プラスチック金型は、プラスチック製品を加工するためのツールであり、プラスチック製品に完全な形状と正確なサイズを与えます。プラスチック金型にはさまざまな種類と構造があり、主にプラスチックの種類、加工方法、およびプラスチック製品の構造によって異なります。プラスチック金型は、圧縮成形、押出成形、射出成形、ブロー成形、および低発泡成形に広く使用される一種のプラスチック金型です。
一般的なプラスチック金型は、可動金型と固定金型の2つの部分で構成されており、可動金型は射出成形機の可動テンプレートに取り付けられ、固定金型は射出成形機の固定テンプレートに取り付けられます。射出成形中、可動金型と固定金型が閉じて注入口システムとキャビティを形成し、金型が開くと、可動金型と固定金型が分離してプラスチック製品を取り出します。
1. プラスチック金型の分類
成形方法の違いに応じて、プラスチック加工金型の種類は異なるプロセス要件に対応するように分けることができ、主に射出成形金型、押出成形金型、ブリスタ成形金型、高発泡ポリスチレン成形金型などがあります。
1.1 プラスチック射出成形金型
プラスチック射出成形金型は、熱可塑性部品の生産において最も一般的に使用される成形金型です。プラスチック射出成形金型に対応する加工設備はプラスチック射出成形機です。プラスチックはまず射出成形機の底部にある加熱バレルで加熱されて溶融されます。次に、射出成形機のスクリューまたはプランジャーによって駆動され、射出成形機のノズルと金型の注入口システムを通って金型キャビティに入ります。プラスチックは冷却されて硬化し、完成品が金型から取り出されます。
プラスチック射出成形金型は通常、成形部品、注入口システム、ガイド部品、排出機構、温度調整システム、排気システム、支持部品などで構成されます。製造材料には通常、プラスチック金型鋼モジュールが使用されます。一般的に使用される材料は主に炭素構造鋼、炭素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼などです。
射出成形加工法は通常、熱可塑性製品の生産にのみ適しています。射出成形プロセスで生産されるプラスチック製品は非常に広範で、日用品からさまざまな複雑な機械、電気製品、輸送部品などに至るまで、すべて射出成形金型で成形されます。これはプラスチック製品の生産において最も広く使用されている加工方法です。
1.2 プラスチック圧縮成形金型
プラスチック圧縮成形金型には、圧縮成形と圧力射出成形の2種類の構造金型が含まれます。これらは主に熱硬化性プラスチックの成形に使用される金型であり、対応する設備は圧力成形機です。
圧縮成形法はプラスチックの特性に応じて、金型を成形温度（一般に103°-108°）に加熱し、測定された圧力プラスチック粉末を金型キャビティと充填室に入れ、金型を閉じます。プラスチックは高温、高圧の下で軟化し、粘性の流れを形成し、一定期間後に硬化して所望の形状の製品になります。圧力射出成形と圧縮成形は、別々の充填室があり、金型が閉じる前に成形され、充填室内でプラスチックが予熱されて粘性の流れ状態になり、圧力下で金型キャビティに押し込まれ、硬化して成形されます。
圧力射出成形金型は主にキャビティ、充填室、ガイド機構、発射部品、加熱システムなどで構成されています。圧力射出成形金型は電気部品のカプセル化に広く使用されています。圧縮成形金型の製造に使用される材料は、基本的に射出成形金型と同じです。
1.3 プラスチック押出成形金型
プラスチック押出成形金型は、連続的な形状のプラスチック製品を形成するための一種の金型であり、押出機ヘッドとも呼ばれ、パイプ、ロッド、モノフィラメント、シート、フィルム、ワイヤーおよびケーブル被覆、プロファイルなどの加工に広く使用されます。
プラスチック押出成形金型に対応する生産設備はプラスチック押出機であり、その原理は、固体プラスチックが加熱および押出機のスクリュー回転圧力条件下で溶融し、プラスチック化され、特定の形状の金型の口を通って、金型の口と同じ形状の断面を持つ連続的なプラスチック製品が作られることです。
プラスチック押出成形金型の製造材料は主に炭素構造鋼、合金工具鋼などです。耐摩耗部品が必要な一部の押出成形金型には、ダイヤモンドなどの耐摩耗材料もインレイされます。押出成形プロセスは通常、熱可塑性製品の生産にのみ適用され、その構造は射出成形金型や圧縮成形金型とは明らかに異なります。
1.4 プラスチックブロー成形金型
プラスチックブロー成形金型は、飲料ボトル、日用品などの包装容器のような中空製品を形成するための金型です。ブロー成形の形式はプロセスの原理に基づいて主に押出ブロー成形、射出ブロー成形、射出延伸ブロー成形（一般に「インジェクションプルブロー」と呼ばれる）、多層ブロー成形、シートブロー成形などがあります。中空製品のブロー成形に対応する設備は通常、プラスチックブロー成形機と呼ばれ、ブロー成形は熱可塑性製品の生産にのみ適用されます。ブロー成形金型の構造は比較的簡単で、使用される材料は主に炭素製です。
