CN100513130C - 注塑品的制造参数确定方法和制造方法、注塑装置及程序 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于，在注塑树脂制品时，不用人工反复尝试，就能迅速计算出适当的制造参数，并能降低注塑必要的合模力和防止熔接发生等，实现注塑的优化。在使用具有朝向模腔CV的多个树脂流入路径N、R、G1、G2、G3的金属模具进行注塑时，利用计算注塑过程的数值解析法与计算机辅助优化方法相结合，从而把按时间序列设定从前述树脂注入路径到模腔中的树脂材料流入量作为制造参数。
Description
技术领域
本发明涉及注塑树脂时制造参数的确定方法、使用该制造参数的注塑成品的制造方法、注塑装置及程序。
背景技术
在使用注塑机注塑树脂时，希望使注塑时必要的合模力尽可能地小。通常，因装置上设定的合模力采用与注塑时必要合模力的安全率相符的值，如果注塑必要的合模力小，则注塑机加压驱动系统输出力也小，在可以换成小型装置的情况下就能降低运行成本。另外，即使使用同一装置，如果必要的合模力小，因设定的合模力小而省电力，有利于保护金属模具等。
由于合模力可以用“模腔内树脂压×投影面积”来表示，为了降低注塑必要的最低限合模力(最大合模力)，可以控制这二个因素或其中任一因素。模腔内的树脂压是以所使用的树脂流动性、注入速度、温度、包含横浇口的注入流路中的压损等为参数进行变化的。但是，为了稳定地注塑制品，把各个参数确定在最适当的范围，对这些参数的调整必须在其限定范围内进行。另一方面，投影面积是以取决于制品形状为原则而决定的。不过制品形状实质上会减小投影面积。
例如，日本国的特开2002—355866号公报第2页记载的技术中，制品形状纵向延长时，从充填开始侧向充填完成侧配置多个把熔融树脂注入模腔内的的注入口，同时从前述充填开始侧的注入口的注射开始，按规定的时间差前述熔融树脂依次注入前述模腔内，从而在充填最终阶段先注入的树脂呈基本冷却、固化状态，所以，最终注入口射出的熔融树脂理应充填的实质投影面积比模腔的整个投影面积要小。
另外，在注塑中，必须要根据制品的尺寸和形状设置多个注入口，在使用多个注入口时，在从各注入口流入的熔融树脂的合流部内会发生熔接现象。在熔接发生部虽熔融树脂呈合流状，但担心外观会变差或降低强度。因此，希望可以把有限的熔接移动到不产生外观或强度问题的位置。
例如，日本国的特开平8—118420号公报第2～3页记载的技术，让从第一注入口射出的树脂与通过第二注入口的树脂基本同时或通过后，把来自该第二注入口的软化树脂材料注入前述模腔内，从而能防止产生熔接。另外，日本国的特开2001—277308号公报第7～9页公开的技术，把注塑品形状划分成微小的要素，注塑品的注塑工艺进行流动模拟，预测在注塑品上产生的熔接线的发生位置。并且记载内容包括，根据预测的熔接线再调整活门注入口的开闭，使树脂移动到希望的校正位置。
发明内容
但是，根据前述特开2002—355866号公报第2页记载的技术，对纵状制品容易按注入时间差进行计时判断，但该技术难以用于一般形状的制品。因为对一般形状来说，无论如何错开注入计时，都很难预测是否达到所希望的效果。因此，为了判断注入口注入开始及流入量减少或停止进行时间，必须依赖直觉或经验由人手反复尝试。
另外，即使采用前述特开平8—118420号公报第2～3页记载的方法，为了判断注入口注入开始及流入量减少或停止进行时间，必须依赖直觉或经验由人手反复尝试。或者，即使采用特开2001—277308号公报第7～9页记载的方法，由于不但要控制熔接整体位置，还要计算熔接上特定一点的补正值，难以控制熔接来维持例如三方树脂流合流的复杂形状。
发明内容
本发明鉴于上述技术问题，其目的在于提供注塑品的制造参数确定方法、注塑品的制造方法、注塑装置及程序，在注塑树脂制品时不用人工反复尝试，能迅速计算出适当的制造参数，能降低注塑必要的合模力和控制熔接现象发生等，适当进行注塑。
本发明是为达到上述目的而进行的，所以，注塑品的制造参数确定方法的特征在于，在使用具有流向模腔的多个树脂流入路径的金属模具进行注塑时，把计算注塑过程的数值解析法与由计算机支援的优化方法相结合，计算使从前述树脂流入路径至模腔的树脂材料流入量按时间序列设定的制造参数。
本发明在例如控制注塑时必要的合模力时非常有效。
即，利用计算注塑过程的数值解析法与计算机辅助优化方法相结合，计算使从前述树脂流入路径至模腔的树脂材料流入量按时间序列设定的制造参数，从而不用人工反复尝试，就能迅速计算出适当的制造参数，能有效地控制注塑工艺中发生的最大合模力。另外，所谓注塑是指广义的注塑整个概念，例如，包括注压注塑、注挤注塑、发泡注塑等。
