エッジゲート
エッジゲートは射出金型設計で一般的な構成です。製作が容易で、幅広い用途があります。厚肉部を持つ大型部品に最適な解決策となることがよくあります。
他のゲートよりも断面積が広く作られているため、希望の形状に合わせて簡単に形を変えることができる。エッジゲートのもう一つの利点は、特別な樹脂を必要としないことである。
ゲート設計を選択する際には、いくつかの要素を考慮する必要があります。金型キャビティ容積や自動トリミングなどです。シングルキャビティの金型に最適なゲートもあれば、マルチキャビティの金型に適したゲートもあります。ゲート部の幅は、マテリアルフローのバランスを最適化するために、金型のサブランナーよりも大きくする必要があります。
ゲート設計のもう一つの重要な側面は、その機能です。ゲートは金型内のプラスチック流動を制御し、より均一な金型表面を得るのにも役立ちます。ゲートを適切に配置すると、ランナーから射出成形品までの距離が短くなります。これによりガス抜きが改善され、プラスチック部品上の溶融に起因するヒケを均一に分散できます。
プラスチック製品の生産には、適切なゲートを選ぶことが不可欠です。溶融したプラスチックは、冷却前に金型のすべての部分に到達していなければなりません。そうでないと、部分的に早く固まりすぎてしまい、加工が難しい部品になってしまいます。また、優れた設計は、ランナーシステムからの圧力と熱の損失を最小限に抑える必要があります。
サイドアクション・コア
サイドアクション用途で最も難しい要素の一つが金型設計です。この種の射出成形金型には多数の変数と要求があるため、創造的な設計思考が求められます。
このような要求の中には、プレスサイズやコアベースを小さくすることで、金型の製造コストやメンテナンスコストを安くすることも含まれる。その他の要求としては、金型レイアウトがよりシンプルになり、製作が容易になり、競争入札が可能になることなどがある。サイドアクションコアは、射出成形金型の下部または上部から挿入されることが多い。これは、オーバーハングのある部品を製造するのに有益ですが、複雑さとコストも増加します。
その理由は、射出成形サイクルの50%が固化と冷却に費やされるためです。つまり、設計上の肉厚を減らすことが費用削減に不可欠です。また、サイドアクションコアを備えた射出成形金型にはシボ面を設けることができ、外観上の魅力を高められます。
もう一つの一般的なサイドアクションコアの設計は、射出前にコアを圧縮するシリンダーを利用したモジュラーシステムである。このシステムにより、金型をより小さくコンパクトにすることができる。設計によっては、金型ベースに外付けするモジュール式のコア圧縮サイドアクションシステムが必要になることもあります。しかし、多くの場合、ヒールブロック付きのシリンダーで十分です。
サイドアクションコアの設計は、他の部品や構造と干渉しないように設計されなければならない。さらに、サイドアクションコアの設計は、金型のスムーズな開閉を保証するものでなければなりません。
コールドランナー
射出成形金型設計でコールドランナーを採用する利点は、初期費用が低く、金型保守が容易なことです。ただし、コールドランナー金型にも欠点があります。その一つは、製造工程で発生する溶融樹脂の流路廃材量です。コールドランナーは再利用できますが、高価な樹脂は再生できない場合があり、多額の廃棄コストにつながります。
コールドランナーのもうひとつの欠点は、コストが高いことである。完成品から手作業で切り離し、成形のたびに再研磨しなければならないため、全体的なサイクル・タイムが長くなり、大量生産に時間がかかる。さらに、コールド・ランナーは、ホット・ランナーよりも大きな金型面積を必要とする。また、ホット・ランナーよりも組み立てが複雑である。
コールド・ランナーのもう一つの欠点は、部品が変形したり割れたりすることである。熱に弱い材料は、このタイプの金型設計で成形してはならない。なぜなら、プラスチック樹脂は部品キャビティに射出される前にコールドランナー内で冷却されなければならないからです。
また、コールドランナーは推奨溶融温度を超えて加熱してはなりません。さらに、断熱ランナーは射出成形金型の他の部分へ失われる熱量を減らし、色替えを容易にします。
最後に、コールドランナーは、部品製造のための樹脂源として再利用することができる。ただし、再粉砕の割合はプロセスシートによって制限されるため、プロセスシートにその概要を記載する必要があります。射出成形金型設計におけるコールドランナーは、金型の生産性向上に役立ちます。大量生産にはコールドランナーが適している。
