2005年以来、プラスチック射出成形金型製造

射出成形プロセスパラメータ：総合ガイド

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序文

射出成形の主なパラメーターには、乾燥温度と時間、射出量、計量ストローク（予備塑性ストローク）、残留材料、遅延防止、スクリュー速度、背圧、射出速度、射出速度と圧力、保持圧力と時間、バレル温度、金型温度、冷却時間、金型開閉速度と圧力、射出速度、ガスアシストブロー圧力と時間などがある。

この記事では射出成形プラスチック射出成形のプロセスパラメーターの調整方法を提案する。

射出成形のパラメーターとは

射出成形温度

射出成形の圧力に関しては、温度は大きな問題である。射出成形機のバレルには5～6つの加熱部があり、材料ごとに加工温度が決まっている（具体的な加工温度は材料メーカーのデータを参照）。

低すぎると、溶融物がうまく可塑化されず、部品がぐちゃぐちゃになって成形が難しくなる。高すぎると、原料が分解してしまう。現実には、射出温度はバレル温度より高いのが普通だ。高い方の数値は射出速度と材料の特性によって異なり、30℃にもなる。

溶融材料が射出ゲートを通過する際にせん断され、大量の熱が発生するからだ。金型流動解析を行う際、この違いに対処する方法は2つある。ひとつは溶融材料が空中にあるときの温度を測定する方法、もうひとつはノズルをモデルに含める方法です。

バレル温度

射出成形材料の温度、すなわち溶融温度は、溶融物の流動特性に大きな役割を果たす。プラスチックには特定の融点がないため、いわゆる融点は溶融状態での温度範囲である。プラスチックの分子鎖の構造や組成が異なるため、流動性への影響も異なる。

温度は、PC、PPSなどの硬い分子鎖にはより明白な影響を与えるが、PA、PP、PEなどの柔軟な分子鎖の流動性は温度によって明白に変化しない。したがって、適切な射出温度は、異なる材料に応じて調整する必要があります。

ベーキング温度と時間

ほとんどのプラスチックは吸湿性があるため、空気に触れると少量の水分を吸収します。プラスチック中の水分があるレベル以上になると、シルバーストリーク、気泡、もろいひび割れ、機械的特性の低下など、射出成形の品質不良が発生する。そのため、射出成形前にプラスチックを乾燥させる必要があります。射出成形.

ほとんどのサプライヤーは、推奨される焼成温度と時間を提示している。ただし、乾燥時間が長すぎるとプラスチックの可塑性が低下し、材料がもろくなる。

PA、PBT、PET、PEI、PSUなど吸湿性の強い素材については、除湿乾燥機による乾燥を推奨する。PP、PE、PVC、POMなどの吸湿性の低い素材については、未開封の袋に密封されているか、乾燥した環境で保管されていれば、乾燥の必要はありません。

金型温度

金型温度。プラスチック材料の中には、結晶化温度が高く、結晶化速度が遅いため、高い金型温度を必要とするものがある。また、寸法制御や変形・脱型の必要性から、より高い温度や低い温度を必要とするものもある。

例えば、PCは一般的に60度以上を必要とするが、PPSはより良い外観を得、流動性を向上させるために160度以上の金型温度を必要とすることがある。このように、金型温度は製品の外観、変形、寸法、プラスチック成形の改善に計り知れない影響を与える。

ノズル温度

ノズルは溶融物の流れを促進し、溶融物の温度を維持する機能を持っています。射出成形中、ノズルは金型と直接接触するため、ノズル温度が急速に低下し、溶融材料がノズルで凝縮し、ノズル孔や金型の注湯システムを塞いでしまいます。

さらに、凝縮した材料は金型に注入された後の製品の表面品質や性能に影響するため、ノズルの温度を制御する必要がある。

射出圧力

射出圧力は射出成形システムの油圧システムから供給される。油圧シリンダーの圧力は、射出成形機のスクリューを通してプラスチック溶融物に伝達されます。

加圧されたプラスチック溶融物は、射出成形機のノズルから金型の垂直流路（金型によっては主流路でもある）、主流路、分岐流路に入り、ゲートから金型キャビティに入る。

圧力の目的は、溶融物の流れの抵抗に打ち勝つことであり、逆に言えば、流れの抵抗を射出成形機の圧力によって克服し、円滑な充填工程を確保することである。

射出成形をしているとき、射出成形機のノズルでの圧力が最も高いのは、プロセス全体を通して溶融物の流動抵抗に打ち勝たなければならないからです。その後、圧力は流路長に沿って溶融物の波打ち際の前端まで徐々に低下します。金型キャビティ内の排気が良好であれば、溶融物の前端における最終的な圧力は大気圧となる。

