成形オペレーターは、温度、圧力、射出速度、冷却時間を調整でき、熟練したオペレーターであれば、難しい部品でも驚くべき結果を得ることができます。しかし、プロセス設定では、厚いボスが隣接する薄い壁と同じ速度で冷却されるようにすることはできません。それは形状であり、形状はプレスよりもずっと前に決定されます。
このガイドでは、設計段階での不良防止について説明します。最も多くの成形問題を引き起こす5つの形状変数、各一般的な不良の設計上の原因、リブとボスのルール、設計では本当に問題を解決できない場合、そして金型製作をリリースする前に実行するレビューチェックリストについて説明します。すでに稼働中の金型で不良を修正するには、プレスでの成形不良修正に関するガイドでプロセス側をカバーしています。
ほとんどの成形不良は、まず設計上の決定です
シンクマーク、反り、ボイド、ウェルドラインは、それらが発見される場所であるため、通常はプロセス上の問題として説明されます。実際には、それらは通常、形状決定の結果です。例えば、急激に肉厚が変わる壁、座面よりも厚いボス、薄肉から肉厚へ流れる必要があるゲート位置、またはRのない角などです。プロセス調整でこれらの重症度を軽減することはできますが、めったに排除することはできません。
これは商業的に重要です。なぜなら、設計修正は金型製作前にはほぼ無料ですが、金型製作後には高価になるからです。CADでの肉厚変更は半日で済みます。硬化鋼が切断された後の同じ変更は、溶接と再加工を意味します。
ほとんどの不良を引き起こす5つの設計変数
1.均一な肉厚
これは部品設計において最も影響力の高いルールであり、最も頻繁に破られるルールです。厚い部分は薄い部分よりもゆっくりと冷却されます。厚い部分は最後に冷却され、収縮するため、表面から材料を引き出し、シンクマークを生成するか、表面がすでに凍結している場合は内部ボイドを形成します。同じ部品で厚い部分と薄い部分が異なる速度で冷却されると、収縮率の差が部品全体を歪ませて反りを引き起こします。
可能な限り、部品全体で公称肉厚を一定に保ちます。設計上、ある領域に質量が必要な場合は、通常、固体として残すのではなく、厚い部分を中空にするのが正しいアプローチです。これにより、壁は均一に保たれ、強度はバルクではなく形状から得られます。
2.壁の遷移
肉厚を変更する必要がある場合は、急激な変化ではなく、徐々に変化させる必要があります。肉厚の段差は冷却速度の急激な変化と遷移部での応力集中を引き起こし、外表面にシンクマークとして現れ、部品の反りの原因となります。段差を設けるのではなく、距離を置いて遷移部を滑らかにすることで、その影響のほとんどを取り除くことができます。
3.ゲート位置
ゲートは、キャビティ内をプラスチックが流れる方向を決定し、流動方向はウェルドラインが形成される場所、部品が最後に充填される場所、および保持圧力が厚い部分をどれだけ効果的に充填できるかを決定します。流動は厚い部分から薄い部分に向かうべきです。なぜなら、薄い部分に最初に供給するゲートは、厚い部分が保持圧力を受けられなくなり、そこにシンクマークとボイドを保証するからです。
ゲート位置は、化粧的な痕跡が現れる場所も決定します。すべてのゲートには痕跡が残るため、可能な限り化粧面ではない場所に配置する必要があります。ウェルドラインは、通常、穴の後ろやインサートの周りで、2つの流動前面が出会う場所に形成され、化粧的なマークであり、真の弱点でもあります。設計では、穴のある部品のウェルドラインを排除することはできませんが、設計とゲート配置によって、構造的に重要でない場所に配置されるかどうかが決まります。
4.抜き勾配
抜き勾配は、金型が開く方向に壁に適用されるテーパーであり、部品が引きずられることなくリリースされるようにします。十分な抜き勾配がないと、エジェクターが表面をこすり、ドラッグマークを残し、より悪い場合には、リリース中に部品に応力や歪みを与えます。
抜き勾配の要件は、深さと表面テクスチャとともに増加します。深い特徴は浅い特徴よりも多くのテーパーを必要とし、テクスチャ表面は滑らかな表面よりもかなり多くの抜き勾配を必要とします。なぜなら、テクスチャ自体がアンダーカットとして機能するからです。設計の後半で抜き勾配を適用すると、嵌合寸法が変わるため、設計の最初から適用するのが最善です。
5.コーナーR
鋭い内角は3つの別々の問題を引き起こします。応力を集中させ、部品が使用中に割れる原因となります。流動を乱し、不均一に充填される領域を生成します。そして、鋼材では特殊なカッターまたはEDM作業を強制し、金型コストを増加させます。
