射出成形は、プラスチック部品の製造方法のひとつです。プラスチック材料を溶かし、金型の空洞に注入し、冷やして固め、金型で決められた形状にするプロセスです。射出成形について話すときによくある質問のひとつに、機械が同時に複数の金型を動かすことができるかどうかというものがあります。この記事では、射出成形機で複数の金型を稼働させることについて考えてみます：それは可能ですか？可能か？どのような課題に直面しますか？また、何を考慮する必要があるのでしょうか？
射出成形機における複数金型対応の可能性
射出成形機が複数の金型を稼働できるかは、成形機の能力、金型サイズ、生産する部品の複雑さなどの要因に左右される。最近の射出成形機の多くは、CME、回転テーブル、定期的に交換される成形可能な部品など、複数の精錬に対応できるマルチ金型を備えています。
複数の金型を使用する利点と欠点
メリット
1. 生産効率の向上：1台の射出成形機で個別部品を生産することで、多段階作業にかかる時間を最適化し、生産効率を高められます。回転テーブル金型を使えば、異なる位置で複数の金型やバリエーションを成形でき、複数モデル・仕様の生産性が向上します。
2. コスト削減：複数の金型で製品を生産すれば、別の射出成形機を購入する費用を省き、設備投資を減らせます。
3. 生産コストの削減：マルチショット射出成形は複数形状を同時生産でき、停止時間と不良品製造コストを抑えて、生産コストを削減します。
4. 製品品質の向上：複数金型の特性により摩擦が均一になり、金型開閉時の機械的摩耗を減らし、生産時の金型安定性を高め、金型寿命を延ばせます。
5. 射出成形設備への要求低減：多金型射出成形は射出成形機の生産能力を最大限活用し、生産サイクルを短縮して機械寿命を延ばす工程です。
デメリット
1. 長い金型切替時間：異なる金型を使用する場合は切り替える必要があり、その作業に時間がかかります。
2. 故障率の上昇：射出成形工程で複数の金型を使うと機械への負荷が増え、保守・修理体制に大きな影響を及ぼす可能性があります。
複数の金型を使用する場合の考慮点
1. 熟練作業者が必要：射出成形工程で複数の金型を使うと射出成形機の操作が複雑になるため、事故を避けるには経験豊富な作業者が必要です。
2. 設備保守：複数の金型を使う場合、頻繁な生産中断を避け金型寿命を延ばすため、金型メーカーは射出成形機の保守と金型の正常運転に一層注意する必要があります。
3. 生産計画：この場合、複数の金型を使用して予定より早く製品を作ることが重要なのは、生産計画を円滑に進めるためです。
4. 機械の互換性：すべての射出成形機が複数の金型を同時に使用できるわけではありません。メーカーは、射出成形機などの設備が複数金型の運用に必要なすべての作業を実行できるか確認する必要があります。
5. 金型の位置合わせと同期：金型を正確に嵌合・接続することは、部品寸法を一定に保ち、バリや反りなどの欠陥を防ぐうえで重要です。
6. 金型費用：複雑な部品や高精度部品向けの金型一式は、購入費が非常に高額になる場合があります。工場は、主要な実現可能性指標、金型寿命、償却要因を検討する必要があります。
7. メンテナンスと停止時間：1台の機械で複数の金型を同時稼働させると摩耗の可能性が高まり、保守頻度の増加や、修理・整備に伴う停止時間につながることがあります。
ケーススタディタンデム成形射出成形ソリューション
タンデム成形技術とは、1台の射出成形機に2つの同一または類似の金型を搭載するプロセスである。タンデム成形は、基本的に2つの金型が同時に動作し、目的の結果を達成します。片方の金型に製品をセットした後、もう片方の金型から製品を射出成形するまでの時間差を利用し、その間の時間を利用して2つの金型の間でバランスを取り、時間当たりの生産性を最大化します。
通常、タンデム成形技術の効率は比類のないものであり、工程条件と設備構成が適切であれば、製品生産量を40～80%増加させ、設備投資と自動化投資を30～40%節約することができる。
適用シナリオ
タンデム成形技術は、サイクルタイムが30秒以上の製品、同じ材料の組み合わせ、互いに近いサイジング、または対になった分子構造の製品に使用できます。私たちは、左右対称の製品を持つ「フロントフレーム-スクリュー-ハウジング」や「カバー-ボトムベース」部品、標準化され複数の金型セットを伴うシステムエンジニアリング部品、流路の設置が容易な中空構造を含む平らな大型フレーム部品などでこれを実現してきました。これらの部品と金型を組み合わせ、浅いキャビティで効率よく生産することができます。
金型の条件
タンデム成形では、金型は2つの部分から構成されます。1つは前後の金型を交互に射出するホットランナーシステムで、もう1つは金型の開閉を交互に行うロックシステムです。一方、タンデム成形の設計は、射出を共有する2つの金型に基づいています。前後の金型を交互に使用する最も簡単な方法は、前後のホットランナーシステムを使用することです。
今日、ほとんどのホットランナーメーカーはタンデム成形用に製品を設計しており、タンデム成形が可能な低コストのコールドランナー金型、あるいは既存の2つの金型を改造してタンデム成形を併用することも可能です。結局のところ、複雑さは成形にあるのではなく、ほとんどがホットランナーにあるのです。
