プラスチック射出成形製品

製品の壁が薄く、ゲートから遠いほど、通気溝を開けることが重要になります。また、小型部品や精密部品の場合、通気溝の開放も真剣に行う必要があります。製品の表面焼けや射出量不足を防ぐだけでなく、製品のさまざまな欠陥を排除し、金型汚染を減らすこともできます。

ベント溝には主に 2 つの機能があります。1 つは溶融材料を注入するときに金型キャビティ内の空気を除去すること、もう 1 つは加熱中に材料によって発生するさまざまなガスを除去することです。

では、金型キャビティのベントが十分であるとは、どのように判断すればよいのでしょうか。一般的には、溶融材料が最高射出速度で射出され、製品に焦げ跡が残らなければ、金型キャビティのベントは十分であると判断できます。

1. 排気方法
金型キャビティの排気方法は多種多様ですが、どの方法においても、排気時に材料が溝に溢れないように排気溝を設計し、詰まりを防止する必要があります。そのため、金型キャビティの内面から金型キャビティの外縁までの長さが6～12mmを超える排気溝部分の高さは、0.25～0.4mm程度大きくする必要があります。

また、排気溝が多すぎるのも有害です。排気溝のない金型キャビティ分割面の部分に作用する締め付け圧力が非常に大きい場合、金型キャビティ材料の冷間流動や割れが発生しやすく、非常に危険です。

金型キャビティのパーティング面を排気するだけでなく、注入システムの材料フローの最後に排気溝を設定し、エジェクタロッドの周りに隙間を残すことによっても排気の目的を達成できます。排気溝の深さ、幅、位置を適切に選択しないと、フラッシュバリが製品の美しさと精度に影響を与えるためです。したがって、エジェクタロッドの周りのフラッシュを防ぐために、上記の隙間のサイズが制限されています。

ギアなどの部品を排気する場合、たとえ小さなバリであっても望ましくないことに注意してください。ギア部品の排気は、次の方法が最適です。

（１）流路内のガスを徹底的に除去する。

（２）分割面の合わせ面に粒径200のシリコンカーバイド研磨材をショットピーニングする。

また、注入システムの材料の流れの最後には通気溝が開けられており、主に分岐チャネルの端にある通気溝を指します。その幅は分岐チャネルの幅と同じで、高さは材料によって異なります。

2. 設計方法
複雑な幾何学的形状を持つ製品金型の場合、数回の試作金型を経て通気溝の開口部を決定するのが最善です。金型構造設計における全体的な構造形態の最大の欠点は、通気不良です。

金型キャビティコア全体には、いくつかのベント方法があります。

（１）キャビティの溝またはインサートの設置部分を使用する。

（２）側面のインサートジョイントを使用する。

（３）局所的に螺旋状にする

（４）スロット付きスラットコアを取り付け、縦方向に加工穴を開ける。

排気が極めて困難な場合は、インレイ構造を使用します。金型の一部の死角に排気溝を開けるのが難しい場合は、まず製品の外観と精度に影響を与えずに、金型を適切にインレイ加工に変更する必要があります。これは排気溝の加工に役立つだけでなく、元の加工の難しさを改善し、メンテナンスを容易にすることもできます。

3.排気溝の設計サイズ
熱硬化性材料の排気は熱可塑性材料の排気よりも重要です。

まず、ゲート前のランナーを排気する必要があります。排気溝の幅はランナーの幅と同じで、高さは0.12mmにする必要があります。キャビティは全周排気する必要があります。各排気溝は、材料の流動性に応じて、25mm間隔、6.5mm幅、0.075〜0.16mmの高さにする必要があります。柔らかい材料は、より低い値を取る必要があります。

エジェクタロッドはできるだけ大きくし、ほとんどの場合、エジェクタロッドの円筒面に高さ0.05mmの3〜4面を研磨し、研磨マークの方向はエジェクタロッドの長さに沿うようにします。研磨はより細かい砥石で行う必要があります。エジェクタロッドの端面は、バリが発生した場合に部品に付着しないように、0.12mmの面取りで研磨する必要があります。

4. 結論
排気溝を適切に開くと、射出圧力、射出時間、保持時間、型締め圧力が大幅に低減され、プラスチック部品の成形が容易になり、生産効率が向上し、生産コストが削減され、機械のエネルギー消費が削減されます。

実際には、排気溝から排気する必要はありません。排気する方法は他にもいくつかあります。

（１）排気溝から排気する
大型および中型のプラスチック部品を成形するための金型の場合、排気されるガスの量が多く、通常は排気溝を開ける必要があります。排気溝は通常、分割面の凹型の側面に開けられています。排気溝の位置は、メルトフローの終わりにあることが好ましく、排気溝のサイズは、ガスが溢れることなくスムーズに排出できるという原則に基づいています。排気溝の幅は一般に約3〜5mm、深さは0.05mm未満、長さは一般に0.7〜1.0mmです。

