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射出成形金型製作とは、射出成形機を用いて射出成形を行うための金型を製作するプロセスです。一般的に、コアとキャビティを用いてプラスチック部品を製造するために使用されます。
金型は、製造する部品の種類に応じて、2プレート型または3プレート型として設計されます。2プレート型は1日で完成しますが、3プレート型は2日かかります。金型の構造は部品の形状によって異なり、パーティングライン、ランナーとゲート、部品排出システムの選択などを決定します。金型ベースの大きさは、部品のサイズと金型あたりのキャビティ数によって決まります。[1]
設計上の考慮事項
- ドラフト: 完成した部品を容易に取り出すために、コアとキャビティの両方に必要
- 収縮許容値: 材料コアの収縮特性とキャビティサイズによって異なる
- 冷却回路: サイクル時間を短縮するために、コアプレートとキャビティプレートの両方に開けられた穴を通って水が循環します。
- エジェクタギャップ：エジェクタプレート面とコアバックプレート面の間のギャップは、コア内部の寸法を保持する必要があります。部品が金型から完全に取り外せるようにする必要があります。
- 通気孔: コアとキャビティの間に閉じ込められたガスを除去します (通常、隙間は 0.02 mm 未満)。隙間が大きすぎるとフラッシュ欠陥が発生する可能性があるためです。
- 金型研磨: コア、キャビティ、ランナー、スプルーは表面仕上げが良好で、材料の流れ方向に沿って研磨されている必要があります。
- 金型充填: ゲートは、部品が厚い部分から薄い部分まで充填されるように配置する必要があります。
要素
- レジスターリング - 射出成形機のスクリューを射出成形金型に位置合わせします。通常は、肌焼き処理された中炭素鋼（CHMCS）で作られています。
- スプルーブッシング — ブッシュは3°～5°のテーパー穴を持ち、通常はCHMCSで作られています。材料はスプルーブッシングを通って金型に入ります。
- トッププレート - 金型の上半分を成形機の可動部分に固定するために使用され、通常は軟鋼で作られています。
- キャビティプレート—プラスチック材料を充填してプラスチック部品を形成するためのキャビティ（隙間）を作成するために使用されるプレート。通常は軟鋼製。
- コアプレート - コアプレートはキャビティ部に突出し、プラスチック部品に中空部分を形成します。このコアプレートは通常、コア加工後に硬化処理を行わない、熱間硬化処理されたP20鋼で製造されます。
- スプルー プーラー ブッシング — スプルー プーラー ブッシュはスプルー プーラー ピンを収容するために使用されます。通常は CHMCS で作られています。
- スプループーラーピン - スプループーラーピンはスプルーをスプルーブッシュから引き抜きます。通常はCHMCSで作られています。
- コアバックプレート - コアインサートを固定し、「補強材」として機能します。通常は軟鋼で作られています。
- ガイドピラーとガイドブッシング — ガイドピラーとガイドブッシングは、金型の固定側と可動側を各サイクルで位置合わせします。材料ケースは通常、中炭素鋼で作られ、より高い硬度を持ちます。
- エジェクタガイドピラーとガイドブッシュ - これらの部品は、エジェクタピンが損傷しないように、エジェクタアセンブリの位置合わせを確保します。通常はCHMCSで作られています。ガイドピラーは通常、ガイドブッシュよりも硬度が高くなります。
- エジェクタ プレート - エジェクタ ピンを保持するもので、通常は軟鋼で作られています。
- エジェクタ バック プレート - エジェクタ ピンが外れるのを防ぎます。通常は軟鋼素材で作られています。
- スペーサーブロック - エジェクターアセンブリ用の隙間を設け、完成した部品がコアから排出されるようにします。通常は軟鋼製です。
- 底板 - 金型の下半分を成形機の固定半分で固定します。通常は軟鋼で作られています。
- センタリング ブッシュ - 底板とコア バック プレートの位置合わせを行います。通常は CHMCS で作られています。
- レストボタン - 射出アセンブリを支え、射出アセンブリと底板の接触面積を減らします。射出成形機の洗浄時に特に役立ちます。これは、完成品に「跡が残らない」状態を保つために不可欠です。底板に付着した小さな異物は、射出ピンがコアから突出し、部品にピン跡を残す原因となります。
コアとキャビティは通常、P20、En 30B、S7、H13、または420SSグレードの鋼で作られます。コアは成形品の内側の形状を形成する雄型部品です。キャビティは成形品の外側の形状を形成する雌型部品です。
ゲートの種類
主なゲートシステムは、手動トリムゲートと自動トリムゲートの2種類です。以下に、それぞれの使用例を示します。
- スプルー ゲート: 大型のコンポーネントに使用され、ゲート マークがコンポーネント内で目に見えるため、ランナーは必要ありません。例: バケット成形 (背面の円筒形のゲート マークが見え、触れることができます)。
- エッジゲート: 正方形、長方形の部品に最適
- リングゲート：円筒形部品のウェルドライン欠陥の除去に最適
- ダイヤフラムゲート：中空円筒形部品に最適
