金型設計における抜き勾配とは？

ドラフトのアングルは次のようなものだ。 射出成形. .その重要性は、様々なプロセス技術に共鳴している。例えば、射出成形では、抜き勾配は、損傷を与えることなく部品を円滑に排出するために極めて重要である。同様に ダイカスト, 抜き勾配は、鋳物が金型に固定されるのを防ぎます。金型と成形品が完全に平行にならないようにすることで、抜き勾配がわずかなテーパーとなり、成形品の取り出しが容易になります。このコンセプトは、金型が関与するほとんどの製造工程に適用され、その普遍的な重要性を際立たせている。.

今日は、この重要なコンセプトについて説明しよう。

ドラフト角度の意味

抜き勾配とは、成形品を取り出しやすくするために金型に設計された角度のことです。具体的には、型開き方向における成形面の角度を指す。

誰がドラフトアングルをデザインするのか？

抜き勾配は最終的に金型に反映されるため、抜き勾配を構造エンジニアが設計すべきか、金型エンジニアが設計すべきかという議論がしばしば行われる。現在、主に2つのアプローチがあります：

• 構造エンジニアは、部品の設計段階で、すべての表面に抜き勾配があることを確認する必要があります（金型エンジニアの評価が必要な一部の構造を除く）。
• 構造エンジニアは、外観面と主要な組立面にドラフトアングルを適用する責任を負い、その他の重要でない面は金型エンジニアに任される。 金型設計 経験に基づいている。

どちらのアプローチにも長所と短所があり、具体的な状況に応じて選択すべきである：

最初のアプローチ

長所だ：

• 構造的な干渉がなく、アセンブリギャップや寸法公差の設計要件を維持し、部品の品質を保証します。
• 金型DFM（製造可能設計）レビューの時間を節約し、その後の品質紛争を回避します。

短所だ：

• そうでなければ、設計された抜き勾配がスムーズに排出されない可能性がある。
• すべての面にドラフトアングルが必要なため、構造エンジニアの作業量が増え、厳しいスケジュールのプロジェクトが遅れる可能性がある。
• ドラフトアングルを付けると、元の垂直面が傾斜し、その後の構造変更が複雑になる。
• ドラフトアングルが加わると、エンジニアリング図面に干渉線が増え、注釈ミスが発生する可能性が高くなる。

2つ目のアプローチについて：

長所だ：

• 経験豊富な金型エンジニアが抜き勾配を設計するため、構造エンジニアの設計時間を節約でき、通常、スムーズな排出が保証される。
• 構造エンジニアにとって、その後の構造変更と設計図面への注釈が簡単になります。

短所だ：

• 金型エンジニアは、製品の機能要件を十分に理解しておらず、排出の観点からしか考えず、干渉、隙間、寸法、強度などの構造要件を満たしていない可能性があります。
• 通常、抜き勾配をつける前にフィレットを除去し、再度フィレットをつけるため、金型エンジニアの作業量が増加し、その結果、新しいフィレットと元のフィレットに相違が生じる可能性がある。

ドラフト角度の種類

抜き勾配は、キャビティ抜き勾配とコア抜き勾配に分類され、それぞれ次のように区別される。 パーティングライン キャビティとコアを隔てるキャビティ内の射出方向に平行な面にはコア抜き勾配が必要であり、コア内の面にはコア抜き勾配が必要である。さらに、金型にサイドコア(リフター そして スライダーリフターのドラフト角度とスライダーのドラフト角度が必要で、ドラフト方向はスライダーの移動方向に従う。

ドラフト方向は一般的にパーティングラインを基準としており、ドラフト後の大きな寸法がパーティングライン近傍となるようにすることで、スムーズな排出を可能にしている。

なぜドラフトアングルを設計するのか？

ドラフトアングルは工程構造のひとつである。理論的には、設計上必要でない限り、製品構造に抜き勾配は必要ない。しかし、射出成形のような成形プロセスの制約上、プラスチック製品は成形・冷却後に金型から取り出す必要がある。抜き勾配がなければ、プラスチック部品を金型から取り出すのは非常に難しい。金型から取り出す必要のある抜き勾配のないプラスチック部品はともかく、すでに抜き勾配がある積み重ねられたプラスチックスツールを分離することの難しさを考えてみてください。

