R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center

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1 R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center
樹脂成形部品の 　　 残留応力評価技術の開発 　 2009年5月14日 ポリプラスチックス株式会社 R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center

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発表内容 １. 開発背景 ２．開発内容 ３．総括 R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center

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発表内容 １. 開発背景 ２．開発内容 ３．総括 R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center

4 1. 開発背景 ～ 当社の取り組み ～ 　　　 プラスチックの成形品において残留応力は、時間を経るごとに部品形状の変形や応力集中部での破壊の原因となる。 　　簡便かつ定量性のある残留応力測定方法・評価技術が必要だが、 結晶性樹脂に関しては、適切な手法が知られていない。 金属分野で実績のあるHole-Drilling Methodを応用し、逐次算出法によって結晶性樹脂で初めて残留応力分布を評価する方法を開発した。 （弊社 DURACON® M90-44に関して） R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center

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発表内容 １. 開発背景 ２．開発内容 2-1. 残留応力の概要 2-2. 新規開発技術 ( Hole-Drilling Method ) 2-3. 測定事例の紹介 ３．総括 R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center

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2-1. 残留応力の概要 　　　　　 樹脂成形品に発生する応力 　　　 Case 1 残留応力 残留応力とは、外から力を加えなくても内部に生じる応力 　 Case 2 加工(外部負荷)に起因 　 表層 内層 溶融した樹脂は固化収縮を起こすため、内部が固化する場合、先に固まった外部を引張る力が生ずる。 成形品を加工する際に、熱や外力などを受けることで、内部の応力状態が変化する。 R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center

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2-1. 残留応力の概要 　　　　　　 残留応力が問題となるケース 　 破壊 ・・・ 応力によるダメージの蓄積 膨潤 ・・・ 応力部への膨潤促進 変形 ・・・ 応力緩和に伴う後変形 成形直後　 残留応力が内在 R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center

8 Hole-Drilling Method 原理
無応力下　 穴は変形しない 　 応力存在下　 穴が変形 測定目的箇所に専用ひずみゲージを貼付。　 ひずみゲージを貼り付け中央部をドリルで穿孔し、穿孔前後でのひずみを測定。 　 R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center

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2-2. 新規開発技術 ( Hole-Drilling Method )　 試験機器　 試料 穿孔用 ドリル データ読取機 R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center

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2-2. 新規開発技術 ( Hole-Drilling Method )　 試験機器　 試料 穿孔用 ドリル データ読取機 穿孔部位 ひずみゲージ 穿孔用ドリル 　 プラスチック成形品 （DURACON® M90-44） 　　 R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center

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2-2. 新規開発技術 ( Hole-Drilling Method )　 従来法と樹脂への適用課題　 　　 Hole-Drilling Methodは、金属材料における残留応力の測定技術として実績を有する手法であり、ASTM E837において規格化されている。 金属材料では残留応力を均一と見なすが、樹脂成形品は固化収縮が大きく表層部に大きな残留応力を残す。（不均一な応力分布） 精密な測定と解析方法（逐次算出法）により、弊社DURACON® M90-44に関して、表層近傍から内層への残留応力分布を評価する方法を開発した。　 R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center

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2-2. 新規開発技術 ( Hole-Drilling Method )　 新規開発技術 （ 逐次算出法 ） 　　 1. 一定厚みずつ試料を穿孔する。　 2. 各穿孔層で測定されたひずみの値から残留応力を算出する。 3. 算出された残留応力をグラフ化して応力の分布を求める。　 穿孔　 引張応力 　 ひずみ ゲージ 成形品 表層　 残留応力 穿孔深さ 圧縮応力 　　 成形品 内層　 R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center

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2-3. 測定事例の紹介　　 成形品形状の影響　 製品設計への利用 成形条件の影響 最適な製造条件の決定に利用 後加工の影響 最適な二次加工手法・条件の決定に利用 R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center

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2-3. 測定事例の紹介 ～成形品形状の影響～　　 　「製品設計」への利用　　　 製品形状 と残留応力の関係　 穿孔深さ (mm) 残留応力 (Ｎ ・mm －3) 平板 中央部 箱型 コーナー部 肉厚中心部 平板中央部　 箱型コーナー部　　 成形品の形状による残留応力の違いを評価することにより、残留応力の低い製品形状を提案する。　 R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center

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2-3. 測定事例の紹介 ～成形品形状の影響～　　 　「製品設計」への利用　　　 製品形状 と残留応力の関係　 穿孔深さ (mm) 残留応力 (Ｎ ・mm －3) 平板 中央部 箱型 コーナー部 肉厚中心部 　　表層の残留応力の関係 　　 平板中央部　 箱型コーナー部　　 成形品の形状による残留応力の違いを評価することにより、残留応力の低い製品形状を提案する。　 R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center

16 成形条件 ( 金型温度 ) と表層の残留応力の関係
2-3. 測定事例の紹介 ～成形条件の影響～ 　　 「最適な製造条件の決定」への利用 　　 成形条件 ( 金型温度 ) と表層の残留応力の関係　 残留応力が低減　 成形条件による残留応力の影響が定量評価できることで、製造における最適条件を提案する。 　 R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center

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2-3. 測定事例の紹介 ～後加工の影響～ 　　 「最適な二次加工手法・条件」への利用　　　 　 熱処理と表層の残留応力の関係 ⊿40 %　 後加工による影響も評価できるため、最適な二次加工（熱処理、組立）の手法・条件を提案する。　 R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center

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発表内容 １. 開発背景 ２．開発内容 ３．総括 　　 ３-1．報告総括 　　 ３-2．今後のスケジュール　 R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center

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3-1. 報告総括　　　 金属分野にて適用実績のあるHole-Drilling Methodの樹脂への応用を検討し、樹脂特有の不均一な残留応力の評価を逐次算出法によって達成した。　 今回開発した評価技術は、樹脂成形部品の形状設計、製造、二次加工、故障解析など製品メーカーの幅広い分野において活用できる。　 Hole-Drilling MethodをCAE技術と融合することで、高精度の予測技術を確立し、顧客支援へ展開していく。　 金属分野にて適用実績のあるHole-Drilling Methodの樹脂への応用を検討し、樹脂特有の不均一な残留応力の評価を逐次算出法によって達成した。 近年、部品品質の管理とともに二次加工（溶着、ビス止め、スナップフィット等）による樹脂部品への負荷を正確に評価することが求められている。今回開発した評価技術は、樹脂成形部品の形状設計、成形加工、故障解析など製品メーカーの幅広い分野において、弊社製品とともに顧客支援技術として活用できるものと期待してる。 R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center

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3-2.今後の発表スケジュール 　　　 　高分子学会　第58回 年次大会　 　 　　　5月28日　　　　　神戸国際会議場・神戸国際展示場 プラスチック成形加工学会　第20回 年次大会　 　　　 　6月4日　　　　 　タワーホール船堀 　ポリプラスチックス　2009年度イノベーションショー　 　 月17、18日 　　テクニカルソリューションセンター （静岡県富士市）　 R&D Division, Polyplastics Co., Ltd. Technical Solution Center