プラスチック部品の射出成形設計ガイド

射出成形は、プラスチック部品を大量生産するための迅速かつ効率的な方法として際立っています。このプロセスの中心となるのは 射出成形は、コアとキャビティという 2 つの主要コンポーネントで構成されています。金型のこれらの半分が結合して、溶融プラスチックが注入される閉じたツールを形成します。

冷却され固化すると、金型が開き、完成した部品を取り出すことができます。金型の構造と生産ニーズに応じて、このサイクルは数十回、数百回、または数千回繰り返されることがあります。

このガイドでは、射出成形用のプラスチック部品を設計する際の重要な考慮事項とベスト プラクティスについて説明します。

デザイン原則

1.壁の厚さ

壁厚は射出成形において重要な設計上の考慮事項であり、成形品の強度、コスト、外観に影響を及ぼします。壁厚を均一に保つことで、次のような欠陥を防ぐことができます。 ヒケ と 反り.

均一な壁厚の重要性

均一な肉厚 射出成形部品には、冷却が強く推奨されます。成形プロセス中の冷却が均一になり、収縮を最小限に抑え、反りやヒケなどの欠陥の可能性を減らします。壁の厚さが異なると、冷却と凝固の速度が異なり、不均一な応力と潜在的な欠陥につながります。 射出成形の欠陥 最後の部分で。

公称肉厚

公称肉厚 部品設計全体にわたる意図された厚さを指します。均一であることが理想的ですが、壁が過度に厚かったり薄かったりしないようにすることが重要です。

• 壁が厚すぎる より多くの材料が必要となり、材料費が増加し、サイクルタイムが長くなり、生産コストが上昇する可能性があります。
• 壁が薄すぎる 金型キャビティへの充填が不十分になり、部品が不完全になったり、「ショート ショット」が発生する可能性があります。これは、薄い部分への流れが不十分なために溶融プラスチックが金型を完全に充填できない場合に発生します。

一般的なプラスチック樹脂の推奨壁厚

射出成形で一般的に使用されるさまざまなプラスチック材料の推奨される壁厚の範囲は次のとおりです。

霊感	推奨壁厚（インチ）	推奨肉厚(mm)
ポリブチレンテレフタレート（PBT）	0.080-0.250	2.032-6.350
ポリエチレン（PE）	0.030-0.200	0.76-5.08
ポリカーボネート（PC）	0.040-0.150	1.02-3.81
アセタール（POM）	0.030-0.120	0.76-3.05
ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）	0.020-0.200	0.508-5.080
ポリプロピレン（PP）	0.040-0.150	1.02-3.81
アクリロニトリルブタジエンスチレン（ABS）	0.045-0.140	1.14-3.56
ポリフェニルスルホン (PPSU)	0.030-0.250	0.762-6.350
熱可塑性ポリウレタン (TPU)	0.025-0.125	0.64-3.18
ナイロン（PA）	0.030-0.115	0.76-2.92
ポリエーテルイミド（PEI）	0.080-0.120	2.032-3.048
ポリスチレン（PS）	0.025-0.125	0.64-3.18
アクリル（PMMA）	0.025-0.150	0.64-3.81
熱可塑性エラストマー（TPE）	0.025-0.125	0.64-3.18
ポリ塩化ビニル（PVC）	0.035-0.250	0.89-6.35
ポリエチレンテレフタレート（PET）	0.025-0.150	0.64-3.81

壁厚のばらつきを管理するためのヒント

設計全体で均一な壁厚を実現できない場合は、 スムーズな移行 異なる厚さのセクション間の接合。この設計戦略により、応力集中を最小限に抑え、成形部品の全体的な構造的完全性が向上します。

2.ドラフト角度

抜き勾配とは、成形部品を金型から取り出しやすくするために、成形部品の垂直面に適用されるテーパーのことです。このわずかな角度 (通常 1 ～ 5 度) により、部品がスムーズに取り出され、損傷の可能性が減り、金型の摩耗が最小限に抑えられます。適切な抜き勾配を実装すると、冷却時間も短縮されるため、生産コストの抑制にも役立ちます。

ドラフト角度を指定するための重要な考慮事項

設計に適切なドラフト角度を決定するときは、次の要素を考慮してください。

• 材料タイプ: 異なる樹脂や射出成形材料には、それぞれ独自の収縮特性と流動特性があるため、異なるドラフト角度が必要です。たとえば、柔らかいプラスチックは、固着を防ぐために、硬いプラスチックよりも大きなドラフトが必要になる場合があります。
• 業界標準: さまざまな業界標準では、必要な仕上げやテクスチャの種類に基づいて適切なドラフト量を規定しています。プラスチック工業会 (SPI) やドイツ技術者協会 (VDI) などの組織では、さまざまな仕上げに関連するドラフト角度のガイドラインを提供しています。
• 表面仕上げ: 成形部品の表面の質感と磨き具合は、必要な抜き勾配角度に影響します。仕上げが滑らかな場合は抜き勾配が少なくて済みますが、粗く質感のある仕上げの場合は、部品が金型にくっつかないように、より多くの抜き勾配が必要になります。
• 金型設計: 金型の構造と操作もドラフト要件に影響します。金型が分離する方向 (ドロー) を考慮し、ドラフト角度によって部品が簡単に取り出せるようにします。

