射出成形設計: 品質設計に関する 10 の重要な考慮事項

マイケル・パロイアン | 2019年8月4日

射出成形部品を設計する設計者は何千人もいますが、この大規模なコミュニティには射出成形業者向けに実際に部品を設計できるエリート グループが存在します。 射出成形製品の設計は、すべての部品が最終的に文書化され、生産のために成形業者にリリースされる前に、多くの開発段階を経て進化します。 開発プロセスのこの最後のステップが最も重要です。設計の変更や修正を行うと、コストやプロジェクトの遅延が大幅に増加することになります。残念なことに、プラスチック部品の設計ミスは、最初の製品部品が検査され、評価された後でのみ発見されます。プロジェクトチーム。 今日の高度なモールド フロー シミュレーション、3D CAD 干渉チェック、ラピッド プロトタイピング、その他の多数の開発ツールを使用しても、射出成形部品の潜在的な問題をすべて予測することは誰にも不可能です。 ただし、潜在的な問題を最小限に抑え、実質的に完璧な部品を確保するための、非常にシンプルで低コストの方法があります。 これは成形業者との提携と呼ばれるもので、この記事の焦点です。

射出成形用の部品を適切に設計する方法をどれほどよく知っていると思っているかは関係ありません。設計プロセスのできるだけ早い段階で、常に好みの成形業者と緊密なパートナーシップを築く必要があります。 すべての成形者には、部品を成形するための独自の工具の好みと技術があり、それが部品の設計に大きな影響を与える可能性があります。 これらの主観的な好みは、射出成形部品に影響を与える次の主要な設計関連パラメータのいずれかに影響を与える可能性があります。

成形業者の選定は設計が完了し、購買部門から正式な見積が発表されるまで延期されることが多いため、設計者/エンジニアが設計プロセスの早い段階でこの関係を築くのは難しいことがよくあります。 さらに、多くの成形業者は、プロジェクトが受注されると確信するまでは意見を提供しません。 この行き詰まりにより、設計者はこれらの推奨事項に従うことができなくなり、ツールの複雑さや長いサイクルタイムにより、許容できない遅延やコストの超過が発生することがよくあります。 これらのポリシーは製品開発の効率を大幅に低下させるため、長期的には費用対効果が高くありません。 ただし、このパラドックスを解決する簡単な解決策がいくつかあります。

大企業が通常使用する最初の解決策は、スタッフ内の専門家の広範な分析に基づいて、推奨ベンダーの短いリストを作成することです。 この 3 ～ 4 人の優先成形業者と工具メーカーの限定されたグループは、相互に利益をもたらすビジネス上の取り決めにより、通常、開発全体を通してエンジニアがアクセスできます。 小規模な企業は、誠実なビジネス関係を確立することで、プロセスの早い段階で実行可能な成形業者を 1 人または 2 人選択できます。 この非公式のハンドシェイク合意では、最終的に相互に取引を行う際の推定コストと条件について、両当事者が相互に正直であることが求められます。 保証はありませんが、成形業者とデザイナーがデザイン開発プロセス全体を通じて知識を共有することで提携が発展する可能性があります。

高品質の射出成形部品を設計するには、設計者が射出成形に関連するすべての基本的な設計パラメータについての知識があり、当技術分野で高度に熟練している必要があることに注意してください。 成形業者とデザイナーのパートナーシップは、インターンシップ プログラムを目的としたものではありません。変更をほとんどまたはまったく加えずに、最終デザインを生産に引き渡すことを最適化することを目的としています。 正常に完成した場合、最終生産部品は通常、以下の理由により仕様に合わせてコスト効率よく正確に成形されます。

1. 材料の選択肢とその結果

材料は設計プロセスの早い段階で指定されることが多く、双方が相互に同意する必要があります。 場合によっては、成形業者が特定の樹脂を大幅な割引価格で大量に購入する場合があります。 これらの割引は顧客に転嫁できます。 たとえば、設計者が成形業者が大量に購入する ABS の特性に一致する ABS グレードを指定できれば、数万ドルを節約できます。 設計者は、特定の高性能樹脂が粘度、高いガラス含有量、または結晶化度のせいで成形業者に理想的に適していない可能性があることに気づく場合があります。 樹脂は、特定の物理的または化学的耐性特性に合わせて選択できますが、成形したり、指定された公差を維持したりするのが非常に難しい場合があります。 成形業者は実際に部品を成形する必要があるため、指定された樹脂と部品全体の要件に同意する必要があります。

2. 重要な許容誤差

設計者は可能な限り常に寛大な公差を提供する必要がありますが、フィット感、機能、または外観のために厳しい公差を維持する必要がある場合も多くあります。 これらの画像は、外観上および機能上の要件を達成するために、合理的だが厳密な公差に準拠する必要がある一連の射出成形部品の設計詳細を示しています。 成形業者は設計レビューに参加し、彼のコメントと仕様維持への取り組みに介入しました。

