ピストン本体 - Doit Rubber Products Co.,Ltd

ピストンの重要性

ピストンは、流体搬送および制御機器 (往復ポンプ、油圧バルブ、計量装置など) の中心となる可動部品です。シリンダ内の往復運動や回転運動により流体の吸入、圧縮、吐出、圧力調整を実現し、産業オートメーション、自動車の油圧システム、医療用搬送装置などの分野で広く使用されています。

そのパフォーマンスは、次の 3 つの重要なリンクを直接決定します。

① 機器の動作の安定性、ピストン本体の構造的完全性と寸法精度を確保し、シリンダー本体のシール効果に影響を与え、流体漏れを回避します。

② 流量制御の精度、安定した動作状態、適切な硬度特性を確保することで、流量変動を低減し、プロセスパラメータの要件を満たすことができます。

③ 装置全体の寿命を延ばします。高品質のピストンはシリンダーブロックとの摩擦損失を低減し、部品の損傷による装置の停止を回避し、メンテナンスコストを削減します。したがって、ピストンの品質は、流体機器の効率的な動作、機能の信頼性、および経済効率にとって非常に重要です。

ピストンに関する一般的な問題

生産組立および実用化において、ピストン本体は 2 つの主要なタイプの問題を起こしやすく、これらは装置の効率と性能に直接影響します。

1. 製品の自動組立の問題

カラム上部のバリ:アセンブリの詰まりや効率の低下を引き起こし、バリの脱落は容易に環境を汚染し、さらには内部の詰まりや装置のコンポーネントの摩耗につながる可能性があります。

コラムの変形（曲がり）：構造の対称性が崩れ、動作軌道がずれたり、シリンダー内壁と擦れてシリンダーの傷や機器の故障などの危険が潜んでいます。

製品の変形（浮き）：シリンダブロックのはめ合いクリアランスが不均一になり、シール性が低下し、漏れが発生しやすくなります。同時に、組み立ての位置決めが難しくなり、不良率が上昇し、再作業のコストが高くなります。

2. 製品使用上の機能上の問題

製品の下部リブが損傷すると、全体の強度が低下し、往復運動中に破損しやすくなり、ピストンの破損や設備の停止につながり、生産の進行に影響を及ぼします。

シリンダブロック位置に金型汚れ傷（傷）があり、接触面の平面度が崩れ、動作抵抗や摩耗が増大し、シール不良を引き起こして流体の汚れや圧力損失を引き起こす可能性があります。

通過する液体の流量が大きすぎたり小さすぎたりすると、プロセス要件を満たせなくなります。軽度の場合は、製品の品質に変動を引き起こします。深刻な場合には、医療事故や生産中止につながる可能性があります。

製品寿命の問題:コンポーネント交換のため頻繁にシャットダウンする必要があるため、調達コストとメンテナンスコストが増加し、継続的な生産が中断され、特に化学業界や製薬業界で多大な損失が発生します。

問題の原因

製品設計、材料特性、製造プロセスの 3 つの中心的な側面から、問題の根本原因を正確に特定できます。

自動組立の問題 (バリ、変形) :中心的な問題は、不十分な金型精度や射出温度/圧力/冷却時間パラメータの不適切な設定など、不安定な生産プロセスにあり、これが成形後の製品のバリや構造的変形につながります。一方、製品キャビティの壁厚の設計比率は科学的ではなく、力の作用点が過度に集中しています。成形や取り扱いのプロセス中に、カラムが曲がったり、製品が浮き上がったりしやすくなります。

ボトムリブの損傷：材料の硬度が高すぎる（脆性破壊しやすい）か低すぎる（塑性変形しやすい）ため、全体の強度が不足します。一方で、リブとピストン本体との接続部の設計が悪く、応力集中が発生していました。長期間ストレスを受けると、ダメージを受けやすくなります。