十分な内角Rは、これら3つすべてを一度に解決します。コーナーの壁厚を隣接する壁とほぼ同じに保つコーナーRは、不適切なコーナーが作成する局所的な厚い部分を防ぎます。
不良ごとの原因と設計上の修正
| 不良 | 設計上の原因 | 設計上の修正 | まず設計かプロセスか |
| シンクマーク | 目に見える表面の後ろにある厚い部分、厚いボス、またはリブ | 厚い部分を中空にする、リブとボスの厚さを壁に対して減らす | 部品がすでに均一でない限り、設計 |
| 反り | 不均一な肉厚による収縮と冷却の差 | 肉厚を均一にする、対称性を加える、ゲート位置を再検討する | プロセスではめったに除去できないため、設計 |
| ショートショット | 薄い部分による流動制限、長い流動長、不十分なベント | 薄い壁部分を増やす、流動経路を短くする、最後に充填される領域にベントを設ける | まずプロセス、次に設計（持続する場合） |
| フラッシュ | 不十分なシャットオフ形状または複雑な表面にまたがるパーティングライン | パーティングラインを簡素化する、曲面または化粧面でのシャットオフを避ける | まず金型、次に設計 |
| ウェルドライン | 穴、インサート、または障害物の後ろで流動前面が合流する | 障害物を移動または削減する、ラインが低応力領域に着地するようにゲート位置を調整する | プロセスは重症度を軽減するだけなので、設計 |
| ボイド | 皮膚が固まる前にコアが固まる厚い部分 | 厚い部分を中空にし、均一な壁を維持する | 設計 |
| ジェット成形 | 開いたキャビティ空間に直接供給するゲート | ゲートを壁に当てるか、ジェットを壊す機能に挿入する | 設計と金型を組み合わせて |
| ドラッグマーク | 不十分な抜き勾配、特にテクスチャ加工または深い表面の場合 | 抜き勾配を増やす、テクスチャが適用されている場合はさらに増やす | 設計 |
最後の列は実用的なものです。設計上の原因が支配的な場合、プロセス設定の調整は一時的な改善をもたらしますが、生産時間を消費し、条件がドリフトすると不良が再発します。プロセス上の原因が支配的な場合、形状の変更は機械設定で対応できるものを解決するための高価な方法です。
リブ、ボス、ガセットの設計ルール
リブとボスは、それらがそれ以外は均一だった壁に質量を追加するため、自己誘発的なシンクマークの最も一般的な原因です。
- リブの厚さを、隣接する壁と等しくするのではなく、その一部にする。壁と同じ厚さのリブは、厚い接合部と反対側の面にシンクマークを作成します。
- リブに抜き勾配を追加して、きれいにリリースできるようにする。背の高いリブは短いリブよりも多くのテーパーが必要であることを忘れないでください。
- リブを詰め込みすぎず、適切に間隔を空ける。なぜなら、密接に配置されたリブは流動を制限し、その間の鋼材の冷却を複雑にするからです。
- 剛性が必要な場合は、1つの深いリブではなく、いくつかの浅いリブを使用する。なぜなら、深さは充填とエジェクションの難しさを増すからです。
- ボスを固体として残すのではなく、中空にする。これにより、ボスの壁厚が公称壁厚と一致します。
- 背の高いボスは、ボスの直径を増やすのではなく、ガセットでサポートする。なぜなら、直径を増やすと厚い部分が再導入されるからです。
- すべてのリブとボスの根元にRを付ける。これにより、適切な比率であれば、厚い接合部を作成せずに応力集中を軽減します。
リブとガセットの設計ガイドラインに関するガイドでは、比率と間隔を詳細にカバーしており、リブ設計が部品が実際に必要とする剛性とどのように相互作用するかを含んでいます。
設計では解決できない場合
一部の問題は本当に形状ではなく、設計上の欠陥として扱うと時間の無駄になります。
- ポリカーボネートやナイロンなどの吸湿性樹脂の水分による飛散や表面の筋は、設計上の問題ではなく、プレスでの乾燥問題です。
- 最後に充填される領域での焼け跡は、通常、金型内のベントの問題または機械での射出速度の問題です。
- 生産ロット全体での寸法ドリフトは、通常、部品の形状ではなく、プロセスのばらつきまたは金型温度制御を反映します。
- 汚染や色の筋は、材料取り扱いの問題です。
- 以前はきれいに成形されていた金型でのフラッシュは、設計変更ではなく、金型の摩耗またはクランプ力の問題を示しています。
また、形状ではなく材料が制約となるカテゴリもあります。収縮率の高い樹脂は、部品がどれだけ慎重に設計されていても、より簡単に反り、公差を保持しにくいため、材料と形状は一緒に決定されるべきです。射出成形材料比較では、一般的な樹脂間の収縮挙動の違いと、それが公差期待値に何を意味するかをカバーしています。
