射出成形とは、熱で溶かしたプラスチック材料を金型に流し込み、冷却固化させて成形品を得る方法です。
複雑な形状の製品の大量生産に適しており、プラスチック加工の分野で大きな役割を果たしています。
プロセスサイクル
射出成形のプロセス サイクルは非常に短く、通常は 2 秒から 2 分で、次の 4 つの段階で構成されます。
クランピング - 金型に材料を射出する前に、まず金型の 2 つの半分をクランプ ユニットでしっかりと閉じる必要があります。金型の各半分を射出成形機に取り付け、半分をスライドさせます。油圧駆動のクランプ ユニットが金型の半分を一緒に押し、材料の射出中に金型をしっかりと閉じた状態に保つのに十分な力を加えます。金型を閉じてクランプするのに必要な時間は、マシンによって異なります。大型のマシン (型締力が大きいマシン) では、より多くの時間が必要になります。この時間は、マシンの乾燥サイクル時間から推定できます。
注入 - 通常はペレットの形のプラスチック原料が射出成形機に供給され、射出ユニットによって金型に向かって進められます。このプロセスの間、材料は熱と圧力によって溶かされます。次に、溶融プラスチックが金型に非常に迅速に射出され、圧力が蓄積されて材料がパックされて保持されます。射出される材料の量は、ショットと呼ばれます。金型への溶融プラスチックの流れは複雑で変化するため、射出時間を正確に計算することは困難です。ただし、射出時間は射出量、射出圧力、射出出力から推定できます。
冷却 - 金型の内側にある溶融プラスチックは、金型の内側の表面と接触するとすぐに冷却し始めます。プラスチックが冷えると、目的のパーツの形状に固化します。ただし、冷却中に部品の収縮が発生する場合があります。射出成形段階での材料の充填により、追加の材料が金型に流れ込み、目に見える収縮の量を減らすことができます。必要な冷却時間が経過するまで、金型を開くことはできません。冷却時間は、プラスチックのいくつかの熱力学的特性と成形品の最大肉厚から推定できます。
排出 ・十分な時間が経過した後、冷却された部品は、金型の後半に取り付けられた突き出しシステムによって金型から突き出される場合があります。金型を開くと、金型から部品を押し出す機構が使用されます。冷却中に成形品が収縮して金型に付着するため、成形品を突き出すには力を加える必要があります。部品の取り出しを容易にするために、材料の射出前に金型キャビティの表面に離型剤を噴霧することができます。金型を開いて部品を取り出すのに必要な時間は、成形機のドライ サイクル時間から推定できます。これには、部品が金型から外れるまでの時間を含める必要があります。部品が取り出されたら、次のショットを射出するために金型をクランプで閉じることができます。
射出成形サイクルの後、通常は後処理が必要です。冷却中、金型のチャネル内の材料は固化し、部品に付着します。この余分な材料は、発生したばりとともに、通常はカッターを使用して部品から切り取る必要があります。熱可塑性プラスチックなどの一部の種類の材料の場合、このトリミングから生じるスクラップ材料は、スクラップ材料をペレットに再粉砕する再粉砕機または造粒機とも呼ばれるプラスチック粉砕機に入れることでリサイクルできます。材料特性がいくらか劣化するため、射出成形プロセスで再利用するには、再生材を適切な比率で原材料と混合する必要があります。
ツーリング
射出成形プロセスでは、通常はスチールまたはアルミニウムで作られた金型をカスタム ツールとして使用します。金型には多くのコンポーネントがありますが、2 つの半分に分割できます。それぞれの半分を射出成形機内に取り付け、後ろ半分をスライドさせて、金型のパーティング ラインに沿って金型を開閉できるようにします。金型の 2 つの主要コンポーネントは、金型コアと金型キャビティです。金型を閉じると、金型コアと金型キャビティの間の空間が部品キャビティを形成し、そこに溶融プラスチックが充填されて、目的の部品が作成されます。 2 つの金型半分がいくつかの同一の成形品キャビティを形成する複数キャビティ金型が使用されることがあります。
金型コアと金型キャビティはそれぞれ金型ベースに取り付けられ、射出成形機内のプラテンに固定されます。モールド ベースの前半分には、モールド キャビティが取り付けられるサポート プレート、材料がノズルから流れ込むスプルー ブッシュ、およびモールド ベースをノズルと位置合わせするための位置決めリングが含まれます。モールド ベースの後半部分には、モールド コアが取り付けられる突き出しシステムとサポート プレートが含まれます。型締装置が金型を分離すると、エジェクタ バーが突き出しシステムを作動させます。エジェクタ バーは、エジェクタ ボックス内でエジェクタ プレートを前方に押します。これにより、エジェクタ ピンが成形品に押し込まれます。エジェクターピンは固化した部品を開いた金型キャビティから押し出します。
溶融プラスチックが金型キャビティに流れ込むように、金型設計には複数のチャネルが組み込まれています。まず、溶融樹脂がスプルーから金型に入ります。ランナーと呼ばれる追加のチャネルは、溶融プラスチックをスプルーから充填する必要があるすべてのキャビティに運びます。各ランナーの端で、溶融樹脂は流れを誘導するゲートを通ってキャビティに入ります。これらのランナー内で固化する溶融樹脂は成形品に付着しているため、金型から成形品を取り出した後に分離する必要があります。ただし、チャネルを個別に加熱するホット ランナー システムが使用される場合があり、これにより、含まれる材料が溶融し、部品から分離されます。金型に組み込まれるもう 1 つのタイプのチャネルは、冷却チャネルです。これらのチャネルにより、キャビティに隣接する金型壁に水が流れ、溶融プラスチックが冷却されます。
ランナーとゲートに加えて、金型の設計で考慮しなければならない他の多くの設計上の問題があります。まず、金型は、溶融プラスチックがすべてのキャビティに容易に流れ込むようにする必要があります。金型から固化した部品を取り出すことも同様に重要であるため、金型の壁に抜き勾配を適用する必要があります。金型の設計は、追加の金型部品が必要になるアンダーカットやねじ山など、部品の複雑な機能にも対応する必要があります。これらのデバイスのほとんどは、金型の側面から成形品のキャビティに滑り込むため、スライドまたはサイド アクションとして知られています。サイド アクションの最も一般的なタイプは、外部アンダーカットを成形できるサイド コアです。内部アンダーカットを形成する可能性がある内部コア リフターなどの他のデバイスは、分割方向に沿って金型の端から入ります。部品にねじ山を成形するには、ねじ山が形成された後に金型から回転できるねじ抜き装置が必要です。