品質検証手法と基準
多孔穴機械で生産性を高める理由
マルチキャビティ EBM 金型では、単一の鋳型配置から複数のびんを形成することで出力が増加します。このため、チケットサイクルの主な固定コストである金型を閉じる・開く動きは、すべてのキャビティに対して一度に償却されます。連続押出吹き型成形では、押出機と金型ヘッドが停止することなく動き続け、鋳型片が閉じることで鋳型が取り込まれ、それぞれのキャビティがパラレルに独自の容器を吹き付けます。機械は故に、サイクルあたり一度ではなく、二本、四本、六本、八本、あるいは十二本のびんを生産することが可能です。キャビティ数の実質的な上限は、金型屋さんの側の野望ではなく、プラテン上で使用可能な締め付け力、金型ヘッドの出口の数とバランス、ねじと蓄圧容器が提供できることができる樹脂注射重量、そして金型ブロックに搭載できる冷却能力という四つの物理的制限の収束によるものです。
Wanplas社は、20年以上の押出吹き込み加工の経験と、90以上の国で稼働している 4,000を超える機器を擁する工場であるアポロ社は、200ミリリットルから20リットルまでの容器用のABLBシリーズ、20リットルから 1,500リットルまでの重量のある容器用のABLDシリーズ、及びハイドロリックなしによる、エネルギー効率の高い生産を心がけている完全電動装置で実装されたシリーズを製造しています。ABLBプラットフォームでは、家庭用・個人用ケア用ボトルの場合は2～6キャビティ型金型が一般的ですが、ドラムやタンク用のABLDプラットフォームでは、通常1または2キャビティで、キャビティごとのパリソン量と固定力はより大きくなります。設計の問題は、単に何個のキャビティを削り出せるかではなく、キャビティ数を冷却し、供給し、固定し、ボトルの重量、壁面の分布、寸法の許容範囲に応じた要求を満たすことが重要です。
経済的な観点から見ると、4口の工具は、同一のサイクル時間で、1口の工具の約4倍の瓶毎時間を実現します。また、12口の工具は、1リットル以下の軽量容器の場合、毎時間数千本の生産が可能です。しかし、冷却やパリションバランスがおさまらないと、各キャビティの生産量は低下し、壁厚のばらつきやフラッシュ（冷却剤の付着）が増えてスクラップ率が上昇します。したがって、以下の各章では、次の1つのルールに沿って書かれています。キャビティの追加は、ダイヘッド、クランプシステム、冷却機能、および金型材料がサポートできるまでに、その構成を加速させないようにしてください。親ブランドであるWanplasでは、専門工場全体に対し、同じマルチキャビティの規律を適用しています。Kerkeは、マスターバッチとリグロンドで使用されるEBMラインを供給するツインスクリュー複合エキスプラーエクストラクターを供給し、Polyretecは消費者後発生瓶を使用可能なフラークに戻す洗浄およびペレタイジングラインを供給しています。
穴数選択ロジック
キャビティ数は、目標となる瓶生産数から逆算して選択されます。次に、その数の平行パーツのためにマシンが樹脂、締め込み力、および金型ヘッドの出口を提供できるかどうかを確認します。主な関係は、出荷量はカビティ数× 1 時間当たりのサイクル数であり、1 時間当たりのサイクル数は 3,600 秒÷ 1 サイクルあたりの時間で求められます。EBM の 1 サイクル時間は、成形またはパーサン投入時間、金型閉じ時間、ブロープと冷却時間、および金型開放時間およびパーツ投出時間の合計となります。薄壁ボトルでは、通常、冷却時間が最大の要素です。12 秒のサイクル間隔の 4 キャビティのマシンは 1 時間あたり約 1,200 本のボトルを生産できますが、12 キャビティの同じサイクル間隔では、金型ヘッドと冷却装置がシームレスに動作していれば 1 時間あたり約 3,600 本のボトルを生産できます。
制約となる要素は投影面積です。ブローポイントにフッシング力を与える必要があります。これは、吹分割面に投影された吹き薬面積と吹き加圧を足し、安全余裕として考慮した値よりも大きいことが必要です。短所があると、溶融液がフラッシュラインの中に押し込まれます。キャビティが追加されるに従い、投影面積はキャビティの数に比例して増加します。2 つのキャビティ用の金型に対応したマシーンでは、より広いブロックを取り付けるためのタイバのスペースと、12 キャビティ用のブロックを密閉するための制圧力が不足する可能性があります。ダイヘッドには、適切なピッチで適切な数の出口が必要です。なぜなら、2 つの出口を備えた連続型押出ヘッドは、6 キャビティ用金型を満たすには、飢えているパリソンや飛ばされたパリソンが生じるからです。
| カビ数 | 一般的なボトル容量 | 締め込み力バンドが必要です | デッカーヘッドの出口が一致している | 推定出力 (bph) | 3～6ヶ所の出口 |
|---|---|---|---|---|---|
| シングル | 5から1500 L | 低い | 1つの出口 | 200 ～ 600 | 低い |
| 2 | 500 mL ～ 20 L | 低～中 | 1 ～ 2 箇所の出口 | 400〜1200 | 低～中 |
| 4 | 200 mL〜10 L | 中型 | 2～4つの出口 | 900〜2400 | 中型 |
| 6 | 200 mL から 5 L | 中から高い | 以下、ボトルの構造例を示します。 | 1400 から 3600 | 中から高い |
| 8 | 100 mLから2 L | 高 | 4～8つの出口 | 2000 ～ 4800 | 高 |
| 12 | 50 mL ～ 1 L | 非常に高い | 6～12個の出口 | 3000〜7200 | 非常に高い |
サイクル時間は、キャビティ数と同様に重要です。8キャビティの代表的な薄壁HDPE製品ボトルでは、パライソン投入2.5秒・閉鎖0.8秒・吹き込み6秒・冷却1.2秒・開放および投出、合計10.5秒となり、およそ340サイクル/時間となり、これによりおよそ2,700本/時間が生産できます。モールドボディを高伝導性アルミニウムに切り換えて水温を9度以下に設定することで冷却時間を4秒に短縮すると、サイクル時間は8.5秒となり、同じキャビティ数でキャパシティが3,300本/時間以上に増加します。ここから得られる教訓は、キャビティ数と冷却は結びつきがあり、多くのキャビティは、冷却回路がパライソンを十分に迅速に凍結できるようにしてからのみ有効です。
