射出成形金型の種類：射出成形金型の種類

はじめに

現代のプラスチック製造業では、 射出成形 は、様々な産業で使用される精密なプラスチック部品を作成するための好ましい方法の一つです。様々なタイプの射出成形金型が、このプロセスで重要な役割を果たしている。機械の枠を超えて、射出成形金型は、一連のパーツを備えたツールであり、製品の感触、耐久性、スケールを形作ります。

それぞれの金型タイプは、デザイン、材質、体積など、特定の要件を目的としています。これらの金型は、以下の4つのタイプに分類されます：

• ゲーティング・システム 溶融プラスチックが金型に入るまで
• プレートの数： 1サイクルで生産される部品の数
• 虫歯の数： 金型コアがキャビティを分離する方法
• 特殊なタイプ

さまざまな種類の金型を理解することは、企業が品質とコスト効率の面で際立った適切なソリューションを選択するのに役立ちます。また、生産効率を高め、不良品を減らし、競争の激しい市場で利幅を守ることにもつながる。それでは、この記事で射出成形用金型のすべての種類を探ってみましょう。

射出成形金型とは？

金型の種類に入る前に、まず射出成形金型について理解しよう。

プラスチック射出成形金型 は、射出成形プロセスの実行を支援するカスタム金型ツーリングです。これらの金型は、プラスチック部品を生産するために設計・デザインされ、最終製品に大きな影響を与えます。金型は、射出成形工程で発生する高いレベルの熱と圧力に耐えられるよう、高強度のスチールやアルミニウムで作られています。射出成形金型は、高品質で耐久性があり、寿命の長い金型を製造するために、専門的なエンジニアリング技術が必要です。射出成形用金型には2つの主要部品があります：

• 固定金型： 成形機の固定プレートに設置
• 可動金型： 成形機の可動プレートに設置されている。

成形が進む間、両者は閉じたままである。金型が開くと、オペレーターが金型から製品を取り出す。

射出成形金型の基本構成要素

射出成形金型はいくつかの部品から構成されている。金型の基本構造は変わりませんが、ばらつきが生じることがあります。それは、材料の特性、金型の設計、最終製品の構造によるものです。それぞれの部品は重要な機能を果たしているので、詳しく調べてみよう。

金型ベース： 堅牢な構造の基礎となる金型ベースは、いくつかの部品を整列させている。プレート、ガイド、およびすべての作業システムが含まれます。通常、射出成形の高圧に耐えるよう、耐久性のあるプリハードン鋼で作られています。標準ベースには、固定プレート、可動プレート、サポートプレート、ガイドピラーが含まれます。

金型キャビティ： 金型の固定された半分にある中空の精密な空間で、その中に溶融プラスチックが注入される。プラスチック部品の外形形状を形成し、その他の細部を含む。キャビティの設計と仕上げは、精度、外観、収縮代に影響します。キャビティは、バランス供給システムによって1つまたは複数設けることができる。

金型コア： コアは金型の内部形状と形状を形成する。穴、溝、ボス、凹部などがある。キャビティに溶融プラスチックが充填されると、キャビティと嵌合してパーティングボリュームを形成します。コアを精密に加工することで、正確な成形と容易な射出が可能になります。

ランナーシステム： ランナーシステムは、溶融プラスチックをスプルーからゲートに導く一連の流路で構成されています。射出成形金型設計の重要な部分です。コールドランナーは機械加工された溝です。ホットランナーは、加熱されたマニホールドとノズルで樹脂を溶融状態に保ちます。

エジェクターシステム： エジェクターシステムは、冷却された金型部品をコアから離型させる。一般的な要素として、エジェクターピン、スリーブ、ブレード、エジェクタープレートセットなどがあります。金型が開くと、エジェクターピンが金型から部品を排出します。ピンの跡がつかないように、広い面を押すためにストリッパープレートを使用することもあります。

冷却システム このシステムは、温度を調節する冷却ラインから構成されている。冷却ラインは、水であれ油であれ、熱を吸収し、プラスチック部品を固化させるサイクルタイムを短縮します。優れた冷却システムは、効果的な温度分布を保証します。

換気システム： ベントは、充填中に閉じ込められた空気やガスを逃がす。パーティングラインの浅いランドや、充填終了部付近のマイクロベントです。適切な深さにすることで、バーンマークやショートショットを防ぎつつ、フラッシュを回避することができます。多孔質インサートは、届きにくいゾーンを通気することができます。

