プラスチック・フローとは

塑性流動とは、材料科学や力学の分野では、材料が破壊や破断を起こすことなく、永久的に変形したり、形を変えたりすることを指す。この現象は、塑性変形を起こすことができる材料で起こります。塑性変形とは、材料がその形状を変化させ、加えられた応力が取り除かれた後もその新しい形状を保持することができるプロセスです。

材料の塑性流動は、結晶構造内の転位の動きによって特徴づけられる。転位とは、結晶格子内の原子配列における欠陥や不規則性のことである。材料に外力が加わると、転位が移動し、材料が塑性変形する。

加えられた応力が取り除かれると元の形状に戻る弾性変形とは異なり、塑性変形は永久的な形状の変化をもたらす。塑性流動は、金属やプラスチックのような材料が鍛造、圧延、押出、成形などの工程を経て所望の形状に成形される、金属成形のような様々な製造工程における重要な側面である。

材料の塑性流動挙動を理解することは、破壊や破断を経験することなく様々な力や荷重に耐える製品を設計・製造するために不可欠です。エンジニアや科学者は、さまざまな用途における構造物や部品の信頼性と安全性を確保するために、材料の塑性流動性を研究しています。

このプロセスは何のためにあるのか？

塑性流動プロセスは、破壊や破損を起こすことなく、材料を所望の形状に成形・形成するために採用されている。これらの工程は、製造業や様々な産業において、様々な製品を作るために非常に重要です。ここでは、塑性流動加工の一般的な用途をご紹介します：

1. マテリアル・シェイピング：
   • 金属： 鍛造、圧延、押出、絞りなどの塑性流動プロセスは、金属を板、棒、管、複雑な部品などさまざまな形状に成形するために一般的に使用される。
   • ポリマー／プラスチック 射出成形、押出成形、ブロー成形は、ポリマーやプラスチックを容器、包装、消費財などの多様な製品に成形するために広く使用されているプラスチック流動プロセスである。
2. 製品製造：
   • プラスチック流動プロセスは、自動車部品、航空宇宙部品、家庭用品、産業機械など、さまざまな製品の製造の基礎となっている。
3. 変形制御：
   • 塑性流動を理解することは、製造工程における材料の変形を制御・予測するために不可欠です。この知識は、エンジニアが望ましい形状と特性を持つ部品を設計するのに役立ちます。
4. リサイクル：
   • プラスチック流動プロセスは、ある種の材料の特性を劣化させることなく、再形成や改質を可能にすることで、リサイクルの一翼を担っている。
5. 構造の完全性：
   • 塑性流動プロセスは、材料や部品の構造的完全性を確保するために極めて重要です。材料がどのように塑性変形するかを理解することで、エンジニアは様々な荷重や応力に耐える構造を設計することができます。
6. 費用対効果の高い生産：
   • 塑性流動プロセスは、材料を成形する他の方法よりも費用対効果が高いことが多く、大規模生産に広く利用されている。
7. カスタマイズ：
   • プラスチック・フロー・プロセスは、製品設計の高度なカスタマイズを可能にする。メーカーは、さまざまなアプリケーションの要件を満たすために、特定の形状やサイズのコンポーネントを作成することができます。
8. 大量生産における効率性：
   • プラスチックフロープロセスは大量生産に適しており、安定した品質の製品を効率的かつ迅速に大量生産することができる。

要約すると、プラスチック・フロー・プロセスは、製造業における材料の成形に不可欠であり、様々な形状、サイズ、特性を持つ多様な製品の製造を可能にしている。航空宇宙や自動車から消費財や建設に至るまで、幅広い産業にとって不可欠なものである。

ゲートとラム速度プロファイルの最適化

この例の目的

この例は、以下のようなCAEソフトウェアのパワーのさまざまな側面を示している。 プラスチック産業また、そのようなソフトウェアがどのように戦略的に応用できるかを解説する。本書では、「設計と処理」>「物理」のトピックで詳しく説明されているコンセプトの多くを、どのように実践すればよいかを示している。 これらのトピックには、射出圧力、充填パターン、メルトフロント面積とメルトフロント速度、ランナー設計とバランス、ゲート設計などが含まれる。

この例の説明

この例では、次のような設計上の考慮事項を順を追って説明します。 精密成形プラスチック コンカレントエンジニアリング環境におけるこれは、プロセスの各反復ステップにおけるコンピュータ・シミュレーションの役割を示しています。この例で使用されているソフトウェアパッケージは C-MOLD Process Solution です。フェーズ I では、C-MOLD Filling EZ を使用して初期設計を分析し、ゲート位置とラム速度プロファイルを決定します。フェーズ II では、C-MOLD Filling および Post-Filling を使用して、材料の選択、部品とツールの設計、およびプロセス条件のより詳細な分析を行います。

第一段階C-MOLD Filling EZによる迅速で簡単なシミュレーション

設計プロセスのこの最初の段階では、C-MOLD Filling EZを使用して初期シミュレーションを実行します。 金型充填シミュレーション Filling EZ は、等温条件下でのニュートン流体の予備解析用に設計されています。Filling EZ は、部品、ゲート、およびプロセス設計の予備解析用に設計されています。その後、設計を数回繰り返し、その都度設計変数（ゲートの位置や数など）を変更し、解析を再実行し、結果を観察します。フェーズIの終わりには、ゲートの最適な位置と最適なランスピードのプロファイルが決定されます。

与えられた

初期の製品デザイン。

目的

適切なゲート位置と最適なラム速度プロファイルを決定する。

設計基準

– Produce a uniform filling pattern with a minimum flow length and a minimum injection pressure requirement.

– Maintain a constant melt-front velocity to minimize property variation.

– Design for manufacturing and assembly, concurrent engineering, and early vendor involvement.

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