2025-06-06

はじめに

射出成形は、複雑な形状のプラスチック部品を大量生産できる優れた製造技術ですが、成形品の寸法精度や外観品質に大きな影響を与える「残留応力」と「反り」がしばしば問題となります。本記事では、残留応力の発生メカニズムと、それがどのように反りを引き起こすのかを詳しく解説します。

残留応力とは?

残留応力とは、成形品が室温まで冷却された後も内部に残る応力のことです。外部から力が加わっていなくても、成形プロセス中の温度変化や分子配向、圧力分布などによって発生します。残留応力は、成形品の寸法変化や機械的特性の低下、さらには反りやクラックの原因となります。

残留応力の発生要因

残留応力と反りの関係

反り(ワーページ)は、成形品が金型から取り出された後に発生する変形現象です。内部応力が不均一に分布している場合、応力が解放されることで部品が曲がったりねじれたりします。

反りが発生するメカニズム

射出成形プロセスと残留応力の発生

  1. 充填工程: 高速で樹脂が流れることで分子配向とせん断応力が発生し、冷却時に「凍結」されます。
  2. 保圧工程: 追加の圧力で収縮を補償しますが、圧力分布が不均一だと応力勾配が強まります。
  3. 冷却工程: 表層と内部の冷却速度差が収縮差を生み、残留応力の主因となります。
  4. 離型・冷却後: 金型から取り出すことで拘束が解放され、内部応力が緩和される際に反りが顕在化します。

残留応力と反りの測定・シミュレーション

反りを抑制するためのプロセス最適化

まとめ

射出成形における残留応力は、冷却速度差や分子配向、保圧条件のばらつきなど複数要因で発生し、反りや寸法不良の主因となります。これらを理解し、シミュレーションや最適化技術を活用することで、品質向上と歩留まり改善が可能です。

詳細は Guevara-Morales, A. & Figueroa-López, U. (2014). Residual stresses in injection molded products, Journal of Materials Science, 49:4399-4415 をご参照ください。

Moldflow解析サービスを見る ← ブログ一覧に戻る
2025-06-06

Introduction

Plastic injection molding is a widely used process for manufacturing complex plastic parts with high precision. However, residual stress and warpage are persistent challenges that can compromise dimensional accuracy and product quality. This article explores the mechanisms of residual stress formation, how it leads to warpage, and strategies for mitigation, referencing the review by Guevara-Morales and Figueroa-López (2014).

What is Residual Stress?

Residual stress refers to internal stresses that remain in a molded part after it cools to room temperature. These stresses are not caused by external forces but are generated during the molding process due to temperature gradients, molecular orientation, and pressure variations. Residual stress can cause dimensional changes, reduce mechanical properties, and lead to warpage or cracking.

How Residual Stress Develops

The Relationship Between Residual Stress and Warpage

Warpage is the distortion or bending of a molded part after ejection. When residual stresses are unevenly distributed, their release causes the part to deform. The main mechanisms include:

Process Overview: How Injection Molding Induces Residual Stress

  1. Filling Stage: Rapid flow causes high shear and molecular alignment, setting up residual stresses that are frozen during cooling.
  2. Packing Stage: Additional pressure compensates for shrinkage but can intensify stress gradients if not uniform.
  3. Cooling Stage: The difference in cooling rates between the surface and core locks in stress as the part solidifies.
  4. Ejection and Post-Cooling: Once the part is ejected, constraints are released and residual stresses may relax, causing warpage.

Measurement and Modeling of Residual Stress and Warpage

Mitigating Warpage: Process Optimization Strategies

Conclusion

Residual stress in injection-molded plastics is caused by differential cooling, molecular orientation, and packing pressure variations. When these stresses are not uniform, they lead to warpage and dimensional instability. Understanding these mechanisms and using simulation and process optimization can greatly reduce warpage and improve product quality.

For more details, see: Guevara-Morales, A. & Figueroa-López, U. (2014). Residual stresses in injection molded products, Journal of Materials Science, 49:4399-4415.

See Our Moldflow Services ← Back to Blog