スタック射出成形金型は、高効率、高速、省エネルギーの新しいタイプの射出成形金型であり、我が国でも徐々に推進され、使用されています。{0}}従来の金型とは異なり、積層型射出成形金型のキャビティは 2 つ以上の層に分布し、重なって配置され、基本的に複数の金型セットを組み合わせています。
一般に射出成形機を従来の金型で使用すると、射出量や型開きストロークが定格能力の20～40％程度しか使用されず、機械の性能を十分に発揮できません。従来の金型と比較して、積層射出成形金型は型締力を 5% ～ 10% しか増加させませんが、生産量を 90% ～ 95% 増加させることができ、コストを削減しながら設備の稼働率と生産性を大幅に向上させることができます。
積層射出成形金型は、大型の平らな部品、浅いキャビティのシェル部品、小型の複数のキャビティを持つ薄肉部品、および大量生産が必要な部品の成形に最適です。{0}{1}{2}
I. 積層射出成形金型の設計上の考慮事項
積層射出成形金型は、新しいタイプの金型技術として継続的に開発されており、特にホット ランナー技術との統合により、今日のプラスチック金型開発における最先端の技術となっています。{0}従来の金型設計理論は、積層射出成形金型の設計には適用できなくなりました。したがって、積層射出成形金型の設計を導くためのまったく新しい金型設計理論を開発することが急務となっています。積層射出成形金型の設計ポイントを説明します。
1. 射出成形機の最大射出量
積層射出成形金型では、コールド ランナーまたはホット ランナーを使用できます。コールド ランナーを使用する場合、ゲート システムでの固化に使用されるプラスチックの量を考慮する必要があります。無帰還凝固生産を実現するホット ランナーを使用する場合、ホット ランナー プレートと中央メイン ノズルの材料は金型の必要な射出量に影響を与えず、無視できます。したがって、射出成形機の最大射出量はケースバイケースで決定する必要があります。--。
2. 射出成形機の射出圧力
射出圧力の検証では、主に射出圧力が成形要件を満たしているかどうかを確認します。積層射出成形金型の場合、主に大きな投影面積と長い流路を備えた薄肉プラスチック部品を成形します。-充填プロセス中により高い射出圧力と射出速度が必要です。ホット ランナー金型は、ホット ランナー技術により、コールド ランナー金型と比較して射出圧力をより適切に伝達できるため、必要な射出圧力が低くなります。ただし、流路と投影面積が増加するため、単層コールド ランナー金型よりも高い射出圧力が必要になります。-射出圧力を検証する場合、プラスチック部品の射出圧力は、さまざまなプラスチックの射出成形プロセスとコンピューターシミュレーションの流動解析に基づいて決定され、射出成形機の定格射出圧力と比較される必要があります。
3. 射出成形機の最大型締力
積層型射出成形金型のキャビティは「背中合わせ」に配置されており、理論的には、型締力を増加させることなく、同じ射出成形機で任意の数の積層を実現できます。ただし、積層射出成形金型の中央メインノズルとマニホールドにより流路が増加するため、プラスチック部品とパーティング面上のゲートシステムを合わせた投影面積は大きくなります。さらに、積み重ねによるランナーの延長により、従来の単層金型よりも圧力損失が大きくなり、それに応じて射出圧力とキャビティ圧力が増加します。したがって、クランプ力が増大する。型締力を検証する場合、同じ単層金型と比較して 10%-15% 増加させることが比較的安全です。
4. 射出成形機の開きストローク
射出成形金型を積み重ねて 2 つのレベルでプラスチック部品を取り出します。油圧式の機械的クランプ機構を使用する射出成形機の場合、開きストロークを検証する場合、金型の厚さを考慮する必要はありません。-ただし、積層射出成形金型に側面分割コア-の引き抜き機構がある場合、コアの引き抜き距離の影響を考慮する必要があります。-
同じ伝達比を備えたギアとラックまたはクランクのコネクティング ロッド型開き装置などの同期型開き機構を使用すると、積層射出成形金型の各層のストロークは製品の高さによって制限されません。{0}}その型開きストロークは、多層金型の層の最大開きストロークの N 倍です (N は積層射出成形金型の層の数です)。
5. メインノズルの長さ
中央のメインノズルは長すぎても短すぎてもいけません。これにより、金型が閉じるときに、中央のメイン ノズルが射出成形機のノズルが機械ベース上で後退または前進できる最大距離を超えないようになります。中央メインノズルは、パーティング時に金型中央部とともに移動するため、型開き後も中央メインノズルが固定金型部内に留まり、中央メインノズルの頭部からのオーバーフローが固定金型キャビティ壁面に垂れるのを防ぐ必要があります。
6. ゲートシステム
積層射出成形金型では、従来のランナー ゲート システム (つまり、コールド ランナー ゲート システム) またはホット ランナー ゲート システムのいずれかを使用できます。ホット ランナー ゲート システムは射出圧力を効果的に伝達し、プラスチック部品の成形品質を向上させ、自動生産を促進します。ただし、使用するプラスチックの種類に関して一定の要件があり、ホット ランナー システムは高価です。コールド ランナー システムを使用すると、プラスチック部品の成形品質は若干低下しますが、金型加工が容易になり、コストが削減されます。したがって、ゲート システムの選択は特定の状況によって異なります。
