型締力の計算式が100倍ずれていた

ここに最初に書いた二つの話は、判断の問題でした。AIは一応筋の通る答えを選び、正しい答えの一歩手前で止まっていました。

今回のは判断の問題ではありません。算数でした。

Mold Doctorは、部品に必要な型締力の計算式を持っていて、その式が間違っていました。40トンで済む仕事が、4,082トン必要だと返ってきたのです。そのサイズの部品にそんな射出成形機は存在しません。実際に計算してみた人なら誰でも何かが壊れていると気づいたはずで、それがこの誤りが無害だった唯一の理由です。

私はこれを、参考資料を一つも開く前に、単位の検算で見つけました。

計算式

型締力は、金型を開こうとする力に勝たなければなりません。その力は、キャビティ内の圧力が投影面積 — 部品がパーティング面に落とす影 — に働いたものです。ランナーとスプルーの投影面積も加算します。これらにも圧力がかかるためです。

キャビティ内圧は、機械のゲージが示す圧力ではありません。ゲージは射出ユニット側、つまりノズル・ランナー・ゲートの上流で読んでいます。キャビティに届くのはその一部です。

メートル法での計算は F (tonf) = A (cm²) × P (kgf/cm²) ÷ 1000 です。

米国の工場では、同じ関係を経験則として扱います。投影面積（in²）に2〜4 ton/in²のトン数係数を掛け、まず3前後を目安にします。圧力項を係数に折り込んだだけで、物理は同じです。

100倍はどこから来たか

ナレッジベースにあった版は、9.8で割っていました。

9.807は実在する定数です。キロニュートンをトン力に換算するもので、前にある積がすでにキロニュートンなら、それで割るのは完全に正しい計算です。ここで前にあった積はキログラム力でした。それは同じ単位ではなく、9.8だけずれているのでもありません。

平方センチメートル × キログラム力毎平方センチメートルを9.8で割ると、およそ100倍大きく出ます。平方センチメートル × メガパスカルを9.8で割ると、10倍大きく出ます。人が実際に使う単位のどの組み合わせでも、この式が正しくなることはありません。

この種の誤りがしぶといのは、それが当て推量に見えないからです。誰でも調べれば実在すると確認できる定数が、そこにあってはならない唯一の位置に置かれているのです。

これを捕まえる検算に、出典は要りません。よく知っている部品を入れてみて、答えが実在する機械になるかを見るだけです。

たぶん手元にない圧力

この式にはキャビティ内圧が必要で、ほとんどの工場はキャビティ内圧を測っていません。数字を入れられない式は使えない式であり、私が引き継いだ版は式で止まっていました。

実務のデフォルトは300〜500 kgf/cm²です。米国のトン数係数も同じ場所に着地します。2〜4 ton/in²は、換算するとおよそ280〜560 kgf/cm²。別々の場所で生まれた二つの慣習が、同じ帯を指しています。

この一致には価値がありますが、それでもデフォルトです。薄肉、長い流動長、流れにくい溶融樹脂はこれを押し上げます。部品が手元の成形機に対してぎりぎりなら、使うべき数字はキャビティ内圧センサーの実測値であって、これではありません。

多ければ安全、ではない

40トンで足りるなら、200トンならもっと安全なはずです。そうはならず、ここが私には一番意外でした。

ガスベントは意図的に浅く作られています。数十マイクロメートル — 空気は逃がし、溶融樹脂は通さない深さです。金型が必要とする以上に締め付けると、これを潰します。逃げるはずだった空気が残り、押し寄せる樹脂に圧縮され、充填末端で樹脂を焦がすほど熱くなります。RJGは端的に書いています。必要以上のトン数をかければ、閉じ込められた空気が焼けを生む、と。

Plastics Technologyは、もっと高くついた版を記録しています。100トン程度で足りた金型を400トンで運転し、キャビティブロックに亀裂が入って戻ってきた事例です。ベントの潰れとパーティング面の早期摩耗も伴います。

つまりトン数には範囲があるのであって、下限だけがあるのではありません。計算で下限が求まります。上限は金型が決めます。

そしてバリの原因は必ずしも型締力不足ではない

この話が重要になるのはバリのせいですが、バリは実際以上に型締力のせいにされています。

バリの出る場所が、金型側の問題か、成形機・圧力側の問題かを教えてくれます。決まった場所に繰り返し出るなら金型です。パーティング面の摩耗、異物、エジェクタピンのクリアランス。締め付けを強くしても摩耗した面は閉じませんし、摩耗を速めるだけです。

全周にわたるバリなら、成形機か圧力の側です。必要型締力を計算してください。成形機が投影面積に対して本当に足りていないなら、それが答えであり、どの設定もそれを直せません。

成形機が計算上の必要値をすでに満たしているのにバリが出るなら、金型が押し開けられているのではなく、キャビティが過充填されています。V-P切替（保圧切替）が遅い、保圧が射出圧力に近すぎます。テストはワンショットで済みます。保圧を下げて、バリが一緒に減るかを確認します。減るなら、型締力を上げることは最初から打ち手ではありませんでした。

アプリに入れたもの

計算式は修正済みです。キャビティ内圧のデフォルトと米国のトン数係数を式の隣に明記し、計算を実際に完了できるようにしました。

過剰トン数のパラドックスは、焼けについての別のノートにではなく、型締力の推奨そのものへの注意書きとして書き込みました。型締力を上げるよう提案するのと同時に、アプリは、その上げすぎが一行下の不良を生むと伝えます。

回帰テストも入りました。投影面積と成形機の型締力を与え、答えが数千で返ってきたら失敗します。あの誤りは、もう静かには戻ってこられません。

この件から得た習慣は、修正そのものより小さいものです。数字が文献と合っているかを確かめる前に、その単位がそもそもその数字を生み出せるのかを確かめること。今回の誤りは次元解析だけで発見でき、私が見つけた六つの誤りの中で、確認が最も速く済んだものでした。

Mold Doctorは不良の写真と成形条件から、考えられる原因と調整すべき項目を推定します。上の論理はその一部です。