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製品設計・曲げ弾性について

2009/10/24 (土) Posted in プラスチック成形事例

多くの企業より曲げ弾性率に関するお問い合わせを頂いております。
今回はこちらをテーマにご説明いたします。

樹脂において外力による変形が完全に元に戻る変形を弾性変形と呼び、その応力限界を弾性限界と呼びます。プラスチック材料は一般に弾性と共に粘性を兼ね合わせもつ粘弾性体なので、厳格な意味での弾性は示しませんが、変形量の小さい間は、近似的な疑似弾性を示します.
樹脂を曲げようとする力とそれにより変形する数値では比例を示すのであるが、
粘弾性ゆえに弾性の限界を超えた時に粘性の性格により様々な挙動を示します。

製品設計を行う際にCAE(Computer Aided Engineering)による強度解析を
行うのであるが、製品にかかる応力の種類を十分に加味しないといけません。
応力のかかり方と時間的な条件は、
1、一定速度で短時間かかる場合
2、衝撃的に短時間かかる場合
3、一定の応力が長時間かかる場合
4、周期的に繰返し応力が一定速度でかかる場合
5、周期的に繰返し応力が衝撃的にかかる場合
などが考えられます。
その他製品の置かれている環境にも影響を受けます。
1、温度
2、湿度
3、製品の残留応力
4、製品の内部欠損(ボイド・ウエルドライン等)
5、光
6、薬品
などであり、総合的に判断する必要があります。

現在自動車メーカーをはじめ軽量化に向けた開発が加速しています。
金属部品の樹脂化もそのテーマであり、
鉄と比較して1/7、アルミと比較して1/3の比重、
また、安価な加工性を持った樹脂に移行することが軽量化に向けた取組となります。
しかし多くの部品が既に樹脂化され、今後取り組む部品は今まで不可能とされてきた分野となり、安全性の面からデリケートな開発となります。

3、4、は特に成形メーカーの担当する分野となりますが、
例えば「ボイド」に関しては限界を超えた肉厚や偏肉の場合は対策する事が
限られています。
「ウエルドライン」の場合も繊維状の添加剤(ガラス繊維等)を
含有した材料の場合はウエルドラインの強度不足はまったくといって解消されません。
唯一の手段としてゲートの位置による対策となるが、これもウエルドを
別の位置に移動するといった対策でしかありません。
最近注目を浴びている「ヒートアンドクール工法」でも対策にはなりません。

CAEによる設計から量産時に大きな問題に発展する原因はここにあります。
とは言え現時点でのCAEが全ての条件を加味した状況でない事から、
樹脂の製品設計において豊富な経験が必要な分野です。
特に温度に関しては樹脂の粘性が弾性より大きく影響を及ぼす為に
材料の選定等の考慮は十分に行う必要があります。

樹脂化に向けた取組が様々行われています。
成形機メーカーは成形機の開発、樹脂メーカーは新材料の開発、
成形メーカーは与えられた成形機、材料で可能な範囲での成形条件で成形
金型メーカーは成形メーカーからの指示に従っている。

製品設計を行うに当り、特に樹脂化を進める為には
トータルで樹脂のことを理解し、最適な条件を選択する能力が必要となります。

当社の開発しました「IMP工法」「IMM工法」は樹脂の本来持っている特性を
最大限に引き出す(欠陥のない)成形技術としています。

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