シリンダーブロック金型の汚れ傷：金型汚れは、生産前の金型の洗浄が不十分なために発生します。傷の発生原因は、材質の硬度が低く、加圧によりキャビティが膨張・増大したり、樹脂部品の寸法変化によりシリンダボディとの嵌合時に異常摩擦が生じ、表面に傷が付く原因となります。

流れの偏差：主に材料の硬さが高すぎたり低すぎたりすることにより、ピストンとシリンダの嵌合隙間に影響を与え、流体通路の断面積が変化します。さらに、製造プロセスの各段階のパラメータ（射出成形精度や冷却速度など）は大きく変動し、その結果、同じバッチ内のピストンのサイズや性能に差が生じ、流量の不安定性がさらに悪化します。

寿命の問題:まず、材料の硬度が高すぎ、肉厚が厚すぎるため、ピストンの移動時の摩擦抵抗が増加し、摩耗が促進されます。第二に、材料配合が最適化されていないため、疲労耐性が不十分です。長期間の往復運動により、構造の老化や性能の低下が起こりやすくなります。

環境コンプライアンスの問題：医療や食品などの分野に適用した場合、RoHSやREACHなどの環境保護基準を十分に考慮していない処方設計により、有害物質（重金属や有害化学物質など）が微量に過剰に含まれる可能性があり、市場アクセステストに合格できない可能性があります。

DOITのソリューション

上記の問題点に対して、DOIT はデザイン、材料、製造プロセス、環境保護の 4 つの側面から正確かつ実用的なソリューションを提案しました。

自動組立の問題を解決します。まず、専門的な検出装置を使用してバリや変形の特定の位置を特定し、製品キャビティの壁の厚さの設計比率を修正し、力の分布のバランスをとります。射出成形プロセスパラメータをさらに最適化し、金型の精度と清浄度を高め、バリの発生を低減し、製品成形の一貫性を確保し、スムーズな自動組立を保証します。

底部リブ損傷の問題を解決：リブ損傷の応力集中部位を解析し、リブと本体との接合構造を最適化。同時に、実際の力の要件に応じて、材料の硬度と強度を調整し、耐衝撃性と耐破壊性を備えた配合を選択し、リブの耐荷重能力を高めます。

シリンダーブロック金型の汚れ傷問題を解決するには：ピストンの素材端部の硬度を適切に高め、表面耐摩耗性と圧縮強度を向上させ、圧力によるキャビティの膨張を防ぎます。金型汚れの付着を防止するために、製造段階で金型洗浄管理工程を確立します。同時に樹脂部品の寸法誤差を検出・修正し、シリンダー本体との適度なはめあいクリアランスを確保し、摩擦によるダメージを軽減します。

流量偏差に対処するには:まず、測定された流量データに基づいて、適切な材料硬度範囲を決定し、硬度が流量要件と一致するように式を調整します。射出成形、冷却、成形、その他のリンクをリアルタイムで制御し、パラメーターの変動を低減し、同じバッチ内の製品の性能の一貫性を確保し、流量を安定させるために、全プロセスパラメータ監視システムを再度確立します。

製品寿命の延長：ピストンの動作抵抗の試験結果に基づいて、具体的には高すぎる硬度を下げるか、厚すぎる肉厚を薄くして動作摩擦を低減します。同時に、材料配合を最適化し、耐疲労部品を追加し、長期間の往復運動におけるピストンの構造安定性と耐久性を向上させました。

環境コンプライアンス問題の解決：研究開発部門は、さまざまな国や地域の環境保護基準に従って、過剰な有害物質を含まない特別な配合をカスタマイズします。環境保護管理のための専用ワークショップが生産端に設置され、原材料、生産、包装プロセスをプロセス全体で監視し、汚染を回避し、ピストンが医療、食品、その他の分野の厳しい環境保護要件を満たしていることを確認します。

DOITはゴム精密設計において15年の豊富な経験を持ち、上記の問題をすべて解決することに成功しました。

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