T ダイの流動解析 HASL 社 FlatCAD を使用した池貝製 T ダイの流動解析事例 各種の樹脂粘度を考慮した T ダイの流路設計 Rich Green on Land Deep Blue in Sky and Sea 株式会社池貝開発室横田新一郎

T

ダイの流動解析

Rich Green on Land

Rich Green on Land

Rich Green on Land

Rich Green on Land

Deep Blue in Sky and Sea

Deep Blue in Sky and Sea

Deep Blue in Sky and Sea

Deep Blue in Sky and Sea

HASL

社

社

社

社

FlatCAD

を使用した

池貝製

T

ダイの流動解析事例

各種の樹脂粘度を考慮した

T

ダイの流路設計

株式会社池貝

株式会社池貝

株式会社池貝

株式会社池貝

開発室

開発室

開発室

開発室

横田新一郎

横田新一郎

横田新一郎

横田新一郎

[email protected]

手順１

手順１

手順１

手順１

T

ダイの設計フロー

ダイの設計フロー

ダイの設計フロー

ダイの設計フロー

製品シート・フィルムの仕様を検討

押出機の条件、

T

ダイ幅、ロール方向の確認

樹脂データ入手

外形全体図検討

流路仮検討

材料手配

ヒータ容量

吊具

ネック取付

仮流路＋樹脂データで解析

仮流路（案２）＋樹脂データで解析

流路決定

樹脂判断

正式部品図

解析データ作成

機械加工開始

3D

モデル

HASL社社社社 Viscfit＆＆＆＆Polybank HASL社社社社 FLATCAD HASL社社社社 FLATCAD HASL社の解析ソフトは、 設計フローの中で重要な位置を占める。

①

①

①

①

②

②

②

②

②’

②’

②’

②’

③

③

③

③

池貝解析結果シート池貝解析結果シート池貝解析結果シート池貝解析結果シート

手順２－１

手順２－１

手順２－１

手順２－１

①の樹脂判断

①の樹脂判断

①の樹脂判断

①の樹脂判断

あらかじめ主要樹脂が POLYBANKに入っており、 そのデータを使ってグラフに プロットする。 粘度データが入手してない場合など、 近い粘度を選定して 仮データを作る際に便利である。 粘度、せん断速度、温度 TEXTデータ 仮テーマ：高粘度樹脂の幅広Tダイの設計 PPの高粘度タイプがあると仮定 （例：超高密度ＰＥ、フィラー入、プラマグなど）

手順２－２

手順２－２

手順２－２

手順２－２

①の樹脂判断

①の樹脂判断

①の樹脂判断

①の樹脂判断

Carreau（カロウ）モデルと Power-lowモデルでは 計算式が違うため、一部の 数値が変わってくる。 またP0wer-lowモデルは 低せん断領域の上限を 仮定して、モデルを作る。 nの数値は、粘度乗数粘度乗数粘度乗数であり、粘度乗数 せん断速度が上がったとき、 粘度の変化に違いがでる。 流路設計の判断が出来る。

θ°

22000 30000

手順２－３

手順２－３

手順２－３

手順２－３

高粘度樹脂の仮定する

高粘度樹脂の仮定する

高粘度樹脂の仮定する

高粘度樹脂の仮定する

θ° θ°θ° θ°小小小小 θ° θ°θ° θ°大大大大 前項のPP樹脂の粘度を 10倍して倍して倍して倍して、高粘度の 樹脂を仮定 上はnの乗数が高いもの 下はnの乗数が低いもの を仮定する。 パターン パターン パターン パターン1 通常せん断速度角度小 通常せん断速度角度小 通常せん断速度角度小 通常せん断速度角度小 パターン２ パターン２ パターン２ パターン２ 通常せん断速度角度大 通常せん断速度角度大 通常せん断速度角度大 通常せん断速度角度大 200000 300000

