射出成形は、プラスチック原料から部品を製造する工程です。射出成形品は、自動車、医療、消費財など幅広い業界で使用されています。
射出成形中に起こり得る一般的な問題の一つが寸法不安定です。このブログ記事では、射出成形部品の寸法不安定を解消するための重要なヒントを紹介します。
寸法不安定性とは、同じ射出成形機、同じ成形工程条件下で、各成形品のバッチ間、あるいは各金型で生産される成形品のキャビティ間で、プラスチック部品の寸法が変化することをいう。 製品サイズのばらつきは、装置制御の異常、無理な射出条件、製品設計の不備、材料特性の変化などによって引き起こされる。
成形条件の不一致または不適切な操作
射出成形では、温度、圧力、時間などの工程パラメータを工程要件に従って厳格に管理する必要があります。特に各プラスチック部品の成形サイクルは一定に保ち、任意に変更してはいけません。
射出圧力が低すぎたり、保圧時間が短すぎたり、金型温度が低すぎたり、ムラがあったり、バレルやノズルの温度が高すぎたり、プラスチック部品の冷却が十分でなかったりすると、プラスチック部品のサイズが不安定になる。
一般に、射出圧力と速度を上げ、充填・保圧時間を適切に延ばし、金型温度と材料温度を高めることは、寸法不安定の解消に有効です。
成形品のサイズが要求サイズより大きい場合は、射出圧力と溶融温度を下げ、金型温度を上げ、金型充填時間を短くし、ゲート断面積を小さくして成形品の収縮率を上げる。成形品のサイズが要求サイズより小さい場合は、逆の成形条件を採用する。
周囲温度の変化もプラスチック部品の成形寸法の変動に一定の影響を与えるため、外部環境の変化に応じて、設備と射出成形金型の工程温度を適時調整する必要がある点に留意してください。
成形材料の不適切な選択
成形原料の収縮率は、プラスチック部品の寸法精度に大きな影響を与えます。成形設備や金型の精度が高くても、成形原料の収縮率が大きければ、プラスチック部品の寸法精度を確保することは難しい。
一般的に、成形材料の収縮率が大きいほど、プラスチック部品の寸法精度を確保するのは難しくなる。
したがって、成形樹脂の選択は、プラスチック部品の寸法精度に影響を与える原料成形の収縮後に十分に考慮する必要があります。
原材料の選択については、変化する範囲の収縮率は、プラスチック部品の寸法精度の要件よりも大きくすることはできません。
様々な樹脂の収縮率は大きく異なり、樹脂の結晶化の度合いによって分析されることに留意すべきである。
一般に、結晶性・半結晶性樹脂の収縮率は非晶性樹脂より大きく、収縮変動の範囲も広いため、対応するプラスチック部品の射出成形後に生じる収縮率の変動も大きくなります。
結晶性樹脂の場合、結晶化度が高く、分子体積が減少し、プラスチック部品の収縮率が大きく、樹脂の球状結晶の大きさも収縮率に影響し、球状結晶が小さく、分子間の隙間が小さく、プラスチック部品の収縮率が小さく、プラスチック部品の衝撃強度が高い。
また、成形原料の粒度が不揃いであったり、乾燥が不十分であったり、再生原料と新原料の混合が不均一であったりすると、原料のバッチごとに性能が異なるため、プラスチック部品の成形サイズも変動してしまう。
不適切な製品設計または金型構造設計
金型の構造設計と製造精度はプラスチック部品の寸法精度に直接影響する。成形工程で、金型の剛性が足りなかったり、金型キャビティ内の成形圧力が高すぎたりして金型が変形すると、プラスチック部品の成形寸法が不安定になる。
製造精度が悪かったり、磨耗が激しかったりして、金型のガイドピラーとガイドブッシュのクリアランスが悪いと、プラスチック部品の成形寸法精度も低下する。
成形原料に硬い充填材やガラス繊維、炭素繊維強化材が含まれていて、金型キャビティの深刻な摩耗につながったり、複数のキャビティを持つ金型を使用する場合、キャビティとゲート、ランナーなどの間に誤差が生じたり、注入口のバランスが悪いなどの理由で金型充填が安定しない場合も、寸法変動の原因になります。
したがって、金型の設計は、十分な金型強度と剛性を設計する必要があり、加工精度を厳密に制御し、金型キャビティ材料は耐摩耗性材料を使用する必要があり、キャビティ表面の熱処理、冷間硬化処理が最適です。
プラスチック部品の寸法精度が非常に高い場合、複数のキャビティを持つ1つの金型の構造形式を採用しない方がよい。そうでなければ、プラスチック部品の成形精度を確保するために、金型に一連の補助装置を設置しなければならず、金型の製造コストが高くなる。
成形品に局部的な肉厚誤差が生じる場合、金型の不具合が原因であることも少なくありません。1個取り金型による射出成形 プラスチック部品の肉厚に偏りが生じる場合、一般には金型の取付誤差や位置決め不良により、キャビティとコアの相対位置がずれていることが原因です。
この時、これらの金型の肉厚サイズの要件は非常に正確なプラスチック部品であるため、位置決めにガイド柱とガイドブッシュだけに頼ることはできません、他の位置決め装置を追加する必要があります；
1つの金型に複数のキャビティがある状態で偏肉誤差が発生する場合、一般的に成形初期は誤差が小さいが、連続運転後に徐々に誤差が大きくなる。これは主に金型キャビティとコア間の誤差によるもので、特にホットランナー金型成形を使用した場合にこの現象が発生しやすい。
この点、金型内に温度差の小さい二重冷却回路を設けることができる。薄肉の丸容器を成形する場合、フローティングコアを使用することができるが、コアとキャビティは同心でなければならない。
また、金型の製造では、金型の補修を容易にするため、キャビティは必要な大きさより小さく、コアは必要な大きさより大きくし、ある程度の補修代を残しておくのが通例である。
成形穴の内径が外径より小さい場合は、コアピンを大きめに製作します。これは、射出成形穴の収縮率が他の部分より常に大きく、穴の中心方向へ収縮するためです。反対に、成形穴の内径が外径に近い場合は、コアピンを小さめに製作できます。
機器の故障
成形設備の可塑化能力不足、供給系統の不安定、スクリュー回転数の変動、停止動作の異常、油圧系統の逆止弁の故障、温度制御系統の熱電対の焼損、ヒーターの断線などがあると、プラスチック部品の射出成形寸法が不安定になります。原因を特定できれば、それぞれに応じた対策で解消できます。
一貫性のない試験方法または条件
プラスチック部品の寸法を測定する方法、時間、温度が異なれば、測定される寸法は大きく異なる。プラスチックの熱膨張係数は金属の約10倍であるため、温度条件は試験に最も大きな影響を与える。
従って、プラスチック部品の構造寸法は、標準的な方法と温度条件を用いて決定しなければならず、測定前に部品を十分に冷却してセットしなければならない。一般に、プラスチック部品の寸法変化は脱型後10時間以内に顕著になり、24時間後に初めてセットされる。
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