表面仕上げに基づくドラフト角度ガイドライン

必要なドラフト量は、部品の望ましい表面仕上げによって大きく異なります。

• なめらか仕上げ: 一般的に1～2度のドラフトが必要です。
• ライトテクスチャ: 通常、約 3 度のドラフトが必要です。
• 重厚な質感: 多くの場合、5 度以上のドラフトが必要です。

経験則として、テクスチャのある表面の場合、テクスチャの深さ 1.5 インチ (0.001 mm) ごとに約 0.025° のドラフトを追加します。SPI、VDI、Mold-Tech (MT)、Yick Sang (YS) などの組織の参照表には、さまざまなテクスチャに関する具体的な推奨事項が記載されています。

金型構築に関する実際的な考慮事項

効果的な成形と排出を確実に行うには、抜き勾配角度が金型の構造と抜き方向と一致する必要があります。

• エジェクターシステム: 部品は、エジェクタ システムを含む金型の半分から簡単に取り外せる必要があります。ドラフト角度がずれていると、部品が間違った部分に引っかかり、取り出しが困難になる可能性があります。
• 特集記事の執筆: 貫通穴などの垂直フィーチャは、エジェクタ システムが配置されている金型のコア側に向かってドラフトする必要があります。たとえば、貫通穴のある長方形の部品では、穴をキャビティ側に向かってドラフトすると固着の問題が発生する可能性がありますが、コアに向かってドラフトすると、エジェクションが容易になります。

3.リブとボス

射出成形部品は、生産サイクルを高速化し、金型の寿命を延ばすために、多くの場合、薄壁を特徴としています。構造サポートにはリブを使用し、取り付けポイントにはボスを使用し、応力集中を避けるために適切な厚さとフィレット半径を維持します。ただし、これらの薄壁部品は十分な強度がない場合があります。

リブ

リブは垂直構造で、追加のサポートを提供し、射出成形部品の耐荷重性を向上させます。ただし、リブの設計が不適切だと、収縮やヒケなどの問題が発生する可能性があります。リブの設計を最適化するには、次のガイドラインを考慮してください。

• 壁の厚さ: リブの壁厚が公称壁厚 (T) の 50% ～ 60% (0.5 ～ 0.6 T) であることを確認します。これにより、リブの反対側に過度の収縮やヒケが生じることなく、強度を維持することができます。
• フィレット: リブのベースにフィレットを追加して、応力集中を軽減します。フィレットの半径は 0.25T ～ 0.5T にする必要がありますが、部品の仕上げと構造の完全性を損なわないように、0.010 インチを超えてはなりません。
• 高さ: リブはできる限り短くし、高さが 2.5T を超えないようにしてください。さらに高さが必要な場合は、負荷をより効果的に分散するために、XNUMX 本の高いリブではなく、複数の短いリブを使用することを検討してください。
• 抜き勾配角度: リブにドラフト角度を適用します。通常は、リブごとに少なくとも 0.5 度に設定し、金型からの取り出しを容易にして、部品の損傷を防ぎます。

ボス

ボスは、アセンブリをサポートし、射出成形部品の構造的完全性を高めるために使用される垂直構造です。ネジなどの留め具を収容できるように設計されており、他の機能と組み合わせて使用​​することで強度を高めることができます。ボスを設計する際は、次のベスト プラクティスを考慮してください。

• 会社名: ボスは、ネジのスロットや取り付けポイントの近くなど、構造上の完全性がさらに必要な場所に配置します。適切な配置により、部品は組み立て時や使用時にかかる力に耐えることができます。
• 直径: ボス穴は冷却中に縮むため、小さすぎる穴は避けてください。直径が大きいほど、ファスナーやインサートの意図したサイズとフィット感を維持するのに役立ちます。
• 厚さ: ヒケを防ぐために、ボスの厚さは全体の壁の厚さの 60% 以下にする必要があります。このバランスにより、部品の美観と構造の完全性が維持されます。
• 壁への取り付け: ボスが壁やその他のフィーチャと適切に位置合わせされていることを確認します。位置合わせがずれていると、組み立ての問題が発生し、部品の全体的な強度が低下する可能性があります。

これらのガイドラインは、収縮、ヒケ、位置ずれなどの一般的な問題を回避し、高品質の最終製品を保証するのに役立ちます。

4.コーナーの最適化

射出成形部品の鋭い角は、部品の構造的完全性と製造コストの両方に重大な影響を及ぼす可能性があります。これらの角は応力集中部として機能し、部品の破損につながる可能性があるだけでなく、放電加工 (EDM) などのより複雑で高価な金型製造技術も必要になります。

