【生産技術のツボ】これが典型パターン!プラスチック成形不良と対策(ヒケ/ボイド/ショート/バリ/ウェルドなど)

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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、プラスチック成形の成形不良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の調整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作業が必要になります。
具体的には以下の条件があります。

  • 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
 

2. 成形条件の調整

今回は、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。

典型的な成形不良と対策について説明します。
 

3. 不良対策(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

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
 

(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

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
 

4. 不良対策(成形条件の調整以外の対策)

(1)離型不良

①通常の成形サイクル

射出成形(熱可塑性樹脂の場合)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為、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

 

射出成型における離型不良

②離型不良発生時

金型が開き、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。

③対策

まず、射出圧力を低くし、シリンダー設定温度を下げます。

 これでも改善効果が出ない場合は、

  • 離型剤を金型に吹く
  • それでも改善しない場合は、

  • 離型抵抗を減らすため減表面改質処理を実施

 

(2)寸法不良

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

  • 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

  • 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、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。
 
(アイアール技術者教育研究所 T・I)
 

 

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