経験豊富な製品設計者は射出成形プロセスを深く理解しており、プラスチック部品の設計において多くの要素を考慮しています。この記事では、肉厚、抜き勾配、リブ、穴、ボス、スナップフィット、プレスフィット、公差など、プラスチック成形品の設計における重要な要素に焦点を当てています。-
プラスチック部品設計における肉厚
適切な壁の厚さを決定することが重要です。リブや半径などの他のフィーチャーは壁の厚さに関係します。プラスチック製品の壁の厚さは、耐えなければならない外力、他のコンポーネントのサポート、プラスチック材料の特性、重量、電気的性能、寸法精度、安定性、組み立て要件など、さまざまな要因によって決まります。
通常、熱可塑性材料の壁の厚さは 1 ～ 6 mm の範囲であり、2 ～ 3 mm が最も一般的です。大きなサイズの部品の場合、肉厚は 6 mm を超える場合があります。表 1 に、さまざまな熱可塑性材料の推奨肉厚値を示します。
肉厚の均一性
均一な肉厚は、プラスチック部品の設計における重要な原則です。 -壁の厚さが不均一であると、不均一なメルト フローと冷却収縮が発生し、ヒケ、ボイド、反り、さらには亀裂などの欠陥が発生します。さらに、収縮マーク、内部応力、変形、色差、透明度の変化が発生する可能性があります。壁が薄すぎると、使用中および組み立て中に部品の強度と剛性が低下する可能性があります。経済的な観点から見ると、部品が厚すぎると材料費と生産時間が増加します。厚いプラスチック領域は冷却が遅くなり、ヒケが発生しやすくなります。図 1 は、均一な肉厚の設計を示しています。
厚い部分から薄い部分への移行が避けられない場合は、図 2 に示すように、最大肉厚比 3:1 を維持しながら段階的に移行する必要があります。
多くの場合、設計者はリブを利用して壁の厚さを変更できます。これにより、材料が節約され、生産コストが削減されるだけでなく、冷却時間も短縮されます。冷却時間は壁の厚さにほぼ比例します。
さらに、設計者は、溶融材料がゲートからキャビティのさまざまな部分まで移動する距離である流路長も考慮する必要があります。通常、流路の長さは壁の厚さに比例します。壁の厚さが厚くなると、流路が長くなります。流路の長さと壁の厚さの比率が高すぎると、ゲートから遠く離れたところで材料の不足や充填の不完全が発生する可能性があります。したがって、場合によっては、壁の厚さを増やす必要があるかもしれません。
鋭い角
鋭い角は部品の欠陥や応力集中を引き起こすことがよくあります。これらの領域は、電気メッキや塗装などの後処理中に材料が蓄積しやすいです。-応力集中により、荷重や衝撃がかかると部品が破損する可能性があります。したがって、設計では鋭い角を避ける必要があります。図 3 は、鋭いコーナーのデザインの例を示しています。
アプローチ角度と射出方向の考慮事項
突き出し方向とパーティングライン
射出成形品の設計の初めに、射出方向とパーティングラインを決定することが重要です。これにより、サイドアクション機構の必要性が最小限に抑えられ、パーティング ラインが外観に与える影響が軽減されます。-突き出し方向が決定したら、リブ、スナップフィット、突起などの構造をそれに合わせて横方向の動きを回避し、編み線を減らし、金型の寿命を延ばす必要があります。-その後、製品の外観と性能を向上させるために、適切なパーティング ラインを選択できます。
部品を金型から取り外すときは、突き出し力と開く力に勝たなければなりません。開口力とは、部品がキャビティから分離するプロセスを指します。部品が金型内で冷えると収縮し、穴の壁がコアをしっかりと掴みます。部品とコアの間の摩擦、穴の底の真空付着、およびその他の要因により、排出力は開口力よりもはるかに大きくなります。過剰な突き出し力は、部品の変形、白化、しわ、表面の摩耗を引き起こす可能性があります。
抜き勾配角度
抜き勾配角度は、排出力の大きさを決定する上で重要です。射出成形部品は冷却して収縮した後にコア (雄部品) に付着することが多いため、キャビティとコアの両方に同じ抜き勾配を使用すると、壁の厚さが均一になり、突出後に部品が高温のキャビティに付着するのを防ぎます。特殊なケースでは、突き出し後に部品をキャビティに貼り付ける必要がある場合は、隣接するキャビティの抜き勾配を小さくするか、キャビティに意図的なアンダーカットを追加することができます。
