射出成形金型設計はどのようにしてプラスチック部品の気泡やボイドを防ぐのでしょうか?

解決策について話す前に、実際に何に取り組んでいるのかを正確に把握することが重要です。根本的に異なる 2 つの欠陥があり、どちらも運用環境で「バブル」と呼ばれ、根本原因が反対です。

エアトラップ射出前に金型キャビティ内にすでに存在していたガス - の空気、またはプラスチック溶融物自体によって生成されたガス - が逃げられない場所に閉じ込められたときに形成されます。プラスチックが周囲を埋めると、閉じ込められたガスが目に見える空隙や表面の膨れを生み出します。エア トラップは、コーナー、ブラインド ポケット、または充填パターンにより 2 つのメルト フロントが強制的に接触し、それらの間に空気が閉じ込められる場所のフローの終端 - に発生する傾向があります。

収縮ボイド逆の理由で形成されます。ガスが多すぎるためではなく、プラスチックが不足しているためです。部品の厚い部分が冷えると、最初に外皮が固まって所定の位置に固定されます。まだ溶けた内部が冷えて収縮し続けると、皮膚から引き剥がされ、内部に空洞が生じます。-収縮ボイドは、リブの後ろ、ボスの内側、厚い壁の移行部の部品 - の最も厚い部分に発生します。

自分がどのタイプであるかを診断します。

· 不合格品を切断または切断します。変色のない滑らかで丸い内部空洞がある場合、それは収縮ボイドである可能性があります。気泡の位置にわずかな焼けや変色がある場合は、空気またはガスの閉じ込めの問題である可能性が高くなります。

・位置パターンを確認してください。収縮ボイドは常に同じ厚さのセクション内で一貫しています -。エア トラップの位置はさまざまですが、盛り土の端または特定のジオメトリ フィーチャに集中する傾向があります。

修正を試みる前に診断を正しく行うことが重要です。- エア トラップと収縮ボイドの解決策はまったく異なるため、間違った問題に間違った修正を適用すると、時間と費用が無駄になります。

ゲートの位置と塗りつぶしパターン

充填パターン - プラスチックがゲートからどのように流れてキャビティ全体を充填するか {{1​​}} は、エア トラップがどこに形成されるか、形成されるかどうかを決定する主な変数です。

プラスチックがキャビティを満たすと、その前の空気が金型の端に向かって押し出されます。充填パターンが適切に設計されている場合、空気はパーティング ラインと通気溝に向かって徐々に押され、そこから逃げることができます。-充填パターンの設計が適切でないと、プラスチックがある経路を別の経路よりも速く移動し、ポケットに空気を閉じ込めるために倍増して戻る「レース トラッキング」- が発生する可能性があります。

ゲートの位置は、塗りつぶしパターンの制御において最も重要な決定事項です。ゲートを複雑な部品の最も薄い部分、または内部機能のある部品の反対側に配置すると、エア トラップがほぼ確実に発生します。ゲート位置を決定する前に、モールド フロー シミュレーションを使用して充填パターンをモデル化し、閉じ込められた空気の位置を特定する必要があります。

のためにおもちゃの車のプラスチック射出成形金型内部の窓枠、ドアの凹み、ホイール アーチの特徴を含むボディ パネルでは、塗り潰しパターンが複雑になります。ゲートは、最初に開いたパネル部分を満たし、溶融物が到着したときに閉じたポケットから空気が排出されるように配置する必要があります。

通気はエアトラップに対する最も直接的な機械的解決策です。ベント溝は、金型のパーティング ライン表面に機械加工された浅い溝で、金型が充填されるときに閉じ込められた空気を逃がします。課題は、通気口が空気を逃がすのに十分な幅と深さが必要ですが、プラスチックが流れ込んでバリが発生しないように十分に浅くする必要があることです。

標準通気溝仕様:

· 深さ：ほとんどの熱可塑性プラスチックでは 0.015 ～ 0.05 mm。 ABS と PP はバリを発生させることなく、わずかに深いベント (0.03 ～ 0.05 mm) に耐えることができます。粘度が低い材料には、より浅いベントが必要です。

