プラスチック成形における成形条件調整について

Question

物の品質を一定に保ちたいために成形条件の完全固定を成形メーカーに要求しましたが、メーカー側からは成形機のスクリュや逆流防止弁等をメンテ交換した際や周囲温度等の環境の変化があった場合には成形条件を調整することが不可欠であるとの回答がありました。
一般的にこの様な要素の変動を考えると、成形条件を固定するということは逆に品質のバラツキを生むことになるのでしょうか？
また、調整の幅を持たせるとしたら一般的にどの程度の幅で条件調整が行われるものなのでしょうか？
当件につきましてご教授頂けたら幸いに存じます。

Accepted Answer

プラスチック製品の設計・製造・販売をしております。
弊社は主に、食品関係・医療関係・化粧品などをやっております。

一定品質ですが、この問題はどの技術者も望むことですが、
製造設備によっても管理する範囲が異なると思います。

参考までに弊社の場合は

?製造現場の室温は一定に保っておりますが、それでも季節的な面で
　製品に左右される場合があります。（夏と冬）
　これは型温度が関係する問題であり、これに関しては
　温調器が必要となります。
　樹脂によって適温がことなるので、注意して下さい

?冷却の媒体について
　弊社は鋼材が錆びにくい水質に変える装置を循環させたものを
　流しております。
　何年も使用してますと、水あか・錆びなどのことから流量に変化も
　出てきます。（冷却効果の低下）
　この問題に関しては、高いですが冷却回路に流量計を設置することに
　よって、管理できます。
　弊社の場合は、金がないので水温のみで管理しております。
　媒体には大きく分けて水・オイルがあります。

?材料のＬＯＴによる微妙な物性の変化
　同じ材料でも、流れなどが微妙に変わることから品質が変わることが
　あります。これに関しては、条件表はあくまでも基準であり
　そこから製品の状態を観察して、成形テクニックでカバーします。

?スクリュー・加熱筒の清掃後
　色替えがある機械は、残留している微量な樹脂によって
　不良品となるケースもあるので、スクリュー・加熱筒清掃をしますが
　その際弊社は予備のスクリューに交換しますが、同じ圧縮比、同径でも
　同条件では、充填時間・クッション量などに変化が生じます。
　ここでも成形テクニックでカバーします。

?成形機械の違い
　油圧式・電動式によっても精度はことなります。
　
※いろいろありますが現場が四季関係なく一定環境であることが、
　前提になってくると思います。
（成形機の作動油・金型温度に関係します。）

弊社の製品は食品・医療・化粧品と　品質・寸法管理　が厳しいので
かなり注意しています。
客の要求する品質によって、管理する項目を決めることが必要だと
思います。また条件出しのレベルによってもかわると思います。
より正確な条件を確定出来れば、品質のＯＫ幅が大きくなります。
これも成形テクになりますね。

長くなりましたが樹脂は生き物ですから、管理は難しいです。
ちょっとしたことで化けるところが、面白いですけど。

100均一みたいな品質でいいなら簡単でいいと思うけど。

Answer

量産品は自動成形で実質的には成形条件はほとんど固定されているとみられますが、成形不良率ゼロではないであろう。不良率の低減、サイクルアップをめざして成形条件の見直しはずーと続くであろう。
成形条件の固定が簡単にできれば、成形屋にとってこれほど楽なことはない。
最適成形条件は最初からあるわけではなく、成形不良率の日間変動、季節変動、材料グレードのロット間ばらつきなどから不良率かぎりなくゼロへの試行錯誤から、構築していくもので、いわば個別のノウハウである。
成形条件は材料グレード、成形品形状、金型デザイン、成形機の各要因がからんで決まるものであり、成形条件がほとんどピンポイントのものから、成形条件の幅が広くとれる、極言すると、かなりいい加減な成形条件でも品質に影響しないものもある。
成形部品の品質安定が目的であり、成形条件の固定はそのための手段にすぎない。成形条件の完全固定はモルダーに一方的に要求するものではなく、成形部品メーカーとモルダーが共同で実験計画を共同で行って決めるものであろう。

Answer

まずは、下記の確認が必要です。
１）クリ－ンル－ム等の温度管理されてる部屋での成形か？
　　→温度管理、風管理（金型に直接風が当たっていると影響される）されて　　　いなければ、その変化に左右されます。
２）成形機は、クロ－ズド制御又はサ－ボ機等にて、条件再現性のある機械　　　か？
　　→いくら条件を一定にしても、成形機自体がその性能を充たしていなけれ　　　ば、意味がありません。
３）金型は、製作後新しい金型か？
　　→古い金型で消耗して来ていると、金型は刻々と、急激に変化してきます　　　ので、条件が変わって来る場合があります。　
４）金型のメンテナンスは、定期的にしかも、Ｏ／Ｈ（全バラシ）されている　　か？
　　→金型のメンテナンスを定期的にやっていないと、ガス付着等の問題よ　　　　り、条件が変わって来る場合があります。また、Ｏ／Ｈしたとしても、
　　　表面を拭いたり等の手抜きでは、材料の流れが変化してきます。
５）金型は、温調機等にて、温度管理及び流路管理されているか？
　　→金型は、温調機等にて水温及び流量を管理しなければ、材料の流れが変　　　化し、同条件で成形しても、型温の変化により、大きく変わります。
６）成形材料は、バラツキの少ない材料であるか？
　　→成形材料は、材料メ－カ－任せのバラツキ範囲と思います。材料メ－カ　　　－でも、作り易い範囲を設定していますの、広範囲となり、その成形条　　　件は、かなり違ってきます。　
７）成形機のメンテナンスは、定期的にしかもＯ／Ｈ（シリンダ－等）されて　　いるか？
　　→シリンダ－には、成形材料が表面付着による滞留（特に着色材料）する　　　場合があります。
　　　これにより、成形の状態が変わって来ます。材料によっては、定期的に　　　シリンダ－をＯ／Ｈする必要があります。
８）成形機の温度、圧力等のキャリブレ－ションを実施しているか？
　　→いくら条件を一定にしていても、それが出力されていなければ、意味が
　　　ありません。定期的にキャリブレ－ションしていなければいけません。

上記を踏まえまして、まず第一に、出来るだけ条件が振れない環境を作ります。
それから、その金型にて、どこの条件が一番寸法、外観、機能性（破壊強度等）に影響があるか確認します。その影響力のある条件を管理ポイントとし、
良品範囲（上限、下限）を設定し、その範囲内にて管理致します。また、成形機、金型の主要部品交換の際の確認方法（成形条件、製品寸法、外観、破壊強度等）も標準化しておくことも必要です。

成形メ－カ－としては、環境、機械整備、材料、成形範囲確認作業
発注側としては、金型の定期的更新（年数管理又はショット管理、消耗部品の定期交換含む）及び成形メ－カ－の選択（本当にそのメ－カ－がそのような管理が出来るか）

等、大きな問題及び金銭的負荷が出てきます。
また、それを実施する場合は、確実な成形品を作るための取り数（コストからの計算ではなく、安全から選択した取り数。多数個取りになればなるほど安定しなく、条件巾は小さくなる）の設定が必要です。

御社のお付き合いのある成形メ－カ－の実力、現在の製品のコスト等考慮に入れ、確認して見て下さい。かなり難しい問題です。

プラスチック成形における成形条件調整と品質バラツキの関係