プラスチック射出成形は、プラスチック材料を加熱して成形し、従来の金型に固定することで成形品を製造する方法です。私たちの日常生活で使われるプラスチック製品のほとんどは、プラスチック射出成形によって作られています。プラスチック射出成形の略称はPIMです。ロケット科学ほど高度な技術ではありませんが、複雑な製造工程の一つです。
優れた認識能力が求められ、熟考すべき要素は数多くあります。PIMは、プラスチックを一次物質の形態から射出成形に使用される物体へと変化させる最も一般的な方法の1つです。このプロセスは従来、個別に蒸発、調整、冷却される熱可塑性材料に用いられてきました。
射出成形の定義
射出成形プロセスは、射出成形機を用いて様々な製品を製造する古くからある技術である。
- 高度な最終結果を得るために必要な量のエネルギーを使用することによって。
- 新たな効果計画を推進し、必要な分野におけるその存在を確立することによって。
- 射出成形は、結果とコストを非常に迅速に実現します。
背景／歴史
プラスチック射出成形法は、最初の成形機が発明され登場した1872年に始まりました。ボタンや櫛などの成形にこの機械を発明したのは、アイザイア・ハイアットとジョン・ハイアットという兄弟でした。これがプラスチック製造の始まりとなりました。1903年には、ドイツの科学者であるアーサー・アイヒェングルンとテオドール・ベッカーが、酢酸セルロースの化学形態を開発しました。これは、それまでのものよりも著しく燃えにくいものでした。
1930年代は多くの人々にとって暗黒時代となったが、プラスチック製造業界にとっては変革の時代だった。ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル（PVC）など、現在最も普及している熱可塑性樹脂の多くがこの時代に登場した。
プラスチック射出成形とは
プラスチック射出成形とは、主原料を融点まで加熱し、粘性のある原料を成形型に押し込み、適切な金型内で固める工程です。射出成形された金型は、電子機器から家電製品、食品包装から自動車まで、私たちが目にするあらゆる製品に効果的に使用されています。
最高レベルでは、それは容易な手順である。しかし、形状の作成から物質の化学的および身体的効果の理解に至るまで、その実行には非常に複雑な科学が関わっている。
射出成形機の部品
射出成形機は、以下の10個の部品で構成されています。ホッパー、スクリュー駆動部、ヒーター、ノズル、抜き出しピン、分割金型、型締め部、射出部、駆動部、油圧部です。
射出成形のサイクルとは何ですか？
現代の射出成形プロセスは著しく進歩し、完全に密閉されたリング状の自動化されたマイクロプロセッサ制御の機械が主流となっている。基本的な射出成形でさえ、依然として比較的シンプルなプロセスである。熱可塑性樹脂の射出成形では、粉末または粒子状のポリマー材料を供給ホッパーから加熱されたドラムに搬送する必要がある。
ドラム内で熱可塑性樹脂が加熱され、プランジャーの調整によって成形体に射出されます。成形体はプラテン調整によって固定され、熱可塑性樹脂の溶解温度よりも十分に低い温度に保たれます。流動性熱可塑性樹脂は成形体内で急速に硬化し、所定の冷却時間後に成形体が排出されます。応答ボルト式射出成形機を用いた主な射出成形工程は以下のとおりです。
形状の接合とねじ込み
鋳型はプラテン調整部内に閉じられ、プラスチック射出成形パターンを通してモデルをしっかりと保持し、モデル表面へのプラスチックの漏れを防ぐために必要な強度でクランプされます。現代の成形機は、使用可能なボルト強度が約1トンから40,000トンまであります。鋳型を開閉したり取り付けたりするためのシステムは多数ありますが、質量タイプは2種類あります。
直接油圧ロックは、射出成形中に金型をしっかりと閉じておくために必要な強度を生み出す油圧ピストン調整によって作動機械の設計が駆動される構造の支柱である。一方、プラテンの主動作を引き出すために小型の補助ピストンを使用することも可能であり、自動ロック調整によって、機械後部の力増圧器からロック力を移設することができる。この力増圧器は、装置を介してわずか数ミリメートル移動する。
