特定のツールを使用した成形プロセスのサイクルタイムを計算するにはどうすればよいですか?

金型および成形業界の専門家として、私は特定の金型を使用した成形プロセスのサイクルタイムの計算について、クライアントからの問い合わせによく遭遇します。サイクルタイムを正確に計算する方法を理解することは、生産効率を最適化し、コストを見積もり、納期を守るために非常に重要です。このブログ投稿では、特に金型と成形のサプライヤーとしての当社のサービスに合わせて、成形プロセスのサイクルタイムを計算する方法についていくつかの洞察と方法を共有します。

成形プロセスサイクルを理解する

サイクルタイムの計算を詳しく調べる前に、一般的な成形プロセスサイクルの構成要素を理解することが重要です。成形プロセスのサイクルタイムとは、金型が閉じた瞬間から部品が突き出され、金型が次のサイクルの準備が整う瞬間まで、成形部品の製造の 1 サイクルを完了するのに必要な合計時間を指します。このサイクルは通常、いくつかの主要な段階で構成されます。

型閉時間: これは、射出プロセスが開始される前に、金型がしっかりと閉じるまでにかかる時間です。これには、金型半体の動きとロック機構が含まれます。
射出時間: 溶融プラスチックが高圧下で金型キャビティに射出される時間。射出時間は、成形品の体積、プラスチックの流量、射出圧力などの要因によって異なります。
梱包と保管時間: 金型キャビティが充填された後、プラスチックを詰めるために追加の圧力が加えられ、プラスチックが冷却して固化するときの収縮が補償されます。保圧および保持時間は、材料特性、部品の形状、および必要な部品の品質によって決まります。
冷却時間: これはサイクルタイムの最も重要な部分です。これは、金型キャビティ内のプラスチックが冷却されて十分な強度まで固化し、部品が変形せずに取り出せるまでに必要な時間です。冷却時間は、材料の熱特性、部品の厚さ、金型温度、冷却システムの効率などの要因に影響されます。
型開き時間: プラスチックが固まってから金型が開き、部品が取り出せるまでにかかる時間。
射出時間: エジェクタピンまたはその他の突き出し機構を使用して、金型キャビティから成形品を突き出すのに必要な時間。
部品の取り外しとロボットの移動時間 (該当する場合): ロボットを使用して金型から部品を取り外す場合、これには、ロボットが所定の位置に移動し、部品を持ち上げ、金型から遠ざけるまでの時間が含まれます。

サイクルタイムに影響を与える要因

いくつかの要因が成形プロセスのサイクルタイムに大きな影響を与える可能性があります。

部品の形状: 厚いセクションや複雑な形状を備えた複雑な部品形状では、より長い冷却時間とより正確な射出および保圧プロセスが必要となり、全体のサイクルタイムが増加する場合があります。
材料特性: プラスチックが異なれば、比熱、熱伝導率、融点などの熱特性も異なります。比熱が高い、または熱伝導率が低い材料は冷却に時間がかかり、サイクル時間が長くなります。例えば、ポリアミド射出成形他のプラスチックと比べて、冷却要件が異なる場合があります。
金型設計と冷却システム: 適切に設計された冷却システムを備えた効率的な金型設計により、冷却時間を大幅に短縮できます。適切に配置された冷却チャネル、均一な冷却、および金型内での高伝導性材料の使用により、熱伝達が改善され、サイクルが短縮されます。当社が専門としているのは、プラスチック工具そして射出成形金型これにより、金型が効率的に冷却できるように最適化されます。
機械仕様: 射出速度、型締力、冷却システムの容量などの射出成形機の機能もサイクルタイムに影響を与える可能性があります。射出速度が高く、冷却性能が優れている機械では、サイクルタイムを短縮できる可能性があります。

サイクルタイムの計算

成形プロセスのサイクルタイムを計算するには、サイクルの各段階の時間を測定または推定し、それらを合計する必要があります。段階的なアプローチは次のとおりです。

ステップ 1: 各ステージの時間を決定する

型開閉時間: これらの時間は、射出成形機の仕様から取得するか、実験的に測定できます。通常、これらの時間は比較的短く、機械や金型のサイズに応じて数秒から約 10 秒の範囲です。
射出時間: 射出時間は次の式を使用して計算できます。

[t_{inj}=\frac{V}{Q}]