射出成形機の要件
ユニラテラル成形では、成形機に複雑な調整を加える必要はない。油圧式金型にプレートを挿入するだけで、成形機の型締部の厚みを増やし、重なり合った金型が収まるようにします。一般的には、標準装備の金型容量より20～25%ほど金型のクランプ厚を増やすことになります。
タンデム成形では、金型Aと金型Bで異なる製品を生産するために使用される変数に対応するために、射出成形機の制御システムにこのソフトウェアが含まれている制御ソフトウェアを使用する必要があります。溶融の停止と開始、溶融の量や量は、生産効率を向上させるための重要な機能です。
十分な溶融能力がない場合は、独立した保圧装置を使用するか、保圧中にノズルバルブを閉じてプラスティフィケーション・プロセスを早期に開始することができます。通常、こうした用途では、最も高価な装置は必要なく、その後の改良によって、装置のコストは通常、以前のものより5～10%増加するだけです。1台の機械が2台の機械と同じ生産性で稼動できるようになれば、金型が追いつくようになった時点で、得られるのはコスト削減だけです。
タンデム成形とスタック成形の違い
初めてスタックモールドを使い始めると、その違いについてよく質問されます。スタックモールドの最もシンプルな形は、金型Aと金型Bで交互にパーツを作るだけです。フラッシュ成形のように複雑なパーツを作る（そして作るのに時間がかかる）わけではない。スタック成形は、サイクルタイムが短く（10～15秒未満）、冷却時間が5～6秒未満で、薄い部品やキャビティが多い部品を作るのに使われる。
つまり、スタック成形とは、A金型とB金型を同時に開き、中央の金型を吊り下げながら金型を開き、金型構造を扱う際の位置安定性や支持力、同期性などの問題に対処しなければならない工程なのだ。主な問題は、高速生産条件下で部品を生産するために使用される機械部品に求められる強度、精度、耐久性である。高品質、高信頼性、高精度の金型を製造できる金型屋は、他の金型屋とは違う。彼らは通常、平均的な金型よりも高い金型代を請求する。
キャビティ数が増えるにつれて、コストは上昇する。生産速度が速いと、フローバランスとシーケンシャルバルブ制御のためにコストが非常に高くなります。品質と生産の安定性を考慮し、金型工場は通常モールドマスターやハスキーのようなホットランナーブランドを選びますが、コストが高くなります。結局、金型の高コストはプロジェクトにおける企業の競争力に影響する。タンデム成形プロセスでは、各サイクルで金型の分割面を一度に開くのは1つだけで、残りの半分は比較的永久に固定されたままである。この方法が貴重なのは、金型レイアウトが従来の金型に似ているため、金型構造が複雑になるという問題がないことだ。
スタックモールドプロセスは、コスト効率が高く、より寛容なモールドプロセスに比べ、精度と機械加工に対するより高い受け入れ基準、より長い成形サイクル、より遅い生産速度を必要とする。さらに、タンデムモールディングは高キャビティ設計を好まないため、市場でより一般的なホットランナーブランドに頼っている。
タンデム成形は、金型のパーティング面が1つしかないため、一度に2つのパーティング面を開いて射出しなければならないスタック成形とは異なり、一度に1つのパーティング面しか開かず、1つのパーティング面しか開かない。そのため、金型クランプ（平行度）内に最小限の積載スペースがあり、射出成形部に溶融・射出能力がある機械が必要になります。
通常、スタック成形で使用される射出成形機は、同じキャビティ数の場合、タンデム成形で使用される射出成形機よりも1～2スペック高い場合がほとんどである。タンデムグラビティ成形はスタック成形に比べ、サイクル長が長く、同時に設備への負荷が少ないため、国産品には非常に適しているが、スタック成形の高速安定生産は国産ブランドにとって大きな課題となっている。
タンデム成形はより柔軟な生産が可能です。通常、スタック成形は同じ金型キャビティ数と射出条件で一つの製品を生産しますが、A型とB型は異なる射出成形工程で異なる製品を生産することができます。それに比べ、タンデム成形は、生産設備、金型、生産工程の違いによって、スタック成形に劣る立場にある。したがって、この方法はよりシンプルで経済的、そして生産性を向上させるより実用的な方法である。
結論
まとめると、複数の金型を扱える射出成形機が実現可能かどうかは、成形機の能力、金型の設計、生産要件などいくつかの要因によります。複数の金型を稼働させることには多くの利点がある。時間と労力を節約でき、工程の費用対効果が高くなり、完成品の変更が可能になる。しかし、この機械は稼働させるのも複雑で、並べるのに時間とちょっとした技術が必要で、最後にメンテナンスのことも考えなければなりません。基本的に、機械メーカーは、より最適化された製造工程を持つために、兼用機が良い選択肢かどうか、何が必要で何ができるかを考えなければならない。
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