金型試験の説明: 射出成形金型設計の T0、T1、T2、T3

射出成形 射出成形は、プラスチック部品の製造で広く使用されている重要な製造プロセスです。このプロセスでは、溶融プラスチックを目的の形状に成形する金型を作成します。射出成形金型の品質と効率を確保するには、一般に T0、T1、T2、T3 と呼ばれるさまざまな金型試験による厳格なテストと改良が必要です。

金型試験の概要

金型試作、または金型テストとは、金型を本格的な生産に使用する前に、金型の設計と機能を検証および改良するプロセスを指します。これらの試作では、充填、パッキング、冷却などの射出成形プロセスをシミュレートして、潜在的な問題を特定し、金型設計とプロセス条件を最適化します。目的は、試作回数を最小限に抑え、生産効率を高めることです。

歴史的背景

金型試作の概念は、時とともに大きく進化してきました。初期の段階では、金型設計は主に設計者の経験に依存していましたが、これは多くの場合、時間がかかり、労働集約的でした。1980 年代に射出成形 CAE (コンピュータ支援エンジニアリング) テクノロジが登場したことで、金型試作は試行錯誤のプロセスから、より科学的で予測的なアプローチに変わりました。CAE テクノロジは、射出成形プロセスをシミュレートし、溶融充填および冷却プロセスのダイナミクスを視覚的に表現することで、問題を早期に検出し、金型設計を最適化できるようにします。

金型試験の目的

金型試験の主な目的は、金型の性能を評価し、寸法精度、表面仕上げ、機械的特性など、すべての仕様を満たす部品を製造できることを確認することです。徹底した金型試験により、メーカーは次のことが可能になります。

• 金型が設計要件を満たす部品を生産することを確認します。
• 部品の変形、反り、バリなど、金型設計に関する問題を特定します。
• 射出速度、圧力、温度、冷却時間などの処理パラメータを最適化します。
• 品質を損なうことなく、金型が必要な生産量に対応できることを確認します。

金型試験の種類

金型試験にはいくつかの種類があり、それぞれ特定の目的を果たします。

T0トライアル: 初期金型トライアル

T0試験はドライランとも呼ばれ、新しく製作された金型の最初のテスト段階です。この段階では、材料を注入せずに金型の基本的な機能を検証することに重点を置いています。この段階では、 金型メーカー パーティング ラインの不良、位置合わせの誤り、金型の可動部品 (エジェクタ ピン、スライダーなど) の問題など、機械的な問題がないか確認します。T0 では材料は注入されないため、これは生産レベルのテストではなく、金型が機械的に健全で注入の準備ができているかどうかの初期評価です。

• DevOps Tools Engineer試験のObjective : 機械的な機能と基本的な金型の性能を評価します。
• キーフォーカス: 金型構造の完全性、パーティングラインの品質、コアとキャビティの位置合わせ、可動部品の機能性。

T0 試験では、後続の試験に進む前に対処する必要がある設計上の欠陥や製造上の欠陥が明らかになることがよくあります。

T1試験：最初の設計検証

T1 トライアルは、T0 トライアルからのフィードバックに基づく最初の反復改良です。この段階では、特定された問題を修正し、金型全体のパフォーマンスを向上させることに重点が置かれます。T1 では、エンジニアが部品の形状、表面品質、予備的な寸法の問題など、さまざまな側面を確認します。これは、ヒケ、反り、ショート ショットなどの潜在的な欠陥を観察する最初の機会です。

T1 トライアルでは、仕様に完全に適合しない部品が製造される可能性もありますが、金型設計の微調整、射出パラメータの最適化、冷却チャネルの変更など、調整が必要な主要な領域を特定するのに役立ちます。

• キーフォーカス: 収縮、反り、冷却挙動、射出パラメータ。
• DevOps Tools Engineer試験のObjective : 部品の形状と表面品質を評価するために、材料を使用して最初にテストします。

さらに、T1 試験では、金型の適応性と材料の適合性を評価するために、さまざまな材料を使用したテストが行​​われる場合があります。

T2 トライアル: プロセス最適化

最初の T1 トライアルと必要な変更の後、T2 トライアルでは、部品を最終仕様に近づけるためにプロセスを改良することに重点が置かれます。このフェーズまでに、金型は通常、ゲート システム、冷却チャネル、または通気口の変更など、T1 で発見された重大な欠陥に対処するための調整を受けています。

