射出成形は、製造業で一般的に用いられる方法である。射出成形では、材料を高圧で金型のキャビティに押し込む。通常、設計段階では、部品の肉厚は最も重要な検討事項の一つです。そこでこの記事では、肉厚と射出成形との関係、そして肉厚が部品の品質と製造能力にどのように影響するかについての洞察について説明します。
射出成形の肉厚の定義は？
射出成形 肉厚 射出成形で作られる成形品の肉厚のこと。成形品の最も外側の表面から、もう一方の最も外側の表面までの厚さをミリメートル単位で表したものです。さらに、肉厚は成形品の破損メカニズムに対する抵抗力を決定するため、おそらく最も重要である。これには、降伏、座屈、反り、外観上の欠陥などが含まれる。肉厚は常に特定の条件、すなわち材料、部品の機能、設計、使用する成形装置に合わせて設計しなければなりません。そのため、適切な肉厚を選択することは、望ましい部品を提供する上で極めて重要です。
均一な肉厚の重要性とは？
均一な肉厚は、高品質を実現する上で非常に重要です。欠陥がなく、構造的に健全な射出成形部品を提供するのに役立ち、構造的完全性も向上します。これに加えて、効率を改善し、材料の使用を最適化するのにも役立ちます。それでは均一な肉厚の重要性について詳しく説明しましょう。
1.部品品質への影響
そのため、まず第一に、均一な肉厚は安定した冷却をもたらし、内部応力や変形を防ぎます。これに加えて、正確な寸法を保つことができるため、表面の欠陥、すなわちヒケや反りを避けることができます。さらに、最終部品の機能性と美観の両方が向上します。
2.欠陥の低減
第二に、肉厚が均一であれば、結果的に反りやヒケを抑えることができる。均一な冷却が促進され、内部応力が軽減されるため、最終的には弱点の少ない、より強く耐久性のある部品ができるのです。
3.構造的完全性
均一な肉厚は、バランスのとれた荷重分散をもたらし、強度と耐久性を向上させます。さらに、製品の機械的特性、すなわち引張強度や耐衝撃性を向上させ、信頼性の高い性能を提供します。
4.製造効率の向上
また、金型設計と射出成形工程を容易にします。サイクルタイムを短縮し、生産コストを削減します。さらに、より速く、より良い冷却を促進し、生産工程を最適化します。
射出成形における材料の考慮点
射出成形の肉厚に関する材料の考慮点は以下の通りである。
- タイプ 例：ABSやPCなどの熱可塑性プラスチック、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、シリコーンゴムなどのエラストマー、TPEなど。
- 流れだ： 金型への充填は、製品を薄くする場合は粘度に依存する。高流動材料が必要で、厚みが必要な場合は低流動材料が最も適している。
- 収縮： 金属では、溶融状態からサイズが小さくなり、固体状態または鋳造状態を示す。これは、正しいサイズの部品を作るための金型の設計で考慮される。
- 筋力と柔軟性： さらに、剛性と強度も重要な要素であり、これらは構造的な見通しを確実にするために、建設中の壁の厚さを決定する。
- 抵抗力がある： 耐熱性と耐薬品性に優れ、あらゆる使用条件下で長寿命を実現。
- 表面仕上げ： 成形材料の特性は、成形品の美観や平滑性を高めるために、成形品の表面仕上げや外観に影響を与える。
- コストと環境への影響： これには、材料の単価、リサイクル能力、持続可能な基準への適合性などが含まれる。
以下の表は、それぞれの材料がサポートできる適切な範囲を示しています。下の図は、PC材料で作った厚肉の射出成形部品です。 PC射出成形.