なぜ抜き勾配がないと金型からプラスチック部品を取り出すのが難しいのか？

射出成形では、溶融した樹脂が密閉された金型に流れ込み、コアとキャビティの間に充填される。熱可塑性プラスチック材料は、冷却中に金型コアに向かって収縮する傾向があり、プラスチック部品が金型コアにしっかりと密着します。さらに、一部のプラスチックは金型のキャビティ壁から微視的に離れることがありますが、ほとんどはキャビティ壁に接触します。

型開きの際、プラスチック部品の外面がキャビティ壁面に接触しても、内面がコアに接触しても、プラスチック部品は排出方向とは逆の摩擦抵抗を受けます。摩擦力は𝑓=𝜇×𝐹𝑛で表されます。f=μ×エフエヌ接触面の粗さ（𝜇）に依存する。μ)と 収縮応力 (𝐹𝑛エフエヌこれはドラフト角度に関係する。

ドラフト角度を設計することで、排出方向の摩擦力𝑓=𝜇×𝐹𝑛×cos𝛼が発生する。f=μ×Fn×コα は、ドラフト角Ǽ が小さくなるにつれて減少する。α が増加する。一般に、ドラフト角はあまり大きくないので、静止摩擦の低減への寄与は限定的である。

抜き勾配の主な機能は、プラスチック部品が金型から分離した後、金型に接触しないようにして摩擦をなくすことです。抜き勾配がないと、プラスチック部品は離型時に摺動摩擦に移行し、高光沢の表面ではキャビティが真空状態になり、プラスチック部品をキャビティから完全に離型することが難しくなります。最悪のシナリオは、キャビティに固着し、射出時にプラスチック部品のコア構造の変形を引き起こすことです。

ドラフト角度の利点：

抜き勾配は時として利害の対立を生むことがある。射出成形メーカーは、射出を容易にするために大きな抜き勾配を好みます。一方、金型メーカーは、キャビティやコアの全表面をアングルで加工するのは難しい作業だと感じています。なぜなら、そうしなければ、より簡単な設備で、より低コストで加工できるはずの単純な形状が複雑になってしまうからです。製品設計者は、抜き勾配が部品設計を複雑にし、外観を変えることに気づくかもしれません。

このような課題にもかかわらず、成形品が要求される品質基準を満たすことは極めて重要です。抜き勾配がないと、射出成形の問題が発生する可能性が高くなり、不必要に生産コストを上昇させ、納期を延ばします。抜き勾配は、金型から部品を取り出しやすくするだけでなく、他の利点もあります：

• 射出時に部品表面を傷つける可能性を低減します。
• 表面の質感と仕上げの均一性と完全性を確保する。
• 射出抵抗による部品の変形を最小限に抑える。
• 成形部品の摩耗を減らし、金型損傷の可能性を減らす。
• 複雑な排出セットアップの必要性を排除または削減することで、全体的な冷却時間を短縮します。
• 直接的、間接的に生産コスト全体を引き下げる。

ドラフトアングル設計の原則

• スムーズな排出
• 構造的機能の維持
• 美的条件を満たす

スムーズな排出の確保：

金型が開いた後、プラスチック部品は最終的な排出を容易にするためにコア側に残っている必要があります。

金型からプラスチック部品を取り出すには、2つのステップがある：

1.空洞壁から分離

プラスチック部品の外面はキャビティ壁から分離する。一般的に、この分離を助ける付加的な構造はないため、外表面とキャビティ壁の間の摩擦は最小限に抑える必要がある。

2.コアウォールから分離

プラスチック部品の内面がコア壁から分離する。金型は一般に、このためにエジェクターピン、アングルピン、エジェクタープレートなどを使用する。内面とコアとの間の摩擦は、外面とキャビティ壁との間の摩擦よりも大きくなければならず、型開きの際に部品がコア側に留まるようにする必要がある。

