自動車用射出成形部品の工程フロー

内装と外装のほとんどの部品は センターコンソール射出成形内装プラスチック部品には、一般的に計器パネルアクセサリ、シートアクセサリ、フロアアクセサリ、ルーフアクセサリ、ステアリングホイールアクセサリ、ドア内装アクセサリ、バックミラー、各種バックルおよび固定具が含まれます。外装プラスチック部品には、フロントおよびリアライト、エアインテークグリル、フェンダー、バックミラーが含まれます。以下は、自動車射出成形部品のプロセスフローと関連する重要なパラメータです。

1 定義

射出成形プロセスとは、溶融した原材料を充填、加圧保持、冷却、脱型などの操作によって、一定形状の半製品を作るプロセスを指します。

2 プロセスフロー

射出成形プロセスは次のとおりです。
1 充填段階
充填は、射出成形サイクル全体の最初のステップです。時間は、金型が閉じられた射出成形の開始から、金型キャビティが約95%に充填されるまでです。理論的には、充填時間が短いほど、成形効率が高くなります。ただし、実際の生産では、成形時間（または射出速度）は多くの条件の影響を受けます。充填は、高速充填と低速充填に分けられます。
1) 高速充填
高速充填時には、せん断速度が高く、せん断減粘によりプラスチックの粘度が低下し、全体的な流動抵抗が減少します。また、局所的な粘性加熱により、固化層の厚さも薄くなります。そのため、流動制御段階では、充填挙動は充填する体積に依存することがよくあります。つまり、流動制御段階では、高速充填のため、溶融物のせん断減粘効果が大きいことが多く、薄壁の冷却効果は明らかではないため、速度の効果が優勢になります。
2) 低速充填
熱伝導が低速充填を制御する場合、せん断速度は低く、局所的な粘度は高く、流動抵抗は大きくなります。熱いプラスチックの補充速度が遅く、流動が遅いため、熱伝導の影響がより顕著になり、熱は冷たい金型壁によって急速に奪われます。少量の粘性加熱と相まって、固化層の厚さが厚くなり、薄壁での流動抵抗がさらに増加します。
2 ホールディングステージ
保持段階の機能は、継続的に圧力をかけ、溶融物を圧縮し、プラスチックの密度（緻密化）を高め、プラスチックの収縮挙動を補うことです。保持プロセス中、金型キャビティはすでにプラスチックで満たされているため、背圧が高くなります。圧力保持および圧縮プロセス中、射出成形機のスクリューはゆっくりとわずかに前進することしかできず、プラスチックの流動速度も比較的遅いです。このときの流れを圧力保持流動といいます。圧力保持段階では、プラスチックが金型壁によってより速く冷却および固化し、溶融粘度が急速に増加するため、金型キャビティ内の抵抗が非常に大きくなります。圧力保持の後期段階では、材料密度が増加し続け、プラスチック部品が徐々に形成されます。圧力保持段階は、ゲートが固化して密閉されるまで継続する必要があります。このとき、圧力保持段階のキャビティ圧力は最高値に達します。
圧力保持段階では、高圧のため、プラスチックは部分的に圧縮性を示します。高圧領域では、プラスチックはより密で密度が高く、低圧領域では、プラスチックはより緩く密度が低いため、密度分布は位置と時間によって変化します。圧力保持プロセス中、プラスチックの流量は極めて低く、流れはもはや主導的な役割を果たしません。圧力は圧力保持プロセスに影響を与える主な要因です。

3 冷却段階

射出成形金型では、冷却システムの設計が非常に重要です。これは、成形されたプラスチック製品が一定の剛性まで冷却されて固化して初めて、プラスチック製品が型から取り出された後に外力によって変形するのを防ぐことができるためです。冷却時間は成形サイクル全体の約70%〜80%を占めるため、適切に設計された冷却システムは成形時間を大幅に短縮し、射出成形の生産性を向上させ、コストを削減できます。冷却システムの設計が不適切だと、成形時間が長くなり、コストが増加します。冷却が不均一だと、プラスチック製品の反りや変形がさらに発生します。溶融物から金型に入る熱は、通常、2つの部分に分散され、そのうち5%は放射と対流によって大気に伝達され、残りの95%は溶融物から金型に伝導されます。金型内の冷却水管により、プラスチック製品の熱は、金型キャビティ内のプラスチックから金型フレームを介して熱伝導によって冷却水管に伝達され、その後、熱対流によって冷却剤によって運び去られます。冷却水によって運び去られない少量の熱は、金型内で伝導され続け、外界と接触した後に空気中に放散されます。射出成形の成形サイクルは、型締め時間、充填時間、保持時間、冷却時間、脱型時間で構成されます。その中で、冷却時間が最大の割合を占め、約70%〜80%です。したがって、冷却時間は成形サイクルの長さとプラスチック製品の出力に直接影響します。脱型段階では、プラスチック製品の温度をプラスチック製品の熱変形温度よりも低い温度に冷却して、残留応力によるプラスチック製品の緩和や、外部からの脱型力による反りや変形を防ぐ必要があります。

