プラスチック製のテーブル金型について話すとき、冷却システムの最適化は単なる細かいことではありません。安定した品質で何年も稼働する金型と、際限のない遅延、欠陥、収益の損失を引き起こす金型の違いです。プラスチックテーブル金型のサプライヤーとして、私は、一部の金型では最初の 100 ショットで完璧で歪みのないテーブルが得られるのに、他の金型ではヒケ、不均一な冷却、生産能力を圧迫するサイクルタイムに悩まされる理由のトラブルシューティングに数え切れないほどの時間を費やしてきました。今日は、私たちが構築するあらゆるタイプのテーブル金型の冷却システムを最適化するために使用している、科学に裏付けられた実践的な戦略を、単純な戦略から共有したいと思います。プラスチック製の正方形のテーブルモールドすべてのテーブル金型には独自の冷却ニーズがあるため、より複雑な調整可能な設計に対応できます。
プラスチックテーブルの製造においてなぜ冷却が重要なのかという基本から始めましょう。溶融プラスチックを金型キャビティに射出するとき、所望の形状になるように均一に固化する必要があります。プラスチック製のテーブルの場合、頑丈な正方形のモデルでも、洗練された円形のモデルでも、さまざまな高さに調整できるモデルでも、厚い部分 (テーブルの脚や外側の縁など) は薄い部分 (テーブルトップの表面) よりも冷却が遅くなります。冷却システムが熱を均一に除去できない場合、厚い部分は冷えるにつれてさらに収縮し、反り、ヒケ、さらには不完全な硬化が発生します。これにより、部品が破損するだけでなく、サイクル タイムも遅くなります。プラスチックが固まるまで金型が閉じられたままになる時間が長くなるほど、1 時間あたりに製造できる部品の数が減ります。大量生産の場合、それは収益に直撃します。
私たちのリストの最初は、冷却チャネル設計の最適化です。ここで、作業している特定のテーブル金型に合わせてあらゆる選択を調整します。のためにプラスチック丸テーブル金型円形の形状には独特の課題があります。外側のリムは中央のテーブルトップよりも厚いため、真っ直ぐな単一の冷却ラインでは切断できません。ここでは、コンフォーマル冷却チャネル、つまりまっすぐに穴を開けるのではなく、金型キャビティの正確な輪郭に沿ったチャネルを使用します。円形テーブルの場合、これは、外側のリムに沿って均等な間隔で小さなチャネルを配置し、厚い中央サポートを対象とする中央の十字形のチャネルを配置することを意味します。これにより、リムと中央の両方がほぼ同じ速度で冷却され、リムがテーブルトップと接触する部分のヒケがなくなります。比較のために、正方形のテーブルの角も応力が高い領域です。平らな側面よりも早く冷却されるため、テーブルの角に小さな局所的な冷却ピンを追加します。プラスチック製の正方形のテーブルモールド余分な熱を引き出し、冷却速度のバランスをとります。
テーブルトップ自体ではない金型コンポーネントについてはどうですか?テーブルの脚とコネクタは、冷却設計において見落とされがちな重要な部品です。のためにプラスチックテーブル脚カバープラスチック射出成形金型、脚カバーの内部は中空になっており、熱が閉じ込められるため、サイクル時間が長くなり、カバーが歪んでテーブルの脚にぴったりとフィットしません。これらのコンポーネントの冷却チャネル内に小さなバッフルを追加します。バッフルは、壁に沿ってではなくチャネルの中心を通って水を強制的に流す金属インサートです。これにより、熱伝達の鍵となる冷却水の乱流が増加します。バッフルがなければ、水はチャネルの壁に沿って最も抵抗の少ない経路をたどり、チャネルの中心 (および金型コンポーネントの最も厚い部分) には、ほとんど冷却されない停滞した温水が残ります。のようなさらに複雑な部品の場合は、プラスチックテーブル脚コネクタ射出成形金型は、複数の小さな穴と薄く精密成形された本体を備えており、モールドコアに積層造形 (3D プリンティング) を使用して、すべての突起と穴を包み込む完全にコンフォーマルな冷却チャネルを作成します。これは、直線で交差する溝しか作成できない従来の穴あけでは不可能であり、当社のテストでは、これらの小さな部品のサイクル時間を最大 25% 短縮できます。
