射出成形部品 – 設計上の考慮事項

高品質な射出成形部品を製造するには、設計プロセスに入る前に考慮すべき点がいくつかあります。これらの要素には、表面仕上げ、材料適合性、金型製作などが含まれます。この記事では、これらの要素のいくつかに焦点を当てます。最終的には、部品を社内で設計することで、時間とコストを節約できます。

設計上の考慮事項

新規部品の作成、または既存部品の改良を行う際、射出成形部品の設計上の考慮事項は非常に重要です。開発の初期段階での決定は、最終製品に大きな影響を与えるだけでなく、コストと納期にも大きな影響を及ぼす可能性があります。このガイドでは、射出成形プロセスの効率を最大化する方法など、重要な設計上の考慮事項について解説します。また、ゲート位置とパーティングラインの最適化についても触れます。
射出成形プロセスを成功させるには、部品設計において構造的な強度と樹脂充填量とのバランスを取る必要があります。つまり、十分な支持力があり、反りや沈み込みのない、比較的薄い壁を持つ部品を作成する必要があるということです。そのため、射出成形部品には、壁を強化するためのリブや突起がよく用いられます。しかし、壁が薄すぎると、樹脂圧が過剰になり、気泡が閉じ込められる可能性があります。
射出成形部品の設計において最も重要な考慮事項の一つは、パーティングラインの方向です。多くの用途ではパーティングラインは明確ですが、そうでない場合もあります。射出成形金型の設計における最初のステップは、金型を開く方向を決定することです。
もう一つ重要な設計上の考慮事項は、部品の取り出しやすさです。部品が適切に取り出されないと、金型に付着してしまいます。アンダーカットやリブが多すぎる部品は金型の側面に張り付いてしまい、金型から取り出すのが困難になります。抜き勾配が5度以上の部品は、はるかに容易に取り出すことができます。
射出成形部品の設計において、もう一つ重要な考慮事項は使用するプラスチックの種類です。一部のプラスチックはアンダーカットを許容しませんが、中には最大5%のアンダーカットを許容できる材料もあります。アンダーカットは理想的ではなく、射出成形金型の複雑さとコストを増加させる可能性があります。
射出成形部品の設計において考慮すべきもう一つの点は、エッジの半径です。鋭角な角は成形時に大きな応力を発生させ、破損の原因となる可能性があります。半径を設けることで、応力が部品全体に均等に分散され、この応力が軽減されます。また、これにより金型内での材料の流れもスムーズになります。

表面仕上げ

射出成形部品は、美観を向上させるために、しばしば追加の加工が施されます。機械加工や研磨など、さまざまな仕上げ加工によって、射出成形部品に独特の外観、感触、質感を与えることができます。プラスチック部品の表面仕上げは、その美観と機能性の両方に影響を与えます。米国プラスチック産業協会（SPI）によると、表面仕上げに関する一定の基準は、プラスチック部品の美観と耐久性にとって不可欠です。
射出成形部品の表面仕上げは、設計上の主要な目標によって異なります。例えば、美観を重視する設計もあれば、機能性の向上を重視する設計もあります。表面の質感は、製品の知覚価値を高めるなど、さまざまな美的目標を達成するために、設計者やエンジニアによってよく用いられます。また、表面に質感を与えることで、欠陥を隠したり、滑り止め効果を高めたりすることもできます。
表面仕上げは、プラスチック射出成形において非常に重要な要素です。材料選定、金型設計、その他の工程上の決定に影響を与える可能性があります。設計段階の早い段階で、希望する表面仕上げを決定することが重要です。熟練したプラスチック射出成形業者は、この決定をサポートできます。必要な仕上げを決定するだけでなく、熟練した成形業者は、最適な材料の選定も支援します。
PIA分類システムでは、表面仕上げを4つの基本グレードに分類しています。各グレードにはさらに細分類があります。グループAの表面仕上げは滑らかで、グレードBとCはテクスチャ加工が施されています。グループAは最も一般的で経済的な仕上げであり、工業部品に最適です。変形や加工痕を隠すことができ、最も安価な仕上げタイプです。
射出成形部品の表面仕上げは大きく異なり、部品の性能と外観に大きく影響します。光沢のある仕上げを好む企業もあれば、美観上の理由から表面がざらざらしている企業もあります。前者は美観の点では優れているかもしれませんが、機能部品や機械部品には、より粗い表面が好まれることが多いのです。

