他の成形機に金型を移す時の条件の作り方

次にこの応用として、他の成形機で製品を成形する為に条件を出すときの考え方についても記載しておきます。

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成形機の負荷の関係や、加工区を変更する必要があるとか、または故障などのトラブルによって違う成形機で条件出しを行わなければいけないことって現場では結構あります。成形機のメーカーと機種が同一であれば、最近の成形機は条件をコピーして微調整することで問題なく成形が出来ると思いますが、メーカーが違ったりサイズが違ったりすると一から条件出しをすることになります。このようなときの条件設定の考え方についてまとめてみました。

 

①まず最初に合わせておかなければいけないのが以下の内容です。

・金型温度 : 

 元の条件と同じ温度に設定します。

・シリンダー温度 : 

 成形機のメーカーなどが異なる場合はノズル直後の計量部の温度を合わせることに重点を置きます。

・冷却時間 : 

 元の条件と同じ時間に設定します。

 

②その次に成形条件を設定する方法でショートショットから成形しながら次の内容を合わせていきます。まず射出条件を設定する段階で次の項目を合わせていきます。

・射出にかかる実際の時間 : 

 機械の種類により異なるので注意が必要です。

・射出のパターン : 

 射出のパターンは速度と位置の関係が比率として元の条件に合ってること。元の条件の実際の数字ではなく、比率を合わせた状態で実射出時間が同じになるように調整すると考えてください。

・保圧をかける前の製品の重量 : 

 ここを合わせることで射出で金型内に流し込む樹脂の量が同じになります。製品重量だけ合わせるという方法をとると、従来の条件が射出で9割、保圧で1割充填していたものが、もしかすると射出で8割、保圧で2割と大きく変わってるかもしれません。また重量を合わせる方法を取らなくても保圧をかけない状態の製品のショートしている状況を比較して合わせると簡易的に条件が合わせられると思います。

 

③そして保圧条件を設定する段階で次の項目を合わせていきます。

・保圧にかかる実際の時間 : 

 機械の種類により異なるので注意が必要です。

・保圧のパターン : 

 保圧のパターンは圧力と時間の比率が元の条件に合ってることを確認すると良いと思います。

・製品の重量 : 

 従来の製品と比較する。

 

そして残量の調整や、実射出圧力が設定射出圧力を上回っていないか、計量時間が冷却時間を上回ってないかなどを確認します。

 

⑤最後に連続成形をして安定しているかを確認し、製品の外観や寸法などの確認を行います。

 

このように調整していくことで、ある程度元の条件が再現できます。

 

次のページからは不具合対策について説明していきます。

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3.成形条件を一から作る手順

このページが一番皆さんに読んでいただいているようです。記載してある事項で分かりにくい箇所などがありましたら、お教えいただければ加筆修正いたします。また、もしお時間が許すようであれば最初から眺めていただくと総合的に成形条件の作り方を理解いただけると思っております。

参考リンク:TOPページ

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それで射出条件設定をどのように作っていくかの流れについて簡単に説明します。個別の設定の仕方の詳細は前に説明している内容をご確認ください。

 

①まず型温とシリンダー温度を前述の手順に従って設定します

使用する樹脂の推奨温度にシリンダーと金型の温度を設定します。例えばPPであれば、金型温度を30度ぐらいに設定して、シリンダー温度を190度ぐらいを基準として、NH:185、H4:190、H3:190、H2:180、H1:170等と設定します。(写真はロングノズルの為、NHが2つあります)

 

②次に大まかな計量条件を作ります。

 ・計量位置を多めに(製品が計量50mmぐらいと思ったら100mmぐらいに)

 ・回転速度は50%程度(あとで調整するので中速ぐらいのイメージ、写真では200mm-1が50%相当)

 ・背圧は0.5MPa程度(最初はごく低く、後で上げていく)

 ・サックバック5mmでサックバック速度5mm/s設定する(1秒で5mm下げるイメージ)

 

参考リンク:シリンダー温度設定と計量条件に関して

 

③そして射出条件は次のように設定しておきます。

 ・射出圧力は100%(MAX)射出速度は10程度(写真では35mm/s)

 ・保圧切替位置は計量位置より少し小さく(例えば計量より10mm少ない90mm)

 ・保圧は0、射出保圧時間は10秒

 ・冷却時間は20秒に設定

これで計量100mmから90mmまで射出速度10%で射出して保圧はかけないという条件を設定したことになります。

 

