プラスチック部品が加工後に変形する主な原因とは？

内部（残留）応力の解放

特に射出成形シートやバー材などのプラスチック素材には、製造過程で生じた分子配向や内部応力が凍結状態で残留しています。加工によって材料が除去されると、この応力バランスが崩れ、部品が新しい安定状態を求めて反ったり収縮したりします。

• 加工前応力除去：HDT（耐熱変形温度）より10～20℃低い温度でアニール処理を行う。 • 材料選定：成形グレードよりも内部応力の少ないキャストアクリルまたは押出材を使用。 • 対称加工：両側から均等に材料を除去し、応力解放をバランスさせる。

加工中の熱的影響

プラスチックは熱伝導率が低いため、切削工具で発生した熱が効率的に放散されず、局所的な熱膨張が起こります。冷却後に不均一な収縮が発生し、歪みの原因となります。

• 工具形状：鋭利で高研磨のポジティブレークおよび広いフルートを持つ工具を使用し、切りくず排出を効率化。 • 冷却戦略：圧縮空気またはミストクーラントを使用し、吸湿性プラスチックに膨潤を引き起こす液体クーラントは避ける。 • 切削条件：高回転数かつ低送り速度で、単位切削あたりの発熱を最小限に抑える。

材料選定および吸湿特性

すべてのプラスチックが同じように変形しやすいわけではありません。非晶質ポリマー（ABS、PCなど）は、一般的に結晶性ポリマー（ナイロン、POMなど）よりも寸法安定性に優れます。また、吸湿性の高い材料は空気中の水分を吸収して膨張する可能性があります。

• 材料乾燥：ナイロン（PA）やABSなどの吸湿性ポリマーは、メーカー仕様に従って乾燥（例：80℃で4時間以上）。 • 加工後調整：加工後の部品を、使用環境に近い条件下で安定化させてから最終検査を行う。

加工誘発応力

切削工具による機械的力が材料を圧縮・せん断し、新たな局所応力を導入します。過度の工具圧力や鈍った工具、不適切な固定は、加工中に部品を曲げてしまう可能性があります。

• 固定治具：低クランプ圧のコンフォーマル治具または真空チャックを使用し、保持力を均一に分散して歪みを最小化。 • 工具経路戦略：トロコイドミリングやクライムミリングを使用して切削力と工具接触を低減。 • 多段加工：最終仕上げでは軽切削（≤0.5mm）を行い、加工残留応力を最小化。

部品設計および形状

薄肉構造、大きな支持されていないスパン、非対称形状は、剛性が低く、上記のいずれの力によっても変形しやすくなります。

• 製造性設計（DFM）：均一な肉厚を維持し、鋭角な内コーナーを避ける。 • 試作：CNC試作加工を使用して、量産前に複雑な設計の安定性を検証。 • 代替プロセス：薄肉複雑形状部品には、3Dプリントによる一体成形がより安定する場合があります。