プラスチックは金型コアに向かって収縮する傾向があり、収縮応力が大きくなるため、粗さと抜き勾配が一定であれば、内面とコアの間の摩擦は、外面とキャビティ壁の間の摩擦よりも大きくなります。このため、通常、コアはコアに、キャビティはキャビティに設計され、プラスチック部品の複雑な面はコアに、比較的単純な面（外観面）はキャビティに配置されます。

しかし、例外もある。例えば、内面がエジェクターピンの跡をつけることができない外観面である場合、コアはキャビティの中に、キャビティはコアの中にあることになる。キャビティへの固着を防ぐため、キャビティには補助的な排出機構が必要となる。

場合によっては、部品の上面と下面が似ていて、明確な外観面がないことがあります。このような部品では、特別な要件がない場合、コアの抜き勾配を最小にし、キャビティの抜き勾配を（部品の許容範囲内で）最大にして、部品が移動金型側に残るようにし、キャビティ内の補助排出機構の必要性を回避する必要があります。

調整可能な設計の構造の場合、1/3がキャビティ、2/3がコアになるようにコアを変更することができ、キャビティへの固着のリスクを減らすことができる。

ドラフト角度のサイズの決定：

抜き勾配の大きさには統一された基準がなく、摩擦モデルの複雑さや射出パラメーターの違いから理論的な計算は困難です。シミュレーションは参考値を提供できますが、時間と資源がかかり、金型工場の能力を超えることがよくあります。構造エンジニアはこの点を理解し、設計時に重要な構造に抜き勾配を組み込むことで、金型エンジニアのフィードバックに基づくその後の修正の必要性を減らし、不必要な問題を回避する必要があります。

ドラフト角度の大きさに影響する要因：

• 素材の特性： 硬質プラスチックは、軟質プラスチックよりも大きな抜き勾配を必要とするが、軟質プラスチックは柔軟性があるため、抜き勾配を全く必要としない場合もある。
• 収縮率： 収縮率の高いプラスチックほどコアを強くつかむため、大きな抜き勾配が必要になる。
• 摩擦係数： 摩擦係数の低い素材、例えばPAや POM粗い表面には大きなドラフト角が必要です。より粗い表面にはより大きなドラフト角が必要。
• 壁の厚さ： 壁が厚いとコアに大きな力がかかるため、ドラフト角度を大きくする必要がある。
• 幾何学的な複雑さ： 複雑な形状や穴の多い部品では、多数のエジェクターピンが必要になるため、抜き勾配を大きくする必要があります。
• 透明性： 光学的な要求がある部品は、より大きな抜き勾配を必要とする。

特定のドラフト角度の範囲：

ドラフト角の幾何学的関係は、tan𝜃=𝑋ᵃtanである。θ=HXここで𝜃はθ はドラフト角、↪Lu_1D43BH はドラフト表面の高さであり、𝑋X は減少した肉厚またはテーパー。

理論的には、抜き勾配が大きい方が排出が容易である。特に、背が高く（深く）、表面積が大きく、コアやキャビティを強くつかむような場合には、スムーズな排出のために抜き勾配を大きくする必要がある。

しかし、 𝜃 が大きければ大きいほど、 𝜃 は小さくなる。θ が大きいことを意味する。Xこれはデザインに影響する：

1.外観用

より大きな𝑋X デザインを大きく変え、意図した外観から逸脱する可能性がある。したがって、抜き勾配の角度は許される限り大きくすべきである。そうでない場合は、以下を検討する：

• 高光沢の表面には、傷を防ぐために少なくとも1°のドラフトが必要である。
• テクスチャーのある表面には、テクスチャーの種類と深さにもよるが、少なくとも3°のドラフトが必要である。一般的に、深さ0.001mmでは1°から1.5°のドラフトが必要です。
• 直線サーフェスでは、パーティングラインを考慮したドラフトが必要である。

2.リブ表面用

より大きな𝑋X はトップ幅𝐶を減少させる。C射出成形が難しくなる。リブは短く設計し、抜き勾配を大きくする。やむを得ない場合は、𝑋≥0.2 を確保する。X≥0.2 および 𝐶≥0.6C≥0.6.

