射出成形の収縮とは、冷却段階でポリマーがどれだけ収縮するかを指します。射出成形プロセス中、溶融プラスチック材料が高圧下で金型キャビティに射出され、プラスチック材料が冷却されると、固化する際に収縮します。この収縮により、成形された部品が意図したサイズよりも小さくなり、歪み（ワーページ）と呼ばれる不均一な形状になることがあります。
射出成形の収縮は、使用するプラスチック材料の種類、部品の設計、および処理条件によって異なる場合があります。最終部品が必要な仕様を満たすように、設計およびツーリング段階で予想される収縮を考慮することが重要です。
安全のために、メーカーはしばしば収縮を補償するために金型キャビティを大きくしたり、部品に追加の材料を加えたりします。これにより、成形後にトリミングや機械加工を行って所望の寸法を達成します。
金型収縮率
生産を開始する前に、金型収縮率を予測して追加のコストと調整を排除する必要があります。すべてのプラスチック材料には最小および最大の収縮率があり、これにより、成形時から完全に冷却されるまでのプラスチックの変化を評価できます。これと収縮率に影響を与える他の要因を考慮する必要があります。
プラスチック射出成形の収縮の種類
プラスチック射出成形には約4種類あり、それぞれ独自の条件下で発生します。以下にそれらを示します。
地域収縮：これは、金型ゲートに最も近い製品部分と充填領域の端に最も近い部分の間で収縮率が異なる場合に発生します。これにより、ゲートに近い部分が厚くなり、他端が少し薄くなります。したがって、厚い部分が薄い部分を引っ張り、歪んだ収縮を引き起こします。
厚さ収縮：これは、同じ金型の上部と下部の冷却速度が異なる場合に発生します。上部が下部よりも速く冷却される状況であり、この差異により金型部品が冷たい側に向かって曲がり、収縮が進行してその新しい形状が固定されます。
方向性収縮：これは、分子および繊維の配向のばらつきの結果です。収縮は、金型材料の配向および流れの方向に平行および垂直に現れます。したがって、材料は流れの方向に沿ってより多く収縮します。
面内収縮：ポリマーは厚さ方向よりも表面平面でわずかに強く収縮することが一般的です。これは、厚い部分の拘束の欠如である金型拘束と呼ばれる条件によって引き起こされます。この収縮の違いにより、角からの深刻な歪みが発生し、製品が損傷し使用に適さなくなる可能性があります。
金型収縮率を計算する方法
プラスチック射出成形の収縮率を計算する最も説得力のある方法は、冷却およびゲーティングの要件を模倣するプロトタイプツールを開発することです。この技術は正確な収縮測定を提供するだけでなく、潜在的な欠陥が予測された場合に生産開始前にツールを変更する機会も提供します。
金型収縮率を計算する手順は次のとおりです：
まず、金型の元の寸法を決定します。
次に、成形部品の寸法を決定します。
次に、成形部品の寸法を金型の元の寸法から引きます。
最後に、寸法の差を金型の元の寸法で割り、100を掛けて金型収縮率のパーセンテージを求めます。
金型収縮率のパーセンテージを計算した後、与えられた仕様と照らし合わせて確認してください。
金型収縮の原因
プラスチック部品の製造において、収縮は射出成形の通常のプロセスであり、冷却段階でポリマーがどれだけ収縮するかを指します。収縮の主な原因は、溶融プラスチックの密度から冷却された硬化状態の密度への移行です。冷却段階で発生しますが、部品の排出後も湿度と温度が安定するまで最小限の収縮が続くことがあります。部品の一部が不均一に収縮すると（ワーページとして知られる）、重大な部品欠陥を引き起こす可能性があります。ポリマーの密度の変化に加えて、他の要因も可変収縮を促進します。
射出成形の収縮の他の原因
収縮はプラスチックの組成と材料の特性に影響され、処理条件（流量や温度など）や部品設計も影響を与える可能性があります。これらの原因のいくつかを見てみましょう：
プラスチックの組成：ポリエチレンのような半結晶性プラスチックは、ABSのような非晶質プラスチックよりも収縮率が高いです。半結晶性プラスチックの分子構造は、ポリカーボネートのような非晶質ポリマーよりも小さく、よりコンパクトな結晶体を形成します。