ここで、(t_{inj}) は射出時間 (秒)、(V) は成形品の体積 (単位 (cm^3))、(Q) は射出流量 (単位 (cm^3/s)) です。射出流量は機械の仕様または試運転により決定できます。

梱包と保管時間: この時間は通常、部品の品質要件に基づいて実験的に決定されます。材料や部品の形状に応じて、数秒から数十秒の範囲になります。
冷却時間: 冷却時間は、単純な平板形状の次の式を使用して推定できます。

[t_{cool}=\frac{\rho C_p (T_m - T_e)}{h (T_m - T_c)}\left(\frac{L}{2}\right)^2]

Injection Tooling

ここで、(t_{cool}) は冷却時間 (秒)、(\rho) はプラスチックの密度 ((g/cm^3))、(C_p) はプラスチックの比熱 ((J/g\cdot^{\circ}C))、(T_m) はプラスチックの溶融温度 ((^{\circ}C))、(T_e) は成形品の突出温度 ((^{\circ}C))、 (h) は熱伝達係数 ((W/m^2\cdot^{\circ}C))、(T_c) は金型温度 ((^{\circ}C))、(L) は成形品の厚さ (メートル単位) です。

より複雑な形状の場合は、数値シミュレーションソフトウェアを使用して冷却時間を正確に予測できます。

射出時間: この時間は実験的に測定でき、通常は数秒です。
部品の取り外しとロボットの移動時間 (該当する場合): ロボットを使用する場合、ロボットが所定の位置に移動し、部品を拾い上げ、遠ざけるまでの時間は、ロボットのプログラミングと速度に基づいて決定できます。

ステップ 2: 時間を合計する

サイクルの各段階の時間を決定したら、それらを加算することで合計サイクル時間 ((t_{cycle})) を計算できます。

[t_{サイクル}=t_{閉じる}+t_{注入}+t_{パック}+t_{クール}+t_{開く}+t_{取り出し}+t_{除去}]

計算例

次のパラメータを持つ単純なプラスチックパーツの例を考えてみましょう。

型閉時間((t_{close})): 5秒
射出時間((t_{inj})): 3秒
梱包および保持時間 ((t_{pack})): 5 秒
冷却時間((t_{cool})): 20秒
型開き時間 ((t_{open})): 5 秒
排出時間 ((t_{eject})): 2 秒
部品の取り外し時間 ((t_{removal})): 3 秒

サイクルタイムの公式を使用すると、次のように計算できます。

[t_{サイクル}=5 + 3+5 + 20+5 + 2+3=43\ 秒]

サイクルタイムの最適化

サイクルタイムを短縮すると、生産効率が大幅に向上し、コストが削減されます。サイクルタイムを最適化するためのいくつかの戦略を次に示します。

金型設計の最適化: 適切な冷却チャネルを備えた適切に設計された冷却システムを使用して、均一かつ効率的な冷却を確保します。部品の厚さを最小限に抑え、全体の厚さを増やさずにリブとボスを使用して部品を強化します。
適切な素材を選択する: 良好な流動特性と急速冷却特性を備えたプラスチック材料を選択してください。低温で加工でき、冷却時間が短いエンジニアリングプラスチックの使用を検討してください。
マシン設定の調整: 射出速度、圧力、温度設定を最適化して、射出時間と保圧時間を短縮します。効率的に冷却するために、金型温度が最適な範囲内に維持されるようにしてください。
自動化の実装: 部品の取り外しと取り扱いにロボットまたは自動システムを使用して、部品の取り外し時間を短縮し、全体的な生産速度を向上させます。

結論

特定の金型を使用した成形プロセスのサイクルタイムを計算することは、金型および金型のサプライヤーにとっては複雑ですが不可欠な作業です。成形プロセスのサイクルの構成要素を理解し、サイクルタイムに影響を与える要因を考慮し、適切な計算方法を使用することで、サイクルタイムを正確に見積もり、生産プロセスを最適化できます。ツーリングおよび成形の大手サプライヤーとして、当社はお客様に高品質の金型と効率的な成形ソリューションを提供することに尽力しています。当社のサービスにご興味がございましたら、または特定の成形プロジェクトのサイクルタイムの計算についてご質問がございましたら、詳細な説明と見積りについてお気軽にお問い合わせください。