射出成形の金型設計

の第一歩である。 型 射出成形のための設計 は必要なデータを得ることである。そのためには、キャビティの数を把握し、金型の材料を選び、関連情報を収集する必要がある。そのためには、材料エンジニアや金型メーカー、コストアナリストなどの専門家と協力する必要があるかもしれない。成形材料は通常、金型設計者が選択するものではありませんが、金型設計を成功させるには、いくつかの重要な要素を把握する必要があります。金型設計を成功させるには、いくつかの重要な要素を把握する必要があります。 プラスチック部品のリブ・デザインのヒント.

金型設計のための材料選択

射出成形金型を設計する際には、成形材料の特性を理解することが不可欠です。材料やグレードによって収縮率が異なるため、金型設計を始める前にまずこの点を確認することが重要です。プラスチックには熱の吸収や放散に優れたものがあり、金型の冷却に影響を与えます。そのため、金型の冷却溝の位置や、ゲート、ランナー、ベントの設計は、プラスチックの粘度に大きく影響されます。

収縮に対する配慮

金型設計で考慮すべき重要な点は、収縮率、すなわちポリマーに生じる収縮段階である。金型から取り出した後に部品が収縮する量は、プラスチックの種類ごとに割り当てられた収縮率によって決まります。プラスチックの収縮には異方性と等方性がある。非晶質材料と同様、等方性材料はあらゆる方向に均一に収縮します。一方、異方性材料は結晶であることが多く、流れ方向に沿ってより大きな収縮を示すことがある。

例えば、6インチの製品で収縮率が0.010 in./in.の場合、収縮後に必要なサイズを得るには、6.060インチの金型キャビティが必要です。収縮係数は、0.000インチから0.005インチまでの「低」、0.006インチから0.010インチまでの「中」、0.010インチを超える「高」の3種類に分類される。

製品の各インチに収縮係数を適用すると、その全寸法に 影響を及ぼします。低収縮、中収縮、高収縮の3つのカテゴリーが金型キャビティの寸法に影響を与えます。収縮率は、製品の肉厚の変更だけでなく、金型 温度の変動によっても影響を受けます。収縮率を見積もるのは難しく、材料メーカー、金型メーカー、熟練した金型メーカーがそれぞれ意見を述べなければなりません。どの程度の収縮率を使用すべきか分からない場合でも心配する必要はありません。

下の表は、最も一般的な素材の収縮率である。

射出成形の金型設計におけるキャビティの決定

必要なキャビティ数を知ることは、金型サイズや設備要件を検討する前の重要な第一歩です。このパラメータは、射出成形プロセスで特定の時間内にどれだけの量を生産できるかを、全体のサイクルタイムとともに決定する上で非常に重要です。

ある製品の年間生産量目標は、必要なキャビティ数に直接関係する。例えば、年間平均10万個の生産を目標とする場合、年間生産時間を知る必要がある。これは、典型的な週労働を5日、1日24時間と仮定すると、年間6,240時間（52週*5日/週*24時間/日）となる。そうすると、毎月の労働可能時間は平均520時間（6,240÷12）となる。

サイクルタイムの見積もり

サイクルタイムの見積もりは、必要なキャビティの数を割り出すために不可欠です。成形品の最も肉厚な部分が、サイクルタイムに最も大きな影響を与えます。この見積りのガイドラインを図2-3に示しますが、これは適切な大きさの成形機と典型的な射出工程時間を前提としています。サイクルタイムは材料によって大きく異なりますが、この表は有用な出発点となります。

総サイクル時間が概算されたら、概算サイクル時間を1時間の秒数である3,600で割ることにより、1時間当たりのサイクル数を計算することができる。例えば、最大肉厚が0.100インチで、サイクル時間が約36秒の場合、1アイテムあたり100回の成形サイクルが行われる。

キャビティと生産規模

仮に年間10万個の要求があるとしよう。この基準を満たすには、1個取り金型では約1,000時間、つまり8.33週間を要する。代替案として、2個取り金型を使えば、生産時間は半分の4.16週間に短縮できるかもしれない。しかし、2個取り金型の金銭的な影響は慎重に考慮しなければならない。

