射出成形機の充填時間は、射出成形において最も重要な要素の一つである。それは、販売される製品の品質だけでなく、達成された販売数と製品のコストに直接関連しています。この点で、供給される保圧は射出成形機にとって、金型への充填にかかる時間を評価する上で非常に重要な部分であり、それゆえ、射出成形金型内の材料の品質を最適化し、向上させ、関連コストを削減するために使用することができます。この記事では、射出成形機のバレルを充填するのに必要な時間のエンジニアリング作業と計算の効率、充填時間と計算の実践にいくつかの要因の影響に焦点を当てます。

射出成形プロセスの概要

射出成形 は、圧力で溶融プラスチックを金型に注入し、冷却して必要な形状に固化させる工程である。この工程には以下のステップが含まれる：

1.可塑化： 熱可塑性プラスチックは、高温でペレットを形成するバレルに溶かされる。

2.注射： その後、溶融プラスチックを金型キャビティに押し込む。

3.パッキング： 第二に、射出された材料が収縮する傾向を打ち消すために、射出後も圧力が維持される。

4.冷却： プラスチックが金型内で冷え固まる間、圧力は維持される。

5.型開きと部品の取り外し： その後、金型が開いて部品が取り出される。

スクリューからバレルを通って金型キャビティに溶融プラスチックが移動し、完成するまでの時間である。

充填時間の重要性

正確な充填時間は射出成形にとって非常に重要であり、主に次のような点に反映される：

1.製品の品質： 沐浴工程で使用される時間は、表面仕上げ、全体的な公差、特に製品の空洞の複雑さにおいて、製品の品質に大きな影響を与える。この場合、製品は不完全なものとなり、充填時間が長すぎると表面に欠陥が生じ、短すぎると寸法が不安定になり、長すぎても短すぎても内部に赤や白の気泡が生じます。

2.生産効率： 生産工程における所要時間は、初期生産から市場への製品投入に至るまで、重要な検討事項に寄与する。適切な時間を選んで設備に充填すれば、作業のピークを強め、効率を高めることができる。

3.コスト管理： 最適化のために充填時間増加オプションを使用することで、材料とエネルギーの使用量を削減し、生産コストを削減することができます。

充填時間に影響する要因

射出成形工程の充填時間は、主に以下のような様々な要因に影響される：

1.材料特性： すなわち、あるものはより低い温度で溶融し、あるものはより高い温度で溶融し、あるものは他のものよりも粘性が高く、あるものは他のものよりも流動性が悪く、その結果、充填時間が材料によって異なる。例えば、粘度の高い材料は金型の充填時間を長くする。

2.射出成形機パラメータ： 充填時間は、射出成形システムのパラメータ、例えばスクリュー速度、射出圧力、スクリュー直径に大きく依存します。射出速度と射出圧力を上げることで、充填時間を最短にすることができます。

3.金型設計： ランナーの直径、カンチレバーの距離、ゲートの数、金型キャビティの形状も充填時間に影響します。金型の特別な設計の例として、それが充填時間を損なうこともあります。

4.プロセス条件： 充填時間は、金型温度、溶融温度、冷却時間などの加工条件に左右される。適切なプロセス・パラメーターを選択することで、パイプの充填に必要な時間を短縮することができます。

充填時間の計算方法

1.経験式法

実生活では、充填時間を計算するために数式を使うことがよくある。これらの公式は通常、多くのデータを見て、いくつかの計算をすることによって作成されます。一般的な計算式を紹介しよう：

t_f=𝑉/𝑄

どこだ？

• t_fは充填時間である；
• ǔ は金型キャビティの体積；
• ᵄ は注入流量。

噴射流量ᵄは以下の式で計算できる：

𝑄=𝐴⋅𝑣

どこだ？

• 𝐴 はスクリュー直径の断面積；
• 𝑣 はスクリュー回転数。

2.レオロジーモデル法

レオロジーモデル法は、プラスチック材料のレオロジー特性に基づいています。金型内での材料の流動挙動を計算し、充填時間を決定します。一般的なレオロジーモデルには、ニュートン流体モデルと非ニュートン流体モデルがあります。

ニュートン流体モデル

ニュートン流体の場合、流動挙動は以下の式を満たす：

𝜏=𝜂⋅𝛾˙

どこだ？

• τ はせん断応力である；
• η は動的粘度である；
• γ˙はせん断速度である。

ニュートン流体モデルでは、充填時間は以下の式で計算できる：

𝑡_𝑓=𝑉/(𝐴⋅𝑣)