次に、冷却液の選択と管理は過小評価されがちですが、パフォーマンスに大きな影響を与えます。ほとんどの金型メーカーは冷却剤として普通の水道水を使用していますが、これは間違いです。水道水にはミネラルが含まれており、時間の経過とともに冷却管内にスケールが蓄積する可能性があります。スケールは断熱材として機能し、場合によっては熱伝達を最大 30% 減少させます。 24 時間 365 日稼動している金型の場合、このことは急速に増加します。冷却システムの効果が低下し、サイクル時間が長くなり、金型が均一に冷却されないため欠陥が増え始めます。当社ではすべての金型に脱イオン (DI) 水を使用しており、お客様にも同じようにすることをお勧めします。 DI 水は鉱物堆積物を残さないため、冷却チャネルは建設当時と同じ効率を維持します。また、当社では DI 水に少量の腐食防止剤を添加しています。金型はスチールまたはアルミニウムで作られており、少量の水でも長年使用すると錆が発生する可能性があります。錆びた水路の壁は粗く、水の流れが遅くなり、熱が蓄積するデッドスポットが生じます。
次に流量と圧力の制御です。適切な液体を使用するだけではなく、液体が十分に速く流れるようにすることが重要です。冷却チャネルの経験則では、流量は層流ではなく乱流を生成するのに十分な速度にする必要があります。層流とは、水がチャネル内を滑らかな平行線で移動することです。これでは熱がうまく混合されないため、金型壁から熱を除去するのには効果がありません。乱流は無秩序であり、水を混合し、より速く熱を運び去ります。必要な流量を計算するには、レイノルズ数を使用します。冷却チャネルの場合、レイノルズ数が 10,000 以上であることを目指します。標準的な直径 10 mm の冷却チャネルの場合、これは毎分約 1 リットルの流量を意味します。流量が低すぎる場合は、チャネルの直径をわずかに大きくするか、平行なチャネルを追加します。のためにプラスチック調整可能なテーブル金型2 つの個別のキャビティ (1 つはテーブルトップ用、もう 1 つは高さ調整機構用) があるため、冷却システムを 2 つの独立したループに分割します。これにより、厚さに基づいて各キャビティへの流量を調整できます。テーブルトップにはより高い流量が必要ですが、薄い調整可能な部品はより低い流量で実行できるため、品質を犠牲にすることなくエネルギーを節約できます。
温度管理もパズルの重要なピースです。冷却水の入口温度と出口温度は、均一な冷却に大きな違いをもたらします。入口水が温すぎると、金型が十分に冷却されず、サイクル時間が長くなります。入口と出口の温度差が大きすぎる場合は、金型の一方の側がもう一方の側よりもはるかに速く冷却され、反りが発生することを意味します。入口と出口の温度差を 3°C 未満に保つことをお勧めします。たとえば、チラーの入口温度を 18°C に設定した場合、出口温度は 21°C 以下である必要があります。大きな四角いテーブルのような大型金型の場合、複数のチラーまたはゾーン温度制御を備えた温度制御ユニット (TCU) を使用します。そうすることで、金型のさまざまなセクションに異なる温度を設定できます。大きなテーブルの外縁はより速く冷却されるため、入口温度を 16°C に設定し、中央のテーブルトップを 18°C で実行して冷却速度のバランスをとることができます。これにより、金型全体に単一の温度を使用した場合によく発生する反りがなくなります。
また、冷却システムと連携して機能する金型材料の選択も忘れてはいけません。金型が熱伝導率の低い材料で作られている場合、最適な冷却チャネルであっても熱を効率的に伝えることができません。厚肉テーブルモールドには、標準鋼よりもはるかに高い熱伝導率約45 W/m・Kのプリハードン工具鋼を使用しています。テーブル脚コネクタなどの小型の精密部品には、アルミニウムの金型を使用します。アルミニウムの熱伝導率は約 205 W/m・K で、これは鋼鉄の 4 倍以上です。これは、熱が溶融プラスチックから金型に非常に速く引き込まれるため、冷却システムがそれほど激しく動作する必要がないことを意味します。私たちが何かに取り組むとき、プラスチックテーブル脚カバープラスチック射出成形金型たとえば、アルミニウムコアは、熱がアルミニウムを介して拡散し、より速く冷却チャネルに到達するため、スチールコアと比較してサイクルタイムを 15% 短縮します。