· 幅：通常、通気溝あたり 3 ～ 8 mm。

· 救済セクション:ベント溝の後ろには、より広くて深いリリーフチャネル (深さ 0.5 ～ 1.0 mm) があり、逃げた空気を逆流することなく大気中に排出できます。

· 配置:通気孔は、充填パターン分析によって最後の充填位置が予測される場所に配置する必要があります。-通気口を間違った場所に設置しても何も起こりません。

で発表された研究ポリマー工学と科学(2020) は、シミュレーションでベントの配置を検証した金型では、-パーティング ラインのみにベントを経験的に配置した金型よりもエア トラップの欠陥率が約 74% 低いことを発見しました。これにより、充填解析に基づいたベントの配置が直感のみに基づいた配置よりも優れていることが確認されました。-

のためにおもちゃの車のプラスチック射出成形金型通気口の配置は、囲まれたポケット -、内側の窓の開口部、車体の下の溝、車体構造の深いブラインドのくぼみなどで特に重要です。-これらはまさに、溶けた空気が行き場のない閉じ込められた空気を取り囲む可能性がある場所です。

ランナーとゲートの形状も空気の排出に影響します。 -適切に設計されたゲート入口は、空気を通気口に向かって一貫して押し出す、滑らかで漸進的な充填パターンを作り出します。不適切に設計されたゲート - が狭すぎる、短すぎる、またはジェッティングを引き起こす位置にある - と、乱流の充填フロントが発生し、溶融物を前方に押し出すのではなく空気を折り畳んでしまいます。

海底 (トンネル) ゲートは、ゲートの入り口がブラインド ポケットまたは隅に面している場所を避けるべきです。広い平らな表面上のファン ゲート (おもちゃの車のルーフ パネルなど) は、全幅にわたって充填材を分散させ、ゲートの入り口での空気による折り畳みの可能性を減らし、より予測可能な避難経路を作成します。

モールドフローシミュレーション

複雑な形状 - を持つあらゆる部品 (ほとんどの部品を含む)おもちゃの車のプラスチック射出成形金型ボディ コンポーネント - のモールド フロー シミュレーションは、ゲートとベントの位置が最終決定される前に実行する必要があります。シミュレーションは充填順序を示し、最後の充填位置を特定し、ウェルド ラインが形成される場所を予測します。そして最も重要なのは、エアトラップが発生する場所を示します。シミュレーションでのゲート位置、ベント位置、またはランナー レイアウトの変更には費用はかかりません。最初のサンプル後に鋼に同じ変更を加えると、費用と時間がかかります。-

肉厚の均一性 - 主な根本原因

収縮ボイドは、ほとんどの場合、壁の厚さの問題です。重要な局所的な厚いセクション - ボス、幅が広すぎる補強リブ、装飾的な隆起部分 - がある場合、その厚いセクションの余分な材料は周囲の領域よりも冷却に時間がかかります。外皮は固まって所定の位置に固定されます。コアは引き続き冷えて収縮し、内部に空洞が生じます。

設計ルールはシンプルです。壁の厚さを可能な限り均一に保つことです。セクションを厚くすることが避けられない場合は、鋭いステップを作成するのではなく、厚い部分から薄い部分への移行部分を先細にしてください。

ボイドを防ぐための標準リブ設計ルール:

・リブ厚さ：公称肉厚の50～60％

・リブ高さ：最大3×リブベース幅

· 複数の短いリブを平行に配置する方が、1 つの高くて幅広のリブよりも優れています。

のためにおもちゃの車のプラスチック射出成形金型、ホイール アーチの周囲、ルーフの補強材、車軸の取り付けボスは、収縮ボイドが発生する最も一般的な場所です - 局所的な厚さが公称のボディ パネル壁を超えるすべての領域です。これらのフィーチャを上記の比例規則に従って設計すると、ボイドの形成が始まる前にほとんどのボイドが除去されます。

