射出成形金型の設計はどのようにしてさまざまなプラスチック材料に適応するのでしょうか?

プラスチックが異なれば、成形サイクル中の物理的挙動は大きく異なります。

冷却時にほとんどまったく収縮しないものもあります (PS の場合は 0.4%)。他のものは劇的に縮小します (一部の POM グレードでは 2.5%)。化学的攻撃に耐えるために特定の金型鋼グレードを要求する人もいます。急速な冷却が必要な場合もあれば、ストレスを避けるためにゆっくりとした冷却が必要な場合もあります。薄い部分に簡単に流れ込むものもあれば、壁厚が 1mm 未満のものでは困難なものもあります。

金型設計者は、どの材料が使用されるかわからない場合、仮定を立てる必要があります。これらの仮定は、通常、ショップで見られる最も一般的な材料 -、通常は装飾部品用の ABS に合わせて最適化されます。実際の生産でガラス-入りナイロンやポリカーボネートが使用されている場合、同じ金型では部品が歪んだり、ウェルド ラインが発生したり、単に適切に充填されなかったりする可能性があります。

ツールの開始前に重要な決定を確定することは、バイヤーがプロジェクトに対してできる最も重要なことの 1 つです。サイクル タイムと表面品質を超えて、材料の選択は、金型鋼の選択、冷却システムの設計、突き出し戦略、および表面仕上げの仕様 - の基本的にすべてに影響します。

プラスチックは、大きく 3 つの挙動カテゴリに分類されます。材料がどのカテゴリに属する​​かを理解することは、金型設計を材料に適合させるための最初のステップです。

アモルファスプラスチック - 化粧品および光学部品用

ABS、ポリスチレン (PS)、ポリカーボネート (PC) などの非晶質ポリマーは、結晶パターンではなくランダムな構造に固化する分子鎖を持っています。これにより、金型設計に重要ないくつかの特性が得られます。

低い収縮率、通常 0.4 ～ 0.7 パーセント

優れた表面仕上げ能力 - 研磨を光学的に透明な状態に保つことができます

予測可能な寸法精度

ノッチ感度が高い、つまりストレスホワイトニングが起こりやすい

マウスシェル射出成形金型の主力材料は ABS です。収縮率が低いということは、アセンブリ フィーチャの公差が厳密に管理されていることを意味し、その表面仕上げ能力は家庭用電化製品の外観上の期待に応えます。 ABS の金型設計は、表面の美観を維持することに重点を置いています。-ウェルド ラインを避けるための戦略的なゲート配置、応力による白化を防ぐための十分なエジェクター ピンの数、および可視領域の仕様に適した表面研磨-。

A プラスチック PS カップ射出成形金型汎用の-PS または変更されたバリアントに影響を与える-を使用します。ここでの金型設計は、薄肉流動の最適化と超高速サイクル タイムに焦点を当てています。- PS は冷間金型 (通常 35 ～ 45 度) を適切に処理し、-大量の薄肉作業で業界をリードするサイクル効率に貢献します。--

機能部品および摩耗部品用の半結晶性プラスチック-

POM (アセタール)、ポリプロピレン (PP)、およびナイロン (PA66) は半結晶性ポリマーです-。冷却中に分子鎖が結晶領域に配置され、非晶質材料とは大きく異なる特性が得られます。

高い収縮率、通常 1.5 ～ 2.5 パーセント

優れた機械的特性 - 強度、剛性、耐摩耗性

ノッチ感度が低い - 幾何学的な応力集中部に対する寛容性が向上

より要求の厳しい金型温度制御

Aモーターギア射出成形金型は、低摩擦、負荷時の寸法安定性、耐疲労性の優れた組み合わせにより、通常 POM を使用します。ただし、POM は収縮率が高い (1.8 ～ 2.5 パーセント) ため、金型キャビティを完成品の寸法よりも正確に適切な量だけ大きくカットする必要があります。これを間違えると、ギアが仕様外で適切に噛み合わなくなることを意味します。--