鋭い角は避けられない場合もあり、分割線を定義するのに役立つこともありますが、通常は可能な限り丸い角に置き換えることが望ましいです。

丸い角の利点

• ストレス軽減: 角を丸くすることで、部品全体に応力が均等に分散され、負荷がかかったときにひび割れや破損が発生するリスクが最小限に抑えられます。これは、耐久性と信頼性が重要となる高応力のアプリケーションでは特に重要です。
• 一貫した収縮: 角を丸くすることで、冷却中の収縮率の変動が減り、部品の寸法安定性が向上します。この一貫性は、厳しい公差を維持し、高品質の最終製品を実現するために不可欠です。
• コスト効率: 角を丸くすると、金型コストを削減できます。角を丸くした金型は製造と保守が簡単で安価であるため、生産ライフサイクル全体でコストを節約できます。
• 改善された流れ: 角を丸くすることで、金型内の溶融プラスチックの流れが良くなり、空隙の可能性が減り、金型キャビティが完全に満たされます。

丸い角を適用するためのガイドライン

丸い角の利点を最大限に活用するには、次の設計ガイドラインを考慮してください。

• 内部半径: 内部半径が壁の厚さの少なくとも 50% であることを確認します。これにより、応力集中が最小限に抑えられ、材料の流れがスムーズになります。
• 外部半径: 外半径は、内半径と壁の厚さの合計である必要があります。これにより、パーツの構造的完全性をサポートするバランスの取れた遷移が作成されます。
• 均一な遷移: 内側と外側のコーナー半径を同じ点から開始します。この均一性により、壁の厚さが一定に保たれ、パーツの潜在的な弱点が軽減されます。

実用的な考慮事項

• ツーリングと製造: これらのガイドラインを部品設計に組み込むと、部品のパフォーマンスが向上するだけでなく、ツール作成プロセスも簡素化されます。丸みを帯びた形状の金型は摩耗しにくく、動作寿命が延び、メンテナンス コストが削減されます。
• 設計の柔軟性: 一般的には丸い角が好まれますが、機能的または美観上の理由から鋭い角が必要な場合もあります。そのような場合、潜在的な欠点を軽減するために、応力の分散と製造技術を慎重に検討することが不可欠です。

5.スムーズな移行を実現する

スムーズな移行により、部品全体に応力が均等に分散され、局所的な応力集中による故障のリスクが軽減されます。この方法により、射出成形部品の全体的な構造的完全性と寿命が向上します。

スムーズな移行を実現するための方法

面取りとフィレット

• 面取り: 面取り 2 つの面が接する部分の角度付きエッジです。構造の完全性を維持しながら、異なる壁厚間の移行をスムーズにするのに効果的です。面取りは応力集中を軽減するだけでなく、取り出しプロセス中の金型のリリースを容易にします。
• フィレット: フィレットとは、鋭い角の代わりになる丸い角またはエッジのことです。フィレットは、部品全体に応力を均等に分散し、負荷がかかったときに亀裂や破損につながる応力集中を最小限に抑える役割を果たします。フィレットは、厚さが急激に変化する領域で特に効果的で、射出成形中に溶融プラスチックがよりスムーズに流れるようにします。

その他の考慮事項

• 設計ガイドライン: 面取りとフィレットの最小半径を指定する設計ガイドラインに従うことで、射出成形部品の最適な性能と製造性が保証されます。
• 材料の互換性: 遷移のサイズとタイプを選択するときは、材料の特性と金型設計を考慮してください。プラスチックの種類によって、最適な機械的特性を実現するために、異なる程度の遷移が必要になる場合があります。
• 美観と機能上の利点: スムーズな移行により、応力が軽減されるだけでなく、冷却中に反りや歪みが生じる可能性が減るため、部品の美観が向上し、機能性も向上します。

実用化

実装 面取りとフィレット 部品設計における移行は、機械的な性能を向上させるだけでなく、射出成形製品の全体的な品質と信頼性も高めます。これらの移行は、自動車部品から家庭用電化製品まで、さまざまな業界で厳しい許容誤差と性能要件を満たすために不可欠です。

6.パーティングライン

金型設計の重要な側面の一つは パーティングライン射出サイクル中に金型が開閉する位置を決定します。

従来、設計者は、主に単純さから、パーティング ラインが成形部品の中心を二分することを想定する傾向があります。しかし、実際には、このアプローチは必ずしも実用的でも美的にも美しくありません。パーティング ラインは、レンガの下端に沿って戦略的に配置され、通常の使用時には隠れた状態を保つようになっています。

パーティング ラインの配置を検討する際には、いくつかの要素が関係してきます。鋭いエッジは応力が集中しやすいものの、金型の構造を簡素化できるため、パーティング ラインに適しています。この簡素化により、コストが削減され、生産サイクルが速くなります。ただし、フィレット面をパーティング ラインの位置として避けることが重要です。

フィレットは金型構造においてより厳しい公差を必要とし、コストの増加につながります。さらに、フィレットは、 フラッシュ金型の半分が完全に揃っていない場合に発生する一般的な射出成形の欠陥です。