制造参数可以是对配置于多个树脂流入路径上的流入量调节活门动作进行控制的参数。可以把涉及用于调节给模具的所有树脂流入量的部件之其他流量调节部件的参数单独使用，或者与调节活门控制参数结合使用。注塑所用树脂材料可以根据要形成对象制品或制造条件采用多种类型，但优选热可塑树脂。在这种情况下，因前述树脂流入路径成为具有保温部件的热流道，能顺利地进行流量调节。流入量调节活门也可以作为所谓的活门注入口(valve gate)。
流入量调节活门的作动控制方法可以采用可变控制流量的方式。实际上只有能进行全开或全闭任一种就足够了。实际制约条件可以是充填工艺中同时刻至少一个活门注入口开放条件下最适合的制造参数。并且，为了提高最适合的作业效率，在多个树脂流入路径分别配置活门注入口的情况下，设定一个活门注入口为计时调节用注入口而任意设定了其他活门注入口动作时，同时刻至少一个活门注入口以开放的方式就可以控制前述计时调节用注入口的动作。
在本发明中，在不影响本发明目的范围内，可以给树脂成分添加一种以上常用的添加剂，如：玻璃纤维、硅铝纤维、铝纤维、碳纤维、麻、槿麻等来自植物的有机纤维、合成纤维等纤维加强材料；硼酸铝须晶、钛酸铝须晶等针状加强材料；玻璃珠、滑石、云母、石墨、硅灰石、白云石等无机填充材料；氟树脂、碱金属类等离型改良剂；染料、颜料等着色剂；防氧化剂；热稳定剂；紫外线吸收剂；防静电剂；表面活性剂等。本发明可使用的热可塑性树脂是泛指一般所称的热可塑性树脂，例如，可以是无定形聚合物、半结晶性聚合物、结晶性聚合物、液晶聚合物等。并且，热可塑性树脂可以是一种，也可以是数种聚合物成分的混合物。
具体来说，例如，低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、丙烯类树脂、乙烯丙烯共聚体等烯烃类树脂；聚苯乙烯、高冲击强度聚苯乙烯、ABS树脂等苯乙烯树脂；聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸类树脂；聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯等聚酯类树脂；聚碳酸酯、变性聚碳酸酯等聚碳酸酯类树脂；聚酰胺66、聚酰胺6、聚酰胺46等聚酰胺类树脂；聚氧化甲烯聚合物、聚氧化甲烯同质聚合物等聚缩醛类树脂；聚醚砜、聚醚酰亚胺、热可塑性聚酰胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚苯撑硫化酯等工程塑料、强力工程塑料；醋酯纤维素、醋酸纤维素丁酯、乙基纤维素等纤维素电介质；液晶聚合物、液晶芳族聚酯等液晶类聚合物；热可塑性聚胺脂合成橡胶、热可塑性丁苯合成橡胶、热可塑性氯乙烯合成橡胶、热可塑性聚胺合成橡胶等热可塑性合成橡胶等。
较合适的树脂材料如用于大型汽车部件等上的低流动性聚丙烯类树脂。以采用JIS—K7210中规定的方法测定的熔流速率(MFR，单位：g/10分)为例表示树脂的流动性。该申请中想设定的低流动性树脂采用上述方法在温度230℃、载荷2.16kg下测定的值在0.5～20或多或1.0～10范围内。通用的聚丙烯类热可塑性树脂中冲击强度优良的材料，熔融时流动性倾向于降低，为了提高制品的耐冲击强度，可以选择流动性尽可能低的树脂。MFR小于0.5的材料流动性太低，用注塑法注塑没有实用性；而MFR值超过2.0的材料，会导致注塑必要合模力过大的问题。
另外，合适的树脂材料以聚丙烯类热可塑性树脂为例。聚丙烯类热可塑性树脂如同质聚丙烯、聚丙烯与其他烯烃的成块共聚体或随机共聚体，或者这些混合物等。
即使如此，本发明在控制熔接发生方面也是非常有效的。
也就是说，利用计算注塑过程的数值解析法与计算机辅助优化方法相结合，计算制造参数为从前述树脂流入路径按时间序列设定的树脂材料流入量，从而不用人工反复尝试，就能迅速计算出适当的制造参数，所以，能防止或控制注塑品熔接的发生。另外，所谓注塑是指广义的注塑整个概念，例如，包括注压注塑、注挤注塑、发泡注塑等。
在计算上述制造参数时，也可以根据注塑品特定领域来评价熔接的发生状态。所以，能根据制品的使用目的等对相应的熔接发生状态进行控制。例如，把控制熔接发生的对象区域划分成多个区域，使用与这些区域熔接发生量相对应的合计值作为熔接评价值，就能在特定区域诱导熔接发生或回避特定区域。在计算上述制造参数时，增加对熔接发生的控制，也有助于降低必要合模力等。特定区域也可以是离散的多个区域。另外，也可以根据不同区域发生允许度程度分别赋予优先度，从而能进行更精细的控制。
本发明的另一形式是注塑品的制造方法，其特征在于，在使用具有朝向模腔的多个树脂流入路径的金属模具进行注塑的情况下，利用计算注塑过程的数值解析法与计算机辅助优化方法相结合，计算制造参数为从前述树脂流入路径按时间序列设定的树脂材料流入量，根据该制造参数，在按时间序列控制来自前述树脂流入路径的树脂材料流入量的同时，进行注塑。