メンテナンスは、冷却システムを長期的に最適化した状態に保つための最後の最も重要なステップです。冷却システムがどれほど優れた設計であっても、メンテナンスを怠れば効率が低下します。当社ではすべてのお客様に簡単なメンテナンス スケジュールを提供しています。3 か月ごとに冷却チャネルをスケール除去溶液で洗い流し、水から蓄積したミネラルを除去します。 6 か月ごとに、各チャネルの流量をチェックします。チャネルの流れが元の流量より 20% 少ない場合は、除去する必要のある詰まりがある可能性があります。また、冷却装置の温度測定値を毎月チェックして、望ましい範囲内にあることを確認することをお勧めします。当社の工場では、使用するすべての金型に対してこのスケジュールに従っており、時折フラッシングのみを行う金型と比較して、同じ期間でサイクル タイムが 10 ～ 15% 増加するのと比較して、サイクル タイムが最長 5 年間一定に保たれていることが確認されています。
これを実際の例でまとめてみましょう。昨年、クライアントから次のような問い合わせがありました。プラスチック製の正方形のテーブルモールド1ショットあたり45秒のサイクルタイムで、10%の欠陥部品が生成されていました。彼らはその金型を 2 年間使用していたため、交換する必要があると考えていました。金型の熱スキャンを実行したところ、角は平らな側面より 8°C 低く、中央の縁は 5°C 高く、ヒケの原因となっていることがわかりました。各隅に 2 つの小さな冷却ピンを追加して冷却チャネルを調整し、水道水から腐食防止剤を含む純水に切り替え、流量を増やして乱流を作成しました。変更後、不良率は 1% 未満に低下し、サイクル タイムは 32 秒に短縮されました。これは、新しい設備に投資することなく、生産量が 40% 以上増加しました。これが冷却システムの最適化の力であり、テーブル金型の種類に関係なく、まさに私たちがすべてのクライアントに対して行っていることです。
結局のところ、プラスチック製テーブル金型の冷却システムの最適化は、万能のプロセスではありません。冷却チャネルの設計、流体の種類、流量、温度制御、金型の材質、メンテナンス スケジュールを特定の金型のサイズ、形状、使用例に適合させる必要があります。を実行しているかどうかプラスチック丸テーブル金型屋外での使用のために、プラスチック調整可能なテーブル金型家庭用家具の金型、テーブルの脚やカバーの小さな金型など、細部に注意を払うことで、より高品質の部品を製造し、欠陥を減らし、生産効率を高めることができます。
現在のプラスチックテーブル金型のパフォーマンスを向上させたい場合、または最適化された冷却システムを備えた新しい金型への投資をお考えの場合は、当社のチームがお手伝いいたします。当社には、あらゆる種類のプラスチックテーブル金型の設計と構築に長年の経験があります。プラスチック製の正方形のテーブルモールド、プラスチック調整可能なテーブル金型、プラスチックテーブル脚コネクタ射出成形金型、プラスチック丸テーブル金型、 そしてプラスチックテーブル脚カバープラスチック射出成形金型、すべてに最大の効率と品質を提供するように調整された冷却システムが搭載されています。当社のチームに連絡してニーズを話し合い、プロダクション向けのカスタム ソリューションを入手してください。
参考文献
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- カズマー、DO (2007)。射出成形金型設計エンジニアリング。ハンザー出版。
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- ベアード、DG、コリアス、DI (2014)。ポリマー加工: 原理と設計 (第 2 版)。ワイリー。
- 国際標準化機構。 （2018年）。 ISO 10360-8:2018、幾何製品仕様 (GPS) - 座標測定機の承認と検証 - パート 8: 形状測定用の CMM。