最適なパーティング ラインの配置には、設計上の考慮事項、製造可能性、および美観の間の微妙なバランスを取る作業が必要です。考慮すべき重要なポイントは次のとおりです。

1. 美学: パーティング ラインは、最終製品で目立たないように配置する必要があります。これには、目立たない領域や、簡単には気づかないエッジに沿って配置することが含まれることがよくあります。
2. Functionality : パーティング ラインは、パーツの本来の用途や機能に干渉してはなりません。たとえば、LEGO® ブロックの場合、パーティング ラインを下端に沿って配置すると、ブロックの連結機能が損なわれなくなります。
3. 製造可能性: パーティング ラインを設計する際には、シンプルさが重要です。複雑な形状や厳しい許容差を避けることで、コストを削減し、金型の耐久性を向上させることができます。
4. 重要な考慮事項: 材料の選択もパーティング ラインの配置に影響します。材料によっては、射出プロセス中に適切な流れと冷却を確保するために、特定のパーティング ライン構成が必要になる場合があります。
5. 後処理: 後処理操作がパーティング ラインに与える影響を考慮してください。たとえば、部品に塗装やコーティングを施す場合は、滑らかな仕上がりを実現するためにパーティング ラインに特別な注意を払う必要がある場合があります。

7.エジェクタピン

エジェクタピンは、冷却された部品を金型から押し出すことで、射出成形プロセスにおいて重要な役割を果たします。このステップは一見単純に見えますが、部品の損傷を防ぎ、スムーズな排出プロセスを確実に行うために、慎重な考慮が必要です。

エジェクタピンの機能

エジェクターピン 通常は円筒形の棒が金型内に配置されます。成形サイクルが完了し、プラスチック部品が固まると、金型が開き、エジェクタ ピンが部品をキャビティから押し出します。このメカニズムは、次のサイクルに向けて金型を準備し、生産効率を維持するために不可欠です。

エジェクタピン配置のベストプラクティス

排出プロセスによって部品の品質が損なわれないようにするには、排出ピンの配置に関する次のベスト プラクティスに従ってください。

1. 目に見えない表面: 最終製品では見えないパーツの領域にエジェクタ ピンを配置します。これにより、パーツの美観を損なう可能性のあるエジェクタ ピンの跡が目立たなくなります。
2. 均等な配布: 部品全体にできるだけ均一に排出力を分散します。これにより、力が 1 つの領域に集中した場合に発生する可能性のある変形や反りを防ぐことができます。
3. 得意分野: 最も強度と剛性の高い設計部分に押し出し力を加えます。これにより、力が弱い部分に亀裂や破損を引き起こさないようにします。
4. 薄い部分を避ける: 部品の薄い部分や繊細な部分にエジェクタ ピンを配置しないでください。これらの領域は、エジェクタ プロセス中に損傷を受けやすくなります。
5. 傾斜面を避ける: 傾斜した表面にエジェクタピンを配置しないでください。力が不均一に加わり、部品が歪む可能性があります。
6. スライディングトラックからの距離: エジェクタピンを金型のスライドトラックから離して配置します。スライドトラックに干渉すると、金型のスムーズな動作が妨げられ、部品の品質に影響する可能性があります。

その他の考慮事項

基本的な配置以外にも、エジェクタピンのパフォーマンスを最適化するために設計者と金型メーカーが考慮すべきいくつかの追加要素があります。

1. 射出力: 部品を損傷することなく排出するのに十分な力を提供する排出機構を使用します。また、システムは、多くのサイクルにわたって性能を維持できる十分な耐摩耗性を備えている必要があります。
2. ピンのデザインエジェクタピンの設計と材質は、部品と金型の特定の要件に基づいて選択する必要があります。ピンは、曲がったり壊れたりすることなく繰り返し使用に耐えられるほど頑丈である必要があります。
3. 冷却時間: 変形のリスクを減らすために、取り出す前に部品が完全に冷却されていることを確認してください。冷却が不十分だと、部品が柔らかくなりすぎて、取り出す力に耐えられなくなる可能性があります。
4. 表面仕上げ: 部品の仕上げと、エジェクタ ピンの跡が仕上げにどのような影響を与えるかを検討します。高精度部品や装飾部品の場合は、目に見える跡を最小限に抑える、またはなくすために追加の手順が必要になる場合があります。
5. メンテナンス: エジェクタ ピン機構の定期的なメンテナンスは重要です。時間が経つと、ピンが摩耗したり位置がずれたりして、排出の問題が発生することがあります。定期的なチェックと交換により、部品の品質を一定に保つことができます。

BOYIはプラスチック射出成形と金型製造のエキスパートです。部品設計を改良する際には、次の点に注意してください。 デザインをアップロードする BOYI から専門的な DFM フィードバックを得て、射出成形プロジェクトのあらゆる側面が徹底的に評価され、最適化されるようにします。

