精密射出成形について知っておくべきすべて

精密射出成形は、自動車、電子機器、医療機器などの産業で一般的に使用されている、公差の厳しい高品質の部品を製造するための重要な製造技術です。

精密射出成形の利点を十分に理解するためには、この方法の設計と材料の選択が生産品質とコスト効率にどのような影響を与えるかを探ることが重要である。

精密射出成形の定義とは？

精密射出成形は、公差の厳しい複雑な部品を高精度に生産します。自動車、航空宇宙、医療など、細部と一貫性が最重要視される産業では不可欠です。

精密射出成形とは、厳密には、射出成形設備によって生産されるプラスチック製品の寸法精度が0.01mm未満、通常は0.01～0.001mmに達する射出成形生産方法を指す。

精密射出成形プロセスの特徴とは？

精密射出成形は、厳しい公差、複雑なデザイン、優れた表面仕上げを保証します。自動車、電子機器、医療機器などの業界で、高品質の部品に広く使用されています。

高い射出圧力

実験によると、プラスチックの種類、形状、サイズが異なる場合、精密射出成形に必要な圧力は180～250MPa（通常の射出成形に使用される射出圧力は一般的に40～200MPa）であり、特殊なケースではそれ以上の圧力が要求される。最高は450MPa程度に達している。

速い射出速度

成形時の射出速度¹は製品の生産性に影響するだけでなく、製品の寸法公差を小さくすることもできます。

射出成形品をより精密に、特に複雑な形状の製品を成形するために、近年、可変速射出が開発されている。これは射出速度を変えられるというもので、その速度は成形品の形状やプラスチックの性能によって変化する。

温度管理は正確でなければならない

温度は成形品の品質に大きな影響を与えます。射出成形を行う際には、3大要素の1つです。

精密射出成形を行う場合、温度だけを気にするのではなく、温度をどれだけ正確にコントロールできるかを気にしなければならない。精密射出成形を行う場合、温度を正確にコントロールしなければ、プラスチック溶融物の流動性や成形性能、製品の収縮率が安定しない。

そのため、製品精度を保証できません。この観点から、精密射出成形を行う際は、バレルやノズルだけでなく射出金型²についても、温度範囲を厳密に管理する必要があります。

例えば、精密射出成形を行う場合、バレルとノズルの温度はPIDコントローラーを使用し、温度変動幅を1℃以内に制御します。通常の射出成形機では、この場所の温度は20℃から300℃に達することがあります。

精密射出成形を行う場合、製品の精度を確保するために、バレル、ノズル、金型の温度を厳密に管理するほか、周囲の温度が脱型後の製品の精度に与える影響にも注意を払う必要がある。

精密射出成形における材料選択の原則とは？

精密射出成形における材料選定³は、製品の品質、耐久性、コスト効率を確保するうえで極めて重要です。材料特性、コスト、加工要件などを考慮して選定します。

丈夫で安定し、曲がらず、どこでも使える。よく使われる素材は4つある：

POMにカーボンファイバー（CF）やグラスファイバー（GF）を加えたもので、丈夫で疲れにくく、屋外でも使用でき、電気を通さず、燃えにくく、滑りやすいものを入れても型から抜けやすい。

PAおよびガラス繊維強化PA66は、強い耐衝撃性と耐摩耗性、良好な流動性能を有し、0.4mmの肉厚の製品に成形することができる。ガラス繊維強化PA66は耐熱性（融点250℃）があるが、吸湿性があり、一般に成形後に加湿する必要があるのが欠点である。

PBT強化ポリエステルは成形時間が短い。成形時間の比較は以下の通りである：

PBT≤POM≈PA66≤PA6。

PCとGFPCの特徴：良好な耐摩耗性、補強後の剛性向上、良好な寸法安定性、耐候性、難燃性、良好な成形加工性。

精密射出成形の主な影響要因は？

精密射出成形は、材料特性、金型設計、加工条件、機械能力など様々な要因に影響され、これらすべてが部品の精度と生産効率に影響する。

精密プラスチック製品を作るには、適切な材料、良い金型、良いプラスチック射出成形プロセス、良い人材、良い機械の5つが必要です。精密プラスチック部品は、適切なサイズ、適切な形状、適切な表面でなければなりません。

これらは寸法精度、形状・位置精度、表面精度と呼ばれる。これらは寸法公差、形状・位置公差、表面粗さによって測定されます。寸法精度はプラスチック部品にとって最も重要なことです。部品の寸法を狂わせる主なものは以下の通りです。

