成形収縮率 (Molding Shrinkage) の測定と対策方法

成形収縮率 (Molding Shrinkage) とは

成形収縮率 (Molding Shrinkage) とは、プラスチックや金属などの材料を成形する際、その体積が収縮する割合を指します。
この現象は、材料が溶融状態から固体に変化する際に発生します。
成形過程での収縮は製品の寸法を大きく影響するため、正確な測定と適切な対策が必要です。

成形収縮率の測定方法

成形収縮率を測定するためには、以下の一般的な方法が用いられます。

実測法

実測法は、成形物の実際の寸法と設計寸法を比較する方法です。
具体的には、成形物を計測し、その結果を元に収縮率を計算します。
収縮率は次の式で求められます。

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収縮率 = (成形物の寸法 – 金型の設計寸法) / 金型の設計寸法 × 100
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例えば、金型の寸法が100mmで、成形物の寸法が98mmであれば、収縮率は2%となります。

試験片法

試験片法では、予め決められたサイズの試験片を成形し、その後の寸法変化を計測します。
この方法は、試験片の寸法が一定であるため、より正確に収縮率を計測できます。
試験片の測定は、特定の温度や湿度条件下で行われ、一般的にはミクロン単位の精度が求められます。

シミュレーション法

シミュレーション法は、CAE (Computer-Aided Engineering) ソフトウェアを用いて成形過程を仮想的に再現し、収縮率を解析する方法です。
この方法は、実際の成形過程を再現するため、予測精度が高いとされています。
また、複雑な形状の製品でも適用可能であり、設計段階での収縮予測が可能です。

成形収縮率の影響要因

成形収縮率に影響を与える主な要因を以下に示します。

材料特性

材料自体の特性が収縮率に大きく影響します。
例えば、プラスチックの種類や含有物、分子構造などが収縮率を決定します。
一般に、結晶性プラスチックは非結晶性プラスチックに比べて収縮率が高いです。

成形条件

成形条件も収縮率に直接的な影響を与えます。
以下の条件が特に重要です。

• 射出圧力：高い射出圧力は収縮を抑制しますが、内部応力が増加する可能性があります。
• 冷却時間：冷却時間が長いほど収縮が進行します。
• 金型温度：高温の金型は一般に収縮率を低下させます。

設計要素

製品の形状や厚みも収縮に影響します。
厚みが均一でない場合、不均等に収縮する可能性があります。
また、リブやボスなどの付加部分も収縮差を生じる原因となります。

成形収縮率の対策方法

成形収縮率を管理するための対策方法を以下に示します。

金型設計の最適化

金型設計を最適化することで、収縮を抑制することが可能です。
例えば、ゲートの配置やサイズを適切に設定し、収縮を均等に分布させるように設計します。
また、ランナーシステムの改良も効果的です。

成形条件の調整

成形条件を適切に調整することで、収縮率を制御することができます。
例えば、射出圧力や冷却時間を調整することで、収縮を均等にすることが可能です。
また、成形後の加圧冷却も収縮を抑える効果があります。

材料選定の見直し

材料そのものを見直すことも一つの対策です。
特に収縮が大きい材料を使用する場合、収縮が少ない材料に変更することで、問題を軽減することができます。
材料試験を行い、最適な材料を選定します。

CAE解析の活用

CAE解析を活用し、成形過程をシミュレーションすることで、収縮を予め予測し、設計段階で対策を講じることが可能です。
これにより、試作回数を減少させ、生産効率を向上させることができます。

最新技術動向

成形収縮率の対策には、最新の技術動向を取り入れることも重要です。

先進材料技術

新しい材料技術の進展により、収縮率を低減する材料が開発されています。
ナノコンポジットや高性能樹脂など、従来の材料よりも優れた特性を持つものが登場しています。

スマート金型技術

IoT技術を活用したスマート金型により、リアルタイムで金型内の状況を監視し、最適な成形条件を自動で調整するシステムが登場しています。
これにより、収縮をリアルタイムで抑制することが可能です。

AIと機械学習

AIと機械学習技術を用いることで、成形収縮率の予測精度をさらに向上させることができます。
データ分析に基づき、最適な成形条件を導き出し、収縮を最小限に抑える方法が研究されています。

まとめ

成形収縮率は製品の品質や寸法精度に大きく影響します。
そのため、正確な測定と適切な対策が必要です。
実測法、試験片法、シミュレーション法などの測定方法を活用し、材料特性や成形条件、設計要素を考慮して対策を講じましょう。
最新の技術動向にも注目し、先進的な技術を積極的に取り入れることが重要です。
これにより、成形収縮率を適切に管理し、高品質な製品を生産することが可能になります。