インサート： 金型に挿入して特殊な形状を作るための別個の部品である。インサートは金型のコアやベースではなく、別々に機能します。コアピン、ネジ付きインサート、交換可能なキャビティ・ブロックなどがあります。

ノズルとスプルーブッシング： 射出成形ノズルはスプルーブッシュで密閉されている。ノズルは、液体プラスチックを金型キャビティに導く経路の最初の部分です。

4種類の射出成形金型

ゲートシステムによる金型の種類

このカテゴリーでは、溶融プラスチックがどのように金型に入るかによって射出成形金型を分類している。

コールドランナー金型：

コールドランナー射出成形金型は、溶融プラスチックを運ぶために非加熱の流路を使用します。溶融プラスチックはスプルーからゲートに移動し、キャビティに入って固化します。コールドランナーシステムは、2プレートまたは3プレートシステムとして設計することができます。

ランナーを部品に取り付けたまま、手動または自動で取 り外せる2プレート式。開口時に部品からランナーを分離する3枚プレート設計。汎用性が高くシンプルで、多くのポリマーに対応します。ホット・ランナーに比べ、コストとメンテナンスが少なく、素早い色替えが可能です。しかし、これらの金型には欠点もある。金型サイクルごとに、ランナー・スクラップが大量に発生するため、新しいランナー・システムが必要になる場合があります。繰り返し使用する場合は、余分な処理や再研磨が必要になります。一般的に、加熱システムよりも長いサイクルで稼動する。

ホットランナー金型：

ホットランナー金型は、プラスチックが成形機のノズルから各キャビティに流れる際に、加熱された流路を使って融点以上に保つ。このような射出成形金型は、内部で加熱される場合と、コイルやロッドで外部から加熱される場合があります。この場合、ランナーは金型の一部であるため、部品と一緒に固化することはありません。その結果、部品は余分な廃棄物なくきれいに排出されます。

鋳型は、高温のマニホールドとドロップの2つの部分で構成されている。マニホールドは、溶融物を設定温度に保ちながら各滴に分配します。各ドロップは加熱されたノズルとゲートで終了し、ホットチップまたはバルブゲートを装備することで、クリーンな開始と停止を行うことができます。ゾーン・コントローラーは、すべてのヒーターとセンサーを調節し、フリーズオフとストリンギングを回避します。

その利点は、サイクルタイムの短縮とスクラップ率の低減である。このセットアップにより、外観が改善され、キャビティ間のバランスが安定する。トレードオフは、金型コストの上昇、より厳密な熱調整、慎重なスタートアップ/シャットダウンです。ホットランナー金型は、ヒーター、センサー、シールのメンテナンスが必要です。

断熱ランナー型：

断熱ランナー金型は、金型プレート内に極厚のランナー溝を使用します。これは、連続的なサイクルの間、プラスチックの溶融した「コア」を保持します。ランナーの外側の層が最初に冷やされ、断熱の皮を形成します。内側の流れは、各ショットでゲートに流れるのに十分な温度を保ちます。加熱されたマニホールドやドロップはなく、その効果は、形状、サイクル時間、および溶融物自身の熱に由来する。

この設計は、標準的なコールド・ランナーに比べてランナーのスクラップを削減する。しかし、完全なホットランナーシステムよりもコストが低く、シンプルである。加熱されたハードウェアをパージする必要がないため、柔軟なゲーティングとかなり迅速なカラーチェンジをサポートする。

キャビティ数によるカビの種類

このカテゴリーでは、1ショットまたは1サイクルで生産される部品の数によって射出成形金型を分類する。

シングルキャビティ金型

単一キャビティ金型は、1回のショットで1つの部品を作る。そのため、工程管理が容易で、トラブルシューティングも簡単です。このような金型では、金型コストが低く、設計変更が容易であるため、試作品や複雑な部品、不確かな需要に役立ちます。サイクルタイムは長くなり、部品当たりのコストは高くなりますが、品質リスクは1つのキャビティに抑えられます。このセットアップは、大型部品、厳しい公差、頻繁な材料や色の変更に適している。

マルチキャビティ金型

マルチキャビティ金型は、各サイクルで複数の同じ部品を生産します。生産量が上がり、単価が下がります。バランスの取れたランナー、均一な冷却、正確なベントにより、これらの金型では一貫した部品が維持されます。初期投資は高くなりますが、安定した大量生産プログラムに適しています。

