射出速度と射出圧力を理解する

射出成形には、温度、時間、圧力、速度、位置など、いくつかの重要な要素が関係する。温度、時間、位置は比較的簡単ですが、射出速度と射出圧力はより複雑です。特に射出速度は、他のプロセスパラメーターのように標準化された基準データがないため、成形プロセスの制御が難しい側面があります。

今日は、射出速度、射出圧力、そしてそれらの相互関係を理解することに焦点を当てよう。

射出速度とは？

通常、設定射出速度はスクリューの前進速度を指す。しかし、重要なのは金型キャビティ内の溶融物の流速であり、これは流れ方向の断面積に依存する。

射出速度と製品の品質には密接な関係があり、射出成形における重要なパラメータとなっています。ゲート付近、本体部、流動端部の充填速度を設定し、対応する射出位置を調整することで、外観が良く、内部応力の少ない製品を製造することができます。

多段射出速度の概念

射出速度の制御には、スクリューの射出ストロークをいくつかの段階に分け、それぞれの段階で適切な射出速度を使用することが含まれる。

多段射出速度の設定手順（3段射出の例）

最初の一歩 まずV1、V2、V3を同じ速度に設定し、5%程度から徐々に5%刻みで射出速度を上げ、外観を観察する。ゲート付近、本体部、流動末端部で良好な外観が得られる速度を大まかに特定する。各段階の適切な速度を決定するために、既存のトライアルデータを使用することもできる。

第二段階： スクリューストロークの初期推定値（S1、S2、S3）に基づき、S1はゲート周辺で見栄えの良い速度V1、S2は本体で見栄えの良い速度V2、S3は流動末端付近で見栄えの良い速度V3を入力し、試射を行う。

第3ステップ S1」を前後に動かして、ゲートと本体付近の見栄えの良いベストポジションを探し、「S2」を調整して本体と流端のベストポジションを探します。切替位置（S3）の調整も、以下の克服に役立ちます。 射出成形の欠陥 フローエンドでのフラッシュや外観の悪さなど。

射出速度設定の原則

1.流体の表面速度は一定でなければならない。

2.注入中に融液が凍結するのを防ぐため、急速注入を使用する。

3.射出速度の設定は、ゲートでは速度を落とす一方で、（ランナーのような）重要なエリアでは速く充填することを考慮すべきである。

4.金型キャビティが満たされていることを確認し、過充填、バリ、残留応力を防ぐために直ちに停止する。

5.速度分割は、金型の形状、その他の流れの制限、および不安定要因を考慮しなければならない。

速度を適切に設定するには、射出成形のプロセスと材料についてよく理解する必要があります。溶融流速を直接測定するのは難しいので、スクリューの前進速度やキャビティ圧（逆止弁が漏れていないことを確認する）を測定することで間接的に算出することができる。

射出速度設定における金型形状の影響

1. 薄肉部は高速射出が要求される。
2. 肉厚部品は、欠陥を避けるために低速-高速-低速の速度曲線が必要である。
3. 製品の品質基準を確保するために、射出速度の設定はメルトフロントの流速を一定に保つ必要がある。溶融物の流速は、部品の分子配列と表面状態に影響するため、非常に重要である。
4. メルトフロントがある断面積に達すると、そのスピードは落ちるはずだ。
5. 放射状に拡散する鋳型の場合、メルトフローをバランスよく増加させる。
6. 長い流路は、メルトフロントの冷却を抑えるために素早く充填されなければならない。
7. 射出速度を調整することで、ゲートでの遅い流れに起因する欠陥をなくすことができる。溶融物がノズルとランナーを通過してゲートに到達するとき、溶融物前面の表面はすでに冷却され固化している可能性があり、あるいは、溶融物をゲートに押し出すのに十分な圧力がかかるまで、ランナーの急激な狭まりにより溶融物が失速し、ゲートでの圧力がピークに達する可能性がある。
8. 高い圧力は材料を傷つけ、フローラインやゲートでの焦げなどの表面欠陥を引き起こす可能性があります。この問題は、ゲートの直前で速度を落としてゲートでの過度のせん断を防ぎ、射出速度を元の値に戻すことで対処できる。ゲートでの射出速度を正確に制御することは非常に困難であるため、ランナーの最終セクションで速度を落とすことがより良い戦略である。

射出スピードによる製品不良の改善

フラッシュ

射出終了時の速度をコントロールすることで、バリ、スコーチ、空気の閉じ込めなどの欠陥を回避または低減することができる。充填終了時に速度を落とすことで、キャビティへの過充填を防ぎ、バリ発生を回避し、残留応力を低減することができます。金型流路の末端でのベント不良や充填の問題に起因する空気の閉じ込めも、特に射出終了時のベント速度を下げることで対処できます。

ショートショット

ゲートでの速度が遅すぎたり、局所的な流れの閉塞は、溶融物の凝固によるショートショットの原因となる。ゲートを通過した直後や、局所的な流れの閉塞がある場所で射出速度を上げることで、この問題を解決することができる。フローマーク、ゲートでの焼け跡、熱に弱い材料での層間剥離などの欠陥は、ゲートを通過する際の過度のせん断が原因です。

スプレイマーク

部品の平滑性は射出速度に依存する。ガラス繊維を充填した材料は特に敏感で、特にナイロンがそうである。スプレイ（うねり）は、粘度変化による流れの不安定さによって引き起こされる。欠陥の種類-うねりか不均一なミストか-は、流動不安定性のレベルによって決まる。