溶融充填圧力に影響を与える要因は数多くあるが、それらは次の3つにまとめることができる：プラスチックの種類や粘度などの材料要因、ゲートシステムの種類、数、位置、金型のキャビティ形状、製品の厚さなどの構造要因、成形のプロセス要素。

保持圧力

プレス・ホールディングとは、金型に溶融物を充填した後、金型の中で溶融物をつぶして小さくすることです。このときの圧力を保圧といいます。

実際の生産では、保圧は射出圧力と同等に設定することができ、一般的には射出圧力より若干低くなる。保持圧力が高いと、製品の収縮率が減少し、表面仕上げと密度が増加し、溶接痕強度が増加し、製品サイズが安定する。

欠点は、脱型時に製品の残留応力が大きく、オーバーフローが発生しやすいことである。

プレス保持時間

保圧時間は、金型キャビティ内のプラスチックの圧縮と収縮補正の時間であり、射出時間全体に占める割合が大きい。単純な形状の製品では、保圧時間も非常に短くすることができる。

融液が凍結するまでのゲートでの保持時間は、部品の出来に大きく影響する。保持時間が短いと、部品は密度が低く、小さく、ヒケが生じます。長い時間保持すると、部品は内部応力が大きく、弱くなり、金型から取り出しにくくなります。

また、保持時間は材料の温度、金型の温度、主流路の大きさ、ゲートの大きさに関係する。プロセスパラメーターが正常で、ゲートシステムが合理的に設計されていれば、最適な保持時間は通常、製品の収縮変動幅が最も小さくなる時間である。

プラスチックを金型に入れる時間を考えるとき、いくつかのことを考える必要がある。まず、使用するプラスチックの種類と、それがどの程度機能するかについて考える必要がある。

第二に、何を作るのか、金型はどうなっているのかといった条件を考える必要がある。第三に、射出工程で起こっている他のこと、例えば、どのくらい熱いか、どのくらいの圧力があるか、プラスチックが入る速度はどのくらいか、スクリューが回る速度はどのくらいか、などについて考える必要がある。

背圧

背圧とは、スクリューが材料を蓄えるために反転・後退する際に乗り越えなければならない圧力のことである。背圧が高いと、色の分散やプラスチックの溶融には良いが、スクリューが後退するのに時間がかかり、プラスチックの繊維が短くなる。射出成形マシンだ。

そのため、背圧は低く、一般的には射出圧力の20%を超えないようにします。発泡プラスチックを射出する場合、背圧はガスによって形成される圧力よりも高くなければなりません、そうでなければ、スクリューはバレルから押し出されます。

射出成形機の中には、溶融時のスクリュー長さの減少を補うように背圧をプログラムできるものがあり、これにより投入熱量が減少し、温度が低下する。しかし、この変化の結果を見積もるのは難しいため、機械に対応する調整を行うのは容易ではない。

メータリングストローク（プリプラストローク）

各射出指示の終了後、スクリューはバレルの前端にある。予備成形の指示が出されると、スクリューが回転を始め、材料がスクリューヘッドに運ばれる。スクリューはゴム材料の背圧を受けて、リミットスイッチに当たるまで後退する。

これを計量工程または予備塑性工程と呼び、スクリューが戻る距離を計量ストロークまたは予備塑性ストロークと呼ぶ。つまり、スクリューヘッドのゴム材料の体積は、スクリューが戻ることによってできる計量体積であり、その計量ストロークが射出ストロークである。計量ストロークの繰り返し具合によって、射出体積の変動が変わってくる。

残留材料

スクリュー射出後、スクリューヘッドの溶融材料は完全に射出されることはなく、一部は残留材料を形成するために保持される必要がある。

このように、一方では、スクリューヘッドとノズルが接触し、機械的な衝突事故を引き起こすことを防止することができ、他方では、射出成形品の品質を安定させるという目的を達成するために、射出量の再現性を制御するために、この残留材料パッドを使用することができます。一般的に、残留材料は1.5~2.5mmのアラームに設定されています。

アンチディレイ（ルーズ・リトリート）

アンチディレイとは、スクリュー計量（予備可塑化）が行われた後、計量室内の溶融物の内圧が低下し、溶融物が計量室から（ノズルや間隙を通って）流出しないように、直線的に一定距離後退するプロセスを指す。

逆流防止のもう一つの目的は、ノズル流路系の圧力を下げ、内部応力を軽減することであり、金型を開く際に材料棒の引き抜きを容易にすることである。逆流防止の設定は、プラスチックの粘度や製品の状態によって異なります。

