金型用インジェクターピン選択戦略の検討

目次

金型エジェクターシステムで最も一般的に使用される部品は、ドライバーシリンダーとフラットエジェクターピンを含むエジェクターピンです。部品の大きさ、抜き勾配の角度、形状の複雑さ、垂直壁の高さ、成形されるプラスチックの種類などによって、エジェクターピンの適切な種類、位置、数量が決まります。エジェクターピンは広く使用されているため、その選定は見落とされがちです。しかし、「すべての状況に適した1種類のエジェクターピン」という解決策は存在しないため、エジェクターの不良、エジェクターピンの曲がり、破損、製品の変形など、その後の成形工程における多くの問題を回避するためには、エジェクターピンの選択戦略を正しく理解することが重要です。

インジェクターピンの基礎知識

エジェクターピンが最適な性能を発揮するためには、優れた強度、靭性、耐摩耗性などの基本的な特性を備えている必要があります。より用途に特化した特性としては、熱硬化性(高温でも硬度を維持する材料の能力)、耐食性、潤滑性などがあり、これらは成形用途の種類によって異なります。幾何学的精度も、エジェクターピンの性能と耐用年数のための基本的な要件です。トップピンの製造は、厳格な公差と仕様に従わなければなりません。真円度、真直度、高品質の表面仕上げはすべて、その機能性にとって極めて重要です。例えば、幾何学的精度が低いと、早期バリや製品の傷につながる可能性があります。エジェクターピンが特定の用途に適しているかどうかは、材料、加工技術、コーティングの組み合わせによって決まります。しかし、これらの特徴の1つ以上を強化するには、他の特徴を犠牲にしなければならない場合があります。

素材の利点

エジェクターピンの製造に使用される材料と特性をよく知ることは、金型設計者と製造者がより良い選択をするのに役立ちます。ここでは、最も一般的に使用される材料とその特性について説明します。

H13スチール
 
H13は優れた強度と靭性を持つクロムモリブデン熱間工具鋼です。一般的に使用される様々な材料の中で、熱硬化性と耐熱衝撃性の値は最も高く、硬度は54HRCまであります(他の完全硬化鋼より若干低い)。しかし、耐摩耗性と耐食性における欠点は、表面処理によって補うことができる。要求される性能のユニークな組み合わせにより、H13は世界のピン製造において最も広く使用されている材料の1つであろう。  
 
完全硬化冷間工具鋼
 
エジェクターピン、エジェクターピース、エジェクターチューブには、O1、A2などの高炭素冷間加工工具鋼を使用することもできます。この種の材料は、完全硬化処理後の硬度が60HRC程度に達することができ、耐摩耗性に優れ、一般プラスチックや金型温度を高く必要としない各種材料の成形に適している。    
 
完全硬化高温工具鋼
 
M2鋼は高速度鋼(HSS)に属し、優れた強度と適度な靭性を持つ。H13と同様、高い熱硬化性と耐熱衝撃性を持つ。完全硬化処理後の硬度は64HRCに達し、耐摩耗性に優れています。シャープなエッジを維持できるのも特徴です。
 
ステンレス
 
腐食性の高い材料を成形する場合、ステンレス鋼のエジェクターピンは実現可能な選択です。鋼種によって異なりますが、完全硬化処理後の硬度は50~60HRCに達します。高硬度と耐摩耗性を実現するために、マルテンサイト系ステンレス鋼が一般的に使用されています(注:耐食性はステンレス鋼の中で最高ではありません)。しかし、強度、靭性、硬度の総合的な性能から、トップピン材としてより適している。    
 
銅合金
 
銅合金は主にコアピンの製造に使用される。急速な熱伝導性が優先される特定の極端な条件下では、エジェクターピン(ベリリウム銅やベリリウムフリー銅合金[医療用]を含む)の製造にも使用できる。しかし、銅合金材料はその柔らかい質感と低い強度から、ある種の制約があります。
 
ダイヤモンドライクコーティング(DLC)エジェクターピン
ダイヤモンドライクコーティング(DLC)トップピンは、無潤滑で使用できるため、クリーンルームや医療用途に最適です。このタイプのエジェクターピンは通常、冷間工具鋼製で、完全硬化処理後の硬度は約60HRCです。コーティングは耐摩耗性と耐付着性に優れ、摩擦係数は極めて低く(0.1~0.15)、使用温度は350℃まで可能です。さらに、DLCエジェクターピンの表面硬度は約3000HVで、この記事で取り上げた他のどのタイプのエジェクターピンもはるかに上回っています。これらの特徴により、高性能で耐久性に優れた選択肢となっている。  
ステンレス製エジェクターピン
ステンレススチールのトップピンは、PVCなどの腐食性の高い材料の成形に最適で、医療やその他のクリーンルーム用途にも非常に適しています。サプライヤーによって鋼種の選択が異なる場合があるため、他の特性を評価し、現在の用途に適したタイプを選択するのに役立てる必要がある。高温で使用される場合は、耐食性や硬度が低下する可能性があるため、メーカーに適用性を確認する必要がある。    
 