ボトルの重量は最小の結合部である。重いボトルは、穴孔ごとに多くの樹脂を必要とし、パラション時間が長くなるし、冷却時間も長くなるため、500グラムの化学薬品ボトルはほとんど 12 穴孔で処理されないが、25g のパーソナルケア ボトルでは実行可能である。大まかには、ネジと蓄積器は、パラション供給時間内に、ボトル重量を穴孔数で掛け合わせた総射出量、フラッシュ および首の無駄分を含む合計量を供給しなければならず、『そうでないと、金型装置は穴孔数を減らすか、エクストラーダーのサイズを上げるか、または溶融物を一回の速い射出で放出する蓄積器ヘッドへと移行する必要がある。
ダイスヘッドとキャビティのマッチング
ダイヘッドは成形物配分の心臓であり、その出口の形状は、数とセンター距離の両方がキャビティレイアウトと同じでなければならず、キャビティにズレて配分された成形物は、一方の側で薄い壁を生成し、他方では厚い処理を生成します。連続押出ヘッドは、成形物を閉鎖金型に一直線に供給し、薄い壁の高速小瓶には適していますが、蓄圧押出ヘッドは、ピストン駆動キャビティに計測された溶融物を積み、それを1 つの厚い成形物として出力します。これは、約 10 から 20 リットル以上の大容器、厚い産業用壁、および成形物の歪みを起こしやすい材料の場合に不可欠です。多孔穴のツールの場合、選択肢は、大きなヘッドが多数の出口に分割されるマナフェードを供給するもの、または出力の 1 つに 1 つのプログラムされたダイギャップを備えた専用の多出口ヘッドのどちらかになります。
隣接した出口間の中心間距離「ピッチ」は、金型内のカビなどに正確に対応する必要があり、一般的には0.1から0.2ミリメートル以内の範囲内にできなければなりません。90ミリメートルのピッチを持つ4カビの金型では、出口間が正確に90ミリメートル離れていた切削頭が必要です。同様に、8カビではピッチが55から70ミリメートルに縮小し、ヘッドはバランスが難しくなります。ルージャロジーのバランスとは、単に流れる道が異なる場合でも、全ての出口で同じパリゾンの重さ、壁の厚さ、そして温度を提供する技術です。これは対称的な稲妻形状、同じ用地長さ、そして必要に応じて各出口で調整可能な金型隙間や流路制限リングを使用することによって達成されます。
| デッハ所定型 | アウトレットの設定 | 最適なキャビティ範囲 | 化膜リスク | 流量バランス法 |
|---|---|---|---|---|
| 連続シングルアウトレットモデル | 1出口、単一パライソン | 1〜2 | 中型 | 単一のギャップ、プログラム済み |
| 連続マルチ出力 | 2から12まで outlets | 2から12まで | 低～中 | 出口ごとの隙間、対称的な走幅 |
| 蓄圧ヘッド | 大型コンセント1基または小型コンセント2基 | 1〜2 | 低い | ピストンショット、シングルギャップ |
| 多頭を備えた蓋座 | 2～4本の噴射口 | 2〜4 | 低い | ヘッドあたりのマッチした射出量 |
流動バランスは、金型を装着する前に各出口から取出されるパラシーンの重量を計量することで確認します。各パラシーンの質量は約 1 ％以内で一致する必要があり、異常値は、ダイの隙間または流動リングを調整することで修正されます。リオロジー的バランスは、温度の均一性を意味するため、より高温の出口からはより薄いパラシーンが供給されるので、適切に設計されたバレルとトルク制御スクリューによって、ヘッド全体での溶融温度が厳密に制御されます。アポロの ABLB および ABLD シリーズの機械は、各出口の隙間を制御システムから設定できるプログラム可能なダイヘッドを使用しており、金型工が痕体重量をキャビティごとに試運時に調整できるため、ヘッドを繰り返し加工する必要がありません。
微妙ではあるが、よくある欠陥は、紙面上では同等に見えるヘッドピッチと金型ピッチに、熱膨張後でわずか数ミリメートルの誤差が生じる場合です。ヘッドは溶融温度に加熱され、金型は冷たくなっているため、有効ピッチが変化します。したがって、ツールメーカーは、冷たい金型ピッチを熱いヘッドピッチよりもわずかに締め付けるか、稼働中の温度で矯正を確認します。アポロ は Wanplas 工場として、パッケージセットを提供するため、ピッチと出口数は個別に調達するのではなく、一緒に検証されます。
成形材料の選定
金型材料の選択により、冷却速度、耐用年数、表面品質、およびコストが決定され、複数のキャビティのあるEBMでは、耐久性に対する冷却速度が優位となります。生産用EBM金型では、130から160ワット/メートルケルヴィンの熱伝導率を備えている7075アルミニウムが、鋼よりも何倍も早くパリションから熱を奪い出せるため、冷却時間が短くなり、結果としてサイクル時間が短くなります。アルミニウムは軽量で、加工が容易であり、試作品作成も簡単です。これは、開発中に12キャビティのブロックをカットし直す必要がある場合には重要です。その欠点は硬度と耐摩耗性の低さであり、アルミニウム製金型では、研磨性の高いまたは大量生産の負荷下で、先端の摩耗と傷がスチールに比べて早まることがあります。
1．ケイリーバリウム銅（グレード C17200）は、熱放散と耐磨損性両方が必要なインセット・パーツ、特にピンチオフ部と首部のインセットに使用されます。これの導電性は 105から 130ワット/メートルケルヴィンで、凝固処理後凝固しロッカウェル C36から42に達します。そのため、ピンチオフ部での繰り返された締付けと切断に耐え、アルミニウムと比べてはるかに長寿命となりますが、同時に素早く冷却します。P20度硬化鋼、4140鋼およびステンレス鋼は、高い充填量を有する洗剤ボトルや酸性分解物を放出するPVCなど、長期間の使用や擦り傷、腐食に耐える用途に使用されます。鋼は硬さと寿命のために冷却速度を犠牲にしたが、ブロック全体ではなくインセット部分として選択的に使用します。
