高度な射出成形シミュレーションソフトウェアで設計を最適化

射出成形シミュレーションソフトウェアはIMワークフローの重要な一部で、設計者が金型と成形品の実現可能性を評価できます。この記事ではその仕組みを解説します。

射出成形とは？

射出成形は、ペットボトルから自動車部品まで、膨大な人工物の背後にある製造プロセスです。

いくつかの段階で構成されます。まずメーカーは金属金型を作成し、通常2つ以上のパーツに分割されます。射出成形機が溶融プラスチックで金型を充填し、金型内で硬化してプラスチック部品を作ります。硬化後、部品は金型から取り出され、射出プロセスが繰り返されます。

高品質な成形部品を作るには、溶融プラスチックが金型内に射出された際にどう振る舞うか、金型から取り出された後の成形品がどう振る舞うかを知る必要があります。金型は特定の設計方法でしかうまく機能せず、異なるプラスチックは異なる挙動を示します。

こうした知識を得るためにメーカーが使用するツールの一つがシミュレーションソフトウェアです。このソフトウェアは射出成形プロセス中に何が起こるかを予測し、最終的にメーカーが金型設計を調整してより好ましい結果を得られるようにします。

射出成形ソフトウェアの種類

この記事ではシミュレーションソフトウェアに焦点を当てますが、コンピュータとソフトウェアは設計から品質管理まで射出成形プロセス全体で重要な役割を果たします。

射出成形ソフトウェアには以下が含まれる可能性があります：

CADソフトウェア：射出成形専用ではありませんが、コンピュータ支援設計ソフトウェアはツーリングと成形部品のデジタル設計に使用されます。一部のCADプラットフォームにはシミュレーションやコスト分析などの追加機能が含まれます。

シミュレーションソフトウェア：射出成形用途では、現在の成形部品設計に基づき、流体力学や機械的応力などの挙動を予測するために使用されます。

生産ソフトウェア：射出成形プロセス中に射出成形機を制御するために使用されます。ツールには生産スケジューリング、原料管理、温度制御などが含まれます。

監視/品質管理ソフトウェア：カメラやプローブのようなハードウェア入力デバイスと組み合わせ、検査・品質管理ソフトウェアを成形部品の品質保証評価に使用できます。

射出成形シミュレーションソフトウェアの仕組み

射出成形シミュレーションソフトウェアは、より良い成形部品を作り、欠陥を減らすために使用されます。材料流動から冷却材分配、成形部品の収縮と反りまで、製造プロセスのほぼ全側面をデジタルシミュレートすることで実現します。

シミュレーションはユーザー定義データ（金型設計、射出材料、サイクルタイム等）に基づく場合があります。しかしソフトウェアからのフィードバックは、ユーザーに設計とパラメータの変更を促し、生産開始時の性能向上を図ります。

一部シミュレーションソフトウェアはCADや他の設計機能を組み込み、一部はスタンドアロンパッケージです。

IMシミュレーションソフトウェアの一般的機能には：

反りと収縮のシミュレーション

金型に溶融プラスチックが射出され、冷却・硬化して固体部品になります。部品は冷却時にわずかに収縮しますが、金型のある部分の材料が別の部分より速く冷却されると、部品に反りが生じて使用不能になる可能性があります。

ワープ解析はシミュレーションソフトウェアの機能で、部品が固化時にどう反り変形するかを予測し、反りを低減する解決策を提案します。

解決策には肉厚変更やゲート・ランナー位置の移動が含まれる場合があります。

ゲート配置

ゲートは溶融材料が入る金型の隙間です。不適切なゲート配置は部品欠陥を招きますが、機能的・美観的理由でゲート配置に不向きな領域が部品に存在することが多々あります。

ゲート位置解析では、特定のゲート位置が流量、収縮、全体的部品成功などにどう影響するかを確認できます。

ほとんどのゲート配置ツールは、予測解析とユーザー設定に基づき理想的なゲート位置を推奨します。

ランナーバランス

射出成形シミュレーションソフトウェアは、溶融プラスチックを金型に供給する薄い流路であるランナーの配置とバランス決定に使用できます。

ランナーの適切なセットアップはキャビティの均一充填を保証します。

ゲート配置や他ツールと併用することで、ランナーバランスツールはランナーセットアップの最適化に使用できます。

パッキング最適化

IMシミュレーションの重要機能の一つは、成形部品に理想的なラム速度とパッキング圧力を決定することです。

理想的な設定は金型形状、射出材料、機械自体などの要因に依存します。

オーバーモールド、共射出、マルチバレルシミュレーション

高度なシミュレーションソフトウェアパッケージは、オーバーモールド（基材への成形）、共射出成形（2材料を1金型に射出）、マルチバレル成形（複数バレルで金型を高速充填）のようなより複雑な操作をシミュレートできます。

これらプロセスの解析は、考慮変数が増えるためより複雑です。

シミュレーションソフトウェア使用のメリット

IMシミュレーションソフトウェアは、より良い部品につながる多くのメリットを提供します。利点には：

• エラーと欠陥の排除
• 反りと収縮などの望ましくない影響の低減
• 効率向上とサイクルタイム短縮による生産率向上
• 生産前の問題解決によるコストのかかるミス防止
• 実材料を無駄にすることなく複数熱可塑性樹脂のシミュレート試験が可能
• CADスイートと統合し設計ワークフローを簡素化
• 複数シミュレーションの同時実行
• チームメンバー、顧客等との容易なコミュニケーションのためのレポート生成

人気の射出成形シミュレーションソフトウェア

よく知られたIMシミュレーションパッケージには、Autodesk Moldflow、CoreTech Moldex3D、SOLIDWORKS Plastics、SIGMASOFT Virtual Molding、Vero VISI Flowがあります。

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