| 素材 | 典型的な壁厚の範囲： |
| ABS | 1.0-3.0 mm |
| ポリカーボネート（PC） | 1.0-3.0 mm |
| ポリプロピレン（PP） | 0.8 - 2.5 mm |
| ポリエチレン（PE） | 1.0-3.0 mm |
| ナイロン（PA） | 1.0-3.0 mm |
| アセタール（POM） | 0.8-3.0 mm |
| ポリエチレンテレフタレート（PET） | 1.0-3.0 mm |
| ポリ塩化ビニル（PVC） | 1.0-3.0 mm |
| アクリル（PMMA） | 1.0-3.0 mm |
| ポリエチレンビニルアセテート（EVA） | 1.0-3.0 mm |
| 熱可塑性エラストマー（TPE） | 1.0-3.0 mm |
| エポキシ樹脂 | 1.0 - 5.0 mm |
| シリコーン | 1.5 - 6.0 mm |
射出成形における肉厚設計のガイドライン
射出成形における最適な肉厚を設計するための簡単な表を示します。
| ガイドライン | 説明 |
| 一般的な経験則 | 欠陥を防ぐため、厚さを均一に保つ。
スムーズで厚みのあるトランジションを保証する。 |
| 最小肉厚 | 材料のフローによりますが、フローが大きい材料は0.5～1.5mmの厚さになります。
強度を確保するために最小限の厚さにしてください。 金型が完全に満たされるようにする。 |
| 最大肉厚 | 厚い壁（4mm以上）は、冷却とサイクル時間を増加させる。
コストと重量を削減するための最適化。 壁が厚いと、ヒケや空洞が生じる危険性がある。 |
| 構造的／機能的要件 | 高負荷のかかる部分には、より厚い壁を使用する。
熱絶縁および電気絶縁のための比厚 柔軟性と強度のバランスの厚さ。 |
| 製造可能な設計 | デザインの互換性と材料の流れを確認する。
排出しやすいように1～2度のドラフトを入れる。 かさばることなく、薄い壁を補強。 |
| シミュレーションとテスト | CAEを使用して問題を予測し、修正する。
プロトタイプをテストし、デザインを検証する。 |
肉厚最適化のためのツールとリソース
射出成形の肉厚効果を高めるのに役立つツールやリソースをご紹介します。
シミュレーション用ソフトウェア・ツール
射出成形において、適切な肉厚を決定するために効果的に使用されます。肉厚の決定において非常に重要な役割を果たします。これらのツールは、材料がどのように輸送され、射出成形工程でどのような挙動を示すかについての情報を提供します。そのため、設計者は、実際の成形工程で発生する可能性のある課題のいくつかを防止または解決することができます。主な利点と特徴は以下の通り：
- フロー分析： 溶けた材料が金型に入る過程を模倣している。そして、材料がうまく流れなかったり、空気トラップが発生したりする部分を表示します。
- 冷却分析： コンピューター・モデリングにより冷却パターンを予測し、均一な冷却を可能にする。そのため、反りやヒケなどの問題を解消することができる。
- ストレス分析： 部品の応力をチェックして肉厚を確認します。最適かどうか、応力レベルが用途に十分かどうか、高すぎないかどうかをチェックします。
- 最適化アルゴリズム： 肉厚やその他の設計特性に加えるべき変更を提案すること。部品の生産能力や作業効率に影響を与える可能性があるからです。
射出成形のための有名なシミュレーションソフトには、Auto Desk Mold Flow、Solid Work Plastics、Moldex3Dなどがある。これらはすべて、欠陥のないソリューションを最適化するためのセクション設計で設計者を支援します。
2.プロトタイピングオプション
プロトタイピングにはいくつかの種類があります。つまり、設計者は、シミュレーションされたモデルと比較して、重要な物理的および実形式の調整を行うことができます。これに加えて、これらのオプションは部品の製造を目的としているため、これらのプロトタイピング手法には以下のものが含まれます：
- 3Dプリンティング（積層造形）： 異なる側壁厚を維持しながら、より高速でプロトタイプの開発が可能。最も明白な利点は、様々な設計を迅速にテストするために安価であることです。このほか、形状試作と機能試作のどちらにも対応できる。
- CNC加工： ほぼ完璧な仕上がりになるよう、生産材料を使用した熟考型プロトタイプを提供。この方法により、機械部品の特性や実際の使用条件下での挙動を確認することができます。
