ガスアシスト射出成形

ガスアシスト射出成形とは

ガスアシスト射出成形 は、溶融プラスチックと一緒に窒素ガスを注入する製造プロセスで、その結果、中空部分を持つ部品ができる。主な目的は、プラスチックの流動や収縮といった、従来の射出成形における一般的な課題に対処することである。ガス・アシスト・アプリケーションにはさまざまなカテゴリーがあるが、このプロセスを中空部品の製造に応用することは論理的な選択である。75%の顕著な軽量化を達成できるブロー成形ほど大口径には有効ではないかもしれませんが、それでもガスアシストは中空部分で30～40%の大幅な軽量化が可能です。

ガスアシストは、射出成形の細部がブロー成形の能力を凌駕するような用途で特に意味を持つ。中空部品におけるガスアシストの主な利点は、中空部品を他の平らな部品と一体化させたり、射出成形で達成できるような細部を取り入れたりする能力にあります。

ガスアシスト射出成形の利点

ガスアシスト射出成形は、薄肉の構造部品に適用することでその真価を発揮し、薄肉のコスト効率と厚肉の一般的な強度を併せ持つ部品を設計者に提供します。ショートショット技術では、ガス流を利用して特大のリブを芯抜きし、成形品内に中空チューブを形成することで、驚異的な強度対重量比を実現します。剛性を高いリブに依存する部品と比較すると、この技術は25～40%の顕著な増加をもたらすことができる。

設計と加工における重要な課題は、リブパターン内に気泡を封じ込めることにある。最適化された設計では、気泡が壁部を貫通するような誤差（フィンガリングと呼ばれる現象）を排除しなければならない。肉厚の構造部品は、発泡スチロールの構造部品に例えることができ、発泡スチロールは、中空部分の相互接続された網で置き換えられている。構造用発泡体強度のコンセプトは、主に固体スキンにある。ガスアシストは、発泡剤を排除し、ガスのバーストでショートショットを完成させ、スワールを排除する。このコンセプトでは、ガスウェブはフォームに似た内部クッションとして機能する。

発泡スチロールが達成する以上の密度低減を達成することは困難であり、構造的な観点から、壁の設計は最悪のウェブのシナリオに対応しなければならない。構造用フォームは、より均一な物理的特性を持つ傾向がある。ガスアシスト部品は特大のリブから剛性を得ていますが、肉厚を増すと、薄肉ガスアシスト特有の軽量化とコスト面での利点が減少します。厚肉ガスアシストは、既存の金型の制約や人間工学的な考慮など、用途上厚肉が必要な場合に賢明な選択となります。

フルショット射出成形では、従来のプラスチック・クッションの代わりにガス・クッションを取り入れると効果的です。この方法では、樹脂が完全に射出された後にガスが導入され、その後の樹脂の収縮を補う役割を果たします。多くの場合、このガス注入は、成形品内の指定された厚い部分や問題のある部分に正確に向けられる。

溶融樹脂に注入されると、ガスは抵抗の最も少ない経路を探します。自然に部品の最も厚い部分に引き寄せられ、コーナーも難なく通過します（レーストラッキングとして知られる現象）。ガスバブルはプロファイリングされ、一定の断面を維持しながら流れます。具体的には、ガスバブルは大きな直径で始まり、流れの終点に向かうにつれて徐々に小さくなる。

ガスアシスト射出成形プロセス

ガスアシスト射出成形プロセスは、ショートショット成形における5つの重要なステップを通して解明することができる。図2.16aでは、溶融プラスチックが高圧下で密閉された金型に射出される。図2.16bに移ると、ガス注入工程が開始され、金型キャビティ内にガスと溶融プラスチックが同時に流れ込む。図2.16cに移行すると、プラスチックの射出は停止し、キャビティ内へのガスの継続的な流入が可能になります。ガスは効果的にプラスチックを前進させ、キャビティへの充填を完了させる。ガスは自然に、温度が最も高く圧力が最も低い場所に引き寄せられる。