ゲートは、金型の充填時に成形品の厚い部分がゲートの保圧圧力の範囲内に収まるように配置する必要があります。保圧圧力 - キャビティが名目上満たされた後に加えられる高圧 - は、冷却収縮を補うために追加の材料を厚い部分に圧縮します。厚いセクションがゲートから遠すぎる場合、または保圧が完了する前にゲートが凍結した場合、補償が到達せず、ボイドが形成されます。

でおもちゃの車のプラスチック射出成形金型厚いアクスル ボス機能を備えた理想的なゲート位置は、ボスがゲート エントリから 50 ～ 80 mm 以内にあります。形状によってこれが妨げられる場合は、ゲート直径を大きくするか、2 番目のゲート位置を設定することで、効果的な保圧範囲を拡張できます。

保圧圧力と保持時間

保圧と保持時間は設計パラメータではなくプロセス パラメータですが、金型設計はそれらが効果的であるための条件を作成する必要があります。ゲート ランドが薄すぎるため、ゲートが急速に凍結する - -、厚い部分が自立できるほど冷える前に保圧が遮断されます。-。ゲート ランドの長さと直径は、成形品の最も厚いセクションで必要な最小限の保圧時間の間、ゲートを開いた状態に保つことができるサイズにする必要があります。

すべての気泡がエア トラップや収縮ボイドから発生するわけではありません。 3 番目のカテゴリ - 水分ボイド - は、ABS、ナイロン、PC などの吸湿性素材が不十分な乾燥で加工された場合に形成されます。大気から吸収された水分は射出中に蒸気に変わり、これらの蒸気ポケットは完成品では気泡のように見えます。

ABS - は最も一般的な素材ですおもちゃの車のプラスチック射出成形金型用途 - は空気から湿気を容易に吸収します。標準の ABS は、加工前に 80 ～ 85 度で 2 ～ 4 時間乾燥させる必要があります。乾燥が不十分な ABS では、適切に設計された金型であっても、銀色の縞模様や小さな表面の泡が発生します。-これは加工の問題であり、金型設計の問題ではありません - が、金型の調査に時間を費やす前に除外する価値があります。

症状の区別: 水分ボイドは、内部の気泡に加えて、表面に銀色の縞模様を生成することがよくあります。通常、エア トラップや収縮ボイドによってシルバー ストリークが発生することはありません。

のおもちゃの車のプラスチック射出成形金型は、直接取り組む価値のあるバブル特有の課題を示しています。

ボディパネルのエアトラップ:内部構造特徴、窓開口部、ホイール アーチ ポケット - を備えたおもちゃの自動車の車体 - の複雑な形状により、複数の潜在的なエア トラップの場所が作成されます。ゲートの位置は流動シミュレーションによって検証する必要があり、明らかなパーティング ラインのエッジだけでなく、確認されたすべての最後に充填された位置にベント溝を配置する必要があります。-

構造的特徴における厚いセクションの空隙:ホイール アーチの補強材、車軸ボス、ルーフの補強リブは、おもちゃの車体の標準的な空隙位置です。設計をツーリングにリリースする前に、DFM レビュー中に上記のリブとボスの比例規則をこれらのフィーチャーに適用します。

ABS と PP のバブル挙動:ABS は湿気に関連した表面の気泡が発生しやすいため、慎重な乾燥管理が必要です。{0} PP は吸湿性が低いですが、ABS (0.4 ～ 0.7%) に比べて収縮率が高い (1.0 ～ 2.5%) ため、同等の壁厚変化で内部収縮ボイドが発生しやすくなります。 PPおもちゃの車のプラスチック射出成形金型設計は、同等の ABS よりもわずかに厳格な壁均一性規律の恩恵を受けます。

での研究ポリマー工学と科学(2020) は、シミュレーションで検証されたベント配置を使用した金型では、経験的なベント配置のみを使用した金型よりもエア トラップの欠陥率が約 74% 低いことがわかりました。{1}