部品の形状

1.アンダーカット

射出成形におけるアンダーカットとは、その形状により部品が金型から取り出されないようにする特徴を指します。アンダーカットとは、標準的な金型動作を使用した場合に部品が金型内に閉じ込められるような凹みまたは突出のある部品の領域です。これらの特徴は内部または外部にあり、金型のパーティング ラインに対して垂直なねじ、穴、溝、突起が含まれます。

最大サイドコア寸法

幅（インチ/mm）	高さ（インチ/mm）	引張力（インチ/mm）
< 8.42 インチ / 213.84 mm	< 2.38 インチ / 60.38 mm	< 2.90 インチ / 73.66 mm

アンダーカットを管理する戦略

1. 設計変更

可能な限り、アンダーカットを排除または最小限に抑えるように部品の設計を変更します。これは次の方法で実現できます。

• 機能の再設計: アンダーカットを作成する垂直フィーチャを回避するように設計を調整します。たとえば、可能な場合は内部スレッドを外部スレッドに置き換えます。
• アセンブリの使用: 部品を複数のピースに分割し、成形後に組み立てます。これにより、金型のアンダーカットが不要になります。

2. スライドの使用

スライドは、金型が開いたときに横方向に移動して部品を解放できるようにする金型コンポーネントです。穴やスロットなどのサイドアクション機能を処理するために使用されます。

• メカニズム: スライドは通常、カムで作動します。金型が開くと、カム機構がスライドをアンダーカットから引き離し、部品を解放します。
• アプリケーション: サイド ホール、サイド スロット、またはその他の側面機能を備えた部品に最適です。

3. リフター

リフターは、金型が開いたときに上方に移動して邪魔にならないようにすることで、内部のアンダーカットを解放するために使用されます。

• メカニズムリフターは、多くの場合、バネ式または油圧式で作動し、金型のパーティングラインに対して垂直に移動します。
• アプリケーション: フック、スナップ、保持クリップなどの内部機能に適しています。

4. 折りたたみ式コア

折りたたみ式コアは、内側に折りたたんでねじ山などの複雑な内部機能を解放できる特殊な金型コンポーネントです。

• メカニズムこれらのコアは通常は機械式であり、金型が開くと内部に引き込まれ、内部形状を損傷することなく部品を取り出すことができます。
• アプリケーション: 主に、内部にねじ山がある部品や複雑な内部形状を持つ部品に使用されます。

可能な限りアンダーカットを最小限に抑えるか排除し、複雑な形状にスライド、リフター、または折りたたみ式コアを採用することで、設計者は金型設計と製造プロセスを合理化し、コスト効率に優れた高品質の部品を作成できます。設計を改良する際には、BOYI 射出成形の専門家に相談して、アンダーカット管理のあらゆる側面が特定のアプリケーションに最適化されていることを確認してください。

2.フィレットと半径

フィレットは 2 つの表面間の丸みを帯びた遷移であり、半径は部品のエッジまたはコーナーの曲率を指します。これらの機能を適切に適用すると、成形部品の性能と製造可能性に大きな影響を与える可能性があります。

実装前

鋭い内部コーナーがあり、フィレットのない部品では、充填が不完全で、応力破壊による不良率が高いという問題が発生していました。

実装後

内部コーナーに半径 0.5mm のフィレットを組み込み、すべての外部エッジに半径を適用することで、部品は大幅に改善されました。

• 金型充填完了: 溶融プラスチックがよりスムーズに流れ、金型のキャビティを完全に満たしました。
• 疲労骨折の軽減: 応力集中が最小限に抑えられ、部品の故障が減少しました。
• 排出が簡単: 金型からの部品の取り出しが容易になり、サイクル時間が短縮され、全体的な効率が向上しました。

3.表面仕上げ

多くの場合、SPI (Society of the Plastics Industry) などの業界標準に従って、必要な表面仕上げを指定することで、部品が設計要件を満たし、意図した用途で効果的に機能することが保証されます。

SPI仕上げ基準

SPI は、射出成形における表面仕上げを指定するための、広く受け入れられている一連の標準を提供します。これらの標準は、仕上げをその滑らかさと質感に基づいて分類し、設計者と製造者が一貫した結果を達成するのに役立ちます。

一般的なSPI終了クラス

CLASS	説明
SPI-A	光学部品や高い透明性が求められる部品に適した高光沢仕上げです。
SPI-B	質感を最小限に抑えた中程度の光沢仕上げで、美しい外観が求められる部品に適しています。
SPI-C	上質なマット仕上げ。質感は許容できるが外観が重要な部品に最適です。
SPI-D	粗いマット仕上げで、質感が重要ではなく、コスト効率が優先される部品に適しています。