抜き勾配角度には固定値はありません。通常は経験的に決定されます。高度に研磨された外壁では、1/8 または 1/4 度という小さな抜き勾配を使用できます。深いパーツやテクスチャのあるパーツの場合は、それに応じて抜き勾配角度を大きくする必要があります。通常、テクスチャ深さが 0.025 mm ごとに、抜き勾配を 1 度増やす必要があります。
さらに、抜き勾配が大きいと一般に部品の脱型が容易になりますが、寸法精度を維持することが最も重要です。抜き勾配によって生じる寸法誤差は、精度公差内に収める必要があります。収縮率が高い部品や複雑な形状の部品の場合は、より大きな抜き勾配を考慮する必要があります。
プラスチック部品のリブ設計
プラスチック部品の強度は、肉厚の増加だけに依存するわけではありません。実際、壁の厚さが増すと収縮が大きくなり、内部応力が発生して実際の強度が低下します。プラスチック部品の強度を向上させる鍵は剛性にあります。これは多くの場合、薄壁構造と戦略的に配置されたリブを組み合わせて断面係数を高めることで実現されます。-
リブ設計の考慮事項
ただし、リブを追加すると主壁との接合部の厚みが増加します。この厚さは通常、最大の内接円の直径によって決まり、その直径はリブの厚さと根元の半径によって決まります。底壁の厚さが 4 mm の場合、リブの厚さと根元の半径を変えると、最大内接円の直径が変わります。図 4 は、局所的な壁の厚さが増加すると、反対側の表面にヒケが発生し、外観に影響を与える可能性があることを示しています。合理的な設計により、表面の凹みの可能性が軽減され、部品の品質が向上します。
分析の結果、リブの厚さは一定の範囲内で可能な限り最小化する必要があることがわかりました。リブが薄すぎる場合は、剛性を維持するためにリブの高さを高くする必要があります。ただし、リブが薄すぎると、射出中に座屈が発生したり、金型の充填が困難になったり、金型に固着したりする可能性があります。応力集中を避けるために、リブの基部の半径は小さすぎてはなりません。
通常、リブの根元半径はリブの厚さの少なくとも 40% である必要があります。リブの厚さはベース壁の厚さの 50% ～ 75% である必要があり、より高いパーセンテージは低収縮の材料にのみ適用されます。リブの高さはベースの厚さの 5 倍未満にする必要があります。リブには抜き勾配が必要であり、リブの方向は突き出し方向と一致している必要があります。そうでない場合は、可動金型コンポーネントを使用できます。リブ間の間隔はベースの厚さの 2 倍以上にする必要があります。
全方向に均一な剛性を実現するには、縦方向と横方向の両方にリブを追加し、リブが直交するようにするのが最も簡単な方法です。ただし、これにより交差部の壁の厚さが増加し、収縮が大きくなります。一般的な解決策は、図 5 に示すように、交差点に円形の穴を追加して均一な壁の厚さを形成することです。
プラスチック部品の穴に関する設計上の考慮事項
1. 穴の位置と強度
組み立てや機能を容易にするために、プラスチック部品に穴を組み込むのが一般的です。理想的には、これらの穴のサイズと位置によって製品の強度が損なわれたり、製造の複雑さが増大したりしてはなりません。主な考慮事項:
隣接する穴間の距離、または穴から最も近い端までの距離は、少なくとも穴の直径と等しくなければなりません。これは、破損を防ぐために、エッジ近くの穴の場合に特に重要です。ねじ穴の場合、穴から製品の端までの距離は通常、穴の直径の 3 倍より長くなります。
2. 穴の種類
穴には貫通穴、止り穴、段付き穴などさまざまな種類があります。組み立ての観点から見ると、貫通穴は止まり穴よりも一般的であり、加工が容易です。金型設計上はスルーホールの方が構造がシンプルです。これらは、金型の可動部分と固定部分の両方に中子を配置することによって、または 1 つの部分のみに 1 つの中子を使用することによって形成できます。前者は、溶融プラスチックの作用下で 2 つの片持ち梁を作成しますが、梁の長さが短いため、変形は最小限に抑えられます。後者は通常、変形も最小限で、単純に支持された梁を形成します。 2 つのコアを使用する場合、位置ずれを防止し、滑らかな嵌合面を確保するために、それらの直径はわずかに異なる必要があります。カンチレバー コア ピンによって形成された止まり穴は、溶融プラスチックの衝撃により曲がりやすく、穴の形状が不規則になります。通常、止まり穴の深さは直径の 2 倍を超えてはなりません。直径が 1.5 mm 以下の止まり穴の場合、深さは直径を超えてはなりません。収縮を避けるために、止まり穴の底の壁の厚さは穴の直径の少なくとも 1/6 である必要があります。-。