· 研究は、先進製造技術の国際ジャーナル(2021) は、消費者製品の射出成形部品における公称値の 40% を超える肉厚の変動が、調査されたケースの 83% で内部ボイドの形成と関連していることを発見しました -。肉厚の均一性が収縮ボイドのリスクの最も信頼できる予測因子であることが確認されました。

· SPE の調査データ (2022 年) では、消費者向けプラスチック部品の製造における気泡およびボイド欠陥の 2 つの最も一般的な根本原因として、不十分な通気と肉厚の不均一性が特定されており、合わせて気泡タイプの欠陥報告全体の約 68% を占めています。-

のエンターテイメント サービスおよびテクノロジー協会 (ESTA)は、エンターテインメント テクノロジー環境で使用されるコンポーネントのサプライヤー認定フレームワークで製造品質に取り組んでいます。 ESTA のガイダンスでは、製造パートナーの品質を示す有意義な指標として、工具製造前の設計検証によるボイドやエア トラップなどの欠陥の系統的な防止を含む、- を含む DFM プロセス能力 - が特に認識されています。のためにおもちゃの車のプラスチック射出成形金型あらゆる消費者向け製品の金型では、事前の工具設計プロセスの厳密さが、製造部品の品質の一貫性を直接予測します。{0}これが、経験豊富な購入者が将来の購入者にますます尋ねる理由です。おもちゃの車のプラスチック射出成形金型メーカーは、ツールへの投資を行う前に、シミュレーションと DFM 機能を実証する必要があります。

東南アジアの玩具メーカーは、ABS の新しい車両モデルの認定を行っていました。のおもちゃの車のプラスチック射出成形金型ボディ シェルは目視検査に合格した部品を製造していましたが、塗装後の品質検査では不合格でした。- 塗装工程で表面に小さな凹み (ヒケ) があり、検査のためにセクションを切断したところ、ホイール アーチ補強リブの後ろに内部空洞があることが判明しました。

ホイール アーチのオリジナルのリブ設計は、公称 3.0 mm のボディ パネル壁の 2.8 mm - 93% のベース厚さを持っていました。標準ルールでは最大 60% が許可されており、ボイドを防ぐためにリブが大幅に大きくなることを意味します。ゲートは、最も近いホイール アーチ ボス フィーチャから約 95 mm のボディ パネルの下側に配置されました。

Sunhingstones は、既存の設計に対して DFM レビューと流れシミュレーションを実施しました。シミュレーションにより次のことが確認されました。

· 不十分な保圧到達により、4つのホイールアーチリブすべての後ろにボイドの形成が予測される

· 内側の窓枠ポケットにエア トラップの場所が 3 か所ありますが、現在これらの場所には通気口はありません。

実装された設計変更:

1. ホイールアーチリブベースの厚さは 2.8mm から 1.6mm (公称壁の 53%) に減少し、同等の断面係数を維持するように高さを調整しました。

2. ゲート直径が 1.2mm から 1.8mm に増加し、アーチ領域までの保圧到達範囲が拡大されました。

3. シミュレーションで追加された 3 つの通気溝-窓枠ポケット内のエア トラップの位置を確認

金型修正後の結果:

· 内部ボイド: 500 部品の認定サンプルで除去

・窓枠のエアトラップを解消

・表面のヒケ：塗装後は目立たなくなります。

· 不合格率が 6.8% (主にボイドとシンク関連) から 0.4% に減少しました。

Q: 射出成形における気泡と収縮ボイドの違いは何ですか? 
A: 気泡 (エア トラップ) は、前進するプラスチック溶融物によってキャビティ内にガスが物理的に閉じ込められると形成されます。厚い部分が冷えると収縮ボイドが形成され、内部がすでに固化した皮膚から離れて収縮します。-どちらも断面化された部品の内部ボイドとして現れますが、エア トラップは充填の最後に発生する傾向があり、わずかな変色を示す場合がありますが、収縮ボイドは最も厚いセクションで発生し、滑らかできれいな内部表面を持ちます。

Q: 気泡の問題が金型設計の問題なのか、プロセスの問題なのかを知るにはどうすればよいですか?