過度の逆流防止は、計量チャンバー内の溶融物に気泡を混入させ、製品の品質に深刻な影響を与える。高粘度の材料の場合、逆流防止は必要ありません。アンチバックフローは一般的にスクリュー後退ストロークの1~2%に設定されます。

注入時間

ここでいう射出時間とは、金型の開閉などの補助的な時間を除いた、プラスチック溶融物がキャビティに充填されるまでの時間を指す。

射出時間は短く、成形サイクルにはあまり影響しませんが、射出時間を調整することは、ゲート、ランナー、キャビティの圧力をコントロールするために重要です。適度な射出時間は、溶融物がよく充填されるのを助け、製品の表面品質を向上させ、寸法公差を小さくするのに重要である。

射出時間は冷却時間よりはるかに短く、冷却時間の約1/10～1/15である。この法則は、プラスチック部品の総成形時間を予測するための基礎として使うことができる。

金型流動解析を行う場合、溶融物が完全にスクリューに押されてキャビティに充填された場合のみ、解析結果の射出時間が工程条件で設定された射出時間と等しくなります。キャビティが充填される前にスクリューの保圧スイッチが入ると、解析結果は工程条件の設定値よりも大きくなります。

射出速度

射出速度とは、バレル内の溶融物の速度（スクリューの推進速度ともいう）（mm/s）のことである。射出速度は、製品の外観、サイズ、収縮率、流動分布などを決定する。

すなわち、まず速い速度で溶融物を主流路、枝流路、ゲートを通過させてバランスのとれた射出の目的を達成し、次に素早く金型キャビティ全体を充填し、次に遅い速度で収縮や逆流によって生じた不十分な接着剤をゲートが凍るまで補充することで、焦げ、ガス痕、収縮などの品質不良を克服することができる。

スクリュースピード

スクリュー速度は、射出成形材料がスクリュー内を搬送され可塑化される間の熱履歴とせん断効果に影響し、可塑化能力、可塑化品質、成形サイクルなどの要因に影響する重要なパラメーターである。スクリュー回転数を上げると、可塑化能力、溶融温度、溶融温度の均一性が向上します。

スクリュー速度の設定は、スクリューの直径によって決まります。各プラスチック材料には、O.D.（外径）線速度の最大値があり、通常はm/sで表されます。スクリュー速度に換算すると、スクリュー速度の範囲は一般的に30～120RPMです。

具体的な最高線速度は以下の図 31 に示されている。異なるプラスチック材質の場合、材質サプライヤーは仕様番号のスクリュー速度設定値を推奨します。

小型スクリューの場合、スクリューの溝深さが比較的浅いため、ゴムの熱吸収が早く、圧縮部のゴムを軟化させるのに十分である。また、スクリューとバレル間の摩擦熱が小さいため、高速回転が可能である。逆に大型のスクリューの場合、可塑化ムラや過度の摩擦熱を避けるために高速を使うのは容易ではない。

熱に弱いプラスチック（PVC、POMなど）の場合は、材料の分解を避けるためにスクリュー速度を低くしてください。溶融粘度の高いプラスチック（PC、PSF、PPOなど）の場合は、スクリュー速度も低くしてください。

開閉速度と圧力

型締速度は通常、開閉の2段階で設定する必要がある。まず金型を素早く閉じ、次に金型を傷つけないように前後の金型が接触する前にゆっくりと閉じます。

ロック力設定ポイント：低圧で前後の金型を合わせ、低圧から金型を保護し、高圧で金型をロックする。

排出力とスピード

製品を金型から取り出す際には、製品と金型の間の粘着に打ち勝つために何らかの外力を使う必要がある。この外力を射出力という。排出力が小さすぎると金型から製品を取り出すことができず、排出力が大きすぎると製品が変形したり、破損したりします。

また、排出の速度と距離も影響する。排出速度が速いと製品に反りや傷がつきやすく、排出距離が短いと製品に反りや傷がつきやすい。製品が外れにくい。

射出成形プロセスパラメータ調整方法

温度管理

熱電対は温度制御システムのセンサーとしても広く使われている。制御機器上で、欲しい温度を設定し、センサーの表示は設定点で発生した温度と比較される。

この熱電対は、温度制御システムのセンサーとしても広く使用されている。制御機器では、必要な温度が設定され、センサーの表示は設定点で発生した温度と比較される。最も単純なシステムでは、温度が設定点に達すると電源がオフになり、温度が下がってから再び電源がオンになる。このシステムは、オンかオフのどちらかであるため、オン・オフ制御と呼ばれる。

温度

射出成形において、温度測定と温度管理は非常に重要である。温度を測定するのはとても簡単ですが、ほとんどの場合射出成形マシンに十分な温度サンプリングポイントやラインがない。