JP2005262494A - Male mold - Google Patents
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Description
この発明は、プラスチックの射出成形で使用する雄金型に関するものである。 The present invention relates to a male mold for use in plastic injection molding.
射出成形するプラスチック製品の表側の面にゲート痕を残さないための方法として、サブマリンゲートが有る。なお、ゲートとは金型の空洞部分への溶融材料の注入口のことである。サブマリンゲートは、製品の裏面側にある雄金型であるコア金型の構造の一部である。サブマリンゲートは、製品の裏面に棒状の注入ボス穴と、この注入ボス穴の側面にあるゲートと、このゲートに溶融材料を流し込む経路の一部である傾斜した先細りの円錐台状のランナなどから構成する。 There is a submarine gate as a method for leaving no gate mark on the front surface of the plastic product to be injection molded. The gate is an inlet for the molten material into the cavity of the mold. The submarine gate is a part of the structure of the core mold that is a male mold on the back side of the product. The submarine gate consists of a rod-shaped injection boss hole on the back of the product, a gate on the side of the injection boss hole, and a slanted tapered truncated cone runner that is part of the path through which molten material flows into the gate. Constitute.
金型を金属粉末から積層造形で製作する金属積層造形法がある。金属積層造形法では、例えば以下のようにして金型を形成する。結合材料(ポリマー)を加えた金属粉末を成形部に薄く散布し、窒素ガス雰囲気中で3次元CADデータに従って直径が0.3mm程度のレーザービームを走査し、結合材料が溶融固化することにより形状を一層ずつ0.05〜0.1mmの厚さで形成する。全体を形成した後で固化されなかった金属粉末を取り除き、形成された金型を水素還元炉で250〜350℃で焼結して結合材料を気化させる。その後、1120〜1150℃の炉内で溶融した銅を毛細管現象により金型に浸透させる。(例えば、特許文献1を参照)
金属積層造形法を短時間で実施するために、金型の表面から所定の厚さの部分だけ積層造形で製作し、その他の部分を補強材層で構成する方法がある。(例えば、特許文献1を参照)
There is a metal additive manufacturing method in which a mold is manufactured by additive manufacturing from metal powder. In the metal additive manufacturing method, for example, a mold is formed as follows. A metal powder with a binder (polymer) added is thinly applied to the molded part, and a laser beam with a diameter of about 0.3 mm is scanned according to the three-dimensional CAD data in a nitrogen gas atmosphere. Are formed one by one in a thickness of 0.05 to 0.1 mm. The metal powder that has not been solidified after forming the whole is removed, and the formed mold is sintered in a hydrogen reduction furnace at 250 to 350 ° C. to vaporize the bonding material. Thereafter, copper melted in a furnace at 1120 to 1150 ° C. is allowed to penetrate into the mold by capillary action. (For example, see Patent Document 1)
In order to perform the metal additive manufacturing method in a short time, there is a method in which only a part having a predetermined thickness is manufactured by additive manufacturing from the surface of the mold, and the other part is constituted by a reinforcing material layer. (For example, see Patent Document 1)
サブマリンゲートを構成する傾斜した先細りのランナを成形するための金型を加工する方法としては、切削加工、放電加工、金属積層造形法などがある。ゲートの直径が0.5〜1.2mm程度と小さく、ランナが先細りで斜めであるため、切削加工や放電加工では大型で高精度の加工機械を使用する必要があり、簡単には加工ができないという課題があった。また、製品ごとにサブマリンゲートの形状が異なるため、製品ごとに切削工具または放電工具が必要であった。
金属積層造形法で形成する場合には、ランナの方向が傾斜しているため、ランナに残るプラスチック部材に積層方向に直角な角ができる。この角がランナの傾斜した先細りの内面よりも突出して引っかかるので、プラスチック部材をランナから取り出すことが困難であるという課題があった。
As a method of processing a mold for forming an inclined tapered runner constituting the submarine gate, there are cutting processing, electric discharge processing, metal additive manufacturing method, and the like. Since the gate diameter is as small as about 0.5 to 1.2 mm and the runner is tapered and slanted, it is necessary to use a large, high-precision processing machine for cutting and electric discharge machining, and machining is not easy. There was a problem. Moreover, since the shape of the submarine gate is different for each product, a cutting tool or a discharge tool is required for each product.