寸法安定性の高いプラスチックを用いた成形材料の収縮特性

プラスチックの収縮⁴は、プラスチック固有の特性の一つです。プラスチック部品の寸法安定性と精度に大きく関わります。プラスチックの収縮は、熱収縮、弾性回復、塑性変形、後収縮、経時収縮が複合して現れる現象です。

成形過程や使用中の環境要因によって生じる線収縮率や体積収縮率の変化であり、通常は収縮特性値で表される。

金型設計と加工精度

• **精密金型用材料：**キャビティおよびランナーの製作用材料には、厳格な熱処理が必要です。機械的強度が高い、または高硬度（成形部品は約HRC52に到達する必要がある）で、耐摩耗性と耐食性に優れた合金鋼を選定してください。

• **加工性と剛性：**金型構造を設計する際は、キャビティ数を増やしすぎないでください。加熱と圧力による部品の変形を防ぐため、底板、サポートプレート、キャビティ壁を厚くします。

• **製品の離型性：**離型しやすくするため、金型はキャビティ数を少なくし、ランナーを小さく短くして、一般的な金型より高い表面仕上げを採用することが望まれます。

• **プラスチック部品の精度:**主に、金型キャビティ寸法の精度、キャビティ位置の精度、パーティング面の精度によって決まります。判定基準は、プラスチック部品の設計が加工しやすいか、金型ゲートの充填性能が良好か、金型冷却システムが金型を均一に冷却できるかなどです。一般的な精密射出成形金型の寸法公差は、製品寸法公差の1/3未満に抑える必要があります。

製品使用環境の温度、湿度、寸法クリープ振幅

製品は、押したり、温度が変化したりしても、その形状を保つことができなければならない。

射出成形装置-高精度射出成形機と精密射出成形機の置き換え

精密成形機とは、射出工程を閉ループ制御する射出成形機です。通常、射出成形機の射出圧力⁵と射出速度は閉ループで制御されます。

いわゆるクローズドループ制御は、フィードバック制御とも呼ばれ、制御システムの出力信号を制御システム内の検出素子で検出し、その検出信号をコントローラに伝えることを意味する。

制御装置は、出力信号が期待値に近づき、システム出力偏差が最小になるように、システムが要求する出力信号と一致する出力信号を実現するための検出信号を計算する。

簡単に言えば、クローズド・ループ制御とは、あなたが望むものに近づける自動調整制御のことである。精密射出成形機は、射出成形にクローズド・ループ制御を使っているため、同じものを何度も作るのがかなりうまくなっている。

射出成形機のクローズドループ制御を実現するために、油圧射出成形機は油圧システムの圧力と流量のクローズドループ制御を実現するためにサーボバルブを使用しなければならない。

超精密射出成形金型では、サーボバルブを使用するだけでなく、サーボ制御盤も使用する。サーボ制御盤はコンピュータ制御システムと連動し、油圧システムの出力圧力と流量の繰り返し精度をさらに向上させ、超精密射出成形を実現する。

全電動式射出成形機は、完全な閉ループ射出制御を実現することに関しては、油圧式射出成形機よりもはるかに優れている。

全電動式射出成形機のコンピューターモーションコントローラーはサーボモーターを制御・駆動し、センサーからのフィードバック信号に対してロジックコントローラーを通じて論理演算を行い、射出、可塑化、金型開閉、エジェクター動作などの射出成形動作の完全閉ループ制御を実現する。

位置制御は0.01mmに達することができ、工作物の寸法精度はより高く、機械の安定性と繰り返し精度ははるかに高い。

精密成形技術の活用

精密成形は、主に精密射出成形機で行われる工程である。主に多段射出成形を使用し、金型温度を正確に制御します。

多段射出成形⁶とは、射出工程でスクリューが溶融樹脂を金型へ押し込む際、位置ごとに異なる射出速度や射出圧力などの工程条件を制御する方法です。

多段射出制御プログラムは、ランナー構造、ゲート形状、射出成形品構造に基づいて、多段射出圧力、射出速度、保圧、溶融方法を設定することができます。これにより、可塑化、製品品質、不良率、金型・機械寿命の向上に貢献します。

多段射出成形は、製品の構造、欠陥の位置、射出成形機のスクリューの大きさによって設定され、また、多くの現場技術を伴う。スペースの関係上、別の記事で説明するので、ここでは詳しく説明しない。

精密射出成形の収縮問題とは？

精密射出成形時の収縮は、成形品の品質や寸法精度に影響を与えます。この問題に対処することは、最適な結果を得るために不可欠です。

収縮には、熱収縮、相変化収縮、配向収縮、圧縮収縮の4つがある。

熱収縮

熱収縮は成形材料と金型材料の自然な性質である。金型温度が高いと、製品の温度も高くなり、実際の収縮率も高くなる。したがって、精密射出成形の金型温度は高すぎてはならない。