4 脱型段階

脱型は射出成形サイクルの最後のステップです。製品は冷間成形されていますが、脱型は依然として製品の品質に非常に重要な影響を及ぼします。不適切な脱型方法は、脱型時に製品に不均一な力を与え、突き出し時に製品を変形させる可能性があります。脱型には、エジェクタ脱型とストリッパ脱型の2つの主な方法があります。金型を設計するときは、製品の構造特性に基づいて適切な脱型方法を選択し、製品の品質を確保します。エジェクタ脱型を使用する金型の場合、エジェクタをできるだけ均等に設定し、脱型抵抗が最も大きく、プラスチック部品の強度と剛性が最大になる位置を選択して、プラスチック部品の変形や損傷を回避する必要があります。ストリッパプレートは、一般に、深いキャビティの薄肉容器やプッシュロッドマークが許されない透明製品の脱型に使用されます。このメカニズムの特徴は、大きくて均一な脱型力、スムーズな動き、明らかな残留マークがないことです。
3つの重要なパラメータ
射出成形に関連する重要なパラメータは次のとおりです。
1 射出成形圧力
射出成形圧力は、射出成形システムの油圧システムによって提供されます。油圧シリンダーの圧力は、射出成形機のスクリューを介してプラスチック溶融物に伝達されます。圧力下で、プラスチック溶融物は、射出成形機のノズルを介して金型の垂直流路（一部の金型では主流路でもある）、主流路、分岐流路に入り、ゲートを介して金型キャビティに入ります。このプロセスは射出成形プロセス、または充填プロセスと呼ばれます。圧力の存在は、溶融物の流動プロセスの抵抗を克服するためです。または逆に、流動プロセスの抵抗は、充填プロセスのスムーズな進行を確保するために、射出成形機の圧力によって相殺される必要があります。射出成形プロセス中、射出成形機のノズルの圧力は、プロセス全体を通じて溶融物の流動抵抗を克服するために最も高くなります。その後、圧力は流動長に沿って溶融波面の前端まで徐々に低下します。金型キャビティ内の排気が良好であれば、溶融物の前端の最終圧力は大気圧です。
溶融充填圧力に影響を与える要因は多数ありますが、次の 3 つのカテゴリにまとめることができます。
1) 物質的要因
プラスチックの種類や粘度など
2) 構造的要因
ゲートシステムの種類、数、位置、金型キャビティの形状、製品の厚さなど。
3) 成形のプロセス要素
2 注入時間
ここでの射出時間とは、金型の開閉などの補助時間を除いた、プラスチック溶融物がキャビティを満たすのに必要な時間を指します。射出時間は非常に短く、成形サイクルにほとんど影響を与えませんが、射出時間の調整はゲート、ランナー、キャビティの圧力制御に大きな影響を与えます。適切な射出時間は、溶融物が理想的に充填されるのに役立ち、製品の表面品質を向上させ、寸法公差を減らすために非常に重要です。射出時間は冷却時間よりもはるかに短くする必要があり、冷却時間は冷却時間の約1/10〜1/15です。このルールは、プラスチック部品の総成形時間を予測するための基礎として使用できます。モールドフロー解析を実行する場合、解析結果の射出時間は、溶融物がスクリューによって完全に押し出されてキャビティを充填した場合にのみ、プロセス条件で設定された射出時間と等しくなります。キャビティが充填される前にスクリュー圧力保持スイッチが発生した場合、解析結果はプロセス条件の設定よりも大きくなります。
3 射出温度
射出温度は射出圧力に影響を与える重要な要素です。射出成形機のバレルには5〜6つの加熱セクションがあり、各原材料には適切な処理温度があります（詳細な処理温度については、材料サプライヤーから提供されたデータを参照してください）。射出温度は一定の範囲内で制御する必要があります。温度が低すぎると、溶融物がうまく可塑化されず、成形品の品質に影響を与え、プロセスの難易度が高まります。温度が高すぎると、原材料が分解しやすくなります。実際の射出成形プロセスでは、射出温度はバレル温度よりも高いことがよくあります。高い値は射出速度と材料の性能に関連し、最大30°Cに達することがあります。これは、溶融物が射出ポートを通過するときにせん断によって発生する高熱が原因です。モールドフロー解析を実行するときにこの差を補正する方法は2つあります。1つは、空気中に射出するときの溶融物の温度を測定しようとすることです。もう1つは、ノズルをモデリングに含めることです。
4 保持圧力と時間
射出成形プロセスが終了に近づくと、スクリューは回転を停止し、前方のみに移動します。このとき、射出成形は保持段階に入ります。圧力保持プロセス中、射出成形機のノズルは材料をキャビティに連続的に供給し、部品の収縮によって空いた容積を満たします。圧力保持なしでキャビティが満たされると、部品は約25%収縮し、特にリブが過度に収縮して収縮マークが形成されます。圧力保持圧力は一般に最大充填圧力の約85%であり、実際の状況に応じて決定する必要があります。

5 バックプレッシャー

背圧とは、スクリューが逆転して後退して材料を貯蔵するときに克服する必要がある圧力を指します。高い背圧を使用すると、着色剤の分散とプラスチックの溶融が促進されますが、スクリューの後退時間が長くなり、プラスチック繊維の長さが短くなり、射出成形機の圧力が高くなります。したがって、背圧は低くする必要があり、通常は射出圧力の20%を超えてはなりません。発泡プラスチックを射出する場合、背圧はガスによって形成される圧力よりも高くする必要があります。そうしないと、スクリューがバレルから押し出されます。一部の射出成形機では、背圧をプログラムして溶融中のスクリュー長さの短縮を補うことができ、入力熱が減少して温度が下がります。ただし、この変更の結果を予測することは難しいため、マシンに対応する調整を行うことは容易ではありません。

結論

自動車の軽量化と低エネルギー消費の開発要件により、自動車部品の材料構成はプラスチックからスチールに大きく変化しました。国内外の自動車プラスチックの用途から判断すると、 センターコンソール射出成形 自動車生産技術のレベルを示す重要な指標となっています。