| 材料 | 熱伝達率（W/m·K） | 硬さ | 耐摩耗性 | 切削加工性 | 比較的低コスト | EBM金型での一般的な使用例 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 7075 アルミニウム | 130〜160 | HB 150～175 | 低～中 | 高 | 低～中 | キャビティ本体、メインブロック |
| BeCu C17200 | 105 to 130 | HRC 36～42 | 中から高い | 中型 | 中から高い | 締め切り、ネックインサート |
| P20鋼 | 29 ～ 35 | HRC 28 ～ 35 | 高 | 中型 | 中型 | ベース部分や長尺のフィッティング部品の場合 |
| 4140 スチール | 38〜42 | HRC 28～36 | 高 | 中型 | 中型 | 構造部品、裏板 |
| ステンレス420/630 | 25 to 30 | HRC 38 ～ 50 | 非常に高い | 低い | 高級品を対象とした部品 | PVC、腐食性、医療用 |
現代の複数キャビティツールでは、ハイブリッドアプローチが主流です。高速のバルク冷却のためにアルミニウムのボディを採用し、樹脂析出物をきわめて発生しやすい襟部とピンチオフ部分に銅ベリリウムまたは研削強化鋼のインサートを使用します。これにより、サイクル時間を短くするとともに、摩耗ポイントでの工具寿命を延ばせます。インサートは交換可能であるため、一キャビティの摩耗が生じてもブロックを廃棄する必要はありません。PVCおよびフタル酸フリーの可塑化合物は、冷却が遅いにもかかわらずステンレスキャビティを選択します。熱と機械的応力を最も受ける金型部へのキャビティの補償をより大きなウォーターラインと低い水温で行います。「ABLB」シリーズおよび完全に電動化されたシリーズでは、このインサート戦略を推奨します。これは、唯一のキャビティではなく、キャビティの襟部のみを交換することで、お客様がボトルネック規格を切り替えることができるからです。
価格表示は、絶対的な数値ではなく、相対的なレベルに基づいたワンプラスグループの慣習に従っています。アルミニウムは低〜中価格帯で最速の納期、ベリリウム銅は中〜高、P20 と 4140 は中、ステンレスは高〜プレミアム価格帯です。最も安い材料はほとんどの場合、最適な選択ではありません。使用汎次を生じさせる刃切り部分の摩耗・老朽などによって、12 孔のすべての穴が完璧に作られなくなることがあります。このため、冷却速度と摩耗寿命が生産量に合った材料を選ぶことが重要です。
冷却システムとコンフォーマル冷却
ほとんどの EBM サイクルにおいて、冷却は制限要因となります。多孔金型では、すべての孔を均一に冷却しながら、数ある水路を充分な量の水を通すことが課題となります。冷却では乱流状態が重要で、乱流状態ではラミナールの比に比べて断熱効率が高くなります。冷却水路においてのレイノルズ数は4000以上を標準値としています。これは水路径径と流量の組み合わせによって設定されます。水温は一般的に8～15℃と低く、供給源は全体の熱負荷量に合わせて設定します。多孔金型の場合は、パリソンが高温溶融の状態で金型に入るため、冷却前には安定した形状に冷却する必要があります。
コンフォーマル冷却とは、円筒型上に水路を配置することで、加工金型から冷却水に至る距離を縮め、均等に熱を取り除く方法です。7075 アルミニウムブロックには、添加造形技術または曲面の穿孔を用いて行います。鋼材では通常、近似形状のドリル孔が空孔に形成されます。この結果、薄いハンドル、太いベース、ボトルのショルダーなど、各部分が万全となり、発射時の温度に達します。これにより、発射時の変形を引き起こす局所的な軟部品が生じません。各空孔には同じ流量が必要となるため、流量制限装置付き多通路構造により、複数のパイプが平行で冷却水を供給するか、確実にバランスが取れたシステムを用い、最後の空孔に過剰な流量が流れないようにします。
| 冷却パラメーター | 推奨される範囲 | なぜ重要か |
|---|---|---|
| 給水温度 | 8 ～ 15 °C | 温度が低くなると熱流量が高まり、寸法安定性が向上する |
| ライン内のレイノルズ数 | 4000を超える | 熱損失を最小限に抑え、高い熱伝達率を実現する乱流を確保します。 |
| ライン径 | 8～12mm（一般的な値） | 流量、圧力降下、表面近接をバランスさせます。 |
| ラインと表面の間隔 | 10 ～ 15 mm | 間隔を近めると冷却は速くなりますが、ブロックの強度が低下します |
| サーキット毎の圧力降下量 | 穴の間でバランスを保ちます | 不均一なドロップにより、熱による空洞や歪みが発生します |
| 並列と直列の違い | 並列が推奨 | 平行配置の場合は均等な流れが得られますが、並列配置では圧力補償が必要です。 |
チラーのサイジングは、毎時間排出したり除去したりする熱量を基に始まります。これは、各サイクルあたりの樹脂の量をキャビティ数、具体的な熱容量、および溶融から擁圧までの温度降下値でかけた値をサイクル時間で割ったものに加え、モーターや周辺機器による損失分の余分な部分を足したものになります。12キャビティラインの不合格の最も一般的な原因は、チラーの不充分な設計によるもので、水が循環して温まったため、最後のキャビティは冷却されずにゆっくり冷却されるからです。各回路からの圧力低下は、ポンプがすべてのキャビティに設計フローを供給できるように計算されなければなりません。並列アレイでは、個別に調節可能な針弁付きマニホールドを用い、技術者が流量をバランス調整できます。また、直列アレイでは、直列回路の累積の圧力低下が深い部のキャビティに不足を生むため、ライン径を増やさないといけません。アポロの完全に電動化された直列アレイでは、金型と専用のチラー推奨構成を組み合わせて、冷却能力がキャビティ数だけでなく、冷却能力自体を指定するようになりました。