単一キャビティ金型をノンストップで稼動させることは、年間1,000万個というような大きな製造数では実現不可能である。この例では、16キャビティの金型を使って年間624,000個を生産できるかもしれない。1,000万個を達成するためには、それぞれ16～32キャビティの金型を複数用意し、3～6ヶ月の間隔を空けて生産することも考えられる。しかし、コストや成形設備の有無といった面を評価することが重要である。

射出成形金型設計に適した材料の選択

射出成形金型の設計に適切な材料を選択することは、成形プロセスの効率と効果に大きく影響する重要な側面です。鋼鉄から合金、さらにはアルミニウムに至るまで、さまざまな材料は、さまざまな成形要件に対応する独自の特性を備えています。

鋼

1. 1020炭素鋼： 被削性に優れ、エジェクタープレートやリテーナープレートに最適。焼入れには浸炭が必要。
2. 1030炭素鋼： 金型ベース、エジェクターハウジング、クランププレートに使用。機械加工や溶接が容易で、HRC20-30まで硬化する可能性がある。
3. 4130 合金鋼 キャビティやコアのリテーナープレート、サポートプレート、クランピングプレートに適した高強度鋼。26～35HRCで供給。
4. S-7工具鋼： 耐衝撃性、耐摩耗性に優れ、インターロックやラッチに使用。55-58HRCに硬化。
5. P-20工具鋼： 修正4130、キャビティ、コア、ストリッパープレート用プリハードン。HRC 28-40で供給。
6. S136ステンレス鋼：キャビティ、コア、インサート、その他成形金型部品に最適な焼入れ材で、50-54 HRCまで焼入れ可能です。
7. NAK80 高研磨鋼：高ガラス表面仕上げのキャビティ、中子、その他の金型インサートに使用され、38～42HRCにプリハードされている。
8. 1.2344と1.2343鋼？主にキャビティや中子などの金型部品に使用される焼入れ鋼で、50～54HRCに焼入れされています。

アルミニウム

金型用アルミニウムの最も一般的なグレードは 7075 (T6).この航空機グレードの合金は、アルマイト処理を施すと表面硬度が65Rcに達し、耐摩耗性が向上します。金型全体に使用することができ、その表面は自己平滑化する傾向があり、金型造型と射出成形サイクル時間を短縮します。

ベリリウム銅合金

CuBe 10、CuBe 20、CuBe 275などのこれらの合金は、スチールやアルミニウムの金型ベースに取り付けられる部品としてよく使用されます。特に冷却流路の配置が難しい領域では、放熱を助けます。硬度はRb 40からRc 46まで。

その他の材料

あまり一般的ではないが、次のような素材もある。 エポキシ、アルミニウム/エポキシ合金、シリコーンゴム、木材 は、主に少量生産や試作品（通常100個以下）用の金型に使用できる。これらの材料は耐久性に限界があるため大量生産には向かず、試作目的により適している場合があります。

近年、アルミニウム、特に7075合金は、大量生産にも有効な選択肢となり、アルミニウムは少量生産または試作金型にのみ適しているという従来の認識を覆しました。金型材料の選択は、生産量の要件、材料の互換性、および成形プロセスに必要な特定の特性に合わせる必要があります。

射出成形の金型設計における表面仕上げと特別な要件

成形品のデザインにおいて、正しい表面外観を得ることは、美観上も、ブランドロゴや装飾アートワークのような仕上げを容易にするという点からも重要です。射出工程のパラメータと金型キャビティの状態は、成形表面の品質に直接影響します。金型設計者は、加工パラメータをコントロールすることはできませんが、適切な表面状態の金型を製造するために、特定の外観の基準を指定する必要があります。

