ガスアシスト成形

ガス流の基本概念に基づいて、ガス支援射出成形プロセスの適用を容易にするための 10 個の部品設計ルールを開発しています。

ルール 1: ガス流路のレイアウト設計を優先する
部品の中央部分のくり抜き、材料の節約、ガスチャネルによる構造強度の向上、反りの回避、または単にガスアシスト射出成形プロセスを適用する目的に応じて、最初にガスチャネルのレイアウトを設計します。局所的な領域で加圧ガスを使用して、そこにヒケが生じるのを防ぎます。

ルール 2: ガスの流れの経路を明確に定義します。分岐したガスの流れを避けてください。
ガスは敏感です。抵抗が少ないことを好むため、最初はその方向に流れます。図 4 に示すように、ガスを 2 つの同一の分岐に均等に分割するガス チャネル設計を実現することは困難です。実際の成形プロセス中に 2 つの分岐で同一の抵抗条件を作成して、同一のガス流をもたらす可能性があります。そして 2 つの支店内の配布はかなり離れたところにあります。ツールの寸法、メルト温度、メルト フロントの前進、金型温度など、2 つのブランチ間のわずかな条件の違いにより、ガス流抵抗の違いが生じ、その結果、ガス チャネル内で期待される同一のガス分布が非同一になります。ガスチャネルにガスが充填されていない部分が残り、ヒケの問題が発生するリスクが高くなります。部品設計者は、ガスの流れの経路を明確に定義する必要があります。ガスが前方に流れるのが曖昧になる分岐ガスチャネルは避けなければなりません。

ルール 3: ガス チャネルのレイアウトを部品全体にわたって対称的に設計します。
梱包と保持は、射出されたプラスチック材料を圧縮して、成形品の密度を可能な限り高く、可能な限り均一にする重要なプロセス段階です。従来の射出成形プロセスでは、機械のノズルからスプルー、ランナー、ゲートを通って、射出された溶融物を介して内部キャビティに至るまで、保圧/保持圧力を長距離に及ぼすのは小ねじです。その代わりに、ガスアシスト成形プロセスでは、部品内に注入されたガス自体がすでに保圧/保持圧力を発揮します。平坦な部品の場合、成形部品全体に近い保圧/保持圧力源とガス チャネルに沿った均一な効果を提供するために、部品全体にわたるガス チャネルのレイアウトを設計することが重要です。ガス チャネルの横方向に均一でバランスのとれた保圧/保持圧力効果を成形品に与えるために、ガス チャネルのレイアウトを対称的に設計することも重要です (図 2)。さらに、ガスチャネルの対称的なレイアウトにより、ガスの制御と供給に関するプロセス条件の複雑さを軽減できます。

ルール 4: ガス流路の全体的な部分を薄くし、局所的な部分を厚くするように設計します。
従来の射出成形プロセスと比較して、ガスアシスト射出成形の公称部品全体の厚さは、材料を節約するために薄くすることができます。次に、ガス チャネルによって部品の強度を高めることができます。ガス チャネルはリブのように機能しますが、適切に設計されていればひけの問題を引き起こすことなく、非常に厚いベースを備えています (図 3)。さらに、ガスをガス チャネルに注入する前に、ガス チャネルは最初にフロー リーダーの役割を果たし、溶融物が薄肉部分全体に充填されるのを助けます。ガスがガスチャネル内に分布した後、ガスチャネルは充填/保持圧力源としての第 2 の役割を果たします。そして最後に、プロセス後、ガス チャネルは厚みを増すリブとして 3 番目の役割を果たし、金型構造と工具プロセスの複雑さを軽減しながら反りを回避して部品の強度を高めます。

部品の厚さに応じて、ガス チャネルの高さと幅を設計します。比較的に、ガス チャネルのセクションが大きすぎると、溶融物の充填段階でフロー リーダー効果が強すぎる可能性があり、ガス チャネル内の溶融物の流れが隣接する領域よりもはるかに速くなり、エア トラップの問題が発生する可能性があります (図) 4)。