In the case of forming by the metal additive manufacturing method, since the direction of the runner is inclined, the plastic member remaining on the runner has an angle perpendicular to the stacking direction. Since this corner protrudes and catches from the tapered inner surface of the runner, there is a problem that it is difficult to take out the plastic member from the runner.
この発明に係る雄金型は、雌金型とパーティング面において接するとともに、前記雌金型との間に溶融材料が満たされる所定の空洞を形成し、該空洞に連なり前記溶融材料を導く注入ボス穴を有する雄金型において、前記パーティング面に対して傾斜した先細りの先端が前記注入ボス穴に連なり前記溶融材料を導くランナを有し、該ランナにほぼ垂直な平面で積層して製造されたランナ部を備えたことを特徴とするものである。 The male die according to the present invention is in contact with the female die at the parting surface, forms a predetermined cavity filled with the molten material between the female die, and guides the molten material connected to the cavity. In a male mold having a boss hole, a tapered tip inclined with respect to the parting surface has a runner that leads to the injection boss hole and guides the molten material, and is manufactured by laminating on a plane substantially perpendicular to the runner It is characterized by having a runner portion.
この発明に係る雄金型は、雌金型とパーティング面において接するとともに、前記雌金型との間に溶融材料が満たされる所定の空洞を形成し、該空洞に連なり前記溶融材料を導く注入ボス穴を有する雄金型において、前記パーティング面に対して傾斜した先細りの先端が前記注入ボス穴に連なり前記溶融材料を導くランナを有し、該ランナにほぼ垂直な平面で積層して製造されたランナ部を設けるものとしたので、ランナ部からプラスチック部材を容易に引き出すことができるという効果が有る。 The male die according to the present invention is in contact with the female die at the parting surface, forms a predetermined cavity filled with the molten material between the female die, and guides the molten material connected to the cavity. In a male mold having a boss hole, a tapered tip inclined with respect to the parting surface has a runner that leads to the injection boss hole and guides the molten material, and is manufactured by laminating on a plane substantially perpendicular to the runner Since the provided runner portion is provided, there is an effect that the plastic member can be easily pulled out from the runner portion.
実施の形態1.
図1に、この発明の実施の形態を説明する上で使用するプラスチック製品1の形状を説明する斜視図を示す。図1(a)が表面側の斜視図であり、図1(b)が裏面側の斜視図である。また、プラスチック製品1を裏面から見た平面図を図2に示す。このプラスチック製品1は、金属製品の長方形の開口部を塞ぐ蓋である。このようなプラスチック製品1では、溶融材料を注入するゲートの痕跡を表面側に残さないために、サブマリンゲートを使用して射出成形する。サブマリンゲートを使用することにより、プラスチック製品の裏面に注入ボス痕1Aができる。プラスチック製品の裏面には、突き出しピン痕1Bも有る。注入ボス痕1Aと突き出しピン痕1Bに関しては、後で説明する。
FIG. 1 is a perspective view for explaining the shape of a
サブマリンゲートを使用して射出成形するための金型の平面図を図3に、図3のA−A断面でのプラスチック製品1を形成する前の断面図を図4に、プラスチック製品1を形成した後の断面図を図5に示す。図3において金型内部の構造を破線で示す。図3〜図5より、図における下側の雄金型であるコア金型2と上側の雌金型であるキャビ金型3の間の空洞部分5に、プラスチック製品1が形成される。コア金型2の上面とキャビ金型3の下面とがパーティング面4で互いに接する。図4では、溶融材料6(図示せず)を注入する経路に矢印を書く。