④続いてこの条件で試し打ちをします。計量位置から保圧切替位置までを10mmという小さな値に設定して保圧を0にしていますので、射出される樹脂量はほんのわずかです。そこから始めて徐々に射出保圧切替位置を小さくしていき、射出量を20mm分、30mm分と射出量を増やして成形品を大きくしていきます。併せてこの間に背圧も少し上げて3-10MPaぐらいに変更します。

 

⑤この時、計量位置から何mmの射出でゲートのあたりになるのかを確認します。そしてゲートを超えた位置から射出の段数を2段目にして射出速度を30%の設定とします。前に説明しているようにゲートを超えるまで射出速度を低速にしてゲートを超えてからスピードアップするという条件設定です。上記の例で例えば20mmの射出量でゲートを超えたとすると、射出の1段目と2段目の切替位置を80mmにして、そこからの射出速度を30%(写真では100mm/s)に設定することになります。

 

⑥さらに切替位置を少しづつ小さくして、少しづつ充填量を増やしながらためし打ちを続け、製品全体の95%ぐらいまで充填します。これで仮の射出条件が出来たことになります。この時は計量位置からゲートを超えるまでが10%の速度でそれ以降95%の充填までが30%の速度という事になります。

参考リンク:射出条件に関して

 

⑦続いて保圧条件を作っていきます。例えば1段目を5%、2段目を0%でそれぞれ2秒ずつと設定します。

そこから少しずつおもに1段目の保圧を上げていき、製品の状態を観察しながらフル充填になるようにしていきます。保圧は1段目をしっかりかけて製品を充填し、2段目で残留応力がかかりすぎないように軽い保圧をかけるというのが基本です。そうして製品がきちんと充填出来れば仮の保圧条件の完成です。この時、保圧をかけ過ぎてバリを張らせないように気をつけます。

参考リンク:保圧条件に関して

 

⑧そして次に残量の調整を行います。残量と切替位置の差を見ておき(仮に射出切替位置が25mmで残量が15mmだとすると差は10mmとなります)、保圧を一旦ゼロにします。残量5mm程度にしたいので切替位置を10mm少なくして15mmぐらいにしたいことなります。変更するために一度射出して計量が始まる前に計量位置を10mm少なくします(例えば100mmから90mmへ)。これで次のショットは計量位置90mmになります。その上で射出の1速から2速への切替位置を10mm小さくして、射出から保圧への切替位置も10mm小さくして次のショットを成形します。成形品が今までどうり95%程度のショートショットが出来ていることを確認し、保圧を元に戻します。

 

⑨その他の確認事項として、実射出圧力と設定射出圧力(この例では100%)を確認します。設定射出圧力に対して実射出圧力が極端に低いようなら、ゲート詰まり時のオーバーパックなどを軽減する為に設定射出圧力を下げておきましょう。また計量時間が冷却時間を上回ってないかなども確認します。計量時間が冷却時間より5秒ぐらい短いと良いと思います。これで基本的な成形条件の形はできたことになります。

 

⑩そしてできた製品の品質をチェックして問題が無いか確認します。この時問題があればどこに原因があるのかを考えて条件調整などを行います。ここでは不具合現象に対する原因を考える力が必要になります。

参考リンク:不具合対策の考え方

参考リンク:個別の不具合対策

 

⑩最後に連続成形して安定性を確認します

 

といった流れになります。

 

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次のページでは成形機を変更した時の条件設定について説明してみたいと思います。

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4)その他の条件

樹脂を溶かす、流す、固めるという基本の条件の設定は説明しました。でも成形機の条件設定はそれだけではありません。その他の条件についても見ていきましょう。

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まずは金型開閉条件の設定です。

型開き: サイクル短縮と金型保護の視点から設定します。

      ガイドピンなどが抜けるまでゆっくり開き、その後速度を上げ、

      型開位置を正確にしてチャックミスなどを防ぐため最後に速度落す

型閉じ: 金型保護圧をきちんと設定することが大事です。

      ガイドピンなどが入る前に速度を落し、その後保護圧へ

 

続いてエジェクターの条件設定です。

突出し: 製品はコアに張り付いているのでそれを優しく剥がすためにゆっくりと

     突出し、その後スピードを上げます。

戻し:  すばやく戻して、最後スローダウンする。スローダウンしないと

     傾斜ブロックなどはコアと毎回衝突する状況になり、破損の可能性が

     高まります。

また突出しは金型の許容突出し量を上回らないように注意が必要です。

 