図2.16dに進むと、キャビティが完全に満たされると、ガスはその力を維持し、プラスチックを金型の冷却面に押し付けます。この作用により、冷却サイクルの時間が大幅に短縮され、ヒケの発生が緩和され、寸法の再現性が高まります。最後に、図2.16eでは、プラスチック部品が十分に冷却され、その形状が保たれています。ガス・ノズルが後退して閉じ込められたガスが放出され、完成部品の排出が可能になります。

様々な構造用プラスチックのプロセスの中でも、ガスアシストは、設計者の成形プロセスに対する洞察力を活用できる可能性が最も高いものとして際立っている。設計者は金型設計者とプロセスエンジニアの二役を担い、プラスチックと窒素の両方の流れをコントロールする。この統合されたアプローチは、成形の精度と効率を高める。 ガスアシスト射出成形 プロセスだ。

リブは、設計内のガス通路を定義する上で重要な役割を果たします。ガスは本来、最も抵抗の少ない経路を辿りますが、体積が大きく圧力が低いため、部品内の厚い部分に向かう傾向があります。この特性により、ガス気泡はこれらの領域に引き寄せられます。このような厚い部分を効果的に形成するには、肉厚に関するアスペクト比を考慮する必要があります。

本質的に、これらの厚い領域は、集中ガス注入ポイントに接続するマニホールドまたはガス通路に発展する。これらのガス通路は、壁部の厚さの3倍から6倍のアスペクト比を維持することが望ましい。アスペクト比が低いと効率が悪く、フィンガリングのような望ましくない現象が起こる可能性があり、アスペクト比が高いとガスのブレークスルーが起こりやすくなる。ガス・ブレークスルーは、充填中にガスの流れが樹脂のフロー・フロントより先に進むと発生する。最適なアスペクト比を達成することは、ガスアシスト射出成形プロセスの有効性と信頼性を確保するための鍵となります。

ガス通路はガスランナーリブ内に収容され、リブに似た肉厚の意図的な変化は突起とみなされる。ガス通路は部品の先端まで延びていることが不可欠です。ガス通路の基礎形状は、特大の補強リブで構成されています。リブには多様な設計が考えられ、より深いリブの実用的な解決策としては、適切なアスペクト比を維持しながら、従来のリブをガス通路リブに積み重ねることが挙げられます。これにより、リブ全体で適切な厚みを実現するという課題に対処し、一般に深いリブのドラフト問題として知られる、上部が薄すぎ、下部が厚すぎるという問題を防ぐことができます。

上図は、リブ・デザインのいくつかのバリエーションを示しており、このアプローチの適応性を示している。製品開発を成功させるためには、成形部品の可能性を最大限に引き出すことが重要です。特にガスアシスト射出成形では、部品設計が優先されます。リブパターンは最も抵抗の少ない経路として現れ、プラスチック（充填時）とガスの両方の導管として機能します。コンピューターによる金型充填シミュレーションは、リブの配置を強化し、工程を合理化します。

部品設計の残りの部分は、正確なコンピューター・モデルの作成を容易にするために、均一な壁断面を維持することに重点を置いて、確立された慣行に忠実に従います。ガスアシストプログラムの成功は、最終的には部品設計者の管理下にあります。確立された設計原則に従うことで、不必要な変動要素を排除し、綿密かつ戦略的なアプローチの重要性を強化します。

ガスバブルを最適に制御するには、スピルオーバーやオーバーフローキャビティを使用します。余分なプラスチックの除去は、ガスアシスト射出成形の高度な段階を表す、入ってくるガスの体積を変位させることを含む。この強化されたプロセスは、様々なガスアシスト装置メーカーからライセンス供与を受けることができる。特筆すべき利点は、注入ガス量を正確に調節することで、ガス通過プロファイルを綿密に制御できることである。最初の金型充填は完全なプラスチックショットを含み、ショートショットに比べて制御がより容易になる。

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