相変化収縮率

相変化収縮は、結晶性樹脂が配向する過程でポリマーが結晶化し、体積が減少することで起こる。これを相変化収縮という。金型が高温であればあるほど、樹脂は結晶化し、収縮する。

しかし、樹脂の結晶性が高ければ高いほど、製品の密度は高くなり、膨張も収縮も小さくなる。つまり、実際の収縮率はこの2つの組み合わせとなる。

方向収縮

分子が流れ方向に引き伸ばされると、カールしやすくなり、冷えると収縮して戻るため、配向方向に収縮が生じる。分子配向の度合いは、射出圧力、射出速度、樹脂温度、金型温度に関係する。しかし、主な要因は射出速度である。

圧縮収縮と弾性リセット

プラスチックは圧縮したり伸ばしたりすることができる。つまり、プラスチックを絞ると体積が大きく変化する。室温では、プラスチックを絞ると、小さくなり、密度が高くなり、膨張しにくくなり、収縮しにくくなります。

また、プラスチックが伸びて戻ることもあるので、収縮率は小さくなる。プラスチック製品の収縮率は、成形の条件や作業の条件に影響される。

成形収縮の原因とその制御方法を理解することは、成形工程を改善する鍵です。収縮を最小限に抑え、精度を向上させるための戦略について深く掘り下げてみましょう。

精密射出成形の利点とは？

精密射出成形は卓越した精度と一貫性を提供するため、自動車、医療、電子機器などの産業で複雑で高品質な部品を製造するのに理想的です。

高い精度と一貫性

精密射出成形技術は、複雑な形状や正確な寸法のプラスチック製品、高い一貫性と安定性を確保する高精度の金属部品を生産することができます。小さな部品から大きな部品まで、製品の品質と精度を保証します。

高効率と生産速度

従来の生産方式と比べ、精密射出成形技術は生産効率と生産速度が高い。自動化設備と組立ライン生産により、生産効率を大幅に向上させ、生産サイクルを短縮し、生産コストを削減することができます。

原材料と資源の節約

精密射出成形技術は、原材料を最大限に活用し、廃棄物を削減し、資源を節約するのに役立ちます。射出成形プロセスを制御し、金型を適切に設計することで、廃棄物を削減し、コストを節約し、持続可能な開発の要求を満たすことができます。

様々な素材と分野に適用可能

精密射出成形技術を利用して、様々なプラスチック材料を加工することができ、電子、自動車、医療機器、家具など多くの分野に適しています。小ロットのカスタマイズ製品から大規模な大量生産まで、お客様のニーズにお応えします。

自動化された生産と品質管理

精密射出成形技術は、完全に自動化された生産と品質管理を可能にし、手作業や人的ミスを減らします。センサーや監視システムを使って射出成形工程をリアルタイムで監視することで、パラメータを迅速に調整し、製品の品質と一貫性を確保することができます。

環境保護と持続可能な開発

精密射出成形技術は熱可塑性プラスチックを原料としており、リサイクルや再利用が可能である。原材料をリサイクルし、資源を節約することで、環境への影響を低減することができ、環境保護と持続可能な開発の要件を満たしています。

結論

一般的に、精密射出成形技術は、超精密、超高効率、省資源、多くの分野で使用されるという利点があり、製造業にとって最良の選択である。

科学技術の進歩と技術革新が続くにつれ、精密射出成形技術はさまざまな分野で一層広く活用され、製造業の発展と革新を促進するでしょう。全体像については、射出成形完全ガイドをご覧ください。

1. 射出速度が重要な理由について：射出速度は、プラスチック製品を成形する際の重要な要素です。 ↩

2. 8種類の射出成形金型について：一般的な金型には、二色成形金型、オーバーモールド金型、ファミリーモールドなどがあります。 ↩

3. ホットランナー射出成形とその潜在的な利点について：材料ごとの特性により、特定の射出成形用途に適する場合と適さない場合があります。 ↩

4. 塑性収縮について：塑性収縮とは、コンクリートが硬化する前に水分を失って収縮する現象を指します。 ↩

5. 射出圧力とは何か、計算方法、重要性について：射出圧力は、射出成形工程における重要なパラメータです。 ↩

6. 多材質射出成形について：多材質射出成形（MMM）とは、2種類以上の異なる材料を一度に成形し、一つのプラスチック部品にする工程です。 ↩

ZetarMoldのエンジニアリングチームから、競争力のある価格、DFMフィードバック、量産スケジュールを入手してください。

無料見積りを依頼 →