各キャビティの底部、肩部、側面に熱電対または赤外線検査を実施すると、あるキャビティの温度が数度以上高くなっている場合、柔らかく成形されてしまう、変形が生じる、または薄い部位が生じる可能性があります。その場合、制限子を解除し、コンフォーマルチャネルを部分的に追加することで対応できます。そのため、多キャビティ型金は、各サークルごとにバランスを調整するための機能を搭載しており、経験豊かな金型制作者は、各サークルの制限設定を文書化しており、サービス後にも同じキャビティアレイを再生産できます。
ミンスオフ設計とフラッシュ制御
ピンチオフは、二つの金型ハーフが接合して、原形体を密閉されたボトルに溶接し、余分な部分をフラッシュとして断ち取る部分です。そのジオメトリは、底縫いでの溶接強度とフラッシュの除去量を決めます。ピンチオフランド、切断エッジの後ろの平らな接地面は通常0.6～1.5ミリメートル幅ですが、狭いランドではよりクリーンに切断でき、フラッシュも少なくなりますが、より早く消耗し、不完全な溶接の危険があります。より広いランドはより堅牢ですが、より重いフラッシュと厚い底縫いを生成します。切断エッジの角度は通常15～30度で、原形体がどれだけ強く切断されるかを決定し、フラッシュポケット、ランドの後ろのレリーフ溝は、金型の二つの半分の底が届かずにフラッシュがボトルに戻るのを防ぐように、十分に深い必要があります。
多キャビティ型金型の場合、ピンチオフ部のすべての端は同じ幅、角度、高さで仕上げる必要があります。高さのあるピンチオフ部や鈍い端の場合、他のキャビティよりもファルスが濃くなり、溶接部が弱くなります。そのためピンチオフインサートはベリリウム銅または硬化鋼で作られており、個別に交換できるようになっています。あるキャビティの端が摩耗すると、そのピンチオフインサートのみを交換し、キャビティ間のバランスが保たれます。シームを保持するボトルの基部は、使用アプリケーションの圧力および落ち具合の要件を満たさなければなりませんので、ピンチオフ設計はボトルの基部サポートと底部荷重に照らして検証されます。こちらも、単なる美観に関するエッジとして扱われるわけではありません。
| ピンチオフ機能 | 典型値 | 生産への影響 |
|---|---|---|
| Land width | 0.6〜1.5㎜ | 細切れはよりきれいに、太めの切り方がより長持ちする |
| 最先端角度 | 15～30度 | せりあがりの過激性と反射板の厚みを設定します。 |
| フラッシュポケットの深さ | 1.5~4 mm | 底面を形成させずに剪断フラッシュをクリアする必要があります |
| 挿入硬度 | HRC 36 ～ 50 | 耐摩耗性のためにBeCuまたは鋼を使用します。2. CVは1.5％以下でなければなりません。3. 両方の熱抽出と耐摩耗性が必要な挿入部品、特にピンチオフおよび首の挿入部に、ベリリウム銅のグレードC17200が使用されます。105〜130ワット/メートルケルビンで熱が伝わり、沈殿処理後にロックウェルC 36〜42に硬直しますので、ピンチオフランで繰り返しの締め付けや剪切の場合、アルミニウムよりもはるかに長く生き残ります。P20前硬化鋼、4140鋼およびステンレス鋼は、高い充填量を持つ洗剤ボトルや酸性分解物を放出するPVCなどの長期間、研摩または腐食的な用途に留保されます。鋼は、硬度と寿命のために冷却速度を犠牲にし、したがってブロック全体ではなく挿入部品として選択的に使用されます。 |
| キャビティ対キャビティのマッチング | 0.05 mm以内 | ブロック全体の不均一なフラッシュを防ぐ |
フラッシュ厚さは金型の状態および締め付けバランスを直接反映します。きれいに放出される均一な薄いフラッシュが目標です。一つのキャビティ上には厚いフラッシュが現れる場合は、カバーの摩耗、ギャップの誤った設定、あるいは局所的な締め付け不足である可能性があります。フラッシュは分別が必要な再粉砕物であり、ペレタイジング工程を経ることでリサイクル可能なので、厚いフラッシュは素材の取り扱いコストも高めてしまいます。そのため、アポロは交換可能なピンチオフインサートを搭載したABLB金型を設計し、摩耗したキャビティは数分で復元され、1つのブロックから4～12個のキャビティが全て完全に調整された状態を保ちます。
換気と空気除去
パリソンを金型壁に吹き出して、溶融体と空洞表面の間に封じ込められた空気を排出しなければ、溶融体が鋼と接触できず、チリや何かを残したり、短い斑点ができたりします。深さのある部分の分離ラインや周囲には、浅いベント溝を切り、盲目寸法にはベントピンを装備し、要求の高いパーツでは、吹き出しの前およびその領域で空洞を抜ける真空アシストを活用することで、ベントを確保します。ベントの深さは0.02～0.05ミリメートルと極めて小さく、より深いベントでは溶融体が溶融体膜として封鎖され、より浅いベントではベントの流れが妨げられます。
マルチキャビティ金型では、各キャビティで揚バルブを開閉する作業を繰り返さなければならず、しきりにバランスをとらなければならない。一か所のキャビティの揚バルブが詰まることにより、そのキャビティにのみ異物が混入する。それを材料や顕着不良と間違えやすいためである。遠くないたれ、切り込み部分、また取っ手内部などは、パーティングライン溝が入りにくい箇所のために、揚バルブが用いられる。揚バルブは小さくて交換できることが多く、残留物を残さないようにしなければならない。真空成形では、材料が壁に完全に接触する前にキャビティ内の空気が抜き取られ、ポンプによって揚バルブ網を通じて外に逃がされる。これが、自然に空気が抜ける時間が少ない複雑な形状、凹凸のある表面、および高速で薄い壁面を持つボトルに特に有効である。真空レベルとタイミングは、キャビティが壁に完全に接触する前にきれいになっているように設定される。システムは全てのキャビティの合計容積に応じてサイジングされる。
多孔空洞操作の日常的な部分は、臭気口のメンテナンスです。樹脂添加剤、充填剤、防滑剤が臭気口に蓄積し、影響を受ける空洞全体の表面不良率を上げます。予定された間隔で清掃を行うことで、すべての空洞が等しく空気を開通します。アポロの日用化学品や洗剤ボトル用金型では、高い充填量の化合物を使用することが多いため、操業者はスケジュールされたツールチェック時に簡単にアクセスできる大きな臭気口溝を設計しており、混入生産後の点検ではなくチェックの際に清掃できます。
