多段階の射出成形プロセスの実装-

多段階の射出成形プロセスの曲線は、スクリューの送りストロークと射出成形の関係を反映しています。{0}射出圧力射出成形機による射出速度。したがって、多段階の射出成形プロセスを設計する際には、2 つの重要な要素を決定する必要があります。1 つ目はスクリューの送りストロークとその分割、2 つ目は射出圧力と射出速度です。

 

この図は、代表的な製品 (4 つのセクションに分割) と射出成形機のセグメントとの対応関係を示しています。一般に、セグメンテーション ルールはこの対応関係に基づいて決定でき、各セグメントの特定のプロセス パラメータはゲート システムの特性に従って決定できます。

実際の生産では、多段階の射出制御プログラムを使用して、ランナー システムの構造、ゲートの種類、プラスチック部品の構造に基づいて、各段階の射出圧力、射出速度、保圧、溶融充填方法を合理的に設定できます。{0}これにより、可塑化効率が向上し、製品の品質が向上し、不良率が減少し、金型や機械の寿命が延びます。

段階的な設定

多段階の射出成形プロセスを設計する場合、まず製品を分析して各射出段階の領域を決定する必要があります。-一般に、製品の形状特性、肉厚の変化、メルトフロー特性に基づいて、3 ～ 5 つのゾーンに分割されます。壁厚の差が一貫しているか最小限である領域は 1 つのゾーンとして指定されます。多段階射出におけるゾーン間の移行点は、材料の流れの方向が変わる点、または壁の厚さが大きく変化する点によって決まります。ゲート システムは別のゾーンとして設定できます。上図では、製品はその外観特徴に基づいてゾーンに分割されており、材料の流れの方向が変わる点が 1 つの遷移点として機能し (ゾーン 2 とゾーン 3 の間)、肉厚が変化する点がもう 1 つの遷移点として機能します (ゾーン 3 とゾーン 4 の間)。したがって、このプラスチック部品は多段階射出のために 4 つのゾーンに分割されます。3 つのゾーンは製品自体用、1 つのゾーンはゲート システム用です。

実際の生産では、プラスチック部品を成形するときに少なくとも 3 つまたは 4 つの射出ステージを設定する方がより科学的であると一般に考えられています。ランナーが第 1 段階、ゲートが第 2 段階、製品が約 90% 充填された時点が第 3 段階、残りが第 4 段階（最終段階とも呼ばれます）となります。

構造が単純で表面品質の要件が低いプラスチック部品の場合は、3 段階の射出プロセスを使用できます。-ただし、複雑な構造、多数の表面欠陥、および高い品質が要求されるプラスチック部品の場合、4 段階以上の射出制御プログラムが必要です。

実際の生産では、必要な射出ステージの具体的な数は、ランナーの構造、ゲートの種類、位置、数とサイズ、部品の構造、製品要件、金型のベント効果などの要素に基づいて、科学的な分析と合理的な設定を通じて決定する必要があります。

• 1) ダイレクト ゲーティングを備えた製品の場合、単一ステージと多ステージの両方の射出方法を使用できます。-構造が単純で精度要件が低い小型プラスチック部品の場合は、射出ステージが 3 段階未満の制御方法を使用できます。
• 2) 構造が複雑で高精度が要求される大型プラスチック製品の場合、原則として 4 段階以上の多段階射出成形プロセスを選択する必要があります。-

射出プロセスのセットアップ

図に示されている製品について、エンジニアは形状の特徴に基づいてセクションに分割します。この分割は、射出成形機のスクリューのさまざまなセクションに反映されます。各ねじセグメントの長さは、製品の断面分割に基づいて推定できます。まず、製品分割後のセクションごとに必要な注入量（体積）を見積もります。対応する方法を使用して、各セグメントのネジの位置を計算できます。たとえば、セクション n の体積が Ω の場合、ネジの n 番目のセグメントのストロークは次のようになります。

多段階の射出成形生産現場では、スクリュー射出プロセスを決定する方法は次のとおりです。-

• 第 1 段階の射出量 (つまり、第 1 段階の射出の終了位置) は、射出成形システムのゲートの終点です。ダイレクト ゲートを除いて、その他のほとんどすべては中圧および中速、または中圧および低速を使用します。 2段目射出の終了位置は、ゲート終点からキャビティ空間全体の1/2～2/3までとなります。
• 第 2 段階の噴射では、高圧と高速、高圧と中速、または中圧と中速を使用する必要があります。具体的な値は製品の構造と使用されるプラスチック材料によって異なります。
• 第 3 段階の射出レベルでは、中圧力と中速度、または中圧力と低速を使用することが好ましく、その位置は残りのキャビティ スペースが正確に満たされる位置になります。上記の 3 つの段階はすべて、溶融充填プロセスに属します。
• 射出の最終段階は、加圧および圧力保持段階に属します。圧力保持切り替えポイントは、射出のこの段階の終了位置の間にあります。切り替えポイントの選択方法には時間と位置の 2 通りがあります。

射出が始まると射出タイマーがスタートし、各射出ステージの終了位置が計算されます。材料の流動性に応じて射出パラメータが変更されない場合、流動性の高い材料では、タイマーが切れる前に最終段階の終了位置が保圧切り替え点に到達します。この時点で、充填および加圧プロセスが完了し、射出は保圧段階に入ります。タイマーがまだ満了していない場合、カウントを停止し、直接保持圧力フェーズに入ります。同様に、流動性の悪い材料の場合、最終段の射出終了位置が切り替え点に到達する前にタイマーが終了した場合、その位置に到達するまで待つ必要はありません。プロセスは直接保圧段階に入ります。

