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[解析事例] インサート成形用コアシフトシミュレーション(FSI)のご紹介

インサート成形用コアシフトシミュレーション(FSI)のご紹介

FSI(流体構造連成解析)機能により、インサート変形の予測が可能に

10年以上前から、金属部品を使ったインサート成形は3C(Computer、Communication、Consumerelectronics)や通信装置、コンピュータ関連製品、自動車やモーターサイクル部品、ICチップ、医療機器、日用品などのプラスチック製品で広く採用されています。市場は、より薄く、より軽量な製品を求めており、それらの課題を解決するためにインサート成形は不可欠な技術と言えます。

概要

インサート成形には下記3点の懸念点があります。

  • ・金型キャビティ内への樹脂流入時に、溶融した樹脂がパートインサートを押し、不均一な圧力がかかることでインサートの変形を引き起こす。
  • ・ある程度の大きさのインサートでは、応力集中が起きやすい。
  • ・材料が2種類(あるいはそれ以上)の組み合わせでは、熱膨張係数の違いによる変形や損傷のリスクが高まる。

本事例では、インサート成形の懸念点であるインサートの変形予測をFSI(FluidStructureInteraction:流体構造連成解析)のアルゴリズムを使用し、コアシフトの影響を2Way(流動⇔変形の繰返し計算)で予測した例をご紹介します。

Moldex3Dの優れたFSIアルゴリズム

上記の懸念点はいずれも成形過程で生じる事象であり、実際の成形においてパートインサートの変形を観察することは非常に難しく、設計者や金型開発者が従来の試行錯誤で品質向上を図るのは困難です。
Moldex3Dの「MCM(MultiComponentMolding)」では、多色成形やインサート成形に高精度なシミュレーションを提供しています。その中でインサートパーツの変形予測に適した機能として、FSI(FluidStructureInteraction:流体構造連成解析)アルゴリズムがあります。このFSIアルゴリズムの特徴は、製品とパートインサートの変形を同期しメッシュ表示できる事や、キャビティ内への充填状況とパートインサートの変形状態を時間履歴で精度良く表示する事が出来ることにあります。特に、Moldex3Dでは、この充填状況を2Way(流動⇔変形の繰返し計算)で解析することが可能です。

事例詳細

解析対象モデル

金属インサートとプラスチック部分 図1. 金属インサートとプラスチック部分

オーディオケーブルの金属コネクタをインサートとして一体成形した例です。
充填完了時の金属インサートの圧力解析結果から、充填した樹脂がパートインサートに及ぼす影響が確認できます。
また、金属インサートの変位解析状況から、パートインサートの変位量が許容範囲内(製品機能や製品強度に影響のある範囲)であるかを動画からも検証できます。

充填解析結果 図2. 充填解析結果
(充填時の金属インサート部品の変位を確認)

充填解析結果

充填解析結果(動画)

インサートの圧力解析結果 図3. インサートの圧力解析結果
(樹脂圧力からパートインサートに及ぼす影響を調査)

充填完了時の金属インサートの変位解析結果 図4. 充填完了時の金属インサートの変位解析結果
(パートインサートの変位量(たわみ)を調査)

まとめ

ご紹介したFSI(流体構造連成解析)機能では、インサート変形の予測ができます。
製造の前段階にて潜在的な成形問題を予測し、製品設計者や金型開発者が製品品質を改善するのに役立ちます。

事例一覧

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