（２）パーティング面からの排気
小型金型の場合、パーティング面間の隙間をベントに使用できますが、パーティング面はメルトフローの終端に配置する必要があります。

（３）組み立てられた部品の隙間からの排気
複合凹型またはキャビティの場合、組み立てられた部品間の隙間を通気口として使用できます。

（４）プッシュロッドとモールドプレートまたはコアとの隙間からの排気、またはプッシュロッドとモールドプレートとの隙間を意図的に大きくすることができる。

（５）粉末状非焼結合金ブロックからの排気
粉末非焼結合金は、球状の粒状合金を焼結して作られた材料です。強度は低いですが、ガスが通過できる緩い質感です。このような合金片を通気が必要な場所に置くと、通気要件を満たすことができますが、底部の通気孔の直径は、キャビティ圧力によって圧迫されて変形するのを防ぐために大きすぎないようにしてください。

（６）排気井からの排気
プラスチック溶融合流部の外側に穴が設けられており、ガスを排出できるため、優れた通気効果も得られます。

（７）強制排気
密閉ガスエリアには排気棒を設置します。この方法は排気効果は良いですが、プラスチック部分に棒の跡が残ります。そのため、排気棒はプラスチック部分の隠れた場所に設置する必要があります。

射出成形金型ではガスが頻繁に発生しますが、これは次のような点に関係していると考えられます。
注入システムと金型キャビティには空気が入っています。一部の原材料には乾燥・除去されていない水分が含まれており、高温で水蒸気に蒸発します。射出成形中の高温により、一部の不安定なプラスチックは分解してガスを発生します。プラスチック原材料の一部の添加剤は揮発したり、互いに反応してガスを発生します。同時に、排気不良の原因をできるだけ早く見つける必要があります。射出成形金型の排気不良もプラスチック部品に問題をもたらします。主な症状は次のとおりです。

射出成形の過程で、溶融物がキャビティ内のガスと置き換わります。ガスが適時に排出されないと、溶融物の充填が困難になり、射出量が不足してキャビティを充填できなくなります。排出不良のガスはキャビティ内に高圧を形成し、一定の圧縮下でプラスチックの内部に浸透し、ボイド、気孔、ゆるい組織、銀条などの品質欠陥を引き起こします。ガスの圧縮度が高いため、キャビティ内の温度が急激に上昇し、周囲の溶融物が分解して燃焼し、プラスチック部品の局所的な炭化と燃焼を引き起こします。主に2つの溶融物の合流点とゲートフランジで発生します。ガスの排出不良により、各キャビティに入る溶融物の速度が異なるため、フローマークや溶融マークが形成されやすく、プラスチック部品の機械的特性が低下します。キャビティ内のガスの閉塞により、充填速度が低下し、成形サイクルに影響を与え、税収効率が低下します。

プラスチック部品内の気泡の分布:
キャビティ内の空気の蓄積によって発生した気泡は、ゲートの反対側の部分に分布することが多い。プラスチック原料の分解や化学反応によって発生した気泡は、プラスチック部品の厚さに沿って分布する。プラスチック原料内の残留水分の蒸発によって発生した気泡は、プラスチック部品全体に不規則に分布する。

はい、プラスチック射出成形ではカスタムサイズを提供できます。当社の専門家チームはお客様と緊密に連携し、お客様の独自のニーズに基づいて適切な寸法を決定します。

金型温度は射出成形において最も重要な変数です。どのようなプラスチックを射出するかに関係なく、金型表面が基本的に湿っている必要があります。金型表面が高温であれば、プラスチック表面はキャビティ内の圧力が上昇するのに十分な時間液体のままです。キャビティが充填され、キャビティ圧力によって、凍結した表皮が硬化する前に柔らかいプラスチックが金属に押し付けられる場合、キャビティ表面温度は高くなります。

一方、低圧下でキャビティに入るプラスチックが、たとえ短時間であっても一時停止すると、金属とのわずかな接触によって汚れが生じ、ゲート汚れと呼ばれることもあります。

各プラスチックおよびプラスチック部品には、金型表面温度の制限があり、それを超えると、1 つ以上の望ましくない影響が発生する可能性があります (例: 部品からバリが溢れる)。金型温度が高いほど、流動抵抗は少なくなります。

多くの射出成形機では、これは当然ゲートとキャビティを通る流れが速くなることを意味しますが、使用される射出流量制御バルブはこの変化を補正しないため、充填が速くなるとゲートとキャビティ内の有効圧力が高くなります。