- ソフト・ツーリング： これは、ダイカスト鋳造と比較して、低強度で短時間の成形金型を使用し、生産する部品数が少ないことが特徴である。そのため、この方法は成形工程の評価や肉厚の特定に有利である。また、金型全体の標準化にも役立ちます。
射出成形の肉厚に影響を与える要因とは？
射出成形の肉厚には複数の要因が影響します。これらの要因について詳しく説明しよう：
1.材料特性
これらの特性には以下のようなものがある：
- 粘度： 低粘度の材料について言えば、薄い部分に容易に流れ込むので、壁を薄くすることができる。一方、高粘度の材料は、金型への完全な充填を行うために厚い壁が必要になる場合があります、
- 収縮： 収縮率の高い材料は、より厚い壁が必要になるかもしれない。そのため、冷却中の寸法変化を考慮することができます。
- 筋力と柔軟性： 機械的特性、すなわち引張強度と柔軟性によって、最適な性能を発揮するための肉厚が決まる。
2.設計要件
以下の設計要件が肉厚に影響する可能性がある。
- 機能要件： すべては製造する部品による。構造部品であれば、剛性を高めるために壁を厚くする必要があります。一方、化粧品部品であれば、最高の外観を実現できるよう、より薄い壁が必要になる。
- 美的配慮： 薄い壁はスマートな外観を提供できる。一方、厚い壁は十分な強度があり、ヒケや反りなどの欠陥を避けることができる。
- デザインの複雑さ： 複雑な形状では、さまざまな肉厚が必要になることがあります。そのため、すべての形状が正しく形成され、部品が金型から簡単に取り外せることを保証することができます。
3.製造能力
- 金型の設計と施工： 精度の高い金型は薄い金型も容易に扱うことができ、単純な金型は適切な充填のために厚い金型を必要とする。そのため、部品の品質を保証することができるのです。
- 射出圧力と射出速度： 高い能力を持つ機械は、より薄い壁を達成することができ、より高い圧力と速度を提供する。
- 冷房料金： 肉厚が厚いほど冷却時間が長くなるため、均一な冷却は非常に重要である。これは、サイクルタイムと生産効率に直接影響します。そのため、高度な冷却システムは薄肉化に役立ち、品質も維持できます。
結論
まとめると、射出成形の肉厚は、高品質で、形が良く、コスト効率の良い部品を提供します。そのため、設計者がバランスを保つことができるように、材料特性と設計要件を慎重に検討することが不可欠です。このバランスによって、部品の性能と製造性が向上します。さらに、さまざまな高度なシミュレーション・ソフトウェアやプロトタイピング・オプションを使用して、プロセス全体を洗練させることができます。これらのツールは、欠陥を最小限に抑えた設計も可能にします。さらに、材料、シミュレーション技術、リアルタイムのモニタリング、持続可能な実践の進歩は、射出成形の改善をもたらす。そのため、より正確かつ効率的に肉厚を最適化することができる。
よくある質問
射出成形における材料の選択に影響を与える要因は何ですか？
材料の種類は、引張強度や弾性、電子顕微鏡、耐熱性、耐薬品性などの特性に基づいて決定される。これに加えて、材料の外観や滑らかさ、コスト、リサイクル能力にも左右される。
射出成形でよくある欠陥と、それを防ぐ方法は？
最も頻度の高い欠陥は、冷却速度の違いから生じるヒケ、内部応力から生じる反り、そして、材料が過度に蓄積するフラッシュである。 射出成形 パーティングライン。これらの問題は通常、最善の設計手順を遵守し、熱や圧力、その他製品に影響を及ぼす可能性のある条件を調整することで回避できる。
シミュレーション・ソフトウェアは射出成形工程にどのようなメリットをもたらすのでしょうか？
コンピュータ支援シミュレーションにより、設計者やエンジニアは、金型設計、材料選択、プロセス要因を仮想環境でモデル化し、分析することができる。このソフトウェアの助けを借りて、物理的な金型を設計する前に、材料の動きや冷却速度などのパターンを予測することができます。そのため、部品の品質と製造性を向上させるのに役立ちます。
射出成形材料に添加剤や充填剤を使用する利点は何ですか？
添加剤や充填剤は、強度、剛性、難燃性、衝撃強度など、材料の特性を向上させることができる。また、加工性を向上させ、樹脂により手頃な別の材料を大量に添加することで材料コストを下げることもできる。ただし、相溶性、均等な分散性、他の成分への干渉が最小限になるよう、多くの努力を払う必要がある。