2つ目の一般的なクリップ調整方式は、トグルボルト式です。この方式では、作業プラテンの後端に接続された機械式のトグル装置が、比較的小型の油圧シリンダーによって駆動されます。これにより、バックル調整のように簡単に、トグルボルトが最終的にロックされたときにプラテンの動きとクリップの強度が得られます。
中程度の投与量または計量
冷却期間中に、バレルには次の成形サイクル用の媒体が補充される。射出ボルトが回転し、その螺旋状の構造により、粘着性または粉末状の媒体がホッパー供給口からバレルの後端に吸い込まれる。
ホッパーとインジェクションドラムをつなぐガレットは、通常、水冷式になっており、溶融が早まったり、その後の媒体のブリッジングによる原料の混入を防いでいます。ボルトの回転速度は通常rpmで設定され、ボルト後端のアクセスキーで調整します。ボルトの回転速度は、計量工程全体を通して一定の速度に設定することも、複数の速度ステップで設定することもできます。
金型開放および部品排出
冷却期間が終了すると、金型が開き、成形品が排出されます。これは通常、金型内の排出ピンによって行われ、排出ピンは排出プレートを介して油圧アクチュエータに接続されるか、金型前面の空気圧制御式排出バルブによって接続されます。成形品は組立ボックス内、移動コンベア上へ自由に落下するか、またはロボットによって取り出されます。
この最後のケースでは、成形回転は完全に機械的に行われます。半機械式システムでは、円のこの端で機械工が介入し、成形品を手動で取り出す場合があります。成形品がパターン装置から認識できるようになれば、成形全体を繰り返すことができます。
モールドプロッティング
金型設計は、それ自体が非常に多岐にわたり複雑な内容を含む。しかし、基本的な設計特徴を実現し、シンプルな射出成形金型を製作するのに適している。この方式では、形状は2つの部分に分かれており、一般的に作業用半分と固定用半分と呼ばれる。
射出位置から、プレートの背面に向かって位置決めリングが形成される。これらの発見により、形状が永久容器内に集約される。位置決めリングとともに、スプルーの突起が見られる。スプルーの突起は、射出要素ノズルと連動する範囲で描かれており、これにより、媒体が射出要素から金型ギャップとともに直接移動する。
単一形状の金型の場合、スプルーは成形品に直接供給されます。複数形状の金型の場合、スプルーは金型面に加工されたランナーシステムを備えており、このランナーシステムが流体媒体をギャップへ搬送する構造として機能します。加熱または高温のランナー構造は、形状の永久半分に吸収されるため、スプルーとランナーの供給構造は常に液体状態となり、円周の終端で排出されることはありません。
PIMの応用
プロトラボの熱可塑性樹脂射出成形プロセスは、アルミニウム金型を使用した高品質なプロセスです。アルミニウムは鋼鉄よりもはるかに熱伝導率が高いため、冷却チャネルは必要ありません。冷却に時間をかけることで、荷重、外観、および標準的な部品の製造を管理できます。基本的に、プラスチック射出成形機は、クリッピングユニットと射出ユニットの2つのユニットで構成されています。
1.クリッピングユニットは、鋳型を開閉し、完成品を排出します。
2．射出成形ユニットはプラスチックを加熱し、流動状の材料を成形型に注入します。射出成形工程は、ボルトを回転させて、フープから装置内に排出されたプラスチックを加熱することから始まります。
液状のプラスチック物質はボルトの前方に集まります。この工程は計量と呼ばれます。液状のプラスチックが成形型に注入される際、射出成形装置はボルトの進行速度を制御し、射出速度を調整します。
この装置は、液状プラスチックが金型の隙間に充填された後の荷重である保持力も制御します。ボルトの速度が変化すると、荷重制御はボルトの先端または射出荷重が所定の値に達した位置に設定されます。