ブローピン構成
ブローペンは圧縮空気をパリソン内に送り入れ、それが穴面に対して膨張します。位置とデザインが首部分の品質、冷却、およびサイクル時間に影響します。トップブローは、ボトルの首部分から上から注入され、シンプルで、充填のために首部分を広く開放することができます。ほとんどのEBMボトルにはこの方式が採用されています。ボトムブローは底から入るため、首部分のマルデンを必要としません。また、首部分が開放状態である広口の容器やハンドル部分の容器に適しています。ニードルブローでは、パリソンの側面または底部を貫くピンが引き戻され、わずかな染みが残ります。この方式は、首部分の仕上げを別個の首部分インサートで滑らかに成形する必要がある場合に選択されます。
ネック校正は、首部分にキャップが付くことと、トルクを制御し完全密封を実現できるよう、頭部完成部とネック部分を、校正された噴射ピンまたはネックアイナットを使用して、正確な内外寸法に成形する工程です。噴射ピンは内部を冷却されていることが多く、首部分が即座に凍結し寸法が定まります。また、噴射の気体の流れ量と噴射時間は、パリゾンがすべてのコービング壁に到達するように調整され、過度に拡張することも、薄い部分が残ることもありません。噴射時間は小型ボトルの場合は1秒未満と短く、しかし十分な気体の量と圧力が必要で、すべてのコービングを同時に十分に形成する必要があります。12コービングの金型では、空気供給とマルファに相当な圧力が供給されなければ、外側のボトルが十分に吹き付けられません。
| ブローポンタイプ | Entry point | ネック仕上げ | 一般的な用途 |
|---|---|---|---|
| Top blow | 首から | ピンによって校正される | ほとんどのパーソナルケア用品、水やミルクのペットボトル |
| 底面吹き出し | 基盤を通じて | 独立ネックインサート | 広口のビン、ハンディーワレ、ジェリー缶 |
| ネジ噴射 | サイドまたはベースのパイア | ピカピカのしっかりとした仕上げ | 精密首、医療、化粧品 |
ブロウピン冷却は、隠れたサイクル時間を削減するものです。冷却されたピンはネックを固定し、ボトルのストリップをきれいにすることができます。さらに、首の円柱度を低減することで、キャプリング時のボトルの不良品率を下げることができます。ブロウエア自体は、低圧での前ブローと、より高圧のファイナルブローを組み合わせることが多く、角や取っ手の薄い部分を減らすことができます。各キャビティでピンの長さと冷却ラインを調整し、すべてのネックが同じスピードで凍結するようにする必要があります。温かいピンは、キャビティ上の他のピンに比べ柔らかく大きい首を作ります。
締め込み力分布とプレートの歪み
クランプユニットは、プラテン全体の領域を横切る吹き抜け圧力に耐えられるよう、金型の半開き部分を保持する必要があります。多孔開きブロックでは、力が完全に均勻ではありません。タイバーのスペースは金型の最大幅を設定し、ロック作用力は、中心孔と端部孔が同じ圧力を受けるように分配される必要があります。プラテンが曲がると、中心孔はわずかに開くことで瞬発性を出したり、端部孔は引き締まるようになります。設計の目標は、完全クランプおよびブロウ荷重の下で0.05ミリメートル以下のプラテンの歪みです。なぜなら、わずか数百分の一ミリメートルの開きであっても、影響を受ける孔に瞬発性が発生するからです。
偏曲は、プレート厚さ、タイバーの直径と数量、そして金型バッキングプレートの剛性によって制御されます。12 洞の金型は幅が広く重いブロックであるため、機械プレートおよび金型の自体の鋼製バッキングは曲げに耐えるようにサイズを設定しなければなりません。ここでコストを抑えると、エッジカヴィアンスのフラッシュが発生するクラシックな原因となり、どれだけデーヘッドチューニングをしても改善できません。キャビティ配置がプレートセンターの両側に対称に保たれる理由は、四つのタイバーからのロック力が、パライソン圧力からの開口力をバランスさせるためである。アポロは、ABLBおよびABLDのクランプシステムを評価されたプレート幅内のカビティ数を追加することによって偏曲を制限する余裕を持たせてサイズします。
不均一なフラッシュは目に見える症状です。フラッシュが中心の列だけで強烈な場合は、プレートの膨張を疑い、片方の端だけで強烈な場合は、タイバーのプレロード不均衡や摩耗したブッシュを疑います。修正策はプロセスではなく機械的なものです。プレートや裏プレートを堅固にし、タイバーをもう一度めり込ませたり、成形金型を補強します。ただし、温度を変える前に。ブロープレスは全ての出す機部に作用するため、関係式が単純で校正が容易です。必要な押し圧は出す機面積、ブロープレス、安全係数の積と等しいため、全ての出す孔でのサムは机械の定格値を余裕をもって上回っている必要があります。
穴孔全体での壁厚の一貫性
多孔モールドの定義的品質検査は、すべての孔の製品が同じボトルを作るかどうかであり、最も重要な尺度は表面厚の一貫性である。目標は、各孔のボトルを計測してバリエーションキャンセレーションを算出すること（算出する係数が1.5％以下でなければならない）、そして、各孔からボトルをセクションし、超音波やX線厚さゲージで表面をスキャンすることである。計量法は速く、大きな不均衡はとらえることができます。セクションとスキャンは、計量法のみでは隠れてしまう細い部分、例えばいずれかの孔の薄い肩部などをとらえます。
壁平衡はパリゾンから始まります。ダイスヘッドは各出口に均等なパリゾン重量と壁を提供する必要があり、パリゾンプログラマーは容器のストレスポイントである基盤、ハンドル、シェルダーに十分な材料を与えながら、容易な部分では過剰にパックしないよう材料を配分しなければなりません。連続押出の場合、パリゾンはボトルに強さが必要な場所で厚く、重量を削減できる箇所で薄くなるように長さ全体で壁を変化させるプログラムが多く使用されます。変動係数が1.5パーセント以下になると、ヘッド出口のバランスをとり、キャビティ冷却を合わせ、実際の機械で検証することで得られます。CADモデルを信頼するよりも、現実の機械で検証することで変動係数を1.5パーセント以下に抑えることが可能です。
