カスタムゴム部品の製造を最適化する

マイク・サントラ著 | 2023 年 1 月 6 日

この記事では、材料の選択と設計からプロトタイピングと生産金型技術に至るまで、ゴム部品の設計と製造の重要な要素をより深く理解できるようにします。

カスタム ラバー シールの開発を最適化することは困難な場合があります。 業界の専門家に頼り、潜在的な製造方法と生産量を検討することで、イノベーションのプロセスを進めることができます。 カスタム ラバー シール製造の専門家は、生産量、方法、材料、設計がどのように相互に関係し、コストに影響を与えるか、また性能や市場投入までの時間にどのような影響を与えるかについて深い理解を提供します。 彼らはまた、多様なスキルセットにも貢献します。

強力なスキルセットの 1 つは、生産目的のカスタム エラストマー コンポーネントのプロトタイプを効果的に作成する機能です。 プロトタイピングには、コンポーネント設計のあらゆる側面に多大な予算とリソースを投入する前に通電部分でテストできるため、潜在的な生産結果を調整して検討する機会が得られるため、利点があります。 プロトタイプの設計、材料、および方法を生産品と可能な限り近づけることにより、正確なコンポーネントの性能結果と最高品質の製品が得られます。

エンジニアリングの専門知識を早期に活用カスタムゴムメーカーを製品開発プロセスに早く参加させるほど、より良い結果が得られます。 エラストマー製造の専門家に頼ることで、予算の制約を達成しながら、設計とパフォーマンスの問題を防ぐことができます。

ゴム部品は製品設計パズルの最後のピースであり、製品に適合する必要があります。逸脱の余地はありません。 ゴムコンポーネントの設計の重要性を認識しないと、コストや製品の性能に悪影響を及ぼす可能性があります。

つまり、プロジェクトと目的についてゴム部品製造の専門家に早く相談するほど、最適なプロセスと材料の解決策にたどり着きやすくなります。

はじめに: 自問すべき質問 • コンポーネントの機能は何ですか? • どのような環境で機能しますか? • コンポーネントは多機能である必要がありますか? • どれくらいの期間正しく動作する必要がありますか? • コンポーネントはどのような特性を示す必要がありますか?

カスタム エラストマー コンポーネントの製造には、次の 3 つの一般的な成形技術があります。

射出成形射出成形では、加熱したエラストマー材料を高圧下で金型に注入します。 コンパウンドは加熱チャンバーから一連のランナーとスプルーに流れ、複数の点でゴムをツールに送り込みます。 一部の材料は他の材料よりも射出成形に適しています。 流量が優れたエラストマーは、粘性の高い材料よりも機械内をより有利に移動します。 射出成形は大量生産に最適であり、一般に幾何学的複雑性が低いコンポーネントでより良い結果が得られます。 射出成形は通常、自動化されたプロセスであるため、オペレーターのコストはゼロになります。

トランスファーモールディングトランスファー成形は射出成形に最も似ています。 ゴム材料のシートがトップ プレートの上にあるポットに配置されます。このポットにはゲートがあり、そこを通ってコンパウンドが下の型に流れ込みます。 ポットの上では、プランジャーが材料を下げて圧縮し、熱と圧力を加えながらコンパウンドをトップ プレートのゲートを通って流し、金型キャビティ全体を満たします。

このプロセス中に、コンパウンドがポットの輪郭を満たし、金型を満たさないエラストマーのパッドを形成します。 このパッドは廃棄物として処分されるため、トランスファー成形は低コストの材料に最適です。

圧縮成形圧縮成形は少量生産に適しています。 ゴムコンパウンドのプリフォームがツールキャビティの片側に配置されます。 ツールの半分をもう一方に対して閉じ、熱と圧力を加えて材料を流し、キャビティを充填します。

圧縮成形は展性の高い材料に最適で、中程度の硬さのエラストマーが最適です。 プレフォームコンパウンドは最初は非常に柔軟であり、複雑な金型に挿入するのが難しい場合があるため、この方法は単純な設計に適していることがよくあります。 さらに、圧縮成形ではキャビティの数が非常に多くなる可能性があるため、人件費の相殺に役立ちます。

射出成形とは異なり、圧縮成形機にはオペレーターが必要なため、プロセスに労働力の不足や人的ミスが発生しやすくなります。 圧縮成形部品の用途は、単純な O リングから直径 10 インチ (254 ミリメートル) を超える複雑なダイヤフラムまで多岐にわたります。

ジョブに適したツールを選択する方法工具、つまりエラストマーを形成する金型は、通常、2 つ以上の特注で機械加工されたキャビティとスチール プレートで構成されます。 ほとんどのエラストマー成形プロセスでは、ツールプレートに熱と圧力がかかり、ゴムコンパウンドがツールに押し込まれます。 高品質の完成品コンポーネントを確保するには、金型のすべての部品が一貫した寸法、厳密な公差、および適切な表面仕上げを備えていることが重要です。

