射出成形プロセス
射出成形の工程は主に、型締め→充填→保圧→冷却→型開き→脱型の6段階で構成されます。これら 6 つの段階は製品の成形品質を直接決定し、これら 6 つの段階は完全かつ連続的なプロセスです。
射出成形プロセス - 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あり、時間は金型が閉じられる射出成形の開始から金型キャビティが約 95% まで充填されるまでカウントされます。理論的には、充填時間が短いほど成形効率は高くなります。ただし、実際の生産では、成形時間はさまざまな条件に左右されます。
高速充填。高せん断速度による高速充填、せん断減粘効果と粘度低下の存在によるプラスチックの全体的な流動抵抗が減少します。局所的な粘性加熱効果により、硬化層の厚さも薄くなります。したがって、流量制御フェーズでは、充填動作は充填される容積サイズに依存することがよくあります。つまり、流量制御段階では、高速充填により溶融物のせん断減粘効果が大きくなることが多く、薄肉の冷却効果は明らかではないため、速度の利用が優先されます。
低充填率。熱伝達制御された低速充填は、せん断速度が低く、局所粘度が高く、流動抵抗が高くなります。熱可塑性樹脂の補充速度が遅いため、流れが遅くなり、熱伝達効果がより顕著になり、冷たい金型壁の熱がすぐに奪われます。粘性加熱現象の量が少なくなることにより、硬化層の厚さが厚くなり、壁の薄い部分での流動抵抗がさらに増加します。
噴水の流れにより、プラスチックポリマー鎖の流れ波の前方は流れ波の前方とほぼ平行に並びます。したがって、2 つの溶融プラスチックが交差するとき、接触面のポリマー鎖は互いに平行になります。2 つの溶融プラスチックの異なる性質と相まって、溶融交差領域の構造強度が顕微鏡的に劣ります。部品を光の下に適切な角度で置き、肉眼で観察すると、明らかな接合線が存在することがわかります。これがメルトマークの形成メカニズムです。溶融痕はプラスチック部品の外観に影響を与えるだけでなく、微細構造が緩んでいるため応力集中が起こりやすく、部品の強度が低下して破損する可能性があります。
一般に、高温領域で溶融した方が溶融痕の強度が高くなります。さらに、高温領域における2つの溶融ストランドの温度が互いに近く、溶融物の熱的性質がほぼ同じであるため、溶融部分の強度が増加します。逆に、低温領域では溶融強度が劣ります。
射出成形工程 - 保持ステージ
保持ステージの役割は、圧力を継続的に加えて溶融物を圧縮し、プラスチックの密度を高めてプラスチックの収縮挙動を補うことです。金型キャビティにはすでにプラスチックが充填されているため、保圧プロセス中は背圧が高くなります。保圧圧縮の過程では、射出成形機のスクリューはゆっくりと小さな動きしか前進できず、プラスチックの流速も遅くなり、これを保圧流と呼びます。プラスチックが金型壁によって冷却および硬化されると、溶融物の粘度が急速に増加するため、金型キャビティ内の抵抗が大きくなります。保圧後半では材料密度が増加し続け、徐々に成形品が形成されます。保持圧力フェーズは、ゲートが硬化して密閉されるまで継続する必要があり、その時点で保持圧力フェーズのキャビティ圧力が最高値に達します。
保持段階では、圧力が非常に高いため、プラスチックは部分的に圧縮されます。高圧領域では、プラスチックの密度がより高く、密度が高くなります。圧力が低い領域では、プラスチックが緩んで密度が低くなるため、位置と時間とともに密度分布が変化します。保持プロセス中のプラスチックの流量は非常に低く、流れはもはや支配的な役割を果たしません。圧力は保持プロセスに影響を与える主な要因です。保持プロセス中、プラスチックは金型キャビティに充填され、徐々に硬化する溶融物が圧力を伝達する媒体として使用されます。金型キャビティ内の圧力はプラスチックの助けを借りて金型壁の表面に伝達され、金型が開く傾向があるため、金型をロックするには適切な型締め力が必要です。
新しい射出成形環境では、ガスアシスト成形、水アシスト成形、発泡射出成形など、いくつかの新しい射出成形プロセスを検討する必要があります。
射出成形プロセス - 冷却段階
で 射出成形では、冷却システムの設計が非常に重要です。これは、プラスチック成形品が冷却され、一定の剛性まで硬化して初めて、プラスチック製品が金型から離型され、外力による変形を避ける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により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。冷却システムが不適切に設計されていると、成形時間が長くなり、コストが増加します。冷却が不均一になると、プラスチック製品の反りや変形がさらに発生します。