本发明再一形式是注塑装置，其特征在于，具有注塑机主体、存储器、控制器，注塑机主体把树脂材料通过金属模具具有的朝向模腔的多个树脂流入路径供应给金属模具；存储器对利用计算注塑过程的数值解析法与计算机辅助优化方法相结合计算出的制造参数进行存储；控制器根据该制造参数对前述注塑机主体进行控制，并在按时间序列控制来自前述树脂流入路径的树脂材料流入量的同时，进行注塑。上述注塑品的制造方法及注塑装置的形式中，在用上述制造参数按时间序列控制来自前述树脂流入路径的树脂材料流入量的情况下，还可以包括在相应于装置特性对上述制造参数进行修正(补正)的基础上，用该修正(补正)的制造参数按时间序列控制来自前述树脂流入路径的树脂材料流入量的情况。
本发明又一种形式是在计算机上执行用于计算制造参数的过程的程序，在用具有朝向模腔的多个树脂流入路径之金属模具的情况下，利用计算注塑过程的数值解析法与计算机辅助优化方法相结合，按时间序列设定从前述树脂注入路径到模腔中的树脂材料流入量。
附图说明
图1是表示用于说明本发明一实施形式的注塑用模腔与注入口位置的示图。
图2是表示用于说明本发明一实施形式的注塑用模腔和树脂流路径的示图。
图3是说明本发明注塑品制造参数决定方法的一实施形式的流程图。
图4是表示本发明注塑品制造参数决定方法的一实施形式中注入口操作模式的一实施例。
图5是表示本发明注塑品制造参数决定方法的一实施形式中注入口操作模式的另一实施例。
图6是表示本发明注塑品制造参数决定方法的一实施形式中注入口操作模式的再一实施例。
图7是表示本发明注塑品制造参数决定方法的一实施形式中注入口操作模式的又一实施例。
图8是表示本发明注塑品制造参数决定方法的一实施例中的注入口操作模式。
图9是说明本发明一实施形式的流程图。
图10是说明本发明一实施形式中控制熔接方法的示图。
图11是说明本发明一实施形式中控制熔接方法的示图。
图12是说明本发明另一实施形式中控制熔接方法的示图。
图13是表示本发明注塑装置的构成实施例。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明第一种实施形式和第二种实施形式进行详细说明。在这些实施形式中，如图1所示，表示用预定的树脂材料采用注塑模法制造单向纵长伸展的(纵横比＝16/3)平板状部件时的实施例。如图2所示，在模腔CV的平板状一侧端中央及左右设置共3个注入口(G1、G2、G3)。在本发明中注入口数优选2个以上，可以相应于树脂制品的形状及尺寸进行适当设定。
在第一种实施形式中，至少有一个注入口设置成能通过活门可开闭的活门注入口，通过调节该活门注入口的开张度就能以合模力最小的方式进行注塑。另外，在后述的第二种实施形式中，至少有一个注入口设置成能通过活门可开闭的活门注入口，通过调节该活门注入口的开张度就能以熔接在任意位置上的方式进行注塑。在这些实施形式中，如图2所示，3个注入口中的任一个都可以设为活门注入口，在后述的最适结果中，任何一个全开或全闭时，实际机器上不需活门注入口。各注入口通过流道R连接到喷嘴N前端，把规定温度控制为流道R中树脂不固化的程度，成为所谓的热流道。
图13表示第一种实施形式和第二种实施形式的注塑装置构成实例。如图13所示，注塑装置10具有从图2所示喷嘴N供给熔融树脂的注塑机主体11、存储有根据计算注塑过程的数值解析法与计算机辅助优化方法相结合计算出的制造参数之存储器12、根据该制造参数控制注塑机主体11并在按时间序列控制来自图2所示注入口G1～G3的熔融树脂流入量的同时进行注塑的控制器13。
第一种实施形式
在第一种实施形式中，利用计算注塑过程的数值解析与计算机辅助优化方法相结合，计算出最大合模力最小时各活门注入口的开闭时间。近年来实用的计算注塑过程的数值解析法，以有限要素法为基础，根据注塑中要素间的作用关系，用计算式解析树脂的举动。在该实施形式中，使用模内流动塑料可视2.0回转器1(Moldflow Plastics Insight 2.0 revl)(商品名，模内流动公司(MoldflowCorporation)制造)。计算机辅助优化方法同样开发有多种方式。在该实施形式中，软件使用iSIGHT 6.0(商品名，Engineous软件有限公司(Software Inc)制)，因要处理非线性强的问题，所以，使用了SA(退火法)，该方法能在大区域内探索解析空间，陷入局部最适解值(Local Optimum)的危险小，容易找到整个区域的最适值(Global Optimum)。下面，按图3流程图说明解析全过程。
(1)制作解析模型
首先，在步骤2中制作解析用模型，用于对注塑过程的树脂流动进行解析。在该实施形式中，使用了下述的长平板模型。
尺寸：宽1600mm、长度300mm、厚度3mm
要素数：2862、节点数：1558、侧面3个注入口
流道直径：
(热流道)
注入口：
(活门注入口)
(2)设定注塑条件
