射出成形品のCAE解析｜流動解析・そり解析と金型設計への活用

射出成形品のCAE解析の目的と活用する場面

射出成形品のCAE解析は、製品の3D形状をもとに、樹脂の充填状態や成形後の形状をシミュレーションする技術です。材料データ、金型構造、成形条件を反映し、充填しにくい箇所や成形不良が生じやすい場所を予測します。

主な目的は、金型を製作する前に問題を見つけ、製品形状やゲート位置、成形条件を検討することです。例えば、製品の末端まで樹脂が届くか、外観上重要な面にウェルドラインができないかを調べ、設計案を比較します。

CAE解析で分かる樹脂の流れと成形不良

流動解析で予測するショートショットとウェルドライン

流動解析では、金型内で樹脂が広がる順序や充填にかかる時間、圧力などを計算します。樹脂が末端まで届かないショートショットや、流れの合流部に筋ができるウェルドラインの発生位置を予測できます。

結果を見るときは、充填が完了するかに加え、合流する場所が製品の外観要求に合うかを確認します。樹脂が行き渡っていても、目立つ面にウェルドラインができる場合は、ゲート位置などを再検討します。

保圧解析で調べるヒケと収縮

充填後の保圧を含めて計算すると、樹脂の収縮や、表面にへこみが出るヒケを予測できます。保圧中の圧力分布や収縮の分布を見て、材料の補充が十分か、収縮が大きい部分はどこかを検討します。

保圧条件を変えた案を比較することで、ヒケや寸法への影響を調べられます。ただし、結果は製品形状や材料にも左右されるため、圧力を上げれば解消すると一律には判断できません。

冷却・そり解析で分かる冷え方と変形

冷却解析では、樹脂や金型の温度分布、冷却に必要な時間を計算します。温度が偏る箇所や冷却に時間がかかる部分を調べ、冷却回路の配置や冷却条件を検討します。例えば、冷却回路の配置を変えた案で、温度分布や冷却時間を比較します。

そり解析では、成形品を金型から取り出し、冷えた後の変形を予測します。そりには冷却の偏りのほか、製品形状、材料の性質、保圧の状態なども関わります。

利用できる解析や予測項目は、使用するソフトによって異なります。

CAE解析に必要なデータと成形条件

解析には、製品形状だけでなく、使用する樹脂の材料データ、金型構造、成形条件が必要です。主な入力情報と、その役割を以下に示します。

同じ製品形状でも、材料や温度によって流れやすさや収縮は変わります。実際に使う樹脂に対応した材料データと、検討する成形条件を設定します。

金型のどこまで詳しく表すかは、解析の目的によって変わります。流動解析でゲート位置を比べる場合は樹脂の流入位置を、冷却解析では冷却回路の位置や冷却水の条件などを反映します。

流動解析を使ったゲート位置の検討

例えば、製品の正面にウェルドラインを出したくない場合は、流動解析でゲート位置を変えた案の合流位置を比べます。併せて、充填の進み方や必要な圧力を確認し、外観と成形しやすさの両面から設計を検討します。

ゲート位置の影響を比べるときは、材料や温度など、ほかの条件をそろえます。複数の条件を同時に変えると、どの変更が結果に影響したか分かりにくくなるためです。

解析で気になる箇所が見つかったら、その部分が製品の外観や寸法の要求にどう関わるかを確認して設計を見直します。

CAE解析の精度と金型トライでの確認

解析の精度は、製品形状の表し方や材料データ、成形条件などに影響されます。例えば、実際の樹脂や温度・圧力が解析の設定と違えば、予測と実物に差が生じます。

解析結果は設計案を比較するために使い、製作した金型でのトライでは、成形品の外観、寸法、そりを確認します。差がある場合は、実際の材料・成形条件・金型寸法と解析の入力を比べ、原因を調べます。

確認した原因に応じて設計や成形条件を見直し、修正後の成形品も製品要求を満たすか確かめます。