プラスチック金型の設計手順｜構想設計・詳細設計と図面の受け渡し

射出成形金型の設計前に確認する製品仕様と成形機

製品図面から、形状、材質、寸法公差、外観に関する要求を読み取ります。どの寸法や表面が製品の機能に関わるかを把握して、金型の構造と加工精度を検討します。

射出成形では、樹脂が冷えて固まるときの収縮を考慮して、成形部分の寸法を決めます。収縮の程度は樹脂のグレード、製品形状、成形条件によって変わります。使用するグレードの成形収縮率と、その測定条件を確認して設計し、トライで実際の寸法を確かめます。

金型を取り付ける成形機の仕様も設計条件になります。取付寸法、使用できる金型の厚さ、型を開ける距離などに合わせて、金型の大きさと動く範囲を決めます。生産予定数量は、同時に何個の製品を成形するかという取り数を検討する際の条件です。

構想設計で決める金型の基本構造

構想設計では、成形する空間、材料の通り道、冷却、製品を取り出す仕組みを配置します。射出成形金型では、次の内容を関連付けて検討します。

型を開く方向に引っ掛かる横穴や爪などの形状を、アンダーカットと呼びます。こうした形状には、横へ動くスライドコアなどを使い、引っ掛かりを外してから製品を取り出す構造を検討します。動く部品同士がぶつからず、必要な距離を移動できることも設計条件です。

ガスベントは、金型内に残る空気や樹脂から発生するガスを外へ逃がす通路です。充填時に空気やガスが残る箇所を検討し、樹脂の種類に合わせて通路の位置と寸法を決めます。製品を型から外しやすくする抜き勾配も、取り出す方向、樹脂、表面の仕上げに合わせて検討します。

外観面と側面の爪を持つケースの構想例

外側の見える面に外観基準があり、側面に組付け用の爪を持つ樹脂ケースを仮定します。型を開く方向に爪が引っ掛かる場合は、爪を作るスライドコアを横へ引く構造を検討します。

スライドの移動距離と、突出しピンが動く位置を確かめ、その空間を避けて冷却穴を配置します。ゲートの痕や突出しピンの痕を許容する箇所は、製品の外観基準に合わせて確認します。冷却穴を変更したときも、必要な箇所を冷やせるか検討します。

詳細設計で決める部品の寸法と加工方法

詳細設計では、金型を構成する部品ごとに、寸法、公差、材質、熱処理、表面粗さを決めます。部品の形状と必要な精度に合わせて、切削や放電加工、研削などの加工方法も検討します。

入れ子を使う構造では、入れ子と取付穴の寸法公差を、組み付け方に合うはめあいとして決めます。穴に入らない、隙間が大きすぎるといった問題を避けるため、組み合わせる部品の寸法を一緒に設計します。

射出成形金型では、樹脂の圧力を受ける型板の強度も検討します。型板がたわんで隙間が開くと、樹脂が入り込んでバリになることがあるため、荷重を支える構造と板厚を決めます。

冷却穴と、突き出しピンやスライドコアのための穴は、互いに交差しない配置にします。冷却する位置と部品が動く空間を、同じ金型の中に確保するためです。

3Dモデルと2D図面で伝える設計情報

加工・組立には、部品の形状に加えて、寸法公差、材質、熱処理、表面粗さなどの情報が必要です。3Dモデルで形状を伝え、2D図面に公差や注記を記す方法のほか、3D形状へ公差や注記を加えた3DAモデルを使う方法もあります。

組立図や組立モデルでは、部品の位置関係を示します。部品表には部品名や数量をまとめ、どの部品で金型を構成するかを伝えます。

データを受け渡す際は、使用するCADや閲覧ソフトで実際に開き、形状と必要な公差・注記が読めるか確かめます。3Dモデルと2D図面を併用する場合は、同じ部品の図面番号や改訂記号を対応付け、形状や寸法の食い違いを修正してから渡します。

トライの結果を金型の調整へつなげる

トライは、製作した金型を設備へ取り付け、実際に製品を作って確かめる作業です。試作品の寸法や外観を製品の要求と比較し、金型の調整が必要な箇所を調べます。

射出成形では成形条件も製品寸法に影響するため、使用した樹脂、成形条件、測定箇所を記録して評価します。金型を修正した場合は、変更した形状や寸法を図面・3Dモデルへ反映し、実物と設計情報を一致させます。

取付穴の間隔が公差外になったときの確認例

トライで作ったケースの取付穴の間隔が、製品図面の公差を外れた場合を仮定します。使用した樹脂グレード、成形条件、測定した位置、成形から測定までの時間と温度・湿度を記録します。

製品図面で指定された測定条件に合わせて寸法を確かめ、保圧や冷却の状態と金型の実際の寸法を調べます。その結果を基に、成形条件の調整や金型寸法の修正が必要か検討します。

金型を修正した後は、再び成形して寸法を測定します。変更した箇所と寸法を図面・3Dモデルにも反映し、実物と設計情報を一致させます。