射出成形金型設計における製品の気泡を回避するにはどうすればよいですか?

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 トラップは、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ると形成されます。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。

収縮ボイドは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。

拒否された部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。

内部窓枠、ドア凹部、ホイール アーチ フィーチャを含むボディ パネルを備えたおもちゃの車のプラスチック射出成形金型の場合、充填パターンは複雑です。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: 溝の寸法、配置、深さ

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の場合は 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。

リリーフセクション: ベント溝の後ろには、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。

Polymer Engineering and Science (2020) に掲載された研究によると、シミュレーションでベント配置を検証した金型では、経験的にパーティング ラインのみにベントを配置した金型よりもエア トラップの欠陥率が約 74% 低いことがわかりました。-これにより、充填解析に基づいたベント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。-

おもちゃの自動車のプラスチック射出成形金型の場合、ベントの配置は、内側の窓の開口部、車体チャネルの下、車体構造の深いブラインドの凹みなどの囲まれたポケット-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。

きれいな空気を排出するためのランナーとゲートの設計

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

ほとんどのおもちゃの車のプラスチック射出成形品を含む、複雑な形状のあらゆる部品 - に対応LD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:

リブの厚さ: 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、高くて幅の広いリブを 1 つ配置するよりも優れています。

おもちゃの自動車のプラスチック射出成形金型の場合、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が収縮ボイドの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。

厚いセクションに対するゲートの位置とサイズ

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。

厚い車軸ボス フィーチャを備えたおもちゃの自動車のプラスチック射出成形金型では、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Toy 自動車プラスチック射出成形金型用途 - は、空気から水分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。

おもちゃの車のプラスチック射出成形金型には、直接取り組む価値のあるバブル特有の課題があります。

ボディ パネルのエア トラップ: 内部構造特徴、窓の開口部、ホイール アーチ ポケットを備えたおもちゃの自動車のボディ - の複雑な形状により、複数の潜在的なエア トラップの場所が生成されます。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。-

構造上の特徴部分にある厚肉部分の空洞: 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洞位置です。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 の気泡の挙動: ABS は湿気に関連した表面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の設計は、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}

に発表された研究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、通気不足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。-

Entertainment Services and Technology Association (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において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。玩具車のプラスチック射出成形金型や消費者向け製品の金型の場合、事前の工具設計プロセスの厳密さによって、生産部品の品質の一貫性が直接予測されます。{4}}このため、経験豊富なバイヤーは、将来の玩具車のプラスチック射出成形金型メーカーに対し、工具投資を約束する前にシミュレーションと DFM 機能を実証するよう求めることが増えています。

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。おもちゃの車のプラスチック射出成形のボディ 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った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 リブすべての背後にボイドの形成が予測される

内部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:

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

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。

シミュレーションで追加された 3 つの通気溝により、{0}}窓枠のポケット内のエア トラップの位置が確認されました

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：解消

表面のヒケ：塗装後は見えなくなりました

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

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、当社が設計するすべてのおもちゃの自動車用プラスチック射出成形金型、ハウジング金型、および精密部品ツールの標準 DFM プロセスの一部として、気泡やボイドの防止を行っています。各おもちゃの車のプラスチック射出成形プロジェクトには、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。

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