- タブゲート: 固体の厚い部品に最適
- サブマリンゲート：サイクルタイムを短縮するために自動ゲート解除が必要な場合に使用します。
- 逆テーパースプルーゲート（ピンゲート）：一般的に3プレート金型で使用されます。
- ウィンクルゲート：主に電子機器製品のゲートに使用され、コア側の下の材料を流します。
排出システムの種類
- ピン排出 - 円筒形のピンが完成部品を排出します。正方形および長方形の部品の場合、最低4本のピン（四隅）が必要です。円筒形の部品の場合、等間隔（120°間隔）の3本のピンが必要です。必要なピンの数は、部品の形状、サイズ、および排出領域によって異なります。この排出システムでは、完成部品に目に見える排出痕が残ります。
- スリーブ式排出 - このタイプの排出は、コアが底板に固定されている円筒形のコアに適しています（ただし、このタイプの排出に限定されます）。このシステムでは、排出アセンブリは、コア上をスライドして部品を排出するスリーブで構成されています。部品には目に見える排出痕は残りません。
- ストリッパープレートによる突き出し - 面積の大きい部品にはこの突き出し方法が適しています。このシステムでは、コアプレートとキャビティプレートの間に追加のプレート（ストリッパー）が必要です。バリの発生を防ぐため、ストリッパープレートはキャビティプレートに接触したまま、キャビティとコアプレートの間に隙間が確保されます。通常、部品には目に見える突き出し痕は残りません。
- ブレード突き出し - このタイプの突き出しは、薄肉の長方形断面に適しています。長方形のブレードを円筒形のピンに挿入（または円筒形のピンを長方形断面に機械加工）することで、部品の適切な突き出し長さを確保します。突き出しピンのヘッドを容易に収容できるよう、突き出しプレートには座ぐり穴が設けられています。
- コアの回転による (内部ねじ付きコンポーネント) - ねじ付きコンポーネントに使用され、コア インサートの回転によってコンポーネントが自動的に排出されます。
- エアエジェクション - 圧縮空気を用いて、コアに取り付けられたエジェクションピンを作動させます。エジェクションピンはスプリングによって引き込まれます。
アライメント
射出成形金型は、部品を射出するために、コアとキャビティの2つの半分に設計されています。各サイクルにおいて、コアとキャビティは品質を確保するために位置合わせされます。この位置合わせは、ガイドピラーとガイドブッシュによって保証されます。通常、4つのガイドピラーとガイドブッシュが使用され、そのうち3つは同じ直径で、もう1つは異なる直径です。これにより、プレートが単一の構成に強制的に固定されます（「POKE YOKE」（ミス防止）コンセプトに基づく）。レジスターリングは、トッププレートに干渉嵌合し、射出成形機のパターンに伝動嵌合することで、成形機のパターンとトッププレートの位置合わせを行います。
金型冷却
金型冷却設計の望ましい属性は次のとおりです。
- 一定の金型温度で均一な品質を実現
- 生産性向上のためのサイクルタイムの短縮
- 欠陥のない表面仕上げの改善
- 金型表面温度の均一化による反りの回避（不均一な冷却による反り）
- 長い金型寿命
方法:
- ドリル穴によるキャビティプレート冷却 - キャビティインサートの周囲にキャビティプレートをドリルで穴あけし、開口部の端部を銅製またはアルミニウム製のテーパープラグで塞ぎます。入口ポートと出口ポートに接続されたパイプから水を循環させ、金型を冷却します。
- コアインサートの直接冷却（バッフルシステム）—十分な壁厚を確保しながらコアを掘削します。掘削穴の間にバッフルプレートを配置することで、穴を2つに分割し、水がコアの最大面積に接触するようにすることで冷却を促進します。
- キャビティインサートの環状冷却 - コアに水循環用の円形溝を設けます。漏れを防ぐため、冷却チャネルの上下にOリングが使用されています。
- 金型内でコアは移動し、サイドとキャビティは固定側になります。
金型材料
射出成形金型は、通常、硬化鋼、プリハードン鋼、アルミニウム、またはベリリウム銅合金で作られています。材料の選択は、予想される生産量、部品の複雑さ、表面仕上げの要件、コストなどの要因によって異なります。[2]
- 硬化鋼は、耐久性、耐摩耗性、そして長期にわたる精度維持能力に優れているため、大量生産用の金型によく使用されます。これらの金型は製造と加工にコストがかかりますが、寿命が最も長くなります。
- プレハードン鋼はより経済的で加工が容易なため、少量生産や試作工具に適しています。プレハードン鋼は、完全硬化鋼に比べて硬度が低く、寿命も短くなります。
- アルミニウム製の金型は軽量で、少量から中量の生産に適しています。加工速度が速く、熱伝導性にも優れていますが、高圧下での長期使用には耐久性が低くなります。
- ベリリウム銅合金は、薄肉部品のコアやインサートなど、金型の高い熱伝導性が求められる部位によく使用されます。これにより冷却効率とサイクルタイムが向上しますが、比較的高価であり、加工中の健康リスクの可能性があるため、取り扱いには注意が必要です。
参照
参考文献
- ^ 射出成形機製造
- ^ 射出成形金型材料選定ガイド
- 射出成形金型設計RGW Pye Godwin Books; 第3版（1983年2月1日）