フラッシュが発生する可能性があります。高温モデルでは、高圧が発生する前にフラッシュ領域に入ったプラスチックが凍結しないため、溶融物がエジェクタ ピンの周囲でフラッシュし、パーティング ラインの隙間に溢れ出す可能性があります。これは、適切な射出速度制御が必要であることを示し、一部の最新のフロー制御プログラマーはこれをサポートしています。

一般的に、金型温度を上げるとキャビティ内のプラスチック凝縮層が減少し、溶融材料がキャビティ内に流れ込みやすくなり、部品の重量が増加し、表面品質が向上します。同時に、金型温度の上昇に伴い、部品の引張強度も増加します。

カビの断熱方法

多くの金型、特にエンジニアリング熱可塑性プラスチックは、80 度 (華氏 176 度) などの比較的高温で動作します。金型が断熱されていない場合、空気と射出成形機に失われる熱は、ショット シリンダーに失われる熱と簡単に同じになります。

そのため、金型フレームプレートは断熱する必要があり、可能であれば金型の表面も断熱する必要があります。ホットランナー金型の使用を検討している場合は、ホットランナー部品と冷却された射出成形部品間の熱交換を減らすようにしてください。この方法により、エネルギー損失と予熱時間を削減できます。

ウェルド ラインは、射出成形製品で最も一般的な欠陥です。非常に単純な幾何学的形状の射出成形部品を除けば、ウェルド ラインはほとんどの射出成形部品 (通常は線状または V 字型の溝) に発生し、特に複数のゲートを持つ金型やインサートを必要とする大型で複雑な製品に多く見られます。

ウェルドラインはプラスチック部品の外観品質に影響を与えるだけでなく、衝撃強度、引張強度、破断伸びなどのプラスチック部品の機械的特性にもさまざまな程度で影響を与えます。また、ウェルドラインは製品設計やプラスチック部品の寿命にも重大な影響を及ぼします。したがって、ウェルドラインは可能な限り回避または改善する必要があります。

溶接痕が発生する主な原因は、溶融プラスチックがインサート、穴、不連続な流量の領域、またはキャビティ内で充填材料の流れが中断される領域に遭遇し、複数の溶融物が収束すること、ゲート射出充填が発生したときに材料が完全に融合できないことです。

溶接痕の原因と解決策:

1. 気温が低すぎる
低温溶融物の分流・収束性能が悪く、溶接痕が形成されやすい。プラスチック部品の内外面に同じ箇所に溶接細線が現れた場合は、材料温度が低すぎるために溶接不良になっていることが多い。この点では、バレルとノズルの温度を適切に上げたり、射出サイクルを延長したりして材料温度の上昇を促進することができる。同時に、金型を通過する冷却水の量を制御し、金型温度を適切に上げる必要がある。

一般的に、プラスチック部品の溶接痕の強度は劣りますが、溶接痕が発生した金型の該当部分を局所的に加熱し、成形部品の溶接部分の局所温度を上昇させると、プラスチック部品の溶接部分の強度を向上できる場合が多くあります。

特殊なニーズにより低温成形プロセスを使用する必要がある場合は、射出速度と射出圧力を適切に増加して、溶融物の収束性能を向上させることができます。また、原料配合に少量の潤滑剤を添加して、溶融物の流動性能を向上させることもできます。

2. 金型の欠陥
鋳型鋳造システムの構造パラメータは流動材料の溶接状態に大きな影響を与えます。溶接不良は主に溶融物の偏向と収束によって引き起こされるためです。したがって、できるだけ偏向の少ないゲート形状を使用し、ゲート位置を合理的に選択して、充填速度の不一致や充填材料の流れの中断を回避する必要があります。可能な条件下では、1 点ゲートを使用する必要があります。このゲートは複数の流れを生成せず、溶融物が 2 方向から収束せず、溶接跡を避けやすいためです。

金型の鋳造システムのゲートが多すぎたり小さすぎたり、マルチゲートの位置が正しくなかったり、ゲートから流動材料の溶接点までの距離が長すぎたりすると、鋳造システムの主流路入口と分流チャネルの流路セクションが小さすぎたり、材料の流動抵抗が大きくなりすぎて、溶接が不良になり、プラスチック部品の表面に溶接痕がより顕著になります。この点では、ゲートの数をできるだけ減らし、ゲートの位置を合理的に設定し、ゲートセクションを増やし、補助流路を設定し、主流路と分流チャネルの直径を拡大する必要があります。