| 確認方法 | 測定対象 | 受け入れ基準 | 頻度 |
|---|---|---|---|
| キャビティ単位での重量計測 | ボトル質量バランス | 1.5% 以下のクロム・ワット株 (CV)。2. ベリリウム銅、グレード C17200 は、熱収支と耐摩耗性の両方が必要なイングットピース、特にピンチオフ段およびネック・インスリット用に使用されます。105～130ワット／メートル・ケルビンの熱伝導率を備えており、析出処理後にロックウェル C 36～42 に硬化します。そのため、ピンチオフ・ランドで繰り返しの接合や切断にも耐える点が、アルミニウムよりも遙かに長く、なおかつ素早く冷却することができます。P20 硬化鋼、4140 鋼およびステンレス鋼は、高い充填量を有する洗剤ボトルや酸性分解生成物を放出しやすい PVC など、長期間の使用、磨耗、腐食に耐える用途に控えられています。鋼は、硬さと寿命を犠牲にして冷却速度を優先します。そのため、ブロック全体ではなくイングットインスリットとして選択的に使用されます。 | 各セットアップ後、各シフトごと |
| セクションとスキャン | 基底部、肩、ハンドルのローカル壁 | ±5%以内 | 最初の製品があれば次は毎週の製品となる |
| 出口ごとのパリゾンの重量 | 金型ヘッドバランス | 1%以内の質量 | 取付開始時 |
| トップにつき物を入れ、落下させます | 機能 strength | 1.5パーセント未満のCV | 材料変更ごと |
一つの溶孔がずれると、通常の調査順序は、金型ヘッドの出口バランス、その後冷却バランス、ピンチオフでの摩耗、ブローポインコーリングです。すべてが連動しているため、道具設計者は、検証済みの設定、出口隙間、制限装置の位置、ピンチオフのランド幅、ピン長をドキュメント化し、サービスが完了した後で金型を再現できます。また、後に追加される新しい溶孔は既存のものと完全に一致するようになります。アポロは、各溶孔の重量と壁スキャンをカバーする初回製品レポートを備えた、ABLBおよび完全に電動化された金型を提供し、お客様は既知の良好な基準からスタートできます。
収縮補正
すべてのプラスチックは、溶融から固体へ冷却されることで収縮するので、金型の空洞の寸法は材料の収縮率に比例して、製品の目標寸法よりも大きく設定する必要があり、そうしないと製品が不適切なサイズになってしまいます。半結晶性樹脂の場合、打出による分子配向が材料を整列させるため、収縮は偏光性のあるものとなりますが、金型の寸法設定において実用的な公式は、金型の寸法が目標寸法を、収縮率から引いたものに等しくなるというものです。HDPE製品の収縮率は2～4％、PPは1.5～2.5％、PVCは0.3～0.8％、PCは0.5～0.8％です。具体的な収縮率は分子量、充填剤、冷却速度によって異なります。また、PVCやPCといった不定性樹脂は、PEとPPの半結晶性樹脂に比べてかなりの少ない収縮率を示します。
多孔部モールドの場合、すべての孔に均一に収縮補正を行い、冷却も均等に行う必要があり、これによりすべての孔が同じ速度で冷却されます。冷却の不均一性は孔ごとの有効収縮を変え、サイズのばらつきを再生成します。首部とネジの寸法が最も許容範囲に敏感であるため、首部インサートを補正されたサイズにカットし、厳密な許容範囲内で保持します。ボディ部分はより大きな変動を許容できます。カットに使用される収縮値は、特定のグレードと予測される工程に対して樹脂サプライヤーから取得され、最初の製品を測定して瓶がオーバーサイズまたはアンダーサイズになった場合に金型を調整することで確認されます。
| 材料 | 収縮率の範囲 | 結晶性クラス | 金型補正の注意事項 |
|---|---|---|---|
| HDPE製品製品 | 2～4% | 半結晶性 | 最大補償、時計の向き |
| PP | 1.5～2.5％ | 半結晶性 | HDPE製品よりも低い値ですが、依然として大きい |
| PVC | 0.3〜0.8％ | 無定形状 | 小さい補償、緻密なネック制御 |
| PC | 0.5～0.8％ | 無定形状 | 小型、医薬及び光学グレード |
| PETG | 0.4～0.7％ | 無定形状 | 応用の必要事項 |
つや消し後の小さな追加の変化は、部品が完全に緩和して数時間または数日経過した後にも発生します。このような局部精度の高い応用では、自機からではなく安定化期間を経て瓶を測定することで、適切に考慮されます。食品や医薬品の瓶に関しては、安定化後にネックの仕上がりがキャップ仕様に合っていないと、密封性が不安定になるため、安定化段階でチェックを行います。アポロは、PE、PP、PVC、PA、PC、ABS、PS、EVA、TPU、PETGなどの材質を加工機で扱っており、金型カットデータは材質別に分類されているため、お客様が樹脂を切り替える際にも適正な収縮補償が行われます。また、PEのカットデータをそのままPPの瓶に再利用するようなことにはなりません。
相対的な工具づくりコスト
多孔穴モールドの性能は最悪の孔の性能に準じるため、検証テストでは、単一のサンプルだけでなくすべての孔がテストされます。ドロップテストでは、充填、運搬、小売施設などに直面する落下時にボトルが安全に保つことが確認されます。ボトルは、適用条件に合わせて充填され、ふたをしてテストを実施します。重ね置いたボトルが屈曲する前に抵抗する圧縮力を測定するトップロードテストにより、パレットに積載されたボトルが保護されます。漏出と密封性テストでは、通常は空のボトルを圧力にさらし、衰退を監視するか、水中に沈め、気泡の有無を観測することで、圧力や真空下でボトルが無損で保持することを確認します。容量の偏差は、ボトルを一杯または基準ラインまで充填し、容量を指定値と比較することで検証します。重要なポイントでの壁厚のスキャンにより、どの孔でも設計最小値を下回る薄い箇所がないかを確認します。