非ニュートン流体モデル

非ニュートン流体の場合、流動挙動はより複雑であり、しばしばべき乗則流体モデルによって記述される。べき乗流体モデルの流動挙動は、以下の式で記述される：

𝜏=𝑘⋅𝛾˙^𝑛

どこだ？

• 𝑘 は流動一貫性指数；
• 𝑛は流動挙動指数。

非ニュートン流体モデルでは、充填時間の計算は材料の非線形流動特性を考慮する必要があり、通常は数値シミュレーションによって行われる。

3.数値シミュレーション法

金型への充填にかかる時間を調べるには、計算するのが一番です。そのためには、MoldflowやMoldex3Dなどの特別なコンピュータープログラムを使うことができます。これらのプログラムでは、プラスチックがどのように金型に流れ込むかを数学で計算します。

その方法はこうだ：

1.モデリング： キャビティ、ゲート、ランナーなどすべてのパーツを含む金型の3Dモデルを使用できるものもある。

2.材料パラメータの設定： プラスチックがどのように動かされ、どの程度熱いかを示す値をプログラムに入力しなければならない。

3.プロセスパラメータの設定 例えば、プラスチックを押す力、金型を焼く温度などだ。

4.シミュレーションの実行 つまり、プラスチックが金型に導入されたときに何が起こるかを視覚化するために、コンピュータープログラムを実行することが前提条件となる。

5.結果の分析 金型への充填に必要な時間や温度の高さについては、プログラムが出す答えを評価しなければならない。

数値シミュレーションは、複雑な形状や複雑な特性を持つ材料に対して正確であるため、解析的手法よりも優れているが、特別なソフトウェアとより多くの計算能力を必要とする。

4.実験的検証方法

実験検証法で充填時間を計算する場合、充填時間を推定する方法であることを述べておきたい。実用的な味の製造工程では、最適なレベルに達するまで、適切な回数だけ充填時間を少しずつ増やしていきます。

実験的検証方法の手順は以下の通り：

1.予備パラメータの設定 まず、理論モデルや計算シミュレーションに基づいて、射出圧力や射出速度などの設計パラメータを評価する。

2.試作： 金型への充填と部品の品質を予測する積分モデルから得られる結果の精度を検討するため、試験を実施し、金型への充填にかかる時間と部品の品質を記録する。

3.調整と最適化： 試験結果を評価し、プロセスパラメーターを正確に変更するためのモデルを策定し、充填時間を最適化する。

4.パラメータの決定 多くのテストと調整が行われたら、理想的な充填時間を設定する。

実験的検証法の長所は、簡単で再現性があることだが、コストがかかり、実験に時間がかかることである。

ケース分析

充填時間の計算方法をよりよく理解するために、実際のケースを分析する。

ケースの背景

ある会社が、プラスチック製の住宅用製品を大量生産する必要がある。材料はポリプロピレン（PP）である。金型の設計は以下の通りである：

• キャビティ容積: 200 cm³
• ゲート径：2mm
• ゲートの数1

射出成形 マシンのパラメーターは以下の通り：

• スクリュー直径: 30 mm
• 射出速度：100 mm/s

計算ステップ

1.経験式法：

まず、注入流量を計算する：

A=π⋅(D/2)²=π⋅(30/2)²=706.86 mm²

𝑄=𝑣=706.86 mm²⋅100 mm/s=70686 mm³/𝑠=70.686 cm³𝑠

次に、充填時間を計算する：

𝑡_𝑓=ǔ/𝑄=200 cm³/70.686 cm³/2.83秒

2.レオロジーモデル法：

ポリプロピレンがこの温度でニュートン流体として挙動すると仮定すると、その流動挙動は次のように単純化できる：

𝑡_𝑓=𝑉/(𝐴⋅𝑣)=200 cm³/706.86 mm²⋅100mm/s）＝200cm³/70.686 cm³/2.83秒

3.数値シミュレーション法：

Moldflowソフトウェアを使用して、金型と材料のパラメータをシミュレーションし、プロセス条件を設定してシミュレーションを実行した。充填時間は約2.85秒。

4.実験的検証方法：

試作の結果、充填時間は約2.8秒。何度も調整した結果、最終的に決定した充填時間は2.8秒だった。

充填時間を最適化するための戦略

充填時間を正確に計算することは重要ですが、充填時間を最適化することも重要です。ここでは、充填時間を最適化するための戦略をいくつか紹介する：

射出成形機パラメータの最適化

1.射出速度： あなたが選んだ射出速度は、充填時間を最短にしたことと、高速で機械内を移動する際に材料が混ざらないようにした点で良い。

2.射出圧力： 低い場合は、型に液体を満たすのに時間がかかることを示しますが、高い場合は、少し早く液体を満たすことができますが、高すぎると、型にひびが入ったり、フラッシュが発生したりする可能性があることを意味します。