在步骤3中对用于注塑的条件进行设定。首先，必须输入所选择材料的树脂物理性等资料。在本实施形式中，如表1所示，使用的树脂是聚丙烯类树脂住友ノ—ブレンNP156(商品名，住友化学工业株式会社制，以下同样)、住友ノ—ブレンAH561、住友ノ—ブレンAZ564。表1中，MFR是熔融流速(单位：g/10分)，按照JIS-K7210中的规定，指标表示温度230℃、载荷2.16kg下测定的树脂流动性。以住友ノ—ブレンAH561为低流动性树脂的示例。理应输入的物理性值如热传导率、比热、流动停止湿度、粘度等。
表1
| 材料 | 充填物 | 流动性 |
| NP156(MFR＝3) | 短纤维GFPP，GF30wt％ | 低流动性 |
| AZ564(MFR＝30) | — | 高流动性 |
| AH561(MFR＝3) | — | 低流动性 |
其他注塑条件中，把树脂温度/热流道温度/金属模具温度分别设定为200～240℃/200～240℃/50℃，注塑速度设定成等速，注塑时间设定为约6～8秒。
(3)计算机辅助优化工艺
步骤4后的工艺是计算辅助优化工艺。
即，在步骤4中，把呼应的设计变量设定为理应计算的参数(此处指活门注入口的开闭时间)初期值，在步骤5中计算树脂的注入过程，在步骤6中输出其结果文件。并且，在步骤7中根据其结果文件计算作为评价系数的合模力，在步骤8中评价该计算值是否收集为最适解值。而且，在不收集的情况下，在步骤9中根据最优化方式的算法校正设计变量，反复进行从步骤5至步骤9的过程。在步骤8中判断为评价系数收集为最适解值时，结束优化过程。
在本实施形式中，优化方式的算法采用退火法。在金属退火中，缓慢冷却，各分子从高能状态回落到一样的低能状态。退火法以这种状态为模型，不仅能迅速进行最适解探索，还能产生部分解值允许不良的多种解值，是可以进行大区域探索的方法。进行规定次数的计算后就能判断最适解值的收集。
(4)开闭时间设定中的制约条件的附加
本实施形式中具有3个活门注入口，开闭时间也可以以单独操作所有这些注入口为前提。不过，这些活门注入口因实际作业中的制约不能完全单独操作，通过预先排除不需要的解值，有效地在更严格条件下进行优化作业。因此，设定了以下制约条件。
首先，在该实施形式中，不能连续或阶段性地调节各活门注入口的开度本身，从实用性上来考虑，只采用开和闭二种位置。在本实施形式中，要考虑各注入口在注塑过程中所采用的作动模式。因树脂在热流道中不固化，各活门注入口即使在注塑开始后也能处于关闭状的待机状态，能在随后的任意时间进行开张作动。另外，也可以关闭一度张开流过了树脂的活门注入口。不过也可以根据一度张开后又关闭了的活门注入口再张开和关闭的时间来确定，但存在活门注入口前端树脂进一步固化的可能性，担心会产生外观变差等注塑不良现象。所以，没有采用开→闭→开的操作模式。考虑到1个活门注入口的操作模式有①常开、②常闭、③闭→开、④开→闭、⑤闭→开→闭5种操作模式。把这些操作模式作为第一种制约条件。
另外，在实际注塑中，要考虑所有注入口同时关闭时流道和活门注入口异常压力作用，解析上也容易产生软件所致误差。为此，在本实施形式中，把注塑中最低一个注入口张开作为第二制约条件。
第一和第二制约条件组合结果导出涉及活门注入口的以下制约条件。即，3个注入口中2个活门注入口能在第一制约条件下的5种模式内任意操作，但在双方都关闭的时间内第3个活门注入口必须张开。在本实施形式中，能任意动作的活门注入口中的任意控制注入口、接受另一注入口动作约束的注入口与调节用注放口相呼应。下面，对把一个活门注入口选择作调节用注入口并在该条件下使设计变量变化的方法进行说明。
(5)开闭时间设定中的案例分析
例如在活门注入口A、B、C内，把活门注入口A、B选作任意控制注入口，把活门注入口C选作调节用注入口，把各活门注入口的时间设定为变量，下面具体说明其过程。
1)在第一种条件下对任意控制注入口A、B的开闭时间任意设定。
2)使设定的注入口A、B的开闭时间与注放开始至注入结束的开张时间重合，判断有无二个注入口都关闭的时间。
3)如果有注入口A、B同时关闭的时间，能在无制约条件下任意设定调节用注入口C的开闭时间(参照图4中的案例1)。
4)如果存在注入口A、B同时关闭，在该时间段内开张注入口C。在开张时间段为多个情况下，按第一种条件(没有采用开→闭→开的模式)，在张开时间段中把计算的关闭时间段变更续接到张开时间段。这时注入口C的开闭时间可能只设定成在前后延长方向中变动上述张开时间(参照图5中的案例2)。在图6所示的案例3中，由于注塑初期和终期均存注入口同时关闭，所以，必须在注塑初期和终期张开注入口C。另外，根据第一种条件，因不能采用开→闭→开的模式，所以注入口C总是张开的。
