現代の機器設計において、複雑なゴム形状が一般的になりつつある理由
最初の図面は、単純なガスケットを描いたものでした。2番目の図面には、2本の位置決めピン、圧力逃がしリップ、3つのポートシール、フレキシブルヒンジ、そしてロボットが同時に使用できるピックアップタブが含まれていました。それぞれの機能により、少なくとも1つの部品または工程を削減することができました。これらを合わせると、最初の見積もりでは網羅されていなかった金型と検査に関する課題が明らかになりました。
エンジニアは、ゴム部品にシール、可動、保持、クッション、流体の搬送、アセンブリのサポートなど、あらゆる機能を1つの部品で実現したいと考えているため、複雑なゴム部品の設計がますます多く用いられるようになっています。最新の成形技術によってこれらの部品を製造することは可能ですが、部品の製造性や機能的な余裕は、図面に基づいて継続的に改善していく必要があります。
関数によって最初の曲線が得られる
場合によっては、成形されたビードによって、フランジ全体に負荷をかけることなく、ポート領域全体に均等に圧力をかけることができます。部品の中空部分は、加わる力を軽減できます。圧力移動は、ダイヤフラム部品で行うことができます。成形の場合、ファスナーを待つ必要さえありません。ピンで部品を直接位置決めできます。
機能が統合された部品を使用することで、緩んだ部品や組み立て工程の一部を削減できますが、複数の故障原因が生じる可能性があります。位置決めピンの破損は、最初はシール性能に影響を与えないかもしれませんが、ダイヤフラムの厚さのわずかな誤差でも、すぐに誤作動につながる可能性があります。
パッケージングは最後の機能を提供する
スペースの制約上、シールには複数のポートと、可能な限り細いサイズのビードを収容する必要があります。電子部品は、バリア、冷却装置、通気口で囲む必要があります。
パーカーのエンジンのディーゼルを冷却するためのオイルを保持する機械の部品は、これらの変更により、単純なゴムリングから複数のポートを囲む複雑なものまで、さまざまなタイプのダイヤモンドシールが開発されたケースです。冷却液が入る部品とオイルが入る部品には、それぞれ適切な化合物が選択されました。パーカーによると、この部品をエンジンに取り付け、3,000時間の温度変化を伴うサイクルベンチで実施したテストは完了しています。[2]
小規模なスケールでは変動が拡大する
SIMTECのウェアラブル血糖値モニタリングケースは、2つのLSRプラスポリカーボネート部品を含む、0.03グラム、0.11グラム、0.33グラムの部品で構成されています。厳しい公差、小型サイズ、静電気による取り扱いのため、特殊な工具、キャビティ分離、カスタムクリーンルームセルが必要となりました。[1]
この事例は、ゴム部品の設計の複雑さが成形キャビティの範囲を超えて広がることを示している。小さなカスタム成形ゴムは、充填は容易でも、脱型、計数、向きの把握が困難な場合がある。形状が変化する可能性があるうちに、取り扱い面やパッケージングを見直す必要がある。
型は形状を解放しなければならない
アンダーカット、薄いウェブ、深いリブは、離型時に部品が伸びる箇所に影響を与えます。ある形状が組み立て時には正常に機能しても、パーティングラインで破れたり、金型の反対側に残ってしまう可能性があります。抜き勾配、遮断、ベント、エジェクタの戦略については、成形業者と協議する必要があります。
精密ゴム成形は、流動性にも左右されます。薄い部分は、離れた部分が充填される前に凍結または硬化する可能性があります。厚い部分から薄い部分への移行部には空気が閉じ込められることがあります。ゲートの位置によっては、最も応力のかかる部分に焼き付き線が生じる場合があります。シミュレーションは議論を裏付けるものですが、金型試作に取って代わるものではありません。
測定ニーズに関する地域的な質問
全体的な形状公差では、重要な特徴が見落とされてしまう可能性があります。マルチポートシールでは、ボルト穴に対するビードの高さと位置を個別に測定する必要があるかもしれません。ダイヤフラムでは、中央の測定値だけでなく、厚みマップが必要になるかもしれません。ヒンジでは、力と変位の関係を測定する必要があるかもしれません。
特注成形ゴムはプローブの圧力によって変形し、自由形状は設置時の形状と異なる場合があります。検査計画には、支持条件、調整条件、基準点、接触力を明記する必要があります。コントラストと表面反射が制御されている場合は、光学的手法が有効です。
モデル化によって方向性が予測される
パーカー社のインテグラルシールガイドでは、有限要素解析によって断面形状と材料データを用いて変形と応力集中を予測できると述べている。また、予測は過去の材料知識と特定の性能試験と組み合わせるべきであるとも述べている。[3]
その限界値は、一体型部品にとって重要です。適切な化合物と温度における超弾性データが必要であり、摩擦や接触に関する仮定によって予測される圧縮量が変わる可能性があります。カラフルな応力分布図は、漏れ試験ではありません。
複雑性には失敗マップが必要だ
図面上の各フィーチャーに、その機能、負荷、および変更による影響を明記します。次に、そのフィーチャーを作成するプロセスフィーチャーと、それを検証するメソッドに接続します。このマップにより、要件を保護することなくコストを増加させるフィーチャーが明らかになります。
複雑な形状のゴム部品の場合、試作品は重要な厚み、表面、材質をできる限り忠実に再現する必要があります。プリントされた軟質ポリマーは、パッケージング性能の確認には役立ちますが、反発力、接着強度、疲労強度についてはほとんど何も示しません。
機能別リリース
キャビティごと、およびすべての二次加工後に、精密ゴム成形を検証します。重要な局所形状を測定し、ゲートとベントを検査し、代表的なハードウェアで各意図された機能をテストします。熱、流体、圧力、および動作のサイクルを、装置が実際に受ける順序で追加します。
試験後、元の形状図と照らし合わせて損傷箇所を特定します。ポート付近の漏れ、ヒンジ根元の裂け目、ビードの取り扱い痕などは、別の修正箇所を示しています。これにより、ゴム部品の設計上の複雑さが、謎めいたものではなく、診断可能なものとなります。
特注成形ゴム部品の再利用は、統合によって既存の組み立て上のリスクや漏れのリスクが解消される場合に正当化されます。しかし、その形状が単に部品内部の複数の制御不能な公差を隠すだけであれば、簡素化の方がより優れた設計判断となる可能性があります。
公差レビューには、金型のメンテナンスも含まれるべきです。薄い遮断部や小さな通気口は、金型の摩耗や洗浄によって変化する可能性があります。メンテナンス後にチェックする寸法や表面特性を明確に定義し、金型が通常の生産に戻る前に、初回比較データを保存してください。
Yidaは、顧客から3Dモデル、機能、嵌合金具、材料、荷重、組立方法、試験限界値などの情報を提供していただければ、多機能ゴム部品の検討を行うことができます。これにより、複雑な形状を成形可能で測定可能なエンジニアリング上の課題に分解することが可能になります。