7. 金型温度制御システム
金型温度は、プラスチック部品の成形品質に影響を与える重要な要素の 1 つです。積層射出成形金型の設計では、各キャビティ内で一貫した温度制御を確保することが不可欠です。積層型ホット ランナー射出成形金型の場合、熱伝導による熱損失を減らすために、金型とホット ランナー プレート間の接触面積を最小限に抑え、適切な断熱パッドを取り付ける必要があります。
8. 型開き機構
プラスチック部品の均一な収縮を保証するには、各キャビティ内のプラスチック部品の滞留時間 (冷却時間) が等しくなる必要があります。したがって、積み重ねられた射出成形金型では、各キャビティのパーティング面が同時に開くようにする必要があります。ギアおよびラック伝達機構および機械的リンク機構は、積層射出成形金型の開口機構として一般的に使用されます。前者はより優れた技術的パフォーマンスを提供し、より経済的ですが、後者はより高い柔軟性を提供します。油圧-を利用して金型を開くと、開く時間の制御が容易になりますが、構造が大きくなります。
9. 脱型機構
等しい冷却時間の要件に基づいて、積み重ねられた射出成形金型は各キャビティ内のプラスチック部品を同時に突き出す必要があります。これは、スプリングまたは高圧空気による離型メカニズムによって実現できます。-
II.国内外での積層射出成形金型の開発と応用
1940 年 12 月には、KNOWLESER は積層型の特許を取得しました。今日の積層射出成形金型は、従来の単層金型よりも安価であるだけでなく、用途の柔軟性も向上しています。-数十年にわたる研究開発を経て、積層射出成形金型は、コールドランナー二層射出成形金型、ホットランナー二層射出成形金型-、3層または4層積層射出成形金型、ライトアングルゲートホットランナー積層射出成形金型、ロータリー積層射出成形金型などの構造変化を経て進化してきました。
1. 海外における積層射出成形金型の開発動向
積層射出成形技術は早くから開始されており、海外では比較的成熟しています。 -よく知られた積層射出成形金型会社には、Tradesco、Ferromatik Milacron、Foboha、Engel などがあります。海外でのホットランナー技術の急速な発展により、ホットランナー積層射出成形技術は海外で広く使用されています。さらに、先進国は新しい積層射出成形金型技術の最前線にあり、最近開発された回転式積層射出成形金型技術により、積層射出成形金型の応用可能性が広がりました。
1960 年代から 70 年代にかけて、一部の外国企業は積層型射出成形金型の開発を開始しました。スイスの Schottli 社は、産業用途向けに積層射出成形金型を初めて開発しました。
1980 年、ドイツのジョンソン T. はコールド ランナー二層射出成形金型を設計しました。-この金型は移動金型部、固定金型部、中間金型部から構成されていました。中間セクションは基本的にメイン ランナーの続きであり、分岐ランナーと 2 つの個別のキャビティ プレートがありました。機械式、油圧式、または空気圧式の方法を使用して、プラスチック部品を取り出すための取り出し機構が、可動金型セクションと固定金型セクションの両方に設置されました。
1989 年、D. Gener と Wiesbaden-Delkheim はホット ランナー二層射出成形金型を設計しました。-また、可動金型部、固定金型部、中間部から構成されています。中間セクションは、ホット ランナー、キャビティに材料を供給するためのホット ノズル、および完成品用の 2 つのキャビティ プレートで構成されていました。
1991 年、Tradesco Die & Mold の Rozema H. は 4 層積層射出成形金型を設計しました。-この金型は、ホット ランナー 2 層射出成形金型をベースにしており、ホット ランナーを拡張して中間セクションを追加し、成形層の数を 4 つに拡張し、生産性を 4 倍に高めました。
1992 年、日本の加水博夫氏と山本元夫氏は、非対称に配置されたホット ノズルを備えたホット ランナー スタック射出成形金型を発明しました。ただし、合理的なランナー設計により、金型キャビティ内の溶融物の流れを制御して平衡を達成できます。
2. 中国におけるスタック射出成形金型の開発動向
スタック射出成形金型技術は、1980 年代後半になってから徐々に我が国の金型産業に導入されました。したがって、我が国のスタック射出成形金型技術の開始は比較的遅く、生産に使用されるホットランナースタック射出成形金型の割合は小さいです。外国の先進的なスタック金型技術と比較すると、設計と応用において一定のギャップがあり、一部の技術分野 (ロータリースタック射出成形金型など) では、中国はまだ白紙の状態です。したがって、熾烈な市場競争に直面している我が国は、国際市場での主導権を獲得し、企業の存続を確保するために、スタック射出成形金型技術を早急に向上させなければなりません。