3.スクリューボス用

内孔は寸法精度が要求される。抜き勾配が小さいかゼロであるため、低粗度または研磨が必要であり、適切なエジェクターピンの配置が必要である。エジェクションにコアピンを使用すると抜き勾配が不要になりますが、通常のエジェクターピンでは抜き勾配が必要です。スクリューボスの高さは、0.5°から1.0°の間で、過大にならないようにする。抜き勾配は、ねじのかみ合い深さᵃの半分を基準とする。L 上部が緩く、下部がきつくフィットしてストレスがかかるのを避けるためです。

4.その他の内部表面は、ドラフト角1°を基準として、高さと粗さに基づいて調整し、肉厚の変化を考慮して、以下を避ける。 成形不良.

構造的機能の確保：

完成品は、さまざまな部品が連結されて全体を形成している。ある部品の抜き勾配は、それ自体と、それが接続する他の部品に影響を与える。

1.スクリュー支持面への影響：

抜き勾配をつけると排出は容易になるが、支持面がねじ軸に対して垂直でなくなり、締め付けたときに固定部が傾く可能性がある。

2.干渉フィットへの影響

抜き勾配が一致するプラスチック部品は、干渉嵌合精度を維持します。しかし、抜き勾配のない標準部品（ベアリング、シャフトなど）については、慎重な検討が必要です。例えば、円柱の内径に小さなシャフトを干渉嵌合する場合、内径に抜き勾配があると効果がなくなります。排出にコアピンを使用することで、抜き勾配のないボアを維持することができます。

ベアリングの干渉フィットの場合、内径が大きいとコアピンの抜き勾配をゼロにすることができません。従来のエジェクションでは、抜き勾配が必要でした。例えば、ベアリングの内径が大きい場合は内径抜き勾配が必要ですが、リブ面の面積が小さい場合は抜き勾配が不要な場合があり、強制排出が可能です。

3.同心度の要件：

d1、d2、d3、d4のようなフィーチャーの同心度要件がある場合、金型精度を確保するためには、パーティングラインがA-Aにあり、d1とd2が同じコア上になければならない。

4.パーティングラインの外観と構造への影響：

一般的なスルーホールは、キャビティとコアが異なる箇所で接触し、パーティングラインが形成される。スルーホールの製図には、次の3つがある。 キスオフ キャビティとコアが接する部分にパーティングラインができる。

キャビティがコアにキスをする：

製図後の穴の内壁はキャビティ内に残る。この方法は、通気孔、スピーカー孔、外部インターフェイス孔などの外観上の特徴的な孔によく用いられる。これらの穴は一般に、パーティングラインやフラッシュが外面に見えることがなく、通常は面取りを必要とするため、この方法が好ましい選択となる。しかし、この方法は、特に通気孔やスピーカー孔のように孔が多い場合、キャビティに固着する危険性があることに注意することが重要である。そのため、コアとキャビットを分離する際に、部品がコア上に留まるような十分な構造がコアにない場合は、キャビットの深さをコアの深さより小さくする「キス・オフ・ユア」を使用することをお勧めします。

コアはキャビティにキスをする：

製図後の穴の内壁はコアに残る。この方法は一般に、パーティングライン（フラッシュ）が外面にあるため、単独では現れない穴に用いられる。このような穴は通常、穴の真ん中に装飾部品をはめ込むなど、他の部品と組み合わせて使用される。

この方法で形成された穴のフラッシュは外面にあるため、装飾ピースがケーシングと面一になっていると、（金型精度の低さや不安定な構造による）誤差によって真に面一にならず、段差ができて手を傷つけてしまうことがある。外側のR面取りを両方行えば、手を傷つけることはないが、段差が大きく見える。装飾ピースだけをR面取りし、その面をケーシング面より0.2mm程度高くすれば、手を傷つけることはなく、段差が大きく見えることもない。

コアとキャビティがキスを交わす：

ドラフト後の穴の内壁は、コアとキャビティの両方に残る。この方法は、前述のようにキャビティに固着するリスクに対処するためだけでなく、穴がかなり深い状況でも使用される。ドラフト後、穴の上端と下端の直径が大きく異なることがある。これを避けるため、下図に示すように、コアとキャビティを使って穴を形成するのが一般的で、ボタン構造でよく適用される。