金型をどれだけの力で締め付けるかを決める条件に、型締め圧というものがあります。

従来は投影面積に射出圧をかけて算出されていましたが、近年では流動解析でPC上で計算することが多いです。

型締め圧設定のポイントとしては、射出圧力に耐えられる範囲で、できるだけ小さい値を設定するのが望ましいです。ガス抜けがスムーズになることと、成形機の使用電力を抑え、寿命を延ばす効果があります。

それでは次ページから実際に成形条件を一から作る手順を説明していきます。

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3)樹脂を固める

3つの成形工程は“樹脂を固める”工程で、成形条件として設定するパラメータは金型温度と冷却時間になります。

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金型温度は使用する材料の性質に基づき設定します。その中でも最初は低めの温度から始めるといいでしょう。また表で一番低い温度が25度になっているのは、金型温度をこれ以上低く設定すると夏場などに結露を起こして金型を錆びさせたりする可能性があるからです。

 

いて冷却時間の設定です。

基本は製品が冷えて固まってスムーズに取り出せるようになるまでの時間を設定するですが・・・

製品に要求される寸法などとの兼ね合いがありますので、寸法等が問題ないレベルで、できるだけ短く設定するという事になります。

最初は長め(例えばPPなどなら20秒ほど)に設定して、製品状態を確認しながら調整していくという方法をとります。

参考までにこの冷却時間に大きな影響を与える因子として、シリンダー温度と金型温度があります。どちらも温度が低めの方が冷却時間が短縮できるという関連性があります。ただし低くし過ぎると溶融樹脂の流れが悪くなるため注意が必要です。無理のない成形を心がけるならできるだけスムーズに溶融樹脂を充填してあげる方が不具合などが出にくいです。

ところでサイクル短縮を図りたいときに、冷却時間は短縮できそうだが計量時間が長くてサイクルが短く出来ないという事が時々起きます。そのようなときには材料ペレットを温めておくと計量時間が短くなります。材料ペレットが予熱された状態だとスクリュー内で可塑化(溶融)する為に必要な熱量が減りますので早く溶融することができ、結果として計量時間が短くなります。

次ページでは今まで説明してきた ①樹脂を溶かす ②樹脂を流す ③樹脂を固める という主要な条件以外のその他の条件について説明していきます。

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射出保圧まとめ

樹脂を流す工程のまとめとして、射出条件と保圧条件と不具合現象の関係を説明します。

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先ほど出てきた射出工程と保圧工程のグラフを合わせて、そこに射出と保圧条件に関連する不具合現象を重ね合わせたのが次のグラフになります。

 

すべての不具合現象が網羅されているわけではありませんが、射出と保圧の条件が、どういう考え方で作られているかが判ると思います。以下にそれぞれの内容を説明します。

①ゲートを通るときに射出スピードが速すぎるとジェッティングが出ます。

 だからゲート通過時の射出速度は低く設定します。

 

②射出の速度が遅すぎると材料が固まりショートショットが発生します。

 だからゲート通過後に射出速度を速めます。

 

③射出の速度が速すぎると型内のガスが逃げられずにガス焼けが起きます。

 特に充填後半で注意が必要です。

 

④保圧が小さいとヒケ、大きいとバリ、長すぎると変形の原因になります。

 またこの保圧の大きい、小さいで金型への転写状態が変わり、艶ムラなどが発生することもあります。 

 

以上が射出と保圧の条件を設定するための基礎的な考え方のセオリーとなります。

次ページからは、樹脂を固める工程について説明をしていきます。

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保圧条件

樹脂を流す工程の射出工程に続いて、保圧工程の条件設定についてみていきましょう。

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保圧工程では射出工程で95%まで充填された材料をさらに圧力で押し込み、まず100%充填させます。その後も圧力を与え続けることにより、樹脂が冷えて縮む分の材料を補給します。

一般的にはショートショットやヒケにならず、かつバリが張らないように高めの圧力を2秒ほど加えます。その後、低めの圧力を秒ほど加えます。保圧時間は短すぎるとヒケなどの影響が出ますし、長すぎても変形が起きたりします。またゲートシールといってゲート部の樹脂が固化した後は圧力が伝わらなくなる為に保圧は効果がありません。適切な保圧時間を決めるときには製品重量を保圧時間を少しづつ変えて計り、ゲートシールする保圧時間を確認して決定するという手法もあります。