1990 年、北京 No. 13 プラスチック工場の Li Shuzan は、サイドゲート送りを使用するダブルキャビティ射出成形金型の構造設計を提案しました。-この金型は、ポイント ゲート フィードと比較して金型の分割面の数を減らし、連続的な金型の開きを容易にします。ただし、深いキャビティや大きな離型力が必要な部品を成形する場合は信頼性が低くなります。
1992 年、常州軽工業学校の Bu Jianxin は、サイド-ゲートとポイント-ゲートの両方の供給を使用するダブルキャビティ射出成形金型を導入しました。{1}上部キャビティはサイド-ゲート給電を使用し、下部キャビティはポイント-ゲート給電を使用します。リミットフックとリミットプレートを使用して連続分割を行うため、さまざまなタイプのプラスチック部品の成形が可能になります。
1995 年、Yi Qing は、2 段階のメイン ランナー システムを備えた特殊なダブルキャビティ射出成形金型を設計しました。-第 1 段のメイン ランナーの上部には皿溝が付いています。可動金型プラテンは固定金型のエジェクタ プレートを駆動し、チェーン ドライブを介してプラスチック部品を突き出します。欠点としては、メイン ランナー ブッシュを射出するために射出成形機のノズルを固定金型まで延長する必要があること、およびゲート システムがかさばることが挙げられます。
1997 年、Li Shu と Chuan Chengzhi は、自動車のドアや窓のシーリング ストリップを製造するための 2 層ホット ランナー射出成形金型を設計しました。-この金型は中心を迂回し、溶融プラスチックを金型の端からランナー プレートに移しました。この金型は 1 回の射出サイクルで 2 セットのプラスチック部品を成形でき、各セットには 4 つのシール ストリップ (前、後、左、右) が含まれています。 2 台の車両に使用されている 8 つのシール ストリップは、1 回の操作で成形できます。
1999 年、浙江威興グループの Wang Yuexing は、高効率の半-型二層射出成形金型を設計しました。-一対のハーフ-スライダー ブロックを共有することで、金型構造がシンプルになり、製造コストが削減され、キャビティの数が 2 倍になり、射出成形サイクルが短縮され、生産効率が向上しました。
2000 年に、Feng Xiaozhong らは、酒類ガラスキャップ用のサブマージゲート二重層射出成形金型を導入しました。-この金型により、プラスチック部品の各層をランナー固化材料から金型内で分離することができ、各層の分割面を同時に取り出すことができます。-これにより、金型構造が簡素化され、分割距離の要件が軽減され、自動生産が容易になります。ただし、金型内に残るプラスチック部品と深く凹んだメイン ランナー ブッシュの高い信頼性が必要です。 2003 年、Yan Yalin と Huang Xiaoyan は直角ゲート ホット ランナー スタック射出成形金型を設計しました。-この金型ではゲートの位置を変更し、型開き方向に対して直角の中央にゲートを配置しました。直角射出成形機が必要ですが、ホット ランナーの延長が不要となり、溶融プラスチックが射出ノズルからマニホールドまで移動する距離が短縮され、構造設計が簡素化されました。
2004 年、Chen Jianling 氏、Liu Tinghua 氏らは、CD 包装箱用のホット ランナー積層金型を設計しました。固定距離のタイロッドを使用して順次型を開くため、コンパクトな構造、優れた経済性、人員削減、効率の大幅な向上、製品品質の確保が特徴です。
2007 年、Shen Honlei らは CD ホルダー用のホット ランナー積層金型を設計しました。この金型は 2 層ホット ランナー構造を採用しており、ギア、ラック、油圧シリンダーを利用して、連続した金型の開きと部品の取り出しを実現します。製造された部品は寸法と外観の要件を満たしており、生産効率が大幅に向上し、生産コストとスクラップ率が大幅に削減されます。
2008 年、Wang Zhenbao らはCAE技術を積層射出成形金型の設計に適用しました。彼らは、Moldflow 解析ソフトウェアを使用して、プラスチックの充填、保圧、冷却プロセスを分析することで、エアコン パネル積層金型の成形プロセスを動的にシミュレートしました。彼らは、成形プロセスに影響を与える主な要因を分析し、プロセスパラメータを最適化しました。
Ⅲ．結論
積層射出金型、特にホットランナー積層射出金型を使用すると、射出成形機の能力を最大限に活用し、人員と設備リソースを節約し、生産効率を大幅に向上させることができます。積層射出成形金型は設計と製造のコストが高くなりますが、次の領域を改善することで金型コストを大幅に削減し、その適用範囲を拡大できます。
1. 積層射出成形金型の設計理論を改善し、研究開発サイクルを短縮します。
2. コアコンポーネント（発熱体や温度制御要素など）の耐用年数を延長します。
3. 積層型射出成形金型を通常の射出成形装置と互換性のあるものにする。
4. 設計、解析、製造に CAD/CAE/CAM テクノロジーを活用し、金型構造を最適化します。
5. 積層射出成形金型の共通部品の標準化と商品化。
6. 圧力伝達能力を向上させ、厚肉プラスチック部品の製造に適したものにする。-
7. 積層射出成形のプロセスパラメータを最適化します。
8. 積層射出成形の完全自動化を実現します。