美的条件を確保すること：

外観部品に抜き勾配が必要かどうかは、主に外観部品の分解方法とそれに対応する排出方法によって決まります。外観要求が厳しい設計者は、設計初期段階で設計状態と一般的な分解方法を考慮する。これは、構造エンジニアが後から外観に抜き勾配を追加する場合、外観にある程度の影響を与えるからである。

もちろん、次のステップに進む前に、この影響を外観デザイナーが認識する必要がある。そうでなければ、構造エンジニアは元の外観を保ちつつ、他の排出方法を検討しなければならない。このプロセスには、構造エンジニアと外観デザイナーとの間の絶え間ないコミュニケーションと協力が必要である。企業によって構造と外観の重視する点が異なる場合があり、製品の品質とコストの違いにつながる。

上の画像は、代表的なシェーバーの本体デザインの変遷を示している：

最初のデザイン：

アッパーシェルとロアシェルを備えた初期のデザイン。アッパーシェルとロアシェルのパーティングラインにはドラフトアングルが必要。抜き勾配をつけた後、アッパーシェルとロアシェルの接合部はわずかに変化し、接線ではなくなるので、違和感の原因となるシャープなエッジを減らすために、ここに装飾的なラインを加えることが多い。

セカンドデザイン：

最初のデザインの問題点を解決するため、装飾的な要素も兼ねたミドルシェルが追加された。これによって全体的な外観は大幅に向上したが、部品が1つ増えるというコストがかかる。

第3のデザイン

本体は1ピースで円筒形のミニマルなスタイル。側面に抜き勾配がなく、隙間もないため、オリジナルのデザインを完全に残している。現在人気のデザイン手法である。

同様の傾向はドライヤーにも当てはまり、伝統的なものから、部品点数が少なく、ドラフトアングルからの見た目に影響を与えない、モダンでシンプルなデザインへと移行している。

ゼロ・ドラフト・アングル金型：

円筒形の外観を持つ製品の中には、美観を保つために抜き勾配を避けるものがある。シェルが金属の場合、アルミ押出成形では、内壁と外壁の抜き勾配をゼロにすることができます。プラスチック部品の場合、内壁にはやはり抜き勾配が必要で、外壁はサイドスライダーを使って成形する。

Apple Pencil第1世代ゼロドラフトアングル：

第1世代のApple Pencilの胴軸はプラスチック製で、内壁と外壁の両方に抜き勾配ゼロの長い部分があります。外壁の抜き勾配をゼロにするためには、先に述べた解決策が使えますが、内壁の抜き勾配をゼロにすることはより困難です。

アップルが出願した特許によると、この解決策には、柔軟なスロット付き金属スリーブ（図3）と金属製インナーコア（図5）の2つの部品からなる柔軟なモールドコアを使用することが含まれる。この柔軟なスリーブは特定の条件下で弾性変形することができ、アップルペンシルの円筒形の空洞から引き抜くことができる。

具体的な実施方法：

金属スリーブは低摩擦金属製で、プラスチックとの摩擦を低減するために外面が研磨されている。スリーブには連続したスロットがあり、弾性変形スペースが確保されている。対応する金属製インナーコアには隆起したキーがあり、これらが一体となって金型コアを形成する（図6）。

射出工程では、まず金型内に金型コアを配置し、次に外型を閉じて（図9）射出成形を完了する。成形後、まず金属製インナーコアが取り除かれ、フレキシブルスリーブが内側に弾性変形するためのスペースが作られます。この内方への収縮により、金属スリーブはプラスチック部品の内壁からある程度剥離し、スリーブをプラスチック部品の内壁から容易に引き抜くことができる（特許では、アップルペンシルの円筒形のプラスチックバレルを説明するために三角柱の例を用いている）。

概要

最後にもう一度、ドラフト角の重要性を強調します。適切な抜き勾配設計は、製品の品質と生産効率に決定的な影響を与えます。抜き勾配が製品に与える影響を理解し、金型設計に正しく応用することで、金型設計業務の改善、製品の品質向上、生産効率の向上が可能になります。