実験によると、溶湯から金型に入った熱は2回に分けて放出され、そのうちの5％は輻射と対流によって大気中に伝わり、残りの95％は溶湯から金型に伝導する。金型内のプラスチック製品は冷却水管の役割により、金型キャビティ内のプラスチックからの熱が金型枠を通って冷却水管に熱伝導し、冷却水による熱対流によって逃げます。冷却水によって持ち去られなかった少量の熱は、外界と接触した後、空気中に放散されるまで金型内に伝わり続けます。
射出成形の成形サイクルは、型閉時間、充填時間、保持時間、冷却時間、脱型時間から構成されます。このうち冷却時間が最も大きな割合を占め、約70％～80％を占めます。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歩留まりに直接影響します。離型時のプラスチック製品の温度は、残留応力によるプラスチック製品の緩和や、離型時の外力による反りや変形を防ぐため、プラスチック製品の熱変形温度以下に冷却する必要があります。
製品の冷却速度に影響を与える要因は次のとおりです。
プラスチック製品のデザイン面。主にプラスチック製品の肉厚を指します。製品の厚みが厚くなるほど、冷却時間は長くなります。一般的に、冷却時間はプラスチック製品の厚さの 2 乗、または最大ランナー直径の 1.6 倍に比例します。つまり、プラスチック製品の厚さが 2 倍になると、冷却時間は 4 倍になります。
金型の材質とその冷却方法。金型コア、キャビティ材料、金型フレーム材料などの金型材料は、冷却速度に大きな影響を与えます。金型材料の熱伝導率が高いほど、単位時間当たりのプラスチックからの熱伝達効果が大きくなり、冷却時間が短くなります。
冷却水配管の構成方法。冷却水パイプは金型キャビティに近いほどパイプ径が大きく本数が多いほど冷却効果が良くなり、冷却時間が短くなります。
冷却液の流量。冷却水の流量が多いほど、冷却水が熱対流により熱を奪う効果が高くなります。
冷却剤の性質。冷却剤の粘度と熱伝達係数も金型の熱伝達効果に影響します。クーラントの粘度が低いほど熱伝達係数が高く、温度が低いほど冷却効果が高くなります。
プラスチックの選択。プラスチックの熱は、プラスチックが熱い場所から冷たい場所にどれだけ早く熱を伝えるかを表します。プラスチックの熱伝導率が高いほど熱伝導率が良く、プラスチックの比熱が低いほど温度変化が起こりやすく熱が逃げやすくなり、熱伝導率が良くなり冷却時間が短くなります。必須。
処理パラメータの設定。材料温度が高いほど金型温度は高く、突出温度は低くなり、必要な冷却時間は長くなります。
冷却システムの設計ルール:
冷却チャネルは、冷却効果が均一かつ迅速になるように設計する必要があります。
冷却システムの目的は、金型の適切かつ効率的な冷却を維持することです。加工と組み立てを容易にするために、冷却穴は標準サイズである必要があります。
冷却システムを設計する場合、金型設計者は、成形品の壁の厚さと体積に基づいて、冷却穴の位置とサイズ、穴の長さ、穴の種類、構成、および冷却穴のサイズなどの設計パラメータを決定する必要があります。穴の接続、冷却剤の流量と熱伝達特性。
射出成形プロセス - 脱型段階
脱型は射出成形サイクルの最後の部分です。製品はコールドセットされていますが、脱型は依然として製品の品質に重要な影響を与えます。脱型が不適切な場合、脱型時に力が不均一になったり、取り出し時に製品が変形したりする可能性があります。離型には主に 2 つの方法があります。トップバーの離型とストリッピング プレートの離型です。金型を設計する際には、製品の品質を確保するために、製品の構造特性に応じて適切な離型方法を選択する必要があります。
トップバー付きの金型の場合、プラスチック部品の変形や損傷を避けるために、トップバーをできるだけ均等にセットし、離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も高い場所に位置を選択する必要があります。 。
ストリッピング プレートは一般に、深キャビティの薄肉容器やプッシュ ロッドの痕跡が許されない透明な製品の型抜きに使用されます。この機構の特徴は、大きくて均一な脱型力、スムーズな動作、跡が残らないことです。
