射出成形 is a cost-effective manufacturing technology for identical plastic parts with high tolerance in mass-production. In injection molding process, polymer granules will be melted and injected into molds under pressure, liquid plastic will cool, solidify and final eject form molds. 材料 射出成形で使用されるのは熱可塑性ポリマーで、着色したり、他の添加剤を充填したりできます。身の回りのプラスチック部品のほとんどは射出成形法で製造され、電子機器の筐体を形成し、キッチン家電や自動車部品に至るまで.
射出成形は、大量生産における劇的な低コストの理由から、広く適用されています。また、再現性が高く、 設計の自由度が高い.射出成形の主な制約は、経済的な問題、金型製造に多額の初期投資が必要なこと、設計から最終生産までの長いターンアラウンド タイムが少なくとも 4 週間かかることです。
射出成形プロセス
射出成形は、消費者製品やエンジニアリング アプリケーションなど、身の回りのほぼすべてのプラスチック製品に広く使用されています。主な理由は、単位あたりのコストが非常に低いプラスチック部品を大量に生産できることです。ただし、他の製造技術と比較して、カスタム ツーリングの初期費用は高く、複雑な構造、金型材料、および精度に応じて $3,000 から $100,000 になります。
射出成形機
アン injection molding machine is normally consist of 3 main parts: Injection Unit, Mold Unit and Ejector Unit. Each of these system has their basic operation mechanics and affect the final result in injection molding process.
射出成形作業プロセス:
ポリマー粒子を乾燥させてホッパーに投入し、着色顔料や強化添加剤と混合します。
これらの粒子はバレルに供給され、加熱、混合され、ピッチスクリューによって金型に向かって移動します。スクリューとバレルの形状は、圧力を高めて材料を溶かすように最適化されています。
次に、ラムが前方に移動し、溶融プラスチックがランナー システムによって金型に射出されます。材料が冷えると固まり、型の形になります。
最後に、金型が開き、エジェクター ピンによってソリッド パーツが押し出されます。その後、金型を閉じてプロセスを繰り返します。
このプロセス全体が高速で繰り返されます。パーツのサイズにもよりますが、このサイクルには約 30 ～ 90 秒かかります。排出後、保持容器に払い出されます。通常、射出成形部品は、後処理をほとんど行わずにそのまま使用できます。
射出ユニット
射出装置は生のプラスチックを溶かして金型に流し込むもので、ホッパー、バレル、レシプロスクリュで構成されています。
ランナーシステム
溶融樹脂を金型キャビティに導くための流路です。液体プラスチックの流れと圧力を制御し、射出後に除去します。ランナー システムは通常、スプルー、ランナー、ゲートの 3 つのセクションで構成されます。
スプルーは、すべての溶融プラスチックが金型に流れ込む主要なチャネルです。
ランナーはスプルーをゲートに接続し、溶融したプラスチックを金型の 2 つの半分に広げます。材料を複数のパーツに導くための 1 つ以上のランナーがあります。
ゲートは、金型キャビティへの溶融材料の入口です。その形状と位置は、プラスチック フローを決定する上で非常に重要です。
さまざまなゲート タイプがさまざまな用途に適しています。射出成形には 4 つの典型的なゲートがあります。
- エッジ ゲート: このゲートは最も一般的なゲート タイプで、2 つの半分のパーティング ラインで材料を射出できます。ランナー システムは後で手動で取り外す必要があり、射出位置に小さな欠陥が残ります。
- トンネル ゲート: このゲートは、パーティング ラインの下に材料を注入します。部品が金型から取り出されると、ランナー システムはスナップ オフします。このゲートは、大量生産に最適です。
- ポスト ゲート: このゲートはキャビティの裏側に材料を注入し、小さな欠陥を隠します。このゲートは、外観の優れた部品に適用されます。
- ヒント: このゲートはスプルーに直接接続し、プラスチック フォームの上面を金型に射出します。ランナーシステムには材料の無駄がありません。大規模生産には理想的ですが、射出ポイントに目に見えるへこみが残ります。
金型ユニット
金型は部品形状の写真のネガのようなもので、その形状と表面の質感が射出成形部品に直接転写されます。