ツールの構築は、コンポーネントの設計に従って、複数のプレートに分割された固体スチール ブロックを CNC マシンでくり抜くことから始まります。 設計に内部輪郭が必要な場合は、スチールコアピンをツールに挿入して、完成したコンポーネントの内部フィーチャーを成形します。

複雑な設計には同様に複雑なツールが必要となり、完成したコンポーネントの全体コストが上昇します。 一部のメーカーは、より安価な工具を使用することでこのコストを削減することを選択しています。 ただし、この選択は完成品の機械的特性を損なう可能性があります。 これらの理由により、高品質のツールは、エンドアプリケーションのパフォーマンスの信頼性を確保することで十分に利益をもたらします。

さらに、金型のキャビティの数とサイズは、コンポーネントのサイズ、複雑さ、生産量、成形プレスのサイズ、トン数、コンポーネントの機能や材料の種類などの要因によって影響されます。

生産量を考慮する生産量は成形機の選択と費用対効果に影響を与え、通常、使用する成形プロセスを決定する際に最初に考慮すべき要素です。 たとえば、生産量が多い場合、一部の製造方法では必要なサイクル タイムに追いつくことができず、最終的には最終製品の市場投入までの時間に影響を与えます。

業界の経験則では、年間 100 万個以上の部品を生産する場合は射出成形を使用しますが、圧縮成形とトランスファー成形のスイート スポットは少量から中量の生産です。

適切な素材を見つけるどのゴムコンパウンドを使用するかを決定するには、完成したコンポーネントの機能を理解することが重要です。 たとえば、流体をシールすることが目的の場合、多くの異なる流体に対してシールする必要があるのか​​、それとも 1 つの特定の流体に対してシールする必要があるのか​​を知る必要があります。

考慮すべき一般的な要素には次のようなものがあります。• 構造的サポートの提供。 • エネルギーの伝達または吸収。 • 圧力および温度条件。 • 湿潤または乾燥環境。 • 一定または周期的な圧力への曝露。 • 動的または静的応力への曝露。

重要な要件と機能を考慮しないと、障害が発生する可能性があります。

Trelleborg Sealing Solutions は広範な化合物ポートフォリオを備えており、通常、カスタム仕立てのコンポーネントに対するアプリケーション固有の要件を満たすために新しい材料を配合しています。

重要な材料品質: • 収縮率。 • 流量。 • ゴムプロセス分析 (RPA)。 • 圧縮永久歪み。 • 耐食性。 • 腫れ。 • 耐摩耗性。 • 生体適合性。

製品開発に影響を与える設計上の特徴成形ゴムコンポーネントの設計の複雑さはさまざまで、単純なリングシールから一緒にオーバーモールドする必要がある複雑なサブコンポーネントまで多岐にわたります。 設計により、最適な製造方法を促進するために、自然にさまざまな材料やプロセスを選択することになります。 選択に影響を与える、最も一般的な設計機能のいくつかを以下に示します。

コーナー —鋭い角は一般に製造が難しく、コンポーネントに欠陥が生じる可能性が高くなります。 コストはかかりますが、高品質のツールを使用すると、潜在的な欠陥を軽減し、最終製品の成功に影響を与えることができます。

アンダーカット —アンダーカットは、コンポーネントの本体内に突き出るフィーチャーです。 アンダーカットが軸中心に近づくほど、アンダーカットは深くなります。 深いアンダーカットは、コンポーネントを金型から取り出すのを困難にするため、独自の一連の課題を引き起こします。 向きも取り外しの困難さに影響します。 たとえば、深い切り込みが金型の開口部に対して垂直である場合、部品を金型から取り出すことが不可能になる可能性があります。

穴ゴム部品に穴が必要な場合は、金型キャビティ内にピンを配置する必要があります。 このコア ピンは、完成したコンポーネントの内部輪郭を形成する役割を果たします。 成形プロセスでは高圧が使用され、コア ピンがたわみ、寸法が一致しない穴が形成される可能性があります。 特にピンの基部の直径ができるだけ大きいコア ピンを設計すると、成形手順中にピンが曲がったり破損したりするリスクが最小限に抑えられます。その他の留意すべきガイドライン: • 穴の高さは、穴の 2 倍を超えてはなりません。 • 穴の最小直径は 0.050 インチである必要があります。 (1.27ミリメートル)。

鋭いエッジ — 「ナイフ エッジ」または「フェザー エッジ」と呼ばれることが多い、薄いエッジを持つコンポーネントは、通常、金型から取り外すときに裂けます。 硬化後のバリ取りステップによりエッジがさらに欠け、さらなる欠陥が生じる可能性があります。 可能であれば、絶対に必要な場合を除き、デザインにナイフエッジを組み込むことは避けるのが最善です。 コンポーネントに薄いエッジが必要な場合は、最小 0.010 インチの平らなエッジでエッジを直角にします。 (0.254 ミリメートル) であれば、損傷の可能性が大幅に減少します。

