射出成形

射出成形は複雑な製造プロセスです。このプロセスでは、特殊な油圧または電気機械を使用して、プラスチックを溶かし、射出して、機械に取り付けられた金型の形状に固定します。

プラスチック射出成形は、次のようなさまざまな理由から、最も広く使用されている部品製造プロセスです。

柔軟性:メーカーは、各コンポーネントに使用される金型の設計と熱可塑性プラスチックの種類を選択できます。これは、射出成形プロセスで、複雑で非常に詳細な部品を含むさまざまなコンポーネントを製造できることを意味します。

効率：プロセスが設定されテストされると、射出成形機は 1 時間あたり数千個のアイテムを生産できるようになります。

一貫性：プロセスパラメータが厳密に制御されていれば、射出成形プロセスでは数千のコンポーネントを一貫した品質で迅速に製造できます。

費用対効果：金型 (最も高価な要素) が作成されると、特に大量に作成される場合、コンポーネントあたりの生産コストは比較的低くなります。

品質：メーカーが強力で張力のあるコンポーネントを求めている場合でも、非常に精細なコンポーネントを求めている場合でも、射出成形プロセスではそれらを高品質で繰り返し製造できます。

この費用対効果、効率、コンポーネントの品質は、多くの業界が製品に射出成形部品の使用を選択する理由のほんの一部にすぎません。

コスト効率よく大量の部品を作成する方法

射出成形は、多くの部品を製造するコスト効率の高い方法であるため、短時間で多数の品目を製造する必要がある業界に最適です。

非常に正確

射出成形金型は非常に厳しい公差で作られており、部品間のばらつきがほとんどない部品を製造できます。これは、すべての部品が次の部品とまったく同じであることを保証できることを意味します。これは、製品に一貫性を求めている場合、または製品を別のメーカーの製品ラインの別の部品と完全に適合させる必要がある場合に重要です。

射出成形の最初の段階は、金型自体を作成することです。ほとんどの金型は金属 (通常はアルミニウムまたはスチール) で作られ、製造する製品の特徴に合わせて精密に機械加工されます。

金型メーカーによって金型が作成されると、部品の材料が加熱されたバレルに供給され、らせん状のスクリューを使用して混合されます。加熱バンドがバレル内の材料を溶かし、溶融金属または溶融プラスチック材料が金型キャビティに供給され、そこで冷却されて硬化し、金型の形状に適合します。外部温度コントローラーからの水や油を循環させる冷却ラインを使用することで、冷却時間を短縮できます。金型ツールはプレート金型 (または「プラテン」) に取り付けられ、材料が固化するとプレート金型が開き、エジェクター ピンで金型から部品を突き出すことができます。

ツーショットモールドと呼ばれるタイプの射出成形では、別々の材料を 1 つの部品に組み合わせることができます。この技術は、プラスチック製品にソフトなタッチを追加したり、部品に色を追加したり、さまざまな性能特性を持つアイテムを製造したりするために使用できます。

金型は単一または複数のキャビティで作成できます。複数のキャビティ金型は、各キャビティに同一の部品を含めることも、異なる形状の部品を作成するために独自のものにすることもできます。アルミニウム金型は、機械的特性が劣っており、射出力や型締力による摩耗、変形、損傷が発生しやすいため、大量生産や寸法公差の狭い部品には最適ではありません。スチール製の金型は耐久性に優れていますが、アルミニウム製の金型よりも高価です。

射出成形プロセスでは、部品の形状や特徴、部品や金型の材質、成形機の特性など、慎重な設計が必要です。そのため、射出成形の際にはさまざまな考慮事項を考慮する必要があります。

射出成形を開始する前に、留意すべき考慮事項がいくつかあります。

1. 財務

機械や金型自体のコストを考慮すると、射出成形製造の参入コストは高額になる可能性があります。

2. 生産数量

射出成形が最もコスト効率の高い製造方法であるかどうかを判断するには、製造する部品の数を決定することが重要です。

3. 設計要素

部品の数を最小限に抑え、アイテムの形状を簡素化すると、射出成形が容易になります。さらに、製造時の欠陥を防ぐためには、金型の設計が重要です。

4. 生産上の考慮事項

サイクルタイムを最小限に抑えることは、ホットランナー金型と考え抜かれた工具を備えた機械を使用することと同様に、生産を促進します。このような小さな変更とホット ランナー システムの使用により、部品の生産コストを節約することができます。また、特に数千、さらには数百万の部品を生産する場合には、組み立て要件を最小限に抑えることでコストも節約できます。

射出成形は高価なプロセスになる可能性がありますが、金型コストを削減できる方法は次のとおりです。

アンダーカットの除去

不要な機能を削除する

コアキャビティアプローチを使用する

化粧仕上げを減らす

自己嵌合する部品を設計する

既存の金型を修正して再利用する

DFM分析を監視する

マルチキャビティまたはファミリータイプの金型を使用する

パーツのサイズを考慮する

85,000 を超える市販のプラスチック材料オプションと 45 のポリマー ファミリが利用可能で、射出成形に使用できるさまざまなプラスチックが豊富にあります。これらのうち、ポリマーは大きく 2 つのグループに分類できます。熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂。