A: 気泡の位置がショットごとに一貫していて、幾何学的特徴（厚いセクション、最後の充填コーナー）に対応している場合、それはほぼ確実に金型設計の問題です。-気泡の位置が一貫していない場合、または材料ロットの変更と相関がある場合は、材料の水分またはプロセスの安定性の問題である可能性があります。変更を加える前に、サンプル部品を切断して欠陥の種類を確認します。

Q: ABS 部品の標準的な通気溝の深さはどれくらいですか? 

A: ABS の場合、標準的なベント溝の深さはキャビティ面で 0.025 ～ 0.04 mm で、その後ろの 0.5 ～ 1.0 mm の逃げセクションに開口しています。これより深くなると、ABS がベントからフラッシュします。ベントは、一般的なパーティング ラインの位置だけでなく、最後に充填する領域として充填シミュレーションによって確認された位置に配置する必要があります。

Q: 射出速度を上げることで気泡の問題を解決できますか? 

A: 射出速度を上げると、充填パターンが変更されてエア トラップの位置が移動する場合がありますが、根本的な原因は解消されません - 問題の場所が変わります。確実な修正方法は、ゲートの位置を再設計するか、確認されたエア トラップの位置に通気口を追加するか、あるいはその両方です。プロセス調整はせいぜい一時的な措置です。

Q: 一般的なおもちゃの車体の射出成形金型には、通気溝が何本必要ですか? 

A: 数値はパーツの形状と充填パターンに完全に依存します。単純なフラット パネルには 4 ～ 6 個の通気口が必要になる場合があります。複数のポケット機能を備えた複雑なボディ シェルには 15 ～ 25 個が必要になる場合があります。正しい数と配置を決定する唯一の信頼できる方法は、最初の成形品検査と組み合わせたモールド フロー シミュレーションです。-どれでもおもちゃの車のプラスチック射出成形金型メーカー適切な DFM レビューを実施するには、そのプロセスにベントの配置検証が含まれます。

Q: 最初からボイド防止を設計するおもちゃの車のプラスチック射出成形金型工場はどこにありますか? 
A: を探してくださいおもちゃの車のプラスチック射出成形金型オプションとしてではなく、DFM プロセスの標準部分としてモールド フロー シミュレーションを提供するサプライヤー -。シミュレーション出力には、充填パターン解析、ウェルド ライン予測、エア トラップ位置の特定が含まれる必要があります。ツーリングに着手する前に、特定の部品形状に対するこれらの出力を提示できるサプライヤーは、後で欠陥をデバッグするのではなく、実際に欠陥を防止できるサプライヤーです。

射出成形部品の気泡や収縮ボイドは、運やプロセスの英雄的な行為によってではなく、金型を構築する前に行われる系統的な設計上の決定によって予測可能であり、防止可能です。{0}}ゲートの位置、ベントの配置、壁の厚さの均一性、リブの比率はすべて設計変数です。 DFM 段階で問題に対処し、シミュレーションで検証すれば、最初から適切な量産部品が得られます。

Sunhingstones では、気泡やボイドの防止は、あらゆる製品の標準的な DFM プロセスの一部です。おもちゃの車のプラスチック射出成形金型、ハウジング金型、精密部品工具の設計を行っております。それぞれおもちゃの車のプラスチック射出成形金型プロジェクトには、鋼材を加工する前にベントの配置を検証する完全充填シミュレーションが含まれています。すべてのプロジェクトで金型フロー シミュレーションを実行し、ゲートとベントの設計理論を文書化し、機械加工にリリースする前に充填パターンを確認します。

既存の金型で気泡やボイドの問題が発生しているか、それとも新しいプロジェクトでそれらを防止したいですか?部品の形状と現在の欠陥の説明を添えて、当社のエンジニアリング チームにお問い合わせください。根本原因を特定し、適切な設計修正を推奨します。

参考文献と詳細情報

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