プラスチック成形不良の種類と対策を整理![ヒケ/ボイド/ショート/バリ/ウェルド/離型不良/寸法不良]

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射出成形・成形不良

成形加工は、日本のモノづくりを支える根幹となる生産技術のかたまりです。
ところが、成形条件の調整不足などでさまざまな不良が発生することがあり、外観不良のみでなく、重大な強度不良につながる可能性もあります。

今回は、主なプラスチック成形不良の種類と対策について紹介します。

1.プラスチック成形の成形条件

まずは、本題に入る前に、プラスチック成形について簡単に説明します。
材料樹脂をある決まった形状にするため、樹脂を金型に注入し、成型品(製品)を作ることがプラスチック成形の基本的なパターンです。
以下に、プラスチック成形の中で、最も広く使用されている「射出成形」について説明します。

射出成形品の要求品質を得るためには、射出成形機の「成形条件」と呼ばれている各種パラメータを調節し、外観、強度の品質をコントロールしながら仕様を満たすように条件調整する作業が必要になります。

具体的には以下のような成形条件があります。

  • 温度 : シリンダー温度、金型温度
  • 圧力 : 射出圧力、保圧
  • 速度 : 射出速度
  • 時間 : 射出時間、冷却時間、保圧時間
  • 射出量: 射出ストローク量(計量値)
  • 力  : 型締め力

 

射出成形の仕組み
【図1 射出成形機の構成と成形条件】

 

2.成形条件の調整

この記事では、前述の射出成形の成形不良について説明します。

成形不良が発生したとき、最初に実施するのは成形条件の調整です。
殆どが成形条件の調整で解決しますが、更に、材料、金型構造(表面処理)などの追加改善が必要な場合もあります。

以下、典型的な成形不良と対策について説明します。

 

3.主な成形不良の種類と対策(成形条件の調整)

(1)ヒケ、ボイド不良

ヒケ(引け)、ボイド不良は外観的には全く異なりますが、同じ原理から不良が発生しているため、成形条件の調整による対策は同じです。

 

ヒケとボイド
【図2 ヒケ、ボイドの外観イメージ】

 

ヒケとボイドの不良内容と原因、成形条件の調整

 

ヒケとボイドの発生メカニズム
【図3 ヒケ、ボイドの発生原理】

 

 

(2)ショート、バリ、ウエルド不良

その他の典型的な成形不良は、ショート、バリ、ウエルドです。
いずれも成形条件の調整による対策が必要です。

 

ショート、バリ、ウエルドライン
【図4 ショート、バリ、ウエルドの外観イメージ】

 

ショート、バリ、ウエルドの不良内容と原因、成形条件の調整

 

ショート、バリ、ウエルドのイメージ
【図5 ヒケ、ボイドの発生原理】

 

(3)離型不良

通常の成形サイクルとして、射出成形(熱可塑性樹脂の場合)では以下の工程で成形品が完成します。

  • 型締めユニットにより金型を閉じる
  • 射出成型機より樹脂を金型に注入し、樹脂の密度を上げるため、射出シリンダーにより一定の圧力で加圧
  • 型締め力を緩め、金型が開き(可動側)、金型内の突き出しピンにより、成型品が取り出される
  • ランナー部分を切断

離型不良」とは、金型が開いて突き出しピンが出ても、成型品が金型へ貼りついてしまい、突き出しピンが成形品を変形させてしまう不良のことです。

 

射出成型における離型不良
【図X 離型不良イメージ】

 

離型不良対策の例

まず、射出圧力を低くし、シリンダー設定温度を下げます
改善効果が出ない場合は、離型剤を金型に吹きます。
それでもなお改善しない場合は、離型抵抗を減らすため減表面改質処理を実施するなどの対策をとります。
 

(4)寸法不良

「寸法不良」とは、成形後の寸法が図面の寸法公差内から外れる不良です。
まず、成形条件の調整をトライします。

 

① 寸法が大きい場合の対策

  • 射出圧力を下げる
  • 保圧を下げ、保圧時間を短くする
  • シリンダー温度を下げる
  • 金型温度を上げる

 

② 寸法が小さい場合の対策

  • 射出圧力を上げる
  • 保圧を上げ、保圧時間を長くする
  • シリンダー温度を上げる
  • 金型温度を下げる

 

③ 金型寸法の修正

上記の成形条件の調整後も効果がない原因は、成型型内で冷却時における収縮率が予想値と大きく異なることが考えられます。
この場合は、金型の中の部品で、製品の形状を成形する部分であるキャビティ(成形品の空洞)の部分を再修正することになります。

 
ということで今回は、主なプラスック成形不良の種類とその対策について解説しました。

 

(アイアール技術者教育研究所 T・I)

 

 

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