使用されるプラスチックの最も一般的な種類は、高密度ポリエチレン (HDPE) と低密度ポリエチレン (LDPE) です。ポリエチレンには、高い延性レベル、良好な引張強度、強力な耐衝撃性、耐吸湿性、リサイクル性など、多くの利点があります。

その他の一般的に使用される射出成形プラスチックには次のようなものがあります。

1. アクリロニトリルブタジエンスチレン (ABS)

この丈夫で耐衝撃性のあるプラスチックは、業界全体で広く使用されています。ABS は酸や塩基に対する耐性が優れているため、収縮率が低く、寸法安定性も高くなります。

2. ポリカーボネート(PC)

この強力で耐衝撃性のあるプラスチックは、収縮が少なく、寸法安定性に優れています。PC は、さまざまな光学的に透明なグレードが用意されている透明なプラスチックであり、優れた外観仕上げと良好な耐熱性を実現できます。

3. 脂肪族ポリアミド (PPA)

PPA (またはナイロン) にはさまざまな種類があり、それぞれに独自の利点があります。一般に、ナイロンは高い強度と耐熱性を備えているだけでなく、強酸や強塩基に対する耐性を除いて化学的耐性も備えています。一部のナイロンは耐摩耗性があり、優れた硬度と剛性を備え、優れた衝撃強度を備えています。

4. ポリオキシメチレン(POM)

一般にアセタールとして知られるこのプラスチックは、高い硬度、剛性、強度、靭性を備えています。潤滑性にも優れ、炭化水素や有機溶剤にも耐性があります。優れた弾性と滑り性も、用途によっては利点をもたらします。

5. ポリメタクリル酸メチル (PMMA)

PMMA はアクリルとしても知られており、優れた光学特性、高い光沢、耐傷性を備えています。また、薄いセクションや薄いセクションを含むジオメトリの収縮と沈みが少なくなります。

6. ポリプロピレン(PP)

この安価な樹脂材料は、特定のグレードでは高い耐衝撃性を発揮しますが、低温では脆くなる可能性があります (プロピレンホモポリマーの場合)。コポリマーは耐衝撃性が高く、PP は耐摩耗性、柔軟性があり、非常に高い伸びが得られるほか、酸や塩基にも耐性があります。

7. ポリブチレンテレフタレート (PBT)

PBT は優れた電気特性を備えているため、自動車用途だけでなくパワーコンポーネントにも最適です。強度はガラスの充填に応じて中程度から高の範囲にあり、充填されていないグレードは強靭で柔軟性があります。PBT は燃料、油、脂肪、多くの溶剤も示しますが、風味も吸収しません。

8. ポリフェニルスルホン (PPSU)

PPSU は、高い靱性、温度、耐熱性を備えた寸法安定性の高い材料であり、放射線滅菌、アルカリ、弱酸にも耐性があります。

9. ポリエーテルエーテルケトン (PEEK)

この高温用の高性能樹脂は、耐熱性、難燃性、優れた強度と寸法安定性、さらに良好な耐薬品性を備えています。

10. ポリエーテルイミド (PEI)

PEI (またはウルテム) は、優れた強度、寸法安定性、耐薬品性に​​加え、高温耐性と難燃性を備えています。

射出成形では、元のプラスチック ブロックやシートのかなりの割合を切り取る CNC 加工などの従来の製造プロセスと比較して、スクラップ率が低くなります。ただし、これは、スクラップ率がさらに低い 3D プリンティングなどの積層造形プロセスと比較するとマイナスになる可能性があります。

射出成形製造からの廃プラスチックは通常、次の 4 つの分野から発生します。

スプルー

ランナーたち

ゲートの位置

部品のキャビティ自体から漏れるオーバーフロー材料 (「フラッシュ」と呼ばれる状態)

空気に触れると硬化するエポキシ樹脂などの熱硬化性材料は硬化する材料であり、一度溶かそうとすると硬化後に燃えてしまいます。対照的に、熱可塑性材料は、溶かして冷却して固化し、その後燃焼することなく再度溶かすことができるプラスチック材料です。

熱可塑性材料を使用すると、リサイクルして再利用できます。場合によっては、このようなことが工場現場で発生することがあります。スプルー/ランナーおよび不合格部品を粉砕します。次に、その材料を射出成形プレスに入る原材料に戻します。この材料を「再研磨」と呼びます。

通常、品質管理部門は、印刷機に戻すことを許可される再生材の量を制限します。(プラスチックの一部の性能特性は、何度も成形されると劣化する可能性があります)。

あるいは、大量にある場合は、工場はこの再粉砕を、それを使用できる他の工場に販売することもできます。通常、再生材は高性能を必要としない低品質部品に使用されます。