カスタムゴム部品において金型設計が重要な理由
完成した図面があれば、ゴム部品は完成品のように見える。寸法も材料名も決まり、年間生産量も見積もられている。しかし、まだ一つ疑問が残る。未加硫ゴムをその形状にどうやって入れ、閉じ込められた空気を抜き、均一に加硫させ、損傷なく取り出すか？ それこそが、カスタムゴム金型設計の仕事なのだ。
見積もり段階までこれらの選択肢が残されている場合、金型メーカーは不足部分を補う必要があります。2つのサプライヤーが同じ図面に基づいて見積もりを出しても、想定するパーティングライン、ランナーの体積、キャビティ数、仕上げ作業は異なる場合があります。価格は必ずしも矛盾しているわけではなく、2つの異なる生産計画を示している可能性があります。
ISO 3302-1:2014は2024年に現行規格として承認されました。この規格は、関連する成形、押出、カレンダー加工された固体ゴム製品の寸法公差クラスを規定しています。ゲートの選択、キャビティから空気を排出する場所の指示、部品がアセンブリ内でシールされることの証明は規定していません。[3]
金型は鋼鉄で行われる工程上の決定である
ゴム成形金型は、単に形状を再現するだけではありません。材料の投入位置、移動距離、金型が閉じる際に接する面、バリが発生する可能性のある箇所、そして硬化後の部品を取り出す際に移動する方向など、あらゆる要素を規定します。これらの決定事項は、製品発売後のすべての生産サイクルに影響を与えます。
ある公開事例は、レイアウトがどれほど変化しうるかを示している。
SIGMA Engineeringは、ASPEM Ferramentaria社と計画中の700×550mmの48キャビティのエラストマー金型に関する事例を発表した。元のランナー容積は159cm³であった。シミュレーションを使用して、チャネルを段階的に縮小しながら、せん断速度、スコーチ、射出圧力を調べた。[1]
報告された結果は、ランナー容積が47%削減され、1ショットあたりの材料使用量が89g減少したというものだった。再設計されたランナーは、使用可能な機械の最大圧力1,800バールに対し、1,064バールを必要とした。ケース出版社は、公表されているサイクル、シフト、ゴム価格の仮定に基づいて、年間材料費の節約額を33,108米ドルと算出した。[1]
同じプロジェクトに関する別の報告では、あまり知られていない発見が付け加えられている。熱分析の結果、4つの角の空洞の加熱状態が異なっていたことが分かった。310秒の時点で、中央部分は平均90%の硬化に達していたのに対し、角の部分は75%だった。これらの4つの位置を取り除くことで、報告されているサイクルは340秒から310秒に短縮された。[2]
これらはケース出版社のシミュレーション結果と節約額の計算であり、独立した監査を受けた数値でも、Yida社のプロジェクトでもありません。ここで重要なのはパーセンテージではなく、最も優れた商業レイアウトとは、単にキャビティの数が多いレイアウトやランナーの長さが最も長いレイアウトではないということです。
紛争の秘密は、たった一つのシンプルな要素の下に隠されている
分離マークを作成する必要があります
ゴムのパーティングラインは通常、金型の一部とみなされ、図面が完成・承認された後にのみ検討されることが多い。しかし実際には、このラインは使用中にシールランド、部品の化粧面、または自動供給装置が使用するエッジを通過する可能性がある。そのため、わずかなラインの隆起や位置ずれが機能上の問題となることがある。
ゴムのシールマークを凹部や未加工面に配置することで、部品の機能を保護する方が有利な場合もあります。しかし、その結果として金型製作の難易度が上がる可能性があります。図面では、重要な面と通常の面を明確に区別する必要があります。あらゆる箇所に目に見えない線があると期待するのはよくある間違いです。なぜなら、そうすると不確実性が価格に転嫁される可能性が非常に高いからです。
空気を抜く必要があるのに、ゴムは同じ経路をたどることができないのか？
加硫によって発生したガスや、ゲートやランナーを通して金型内に導入されたその他の空気は、金型キャビティから排出される必要があります。通常、このような空気の排出は、金型の通気口によって行われます。適切な通気が行われないと、成形品の充填が不完全になったり、焦げ付きやガスの閉じ込めが生じたりして、欠陥につながることは間違いありません。しかし、必要以上に深い通気口では、ゴムが過剰に流れ込み、余分なバリが発生する可能性もあります。
ゴム成形における通気孔の設計を単一の溝深さに簡略化して別のモデルから単純に再現できない理由の一つは、加硫ゴムの特性や成形工程で使用される圧力によって、排出される空気の量が変化するためです。さらに、成形型の充填パターン、ゴム材料の温度、許容されるバリの量なども影響を与えます。シミュレーションによってエアトラップを検出することは可能ですが、成形型が適切に機能する範囲を確認するには、やはり試験が必要です。
短いランナーが必ずしも優れたランナーとは限らない
多くの加硫ゴム製造工程で使用されるブルナー材は、通常の熱可塑性樹脂スクラップのように溶融して再利用することはできません。そのため、ランナーの容積を減らすことは、材料の節約に大きく貢献する可能性があります。しかし、チャネルが過度に小さいと、圧力上昇、せん断、ゴムの焦げ付き、空洞への充填ムラなどのリスクが生じる可能性があります。
このASPEM社の事例における再設計は、単に直感的にランナーを縮小するのではなく、材料とランナーに関する制約を監視していたことを示しています。ランナーバランスはそれを測定する一つの方法にすぎません。さらに、CADで示される最短経路だけでなく、キャビティの終端や連続する生産ロット間のランナーバランスも評価する必要があります。