PIMの利点
プラスチック射出成形の利点について語るなら、数えきれないほど多くの利点があります。例えば、以下のようなものがあります。
無限の多様性：事実上、思いつく限りのあらゆる形状をプラスチックの成形品として製造できます。
1個あたりのコストが低い：金型製作のコストが高度化され、高度に自動化された製造工程により、1個あたりの価格が非常に低くなる。
高生産性：部品を非常に迅速に製造できます。
コスト効率：機械加工の初期費用は、何らかの理由で低い場合があるが、長期的に見ると、プラスチック射出成形の方がはるかにコスト効率が良い。
供給を意識した結果：注入手順では、各部品に必要な量の物質のみを使用し、システム後に残った物質は粉砕して再処理することができます。
プラスチック射出成形の欠点
金型設計や製作などの工具費用、そして長い加工時間は、プラスチック射出成形を選択する際の最も大きな欠点です。そのため、射出成形を他のより成形しやすい製造プロセスよりも優先して選択するには、多くの場合、最低限の生産能力を精査する必要があります。
その欠点を解消するには、 CNC加工や3Dプリンティングといった低価格な技術を用いて形状の試作品を作成する方法がある。3Dプリンティング機の価格が下がるにつれて、3Dプリンティングはますます魅力的な選択肢になりつつある。
形状が完璧になれば、複雑な金型を作成する手順は最小限のコストで容易に再現できます。設計上の制約により、射出成形が部品製造に最適な方法とならない場合もあります。金型のスケッチをプラスチック射出成形製造に適した形に調整することも可能です。
PIMを選ぶ理由
プラスチック射出成形が、最も販売しやすく生産性の高い成形方法として多くの企業にとって最適な選択肢となっている理由は数多くあります。その理由の一つは、他の製造工程と比較して最も高速な方法であることです。また、コスト効率が高く、構造化されているため、高い生産性を誇ります。図面の複雑さや形状にもよりますが、一般的に成形時間は15秒から200秒の範囲です。
プラスチック部品製造において、射出成形ほど繊細な工程はありません。他の成形方法に比べて、射出成形はシステムが複雑ではなく、より忠実な成形が可能であるため、多くの利点があります。複雑な設計図が要求する柔軟性と、多くの企業が健全な経営基盤を維持したいと考えるコスト面での制約の両方を兼ね備えています。以下は、他の製造方法よりも射出成形を選択すべき理由です。
高度に体系化された、より迅速な建設
プラスチック射出成形が、最も売れ行きが良く生産性の高い成形方法として多くの企業にとって最適な選択肢となっている理由は数多くあります。その理由の一つは、他の製造工程と比較して最も高速な方法であることです。また、コスト効率が高く、構造化されているため、高い生産性を誇ります。もちろん、成形時間は、図面の複雑さや形状によって異なりますが、一般的に15秒から200秒の範囲です。
複雑なデザインを調整できます
射出成形金型は高圧で復元されるため、金型内部のプラスチックは圧縮され、壁面にしっかりと密着する。
他の成形方法と比較して、プラスチック射出成形モデルだけが、すべての構成要素を金型内に取り込むことができる。
これは、スケッチに含めるべきコンポーネントの数を減らす必要がないことを意味します。
高出力成形法のもう一つの大きな利点は、プラスチック成形によって、あまり費用をかけずに複雑で精巧なディテールを作り出すことができる点である。
射出成形を用いることで、複雑な形状の造形にも対応でき、しかも製造コストを低く抑えることができる。
力の増強
制作ツールには、8色と媒体という2つの必須コンポーネントが必要です。両方が揃っていれば、スケッチの可能性に制限はありません。現代のポリマーには多くのプロセスがあります。これは、採用される樹脂の規模が拡大した主な原因でもあります。
ご要望についてご相談されたい場合は、お気軽に当社の熟練した機械加工技術者までご連絡ください。