コア金型2には、空洞部分5に溶融材料6をコア金型2の側から導くための円形の注入ボス穴2Aと、注入ボス穴2Aの底に近い部分に連なり溶融材料6を導く直径0.5〜1.2mm程度のゲート2Bと、図における右側からゲート2Bに接続する傾斜した先細りの断面が円形のランナ2Cが有る。キャビ金型3には、ランナ2Cと接続する図における下側が太くなった断面が円形のスプル3Aがある。射出成形機7(図示せず)から溶融材料6がスプル3Aに射出され、ランナ2C、ゲート2B、及び注入ボス穴2Aを通って、空洞部分5に導かれ注入される。
FIG. 3 is a plan view of a mold for injection molding using a submarine gate, FIG. 4 is a cross-sectional view before forming the
The
プラスチック製品1形成後の断面図である図5に示すように、空洞部分5にプラスチック製品1が形成され、注入ボス穴2Aには注入ボス8が形成され、ランナ2Cとスプル3Aには残余プラスチック9が形成される。プラスチック製品1と注入ボス8は、コア金型2から取外したあとで、注入ボス分離箇所1Cで分離する。注入ボス痕1Aは、プラスチック製品1から注入ボス8を分離した跡である。
As shown in FIG. 5 which is a cross-sectional view after the
コア金型2には、プラスチック製品1の形成後に注入ボス8とともにプラスチック製品1を突き出すための突き出しピン2Dと、残余プラスチック9を突き出すための突き出しピン2Eも有る。突き出しピン2Dは上下に移動可能に穴の中に収容されており、突き出しピン2Dの上面はコア金型2の上面と同じ高さである。突き出しピン2Dとその収容穴の境界部分に溶融材料6が僅かに入り込んで、プラスチック製品1の裏面に突き出しピン痕1Bができる。
The
ゲート2Bが左端面に開口し、ゲート2Bの少し下の位置よりも上方の直方体のコア金型2の部分であるランナ部2Fは、ランナ2Cに垂直な層を金属積層造形法で3次元CADデータに基づいて形成している。ランナ部2F以外は鋳造などにより一体に製造しており、ランナ部2Fとそれ以外の部分は、ネジ止めにより一体化する。ネジ止めにあたっては、繋ぎ止める取り付け金具を使用してもよいし、それ以外の部分にランナ部2Fを直接ネジ止めしてもよい。
The
金属積層造形法で形成した直後のランナ部2Fの側面からの断面図を、図6に示す。ランナ部2Fのゲート2B付近の拡大図を、図7に示す。なお、図7の拡大部分は、図6において破線で囲んだ部分である。
図7より、中心軸線2Hが積層面に垂直なので、ゲート2Bに近い方が細いランナ2Cは、金属積層造形法では階段状に上側が大きくなる穴として形成される。このため、下の層の穴を上方向に移動させると、上方の層のランナ2Cの穴にすっぽり含まれる。
ランナ部2Fの外側の面では、積層面の端部が階段状になり微小な溝ができる。ランナ部2F以外と一体化するまでの適切な時点で、ランナ部2Fの外側の面の微小な溝が無くなるように、ランナ部2Fの外側の面を加工する。
FIG. 6 shows a cross-sectional view from the side surface of the
As shown in FIG. 7, since the
On the outer surface of the
突き出しピン収容穴2Gは、金属積層造形法により積層する平面の方向が斜めになるため、このままでは、突き出しピン2Eをなめらかに移動できない。突き出しピン2Eをなめらかに移動できるようにするため、金属積層造形法での処理後にドリルやリーマなどにより、穴を大きくして中心位置や直径や表面の粗さなどを必要な精度に仕上げる。突き出しピン収容穴2Gは、ランナ部2Fの底面に対して垂直で穴の径も一定なので、ドリルやり−マによる加工は容易である。
Since the direction of the plane which laminates the protruding
以上で構造の説明を終了し、以下では動作を説明する。コア金型2のランナ部2Fは金属積層造形法で形成し、別の方法で製造した他の部分と一体化してコア金型2を製作する。キャビ金型3も適切な方法で製作する。こうして、プラスチック製品1の製造に必要なその他の装置や原材料などが準備できると、以下のような工程でプラスチック製品1を製造する。
This is the end of the description of the structure, and the operation will be described below. The
(プラスチック製品1の製造工程)
(工程1)コア金型2にキャビ金型3を重ね合わせる。図4が、この状態を示す。
(工程2)射出成形機7(図示せず)が溶融材料6(図示せず)をスプル3Aに射出し、空洞部分5に空間を残さないように充填する。溶融材料6は、スプル3A、ランナ2C、及び注入ボス穴2Aにも充填される。図5が、この状態を示す。
(工程3)溶融材料6が固まる時間を考慮して決めた所定時間だけ待つ。
(工程4)キャビ金型3を外す。キャビ金型3を外した状態でのコア金型2とプラスチック製品1の側面からの断面図を、図8に示す。
(工程5A)突き出しピン2Dをパーティング面4の方向に移動させてプラスチック製品1及び注入ボス8をコア金型2から取外す。
(工程5B)(工程5A)と同時またはその前後に、突き出しピン2Eを移動させて残余プラスチック9をコア金型2から取外す。突き出しピン2Dまたは突き出しピン2Eのどちらか先に移動させる際に、ゲート2Bの位置で注入ボス8と残余プラスチック9とが分離する。工程5Aと工程5Bを実施中の状態でのコア金型2とプラスチック製品1の側面からの断面図を、図9に示す。
(工程6)プラスチック製品1から、注入ボス分離箇所1Cで注入ボス8を分離する。
(Manufacturing process of plastic product 1)
(Step 1) The
(Step 2) An injection molding machine 7 (not shown) injects a molten material 6 (not shown) into the sprue 3A and fills the
(Step 3) Wait for a predetermined time determined in consideration of the time for the molten material 6 to solidify.