金型製作をリリースする前の設計レビューチェックリスト
金型見積もり前にこれを実行してください。すべての項目はCADで対処するのは安価ですが、鋼材で対処するのは高価です。
- 部品全体で公称肉厚は一定か、それからの逸脱はすべて意図的で正当化されているか？
- すべての肉厚遷移は、段差ではなく、滑らかにされているか？
- 厚い部分は固体として残すのではなく、中空にされているか？
- リブの厚さは、それに合わせるのではなく、隣接する壁に対して比例されているか？
- ボスは中空にされ、直径を増やすのではなく、ガセットでサポートされているか？
- 金型開口方向のすべての表面に抜き勾配があり、テクスチャが指定されている場所には追加の抜き勾配があるか？
- 内角は、コーナー全体で壁厚をほぼ一定に保つRを備えているか？
- ゲート位置が合意され、流動は厚い部分から薄い部分に向かっているか？
- ウェルドラインはどこに形成されるか、そしてその位置は構造的な負荷または化粧的な要件を運ぶか？
- スライドまたはリフターを必要とするアンダーカットはありますか？追加の金型コストは受け入れられますか、それとも機能は再設計で排除できますか？
- 樹脂の選択は、その収縮挙動を考慮して、図面の公差期待値と一致していますか？
- どの表面が化粧面であり、パーティングラインはそれらから離されていますか？
すべての12項目をパスした部品が完璧に成形されることが保証されるわけではありませんが、形状によって引き起こされる不良は排除され、オペレーターはプロセス制御で実際に解決できる問題に対処できます。
金型製作をコミットする前の設計の証明
設計レビューは、レビュー担当者が知っていることを検出します。物理的な検証は残りを検出します。生産金型をコミットする前にプロトタイプ部品を製造すると、変更がまだ安価な間にフィットと機能の問題が明らかになります。形状が不確かな場合は、低ボリュームの金型が硬化鋼を切断する前に実際のプロセスで設計を証明します。
各検証ルートが何を証明するかを明確にすることは価値があります。機械加工または印刷されたプロトタイプは、フィット、組み立て、および多くの機能要件を検証しますが、成形部品の流動、パッキング、および収縮挙動を再現しません。シンクマーク、反り、またはウェルドラインの位置が懸念される場合は、成形サンプルのみが回答となるため、ブリッジ金型が存在します。金型製作前のプロトタイプ検証サービスは、両方のルートをカバーしています。
Elite Mold Techは、金型見積もり中に製造のための設計フィードバックを提供し、プラスチック射出成形サービスで、まだ図面変更中に肉厚、抜き勾配、リブの比率、ゲート位置の問題をフラグ付けします。金型製作をコミットする前に設計レビューのために部品モデルをElite Mold Techに送信してください。最初のショット後の不良議論ではなく。
よくある質問
Q: 射出成形部品にシンクマークが発生する原因は何ですか？
A: 周囲の壁よりもゆっくり冷却される厚い部分です。厚い部分は最後に収縮するため、表面から内側に材料を引き込みます。隣接する壁に対して厚すぎるリブとボスが最も一般的な原因です。
Q: プロセス調整で反りを修正できますか？
A: 重症度を軽減することはできますが、めったに排除できません。反りは、肉厚のばらつきと冷却の違いによって引き起こされる、部品全体の不均一な収縮から生じます。肉厚を均一にすることは、症状ではなく原因に対処します。
Q: 射出成形部品にはどのくらいの抜き勾配が必要ですか？
A: 深さと表面仕上げによります。深い特徴はより多くのテーパーを必要とし、テクスチャ表面は滑らかな表面よりもかなり多くの抜き勾配を必要とします。なぜなら、テクスチャはアンダーカットのように機能するからです。抜き勾配は早期に適用してください。なぜなら、後で追加すると嵌合寸法が変わるからです。
Q: ウェルドラインは常に不良ですか？
A: 穴やインサートのある部品では避けられません。なぜなら、流動前面はどこかで合流する必要があるからです。化粧面や構造的な負荷がかかる領域に着地すると不良になります。ゲート位置が形成場所を決定します。
Q: 成形不良は設計またはプロセスで最初に修正すべきですか？
A: どちらの原因が支配的かを特定してください。シンクマーク、ボイド、反り、ドラッグマークは通常、形状駆動型であり、設計で対処すべきです。ショートショット、飛散、焼け跡は通常、プロセスまたは金型駆動型であり、プレスで対処すべきです。