あらゆるプラスチック製造方法の中で、射出成形は非常に効率的で、一般的に使用されていると考えられている。最も重要な段階のひとつは冷却で、これはサイクルの成功、出来上がるもの、そしてコストに影響する。

この詳細なブログでは、冷却時間が射出成形にどのような影響を与えるか、金型の熱管理の背後にある科学、サイクルタイム短縮を達成するための冷却システム設計の重要性を探ります。この原理を理解することで、生産またはプロセスを改善することができます。

冷却時間が射出成形に与える影響

冷却時間の目的は何ですか？

冷却時間とは、金型内のプラスチックが歪みなく出発するのに十分な固さになるまでに冷却しなければならない時間のことである。射出成形工程では、通常この段階で60%の時間を費やします。

プラスチック技術者協会(SPE)は、異なる部品と材料について、冷却段階が成形サイクル全体の50%から80%を占めると見積もっている。

冷却時間はなぜ重要なのか？

パーツの品質： 部品を十分に冷却しないと、ゆがんだり、沈んだり、寸法が不安定になったりする。

サイクルタイムの短縮： 冷却時間の最適化は、生産サイクル全体の短縮に直結し、スループットを向上させる。

工具の寿命： 金型における適切な熱管理は、金型へのストレスと摩耗を軽減する。

冷却が遅すぎたり、温度にムラがあったりすると、スクラップの発生が多くなり、待機時間が長くなる。

冷却時間を管理するもの

1.材料の熱力学的特徴

熱伝導性と蓄熱性のレベルは、プラスチックの種類によって異なる。例えば ABS ポリウレタンを使用した場合、ポリプロピレンよりも早く冷却される。一般的に、結晶性プラスチックを冷却するのは、非晶性プラスチックよりも時間がかかる。

2.部品形状

脂肪分の多いものは、適正な内部温度に達するまでに時間がかかることが多い。レンガはすべて同じ厚さなので、早く冷め、収縮のばらつきも少なくなります。

3.金型冷却チャンネル

効率的な金型冷却チャンネルは不可欠である。流路が適切に設計されていないと、高温の部分が適切に冷却されません。エアフローを効果的に設計することで、一貫性を向上させ、問題の数を減らすことができます。

Polymer-Plastics Technology and Engineering誌に掲載された研究によると、コンフォーマル冷却システム設計を用いることで、従来の直線的な流路と比較して、冷却時間を最大30%短縮することができる。

冷却最適化によるサイクルタイム短縮

冷却システムの設計戦略

• コンフォーマル形状の冷却チャンネル： 3Dプリントされたインサートにより、カーブをつけることができる。 冷却システム 部品の形状に近づけることで、金型に達する熱を減らすことができる。
• バッフル： バブラーはエンジンの熱を冷却する装置である。
• 油圧： これにより、原子炉の混雑した場所でも、水パイプラインをより快適に収めることができる。
• 温度制御ユニット： 毎回確実に冷却するために、金型の温度を一定に保つ。

スマートな冷却システム設計を活用することで、メーカーはサイクルタイムの大幅な短縮を実現し、品質を損なうことなく、より迅速な生産を可能にします。

金型における熱管理のベストプラクティス 

温度のバランスがとれていないと、成形品の収縮率が異なり、反りが生じることがあります。これを防ぐために、金型では次のような熱管理戦略を実施する：

• 銅合金の金型は、その性能が必要な場合に使用する。
• 赤外線サーモグラフィで建物内の熱ムラを測定。
• クーラントの温度に注意し、流量が変化しすぎないようにする。

この技術は、より強い部品を提供し、部品ができた後に多くの追加を必要とする時間を節約する。

冷却技術革新の進展

カビを監視するスマート機器

IoTセンサーは現在、最新のシステムに組み込まれており、温度の変化を監視し、必要な流量を自動的に変更するのに役立っている。

シミュレーションおよび解析ソフトウェア

MoldflowやSolidWorks Plasticsのようなソフトウェアは、金型製作前に冷却シミュレーションを行い、冷却時間が射出成形の結果にどのように影響するかを予測するのに役立ちます。

冷却時間は経費と効率をどう変えるか

冷却時間が1～2秒短縮されるだけで、生産量の多い企業では年間コストを大幅に削減できる。その方法を紹介しよう：

• 1サイクルにより多くのシフトをこなすことができ、その結果、より多くの部品を生産することができる。
• 各パーツ製造のエネルギーを節約
• 手直しや廃棄の必要性が減る

マッキンゼーは、工場に最適なサイクルを注入することで、成形工程の生産性を20%程度向上させることができることを発見した。

最後の言葉射出成形の効率向上 

冷却時間が射出成形にどのように影響するかは、単なる技術的な詳細ではなく、重要なパフォーマンスドライバーです。金型冷却チャンネルを最適化し、スマートな冷却システム設計に投資し、熱条件を効果的に管理することで、生産量と品質の大幅な改善につながります。

MYT Machiningでは、金型設計の最適化と熱シミュレーションに重点を置いています。今すぐご連絡ください。

射出成形における冷却時間に関するFAQ

冷却に最適な時間はどのように見極めればよいのでしょうか？

どのような材料を使うか、壁の厚さ、金型内の温度が結果を左右します。Moldflowやその他のツールは、これを正確に見積もることができます。

低冷蔵で食品の味や保存期間が変わる可能性は？

そうですね、ゆがんだり、型が沈んだ跡がついたり、収縮が不均一になったりします。温度を適切にコントロールすることで、金型に必要な寸法を保つことができます。

金型冷却チャンネルとは何ですか？

金型内のこれらの流路は、射出中に必要に応じて金型を冷却するために冷却水を移動させる。

サイクルタイムの短縮において、冷却はどのような役割を果たしますか？

冷却が効率的に行われると、サイクルタイムが急速に終了し、時間当たりの生産量が増加し、部品当たりのコストが減少する。

金型の熱管理はどのように効率を上げるのか？

均一な冷却、欠陥の防止、金型摩耗の低減により、工具が長持ちし、部品が安定します。