分子量: 分子量の高い樹脂は、射出成形時に充填する際の粘度が高く、キャビティ内での圧力低下が大きくなります。この圧力低下は、最終部品の収縮率を高める可能性があります。
添加剤: ガラスやセラミック繊維などのフィラーは熱膨張が少ないため、冷却過程での収縮が少なくなります。
応力レベル: 成形プロセス中に部品が応力を受ける時間と温度は、過剰な流動を引き起こし、過度の収縮や脆さをもたらす可能性があります。
これらの原因に加えて、射出圧力、溶融温度および金型温度、部品の形状などの変数もあります。収縮に影響を与える要因が多いため、欠陥を避けるためには部品の収縮率を正確に計算できるメーカーと協力することが重要です。
射出成形中の収縮を制御する方法
すべての材料にはメーカーによって提供される収縮率があります。これを使用して、成形時から完全に冷却された後のプラスチックの変化を予測することができます。すべての材料は加熱されると膨張し、室温に戻ると収縮します。プラスチック製品のすべての寸法は冷却期間中に一定量収縮します。この収縮を制御することが、最終製品を完璧にする鍵となるかもしれません。射出成形プロセス中に収縮を制御するいくつかの方法について話しましょう。
材料の温度
プラスチック樹脂を加熱する際の温度調整は、収縮制御において重要です。材料が注入される前に加熱される温度が高いほど、分子は膨張します。冷却時にこれらの分子は収縮します。注入時のプラスチックの温度が低いほど、冷却過程での収縮は少なくなります。
金型の温度
金型の温度を制御することで収縮を制御できます。冷たい金型を使用すると、部品の外縁が完全に充填され圧縮される前に乾燥してしまいます。熱い金型を使用すると、冷たい金型よりも収縮が少なくなります。これは、プラスチック材料の分子が金型を満たし、適切な圧力を達成するまで自由に動き続けることができるためです。
圧力調整
プラスチック材料を射出する際に使用される圧力の強さは、収縮率に直接影響を与えます。これは、材料を所定の位置に詰め込むために必要な圧力です。材料がよりきつく詰め込まれるほど、冷却時の動きの余地が少なくなります。射出時の圧力が高いほど、プラスチックの収縮は少なくなります。
プラスチックが固まるまで圧力をかけ続ける限り、収縮は制限されます。プラスチックが完全に冷却される前に圧力を解放すると、収縮が悪化します。冷却中にプラスチックを所定の位置に固定して通常の収縮パターンを逆転させることで収縮を制御できますが、このプロセスには時間がかかり、コストも増加します。プラスチック部品に空気を強制的に吹き付けることも安定化に役立ちます。
冷水浸漬
プラスチック部品を迅速に冷却するもう一つの方法は、室温の水に浸すことです。これにより、材料が融点以下に冷却され、成形後の収縮が止まります。これにより、内壁が外壁よりも早く冷却され固化します。ただし、極端な温度にさらされると製品に亀裂や破損が生じる可能性があるため、リスクがあります。
プラスチック製品が冷却される際にどのように収縮し曲がるかを把握することは、完璧な最終製品を得るために重要です。材料の冷却方法を制御する方法を見つけることで、部品が毎回期待通りに仕上がるようにすることができます。射出成形プロジェクトでは一貫した結果が求められます。材料の配合、金型の寸法、加工の詳細はすべて収縮に影響を与えます。収縮を制御する最良の方法を見つけ、次の射出成形プロジェクトで最高の結果を達成するお手伝いをしましょう。
結論
射出成形における収縮はプラスチック部品製造において一般的な問題ですが、いくつかのステップを踏むことで回避できます。これには、ポリマーの信頼性を確認するための樹脂収縮率の評価、ポリマーの組成、射出成形プロセス、およびプラスチック部品の形状の評価が含まれます。これらの要素はすべて、収縮の発生を防ぐために重要な役割を果たします。
全体として、プラスチック射出成形における収縮の原因とその解決方法を理解することは、すべての射出成形プロセスの成功にとって重要な要素です。
