6 高速射出成形プロセスの最適化ステップ
目次
結論
この記事では、迅速射出成形プロセスの最適化のための5つのテスト基準と図を提供し、状況に応じて異なる金型に適用することができます。例えば、4つのキャビティ金型をテストする場合、各キャビティで同じポイントを測定し、キャビティ間の比較のためにテスト結果を記録する必要があります。テストが1つのキャビティ金型であれば、異なる測定位置を表すために5つの図すべてが必要となります。
高速射出成形プロセスとは
高速射出成形プロセスは、プラスチック部品を製造するために使用される製造プロセスです。溶融したプラスチック材料を金型に注入し、冷却固化して金型キャビティの形状にする。 高速射出成形の主な工程は以下の通りである。:
- プラスチックの溶解:通常、ペレット状または顆粒状のプラスチック材料は、加熱されたバレルに供給され、そこで溶融される。
- 注射:溶融プラスチックを金型のキャビティ（空洞）に高圧で注入する。
- 冷却:プラスチックは金型内で冷却固化されます。この冷却プロセスは、部品が所望の形状と特性を保持するように慎重に制御されます。
- 排出:部品が冷えると金型が開き、完成した部品が排出される。
高速射出成形プロセスは、小さな部品から大型の複雑な製品まで、さまざまなプラスチック部品を製造できる汎用性の高いプロセスです。迅速かつ高精度に部品を製造できるため、人気の高い製造方法です。
この記事では、一般的な高速射出成形プロセスの最適化ステップについて詳しく紹介します。
1.高速射出成形プロセスの粘度曲線
粘度曲線を作成する目的は、適切な注入速度を選択することであり、その結果、各種パラメータのわずかな変動が溶融物の粘度に大きな変化をもたらさないようにすることである。製品品質の再現性を確保するためには、各モジュール間の変動を最小限に抑える必要がある。
上図の粘度曲線を参照すると、射出速度が55mm/s以上の場合、溶融接着剤の粘度は基本的に非常に安定していることがわかる。したがって、射出速度を65mm/sに設定することで、充填段階の工程の安定性が確保される。パラメータ自体の小さな変動は、接着剤の粘度に大きな変化を引き起こさない。
もちろん、ゲートハレーションを抑えるなど、この最適化された速度を使えない特別な状況もあるだろう。この場合、外観を優先すべきであるが、最適化された速度を射出曲線の基準として使用すべきである。例えば、ゲートハローを減らすためにゲートを通る速度を低速から始め、その後この最適化された速度まで素早く上げる。
2.高速射出成形プロセスのマテリアルフローバランス試験
この試験は、2つのキャビティや複数のキャビティなど、複数のキャビティがある場合にのみ必要である。目的は、異なる充填段階における各キャビティ間の最大偏差率をチェックすることである。
アンバランスな充填は、製品の品質要求によって受け入れられる場合と受け入れられない場合がある。この情報は、外観成形ウィンドウ（ステップ4）の完成後に判断するのが最善である。
1.製品が完全に保持でき、成形窓が大きい場合、製品寸法が許容範囲内かどうかを確認する。すべて公差内であれば、アンバランス充填は許容される。
2.成形ウィンドウが非常に小さく、最初に充填された金型キャビティにフラッシュがあり、他の金型キャビティにショートショットや収縮マークがある場合は、充填のバランスが悪い原因を突き止める。
アンバランスな充填には、通常4つの主な理由がある。
- 異なるランナーサイズ
- 異なるゲートサイズ
- 異なる通気口サイズ
- しかし、冷房が違うだけで、IMMの電源を入れただけでは、この理由はほとんど影響しないことが多い。
特に複数個取りのコールドランナー金型では、剪断によって不均衡が生じる状況もある。
3.高速射出成形プロセスの圧力降下試験
圧力損失試験を実施する目的は、充填の様々な段階における圧力の損失を評価することである。これには通常、機械ノズル、ランナー、ホットランナーマニホールド、ゲート、充填末端が含まれる。
高速射出成形プロセスでは、成形機の最大圧力を使うべきではない。例えば、成形機の最大圧力が180 Barである場合、充填に必要な最大圧力は180 Barに達するべきではありません。もしそうであれば、スクリューは設定射出速度を達成するためにより大きな圧力を必要としますが、圧力制限のため達成できないということになります。このような状況を「圧力制限」と呼びます。