射出成形部品の設計に直面する設計者にとって最大の課題の 1 つは、公差の変動に対して十分なクリアランスを設計内に確保することです。 公差の変動は、材料、プロセス制御、工具設計などのいくつかの変数によって決まります。 設計における許容公差範囲は、成形業者によって大きく異なります。 設計者は、妥当な重要公差仕様について金型製造業者と話し合い、必要に応じて金型の修正の可能性についてオプションを検討することが不可欠です。 これには、特定の設計フィーチャを意図的に余分なクリアランスを持たせて設計する必要がある場合があり、後で金型からスチールを除去することによってクリアランスが締められます。 干渉の問題を解決するために溶接で鋼を追加したい人はいません。 成形業者は、加工後の加工、固定具、ゲートの位置など、厳密な公差管理を維持するための多くの提案を提供する場合があります。

3. ヒケ

経験豊富な設計者は、射出成形部品のヒケを回避するという課題に常に直面しています。 リブまたはボスの基部で推奨される最大壁厚は、垂直面壁の 60% 未満である必要がありますが、成形業者によっては 50% 以下を好む人もいます。 これはガイドラインであり、部品が QC 部門に受け入れられることを保証するものではないことに注意してください。

化粧表面のヒケを回避することは、射出成形部品の設計開発中に常に課題となります。 成形業者は、反対側にリブやボスを追加した場合、化粧面にヒケがないことを保証することに常に消極的です。 リブやボスにドラフトが含まれる場合、課題はさらに複雑になります。 このリブのディテールは、この点を説明するための優れた例です。 成形業者と緊密に連携することで、抜き勾配やリブの高さを最小限に抑えたり、ヒケをなくすためのその他の機能を追加したりするなどのシンプルな解決策が得られる可能性があります。

表面の表面の欠陥は、ゲートの位置、ツールの品質、公称肉厚、材料、添加剤、表面仕上げ、色、視野角によって異なります。 これらの決定が下されるかなり前に、成形業者と許容できる表面品質を明確に確立することで、製造上の問題を回避できます。 評判の良い成形業者は、生産が開始されるかなり前に、正直な期待とバックアップ計画を提供します。 成形業者は、部品の内側のすべてのフィーチャーを除去することを提案する場合がありますが、他の成形業者は特別なコアリング技術を提案する場合があります。

4. スチール製の安全エリア

射出成形部品を設計するとき、スナップフィット、位置合わせ機能、または部品の連結など、厳しい公差が必要な細部に直面することがよくあります。 CAD でこれらのフィーチャーを完全に位置合わせして一致させるのは簡単ですが、生産中にこれらのフィーチャーを繰り返し作成するのはそれほど簡単ではありません。 成形業者が自信を持って再現できない詳細は、多くの場合「スチールセーフ」に設計されています。 この用語に馴染みのない人のために説明すると、スチールセーフとは、最初のテストショットの成形後に工具メーカーが金型内のスチールを簡単に機械加工してクリアランスを強化できるように、十分なクリアランスを備えた設計特徴が詳細に規定されていることを意味します。 ほとんどの成形業者は、後で機械加工される金型への材料の再溶接を避けるために、これらの予防措置を好みます。

溶接は常に工具の品質を損ない、高価であり、生産の開始を遅らせます。 設計プロセスの初期段階で成形業者や工具メーカーと緊密に連携することで、設計の修正が最小限に抑えられ、スチールを安全にする必要がある重要な寸法と、設計に含めるクリアランスの量について両者が合意することができます。 通常、これらの協力的で綿密に計画された決定は、ツールの予算にほとんど、またはまったく追加されず、製品の立ち上げに最小限の影響を与えます。 逆に、成形業者の中には、部品を期待通りに正確に設計することを望み、クリアランスの追加を望まない人もいます。 そのため、選択した成形業者との緊密なコミュニケーションが重要です。

5. ゲートの位置

ゲートの位置は、設計者、成形業者、工具メーカーが指定するのが理想的です。 ゲートの位置は、射出成形部品のほぼすべての特性にとって重要です。 いくつか例を挙げると、外観、反り、公差、表面仕上げ、肉厚、成形応力、物理的特性などに影響します。

設計者の中には、モールド フロー シミュレーションを使用してゲートの設計と位置を決定する人もいます。 成形業者が彼らの推奨事項に同意するのであれば、それは素晴らしいことだと思います。 私は、ゲートの推奨事項を妥協することなく維持する必要があると主張する設計者には同意しません。 いずれの場合も、設計サイクル全体を通じて成形業者と緊密に連携することで、ゲートが成形品の性能、外観、または適合性に悪影響を与えないようにすることができます。 成形業者は、ゲートの種類や、ゲート設計に基づいて部品形状に追加する必要がある機能についても喜んで設計者にアドバイスします。 成形業者は、ファン ゲート、エッジ ゲート、スプルー ゲートなど、さまざまなタイプのゲート間のトレードオフも提案します。

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著者について

Michael Paloian は、ニューヨーク州オイスターベイにある Integrated Design Systems Inc. (IDS) の社長です。 彼はローウェル大学でプラスチック工学の学士号を取得し、ロードアイランド・スクール・オブ・デザインで工業デザインの修士号を取得しています。 パロイアンは、プラスチック、金属、複合材料など、数多くのプロセスや材料における部品の設計に関する深い知識を持っています。 パロイアンは 40 を超える特許を保有しており、SPE RMD および PD3 の会長を歴任しました。 彼は、SPE、SPI、ARM、MD&M、IDSA カンファレンスで頻繁に講演しています。 彼はまた、多くの出版物で何百ものデザイン関連の記事を執筆しています。

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