射出成形の精度とコスト効率に関するガイド

完璧に設計された部品が、わずかな寸法偏差のために射出成形段階で失敗するというシナリオを想像してみてください。この不本意な結果をどのように回避できますか？その解決策は、射出成形公差を理解し、制御することにあります。この包括的なガイドでは、プラスチック射出成形における公差の重要な側面を探ります。

射出成形における公差は、部品の寸法と特徴の許容偏差範囲を表し、通常はミリメートルまたはインチで測定され、プラス/マイナスの値（±）で表されます。公差の大きさは、材料の種類と部品全体の寸法によって異なります。設計者はCADファイルで公差を指定して、成形者に許容される変動について知らせます。一方、メーカーは製造可能性設計（DFM）レビュー中にこれらの仕様を使用して、金型とプロセスの決定をガイドします。

より厳しい公差は、より高品質の金型とより正確なプロセスを必要とし、必然的にコストを増加させます。金型の品質は結果に大きく影響し、適切なキャビティ充填率と一貫した冷却温度も同様です。最先端の設備を使用しても、プロセスの変動は避けられません。経験豊富な成形者はさまざまなプラスチックの収縮率を計算できますが、設計の選択が最終的に達成可能な公差を決定します。収縮率の高い材料は、より大きな公差制御の課題を提示します。

多くの成形部品は、より大きなアセンブリに統合されます。 公差スタッキング は、すべての組み立てられた部品がどのように組み合わされるかを示します。各コンポーネントには独自の公差があるため、設計者は累積的な寸法変動を考慮する必要があります。

ボルトで結合された3つの成形部品を考えてみましょう。それぞれが指定された公差内の穴を備えています。各穴が個々の仕様を満たしている可能性がありますが、ファスナーを挿入するには3つすべてが完全に整列している必要があります。公差スタッキングの早期検討が不可欠であり、専門の分析ソフトウェアはアセンブリシナリオをシミュレートして、適切なフィットを確保できます。

1. 寸法公差： 部品全体のサイズを管理します。大きな部品は冷却中に大きな収縮を経験するため、サイズ固有の公差範囲が必要になります。
2. 真直度/平面度公差： 大きな平面全体での反りを扱います。ゲート配置や均一な冷却などの金型設計要素は、反りを最小限に抑えることができます。
3. 穴径公差： 大きな穴は、収縮が増加するため、より広い公差範囲を必要とします。
4. ブラインド穴深さ公差： これらの機能には、片持ち梁の金型要素が必要です。高い射出圧力はコアピンを曲げることがあり、深い穴ほど影響を受けやすくなります。
5. 同心度/楕円度公差： 薄肉の大きな円筒部品は、不均一に収縮し、真円度が損なわれる可能性があります。

公差は、精度レベルによっても分類されます。

• 商用グレードの公差 は、金型と部品のコストを削減して、より低い精度を提供します。
• ファイングレードの公差 （精密公差）は、より厳しい範囲を提供しますが、費用が増加します。

部品の公差は金型公差に依存し、これは特徴の寸法と材料特性を考慮する必要があります。次の表は、プラスチック工業会（旧SPI）によって定義された、一般的な射出成形材料の代表的な公差を示しています。

射出成形部品は冷却中に収縮し、最終的な寸法に影響します。設計者は、ASTM D955などの標準化されたテストを通じて決定された、予想される収縮率に従って金型をスケーリングすることで補償します。収縮の式は、線形収縮を計算します。

収縮= 100％×（Lc - Lp）/ Lp

ここで、Lcはキャビティ長を表し、Lpは冷却された部品長を表します。この計算は、長繊維強化樹脂など、非対称特性を持つ材料にとって特に重要です。

複雑な部品の場合、金型フロー解析ソフトウェアは樹脂充填パターンをシミュレートし、潜在的な充填の課題を特定します。この高度なシミュレーションは、部品全体の収縮の変動を予測するのに役立ちます。

次の表は、一般的な成形材料の収縮範囲を示しています。

DFMの原則を遵守することで、製造可能性と公差の達成が最適化されます。

パーティングラインを横切る寸法は、通常、中断のない特徴よりも大きな変動を示します。

さまざまな材料はさまざまな速度で収縮し、バッチ間およびサプライヤー間の変動が発生する可能性があります。長繊維強化材料は、方向性収縮の違いを示します。

射出圧力、保圧時間、材料密度、および金型温度は、収縮の一貫性に大きく影響します。

設計要件に応じて、仕様には、寸法、真直度/平面度、穴径、ブラインド穴深さ、および同心度/楕円度公差が含まれる場合があります。

商用アプリケーションでは通常±0.1mmの公差が使用されますが、医療機器などの精密アプリケーションでは±0.025mmが必要になる場合があります。

大きな部品はより大きな収縮を経験し、厳しい公差をより困難にします。均一な壁の厚さは、一貫した冷却と寸法安定性を促進します。

さまざまなプラスチックと添加剤は、金型設計で考慮する必要がある独自の収縮特性を示します。

適切な冷却システムを備えた精密機械加工された鋼製金型は、厳しい公差制御に必要な安定性を提供します。一般的な金型機械加工公差は、標準工具の±0.127mmから、高精度アプリケーションの±0.0254mmまでです。