また、POM では、適切な結晶化を確保するために、ホットモールド -、典型的な金型温度 80 ～ 95 度 - が必要です。冷間金型では、結晶化度が低く、機械的特性が劣っており、後に反りとして現れる内部応力を備えた部品が生成されます。

高性能用途向けのエンジニアリング プラスチック-

PC/ABS ブレンド、PEEK、PPS、および類似のエンジニアリング プラスチックは、金型設計を専門領域に押し上げます。

300度を超える処理温度

多くの場合、研磨性があります（ガラス-充填、鉱物-充填グレード）

金型鋼の選択が重要になる

多くの場合、加熱された金型システムが必要となります

これらの材料の場合、標準的な P20 金型鋼は長くは使用できません。通常は、HRC 50 ～ 58 の範囲の硬度を持つ H13 熱間工具鋼、または S136 などの特殊なステンレス グレードが必要です。キャビティポリッシュは研磨性フィラーの攻撃に耐えなければなりません。通気設計では、処理中に放出される攻撃的なガスに対処する必要があります。

これは、プロジェクトを開始するときにすべての金型エンジニアの壁に置かれるべき参照表です。

このデータからのいくつかの観察。 POM の 1.8 ～ 2.5 パーセントの収縮は、ABS の 0.4 ～ 0.7 パーセントのおよそ 4 ～ 6 倍です。これは大きな違いです-。そしてまさにそれが、同じ完成品サイズの場合、POM 金型のキャビティ寸法が同等の ABS 金型のキャビティ寸法よりも大きくなければならない理由です。

金型温度の違いも重要です。 50-80 度で稼働する ABS 金型には標準の温度コントローラーが使用されます。 80-105 度で稼働する POM 金型には、より高容量の加熱システムと適切な断熱材が必要です。 280 度を超える溶融温度で 80 ～ 110 度で動作する PC 金型には、特に高温動作向けに評価されたホットランナー システムが必要です。

金型鋼は材料によってどのように変化する必要があるか

金型材料の選択は設計段階では見落とされがちですが、初期の金型コストと長期的な耐用年数の両方に大きく影響します。{0}}

汎用ポリスチレンを使用する一般的なプラスチック PS カップ射出成形金型では、PS が非腐食性で非摩耗性であるため、コスト効率の高い P20 鋼を使用できます。-この金型は、重大な摩耗なしに 500,000 ～ 1,000,000 回のショットを実現します。

ABS 用のマウス シェル射出成形金型には、通常、化粧面の要件に非常に優れた研磨保持力を備えたプレハードン金型鋼である NAK80 - が使用されます。わずかに高いコスト (20 ペソより約 25 パーセント高い) は、外観の品質とわずかに長い耐用年数によって正当化されます。

Aモーターギア射出成形金型POM、特にガラス充填グレードの実行には、S136 や H13 などの硬化鋼が必要です。{0}ガラス-入り POM は研磨性があります -。P20 キャビティを通過させると、200,000 ショット以内に表面が目に見えて摩耗します。適切な鋼材を選択すると、同じギア金型で 150 万回以上のショットが可能になります。

評判の良い射出成形金型メーカーは、プロジェクトごとに 1 つの鋼材グレードをデフォルトとするのではなく、鋼材の選択を実際の材料と量の要件に合わせています。この種の材料固有のエンジニアリングが、高級工具と汎用工具を区別するものです。{1}

2 つの新たなトレンドが、新しい材料に対応する金型設計の方法を再構築しています。

リサイクルプラスチックは消費者向け包装材全体で急速に増加しています。特にリサイクル PS は、持続可能性の主張とコスト削減の両方の目的で、使い捨てカップの生産においてますます一般的になりつつあります。課題: リサイクルグレードはバージン材料よりもバッチ間のばらつきが大きいです。--金型設計には、欠陥を生じさせずにこの変動に対応するために、より広い処理ウィンドウが必要です。

PLA、PHA、バイオ-PE などのバイオ{0}}ベースのプラスチックは、食品と接触する用途で成長しています。-これらの材料は、石油ベースの同等の材料とはかなり異なる加工特性を持っています。{4}}金型設計では、従来の材料と比較して冷却速度の調整、ゲート サイズの変更、排出システムの変更が必要になる場合があります。