手順２－４

手順２－４

手順２－４

手順２－４

高粘度樹脂の仮定する

高粘度樹脂の仮定する

高粘度樹脂の仮定する

高粘度樹脂の仮定する

パターン３ パターン３ パターン３ パターン３ 低せん断速度 低せん断速度 低せん断速度 低せん断速度 下側 通常せん断速度角度大 前項の通常せん断速度より せん断速度が低い樹脂 として仮定した。 通常のキャピロレオメータ による粘度測定は、 せん断速度が１０～で、 高粘度樹脂の場合、 押出量が少ないため、 せん断速度が上がらないと 予想される。 前のパターン１と２では 低せん断速度が必要なため、 仮定が不十分である。 樹脂を実測したほうが良い。 1300000 同じ位置

手順３－１

手順３－１

手順３－１

手順３－１

モデルを作る

モデルを作る

モデルを作る

モデルを作る

設計思想

角度２°でプリランドを締めて

サイド方向に流す

プリランドからリップ出口まで

圧を高めて、滞留時間がゆっくりと成形するイメージ

モデル１ モデル１ モデル１ モデル１ 角度２－プリランド２ 角度２－プリランド２ 角度２－プリランド２ 角度２－プリランド２

2000

幅

幅

幅

幅

T

ダイ

ダイ

ダイ

ダイ

手順３－２

手順３－２

手順３－２

手順３－２

モデルを作る

モデルを作る

モデルを作る

モデルを作る

設計思想

角度４°でサイドに多く樹脂を流す。

ただプリランドが３ｍｍのため、

中央とサイドに分岐して流れる。

圧が低く、滞留時間が短く成形するイメージ

モデル２ モデル２ モデル２ モデル２ 角度４－プリランド３ 角度４－プリランド３ 角度４－プリランド３ 角度４－プリランド３

2000

幅

幅

幅

幅

T

ダイ

ダイ

ダイ

ダイ

手順４－１

手順４－１

手順４－１

手順４－１

解析用のモデルを作る

解析用のモデルを作る

解析用のモデルを作る

解析用のモデルを作る

平面図座標設定

マニホールド断面設定

モデル２ モデル２ モデル２ モデル２ 角度４－プリランド３ 角度４－プリランド３ 角度４－プリランド３ 角度４－プリランド３ この間10分

手順４－２

手順４－２

手順４－２

手順４－２

解析用のモデルの

解析用のモデルの

解析用のモデルの

解析用のモデルの

メッシュを作る

メッシュを作る

メッシュを作る

メッシュを作る

モデル２ モデル２ モデル２ モデル２ 角度４－プリランド３ 角度４－プリランド３ 角度４－プリランド３ 角度４－プリランド３

マニホールド深さ確認

温度設定

メッシュ設定

この間5分

手順４－３

手順４－３

手順４－３

手順４－３

解析結果

解析結果

解析結果

解析結果

モデル１ モデル１ モデル１ モデル１ 角度２－プリランド２ 角度２－プリランド２角度２－プリランド２ 角度２－プリランド２ パターン３ パターン３ パターン３ パターン３ 低せん断速度 低せん断速度 低せん断速度 低せん断速度

×

×

×

×

最大圧力が 変化していることが 確認できる

押出量

30kg/H

押出量

50kg/H

手順４－４

手順４－４

手順４－４

手順４－４

モデル１ モデル１モデル１ モデル１ 角度２－プリランド２ 角度２－プリランド２角度２－プリランド２ 角度２－プリランド２ 30kg/Hの時、せん断速度10程度 300kg/Hの時、せん断速度は100程度 よって、幅広ダイで高粘度の場合、 低せん断速度の粘度必要なことが判明 パターン３を使用して良い

押出量

30kg/H

押出量

300kg/H

手順４－５

手順４－５

手順４－５

手順４－５

モデル１ モデル１ モデル１ モデル１ 角度２－プリランド２ 角度２－プリランド２角度２－プリランド２ 角度２－プリランド２ パターン１ パターン１ パターン１ パターン１ 通常せん断速度角度小 通常せん断速度角度小 通常せん断速度角度小 通常せん断速度角度小