保圧工程をグラフで表すと次のようになります。

 

また保圧工程が終了した時にシリンダー先端に残った材料の量を残量(クッション)といいます。条件設定をしたときはこの残量が5mmぐらいになっているように調整します。この残量が大きすぎると圧力の伝達にロスが出ますし、大きい残量は次の射出時に射出されますので、1サイクル分余計に熱を受けた材料がキャビに流れ込むことになり成形品の品質面に影響が出る可能性があります。逆に残量がゼロになってしまうと圧力を伝える溶融樹脂が無いことになり、圧力が全く伝わらなくなるので保圧の効果が無くなります。さらにスクリュー先端とノズルの内側がメタルタッチすることになり機械を痛める可能性が大きくなります。

保圧条件の実際の設定画面はこんなイメージです。

 

 

射出終了後に40MPaを2秒、20MPaを2秒という設定です。注意が必要なのが射出保圧時間が6秒ですので実際の射出時間が2秒だと保圧がきちんとかかりますが、実際の射出時間が3秒だと2段目の20MPaの保圧が1秒しかかからないことになります(JSWの機械の例)

次のページでは射出工程と保圧工程のまとめを説明します。

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射出条件

樹脂を流す工程の最初は射出工程です。それでは射出工程の条件設定の仕方を見ていきましょう。

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射出条件設定の考え方

射出工程では2段の速度制御を用いて製品全体の95%ほどの材料を流し込みます。

射出時は、樹脂材料は手前から奥へと流れていきます。図でいうと計量位置①からゲート部を超えた②まで流れていき、切替位置③まで順々に進んでいきます。

 

射出する材料の量はスクリューの位置で決まり、速度はスクリューをどれだけのスピードで前進させるかで決まります。

射出開始の位置は計量位置①、射出終わりの位置は切替位置(射出保圧切替位置)③と呼ばれます。

ゲート部をえる②まではゆっくり流して、ゲートを超えたら速度を上げるというのが一般的です。この時、射出時間が流動性の良い材料なら短め、悪い材料なら長め、よく判らないようならざっくり2-3秒になるように設定します。

グラフで表すと次のようになります。

 

射出は速度と圧力が設定できますが、考え方としては圧力の設定はあくまでリミッターとして考えて、制御そのものは速度のコントロールで行います。よって実際射出にかかっている圧力が設定の圧力を超えていないかを確認する必要があります。

射出条件の実際の設定画面はこんなイメージです。

 

射出開始の位置は先ほどの計量位置(正確には計量+サックバック)になりますので、この条件では

200mmから150mmまで10mm/sで、その後30mm/に速度を

上げて20mmまで材料を流して保圧に切り替えるという事になります。

 

次ページからは保圧工程の条件設定の仕方を説明します。

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2)樹脂を流す

続いては樹脂を流す工程です。この樹脂を流す工程は、成形品の品質や寸法、外観に影響を与えることが多い重要な工程になります。よって条件を作るセオリーをしっかりと理解する必要があります。

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樹脂を流す工程はふたつの工程に分かれていて、それは射出工程と保圧工程と呼ばれます。

射出工程は金型の中に樹脂を流し込むメインの工程で、その条件は樹脂を “どの程度の量” を “どの程度の速度” で流し込むかを決めます。この射出工程の条件は成形品の品質に大きく影響することがあります。よって射出プロファイルと呼ばれますが、ゆっくり流して途中から早く流すなどの速度制御を行います。本サイトでは後ほど基本の2段の速度制御を用いた射出条件を説明しますが、場合によっては5段ほどの多段で速度制御する場合もあります。

保圧工程では射出の後に材料にかける “圧力の大きさ” と “時間” を決めます。金型に高圧の射出圧でダメージを与えることを防ぐために保圧に切り替えて製品を充填し、その後、樹脂は冷えて固まると収縮といって体積が小さくなる為、その分を補充してあげる工程です。こちらも後ほど基本の2段の圧力制御を説明しますが、場合によっては多段制御する場合もあります。