これらの試験は、文書化された規格に基づいて実施されています。ASTM D2911 は、吹き型製法で製造されたポリエチレン製ボトルの寸法に関して規定されており、ボトルとネックの適切サイズを規定しています。ISO9001 は、金型と機械が設計・製造される際の品質管理システムを規定しており、生産過程を管理しています。食品接触用として、FDA 21 CFR クラス 177.1520 により、食品接触用品に使用されるポリエチレンに適用される要件が定められています。また、EU10/2011 は、欧州連合で食品に接触することを目的としたプラスチック材料および製品に適用される枠組み規制を定めています。CE マーキングは、製品が市場に投入される際の機械に適用されます。上記のいずれも、製品本体の一部ではありません。文書化された規制の内容を引用しています。Wanplas の工場であるアポロでは、EBM 機械および金型の設計・製造をこれらの基準に基づき行い、装置とともに関連した表明を行っています。
| 検定試験 | 何を示唆するか | 典型的な標準または参照 |
|---|---|---|
| 落下試験 | 詰めたボトルの衝撃耐性 | お客様の仕様、ISO9001の記録 |
| 上からのチャージ | スタック圧縮強度 | 応用分野によります |
| 漏れ防止とシール | 圧力または真空の整合性 | FDA 21 CFR クラス 177.1520 に関して |
| 容量の偏差 | 充填量の正確さ | 名称値と許容値 |
| 壁厚測定 | 最小値よりも小さい薄い部分はありません | コービングごとの設計最小値 |
| 寸法チェック | 以下の完全なフォーマットを使用してください。 "" ごとに 1 行 何も他のものがありません。 | ASTM D2911 |
| 食品との接触 | 材料に対する準拠性 | FDA 21 CFR クラス 177.1520、EU10/2011 |
実際の製品用のマルチキャビティモールドと試行版を区別することは、それぞれのキャビティから得られたボトルを一度のラウンドですべて検査し、その結果を比較するという方法です。すべてをクリアした単一のボトルであれば、設計が有効であることが確認できます。また、12つのキャビティから抽出した12個のボトルがすべてクリアすれば、モールドが実際の製造に向けたものであることが証明されます。これが、アポロがモデルとして単一のボディ用サンプルではなく、各キャビティごとに最初の製品パッケージをモールドに同梱する理由であり、ワンプラス・グループが品質保証を提供する理由でもあります。すでに納品された製品が、合意された仕様に適合していることを保証し続けています。
欠陥トラブルシューティングマトリクス
多ホルダ金型では不良が集中するため、トラブルシューティングマトリックスで各症状をホルダレベルの根本原因に対応させることが重要です。最も頻繁に出てくる問題は、一部のホルダでヘヴィなフラッシュ、ホルダ間で重量の違い、ピンチオフによる撚り、薄いボトルベース、ネックの寸法の厳密外れ、エジェクション変形、金型に沈着物の蓄積などです。これらはそれぞれ異なるサブシステムに係わります: フラッシュは締め金具・ピンチオフ、重量の違いは金型ヘッド・冷却、撚りはピンチオフエッジ・パライソンの温度、薄いボトルベースはパライソンプログラム・冷却、ネックのエラーはブローピン・収縮、変形は冷却・エジェクタ、沈着物は材質・ベントに起因します。
| 瑕疵 | 最も起因しやすい、キャビティレベルでの原因 | 最初のアクション |
|---|---|---|
| ボンディング剤の厚みが一部の空洞を傷つける場合 | 摩耗したピンチオフセット地、プレートの歪み、締め付けの不均等 | インサートの交換、プラテンの強化、タイバーの再ねじ込み |
| 中空部によって重量が異なる | ヘッド出口の不均一、不均一な冷却 | 低くて明確な化粧品ボトル |
| ピンチオフのストリングング | 端部が劣化し、加熱温度が高く、閉塞が遅い | 土地をシャープにし、溶融温度を下げ、スピードを上げる |
| 細長なボトルベース | パライソンプログラムがベース部で短く、ベースの冷却性能が低い | プログラムに基盤壁を追加し、基盤冷却を強調する |
| ネック寸法が基準値を超える場合 | ブローポンの摩耗、収縮エラー、ブローポンがあたることが生じます。 材料の収縮率によって金型の容器孔が目標容器よりも大きく切り抜かれます。HDPE製品は2～4パーセント、PPは1.5～2.5パーセント、PVCは0.3～0.8パーセント、PCは0.5～0.8パーセント縮まるので、金型の寸法は収縮率を除いた目標寸法に等しいと計算します。冷却は均等に行われることが重要です。すべての孔が均等に収縮します。 | ピンの再校正、ネックの再切断、ピンの冷却 |
| 排出異形 | 早期オープン、不均一な冷却、詰まったエジェクター | 重量比較、バランス出口、水のバランス |
| 金型の付着物と混濁 | 添加物の蓄積、換気口の詰まり、材料の劣化 | バルブを清掃し、温度を下げ、コンパウンドを検討する |
共通のテーマは、マルチキャビティの不具合は、グローバルな工程変更によってほとんど治癒されない;異なるひとつのキャビティまたはサブシステムを見つけてバランスを回復することで治癒される。これが、マーチャンダイズ済みの設定、出口隙間、制限器の位置、ピンごしの土地幅、ピン長、冷却制限などを、キャビティ単位と回路単位で記録する理由です。アポロのサービスエンジニアは、新しいマルチキャビティ金型を迅速に対応する生産に導くために、設置と試運転時におけるこの記録を利用します。また、ワンプラスグループのスペアパーツと現地でのサポートポリシーにより、金型は引き渡し後の運用を続けられます。
よく寄せられる質問
新しいEBMボトルプロジェクトでどのホルダ数を選んだらよいでしょうか。
キャビティ数は、目標とする毎時出力、ボトルの重量、および使用可能な締め込み力や成形ヘッドの出口によって決まります。200 ミリリットルから 5 リットルのボトルでは、連続押出機では 2 から 6 キャビティの金型が一般的ですが、1 リットル以下の軽量高容量容器では 8 から 12 キャビティが適しています。キャビティ数を指定する前に、常にマシンが樹脂、締め込み力、および出口数を供給できることを確認してください。
空洞数と留め力の関係はどのようなものですか?