结论如下，在调节用注入口选C的情况下，注入口A、B的开闭时间在第一种条件下能任意设定，注入口C可以约束为象案例1那样能自由设定，或者象案例2那样能在规定范围内开放，或者象案例3那样在整个范围内开放。在该实施形式中，在步骤4和步骤9中，注入口控制用程序对这些案例分析判断后，优化辅助软件在各种制约条件范围内把活门注入口的开闭时间设定为设计变量，进行优化。在把1个注入口作为调节用注入口C的情况下，即使不能判断，也能进行把其他注入口选成调节用注入口进行同样过程，能提高解析精度。另外，调节用注入口的选择不必重复进行相关的等价过程。例如，如图2所示的活门注入口G1和活门注入口G3处于对称位置而在注塑条件上没有差异的情况下，可以把一方注入口选作调节用注入口。在本实施形式中，例示了活门注入口有3个的情况，但活门注入口有4个以上的情况也是一样的。
(6)作为设计变量的开闭时间设定
以上述案例分析为前提，对作为设计变量的开闭时间设定方法再进一步具体说明。在该实施形式中，设计变量按如下方式设定，参照说明设计变量。
注入口A～注入口C的开放时间(秒)：ta1、tb1、tc1
注入口A～注入口C的开放持续时间(秒)：dta、dtb、dtc
注入口C的开放时间变动系数：α
注入口C的关闭时间变动系数：β
其中，ta1、tb1、tc1注射开始时间为0。
首先，把注入口C选作调节用注入口后，用注入口控制用程序，把涉及任意控制注入口A、B开放时间ta1、tb1及开放持续时间dta、dtb设定为独立变量，进行上述案例分析。在案例1的情况下，因注入口C的开闭时间也能独立设定，结果ta1、tb1、tc1及dta、dtb、dtc全都用作独立变量。在案例2的情况下，如图7所示，根据ta1、tb1、dta、dtb5计算注入口C开闭时间界限值to、tc(用于满足制约条件的必要最低界限值)。并且，要考虑在前后延长该开放范围的情况，在注入口C的开闭时间为tco、tcc的情况下，设定为：tco＝to×α
tcc＝tc×(te—tc)×β
在此，te是注射结束的时间。α、β是满足0≤α≤1、0≤β≤1的任意值，使这些值变化就能任意变动注入口C的开闭时间。
(7)评价系数
把计算出的最大合模力作为评价系数。用解析软件计算出模腔内的树脂压，根据该树脂压对投影面积的影响，计算出合模力。
(8)实施例1
下面说明计算实例，其中在用表1中称为NP156的材料进行注塑的情况下，用上述解析模型及方法对注塑图1所示制品注射成形时开闭时间进行了优化。调节用注入口选择图2所示的活门注入口G3进行了实施。作为注塑条件，树脂温度/流道温度/金属模具温度分别设定为230℃/230℃/50℃，注射时间约8秒，设计变量中在步骤4设定的初期条件及步骤9中使用的制约条件如下公式所示：
①制约条件
0≤ta1≤8、0≤tb1≤8、0≤tc1≤8、0≤dta≤8、0≤dtb≤8、0≤dtc≤8
0≤α≤1、0≤β≤1
通过计算，在注射时间约不足8秒时完成，所以ta1～tc1、dta～dtc的上限定为8(秒)。
②初期条件
ta1＝tab1＝tac1＝0、dta＝8、dtb＝dtc＝0、α＝β＝0.5
表2表示结果。
表2
＊ 1 ○：常开、×：常闭
＊ 2 为避免同时刻所有注入口关闭而调节用注入口
(9)分析结果
表2中，①～④是采用现有技术中注塑中途不进行活门注入口开闭的结果，⑤是把端侧注入口选作调节用注入口的结果。图8中表示出⑤的情况下注入口开放时间。如图8所示，注入口1注射开始至5.6秒关闭，5.6秒后至注射结束使其开放。注入口2从注射开始至2.4秒后关闭，2.4秒至4.5秒后使其开放，4.5秒后至注射结束使其关闭。注入口3从注射开始至6.2秒后使其开放，6.2秒后至注射结束使其关闭。如上述表2所示，虽在不进行注入口操作的情况下需要大于1000吨合模力，但通过这些注入口开放和关闭操作组合，能大幅度地降低合模力，结果能使必要合模力降低至200吨以下。
(10)实施例2
下面说明计算实例，该实例中，在用表1中称为AH561的低流动性树脂为材料进行注塑的情况下，用上述解析模型及方法对注塑图1所示制品时开闭时间进行了优化。作为注塑条件，树脂温度/流道温度/金属模具温度分别设定为220℃/220℃/50℃，注射时间约6秒，设计变量中除了在步骤4设定的初期条件dta＝6外，其他都与实施例1相同。步骤9中使用的制约条件中，除了ta1～tc1、dta～dtc上限为6(秒)外，其他都相同。另外，作为比较实施例，对材料AH561，在树脂温度/流道温度/金属模具温度分别设定为220℃/220℃/50℃的温度条件下以及树脂温度/流道温度/金属模具温度分别设定为240℃/240℃/50℃的温度条件下，对注入口没有进行开闭控制的情况(常开)进行了计算。另外，对表1中的材料AZ564(高流动性树脂、MFR＝30)，在树脂温度/流道温度/金属模具温度分别设定为200℃/200℃/50℃的温度条件下以及树脂温度/流道温度/金属模具温度分别设定为220℃/220℃/50℃的温度条件下，对注入口没有进行开闭控制的情况(常开)进行了计算。
结果表示在表3中。
表3
*1 ○：常开
