収縮と反りの問題の原因

残留応力 で凍結されている。 プラスチック成形部品.残留応力には、流動起因のものと熱起因のものがある。残留応力は、外部から加えられる応力と同様に部品に影響を与えます。残留応力が部品の構造的完全性に打ち勝つほど強い場合、外部からの使用荷重が加わると、部品は排出時に反ったり、後に割れたりします。残留応力は、部品の収縮と反りの主な原因です。キャビティ充填時のせん断応力を低減するプロセス条件や設計要素は、流動に起因する残留応力の低減に役立ちます。同様に、十分なパッキングと均一な モールドクーリング は熱による残留応力を低減する。繊維入り材料の場合、均一な機械的特性を促進するプロセス条件は、熱による残留応力を低減します。 残留応力.

流動誘起残留応力

応力のかかっていない長鎖ポリマー分子は、溶融温度より高い温度（すなわち溶融状態）では、平衡のランダムコイル状態になる傾向がある。加工中、ポリマーは剪断されて伸長するため、分子は流れ方向に配向する。ポリマー分子が平衡状態まで完全に弛緩する前に凝固が起こると、分子配向はポリマー分子内に固定される。 プラスチック成形品.この種の凍結応力状態は、しばしば流動誘起残留応力と呼ばれる。流動方向に分子配向が引き伸ばされるため、流動方向に平行な方向と垂直な方向に異方的で不均一な収縮と機械的性質がもたらされる。

変形問題

凍りついた分子配向

高いせん断応力と金型壁に隣接する高い冷却速度の組み合わせにより、部品表面の直下に凍結した高配向層が存在する。これを図1に示す。高残留流動応力（または凍結配向）を有する部品は、その後高温に曝されることにより、応力の一部が緩和される可能性があります。その結果、部品の収縮や反りが生じるのが一般的です。凍結層の断熱効果により、ホットコア内のポリマー溶融物はより高度に弛緩することができ、低分子配向領域が形成される。中国金型サプライヤー

図1. 充填・包装段階での分子配向の凍結による残留流動応力の発生。
(1) 高冷却、せん断、配向ゾーン

(2) 低冷却、せん断、配向ゾーン

フローによる残留応力の低減

溶融物のせん断応力を低減するプロセス条件は、流動誘起残留応力のレベルを低減する。一般的に、流動誘起残留応力は熱誘起残留応力よりも1桁小さい。

• より高い溶融温度
• 金型壁温度の上昇
• 充填時間が長い（溶融速度が低い）
• パッキング圧の低下
• より短い流路。

 熱による残留応力

熱による残留応力は次のような理由で発生する：

• プロセス設定温度からプロセス完了時に到達する周囲条件まで温度が下がると、材料は収縮する。
• 材料が鋳型の壁から中心に向かって凝固する際、材料要素は異なる熱機械履歴（例えば、異なる冷却速度や充填圧力）を経験する。
• 圧力、温度、分子や繊維の配向が変化すると、密度や機械的特性が変化する。
• 特定の金型の制約により 成形品 平面方向の収縮から

フリークエンチの例

材料収縮 射出成形 によって一様な温度の一部が突然挟まれる。 コールドランナー金型 の壁がある。初期の冷却段階では、外側の表面層が冷えて収縮し始めるが、高温のコアのポリマーの大部分はまだ溶融しており、自由に収縮できる。しかし、内部コアが冷えるにつれて、局所的な熱収縮はすでに硬い外部層によって拘束される。その結果、下の図2に示すように、コアの張力と外層の圧縮が釣り合った典型的な応力分布状態になる。

様々な残留応力が発生し、凍結比体積の異なる層が相互作用して部品が変形する。

加工誘起残留応力とキャビティ内残留応力の比較

プロセス起因の残留応力データは、キャビティ内よりもはるかに有用である。 残留応力 データ 成形 シミュレーション。以下は、2つの用語の定義と、その違いを示す例である。

加工誘起残留応力

部品射出後 金型キャビティ が解放され、部品は自由に収縮・変形します。平衡状態に落ち着いた後、部品内部に残る応力は加工誘起残留応力、または単に残留応力と呼ばれます。加工誘起残留応力には流動誘起と熱誘起があり、後者が支配的な要素です。

キャビティ内残留応力

部品が金型キャビティ内で拘束されている間、凝固中に蓄積される内部応力はキャビティ内残留応力と呼ばれます。このキャビティ内残留応力は、射出後の部品の収縮や反りを引き起こす力です。

例

について 縮み 差収縮による反り」で説明した分布は、下図左下に示すように、排出された部品の熱誘起残留応力プロファイルにつながります。左上図の応力プロファイルは、キャビティ内残留応力です。 成形品 は、射出前は金型内に拘束されたままです。部品が射出され、金型からの拘束力が解放されると、部品は収縮して反り、内蔵された残留応力（一般に引張応力、図示のとおり）を解放し、平衡状態に達します。平衡状態とは、部品に外力が加わっておらず、部品断面にかかる引張応力と圧縮応力が釣り合っている状態を意味します。右側の図は、部品の厚さにわたって不均一な冷却が行われ、それによって非対称な残留応力分布が生じた場合に対応します。

キャビティ内の残留応力プロファイル（上）と排出後のプロセス誘起残留応力プロファイルおよび部品形状（下）。

熱による残留応力の低減

十分な充填と金型壁温度の均一化をもたらす条件は、熱による残留応力を低減する。これには以下が含まれる：
- 適切な充填圧力と充填時間
- 部品の全表面を均一に冷却
- 均一な肉厚