(Step 4) The
(Step 5A) The protruding
(Step 5B) At the same time as or before and after (Step 5A), the protruding pin 2E is moved to remove the residual plastic 9 from the
(Step 6) The injection boss 8 is separated from the
コア金型2のランナ部2Fをランナ2Cに垂直な層を金属積層造形法で形成しているので、工程5Bで残余プラスチック9をランナ2Cからスムーズに取外すことができる。
この効果をより詳しく説明するための比較例として、コア金型2のランナ部2Fをランナ2Cに垂直でない平面(ここでは、パーティング面4に平行な平面)に平行な層を金属積層造形法で形成した場合の図7とほぼ同じ部分の拡大図を、図10に示す。図10では、ランナ2Cは階段状の空間になり、残余プラスチック9はこのランナ2Cの階段状の空間に隙間無く充填される。階段状の角の部分である余剰空間2Jには、残余プラスチック9の余剰部9A(図示せず)ができる。
Since the layer perpendicular to the
As a comparative example for explaining the effect in more detail, a layer parallel to a plane (in this case, a plane parallel to the parting surface 4) of the
残余プラスチック9をランナ2Cの中心軸線2Hに対して平行に移動させようとすると、余剰部9Aがランナ2Cの内面の積層した各層の角にひっかかる。そのため、残余プラスチック9をランナ2Cから取外すのが困難になる。これに対して、コア金型2のランナ部2Fをランナ2Cに垂直な層を金属積層造形法で形成すると、残余プラスチック9に余剰部9Aが生成されず、残余プラスチック9をランナ2Cからスムーズに取外すことができる。
ランナ部2Fだけを金属積層造形法で形成するので、全体を金属積層造形法で形成した場合よりも安価に金型を製造できる。
When the residual plastic 9 is moved in parallel to the
Since only the
この実施の形態1では、長方形の開口部を塞ぐ蓋のプラスチック製品1の場合で説明したが、プラスチック製品1の形状はどのようなものでもよい。ランナ部2Fとコア金型の他の部分と一体化するためにネジ止めの方法によったが、ランナ部2Fとコア金型の他の部分とを所定の精度と強度で一体化できるならばどのような方法でもよい。ランナ部2Fだけを金属積層造形法で形成したが、コア金型2全体を金属積層造形法で形成してもよい。
In the first embodiment, the case of the
この実施の形態1ではランナ2Cの中心軸線2Hに垂直な平面でランナ部を金属積層造形法で形成したが、残余プラスチック9にランナ2Cから取外す上で支障になる余剰部9Aが生成されなければ中心軸線2Hに垂直でなくてもよい。ランナ2Cの先端の角度を2×θとすると、中心軸線2Hと積層面との間の角度が90−θ度から90+θ度までの範囲内であれば、残余プラスチック9に余剰部9Aが生成されない。中心軸線2Hと積層面との間の角度が90−θ度から90+θ度までの範囲内に有る場合に、積層面がランナ2Cに垂直であるとする。さらに、90−θ度から90+θ度までに所定の余裕をもたせた範囲内に有る場合に、積層面がランナ2Cにほぼ垂直であるとする。なお、積層面がランナ2Cにほぼ垂直であれば、残余プラスチック9に余剰部9が発生しないか、発生するとしても僅かであり、残余プラスチック9をランナ2Cから容易に取り出すことができる。
この実施の形態1では、レーザを使用する金属積層造形法を使用したが、層を1層ずつ積層する方法であれば、他の方法でもよい。
以上のことは、他の実施の形態でもあてはまる。
In the first embodiment, the runner portion is formed by the metal additive manufacturing method on a plane perpendicular to the
In the first embodiment, the metal additive manufacturing method using a laser is used. However, any other method may be used as long as the layers are stacked one by one.