コーンの回転時の角度を正しく設定する必要があります。コーンの刃先が底面から離れすぎると材料が金型溝に流入するので、材料使用を制限するなど対応できます。また、刃先の開度が小さすぎると切断が不完全になるため、可能な限り大きく設定することが望まれます。
連続押出ヘッドは8孔の金型をサポートできますか?
連続型押出ヘッドによる多孔体金型への供給は、ダイス出口の数とピッチが符合している場合に限られます。重荷物の大量生産には、蓄容式ヘッドまたは均等な流量を実現する多出口ヘッドが適しています。出口の数と孔の数が均等でなければなりませんし、ピッチも一致する必要があります。
EBM金型では、なぜ鋼筋ではなくアルミニウム7075を使用するのでしょうか?
冷却期間および回路のバランスを延ばし、エジェクターを無効にします。
各キャビティ間の炭粒の一貫性をどのように回避しますか?
フレッシュ不一致は通常、均一でない挟み込み力の分布、0.05ミリメートル以上のプレートの曲げ、または狭め部の隙間が合わないことによって発生します。挟み込み力を均等に調整し、プレートを強化し、すべての狭め面を同じ隙間幅と角度に整えます。交換可能なインサートによって、工具が摩耗してもすべての穴が一致するように維持されます。
ダイスヘッドと金型間のピッチ不一致が欠陥を生じさせるわけとは
EBM用金型では、8～15℃の低温が標準となり、低温では冷却速度と寸法安定性が向上します。あらゆるカビを均等に冷却するためには、シュノール数が4000以上の乱流状態で水が流れる必要があります。また、すべてのカビの総熱負荷に対応するサイズのチラーを設置する必要があります。
すべてのホルダ間で壁の厚さの一貫性を確認するにはどうすればよいでしょうか。
それぞれの空洞の全ボトルを重さで測定し、変動係数を算出します。これは通常 1.5% 未満とされます。次に、各空洞から断面を切り出し、超音波や X 線の厚さ計で測定します。目的は、各空洞の壁の厚さの偏差を、プラスまたはマイナス 5% 以内に維持することです。重さは大きな不均衡を捉え、測定は局所的な薄い部分を捉えます。
多孔空洞設計の場合、金型収縮量はどのように補正されていますか?
必要な締め付け力は、全孔の投影面積とブローポン圧によって変化します。追加されるたびに孔が引き出され、投影面積が増えます。そのため、追加孔の指定前に金型のタイバーサイズやロックング力を確認することが重要です。締め付け力が不足すると、要因となる孔にフラッシュが発生します。
食品接触用EBMボトルに適用される基準はどれですか?
食品と接触するボトルは、FDA 21 CFR クラス 177.1520 (ポリエチレン)およびEU10/2011（食品と接触する材料）を満たす必要があります。一方で、生産システムは通常、ISO9001で管理され、寸法参照はASTM D2911によるものです。CE マーキングは、市場に投入された機械に適用されます。これらは、リンクではなく単純なテキストでの引用になっています。
2から8キャビティへのスケーリング時のサイクル時間をどのように短縮しますか?
両面溝の採用でもボトル単価は半額にはならない。冷却とパリオンの配分を同時に進めることが最善です。高伝導率アルミニウムの溝体、コンフォーマル冷却装置、8℃程度の冷水およびバランスのとれた多出口形打鋼機頭を用いるとサイクル時間が保護されます。また、スクリューマシンとアキュムレーターがパリオン窓内で総ショット数を大きく減らしても問題がないことを確認する必要があります。
継続押出機ではなく蓄容ヘッドを使用するのはどのような場合ですか?
約10から20リットル以上の大容量コンテナ、太い壁の産業用部品、およびパリソンが重過ぎて連続的に押出さずに凹みを残さない場合には、アキュムレータヘッドを使用します。連続押出は、サイクル時間とパリソン制御が最も重要である薄壁の高速小瓶では、依然として選択肢となります。
ワンクリックでレシピを作成する転換最適化
金型のキャビティ中心間と、金型出口間の中心間は等しい必要があります。ピッチが異なっている場合、金型は中心から外れて浮き出し、薄い部分、不均一な壁の分布、およびかみあわし不良が発生して、スクラップ率が上昇します。熱膨張を考慮するため、冷たい金型のピッチは、熱いヘッドのピッチよりもわずかに小さい値に設定されることが多いです。
まとめ
エクストラクルーズブローモールにおける複数キャビティ金型設計は、多数のキャビティをひとつと同じであるように作り込むことを意味します。パリソンはひとつで、冷却はひとつで、締め付けはひとつで、壁はひとつで、サイズはひとつです。このような方式の生産効率向上は確実かつ大きなものであり、4キャビティの金型ではボトル数が4倍、12キャビティの金型では軽容器の場合、毎時間数千ボトルを超える生産が可能となります。ただし、これらの効果は、キャビティ数が締め付け力、金型のヘッドからの吹き出し口とその差、冷却材料の耐久性と冷却速度のバランス、キャビティごとに冷却キャンベントが乱流して均等に冷却されていること、キャビティごとにピンチオフと換気の状態を保持できていること、具体的な樹脂で収縮量を補正していることが確認されたときにのみ実現します。このような効果を検証するには、キャビティごとにASTM D2911、ISO9001、FDA 21 CFR クラス 177.1520、EU10/2011などの規格に基づき、キャビティすべてにおけるドロップ、トップロード、漏れ、容量、壁厚および寸法の基準に対してのテストを繰り返し実施する必要があります。
圧延ブロー成形品に20年以上の実績があり、90カ国以上に4,000台以上の機械を納入しているワンプラス工場「アポロ」は、ABLB、ABLD、およびフル電子式シリーズ用の複数溝型を、マッチした成形器頭、取り換え可能なベリリウム銅・スチールインレー、共振冷却、各溝の初択品レポートで設計しています。樹脂供給と再生のため、ワンプラスグループのケルク工場はツインスクリュー複合機を、ポリオレテックは洗浄・ペレタイジングラインを、ユダとアイビムはそれぞれPETおよび射出ブロー成形用の設備を提供します。複数溝EBM型をご指定される際は、目標ボトル/時間数から始め、各マシンにおける制約条件を確認し、各溝の有効性を確認することが重要です。複数溝生産においては、最も弱い溝が本番出力と品質に大きな影響を及ぼします。