この移行期を迎​​えているブランドにとって、バージン グレードとバイオベース グレードの両方で実際に部品を生産している経験豊富な射出成形工場と協力することは、試験{1}}から生産の成功までに大きな違いをもたらします。-

材料の選択は規制順守に直接関係します。

ASTM D3641 射出成形の標準手法

ISO 1043 プラスチック材料識別規格

食品と接触する材料に関する FDA 21 CFR (食品グレードの PS 用途に関連)-

電子機器ハウジングの RoHS および REACH (家庭用電化製品に関連)

自動車用途向け IATF 16949 (車両ギア システムに関連)

食品と接触するプラスチック材料に関する EU 規則 10/2011

これらの標準に一致するドキュメントは、後付けではなく、標準のプロジェクト成果物として、本格的なサプライヤー - からのツールの納品に添付する必要があります。

これは私たちがよく見るシナリオです。ある消費者ブランドは、在庫を簡素化し、工具への投資を削減するために、ABS、PC-ABS ブレンド、およびガラス{2}}入り PC- で同じ部品を 1 つの金型で製造できるかどうかを尋ねています。

理論的には、これは合理的であるように思えます。 3 つの材料はすべて、射出成形時にほぼ同様の部品を生成します。実際には、収縮率が十分に異なるため (0.5%、0.6%、0.3%)、同じキャビティで顧客の指定公差を 2 ～ 3 倍超える寸法変動を持つ部品が製造されます。

実際の解決策: 3 つの交換可能なキャビティ インサート セットを備えた共有モールド ベース。各カットは、材料固有の収縮率を補正します。コストは 1 つの金型の 3 倍ではなく、約 1.6 倍になります。- 大幅な節約 - を実現しながら、各材料に適切な寸法を提供できます。

この種のプロジェクトでは、正確な材料と数量についてサプライヤーと事前に話し合うことが非常に重要となるのはまさにこの種のプロジェクトです。大量包装用のマルチキャビティのプラスチック PS カップ射出成形金型、工業用ギア アセンブリ用の精密モーター ギア射出成形金型、または化粧品を調達する場合でも、-マウスシェル射出成形金型家庭用電化製品の場合、材料の決定が下流の他のあらゆるエンジニアリングの選択を左右します。

プラスチック材料は、アモルファス（ABS、PS、PC）、半結晶（POM、PP、PA66）、エンジニアリング グレード（PEEK、PPS、充填エンジニアリング プラスチック）の 3 つのファミリーに分類されます。-

収縮率は材料によって 4 ～ 6 倍異なり、キャビティの寸法に大きく影響します

金型再加工の 47% は材料-金型の不一致が原因です (ASTM データ)

金型鋼は材質に適合する必要があります: 一般用途の場合は P20、化粧品の場合は NAK80、エンジニアリング プラスチックの場合は S136/H13

さまざまな製品がさまざまなポリマーファミリーと自然に組み合わされます。マウスシェル射出成形金型通常は ABS を使用し、モーターギア射出成形金型には POM を使用し、プラスチック PS カップ射出成形金型には PS を使用します。

リサイクルおよびバイオ-ベースのプラスチックには、金型設計においてより広い処理範囲が必要です

工具設計を開始する前に材料仕様を確定します - これにより、他のすべてのエンジニアリング上の意思決定が促進されます

プロジェクトに ABS 装飾部品、POM 精密ギア、PS パッケージング、または特殊エンジニアリング材料が必要な場合でも、適切な金型設計は、適切な材料決定を確定することから始まります。DFM 段階でこの会話を適切に行うと、プロジェクトの残りの部分がスムーズに進みます。

Sunhingstones は、3 つの製品カテゴリすべてにわたって材料固有の DFM レビューを提供しています。- 大量包装用のプラスチック PS カップ射出成形ツール、精密産業用ギア用のモーター ギア射出成形設計、家庭用電化製品ハウジング用のマウス シェル射出成形プログラムなど-。

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