The above also applies to other embodiments.
実施の形態2
実施の形態2は、ランナ2Cの内面がより滑らかになるように、ランナ部2Fに電解研磨法を実施するように実施の形態1を変更したものである。図11に、図7と同じ位置のランナ部2Fの側面からの拡大図を示す。図7に比較して、ランナ2Cの内面の階段状の角が丸く削れて、内面がより滑らかになっている。
In the second embodiment, the first embodiment is modified so that the electropolishing method is performed on the
図12に、電解研磨法を実施する方法を説明する図を示す。電解槽10の中にランナ部2Fの金属の種類に合わせて調整した電解研磨液11を満たし、金属積層造形法で形成したランナ部2Fを電解研磨液11に浸し、ランナ2Cの中心軸線2H上のランナ2Cの内面の各部との距離が適切になる位置に断面が円形の棒状の対極12を配置する。ランナ部2Fにプラス電圧を対極12にはマイナス電圧を、直流電源13により所定の時間だけ印加する。
FIG. 12 is a diagram illustrating a method for performing the electrolytic polishing method. The
電解研磨の原理を説明する図を、図13に示す。図13(a)が電解研磨の開始直後、図13(b)に電解研磨の終了間際の時点を示す。図において、中央に対極12があり、周囲にはランナ2Cの内面がある。対極12とランナ2Cの内面の間には、ランナ2Cに近い側に粘液層14が有り、対極12の近くは電解研磨液11である。粘液層14は、ランナ部2Fの金属がイオンとして溶け出して電解研磨液11と混合したものである。ランナ部2Fは階段状だが、粘液層14と電解研磨液11の境界は、ランナ部2Fの階段形状よりも凹凸が少ない。このため、ランナ部2Fの階段状の突き出た角の部分では粘液層14が薄くなり、階段状の引込んだ部分では粘液層14が厚くなる。電解研磨液11の電気抵抗は小さく、粘液層14の電気抵抗は電解研磨液11よりもかなり大きい。このため、粘液層14が薄くなるランナ部2Fの階段状の突き出た角の部分でより多くの電流が流れ、突き出た角の部分から溶融がより速く進み、ランナ部2Fの階段上の凹凸がよりなだらかに平滑化していく。
FIG. 13 shows a diagram for explaining the principle of electropolishing. FIG. 13A shows the time immediately after the start of electropolishing, and FIG. 13B shows the time just before the end of electropolishing. In the figure, there is a
このように電解研磨法を実施することにより、ランナ2Cの内面が滑らかになり、残余プラスチック9をランナ2Cから取外すことがより容易になる。
電解研磨の方法は、この実施の形態2で示した方法以外でもよく、ランナ2Cの内面が滑らかにできる方法であればどのような方法でもよい。
By carrying out the electropolishing method in this way, the inner surface of the
The method of electrolytic polishing may be other than the method shown in the second embodiment, and any method may be used as long as the inner surface of the
1 :プラスチック製品
1A:注入ボス痕
1B:突き出しピン痕
1C:注入ボス分離箇所
2 :コア金型(雄金型)
2A:注入ボス穴
2B:ゲート
2C:ランナ
2D:突き出しピン
2E:突き出しピン
2F:ランナ部
2G:突き出しピン収容穴
2H:中心軸線
2J:余剰空間
3 :キャビ金型(雌金型)
3A:スプル
4 :パーティング面
5 :空洞部分
8 :注入ボス
9 :残余プラスチック
10 :電解研磨液
11 :電解槽
12 :対極
13 :直流電源
14 :粘液層
1: Plastic product 1A: Injection boss trace 1B: Extrusion pin trace 1C: Injection boss separation part 2: Core mold (male mold)
2A:
3A: Sprue 4: Parting surface 5: Cavity part 8: Injection boss 9: Residual plastic 10: Electrolytic polishing liquid 11: Electrolytic tank 12: Counter electrode 13: DC power supply 14: Mucus layer
Claims (2)
The male mold according to claim 1, wherein the inner surface of the runner is electropolished.
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-
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