ファミリー・モールド

ファミリーモールドは、同じアセンブリの異なるパーツを一度に製造します。例えば、プラスチック・ハウジングの2つの部品（上部または下部）を同じサイクルで製造できます。これにより、金型数を減らし、キッティングをスピードアップすることができます。各キャビティは体積が異なります。そのため、すべての部品は、不均衡な充填や反りを避けるために、材料を共有し、同様の壁プロファイルでなければなりません。これらの金型を使用する場合、ランナー設計、ゲートサイズ、冷却が調整されます。そのため、各部品はフラッシュやショートショットなしに正しく充填されます。

この金型はイニシャルコストは高いが、一度に大量の部品を生産できる。そのため、コストと時間を大幅に節約できる。この選択が有効なのは、すべてのパーツに同じ素材が使われ、セット全体で色が一致している場合であることを忘れないでください。

プレート数別の金型タイプ

このカテゴリーは、金型コアがどのようにキャビティを分離するかによって射出成形金型を分類する。

2プレート金型

2プレート金型は、コアとキャビティという2つの主要部分から構成される。金型を分割する1本のパーティングラインは、コアとキャビティが接する部分にあります。ランナーと部品は一緒に開くので、ゲーティングは通常パーティングラインで行われます。

金型設計は単純である。可動部品が少なく、リードタイムが短いため、金型コストが低く、最も広く使われている金型のひとつです。サイクルタイムも速く、プレートやアクションが少ないためメンテナンスも簡単です。これらの金型は、シングルキャビティ金型に最適です。

3プレート金型

3プレート金型では、ランナー・ストリッパー・プレートが追加されます。これにより2つのパーティングラインが形成され、ランナーが部品から自動的に分離されます。プレート、ピン、シーケンスを追加すると、複雑さ、サイズ、製造コストが増加します。

これらの金型では、ランナーのリサイクルや手作業による分離が不要なため、生産時間が短縮される。バリや摩耗を防ぐには、入念なアライメント、堅牢なプーラーピン、良好な通気性が重要です。これらは、ランナーを切り離すためのコールド・ランナー・システムとともに使用されます。

積層板金型

スタック金型は、2つ以上のパーティング面を並列に配置します。プレスの設置面積を大きくすることなく、生産量を2倍にも3倍にも増やすことができます。成形機のクランプトンは、フェース間で共有されます。多くの場合、充填と排出を均一に保つために、同期開口部、インデックス機構、センターマニホールドを使用します。

これらの金型は製作に時間がかかるため、高い投資が必要となる。積層板金型は多数の部品を生産でき、1サイクルでさまざまな材料に対応できる。さらに、必要なクランプトン数が少ないため、運転コストも低くなる。

特殊金型

2ショット/2色金型

1サイクルの中で、2つの素材または色を順番に成形します。接着されたソフトグリップ、シール、または美的外観を提供します。回転コア、インデックスプレート、トランスファーシステムが必要です。

インサート金型

金属またはプラスチックのインサートを工具に入れ、オーバーモールドする。これにより、二次的な組み立てなしに、ネジ山、ブッシュ、シールドが追加されます。インサート金型を使用する場合は、配置精度と熱伝導を管理する必要があります。

直角射出成形金型

射出軸を90度回転させ、届きにくいゲートを狙う。これは、余分なプレートなしで薄い壁やサイドゲートに役立ちます。これは、ハードウェアを追加し、ツールの周りのスペースの必要性を追加します。

射出成形金型の重要性

プラスチック射出成形において、カスタム射出成形金型は非常に重要である。そのうちのいくつかは以下の通りである：

これらの金型を使って多くの部品を作ることができる。そのため、プラスチックカスタム部品の可能性は無限に広がります。シンプルなプラスチック筐体からハイエンドの医療機器まで、幅広い用途に対応するパーツを高精度でより早く作ることができます。

すべてのプラスチック樹脂は異なる特性を持っています。様々なタイプの金型を使用することで、異なるプラスチック素材に対応し、最良の結果を得ることができます。

金型は、設計の意図を、再現可能で販売可能な部品へとスケールアップします。よくできた金型は、流れ、冷却、排出を制御し、部品が長期にわたって厳しい公差ときれいな外観を維持することを保証します。

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