温度は形状の一部です
キャビティだけが動作に関与しているわけではないことを忘れてはならない。ヒーターの位置、金属板の厚さ、インサート、コールドランナー部品、および端部での熱損失は、温度場の変動に影響を与える。鋼製部品は設定温度に達しているかもしれないが、ゴム部品はまだある程度硬化している最中であったり、そもそも硬化温度まで加熱されていない場合もある。
中央部分は良好な成形ができるものの、コーナー部分が不安定な金型は、上記の説明の一例です。サイクル時間を長くすると、最も低温になる部分は保護されますが、同時に他のすべての部分の保持時間が長くなります。適切な熱配置やキャビティ位置の変更がより良い解決策となるでしょう。
ピックアップが問題です
延性ゴムは、硬質塑性部品が固着してしまうような場合でもゴム金型から容易に剥離できる能力を備えていますが、延性には限界があります。適切な射出力が加えられない場合、薄いリップが折り曲がったり、ベローズが伸びたり、接着されたインサートが滑ったりする可能性があります。表面仕上げと射出方向は、単なる美観だけでなく、重要な生産パラメータです。
設計者は、手動剥離、エアアシスト、ブラシ、エジェクター、ロボット、専用治具など、実際の排出方法も考慮する必要があります。部品のスプリングバックが予測できない場合、排出後にその後の検査や供給が大きなボトルネックになる可能性があります。
ツールの価格は最初のコスト問題にすぎません
ゴム成形金型のコストは、キャビティ、精密インサート、スライド、コールドランナーシステム、センサー、自動化などによって上昇します。しかし、初期見積もりが安くても、ランナーの無駄が多くなったり、トリミングに時間がかかったり、洗浄頻度が高かったり、生産量が不安定になったりすると、プログラム全体で見ると高額になる可能性があります。
比較を行う際には、ゴム成形金型の初期費用と、材料費、サイクル費用、仕上げ費用、検査費用、メンテナンス費用といった継続的な費用を分けて検討することが重要です。各サプライヤーに対し、有効なキャビティ数、想定される製造工程、ランナー処理方法、通常のメンテナンス範囲、そして提示されたサイクルで実際にどれだけの生産量が見込めるかを明記するよう依頼してください。
2つの標準規格は役立つが、どちらもツールの設計には役立たない
ISO 3302-1は、購入者と供給者がその適用範囲内の製品の寸法公差クラスを表現するのに役立ちます。精密トロイダルシールリングは明示的に除外されているため、Oリングに無条件に適用すべきではありません。さらに重要なことに、寸法適合性だけでは、漏れ、保持力、疲労寿命は保証されません。[3]
ASTM D3767は、ゴム製品および試験片の寸法を測定する方法を規定している。この規格では、測定器の圧力が、柔らかく柔軟な材料の観察される厚さに大きく影響する可能性があることを指摘している。詳細な仕様では、測定方法、サンプリング、および測定位置を定義する必要がある。[4]
これらの制限は、金型レビューにおいて重要です。金型の2つの半分にまたがる重要な寸法は、1つのインサート内に形成される形状とは、位置合わせやバリに対する反応が異なる場合があります。互換性のある測定指示のない図面公差は、部品製造後に意見の相違を生む可能性があります。
サンプルを承認したからといって、金型が完成したとみなしてはいけません。
いくつかの魅力的なサンプルは、少なくともある条件下ではこのツールが良質な部品を製造できることを示しています。ゴム金型の検証では、別の疑問が生じます。すなわち、通常のウォームアップ、取り扱い、バリ取り、検査の後でも、意図したキャビティとプロセスで許容できる完成品を作り続けられるかどうかです。
ゴム金型の検証においては、部品をまとめてすぐに成形するのではなく、キャビティごとに確認します。合意された方法を用いて、重要な形状を測定します。仕上げ後、ゲートと機能的なエッジを検査します。その後、代表的な嵌合部品を用いて、シール性、保持力、力、または動作をテストします。
温度バランスと通常の生産リズムを観察できる十分な時間運転してください。停止、洗浄、再起動などの重要な条件も記録してください。配合バッチ、金型改訂、プロセス設定を記録しておけば、後日改善や不具合が発生した場合に、実際の変更点を特定できます。
「バリレス」という言葉も、慎重に使う必要がある。金型専門メーカーのDesenco社は、完全にバリのないプロセスは実際には存在しないと述べている。実際的な目標は、部品仕様の範囲内でバリを制御することである。そのため、包括的な表現よりも、許容される位置と限界値の方が有用である。[5]
鉄を切る前に、より良い対話をしよう
まず、作業面から始めます。シール、屈曲、位置決め、接着、または顧客との面合わせを行う箇所を示します。次に、組立方向、嵌合形状、使用媒体、温度、および必要な機能テストを追加します。その後、ゲートマーク、パーティングライン痕、または少量の制御されたバリが許容される箇所について説明します。
楽観的な生涯数量だけでなく、実際の年間需要と注文パターンを共有してください。サンプリングするキャビティの数、ソフト寸法の測定方法、量産開始前に実証しなければならない事項などを合意してください。これらの詳細を定めることで、サプライヤーは図面から推測するのではなく、プロセスに基づいた価格設定を行うことができます。
Yidaが新しい部品を検討する際、最も有用な出発点となる資料は、図面、可能であれば3Dモデル、配合要件または性能要件、嵌合部品情報、および予想需要です。これらの情報があれば、単一の金型価格の中に隠れてしまうことなく、機能性と再現性を中心に据えたカスタムゴム金型設計について議論することができます。