それでは、次のページから射出工程と保圧工程の条件設定について説明していきます。

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1)樹脂を溶かす

繰り返しになりますが、樹脂を溶かす工程では ①シリンダー温度 ②計量条件 ③サックバック条件を決めていきます。それでは順番に見ていきましょう。

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①シリンダー温度

樹脂はシリンダーの中で溶融されます。そこでまずシリンダーの温度を設定をします。

 

最初に使用する材料の推奨温度に基づき、計量部の温度を設定します。

※材料グレードにより違いがあるので、実際はその材料の推奨値を確認ください。その中でも低めから設定していくのがお勧めです。

に、下記表に従って他の部位の温度を設定していきます。

PPを例にした実際の設定画面はこんなイメージです。

 

②計量条件

シリンダー温度を設定したら、計量条件を設定します。

計量とは次の成形で使用する樹脂材料を溶かして計る工程です。

樹脂をどれだけ計るか:         計量位置

どのくらいの速度るか:       回転速度

どのくらいの圧力をかけておくか:   背圧

という3つの条件を決めていきます。

計量位置の設定は必要と思われる溶融樹脂量より50%ほど大きく設定します。仮に成形品の設計重量が判っているとします。そうしたらその重量に1.5を掛けます。そしてそれを覚えておきましょう。ここでは仮に150gとします。

そうしたら次に実際の成形機で適当な計量位置を入れてパージを行います。そしてパージした樹脂の重さを計りましょう。それがおよそ150gになるところが最初に設定する計量位置になります。

なぜ1.5倍もの大きな値を設定するかですが、この後で出てくる射出と保圧の条件を設定するときに計量位置を調整しないで作業ができるようにするためです。射出と保圧条件を決めたのちに最後に計量位置を調整するという手順を踏みます。

 

次に回転速度と背圧をどのように決めるかを考えます。

背圧は材料によってある程度目安がありますのでその目安に沿って設定します。最初はかなり低めに設定しておいて(下の図では0.3MPa)計量条件を作っていく間に少しづつ上げていくのが良いと思います。

一般的には流動性が高いPPやPAなどは低め、そうでもない材料は状況に応じてかなり高くすることもあります。あくまで目安と考えて状況に応じて大きく振ってみることが必要な条件だと思います。一般的には3-10MPaぐらいを設定します。

 

続いて回転数を決めます。

後ほど出てくる冷却時間より、5秒ほど計量時間が短くなるように設定します。(冷却時間が終わっても計量が終わらないと次の工程に進まないためです)

実際に計量を行ってみて、どの程度時間がかかるかを確認し、回転数を調整していきます。例えば冷却時間の設定が30秒であれば計量時間が25秒になるように回転数で調整します。

実際の設定画面はこんなイメージです。

回転数60rpmで背圧0.3MPaの条件で200mmまで計量するという条件の例です。

 

③サックバック条件

溶かす工程最後の条件はサックバック条件です

サックバックとは、先ほどの計量条件で背圧という圧力をかけながら計量するため、最後に行う圧抜きになります。一般に5mm程度を1ほどかけて行います。

溶融粘度の高い材料ではゆっくりで小さいサックバックを設定し、溶融粘度の低い材料では素早く大きめのサックバックを設定するイメージです。一般に小さすぎるとハナタレ、大きすぎるシルバーの原因になります。

実際の設定画面はこんなイメージです。

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2.成形条件の考え方

先ほどの説明のように 

1)溶かして 

2)流して 

3)固める

という、それぞれの工程のパラメーターが成形条件ですので、一定のセオリーに基づいて適切な条件を決めなくてはいけません。

それぞれの工程で決めなくてはいけない代表的なパラメータとは以下のようになります。

 

1) 樹脂を溶かす:  

 ①シリンダー温度 :樹脂を溶かす温度を設定する

 ②計量条件    :射出する樹脂を溶かして計るプロセス

 ③サックバック  :計った溶融樹脂の内部圧力を緩和するプロセス

 

2) 樹脂を流す:    

 ①射出条件    :樹脂を流す第1段階で主に充填させるプロセス

 ②保圧条件    :樹脂を流す第2段階でヒケなどを防止するプロセス

 

3) 樹脂を固める:  

 ①金型温度    :溶融樹脂を冷やして固めるための温度を設定する

 ②冷却時間    :溶融樹脂を冷やして固めるための時間を設定する

 

それでは次ページからそれぞれの設定の仕方をひとつひとつ見ていきましょう。

 

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