• DevOps Tools Engineer試験のObjective : 射出プロセスを微調整し、金型寸法を調整します。
• キーフォーカス: プロセス最適化、寸法精度、収縮補正。

T2 トライアルでは、最適なプロセス設定を実現するために、金型設計者、プロセス エンジニア、品質管理スペシャリスト間の連携が必要になることがよくあります。

T3 トライアル: 生産検証

T3 トライアルは、本格的な生産前の最終検証段階です。このトライアルでは、金型とプロセスが商業生産の準備ができていることを確認するために、生産条件を可能な限り正確にシミュレートします。T3 トライアルが成功した場合、金型は生産準備が整ったとみなされます。それでも問題が発生する場合は、小さな調整を行うことができますが、大幅な変更は、以前のトライアルで対処しておくのが理想的です。

• DevOps Tools Engineer試験のObjective : 最終部品の品質、再現性、生産準備状況を保証します。
• キーフォーカス: 寸法安定性、部品の再現性、全体的なプロセス効率。

T3 試験には、製造された部品が性能、美観、信頼性に関するすべての指定された要件を満たしていることを確認するための包括的な品質管理チェックも含まれます。

金型試験のプロセス

金型試験プロセスには通常、いくつかの重要なステップが含まれます。

1. 材料とプロセスの理解: 材料と注入パラメータを調査して課題を予測し、試験中のスムーズな操作を確保します。
2. 現場での実践経験: 試験現場での実地テストにより、金型の実際のパフォーマンスに関する貴重な洞察が得られ、即座に調整が可能になります。
3. 包括的なカビ検査金型の外観、ゲートシステム、冷却チャネル、コア引き抜きシステムや排出システムなどのメカニズムを徹底的に検査します。
4. 最初の金型試験前の準備: 金型メーカーと協力して設計の最適化を確認します。自動トライアルを開始する前に、排出システムを検証し、金型アクションを手動で実行します。
5. 試運転実行: 複数の射出サイクルを実行し、材料の流れ、冷却効率、および排出性能を評価して潜在的な問題を検出します。
6. 製品および組み立てチェック: 試作部品の寸法精度、表面品質、および他のコンポーネントとの組み立てフィットを検査し、必要な調整を特定します。
7. プロセスの最適化: 圧力、速度、冷却時間などの射出パラメータを微調整して、金型のパフォーマンスを最適化し、欠陥のない生産を保証します。
8. 金型の受け入れと試験の概要: すべての問題を解決し、安定した生産を確認した後、金型を本格的に使用することを承認します。摩耗しやすい領域を記録し、長期メンテナンスのために防錆コーティングを施します。

金型試験における一般的な課題

金型試験中に、次のようないくつかの課題が発生する可能性があります。

金型の試作は、本格的な生産の前に金型の性能と品質を検証するために不可欠です。ただし、このプロセス中にいくつかの課題が発生する可能性があり、遅延や欠陥につながる可能性があります。金型の試作中に遭遇する一般的な課題は次のとおりです。

1. マテリアルフローの問題: 材料の流れが不均一になると、ショート ショット、金型キャビティの不完全な充填、または製品にフロー ラインが発生する可能性があります。これは、ゲート設計の不備、射出パラメータの誤り、または金型の不適切な通気によって発生する可能性があります。
2. 表面欠陥: 試作中にヒケ、ウェルド ライン、バリ、焼けなどの欠陥がよく発生します。これらは通常、不適切な冷却時間、金型温度の不均衡、または材料の流れの問題によって発生します。
3. 寸法の不正確さ: 冷却プロセスが最適化されていない場合、収縮や反りが発生し、最終製品の寸法に不一致が生じる可能性があります。材料の選択、金型の設計、プロセス パラメータはすべて、寸法精度の維持に重要な役割を果たします。
4. 排出困難:部品が排出時に金型に付着し、部品と金型の両方に損傷を与える可能性があります。不適切な排出システムの設計、不十分な金型の抜き勾配角度、またはエジェクタ ピンの性能不足が一般的な原因です。
5. 冷却システムの非効率性: 冷却システムの設計が適切でなかったり、障害物があったりすると、サイクル タイムが長くなったり、歪みが生じたり、部品の品質が一定でなくなったりする可能性があります。水路がクリアで適切な位置にあることを確認することが重要です。
6. 組み立てと取り付けの問題: 試作部品を製造した後、組み立て時に他の部品とうまくフィットしない場合があります。これは寸法の不正確さや設計上の欠陥が原因である可能性があり、金型の調整や再設計が必要になります。
7. 過度の金型摩耗 :試運転中に金型が著しく摩耗すると、特に使用頻度の高い部分では、金型が早期に劣化し、部品の品質が低下する可能性があります。硬化材料を使用し、適切な潤滑を確保することで、この問題を軽減できます。