異なる機械加工技術は、金型表面に異なる程度の表面粗さを生じさせ、これが仕上げ手順に影響する。例えば 放電加工 (EDM）の範囲は10～100マイクロインチ（250～2,500マイクロメートル）である。ほとんどの部品の平均的な測定値は20～40マイクロインチ（500～1,000マイクロメートル）ですが、鏡面仕上げに必要なのは1マイクロインチ（25マイクロメートル）未満かもしれません。

キャビティの仕上げが滑らかになると、加工中に生じる山や谷が少なくなり、通常、成形品の排出が容易になります。キャビティ表面の粗さに及ぼす放電加工の影響を図2-4に示しますが、必要な平滑性を得るためには、適切な石留めと研磨が必要であることが強調されています。金型キャビティ表面の仕上げについては、プラスチック工業会（SPI）が規格を作成しています。各グレード（A、B、C、D）には3つのレベル（1、2、3）があり、A-1は最も滑らかな仕上げで、D-3は粗いドライブラスト仕上げである。

平らな表面は射出を容易にしますが、滑らかすぎる表面は、特に硬い樹脂を使用する場合、真空を発生させる可能性があります。このような状況では、金属の表面を少量荒らすことで真空を除去し、適切な部品排出を可能にします。

成形後の仕上げを行う場合、成形品表面の準備が必要となる。ポリオレフィンの場合、塗装、染料、ホットスタンプ、その他の装飾仕上げの接着を容易にするために、表面の酸化が必要である。成形時の離型剤の使用を最小限に抑える 射出成形 接着の妨げにならないようにすることが望ましく、高度に研磨された金型表面の重要性がさらに強調される。

製品図面上で成形後の装飾に指定された表面を特定することは不可欠です。この通知により、金型製造業者と成形業者は、仕上げ工程で特別な注意を要する重要な部分を確実に認識することができます。

ガットe 方法と場所

成形品の最終的な品質、外観、物理的特性は、ゲートの位置と採用するゲートシステムの種類によって影響を受けます。理想的には、下の図に示すように、溶融材料が部品の最も厚い部分に最初に入るようにキャビティにゲートを設けるべきです。

この概念は、溶融プラスチック分子が利用可能な空間を占有し、均等な空気分布を求める傾向があるという挙動に基づいている。キャビティの最も厚い部分にゲートを設置することで、分子を強制的に結合させ、キャビティ内に移動する際に圧縮する。この圧縮により、分子間の空気が排出され、その結果、分子構造が密になり、最適な構造的完全性を持つ成形品が得られる。

反対に、細い端にゲーティングを施すと、分子が膨張して分子間の空隙が増え、分子結合が弱くなる。その結果、構造的完全性の低い成形品になる。

理想的なゲートの位置とデザインについては次の章で検討するが、この段階でゲートの位置の可能性を認識することは極めて重要である。これらの場所を特定することで、製品設計者との積極的なコミュニケーションが可能になり、あらゆる問題に対処することができる。ゲートは、その種類にかかわらず、成形品からはみ出したり、成形品に食い込んだりした痕跡を残します。成形品と完全に面一になることはありません。その痕跡が成形品の機能、外観、使用目的に支障をきたす場合、ゲートの移設が必要になることがありますが、この決定には製品設計者が積極的に関与する必要があります。

エジェクトr方法と場所

金型内で溶融プラスチックが固化した後、最終成形品を金型から取り出す必要がある。この作業には、エジェクターピンを使用するのが一般的です。エジェクターピンは、下の写真に描かれているように、成形品を成形したキャビティから押し出すために使用されます。

射出工程を最適化し、応力を最小限に抑えるためには、直径の大きいエジェクターピンを使用することをお勧めします。こうすることで、成形品全体に均等にエジェクション力がかかるようになり、エジェクターの面積不足による亀裂やパンクのリスクを減らすことができます。エジェクターピンは、成形品のコーナー部、ボス部、リブの交差部など、成形品の強度の高い部分に戦略的に配置するのが理想的です。エジェクターピンは丸型が最も一般的で費用対効果に優れていますが、長方形断面も使用可能です。