低温の溶融材料が金型キャビティ内に注入され、溶接痕が発生するのを防ぐために、金型温度を上昇させる際に金型内に冷材料穴を設ける必要があります。

また、プラスチック部品の溶接痕が発生する箇所は、高圧金型充填によりバリが発生することが多く、このようなバリが発生した後は溶接痕に収縮穴が発生しません。そのため、このようなバリはトラブルシューティングにはあまり使用されず、金型のバリが発生した箇所に非常に浅い溝を開けて、プラスチック部品の溶接痕を追加のバリ小翼に転写し、プラスチック部品の成形後に小翼を取り除きます。これも溶接痕不良のトラブルシューティングの一般的な方法です。

3. カビの排出が悪い
溶融材料のウェルドラインが金型の金型接合ラインまたはコーキングと一致すると、金型キャビティ内の複数の流動材料の流れによって圧迫された空気が金型接合ギャップまたはコーキングから排出される可能性があります。
しかし、ウェルドラインが金型の接合ラインやコーキングと一致せず、排気口が適切に設定されていない場合、金型キャビティ内の流動材料によって圧迫された残留空気を排出できず、高圧下で気泡が強く圧迫され、物体が徐々に小さくなり、最終的に点に圧縮されます。圧縮空気の分子運動エネルギーは高圧下で熱エネルギーに変換されるため、溶融合流点の温度が上昇します。その温度が原料の分解温度と同等かわずかに高い場合、溶接点に黄色い斑点が現れます。その温度が原料の分解温度よりはるかに高い場合、溶接点に黒い斑点が現れます。
一般的に、プラスチック部品の表面の溶接痕の近くに現れるこのような斑点は、常に同じ位置に繰り返し現れ、現れる部分は合流点に常に規則的に現れます。操作中、このような斑点は不純物斑点と間違えないでください。このような斑点の主な原因は、金型の排気不良であり、溶融材料の高温分解後に形成される炭化点です。
このような故障が発生したら、まず金型のベントが溶融物の固化物やその他の物体によって塞がれていないか、ゲートに異物がないかどうかを確認してください。閉塞を取り除いた後も炭化点がまだ現れる場合は、金型の合流点にベントを追加します。ゲートの位置を変えたり、機械力を適切に下げてベントギャップを大きくしたりすることで、材料の合流を早めることもできます。プロセス操作の面では、材料温度と金型温度を下げる、高圧射出時間を短縮する、射出圧力を下げるなどの補助的な対策も講じることができます。

4. 離型剤の不適切な使用
離型剤の過剰使用や品種の選択ミスは、プラスチック部品の表面に溶接痕を生じます。射出成形では、一般的にネジ部など離型しにくい部分にのみ少量の離型剤を均一に塗布します。離型剤の量は最小限に抑えるのが原則です。

各種離型剤の選択は、成形条件、プラスチック部品の形状、原料の品種に基づいて決定する必要があります。たとえば、純粋なステアリン酸亜鉛は、ポリアミドと透明プラスチックを除くさまざまなプラスチックに使用できますが、油と混合するとポリアミドと透明プラスチックに使用できます。たとえば、シリコーンオイルトルエン溶液は、さまざまなプラスチックに使用でき、一度塗布すると長期間使用できますが、塗布後に加熱して乾燥させる必要があり、使用が比較的複雑です。

5. 無理なプラスチック構造設計
プラスチック部品の肉厚が薄すぎる設計、肉厚差が大きすぎる設計、インサートが多すぎる設計は、溶接不良の原因になります。薄肉部品を成形する場合、溶融材料が急速に固化し、金型充填プロセス中に溶融材料が常に薄壁に収束して溶接痕を形成するため、欠陥が発生しやすくなります。薄壁に溶接痕が発生すると、プラスチック部品の強度が低下し、性能に影響を与えます。

したがって、プラスチック部品の形状構造を設計する際には、プラスチック部品の最も薄い部分が成形時に許容される最小壁厚よりも厚くなるようにする必要があります。また、インサートの使用を最小限に抑え、壁厚を可能な限り一定にする必要があります。

6. その他の理由
使用原材料の水分や揮発分が高すぎる、金型内の油汚れが洗浄されていない、金型キャビティ内に冷たい材料がある、または溶融物内の繊維充填剤の分布が悪い、金型冷却システムが適切に設計されていない、溶融物の凝固が速すぎる、インサート温度が低すぎる、ノズル穴が小さすぎる、射出成形機の可塑化能力が不十分、射出成形機バレル内の圧力損失が大きすぎるなどの場合は、程度の異なる溶接不良につながります。

この点に関しては、作業工程において、さまざまな状況に応じて、原材料の事前乾燥、金型の定期的な洗浄、金型冷却水路の設定変更、冷却水の流れの制御、インサート温度の上昇、ノズルの口径の拡大、射出成形機の大型化などの対策を講じて問題を解決する必要があります。