表3中，表示对高流动性树脂AZ564和低流动性树脂AH561采用现有技术方法中的不进行注入口操作的解析结果为比较例的结果。根据比较结果，在现有技术方法中，虽然高流动性树脂的树脂温度及流道温度采用220℃时可注塑的合模力小于1000吨，但对低流动性树脂即使树脂温度及流道温度采用240℃，也不能在小于1000吨的合模力下进行注塑。不过，通过进行优化活门注入口操作，即使低流动性树脂采用220℃且合模力小于500吨，也能进行注塑。因此，用与高流动性树脂注塑装置相同的装置能对低流动性树脂进行低成本注塑。另外，采用低流动性树脂来替换高流动性树脂还可以根据条件来加厚制品。
如上所述，根据第一种实施形式，利用计算注塑过程的数值解析法与计算机辅助优化方法相结合，计算制造参数为从前述树脂流入路径至模腔按时间序列设定的树脂材料流入量，从而不用人工反复尝试，就能迅速计算出适当的制造参数。因此，在注射注塑任意形状树脂制品时，通过控制降低最大合模力，就能提供注塑品制造的决定方法，达到缩小装置、降低制造成本的目的。
第二种实施形式
在第二种实施形式中，利用计算注塑过程的数值解析与计算机辅助优化方法相结合，计算出最大合模力最小时各活门注入口的开闭时间。近年来实用的计算注塑过程的数值解析法，以有限要素法为基础，根据注塑中要素间的作用关系，用计算式解析树脂的举动。在该实施形式中，使用模内流动塑料可视2.0回转器1(Moldflow Plastics Insight 2.0revl)(商品名，模内流动公司(MoldflowCorporation)制造)。计算机辅助优化方法同样开发有多种方式。在该实施形式中，软件使用iSIGHT 6.0(商品名，Engineous软件有限公司(Softare Inc)制)，因要处理非线性强的问题，所以，使用了SA(退火法)，该方法能在大区域内探索解析空间，陷入局部最适解值(Local Optimum)的危险小，容易找到整个区域的最适值(Global Optimum)。下面，按图9流程图说明解析全过程。
(1)制作解析模型
首先，在步骤12中制作解析用模型，用于对注塑过程的树脂流动进行解析。在该实施形式中，使用了下述的长平板模型。
尺寸：宽1600mm、长度300mm、厚度3mm
要素数：2862、节点数：1558、侧面3个注入口
流道直径：6mm
(热流道)
注入口：4mm×7.5mm长(活门注入口)
(2)设定注塑条件
在步骤13中对用于注塑的条件进行设定。首先，必须输入所选择材料的树脂物理性等资料。在本实施形式中，使用的树脂是聚丙烯类热可塑性树脂住友ノ—ブレンNP156(商品名，住友化学工业株式会社制，短纤维GFPP、GF30wt％)。必要的物理性值包括如热传导率、比热、流动停止湿度、粘度等。其他注塑条件中，把树脂温度/热流道温度/金属模具温度分别设定为230℃/230℃/50℃，注塑速度设定成等速，注塑时间设定为约8秒。
(3)计算辅助优化工艺
步骤14后的工艺是计算辅助优化工艺。即，在步骤14中，设定理应计算的参数(与设计变量相呼应：此处指活门注入口的开闭时间)的初期值，在步骤15中计算树脂的注入过程，在步骤16中输出其结果文件。并且，在步骤17中根据其结果文件计算与熔接相关的评价系数，在步骤18中评价该计算值是否收集为最适解值。而且，在不收集的情况下，在步骤19中根据最优化方式的算法校正设计变量，反复进行从步骤15至步骤19的过程。在步骤18中判断为评价系数收集为最适解值时，结束优化过程。
在本实施形式中，优化方式的算法采用退火法。在金属退火中，缓慢冷却，各分子从高能状态回落到一样的低能状态。退火法以这种状态为模型，不仅能迅速进行最适解探索，还能产生部分解值允许不良的多种解值，是可以进行大区域探索的方法。进行规定次数的计算后就能判断最适解值的收集。
(4)开闭时间设定中的制约条件的附加
本实施形式中具有3个活门注入口，开闭时间也可以以单独操作所有这些注入口为前提。不过，这些活门注入口因实际作业中的制约不能完全单独操作，通过在更严格条件下进行优化作业就能有效地进行优化作业。因此，设定了以下制约条件。
首先，在该实施形式中，不能连续或阶段性地调节各活门注入口的开度本身，从实用性上来考虑，只采用开和闭二种位置。因树脂在热流道中不固化，各活门注入口即使在注塑开始后也能处于关闭状的待机状态，能在随后的任意时间进行开张作动。另外，也可以关闭一度张开流过了树脂的活门注入口。不过虽可以根据一度张开后又关闭了的活门注入口再张开和关闭的时间来确定，但存在活门注入口先端树脂进一步固化的可能性，担心会产生外观变差等注塑不良现象。所以，因1个活门注入口的操作模式有①常开、②常闭、③闭→开、④开→闭、⑤闭→开→闭5种操作模式。把这些操作模式作为制约条件1a。另外，要考虑更简单的制约条件是不使用开→闭模式。即，把①常开、②常闭、③闭→开3种模式构成的方式作为制约条件1b。
另外，在实际注塑中，要考虑所有注入口同时关闭时流道和活门注入口异常压力作用，解析上也容易产生软件所致误差。为此，把注塑中最低一个注入口张开作为第二制约条件2a。并且，考虑最简单的条件是规定一个注入口时常开放着，以此为制约条件2b。
