Transcript 残留応力

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
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
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
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
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
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
Case 2
加工(外部負荷)に起因
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
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
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
成形直後
膨潤 ・・・ 応力部への膨潤促進
残留応力が内在
変形 ・・・ 応力緩和に伴う後変形
R&D Division, Polyplastics Co., Ltd.
Technical Solution Center
2-2. 新規開発技術 ( Hole-Drilling Method )
Hole-Drilling Method 原理
穴は変形しない
無応力下
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
2-2. 新規開発技術 ( Hole-Drilling Method )
試験機器
データ読取機
穿孔用
ドリル
試料
R&D Division, Polyplastics Co., Ltd.
Technical Solution Center
2-2. 新規開発技術 ( Hole-Drilling Method )
試験機器
データ読取機
穿孔部位
穿孔用
ドリル
穿孔用ドリル
試料
プラスチック成形品 （DURACON® M90-44）
R&D Division, Polyplastics Co., Ltd.
Technical Solution Center
ひずみゲージ
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
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
成形品 表層
引張応力
残留応力
ひずみ
ゲージ
穿孔深さ
圧縮応力
成形品 内層
R&D Division, Polyplastics Co., Ltd.
Technical Solution Center
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
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
残留応力 (Ｎ ・mm －3)
製品形状 と残留応力の関係
20
平板
中央部
0
0.0
平板中央部
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
-20
-40
-60
箱型
コーナー部
穿孔深さ (mm)
平板中央部
肉厚中心部
箱型コーナー部
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
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
残留応力 (Ｎ ・mm －3)
製品形状 と残留応力の関係
20
平板
中央部
0
0.0
表層の残留応力の関係平板中央部
0.2
0.4
0.6
0.8
形状
1.0
-20
-40
-60
箱型
コーナー部
平板中央部
-31.6 (1.0)
箱形コーナー部
-43.6 (1.4)
穿孔深さ (mm)
平板中央部
残留応力 (N ・
m m －3)
肉厚中心部
箱型コーナー部
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
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
金型温度 (℃)
残留応力 （
N・
m m -3）
50
-57 (1.3)
80
-44 (1.0)
120
-30 (0.7)
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
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
熱処理
残留応力 (N ・
m m -3)
無し
-34 (1.0)
有り
-21 (0.6)
⊿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
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
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。
R&D Division, Polyplastics Co., Ltd.
Technical Solution Center
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
6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