ゲートと同様に、エジェクターピンも成形品に痕跡を残します。成形工程では、金型部品が絶えず膨張と収縮を繰り返すため、成形品表面との完全な面一を達成することは困難です。その結果、ピンが短すぎると、下の写真のように、突出部や余分なプラスチックパッドが残ってしまいます。逆に、ピンが長すぎると、プラスチック部品にインプレッションが生じます。

ピンの長さのバランスは非常に重要です。ピンの長さが長すぎると、成形品がエジェクターピンの上に残ってしまい、エジェクターピンからはみ出した成形品で金型が閉じてしまい、成形品が破損する恐れがあります。そのため、ピンを意図的に短くし、余分な材料を薄く残すことが賢明です。製品設計者は、エジェクターピンの意図的な位置と、その結果生じるウィットネスマークについて、十分な情報を得た上で受入れに関する決定を下す必要があります。

ウィットネスマークが機能的または美観的な理由で許容できないと判断された場合は、ストリッパープレートや高度なエアブラストシステムなどの代替排出方法を検討する必要があります。また、エジェクターピンを移動できるように金型内で部品を再配置することも、金型コストが高くなる可能性はあるものの、選択肢の1つです。

場所キャビティと冷却チャンネルのn

単一キャビティ金型を採用する場合、キャビティを金型の中央に配置するのが最適です。この配置によりスプルーゲーティングが容易になり、成形工程に有利な条件が生まれます。材料の射出はキャビティに直接行われるため、移動距離は最短になります。制約がないため、射出圧力を下げることができ、応力は効果的に最小化される。このような条件は、マルチキャビティ金型でも求められます。

多数個取り金型の場合、キャビティはできるだけ金型の中心に配置することが重要です。しかし、部品とキャビティに材料を運ぶランナーの両方にエジェクターピンが必要であることを考慮しなければなりません。さらに、鋼の完全性を損なったり水漏れを起こしたりすることなく、冷却材（通常は水）を金型キャビティにできるだけ近づけるために、金型プレートに冷却流路を戦略的に配置しなければならない。

取り付けボルトやエジェクターピンとの干渉を避けるため、キャビティの位置決めを慎重に行うことが重要である。キャビティの数が増えれば増えるほど、レイアウトは複雑になり、工程は難しくなります。一般的なガイドラインとして、冷却チャネルは、下図のように、他の物体から直径の2倍以内の距離に配置する必要があります。これにより、周囲に十分な金属が確保され、ブレークスルーのリスクを最小限に抑えることができます。

多数個取り金型の理想的なレイアウトは、車輪のスポークに似ています。このレイアウトでは、キャビティを金型の中心にできるだけ近づけることができ、ランナーシステムの直角ターンをなくすことができます。このようなターンは、各ターンに20%の圧力低下をもたらし、適切な材料フローを維持するためにランナーの直径を大きくする必要がある。この増大は、材料コストの上昇とサイクルタイムの長期化につながるため、可能な限り避ける必要があります。下の図は、8キャビティ金型の典型的なスポーク・レイアウトを示しています。

スポーク・コンセプトの利点にもかかわらず、所定の金型サイズ内で可能なキャビティ総数には制限がある。図10に示すような四角いパターンであれば、より多くのキャビティに対応できる。しかし、四角形のパターンは、ランナーシステムにターンをもたらします。直角のターンは、材料を推進するために追加の射出圧力を要求し、圧力のバランスをとるために一次ランナーの直径を20%増加させる。四角いパターンが必要な場合は、直角の代わりにスイープターンを持つランナーが望ましい、

図10

どのようなランナーシステムを採用する場合でも、エジェクターピンはランナーシステムと成形品の両方を排出するために不可欠です。従って、キャビティのレイアウトは、材料の移動を最小限にするためにキャビティと金型の中心を近づけるだけでなく、エジェクターピン（および取り付けボルト）を冷却溝の真ん中に配置しない方法も考慮しなければなりません。