通常、射出工程は機械の最高圧力の90%を超えないようにする。作成された圧力損失曲線において、機械の圧力が「圧力制限」されている場合、または90%を超える場合は、圧力曲線の急峻な部分を見つけ、このポイントでの圧力損失を減らすようにします。例えば、上の画像では、二次側ランナーの圧力損失が大きく、この部分でプラスチックの流れを押すために大きな力が必要であることを意味します。この部分のフロー・ランナーの直径を大きくすれば、圧力を下げることができる。
4.高速射出成形プロセス用外観成形ウィンドウ
成形ウィンドウは非常に重要なテストです。通常、この外観成形ウィンドウは、保持圧力と材料温度（非晶質材料）、保持圧力と金型温度（結晶材料）で構成されています。
外観の成形窓は、許容できる外観の製品を得ながら工程を調整するために、どれだけのスペースが利用可能かを示す。最も理想的な状況は、成形窓が比較的大きいことである。成形窓が比較的小さいと、品質不良が発生しやすくなる。例えば上図の場合、成形窓が比較的小さいと、工程自体の変動によるショートショットやバリが発生しやすくなります。ロバストプロセスとは、プロセス自体の揺らぎを補うために、比較的大きな成形ウィンドウを持つことを意味する。
外観成形ウィンドウには、その後の金型調整またはDOEテストに使用できる材料温度/金型温度と保持圧力の上限と下限も表示されます。
5.高速射出成形プロセスのゲート凍結試験
コールドランナー金型またはセミコールドランナー（ホットからコールド）の場合、金型間の再現性を確保するために、ゲートが完全に冷却されるまで保持圧力を維持する必要があります。
カーブ生成後、製品重量が安定するまでの時間を選択します。上図では、7秒後に製品重量が増加しなくなっているので、安全のためとプロセス自体の変動を補正するために、保持時間を8秒に設定する。
この間、ゲートは凍結し、コールドランナー内の圧力を短時間保持するだけで、製品はすでに冷却され始めているからである。従って、同じサイクル時間を確保するためには、余分な1秒を冷却時間から差し引く必要がある。
6.高速射出成形プロセスの金型温度チャット
金型温度チャートの目的は、製品が排出された後の金型表面の瞬間的な温度分布を記録することです。冷却水回路が機能しているかどうか、あるいは「ホットスポット」が存在するかどうかを確認するために使用できます。
さらに、この情報は将来の問題解決にも利用できる。たとえば、製品の大きさにばらつきがある場合、金型の表面温度が以前と同じかどうかを確認するのに利用できる。
温度測定には接触式高温計を使用しなければならない。
最初のスタートアップまたはシャットダウンの後、金型温度は徐々に上昇して安定状態になることに注意すべきである。したがって、測定は金型温度が安定してから（少なくとも10ショット後）行う必要があります。
よくあるご質問
射出成形の5つのステップとは？
- クランプ:金型の半分を固定する。
- 注射:金型に溶融材料を注入する。
- 冷却:材料を固化させる。
- 排出:金型からソリッドパーツを取り出す。
- リピート:次のサイクルに備える。
3Dプリンティングは射出成形より優れているか？
押出成形と射出成形の違いは何ですか？
押出成形と射出成形の製造工程の主な違いは以下の通りである：連続部品と離散部品:
- 押出 は、パイプ、ロッド、プロファイルのような連続的で直線的な形状を作成するために使用されます。
- 射出成形 は、玩具、容器、調理器具のような、複雑な形状を持つ離散的で立体的な部品を作るために使用される。
製造方法:
- で 押出溶融プラスチックを金型に通し、連続した形状を形成する。
- で 射出成形溶融プラスチックは金型キャビティに射出され、そこで冷却固化して目的の部品形状になる。
部品の複雑さ:
- 押出 は断面が一定の部品に適している。 射出成形 は、より複雑で不規則な形状の部品を製造することができる。
生産量:
- 押出 は通常、より大量の連続生産に使用される。
- 射出成形 は、少量の個別部品生産ではより経済的である。
射出成形より優れている点は？
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