適切な表面仕上げの選択

1. 機能要件: 部品の機能要件を考慮してください。たとえば、低摩擦を必要とする部品では、より滑らかな仕上げが適している場合があります (例: SPI-A または SPI-B)。
2. 美的要件: 望ましい外観を決定します。消費者向け製品では、より光沢のある仕上げ (SPI-A または SPI-B) が必要になることがよくありますが、工業用部品ではマット仕上げ (SPI-C または SPI-D) で十分な場合があります。
3. 金型に関する考慮事項: 金型の機能と製造プロセスに合った表面仕上げを選択します。より細かい仕上げには、より複雑な金型研磨技術が必要になる場合があり、製造コストに影響します。

4.公差

大型アセンブリ用の射出成形部品を設計する場合、正確で一貫した寸法を実現することが非常に重要です。寸法の偏差はあらゆる製造プロセスに付き物であり、許容範囲と呼ばれる許容可能な変動を定義することが不可欠です。適切な許容範囲の設計により、部品が正しく組み合わされ、最終用途で意図したとおりに機能することが保証されます。

射出成形公差の種類

射出成形で使用される許容誤差には主に 2 つの種類があります。

商業上の許容範囲:

• 特性これらの許容差はそれほど厳しくなく、通常は低コストの金型と製造プロセスを必要とします。商用許容差で製造された部品はより経済的であるため、極度の精度が重要でない用途に適しています。
• アプリケーション: 小さな寸法の変化がパフォーマンスに大きな影響を与えない消費者向け製品や重要でないアプリケーションでよく使用されます。

細かい許容差:

• 特性: 許容差が小さいと、より高い精度が要求されるため、より高価な金型とより厳しい生産管理が必要になります。許容差が小さい部品は、通常、コストは高くなりますが、精度と一貫性に優れています。
• アプリケーション: 医療機器、航空宇宙部品、高性能工業部品などの高精度アプリケーションに最適です。

アセンブリにおける公差の積み重ね

複数の射出成形部品で構成されるアセンブリを設計する場合、許容誤差の積み重ねを考慮することが重要です。許容誤差の積み重ねとは、個々の部品の許容誤差がアセンブリ全体に及ぼす累積的な影響を指します。許容誤差の積み重ねを適切に管理することで、各部品が指定された許容誤差範囲内にある場合でも、すべてのコンポーネントが意図したとおりにフィットすることが保証されます。

許容誤差の積み重ねの例:

• シナリオ: アセンブリには、それぞれネジ穴のある 3 つのパーツが含まれます。各穴は個別に許容範囲内ですが、ネジを通すには 3 つの穴すべてが揃っていることが重要です。
• 解決策各穴の許容誤差を慎重に管理し、累積的な影響を考慮することで、設計者は穴が適切に位置合わせされ、正しく組み立てられることを保証できます。

公差設計のベストプラクティス

射出成形で最適な公差設計を実現するには、次のベスト プラクティスに従ってください。

1. 材料の選択収縮特性と寸法安定性への影響を考慮して、用途に適した樹脂を選択します。
2. 製造容易性を考慮した設計 (DFM): 設計プロセスの早い段階で金型設計者や製造業者と連携し、許容誤差が達成可能でコスト効率が良いことを確認します。
3. 一貫したコミュニケーション設計者、金型メーカー、製造業者を含むすべての関係者に許容範囲の要件と期待を明確に伝えます。
4. 反復テスト: 本格的な生産の前に、部品の反復テストと検証を実施して、許容誤差に関連する問題を特定し、対処します。

材料の選択

射出成形では、特定の最終用途に合わせて調整された多様な材料が提供され、独自の特性と処理要件が提供されます。射出成形設計では、用途に応じて適切な材料を選択することが重要です。

プラスチック素材	特性
ポリプロピレン（PP）	耐薬品性に​​優れ、湿った環境でも耐久性があります。
ポリカーボネート（PC）	優れた耐衝撃性と光学的透明性を備え、安全メガネや電子部品に適しています。
アクリロニトリルブタジエンスチレン（ABS）	強度、耐衝撃性に優れ、電子機器や自動車部品に使用されます。
ポリエチレン（PE）	さまざまな密度、耐薬品性があり、包装やパイプに広く使用されています。
ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）	優れた機械的特性、高い耐熱性、化学的安定性、航空宇宙および医療用途。
アクリル（PMMA）	光学的透明性、紫外線耐性、傷耐性、標識および自動車用途。
ナイロン（PA）	強靭性、高耐熱性、耐摩耗性、ギア、構造部品。
ポリフェニルスルホン (PPSU)	高い靭性、優れた耐薬品性、耐高温性、医療機器、配管などに。
ポリブチレンテレフタレート（PBT）	クリープおよび疲労耐性、電気コネクタ、自動車部品。
ポリスチレン（PS）	軽量でコスト効率に優れ、梱包材や断熱ボードに使用されます。
ポリエーテルイミド（PEI）	剛性、高耐熱性、難燃性、電子機器および自動車用途。
ポリ塩化ビニル（PVC）	優れた耐薬品性、耐候性、建設および医療用途。
熱可塑性ポリウレタン (TPU)	弾力性、耐摩耗性、履物、自動車内装。
アセタール（POM）	寸法安定性、低摩擦、耐薬品性、精密機械部品、ギア。
熱可塑性エラストマー（TPE）	ゴムのような特性、プラスチックの加工しやすさ、自動車のシール、ソフトタッチのグリップ。
ポリエチレンテレフタレート（PET）	透明性、強度、リサイクル性、飲料ボトル、食品包装、織物繊維。

