プラスチック射出成形における冷却システムの役割
2022-11-13 View: 2145
射出成形は、溶融ポリマーが高圧下で冷間金型に強制的に入り込み、冷却される循環プロセスである。冷却は射出成形サイクルの重要な部分であり、部品の品質と金型の生産性に大きな影響を与えるためです。残留応力、収縮、反りなどの多くの欠陥は、冷却ムラによるものです。これらの欠陥は最終部品の外観と精度に影響します。冷却は射出サイクル全体の3分の2以上継続することができ、有効な冷却通路を設計することで冷却時間を短縮し、射出生産性を向上させることができる。したがって、最適化された冷却システムの設計は、最小冷却時間と平衡(均一)冷却を実現する。射出成形冷却プロセスをよりよく理解するために、コンピュータ支援冷却解析は冷却システム設計と冷却条件評価のための有用なツールとして使用されている。
ここでは、プラスチック射出成形の冷却シミュレーションの発展を簡単に紹介した。Dusinberreの創始的な動作は、かなり単純な幾何構造上の温度と圧力場の予測に重点を置き、1次元過渡モデル有限差分法(FDM)を用いて温度分布を計算する。その後、Keing、Kamai、Singhは冷却プロセスをシミュレートするために2次元有限要素法(FEM)を適用した。Barone、Cauik、Burton、およびRezayatは、まず境界要素法(BEM)を用いて温度場を計算するが、2次元分析に限定される。ほとんどの射出成形品は3次元の複雑な幾何構造を持っているため、3次元冷却解析に基づいて温度分布を計算するために、一部の研究者は中間平面境界要素を使用して射出成形品の冷却をシミュレーションした。
境界要素法と伝熱理論を用いて冷却解析ソフトウェアを開発した。この冷却分析プログラムにより、射出成形中の部品と金型の温度分布を計算することができる。このプログラムはまた、金型から部品がイジェクトされた後の温度分布を計算することもできます。プログラムの正確性を検証するために実験を行った。
射出成形の冷却分析を用いて金型と部品中の温度分布を予測し、熱伝達理論とBEMを用いて射出成形中の金型と部品の冷却、及び金型から排出された部品の継続的な冷却をシミュレーションする。ABS射出成形板を用いて得られた実験結果は、冷却分析ソフトウェアの数値予測を検証することができる。数値シミュレーションの結果は受け入れられるが、大きな改善余地がある。より正確な予測を得るために、理論数学モデルを構築する際には、冷却中の実際の熱境界条件、結晶材料、温度と時間に依存する材料特性を考慮しなければならない。