ルール 6: ガス チャネル セクションが小さすぎることによって引き起こされるフィンガリング効果を回避します。
部品の厚さに応じて、ガス チャネルの高さと幅を設計します。比較的に、ガスチャネルの断面が小さすぎると、ガスが目的のガスチャネル内を流れるための最も抵抗の少ない方向が提供されず、その結果、ガス充填段階および充填/保持段階中にガスがガスチャネルに隣接する領域に浸透する可能性があります。これは運指効果と呼ばれます (図 5)。通常、ガス チャネルの高さは、部品の厚さを含まず、隣接する部品の厚さの 1.5 倍から設計します。フィンガリング効果が発生する場所のパーツの表面構造が弱くなるのを避けるために、フィンガリング効果を避ける必要があります。

ルール 7: 閉ループのガス チャネルを避けてください。
ガスが周囲を流れて完全に閉ループのガスチャネルを形成するという期待はほとんど実現しません (図 6)。閉ループ ガス チャネル内のガス流のバランスがどれほど取れていても、いずれにせよ、ガス チャネル内の 2 方向からのメルト フロントが遅かれ早かれ合流し、ガスがそれ以上流れることができない固体部分が形成されます。前述の残留固体部分はヒケ問題のリスクが高く、冷却時間とサイクル時間が長くなるため、閉ループのガス チャネルの設計を避けることが重要です。

ルール 8: ガス チャネルを、溶融物が最後を満たす領域まで延長します。
進行中のメルト フロントがある場所には、ガスが流れる抵抗が最も少ない経路が存在します。ルール 3 で説明したように、最後に溶融物が充填される領域までガス チャネルを延長すると、成形品全体にわたるガス チャネルの効果も高まります。このルールに従って、ガス チャネルの設計は、溶融物によって決定される溶融物充填パターンに従う必要があります。ゲートの位置、メルト ゲートの番号、部品の厚さ、ガス チャネルのサイズ。前述の決定要因の変更によって生じる溶融物の充填パターンの変更は、多くの場合、ガス チャネルのレイアウト設計にも必然的に変更が必要になることを意味します。

言い換えれば、溶融充填パターンは、エアトラップの問題やフィンガリング効果なしに目的のガスチャネル内にガスが流れ、そこにのみ浸透するように、前述の決定要因を最適化して設計する必要があります。

ルール 9: ガス注入点は、溶融物が最後に充填される領域から遠く離れた位置にあること。
平坦部の設計がルール 1 ～ 8 に従って行われたと仮定すると、図 10 に示すように、ガス注入ポイントはポイント 1 とポイント 2 に配置されます。このような設計により、ポイントから注入されるガスは期待されます。<1>右側のガスチャネルとそのポイントからの流れ<2>左側では、溶融物が両方のガス チャネルの端に向かって前方に押し出され、溶融物が最後を満たす領域になります。ガス注入ポイントが点に配置されている場合<3>そして指摘する<4>、注入されたガスは、ガス チャネルの端から直接下方に流れ、ガス チャネルのセグメントから離れます。<1>指す<3>そして指摘する<2>指す<4>ガスによって中抜きされずに固体になります。

ルール 10: ガス チャネルのサイズを調整することで、溶融物の充填パターンとガスの浸透長さを微調整します。
通常、一次溶融充填パターンとガス分布は、部品の厚さ、溶融ゲートの位置/数、ガス射出位置/数、ガス チャネルのレイアウト/サイズの設計によって決定されます。必要に応じて、近くのガス チャネルのサイズを調整および微調整することで、特にガス チャネルの端での溶融充填パターンとガス侵入長のわずかな変更を行うことができます。

溶融物中のガスの挙動は敏感で動的、複雑であり、経験によって予測することが困難です。固体ガス チャネルを備えた部品を製造すると、同じ金型ではほとんど解決できないため、重大な結果と高価な費用がかかります。ガスアシスト成形プロセスの部品設計には、部品の厚さ、メルト ゲートの位置/数、ガス射出位置/数、ガス チャネルのレイアウト/サイズを統合的かつ系統的に考慮する必要があります。したがって、特に溶融物やガス充填の解析では、コンピュータ支援エンジニアリング (CAE) を利用してこれを行うことを強くお勧めします。 CAE を使用して 10 の部品設計ルールを適用すると、より体系的かつ効率的に低リスクのソリューションに到達できる可能性があります。

Effinno Technologies Co., Ltd.の Hank Tsai 著「ガスアシスト射出成形プロセスのための 10 の部品設計ルール」を引用

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