上記の項目は、射出成形のための金型設計に関する一般的な要件にすぎません、そのようなベントの概念、金型の寸法、金型スライダーまたはリフターなどのいくつかのより多くの要件があるでしょう、金型を設計することは容易なスキルではありません。

Sincere Techの射出成形金型設計ケーススタディ - DFM Anylisis

シネテック社内で同じように考えることができ、すべての用途に適した寸法を使用できるようにするため、以下のガイドラインを作成しました。これらの金型設計ガイドラインは、計算エンジニアが使用するだけでなく、以下のような場合に設計者のベースとなります。 射出成形金型 プロジェクトと呼ぶこともある。 DFMレポート anylisisも同様だ。

1. インジェクションゲートと全体のレイアウト。

   1. 一般的に、射出ゲートは部品の最も長い辺に沿って配置され、射出ゲートシリンダーはその辺に最も近い距離に配置される（通常、ランナーはバナナのようにキャビティを回り込むことはない）。
   2. スライダーを使用する場合、または他の要因が射出ゲートやランナーの配置に影響を与える可能性がある場合、ゲートの位置をいくつか提案し、どのゲートの位置が良いか顧客に尋ねる。解決策に同意する 以前 金型設計を行う。そうすれば、一般的なレイアウトはほとんどすべての金型に適することになる。

2. キャビティ・エッジとインサート・エッジ間の距離。

   1. スライダーが大きい射出成形金型や "深い "部品を除く通常の場合は、50～80mmの距離を使用する。上限は "大きい "部品に使用し、下限は小さい部品に使用します。
   2. について プラスチック射出成形金型 大きなスライダーでは、特にスライダー側から見て左右の2つの側面に関係する場合、その距離は90～100mmになることもある。
   3. 本当に深い部品の場合、距離は100mmより大きくなる可能性がありますが、その場合、顧客の射出成形機に適しているかどうか、顧客にアドバイスを求める必要があります。
   4. 本当に小さな部品には、最短距離50mmが使われる。
   5. 射出シリンダーに向かう側の距離は他の側と同じだが、その上に10～15mmほど。
   6. この距離を最適化したい場合。このようなダイカスト金型に使用することができます。

3. キャビティ間の距離。

   1. 一般的に、各キャビティ間の距離は30～50mmが使用されることが多い。
   2. 本当に小さな部品には、最小15～30mmの距離が使われる。
   3. 本当に深い部品の場合、一般的に距離は50mmより大きくなりますが、その場合、射出成形金型のサイズが顧客の機械に適合するかどうか、顧客にアドバイスを求める必要があります。
   4. ランナーがキャビティとキャビティの間にある場合、各キャビティ間の距離は最低30～40mmになりますが、バナナゲートを使用する場合は、各キャビティ間の距離はさらに10mm長くなります。

4. インサートの端と金型ベースの端の間の距離。

   1. 一般的に（通常の場合）、次のような場合に使用する距離と同じ距離を使用するのがルールである。 射出成形 (大きなスライダーを必要としないパーツであれば）。大きな部品、深い部品、小さなスライダーを必要とする部品も含まれます。つまり、ほとんどの金型では60～90mmの距離でOKです。
   2. 油圧スライダーが大きい金型の場合、通常の距離より50～200mmほど長くする必要があります（射出成形の場合よりも長くなります）。しかし、そのような場合は、顧客に了解を得る必要がある。また、大きなスライダーを金型の右側または左側だけに使用する場合、金型をどの程度非対称にできるかという問題もあります。

5. A/Bプレートとインサートの厚さ。

   1.インサートとA/Bプレートの厚さは、主に部品の投影面積によって制御されます。ダイカスト金型を設計する際には、経験則として下表の厚みを使用します。投影面積の単位はcmです。².大きな投影面積や深い金型については、顧客に承認を求めることをお勧めします。これらの寸法が最適化される場合に使用する公式があるかもしれません。

最後に、あなたの射出成形金型に最適な金型設計ソリューションが何であるかわからない場合は、私達に連絡することを歓迎します、私たちはあなたを提供します。 金型設計金型製造、射出成形製造サービス。