試用段階でこれらの課題に対処することで、大量生産時にコストのかかる生産遅延や品質問題を防ぐことができます。

金型試験における射出成形CAE技術の活用

射出成形 CAE 技術は、実際の成形を開始する前に射出成形プロセスのシミュレーションを可能にすることで、金型の試作プロセスを大幅に強化できます。これにより、設計者は設計段階の早い段階で潜在的な問題を特定し、金型設計とプロセス パラメータを最適化して、必要な試作回数を最小限に抑えることができます。

CAE シミュレーションにより、金型キャビティ内のプラスチックの溶融流動挙動、温度分布、冷却速度についての洞察が得られます。この情報を使用して、金型設計とプロセス パラメータを調整し、部品の品質を向上させ、欠陥を減らすことができます。

射出成形試作チェックリスト

チェック項目	ステータス/メモ
油圧システムは正常に機能している（該当する場合）	✔
カビはきれい	✔
金型は真っ直ぐに持ち上がる	✔
冷却システムは設計通りに機能する	✔
部品なしの排出圧力は仕様通りです	✔
パーティングラインが正しくフィットしている	✔
ガイドピンが1つオフセットされている	✔
金型識別プレートあり	✔
クランプ力は設計通りである	✔
水と油の回路のマーキングはIN/OUTで明確です	✔
金型の側面に摩耗プレートが存在する	✔
すべての配線は保護され、密閉されています	✔
リフターには回転防止機能がある	✔
すべての金型プレートにハンドリング穴が設けられています	✔
カビには十分な換気機能がある	✔
部品の排出圧力は仕様通りです	✔
排出は騒音なしで作動します	✔
金型部品の材質は設計どおりである	✔
金型寸法は設計通りで、実際の記録は正確です	✔
スライドは射出と排出の両方で正常に動作します	✔
アングルピンは回転防止機能付き	✔
ガイドピンは金型内部を保護するのに十分な長さです	✔
リフターシャフトロッドは正しく配置され、ガイドされている	✔
電気接続は正しく配置されています	✔
パーティングライン保護プレートが正しくフィットする	✔
噴射システムが正しく機能する	✔
角度位置プレートが正しくフィットする	✔
金型面は腐食しない	✔
水道接続は正しく、設計された位置にあります	✔
排出システムは注入/排出時にフルストロークで移動する	✔
金型部品の硬度は適切である	✔
オイル接続が正しく、設計された位置にある	✔

サンプル（部分）チェックリスト

チェック項目	ステータス/メモ
ヒケは許容範囲	✔
部品にバリがない	✔
壁の厚さは正しい	✔
フローラインと溶接ラインは許容範囲です	✔
部品にエジェクタピンの跡がない	✔
部品にガスが発生していない	✔
顧客の要望に応じてマーキングが施されています	✔
リブ研磨は許容される	✔
部品の重量は許容範囲内です	✔
部品は汚染されていない	✔
キャビティ表面の研磨は許容される	✔
部品は配送前に適切に梱包されます	✔
ゲートで噴射は発生しない	✔
部品にショートモールディングがない	✔
ゲートの位置は正しい	✔
部品の不一致なし	✔
キャビティ全体でバランスのとれたゲートフロー	✔
コア表面の研磨は許容される	✔
部品は排出時に形状を維持します	✔
部品の寸法は図面/CADに従って正確です	✔
部品内でバランスのとれたゲートフロー	✔
部品がキャビティ側に付着しない	✔
部品に損傷はありません	✔

まとめ

金型試験は射出成形プロセスの重要な要素であり、成形プロセスを最適化しながら高品質の部品の製造を保証します。CAE、センサー、自動化などの高度なテクノロジーを活用することで、金型試験はより効率的かつ予測可能になりました。業界が進化し続けるにつれて、金型試験の役割はイノベーションの推進と生産性の向上においてさらに重要になります。

要約すると、金型試験は生産プロセスにおける必要悪というだけでなく、製品の品質を確保し、コストを削減し、プロセスを最適化するための戦略的なツールです。高度な手法とテクノロジーを採用することで、メーカーは金型試験の可能性を最大限に活用し、より効率的で持続可能な生産への道を切り開くことができます。