3. 横穴
通常、サイドホールはサイドコアを使用して形成されますが、特にサイドコアが長くて破損しやすい場合、金型のコストとメンテナンスが増加します。可能であれば、図 6 に示すように設計を改善して、これらの問題を軽減できます。
プラスチック部品設計におけるボス
ボスは通常、主要な肉厚から突き出ており、製品の組み立て、物体の間隔をあけたり、他のコンポーネントを支持したりするために使用されます。中空ボスにはインサートやネジを取り付けることができます。これらの用途では、ボスには亀裂が生じることなく圧力に耐えられる十分な強度が必要です。ボスは通常、円筒形です。これは、この形状が成形しやすく、機械的特性が優れているためです。
構造との統合
理想的には、ボスは独立した円筒として設計されるべきではなく、外壁に接続されるか、リブと組み合わせて使用されるべきです。このアプローチにより、ボスの強度が向上し、プラスチック材料のスムーズな流れが促進されます。外壁への接続は、ヒケを避けるために薄壁で接続する必要があります。-
ボスが基板に接続するベースのフィレット半径は、基板の厚さの 0.4 ～ 0.6 倍にする必要があります。ボス肉厚は基板厚さの 0.5 ～ 0.75 倍としてください。ネジの取り付けを容易にするために、ボスの上部は面取りされている必要があります。ボスには抜き勾配も必要です。これらの設計要件はリブの要件と似ているため、ボスはリブのバリエーションと考えることができます。これらの関係については、図 7 と図 8 を参照してください。
セルフタッピングネジ用のネジ付きボス-
タッピンねじの接続には多くのボスが使用されます。{0}これらのボスの雌ねじは、切断ではなく変形によってプラスチックを成形するコールドフロー成形プロセスによって形成されます。-ねじ付きボスの寸法は、ねじの挿入力とねじが担う荷重に耐えるのに十分な大きさでなければなりません。ボスの穴径は、指定されたトルクと振動条件下でネジが確実に固定されるようにする必要があります。
ボスの外径は、ねじ締め時に発生する周方向の力に破損することなく耐える必要があります。ネジの挿入を容易にするために、通常、ネジの公称直径よりわずかに大きい直径の皿穴がボスの上部に設けられています。ボスの寸法の計算は複雑になる場合があります。
海外のウェブサイトで提案されているねじの呼び径に基づく簡易推定方法を推奨します。まずねじの材質を決定し、表中の対応する係数をもとにねじの呼び径に係数を代入して適切なサイズを決定します。
プラスチック部品設計におけるスナップフィット接続-
スナップフィット アセンブリは、便利で経済的で環境に優しい接続方法です。{0}}スナップフィット コンポーネントは製品と同時に成形されるため、ネジなどの追加の留め具が不要になります。組み立ては対応するパーツをはめ込むだけです。
スナップフィット接続の原理では、あるコンポーネントの突出部分を別のコンポーネントの障害物の上に押し込みます。-このプロセスには弾性変形が含まれます。障害物が取り除かれると、図 9 に示すように、パーツは元の形状に戻り、所定の位置にロックされます。スナップフィット接続は永久的なものでも、取り外し可能のものでも可能です。-
構造的には、スナップフィットは、図 10 に示すように、カンチレバー、環状、球状のタイプに分類できます。{0}
キーの角度と計算
臨界角
スナップフィット設計における 2 つの重要な角度は、リターン角度（または保持角度）とリードイン角度です。-一般に、戻り角が大きいほど、より確実にフィットします。図 11 に示すように、戻り角度が 90 度に近づくと、スナップフィット接続が永久的になります-。