インジェクターピンの選択

インジェクターピン

エジェクターピンの特性と材料の種類を理解することは、金型設計における材料選択の確かな基礎となります。しかし、今日サプライヤーが提供する数多くの選択肢を考えると、学ぶべき情報はまだあり、また混乱するかもしれません。以下は、一般的なエジェクターピン製品の分類であり、その成分や利点も含まれています:

H13完全硬化窒化エジェクターピン

この種のエジェクターピンの芯部硬度は通常48~55HRCで、表面硬度は65~74HRCに達する。イオン窒化は一般的な表面処理工程の一つです。このエジェクターピンは用途が広く、高温および低温の場面で使用でき、作業温度は1112°F(600℃)に近いため、金属射出成形(MIM)やダイカスト金型にも適しています。窒化物処理されたトップピンを加工する場合は、マイクロチッピングを避ける必要があり、研削や放電加工(EDM)工程が望ましいことに留意する必要があります。完全硬化冷間工具鋼エジェクターピン
このタイプのスチール製エジェクターピンは耐摩耗性に優れ、中低温金型での用途に非常に適しています。無処理または無コーティングのピンは、良好な性能と耐用年数を兼ね備えた経済的な選択肢です。このタイプの鋼で作られたトップピンは、高温でアニールまたは軟化し始めることに注意する必要があります。    

高硬度M2スチール製エジェクターピン

このタイプの多機能エジェクターピンは、通常、追加のコーティングや処理を必要とせず、あらゆるタイプの樹脂成形に適した高性能で耐久性のあるオプションです。スチールの高い熱硬度により、冷間および熱間の成形シーンに適しており、シャープなエッジを維持する能力により、高精度の金型(コネクター金型など)で長期間バリのない成形が可能です。強度が高いため、エジェクターピンの小径化・小サイズ化が可能で、微細部品の成形に適しています。コアから表面まで硬度が安定しており、トップパイプと組み合わせてコアピンとして使用できます。

メッキ(鎧メッキまたはクロムメッキ) H13エジェクターピン

クロムメッキ処理により、H13エジェクターピンの表面硬度を約70HRCまで高めることができる。皮膜は極めて薄いが、緻密な構造を持ち、耐摩耗性に優れるだけでなく、耐食性も向上する。摩擦係数は極めて低く(約0.20~0.25)、エジェクターピンの耐久性を高めています。これらの特性により、H13コーティングエジェクターピンは、高歩留まりの金型やクリーンルーム環境での使用に最適です。コーティングの使用温度はH13芯材の使用温度より低い場合があり、例えば、ある種のエジェクターピンの使用温度は約842°F(450℃)であり、コーティングはPVC成形には適さない場合があることに留意すべきである。サプライヤーによってコーティング工程に違いがある可能性があるため、これらの要因が適用されるかどうかを確認するのが最善です。

ブラックナイトライドH13エジェクターピン

比較的新しい製品タイプとして、黒色窒化物H13エジェクターピンのコア硬度は50HRCで、表面硬度は約70HRCです。さらに、耐摩耗性と耐食性も向上しています。窒化処理により疲労寿命も向上し、過酷な条件下でも高い性能を維持できる。使用温度は600℃に近く、ダイカスト金型(特に固着の問題がある場合)や金属射出成形(MIM)に適しています。粘着防止性能の向上により、エジェクターピンの寿命は大幅に延長され、金型やキャビティのピンホール摩耗も大幅に減少します。最後に、このタイプのエジェクターピンは耐久性に優れ、無潤滑で使用できるため、医療、食品、包装製品用の金型などのクリーンルーム環境に最適です。マイクロクラックが発生しないよう、加工時には注意してください。  

インジェクター・ピンに関するその他の注意事項

なお、一般的なエジェクターピンの多くは、製造工程上の理由から頭部付近の直径に偏差があり、頭部付近はアニール処理により軟らかくなっている。これは業界の標準的な慣行であるため、このタイプのエジェクターピンはショートコアピンとしての使用には適さない。

H13製の標準コアピンは、さまざまな硬度オプションがあり、トップピンとして使用されることもある。コーティングや窒化処理は施されていないため、後から機械加工やコーティング、窒化処理を施すことができる。ただし、インチサイズのコアピンとエジェクターピンでは公差が異なるため、穴の大きさを調整して対応する必要がある。

コアの硬度が低いトップピンはエンボスが発生しやすく、コアやキャビティのピンホールを損傷する可能性があります。完全硬化トップピンは、この問題を軽減するのに役立ちます。金型排出システムの合理的な設計は、その生産効率、耐用年数、性能(成形速度、スムーズな連続運転など)にとって非常に重要です。この記事で紹介した情報は、エジェクターピンを正しく選択するための信頼できるガイドとして役立ちます。

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