材料選択の考慮事項

• 機械的性質： アプリケーションの要件に基づいて、強度、靭性、柔軟性、耐衝撃性を考慮してください。
• 耐環境性および耐薬品性: 熱、化学物質、紫外線、湿気に対する耐性を評価します。
• 美学： 光学的透明性、着色性、表面仕上げの適合性を備えた材料を選択してください。
• 処理要件: メルトフロー特性や収縮率など、射出成形プロセスとの互換性を確保します。
• コストと可用性： 材料コストと性能要件、およびさまざまなグレード（繊維強化など）の可用性のバランスをとります。

先進材料グレード

• ガラス繊維強化: 強度、剛性、寸法安定性が向上します。
• カーボンファイバー強化: 優れた強度対重量比を提供し、軽量で高性能なアプリケーションに最適です。
• 難燃性： 電子機器や自動車用途に不可欠な、耐火性を向上させる添加剤が含まれています。

射出成形に適した材料を選択するには、性能、処理、コスト要因を慎重に考慮する必要があります。各樹脂の固有の特性とさまざまな用途への適合性を理解することで、設計者は部品の設計と製造効率を最適化できます。

ゲート設計

ゲートは射出成形プロセスにおいて重要なコンポーネントであり、溶融プラスチックが金型キャビティに入る経路として機能します。ゲートの設計と配置は、成形部品の品質と特性に大きな影響を与えます。このガイドでは、ゲートのサイズと位置の重要性、さまざまなゲートの種類、ゲート設計を最適化するためのベスト プラクティスについて説明します。

ゲートサイズの重要性

ゲートのサイズは、金型に入る溶融プラスチックの量と速度を決定するため、非常に重要です。部品が大きいほど、十分な流れを確保し、キャビティを迅速かつ効率的に充填するために、より大きなゲートが必要になります。ゲートが小さすぎると、流れが制限され、充填が不完全になったり、空気が閉じ込められたり、その他の欠陥が生じたりする可能性があります。

ゲート位置の重要性

ゲートの位置も同様に重要です。ゲートの位置は溶融プラスチックの流動パターンに影響し、最終部品の品質と外観に影響します。ゲートの配置が適切でないと、次のような問題が発生する可能性があります。

• ゆがみ: ゲートの配置が不適切であるため、冷却速度が不均一になり、部品が歪む可能性があります。
• ウェルドライン: これらは 2 つのフロー フロントが合流する場所に形成され、部品を弱める可能性があります。
• シンクマーク: これらのへこみは、ゲート付近の保圧が不十分な場合に発生します。
• ボイド: 閉じ込められた空気により部品内に空洞が生じる可能性があります。
• 門の痕跡: ゲート位置から突出している余分な材料をトリミングする必要があります。

ゲート設計の考慮事項

ゲートを設計するときは、欠陥を最小限に抑え、部品の品質を最適化するために、次の要素を考慮してください。

• 表面マーク: ゲートは、トリミング後に残った跡が最も目立たない場所、通常はパーティング ラインに沿って配置します。
• 流れ特性: ゲートがキャビティへのスムーズで均一な流れをサポートし、応力を軽減して欠陥を防止できるようにします。
• トリミング要件: 手動トリミングが必要か自動トリミングが必要かに関係なく、トリミングのしやすさと部品の特定のニーズのバランスが取れたゲートを選択します。

射出成形ゲートの種類

ゲートはそのトリミング方法に基づいて、手動でトリミングされるゲートと自動的にトリミングされるゲートに大まかに分類できます。

手動でトリミングされたゲート

1.エッジゲートまたは標準ゲート:

• 説明: 断面が長方形で、先細りになっていることが多い。
• 使用法: 平らな部分に適しています。
• Advantages: シンプルなデザインで、実装も簡単です。

2.ファンゲート:

• 説明: 厚みを変えられる大きな開口部。
• 使用法: 大型部品や壊れやすい金型部分に最適です。
• Advantages: 充填が速く、材料を均一に分配します。

3.タブゲート:

• 説明: せん断応力を制限するタブのような機能を備えています。
• 使用法: 低いせん断応力を必要とする薄くて平らな部品。
• Advantages: 部品の応力集中を軽減します。

4.ダイレクト ゲートまたはスプルー ゲート:

• 説明: 材料をキャビティ内に直接供給します。
• 使用法: 大きな円筒形の部品。
• Advantages: 大容量の流量、シンプルなデザイン。

5.ディスクゲートまたはダイヤフラムゲート:

• 説明: 同心度が必要な円形または円筒形の部品に使用します。
• 使用法: 円形または円筒形の部品。
• Advantages: 均一な流れを確保しますが、トリミングや取り外しは困難です。