オーバーモールディング —場合によっては、エラストマー コンポーネントをスチール、真鍮、アルミニウム、プラスチックなどの他の材料のサブコンポーネントと組み合わせる必要があります。 通常、ゴムコンパウンドは非ゴムサブコンポーネントの上にオーバーモールドされます。 ゴムのオーバーモールド部品を設計する場合、エラストマーとインサート間の結合強度を最大化するために留意すべき設計原則がいくつかあります。• インサートの表面をできるだけゴムで覆い、最小厚さ 0.020 を維持します。 -で。 (0.51 ミリメートル)。• コンパウンドが垂直面に沿って移動する間、流れを遮断しないでください。• 適切なランド (ステップ) を設けてください。

サブコンポーネント材料にゴムをオーバーモールドする場合、次の 2 種類の結合方法が使用されます。 • 機械的結合では、インサートの表面に穴、突起、またはくぼみを設ける必要があります。 化学結合を発生させるには、成形前に特殊な接着剤をインサートに塗布する必要があります。 このタイプの結合では、コンポーネントやインサートの形状に依存することなく、オーバーモールドされたコンポーネントを 1 つの単一のオブジェクトとして保持します。 要求の厳しい用途で使用されるコンポーネントは、通常、機械的結合と化学的結合の両方を組み合わせて使用​​されます。

インサートをコンポーネント設計に組み込むには、通常、インサート表面のエッチング、マスキング、マスキング解除、接着剤の塗布、バリ取りなどの成形前および成形後の二次作業が必要になります。

閃光 -加熱と加圧の際に金型から少量ずつ出る余分なゴムをフラッシュといいます。 通常、この少量のゴムは、ツーリング プレート間のパーティング ライン、つまり継ぎ目に押し込まれます。 バリは、成形後のプロセスの一環として、手動の引き裂きトリミング、極低温処理、タンブリングまたは精密研削によって除去するのが一般的です。

ゲイツ —トランスファー成形および射出成形コンポーネントでは通常、ゲートを使用して、コンパウンドがツールに均一に流入するようにします。 キャビティ上のさまざまな場所にゲートを配置できます。 ゲート マークは、ゲートがキャビティと相互作用する小さな隆起したスポットまたはくぼみであり、成形プロセスの完了後に残り、シールの機能や外観に影響を与える場合があります。 これらの理由から、ゲートのサイズ、配置、数のバランスを見つけることが重要です。 これらの側面は、同じツール設計であっても異なるため、これらの機能の決定はコンポーネントごとに個別に完了する必要があります。 最適なゲート戦略を決定するためのガイドラインとしてプロジェクトの目標に注目し、材料の硬度、寸法公差、外観や顧客の要件などの要素を考慮します。

プロトタイプの構築運用が最大能力で実行されている場合、予期せぬ問題が稼働時間に大きな影響を与え、期限の遅れにつながる可能性があります。 プロトタイピングは、生産前に設計と製造プロセスを改良する機会を提供し、本格的な生産を滞りなく進めるために不可欠です。

プロトタイピング段階では、特に複雑な設計では、運用中の製造環境にできるだけ近い条件で製造およびテストすることが最善です。 そうすることで、最も正確な結果が得られ、プロジェクトの成功レベルを予測するのに役立ちます。 プロトタイプ作成により、どの製造方法が最適であるかがわかり、さまざまな材料、デザイン機能、製造方法を試すことができます。

プロジェクトの締め切りを守るために、プロトタイピングを妨げることは決してありません。 最終的に、プロトタイピングは時間、コスト、エネルギーを節約します。 Trelleborg Sealing Solution では、設備の整った最先端のイノベーション センターが、完全に統合された設計、プロトタイプ、製造、テストのプロセスをすべて 1 つ屋根の下で行うとともに、エンジニア間のエクスペリエンスを提供します。 この没入型のプロセスによりイノベーションが加速され、数週間にわたる開発を数日に凝縮し、比類のないスピードで製品化を目的としたプロトタイプを完成させることができます。

結論エラストマー部品の開発には、素材や設計だけでなく、製造方法や生産量の検討も必要です。 Trelleborg Sealing Solutions の材料科学専門家の製品エンジニアと工具エンジニアは、これらすべての側面間の複雑な相互作用をナビゲートするのに役立つ経験と専門知識を持っています。 これにより、コストを管理し、より迅速に市場投入し、パフォーマンスを最大化し、リソースを最適に活用することができます。

Trelleborg Sealing Solutions は、コスト、パフォーマンス、発売予定日のすべての要件を満たすカスタム エラストマー製造プロセスにより、アプリケーションの最も困難な課題を解決するのに役立ちます。ミネソタ州のゴムとプラスチック www。 mnrubber.com