3.スクリューデザイン： スクリューの圧縮を高くするなどの変更も、材料をより溶かしやすくし、金型に充填されるように混ぜるのに役立つ。

金型設計の改善

1.ゲートデザイン： ゲートを増やしたり、ゲートを移動させたりすれば、プラスチックの流れがよくなり、充填も早くなるという。

2.ランナーデザイン： ランナーの幅を狭くし、短くし、形状を変えれば、プラスチックの流れは良くなる。

3.ベントデザイン： 金型にもっと穴をあけて、空気が金型からよく抜けるようにすれば、気泡が入らず、プラスチックがよく充填される。

プロセスパラメーターの調整

1.金型温度： 金型温度を上げると、材料の冷却速度が遅くなり、包装時間が長くなる。

2.溶融温度： 溶融温度を上げれば、材料の粘度が下がり、金型に充填する際の流れが良くなる。

3.注入時間： 注入時間を長すぎたり短すぎたりしないようにしないと、悪い部分ができてしまう。

先進技術の活用

1.数値シミュレーション 数値シミュレーション技術の研究は、充填問題を早期に発見し、プロセスパラメータと金型設計を調整するのに役立ちます。

2.インテリジェント制御： 例えば、射出システム内の圧力を制御するために圧力制御システムを使用したり、充填プロセスの安定性と精度を向上させるために射出プロセスを微調整するなど、射出成形機を最適化するためにインテリジェント制御を使用することができます。

3.新素材： 新しい高流動材料を開発することで、充填時間を効果的に短縮し、生産効率を高めることができる。

ケース分析（続き）

充填時間の最適化戦略をよりよく理解するために、前回の実践的なケースの分析を続けよう。

射出成形機パラメータの最適化

いくつかの実験を行った結果、射出速度を150mm/sに上げることで、製品の品質を犠牲にすることなく充填時間を大幅に短縮できることがわかりました。以下は、私たちが計算した新しい充填時間です：

𝑄=706.86 mm²⋅150 mm/s=106029 mm³/𝑠=106.029 cm³/𝑠

𝑡_𝑓=200cm³/106.029センチ³/1.89秒

金型設計の改善

数値シミュレーションの結果、ゲートをもう1つ追加すれば、材料の流れを改善し、充填時間を短縮できることがわかった。私たちは金型を改良してゲートを1つ追加し、充填シミュレーションを再度実行した。その結果、充填時間は約1.75秒となった。

プロセスパラメーターの調整

金型温度80℃、溶融温度220℃の実験も行った。総充填時間は約1.70秒であった。

先進技術の活用

リアルタイム制御システムを用いて、射出時間を短縮するために特定の要因を調整し、射出プロセスを最適化した。最適化された充填時間の合計は1.68秒であった。

結論

この論文では、射出成形機の充填プロセスを計算するために使用できるさまざまな方法、すなわち、経験式、レオロジーモデル式、数値シミュレーション、および実験的検証について詳細な議論を提供し、例を通して説明する。その内容は以下の通りである：射出成形機パラメーターの幅広い最適化、より良い金型設計、プロセスパラメーターの調整と技術の活用、これらの対策はすべて充填効率の改善に貢献でき、製品の品質を確保できる可能性が高い。

射出成形における最適な充填率を計算し、最適化するという観点から、これらの検討は非常に重要である。これらは、生産率を高め、コストを削減するだけでなく、製品の品質を大幅に向上させる。本稿では、射出成形における充填時間の時間計算に関する技術的分析と方法を紹介する。 射出成形プロセスこれは、射出成形工程における充填時間の計算と最適化を支援するための参考資料として使用できる。

射出成形は技術革新によって勢いを増し続けており、減速の兆候は予測できない。今後、充填時間の計算と最適化のプロセスは、インテリジェント技術とデジタル技術の高度な応用にシフトしていくだろう。例えば、人工知能とビッグデータによって自動化された機械は、膨大な生産量を分析し、より良い充填効率と製品の品質をもたらす射出成形工程の設定を調整することができる。さらに、新素材の進化は、射出成形工程における充填時間の短縮と生産コストの削減のための最新技術の成果をさらに高めるだろう。

結論として、充填時間の計算と最適化も難しい問題であり、充填工程で多くの問題を考慮する必要があり、各充填工程で検証と改善が必要である。今後、さらに 射出成形技術 私たちは、これらのアプリケーションのために、より信頼性が高く、効率的で安定したプロセスを得ることができ、その結果、私たちの産業により良い影響を与えることができます。