×

×

×

×

押出量

30kg/H

圧力

流速

流速均一

滞留時間

中央100s、サイド2500s

手順４－６

手順４－６

手順４－６

手順４－６

モデル１ モデル１ モデル１ モデル１ 角度２－プリランド２ 角度２－プリランド２角度２－プリランド２ 角度２－プリランド２ パターン２ パターン２ パターン２ パターン２ 通常せん断速度角度大 通常せん断速度角度大 通常せん断速度角度大 通常せん断速度角度大

×

×

×

×

押出量

30kg/H

圧力

流速

中央40s、サイド1500s 中央流速早い

滞留時間

手順４－７

手順４－７

手順４－７

手順４－７

モデル１ モデル１ モデル１ モデル１ 角度２－プリランド２ 角度２－プリランド２角度２－プリランド２ 角度２－プリランド２

×

×

×

×

押出量

30kg/H

パターン３ パターン３ パターン３ パターン３ 低せん断速度 低せん断速度 低せん断速度 低せん断速度

圧力

流速

パターン１と２ 70MPa パターン３ 50MPa 流速均一 中央100s、サイド2500s

滞留時間

手順４－８

手順４－８

手順４－８

手順４－８

モデル２ モデル２ モデル２ モデル２ 角度４－プリランド３ 角度４－プリランド３角度４－プリランド３ 角度４－プリランド３

×

×

×

×

押出量

30kg/H

パターン１ パターン１ パターン１ パターン１ 通常せん断速度角度小 通常せん断速度角度小 通常せん断速度角度小 通常せん断速度角度小

圧力

流速

モデル１ 圧力70MPa モデル２ 圧力40MPa 流速均一

滞留時間

中央100s、サイド2500s

手順４－９

手順４－９

手順４－９

手順４－９

×

×

×

×

押出量

30kg/H

パターン２ パターン２ パターン２ パターン２ 通常せん断速度角度大 通常せん断速度角度大 通常せん断速度角度大 通常せん断速度角度大 モデル２ モデル２ モデル２ モデル２ 角度４－プリランド３ 角度４－プリランド３角度４－プリランド３ 角度４－プリランド３

圧力

流速

中央流速早い 中央100s、サイド2500s

滞留時間

手順４－１０

手順４－１０

手順４－１０

手順４－１０

×

×

×

×

押出量

30kg/H

パターン３ パターン３ パターン３ パターン３ 低せん断速度 低せん断速度 低せん断速度 低せん断速度 モデル２ モデル２ モデル２ モデル２ 角度４－プリランド３ 角度４－プリランド３角度４－プリランド３ 角度４－プリランド３

圧力

流速

パターン１と３ 40MPa パターン２ 60MPa 流速均一 中央100s、サイド2500s 滞留時間同じ

滞留時間

手順４－１１

手順４－１１

手順４－１１

手順４－１１

×

×

×

×

押出量

30kg/H

通常の粘度樹脂 通常の粘度樹脂 通常の粘度樹脂 通常の粘度樹脂 モデル１とモデル２ モデル１とモデル２ モデル１とモデル２ モデル１とモデル２

モデル１の流速

モデル２の流速

高粘度樹脂 多少中央早い 通常粘度樹脂 多少サイド早い

手順５－１

手順５－１

手順５－１

手順５－１

モデル２のメッシュデータを修正

モデル２のメッシュデータを修正

モデル２のメッシュデータを修正

モデル２のメッシュデータを修正

モデル２のプリランドは、３ｍｍであり、 流速出口のグラフで見ると、多少中央に 流れやすい。これを解決するために、 プリランドに樹脂の抵抗になる島を設ける。 島のスキマを１．５ｍｍに設定すると、 樹脂がどのような挙動になるかを検証する。 ＦＬＡＴＣＡＤでは、メッシュの修正と樹脂の 挙動をみれるストリームラインの機能が 備わっている。 モデル２