コールドランナーは総コストと射出成形のサイクルタイムを削減できます。また、キャビティ調整の自由度が非常に高いという利点もあります。交換や形状変更も容易ですが、その作業には時間がかかります。
パーティングラインの位置
パーティングラインの位置は、射出金型設計における重要な検討事項です。完成品の嵌合性と機能に影響するため、品質を確保できるよう正しく位置合わせする必要があります。設計時には複数の要因を考慮し、理想的には金型の開閉方向と平行にします。
パーティングラインの位置は、射出方向や開口方向に影響を与えます。また、金型が残した痕跡にも影響します。これらすべての要素を考慮して、パーティングラインの位置を慎重に選ぶことが重要です。パーティングラインの位置が決まったら、垂直、斜め、曲線のいずれにするかを決めます。
射出成形金型設計におけるパーティングラインの位置は、バリを防ぐ重要な要素です。パーティングラインの位置が不適切だと、プラスチックが金型から漏れてバリが発生する可能性があります。
また、パーティングラインの設計が悪いと、部品の品質、強度、外観に影響を与えることがあります。そのため、射出成形の金型を設計する際には、パーティングラインの位置を注意深く考慮する必要があります。
射出成形金型設計におけるパーティングライン位置は、金型の開き円錐と全体アプローチ円錐の交点によって決まります。この点は部品設計と痕跡の現れ方も決定します。適切に決定しないと、パーティングライン位置は複雑になり、金型費が増えることさえあります。
金型費用
金型費は、あらゆる射出成形金型設計で重要な要素です。金型の複雑さに応じて、$15Kから$500K以上まで幅があります。各工程の正確な費用と、金型の費用対効果を最大化する方法を把握することが重要です。金型設計と金型製作に関連する費用を以下に示します。
金型費は、プラスチック射出金型への投資における重要な要素です。金型費は、プラスチックの種類と用途によって大きく異なります。大型金型が必要な場合、鋼材費は高くなります。複雑な部品を設計する場合は、より精密な金型が必要です。金型メーカーは、部品を金型に適合させる方法について助言できます。
部品が複雑でキャビティが必要な場合、金型費が高くなることがある。穴のあいた単純な電子筐体は比較的単純ですが、電源ジャックには円形のコネクターが必要です。そのため、工具の動作が異なります。これらの追加コストは、お客様に還元されます。射出成形金型設計のための金型費用は、作られる部品の複雑さとサイズによって異なります。
金型費を検討する際は、金型の使用方法を考慮することが重要です。射出金型は通常、鋼またはアルミニウムで作られます。アルミニウムは安価ですが強度が低く、小ロット生産にのみ使用すべきです。数千回の成形サイクル後に変形します。一方、鋼は耐久性があり、何年にもわたって問題なく射出成形品を製造できます。
コンカレント・エンジニアリングのアプローチ
コンカレント・エンジニアリングとは、構想から生産まで、製品全体を開発・設計するプロセスである。これには、設計、マーケティング、アフターセールス関係、サプライチェーンなど、ライフサイクルのあらゆる要素を早期に検討することが含まれる。
このアプローチは、関係者全員のコストと時間を削減することができる。小規模な企業にとっては、気の遠くなるようなプロセスかもしれないが、各チームメンバーの主な目的と役割を明確に示したモデルCが、素晴らしいスタートとなる。
射出金型設計は複数の下位設計を伴う複雑な工程です。管理者とチームメンバーの関与、専門知識、製造工程への十分な理解が必要です。
コンカレントエンジニアリングは、射出成形金型の開発工程を効率化する方法の一つです。プラスチック製品設計、金型設計、生産計画、コストを同時に検討します。
金型設計プロセスの最初の段階では、市販の3Dモデリング・プログラムを使用してプラスチック部品のCADモデルを作成します。このモデルは、射出プロセスとプラスチック部品の性能を分析するために使用されます。
次の段階は量産金型の製作です。コンカレントエンジニアリングを用いることで、金型メーカーはプラスチック射出成形工程の初期段階で潜在的問題に対処し、時間と費用を節約できます。
コンカレント・エンジニアリングのアプローチでは、プロジェクトに関わるすべての部門の代表者が、早い段階から頻繁に協力し合う。これにより、問題の早期発見が可能になり、複数のチームメンバーが同時に特定のタスクに取り組むことで効率化が促進される。ただし、コンカレントエンジニアリングは、物事を順番に進めることを意味するものではないことに注意が必要である。
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