(5)作为设计变量的开闭时间设定
通过使制约条件1a、1b任一个与制约条件2a、2b任一个组合，就能推导出涉及活门注入口动作的种种制约条件。本实施形式中采用第一种最简单的组合即1b、2b给合。也就是说，在3个注入口中，先把常开放的注入口选作调节用注入口，再把另外2个注入口选作任意控制注入口，把开放这些注入口的时间作为独立设定变量进行优化。在本实施形式中，对注入口G1常开放情况和注入口G2常开放的情况双方进行优化。
(6)评价系数
在本实施形式中，把发生熔接的注塑(熔接+注塑)中的合模力作为评价系数。由于只在熔接发生时评价会获得多个最适解值，所以把合模力的降低作为次级评价系数。降低合模力不仅能缩小装置、节能、保护模具等，还能达到降低成本的目的。下面分别进行说明。
(6—1)关于熔接发生的评价
①熔接的判定
对解析模型每个节点计算流动工作面合流角，根据该合流角进行了判断。
②特定区域内熔接的检测
按注塑品特定区域内能避免熔接(把熔接移动到其他区域)的良好案例，制作成只检测特定区域内熔接的程序(参照图10)。在该程序中，如图11所示，只对预定区域S(中心及纵向与制品相同的长方形区域处，制品中央宽400mm×长100mm的部分)内存在的熔接发生点计数，把其个数输出到文件中。以多角形区域为例，特定区域的设定可以用座标值按不等式等指定范围，也能用存储区域内节点的方法指定任意形状的范围。
(6—2)注塑的必要合模力
用解析软件计算出模腔内的树脂压，根据该树脂压对投影面积的影响，计算出合模力。
(6—3)最终的评价系数
特定区域内熔接发生数(节点数)为A(个)、注塑必要合模力为B(ton)的情况下，根据评价系数＝A×δ+B计算出评价系数。δ是重视程度因子，在重视熔接发生的情况下，该δ值要大。在本实施形式中，δ＝1000，优先防止熔接发生。另外，熔接的评价虽用前述节点发生数简化，但在解析模型中的节点间隔不均匀时，可以采用换算成熔接长度的方式。在熔接发生量基础上，或者替换发生量也能评价强度，通过附加树脂合流时的温度、压力或合流角度等条件，能获得精度更高的结果。
(7)开闭时间优化计算例
设定下面的初期条件和制约条件，对注塑图1所示制品时的开闭时间进行了优化。下面，t1、t2、t3分别是各注入口G1、注入口G2、注入口G3的开放时间，注射开始定为0秒。
(条件A)
注入口G1常开、注入口G2、G3开放时间变动的情况下
制约条件：10.0s≥t2≥0s、10.0s≥t3≤0s
初期条件：t2＝5.0s、t3＝5.0s
(条件B)
注入口G2常开、注入口G1、G3开放时间变动的情况下
制约条件：10.0s≥t1≥0s、10.0s≥t3≤0s
初期条件：t1＝5.0s、t3＝5.0s
表4及表5中表示结果。
表4
＊1 ○：常开、×：常闭、△：流动工作面到达后开放(活门控制)
表5
*1 ○：常开、×：常闭、△：流动工作面到达后开放(活门控制)
(8)分析结果
表4和表5中，①～⑥是采用现有技术方法的结果，其中：①、④是一点注入口的情况；②、⑤是从最初开放的的注入口流来的树脂到达另一注入口时另一注入口开放或进行活门控制的情况；③常开有二点注入口的情况下；⑥是常开有三点注入口的情况。如表4、表5所示这些情况，在本实施形式中，只控制注入口开放时间就能在期望区域内控制熔接发生同时，维持低水平的合模力，能提供与注塑制品的使用目的相应的实用注塑方法。
另外，在上述实施形式中，虽对控制熔接发生的区域只处理了一处，但即使在数个分散区域的情况下，也以利用把评价系数构建成各个发生数之和进行同样处理。此外，对任何区域通过计算其各自重视程度之和，也能对重要程度不同的数个区域进行处理。通过控制这类任意区域熔接的发生，能更精细地控制熔接发生位置。
例如，把图1所示平板状部件划分成图12所示宽向16个区域，对其中区域5、11中诱导熔接的情况进行说明。即，根据想防止或想让各区域熔接发生的程度，设定重视程度系数As。并且，把熔接评价值定义为各区域所检测出的熔接发生数与重视程度系数乘积的总和。
熔接评价值＝∑As＊Ws
s：区域号(S＝1～16)、As：各区域重视程度系数
Ws：各区域内发生的熔接数(节点数)
对于重视程度系数来说，例如，想让发生熔接的区域系数为1，距该区域最远区域的系数为2500，各区域按以下步进状赋予系数值1～2500。
A5、A11 1
A4、A6、A10、A12 500
A3、A7、A9、A13 1000
A2、A8、A14 1500
A1、A15 2000
A16 2500
这种情况下，由于各重视程度系数As是相对合模力B(ton)当时所指重视程度来决定的，所以评价系数计算式如下
评价系数＝∑As＊Ws+B
根据这种设定，因在重视程度系数As大的区域中评价的熔接发生数大，在小的区域中评价熔接发生数小，所以，在重视程度系数As小的区域诱导熔接。这种重视程度系数As的赋予值可以根据状况适当设定。