中央の部分に樹脂が多く流れ、 中央の部分に樹脂が多く流れ、 中央の部分に樹脂が多く流れ、 中央の部分に樹脂が多く流れ、 サイドには樹脂が流れにくい サイドには樹脂が流れにくい サイドには樹脂が流れにくい サイドには樹脂が流れにくい

手順５－２

手順５－２

手順５－２

手順５－２

プリランド３ｍｍ均一のストリームライン

プリランド３ｍｍ均一のストリームライン

プリランド３ｍｍ均一のストリームライン

プリランド３ｍｍ均一のストリームライン

中央の部分に樹脂が流れにくくなり、

中央の部分に樹脂が流れにくくなり、

中央の部分に樹脂が流れにくくなり、

中央の部分に樹脂が流れにくくなり、

サイドに樹脂が流れやすくなる

サイドに樹脂が流れやすくなる

サイドに樹脂が流れやすくなる

サイドに樹脂が流れやすくなる

手順５－３

手順５－３

手順５－３

手順５－３

プリランド３ｍｍにスキマ１．５ｍｍの島を設けた場合

プリランド３ｍｍにスキマ１．５ｍｍの島を設けた場合

プリランド３ｍｍにスキマ１．５ｍｍの島を設けた場合

プリランド３ｍｍにスキマ１．５ｍｍの島を設けた場合

チョークバーとして補正を考えるか、

チョークバーとして補正を考えるか、

チョークバーとして補正を考えるか、

チョークバーとして補正を考えるか、

高圧力のために固定式を考えるか

高圧力のために固定式を考えるか

高圧力のために固定式を考えるか

高圧力のために固定式を考えるか

検討の余地有り

検討の余地有り

検討の余地有り

検討の余地有り

まとめ

まとめ

まとめ

まとめ

・高粘度樹脂の場合、２種類の粘度計算式では、樹脂の圧力や流速が変わる ・高粘度樹脂の場合、２種類の粘度計算式では、樹脂の圧力や流速が変わる ・高粘度樹脂の場合、２種類の粘度計算式では、樹脂の圧力や流速が変わる ・高粘度樹脂の場合、２種類の粘度計算式では、樹脂の圧力や流速が変わる ・高粘度樹脂に対して、せん断速度が低い領域の粘度も予測する ・高粘度樹脂に対して、せん断速度が低い領域の粘度も予測する ・高粘度樹脂に対して、せん断速度が低い領域の粘度も予測する ・高粘度樹脂に対して、せん断速度が低い領域の粘度も予測する ・２種類の ・２種類の ・２種類の ・２種類のTダイのプリランドが違うため、最大圧力が違うダイのプリランドが違うため、最大圧力が違うダイのプリランドが違うため、最大圧力が違うダイのプリランドが違うため、最大圧力が違う ・２種類の ・２種類の ・２種類の ・２種類のTダイの滞留分布は同じように思われるが、モデル２のサイドに滞留が多いダイの滞留分布は同じように思われるが、モデル２のサイドに滞留が多いダイの滞留分布は同じように思われるが、モデル２のサイドに滞留が多いダイの滞留分布は同じように思われるが、モデル２のサイドに滞留が多い ・２つのモデルとも、粘度指数が変化すると、圧力が変わる ・２つのモデルとも、粘度指数が変化すると、圧力が変わる ・２つのモデルとも、粘度指数が変化すると、圧力が変わる ・２つのモデルとも、粘度指数が変化すると、圧力が変わる ・出口の流速分布を確認すると、どちらのモデルも出口流速は均一に近い ・出口の流速分布を確認すると、どちらのモデルも出口流速は均一に近い ・出口の流速分布を確認すると、どちらのモデルも出口流速は均一に近い ・出口の流速分布を確認すると、どちらのモデルも出口流速は均一に近い ・ただし、圧力の差が大きい ・ただし、圧力の差が大きい ・ただし、圧力の差が大きい ・ただし、圧力の差が大きい ・通常粘度と高粘度の流速を比較すると、中央とサイドの流速傾向が逆になる ・通常粘度と高粘度の流速を比較すると、中央とサイドの流速傾向が逆になる ・通常粘度と高粘度の流速を比較すると、中央とサイドの流速傾向が逆になる ・通常粘度と高粘度の流速を比較すると、中央とサイドの流速傾向が逆になる ・メッシュ修正などを使えば、モデルの修正が可能である ・メッシュ修正などを使えば、モデルの修正が可能である ・メッシュ修正などを使えば、モデルの修正が可能である ・メッシュ修正などを使えば、モデルの修正が可能である （一般的にはモデル修正は、１からやり直す） （一般的にはモデル修正は、１からやり直す）（一般的にはモデル修正は、１からやり直す） （一般的にはモデル修正は、１からやり直す） ・モデル作成と解析時間が短いので、リトライがしやすい ・モデル作成と解析時間が短いので、リトライがしやすい ・モデル作成と解析時間が短いので、リトライがしやすい ・モデル作成と解析時間が短いので、リトライがしやすい メッシュモデルと樹脂モデルを組み合わせれば、条件を変えても メッシュモデルと樹脂モデルを組み合わせれば、条件を変えてもメッシュモデルと樹脂モデルを組み合わせれば、条件を変えても メッシュモデルと樹脂モデルを組み合わせれば、条件を変えても 樹脂圧力や滞留分布や流速など、予想通りの結果になった。 樹脂圧力や滞留分布や流速など、予想通りの結果になった。 樹脂圧力や滞留分布や流速など、予想通りの結果になった。 樹脂圧力や滞留分布や流速など、予想通りの結果になった。 解析結果を踏まえて、モデルを修正することも可能であるため 解析結果を踏まえて、モデルを修正することも可能であるため 解析結果を踏まえて、モデルを修正することも可能であるため 解析結果を踏まえて、モデルを修正することも可能であるため Tダイの設計やラボでの活躍が期待される。ダイの設計やラボでの活躍が期待される。ダイの設計やラボでの活躍が期待される。ダイの設計やラボでの活躍が期待される。 私個人としては、１日ずっと使用しても、いろいろな条件が試せるので、 私個人としては、１日ずっと使用しても、いろいろな条件が試せるので、 私個人としては、１日ずっと使用しても、いろいろな条件が試せるので、 私個人としては、１日ずっと使用しても、いろいろな条件が試せるので、 飽きずに集中して使用できて、思い通りの結果が出たときなどは楽しくなる。 飽きずに集中して使用できて、思い通りの結果が出たときなどは楽しくなる。 飽きずに集中して使用できて、思い通りの結果が出たときなどは楽しくなる。 飽きずに集中して使用できて、思い通りの結果が出たときなどは楽しくなる。 シュミレーションは、たまに使うのでは実力は発揮できず、 シュミレーションは、たまに使うのでは実力は発揮できず、 シュミレーションは、たまに使うのでは実力は発揮できず、 シュミレーションは、たまに使うのでは実力は発揮できず、 継続的に使うことにより、Ｔダイのパターンのひらめきや樹脂の傾向が 継続的に使うことにより、Ｔダイのパターンのひらめきや樹脂の傾向が 継続的に使うことにより、Ｔダイのパターンのひらめきや樹脂の傾向が 継続的に使うことにより、Ｔダイのパターンのひらめきや樹脂の傾向が つかめるので、スキルアップツールにもなると感じている。 つかめるので、スキルアップツールにもなると感じている。 つかめるので、スキルアップツールにもなると感じている。 つかめるので、スキルアップツールにもなると感じている。