ジェッティングマーク

ジェット噴射を防ぐには、射出速度の設定により、ランナー領域への急速な充填を確保し、その後ゲートをゆっくりと通過させなければならない。この速度遷移点を特定することが重要である。早すぎると充填時間が過度に長くなり、遅すぎると過剰な流動慣性がジェッティングにつながる。溶融粘度が低いほど、またバレル温度が高いほど、ジェッティングの傾向は顕著になる。小ゲートでは高速高圧射出が必要となり、流動欠陥を引き起こす大きな要因となる。

シンクマーク

シンクマークは、より効果的な圧力伝達とより小さな圧力降下によって改善することができる。金型温度が低く、スクリューの前進速度が遅いと、流動長が大幅に短くなる。高速流動は熱損失を減少させ、摩擦による高いせん断熱のために溶融温度の上昇を引き起こし、部品の外層の肥厚速度を遅くする。

噴射システム圧力と噴射圧力

射出圧力は射出成形機の油圧システムから供給される。システム圧力は射出油圧シリンダーに作用または伝達され、そこからスクリューを通して射出溶融物に伝達されます。その後、溶融物はノズルから金型のメインチャネルに移動し、金型キャビティに射出されます。

射出成形機圧力とシステム圧力の役割

射出機の圧力： 射出中、プラスチックは流動抵抗に打ち勝ち、金型キャビティを満たすために高い射出圧力を受けなければならない。射出圧力のレベルは、成形品の品質や寸法精度だけでなく、プラスチック溶融物の性能や射出工程の安定性にも影響する。

システム圧力： システム圧力の大きさは、射出成形プロセスの精度、安定性、エネルギー消費に直接影響します。

射出成形機の圧力とシステム圧力の違い

さまざまな機能

射出圧力は、主に金型内に射出される溶融物に作用し、プラスチックの粘性と流動抵抗に打ち勝ちます。システム圧力は射出シリンダーに作用し、射出圧力に変換され、作動油を駆動するための瞬間的な運動エネルギーを提供します。

さまざまな調整方法：

噴射圧はPID制御システムによって調整され、システム圧は主に油圧システムの制御回路と昇圧ユニットによって調整される。

異なる応答時間：

射出圧力はミリ秒単位の応答時間で素早く調整されるため、制御システムは現在の圧力値に迅速に対応することができます。システム圧の調整は遅く、希望の高圧を達成するために油圧システムを加圧する時間が必要です。

射出圧力計算式

1. 射出成形機の射出圧力の計算式は次の通りである：P = K × Q / S
   • P：射出圧力、単位MPa
   • K: 射出圧力係数、プラスチックによって異なる
   • Q：射出材料の瞬間流量、単位：g/s
   • S:部品の投影面積、単位は平方センチメートル。
2. 射出圧力係数Kの決定 a. 材料特性：a.材料特性：材料によって溶融流動特性が異なるため、射出圧力のK値も異なる。製造においては、材料の特性に基づいて適切なK値を選択すべきである：b. 射出プロセスと装置：K値は射出プロセスと装置によっても異なる。従って、生産においては、射出機の性能と射出工程の要件に応じて、適切なK値を選択すべきである。

射出圧力（Pi）とシステム圧力（ポンプ圧力）の計算

射出圧力計算式 Pi (KG/CM2)：Pi = P * A / Ao

パイ射出圧力

P：ポンプ圧力

A：射出シリンダーの有効面積

Ao：ねじの断面積

A = π * D^2 / 4; D：直径; π：円周率 = 3.14159

例1： ポンプ圧がわかっていれば、噴射圧を計算できるか？

ポンプ圧力＝75KG/CM2、射出シリンダーの有効面積＝150CM2、スクリューの断面積＝15.9CM2（直径45mm）。

計算式2πR2 = 3.1415 * (45mm / 2)^2 = 1589.5 mm2 Pi = 75 * 150 / 15.9 = 707 KG/CM2

例2：噴射圧は既知、ポンプ圧は？

必要射出圧力＝900KG/CM2、射出シリンダーの有効面積＝150CM2、スクリューの断面積＝15.9CM2（直径45）

ポンプ圧力 P = Pi * Ao / A = 900 * 15.9 / 150 = 95.4 KG/CM2

噴射圧力と回転数の関係

射出圧力と射出速度の関係は相互作用的で、射出成形に直接影響します。一般的に、同じ射出速度であれば、射出圧力が高いほどプラスチックの流動性が向上し、製品の寸法精度や表面の平滑性が高まります。しかし、射出圧力が高すぎると、金型に過大な力がかかります。射出圧力が高すぎると、金型に隙間ができ、射出機の負荷が大きくなり、射出工程が不安定になります。したがって、実際には、射出圧力と射出速度は、最適な成形結果を得るために、特定の生産要件と材料特性に基づいて調整する必要があります。

結論

この記事で取り上げた射出速度と射出圧力に関する見識は、表面をなぞったに過ぎないかもしれない。例えば、射出成形の専門家は、これらの要因について学ぶと同時に、射出曲線グラフについても理解する必要があります。

私はイ・ヨンです。射出成形と金型について、インターネットや書籍から得た見識と、射出成形の実務経験を組み合わせてお伝えしています。私のコンテンツに興味を持たれた方、ご質問がある方は、お気軽に下記までご連絡ください。 [email protected] と、さらに話し合う。