1.5 プラスチックブリスタ成形金型
プラスチック吸引成形金型は、プラスチック板、シート材料を原料としていくつかの簡単なプラスチック製品を成形するための金型であり、その原理は、真空成形法または圧縮空気成形法を使用して、凹型または凸型金型に固定されたプラスチック板、シートを加熱して軟化させ、金型キャビティに貼り付けて所望の成形製品を得ることです。主に日用品、食品、玩具、包装製品の生産に使用されます。ブリスタ成形金型の成形圧力は低いため、金型材料には主に鋳造アルミニウムまたは非金属材料が使用され、構造は比較的簡単です。
1.6 高発泡ポリスチレン成形金型
高発泡ポリスチレン金型は、発泡剤を含むポリスチレンからなるビーズ材料を原料として、さまざまな形状の発泡包装材料を成形する金型です。その原理は、蒸気内で発泡可能なポリスチレンを成形することであり、手動操作の簡易金型と油圧プレス直通発泡金型の2種類があり、主に工業製品の包装製品の製造に使用されます。この種の金型の製造材料は、鋳造アルミニウム、ステンレス鋼、青銅などです。
2. プラスチック金型の作業原理
プラスチック金型は、一般的に金型座（固定金型）、金型コア（可動金型）、エジェクタピン、エジェクタロッドなどの部品で構成されています。その作業原理は、プラスチック材料を加熱して溶融し、金型に射出し、圧力、温度などの要因によって成形することです。
第1ステップでは、プラスチック材料を一定の温度に加熱し、溶融状態にして金型に射出できるようにします。
第2ステップでは、溶融状態のプラスチック材料を金型に射出します。
第3ステップでは、プラスチック材料が固化して成形されるのを待ち、完成品を取り出します。
3. プラスチック金型製作プロセス
プラスチック金型の製造は、金型設計、金型加工、金型試作の3つの段階に分けられます。その中でも、金型設計は最も重要なリンクの1つであり、プラスチック製品の形状、サイズ、厚さ、構造などの要素を十分に考慮し、実際のニーズに応じて適切な金型構造を設計する必要があります。
金型加工段階では、CNC加工機器とさまざまな切削工具を使用して完了する必要があります。通常、金型加工の精度は非常に高く、最終的に生産されるプラスチック製品の品質が良好であることを保証します。
金型試作段階では、金型が正常に動作するかどうかを確認するために、通常はプラスチック原材料を使用して金型試作を行い、金型が実際の生産ニーズを満たしているかどうかを確認します。
4. プラスチック金型の材料要件
プラスチック金型と冷間打ち抜き金型の作業条件は異なり、一般的に150°C - 200°Cで作業し、一定の圧力に加えて温度の影響も受けます。プラスチック成形金型の使用条件に応じて、異なる加工方法によりプラスチック金型鋼の基本性能要件が以下にまとめられます。
- 十分な表面硬度と耐摩耗性
プラスチック金型の硬度は通常50-60HRC以下であり、熱処理後の金型は十分な表面硬度を持ち、金型が十分な剛性を持つことを保証する必要があります。金型は作業中にプラスチックの充填と流動によって大きな圧縮応力と摩擦を受けるため、金型の形状精度と寸法精度の安定性を維持し、金型の十分な耐用年数を確保する必要があります。金型の耐摩耗性は鋼の化学組成と熱処理の硬度に依存するため、金型の硬度を向上させることは耐摩耗性の向上に寄与します。
- 優れた切削加工性
ほとんどのプラスチック成形金型は、EMD加工に加えて、一定量の切削加工とクランプ修理を行う必要があります。切削工具の寿命を延ばし、切削性能を向上させ、表面粗さを低減するために、プラスチック金型用鋼の硬度は適切でなければなりません。
- 良好な研磨性能
高品質のプラスチック製品では、キャビティ表面の粗さ値が小さいことが求められます。例えば、射出成形金型のキャビティ表面の粗さ値はRa0.1〜0.25レベル以下であり、光学表面ではRa<0.01nmが求められます。キャビティは研磨され、表面粗さ値を低減する必要があります。このため、鋼材の選択には不純物が少なく、組織が微細で均一であり、繊維方向性がなく、研磨時にピッティングやオレンジピール欠陥が発生しないことが求められます。
- 良好な熱安定性
プラスチック射出金型部品は形状が複雑で、焼入れ後の加工が難しいため、良好な熱安定性を使用する必要があります。金型成形プロセス後の熱処理による線膨張係数が小さく、熱処理変形が小さく、温度差による寸法変化率が小さく、冶金組織と金型寸法が安定しているため、再加工が不要または少なくなり、金型の寸法精度と表面粗さの要件を確保できます。
5. プラスチック金型の使用
プラスチック金型は、日用品の製造、工業製造、医療機器、プラスチック包装箱などの分野で使用されています。
- 日用品の製造。プラスチック金型は、プラスチックカップ、プラスチックボウル、プラスチック箸などの日用品の製造に広く使用されています。
- 工業製造。プラスチック金型は、工業製造においても重要な役割を果たしています。例えば、自動車製造などです。
