロセスとは何ですか?

射出成形は、ほとんどのプラスチック部品の製造方法です。すべてではありませんが、日常的に目にする硬質プラスチック部品の大部分は、このプロセスで作られています。-携帯電話のケース、自動車のトリム、医療機器、家電製品の筐体、玩具などです。プラスチック部品が数千ユニットを超える量で存在する場合、おそらく誰かが射出成形したものと考えられます。

コンセプトは非常に単純なので、30 秒で説明できます。プラスチックが溶けるまで加熱し、スチール製の金型に押し込み、冷却し、金型を開け、部品を取り出し、これを繰り返します。私たちはこのサイクルを数十台のマシンで 1 日に何千回も実行します。しかし、コンセプトを理解することと、実際に一貫して良い部品を製造することとの間のギャップは、エンジニアリングのほとんどが直面するところです。

実際のプロセス

原材料は、通常直径 2-3 mm の小さなペレットとして到着します。これらはホッパーに装填され、大きなスクリューが入った加熱されたバレルに供給されます。スクリューは 2 つの目的を果たします。回転してペレットを前方に搬送しながら、摩擦と外部ヒーターですべてを均一な塊に溶かし、その後、その溶融物を金型に注入するプランジャーとして機能します。

金型が閉じて射出が開始されると、溶融プラスチックはランナーと呼ばれるチャネルを通って、実際の部品キャビティへの流れを制御する狭い制限であるゲートに到達します。{0}充填は迅速に行われ、通常は数秒です。冷たい金型の壁に接触しているプラ​​スチックはすぐに凝固し始めますが、中心の材料は流れ続けます。これにより、凍結したスキンが作成され、充填が進むにつれて厚くなります。射出速度が間違っていると、閉じ込められた空気によってショート ショット、フロー ライン、または焼け跡が発生します。

キャビティが満たされた後、冷却中にプラスチックが収縮するため、機械は圧力を維持して追加の材料を詰め込みます。この保圧段階は、ゲートが凍結して密閉されるまで続きます。それなら待ってください。プラスチックは熱の伝導性が低く、変形せずに耐えられるほど十分な剛性が得られるまで部品を取り出すことができないため、通常、冷却は総サイクル タイムの 70 ～ 80% を占めます。 30 秒のサイクルには、3 秒間の充填と 25 秒間の冷却が含まれる場合があります。

最後に金型が開き、エジェクター ピンが部品を押し出し、金型が再び閉じ、すべての作業が繰り返されます。サイクル時間は、薄い単純な部品の場合は 10 秒未満から、厚い複雑な部品の場合は数分までの範囲です。

困難が実際に存在する場所

その説明を読むと、機械がすべてをやってくれるように思えます。ペレットを装填し、ボタンを押し、パーツを集めます。一部の操作は、寛容なマテリアルを使用した単純なジオメトリに対してそのように実行されます。しかし、ほとんどの制作では、必ずしも直感的とは限らない方法で相互作用する変数に常に注意を払う必要があります。

溶融温度を上げるとプラスチックが流れやすくなり、薄い部分の充填に役立ちます。しかし、温度が高くなると冷却時間が長くなり、材料が劣化する危険性があります。凍結スキンが厚くなりすぎてせん断加熱やジェッティングが発生する可能性がある前に、射出速度を上げて充填してください。ヒケを防ぐために保圧圧力をさらに加えると、プラスチックが金型の半分の間に押し込まれるバリと戦うことになります。

科学的な成形方法論は、-John Bozzelli などの人々や RJG Inc. などの組織によって推進されています。-試行錯誤による調整ではなく、キャビティ圧力センサーと文書化された実験を使用して体系的にこれにアプローチします。-この規律は、生産の一貫性に大きな違いをもたらします。

欠陥には複数の相互作用する原因があります。ヒケは厚い部分への充填が不十分であることを示していますが、ヒケを修正するには、圧力、時間、温度、冷却を同時に変更する必要がある場合があります。内部応力が緩和されると、射出後数時間で反りが現れることがよくあります。-金型から取り出した時点では部品は正常に見えますが、徐々に歪みます。プラスチック工学会のデータによると、表面欠陥だけで業界全体の射出成形の不合格の 40% 近くを占めています。-

型そのもの

少量から中量の射出成形の経済性は、金型コストが大きく左右します。シンプルな単一キャビティのアルミニウムのプロトタイプ金型には、2,000 ドル -5,000 ドルかかる場合があります。-複数のキャビティを備えた生産用鋼製金型の費用は 25,000 ドルです-複雑な構成の場合は 100,000 ドル、またはそれをはるかに上回ります。Formlabs は、複数のキャビティを備えた生産ツールの場合、最大 100 ドルの範囲を示すデータを公開しています000+（formlabs.com）。

金型の構造は、何を生産できるかに直接影響します。 2 つのプレート設計により、ほとんどの標準部品を処理できます。- 3 つのプレート金型によりランナーが部品から自動的に分離されます。サイド アクションとリフターにより、通常の金型開口方向では解放できないアンダーカットが可能になります。-ホット ランナー システムではランナーのスクラップは排除されますが、コストとメンテナンスの複雑さが増加します。

ゲートの位置-プラスチックがキャビティに入る場所-は、外観と構造的完全性の両方に影響します。ゲートは目撃マークを残すため、化粧面には別の場所にゲートを隠す必要があります。ゲートの配置により、強化材料の流れパターン、ウェルド ラインの位置、繊維配向も決まります。

金型内の冷却チャネルのレイアウトはサイクル タイムに直接影響します。キャビティ表面に近いチャネルは熱をより速く除去しますが、鋼は弱くなります。ほとんどの設計では、妥協点としてチャネルをキャビティ表面から 15 ～ 25 mm の位置に配置します。まっすぐなドリル穴ではなく部品の輪郭に沿ったコンフォーマル冷却により、複雑な形状のサイクル時間を大幅に短縮できます。