通常、金型のコストは、射出成形の初期費用の中で最も大きな部分を占めます。形状が単純で少量生産の場合、金型のコストは $2,000 ～ 5,000 になる場合があります。最適化された金型と本格的な生産の場合、高品質の金型は正確な公差で数千から数十万の部品を生産できるため、金型コストは $100,000 に上昇します。
金型はアルミニウムの CNC 機械加工または 工具鋼、その後、必要な標準に仕上げられます。部品のマイナス面を除いて、金型には、溶融したプラスチックを金型に流し込みやすくするランナー システムや、部品の冷却を早める内部水冷チャネルなど、他の機能的特徴もあります。
金型の解剖学
最も単純な金型はストレート プル金型で、通常、キャビティ (前面) とコア (背面) の 2 つの半分で構成されます。
ほとんどの場合、設計と製造が簡単なストレート プル金型が好まれます。これにより、総コストを低く抑えることができます。ストレート プル金型には、いくつかの設計上の制限があります。パーツは、両側でオーバーハングのない 2D ジオメトリでなければなりません。
金型に複雑な形状が必要になると、引き込み式のサイド アクション コアやその他のインサートが必要になります。サイド アクション コアは、金型への入り口が上部または下部にある可動コンポーネントで、オーバーハングのある部品の製造に適用されます。副作用は型のコストを急速に増加させるため、ti は控えめに使用する必要があります。
注: 射出成形サイクルのほぼ 50% は冷却と固化です。そのため、設計の厚さを最小限に抑えることが、スピードアップとコスト削減の鍵となります。
金型側面
射出成形部品には、金型キャビティに面する A 面と金型コアに面する B 面の 2 つの面があります。これらの 2 つの側面には異なる目的があります。
A 面は見た目が良く、化粧面とも呼ばれます。それはあなたの設計仕様として滑らかまたは織り目加工されます.
B 面には、ボス、リブ、スナップ フィットなどの隠れた構造要素が含まれています。機能面とも呼ばれ、仕上げが粗く、突き出しピンの跡が目立ちます。
エジェクターユニット
エジェクタ ユニットには、クランプおよびイジェクト システムが含まれています。このシステムには、射出時に2つの金型部品を閉じたままにし、固化後に成形部品を押し出すという2つの機能があります。
2 つの金型可動部品の完全な位置合わせは存在しないため、射出成形部品に 2 つの一般的な目に見える欠陥が生じます。
パーティング ライン: 2 つの金型が交わる部分側にあります。金型の小さなズレや丸みが原因です。
エジェクタ マーク: パーツの隠れた B 面に表示されます。常に金型表面下のエジェクタ ピンによって作成されます。
射出成形のメリット
大量生産
射出成形は、大量のプラスチック部品を生産するための最も競争力のある製造方法です。射出成形機に金型をセットするため、プラスチック部品を高速・低コストで生産できます。射出成形の最小数量は 500 個です。この時点では、金型の初期コストが高いため、単価への影響は少なくなります。
幅広い素材
ほとんどの熱可塑性樹脂、一部の熱硬化性樹脂、およびシリコーンは射出成形に適用できます。これにより、さまざまな物理特性を持つ幅広い材料が得られます。射出成形部品は、優れた物理特性を備えています。これらの特性は、ガラス繊維などの添加剤や、PC/ABS ブレンドなどの異なるペレット混合物によってカスタム製造できます。必要なレベルの強度、剛性、または耐衝撃性を達成するため。
高い生産性
射出成形のサイクル時間は通常 15 ～ 60 秒ですが、これは部品のサイズと金型の複雑さによって決まります。さらに、1 つの金型で複数の部品を収容できるため、製造工程での生産能力が向上します。これは、1 時間に何千ものプラスチック部品を生産できることを意味します。
高耐性
射出成形プロセスは、再現性が高く、高い公差があります。金型は時間の経過とともに摩耗するため、パイロット ラン用のアルミニウム金型は 5,000 ～ 10,000 サイクル持続しますが、フル スケール生産用の工具鋼金型は 100,000 サイクルに耐えることができます。
射出成形部品の公差は ± 0.500 mm ですが、特別な要件がある場合は、公差を ± 0.125 mm に減らすこともできます。
優れた外観
射出成形では、余分な仕上げをほとんど行わずに完成品を製造できます。金型の表面は、高度な鏡面研磨、またはビードブラストでテクスチャード加工することができます。
射出成形の限界
金型のコストが高い
経済面での射出成形の主な制約は、金型のコストが高いことです。ジオメトリごとにカスタム金型を製造する必要があるため、初期費用が非常に高くなります。
コストのかかる設計変更
金型が作成されると、設計変更には新しい金型製造フォーム スクラッチが必要です。このため、射出成形では正しい金型設計が非常に重要です。
長いリードタイム
射出成形のターンアラウンドは 6 ～ 10 週間、金型の製造には 4 ～ 6 週間、生産と出荷には 2 ～ 4 週間かかります。設計変更が必要になると、この時間はそれに応じて増加します。