6.リングゲート:

• 説明: チューブ状の延長部に入る前に材料が自由に流れるようにします。
• 使用法: 均一な材料分布を必要とする部品。
• Advantages: 複雑な形状に適した、一貫した塗りつぶし。

7.スポークゲート:

• 説明中央に十字がある丸い門。
• 使用法: チューブ状の部品。
• Advantages: 完全な同心性は難しいものの、多点注入が可能になります。

自動トリムゲート

1.ホットチップゲート:

• 説明: 均一な流れで円錐形または円形をサポートします。
• 使用法: ホットランナーシステム。
• Advantages: プラスチックがキャビティに入るまで溶融状態を維持し、廃棄物とサイクル時間を削減します。

2.潜水艦またはサブゲート:

• 説明: ゲートの傷を隠すのに役立つテーパード チャネル。
• 使用法: 表面の傷を最小限に抑える必要があるアプリケーション。
• Advantages: ゲート跡を軽減し、高い美観要件に適しています。

3.ピンゲート:

• 説明: 流動性の高い樹脂に使用します。
• 使用法: 高い美観品質が求められる部品。
• Advantages: 目に見える痕跡を最小限に抑え、複雑な部分に適しています。

ゲート設計のベストプラクティス

ゲート設計を最適化するには、次のベスト プラクティスに従ってください。

1. バランスフロー: ゲート設計により金型キャビティ全体の流れが均一になり、応力と欠陥が最小限に抑えられるようにします。
2. 場所を最適化する: 残留マークの影響が最小限に抑えられ、フロー パターンが高品質の部品生産をサポートする場所にゲートを配置します。
3. 適切なタイプを選択してください: 部品の形状、材料、外観の要件に最適なゲート タイプを選択します。
4. トリミングを検討する: トリミングの容易さと、正確できれいな部品表面の必要性のバランスをとります。

射出成形における効果的なゲート設計は、欠陥を最小限に抑えた高品質の部品を製造するために不可欠です。ゲートのサイズ、位置、タイプを慎重に検討することで、設計者は溶融プラスチックの流れを最適化し、応力集中を軽減し、部品の一貫した品質を確保できます。

ツールに関する考慮事項

射出成形では、高品質のプラスチック部品を確実に生産するために、効果的なツール設計に大きく依存しています。ツール設計の重要な側面には、適切な工具鋼の選択、効率的な冷却システムの設計、および排出システムの最適化が含まれます。

工具鋼の選択

適切な工具鋼の選択は重要であり、生産量、材料の研磨性、予想される工具寿命などのいくつかの要因に依存します。たとえば、P20 (1.2311) は、研磨性と機械加工性に優れているため、生産量の少ない金型によく使用されます。一方、H13 (1.2344) は、優れた熱伝導性と耐摩耗性を備えているため、大量生産や研磨材を扱う金型に適しています。

腐食や高温が発生しやすい環境では、工具の寿命を延ばし、部品の品質を長期にわたって維持するために、特殊なコーティングを施したステンレス鋼または工具鋼が必要になる場合があります。

冷却システムの設計

効率的な冷却は、サイクル タイムを制御し、部品の均一な冷却を確保するために不可欠であり、部品の品質と寸法安定性に直接影響します。金型キャビティ全体に熱を均等に分散する冷却チャネルを設計すると、反りを防ぎ、生産サイクル タイムを短縮できます。金型の輪郭に適合するコンフォーマル冷却設計は、放熱を最適化することで冷却効率をさらに高めることができます。

熱伝達を最大化し、成形サイクル間の冷却時間を最小限に抑えるために、銅合金などの熱伝導率の高い材料が冷却チャネルによく選択されます。

排出システムの最適化

排出システムは、冷却された成形部品を金型から取り出す役割を担います。このシステムを最適化するには、エジェクタ ピンを戦略的に配置し、部品の損傷を最小限に抑えてサイクル タイムを短縮するための空気排出などの代替方法を検討する必要があります。

部品の変形や固着を防ぐために、エジェクタ ピンを適切に配置する場合は、壁が薄い部分や形状が複雑な部分を避ける必要があります。金型の表面に適切なドラフト角度を適用すると、部品の整合性を損なうことなく、スムーズに取り出すことができます。

統合とケーススタディ

こうしたツールに関する考慮事項の統合が成功したことは、複雑な形状と厳しい公差を備えた高精度部品の製造を目指した自動車部品メーカーの最近のケース スタディで実証されました。耐摩耗性と熱伝導性を考慮して H13 工具鋼を選択し、コンフォーマル冷却チャネルを実装することで、このメーカーは部品の品質を維持しながらサイクル タイムを 20% 短縮しました。

まとめ

射出成形用のプラスチック部品を設計するには、材料特性、金型設計の原理、製造プロセスを十分に理解する必要があります。これらのガイドラインに従い、金型設計者や製造業者と緊密に協力することで、部品設計を最適化し、効率的な生産と高品質の結果を得ることができます。

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