另外，在设定上述每区域重视程度系数且考虑把评价值定为其总和的方法，同样也适用于不用节点数而用连接连续节点长度来评价熔接发生量的情况。并且，同样也适用于在熔接发生量基础上或替换熔接发生量，在附加树脂合流时的温度、压力或合流角度等条件下，评价强度的情况。
此外，在本实施形式中，虽把合模力用作次级评价系数，但也能使用各个相应条件下的适宜的参数。此外，在本实施形式中，虽把评价系数构建成各要素的评价系数和，但也能用相应状况的适宜计算式。
如上所述，根据第二种实施形式，不用人工反复尝试，就能迅速计算出适当的制造参数，该制造参数为从前述树脂流入路径至模腔按时间序列设定的树脂材料流入量。因此，在即使注射注塑任意形状树脂制品，都能防止或控制熔接的发生。另外，把评价系数作为任何区域各自重视程度的和，就能对重要程度不同的区域进行处理，能更精细地控制熔接的发生。此外，把注塑必要的合模力用作次级评价系数，能达到缩小装置、降低成本的目的。
Claims (17)
1、一种注塑品的制造参数确定方法，其特征在于，在使用具有朝向模腔的多个树脂流入路径的金属模具进行注塑时，为了控制熔接的发生，把计算注塑过程的数值解析法与计算机辅助优化方法相结合，通过将控制熔接发生的对象区域划分成多个区域，并把这些区域中熔接发生量重视程度合计值用作熔接评价值，使得在特定区域诱导熔接发生或避免特定区域发生熔接，计算将从前述树脂流入路径至模腔的树脂材料流入量按时间序列设定的制造参数。
2、根据权利要求1所述的注塑品的制造参数确定方法，其特征在于，前述制造参数是对配置于前述多个树脂流入路径上的流入量调节活门动作进行控制的参数。
3、根据权利要求1所述的注塑品的制造参数确定方法，其特征在于，注塑用树脂材料是热可塑性树脂。
4、根据权利要求1所述的注塑品的制造参数确定方法，其特征在于，注塑用树脂材料是聚丙烯类树脂。
5、根据权利要求1所述的注塑品的制造参数确定方法，其特征在于，注塑用树脂材料是低流动性树脂。
6、根据权利要求1所述的注塑品的制造参数确定方法，其特征在于，前述树脂流入路径是具有保温部件的热流道。
7、根据权利要求2所述的注塑品的制造参数确定方法，其特征在于，前述流入量调节活门是活门注入口。
8、根据权利要求7所述的注塑品的制造参数确定方法，其特征在于，前述活门注入口的动作控制方法是前述活门注入口全开或全闭的任一种。
9、根据权利要求7所述的注塑品的制造参数确定方法，其特征在于，在充填工艺中，在同时刻至少有一个活门注入口开放的条件下优化制造参数。
10、根据权利要求9所述的注塑品的制造参数确定方法，其特征在于，在多个树脂流入路径上配置各自的活门注入口，并将一个活门注入口设定为计时调节用注入口，在任意设定其他活门注入口时，以同时刻至少一个活门注入口开放的方式制约前述计时调节用注入口。
11、根据权利要求1所述的注塑品的制造参数确定方法，其特征在于，前述制造参数包含有对给金属模具的所有树脂流入量进行调节的的部件动作进行设定的参数。
12、根据权利要求1所述的注塑品的制造参数确定方法，其特征在于，前述控制熔接的发生是对发生位置进行控制。
13、根据权利要求1所述的注塑品的制造参数确定方法，其特征在于，计算前述制造参数时，对注塑品特定区域内的熔接发生状态进行评价。
14、根据权利要求1所述的注塑品的制造参数确定方法，其特征在于，在计算前述制造参数时，附加控制熔接发生是附属目的。
15、根据权利要求14所述的注塑品的制造参数确定方法，其特征在于，所述附属目的为控制注塑必要的合模力而计算前述制造参数。
16、一种注塑品的制造方法，其特征在于，在使用具有朝向模腔的多个树脂流入路径的金属模具进行注塑的情况下，为了控制熔接的发生，利用计算注塑过程的数值解析法与计算机辅助优化方法相结合，通过将控制熔接发生的对象区域划分成多个区域，并把这些区域中熔接发生量重视程度合计值用作熔接评价值，使得在特定区域诱导熔接发生或避免特定区域发生熔接，计算制造参数为从前述树脂流入路径按时间序列设定的树脂材料流入量，根据该制造参数，在按时间序列控制来自前述树脂流入路径的树脂材料流入量的同时，进行注塑。
17、一种注塑装置，其特征在于，包括：把树脂材料通过金属模具具有的朝向模腔的多个树脂流入路径进行供应的塑机主体；利用计算注塑过程的数值解析法与计算机辅助优化方法相结合，通过将控制熔接发生的对象区域划分成多个区域，并把这些区域中熔接发生量重视程度合计值用作熔接评价值，使得在特定区域诱导熔接发生或避免特定区域发生熔接，将来自前述树脂流入路径的树脂材料流入量按时间序列来设定，以求出制造参数的计算部；将计算出的制造参数进行存储的存储器；以及根据该制造参数对前述注塑机主体进行控制，并在按时间序列控制来自前述树脂流入路径的树脂材料流入量的同时，进行注塑的控制器。
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