材料適合性

射出成形部品の耐久性には、材料の適合性が重要です。樹脂を混合することで、同じ部品に複数の材料を使用できます。これは、接着性、摩擦、または耐摩耗性が求められる部品にとって理想的なソリューションです。Fast Radiusは、材料選定プロセスを簡素化し、部品設計を最適化し、生産速度を向上させます。
ABS樹脂は、幅広い温度範囲に耐えることができる熱可塑性ポリマーです。融点が低いため成形しやすく、耐薬品性、耐湿性にも優れています。また、耐衝撃性にも優れ、耐久性も非常に高いです。リサイクルも容易です。ナイロンもまた、射出成形に適した汎用性の高い素材です。自動車のタイヤ、電気部品、各種衣料品などに使用できます。
射出成形部品の材料を選ぶ際には、樹脂の種類によって許容誤差が決まることに注意してください。射出成形は幅広い種類のプラスチック樹脂に対応しています。用途によっては、特定の材料の方が適している場合があり、多くのプラスチックは安定剤や添加剤で特性を向上させることができます。このような柔軟性により、製品開発チームは材料をカスタマイズして、求める性能特性を実現できます。
ポリアミドは射出成形部品の優れた選択肢の一つです。天然ポリアミドと合成ポリアミドの両方とも、優れた特性を備えています。しかし、いくつかの欠点もあります。例えば、ナイロンの射出成形は難しく、充填不足が生じる可能性があります。一方で、ナイロンの射出成形には、高い耐衝撃性や耐熱性など、多くの利点があります。
ポリブチレンテレフタレート（PBT）は、優れた機械的強度と耐薬品性を備えた高分子量ポリマーです。医療、自動車、照明業界の部品として適しています。吸水率が低く、難燃性にも優れているため、幅広い用途に適しています。
ポリウレタン（TPU）は、もう一つのポリマー素材です。耐摩耗性、耐薬品性、耐グリース性、耐油性に優れています。また、耐熱性にも優れ、オゾン環境にも適しています。しかし、TPUはTPEよりも高価であり、加工前に乾燥処理が必要です。さらに、保存期間が短いという欠点もあります。

工具製作

射出成形部品の金型製作は、製造工程において重要な要素です。金型の適切な設計は、完成品の製造コストと時間を削減できます。例えば、金型のコアの種類を適切に選択することで、部品に使用する材料の量を減らすことができ、高品質な製品の製造に繋がります。また、金型への加工が容易な設計を選ぶことも重要です。
射出成形には、精密な形状の金型が必要です。金型は、所望の精度を実現するために、正確かつ慎重に製作されなければなりません。金型は製造工程において最大の投資となる場合もありますが、プロジェクトの成功にとって極めて重要です。大量生産される高精度部品は、最高レベルの精度が求められるため、より複雑な金型が必要となることがよくあります。
射出成形に一般的に使用される工具鋼には、H-13鋼と420ステンレス鋼があります。これらの材料はどちらも、鍛造部品と同等の硬度を持つ部品を製造できるほどの強度を備えています。また、伸び率が低いため、射出成形金型の製作に最適です。さらに、これらの鋼の中には寸法精度に優れたものもあり、高精度な金型製作に非常に適しています。
プラスチック射出成形プロセスでは、精密な計測と金型製作が不可欠です。金型には、材料が変形するための適切なリード角とスペースが必要です。アンダーカットは、直径の5%を超えてはなりません。さらに、射出成形品には、ストリッピングやアンダーカットがあってはなりません。理想的には、リード角は30°～45°であるべきです。
射出成形プロセスでは、様々なプラスチックを使用できます。このプロセスは、化粧品部品や最終用途部品の製造に利用できます。成形プロセスで使用される材料には、シリコーンゴムや熱可塑性樹脂などがあります。部品にさらなる補強が必要な場合は、繊維、鉱物粒子、または難燃剤で補強することができます。
技術の進歩に伴い、射出成形部品の金型製作工程は効率化されてきた。コンピュータ支援設計、積層造形、CNC旋盤などの活用により、工程は改善されている。射出成形部品の完成品コストのうち、約15%が金型製作に費やされている。

editor by CX 2023-05-12