また、多段保持圧力の使用については、次の方法で決定できます。補強リブが少なく、寸法精度の要求が低い製品や、高粘度材料で作られた製品の場合は、一段保持圧力を使用します。{{1}{2}保持圧力は昇圧時の圧力よりも高く、保持時間は短いため、一方、補強リブが多く、寸法精度要件が低い製品の場合は、通常、多段階の保持圧力が必要です。-

射出圧力と射出速度の設定

① ゲートシステムの射出圧力と射出速度。一般に、ゲート システムのランナーは小さいため、ランナーとスプルーを迅速に充填するためにより高い射出速度と射出圧力 (通常は最大値の 60% ～ 70%) が使用され、ランナー内の溶融圧力が増加し、一定の金型充填可能性が生じます。ランナー断面が大きい金型の場合は、射出圧力と射出速度を低く設定できます。-逆に、ランナー断面が小さい金型の場合は、より高い設定が必要になります。-
② ２段目の射出速度と射出圧力。溶融物がランナーとスプルーを満たし、ゲートの抵抗（断面積が小さい）を克服して金型キャビティを充填し始めると、望ましくない流動パターンを克服して流動特性を改善するために射出速度を下げる必要があります。この段階では、射出速度を下げることができますが、圧力低下は小さくなります。ゲート断面積が大きい場合は、射出圧力を下げる必要がない場合があります。-。

③ 第三段階の射出速度と射出圧力。図 z に示すように、第 3 段階は成形品の主要部分である射出ゾーン 3 に対応します。この時点で、溶融物は金型キャビティを完全に満たしています。理想的な拡散状態を達成するには、金型への充填を加速する必要があるため、この段階で射出成形機はより高い射出圧力と射出速度を提供する必要があります。このセクションはメルト フローの転換点でもあり、流動抵抗が増加し、圧力損失が大きくなるため補償が必要になります。一般に、多段射出ではこのセクションで高速かつ高圧が使用されます。-
④第４段階の射出速度と射出圧力。図の対応関係に基づいて、溶融物がゾーン 4 に到達すると、成形品の肉厚は変化することもあれば、一定のままであることも考えられます。溶融物は基本的に金型キャビティを満たしています。ゾーン 3 では溶融物が高い圧力と速度を獲得したため、この段階で緩衝を実行して、金型キャビティのすべての部分で溶融物の線形流速がほぼ均一になるようにすることができます。一般的な設計原理は、ゾーン 4 に入るときに壁の厚さが増加すると、速度と圧力を下げることができるということです。壁の厚さが減少する場合、圧力を減らさずに速度を下げることも、圧力を適切に減じるか、減らさずに速度を変更しないこともできます。つまり、第 4 段階では、射出プロセスは多段階の制御特性を示し、キャビティ圧力は急速に増加するはずです。

 

この図は、製品の幾何学的分析に基づいて選択された多段階射出成形プロセスの例を示しています。{0}製品の深いキャビティと薄い壁により、金型キャビティは細長い流路を形成します。溶けた材料はこの領域を素早く通過する必要があります。そうしないと、冷却して固まりやすくなり、金型への充填が不完全になる危険があります。したがって、高速射出を使用する必要があります。-

ただし、高速射出は溶融材料に大きな運動エネルギーを与えます。-溶融物がキャビティの端に到達すると、大きな慣性衝撃が発生し、エネルギー損失やバリが発生する可能性があります。したがって、メルトフローレートを遅くして成形圧力を下げる必要があります。ただし、ゲートが固化する前に金型キャビティ内の溶融収縮によって生じた空隙が確実に充填されるように、圧力は一般的に保持圧力 (二次圧力、フォローアップ圧力) と呼ばれる圧力に達する必要があります。-これには、射出成形プロセス中に複数の射出速度と圧力が必要です。図に示すスクリューの計量ストロークは、製品に使用する材料の量と緩衝量を考慮して設定されています。射出スクリューは位置「97」から「20」に移動して、製品の薄肉部分を充填します。-この段階では、流動時間が長くなることで溶融材料が冷却して固化するのを防ぐために、高速の 10 に設定されます。スクリューが位置「20」→「15」→「2」に移動する場合、対応する低速の 5 が設定され、メルト フロー レートと金型に影響を与えるその運動エネルギーが減少します。スクリューが位置「97」、「20」、および「5」にあるときは、金型の充填抵抗を克服するためにより高い一次射出圧力が設定され、運動エネルギーの影響を軽減するために「5」から「2」までより低い二次射出圧力が設定されます。

 

この画像は、プロセス条件に応じて設定された異なる速度に基づく射出スクリューの多段階速度切り替え（遷移）の別の例を示しています。{0}

多段階射出成形は、現在利用可能なより高度な射出成形技術の 1 つです。{0}多段階の射出成形プロセスの研究では、射出中のスクリュー ストローク セグメントの決定は比較的正確ですが、各セグメントでの射出圧力と射出速度の選択は主に経験に基づいています。一般的な経験的方法では、各セグメントで使用される射出圧力と射出速度の対応関係を決定することしかできません。通常、この関係は成形品の各部分の断面積の比率に基づいて決定されます。-多段階の射出成形プロセスを設計した後、選択した射出圧力と射出速度の最適値を達成するために、複数の試行を通じて調整を繰り返す必要があります。