JP2004202878A

JP2004202878A - Device for calculating thermal degradation

Info

Publication number: JP2004202878A
Application number: JP2002375233A
Authority: JP
Inventors: Keigo Asano; 圭吾浅野; Hideki Oka; 秀樹岡; Tomoki Ito; 知樹伊藤; Yoshitoku Inoue; 良徳井上; Takaaki Matsuoka; 孝明松岡
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for calculating thermal degradation which can quantify and calculate the influence of heat applied to a molding material in the process of injection molding on a molded article. <P>SOLUTION: A thermal energy calculation program 4B calculates the cumulative quantity of thermal energy applied to each mesh in an injection molding process from the moving speed, temperature, and pressure of each mesh at each point of time in the injection molding process calculated by an injection molding process program 4A by simulation. A thermal degradation calculation program 4C searches the degree of molecular cutting corresponding to the cumulative quantity of thermal energy applied to each mesh from a hard disk 3, and the degree of molecular cutting is made the degree of thermal degradation in the concerned part of molded article. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形過程において発生する熱による成形材料の劣化度を算出する熱劣化度算出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、射出成形過程に関するシミュレーションを行い、成形品の寸法変化や形状歪みを算出する射出成形過程シミュレーション装置が知られている。
【０００３】
この従来装置では、射出成形過程を充填過程、保圧冷却過程、型内冷却過程等の複数の過程に分割し、各過程において時間経過にともなう成形材料の温度変化や圧力変化をシミュレーションによって算出し、これに基づいて成形品の寸法変化や形状歪みを算出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来装置では、射出成形過程において成形材料が受けた熱による成形品への影響については考慮されていない。射出成形過程において成形材料が受ける熱の総量によっては、成形材料を構成する分子が切断し、成形品に必要とされる強度や耐久性が得られない場合がある。
【０００５】
本発明は、前記の問題点を鑑み、射出成形過程において成形材料が受けた熱による成形品への影響を定量化して算出することが可能な熱劣化度算出装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の熱劣化度算出装置では、射出成形過程における成形材料各部の移動速度、温度、圧力の少なくとも３つを、シミュレーションによって算出する挙動シミュレーション手段と、少なくとも挙動シミュレーション手段が算出した、射出成形過程における成形材料各部の温度から、射出成形過程において成形材料各部が受ける熱量を算出する熱量算出手段と、成形材料が受ける熱量と、当該熱量による成形材料を構成する分子の切断度合いとを、データベースとして記憶するデータベース手段と、熱量算出手段が算出した、射出成形過程において成形材料各部が受ける熱量から、これに対応する切断度合いをデータベース手段から検索し、検索された切断度合いを成形品における当該部分の熱劣化度合いとする熱劣化度算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
金型内に射出された成形材料は金型表面付近から固化するため、金型表面から離れた部分の成形材料は、金型表面付近の成形材料が固化していても、未だ固化せずに流動している場合がある。そのため、既に固化した成形材料と未だ流動している成形材料とのせん断によって熱が発生し、成形材料の温度が射出時の温度よりも高くなる場合がある。通常、射出時における成形材料の温度は、成形材料を構成する分子の切断が起こらない上限の温度に設定されていることが多く、成形材料の温度が射出時の温度よりも高くなると、成形材料を構成する分子の切断が発生し、成形品に必要とされる強度や耐久性が得られなくなる。しかしながら、従来の射出成形過程シミュレーション装置等では、これを定量化して算出することは困難であった。
【０００８】
そこで、本発明の熱劣化度算出装置では、挙動シミュレーション手段によって、射出成形過程における成形材料各部の移動速度、温度、圧力の少なくとも３つをシミュレーションによって算出し、これに基づいて、射出成形過程において成形材料各部が受ける熱量を熱量算出手段によって算出する。熱劣化度算出手段は、熱量算出手段によって算出された熱量に対応する切断度合いをデータベース手段から検索し、検索された切断度合いを成形品における当該部分の熱劣化度合いとする。これにより、射出成形過程において成形材料各部が受けた熱量を熱劣化度合いとして定量化して算出することが可能となる。
【０００９】
請求項２に記載のように、挙動シミュレーション手段は、射出成形開始から任意時間が経過した時点における成形材料各部の移動速度、温度、圧力をシミュレーションの初期パラメータとするものであり、挙動シミュレーション手段は初期パラメータを利用して、射出成形開始から任意時間が経過した時点から、射出成形開始時点まで時間経過を逆行させて、射出成形過程における成形材料各部の移動速度、温度、圧力を算出することが望ましい。
【００１０】
近年、多くの射出成形過程シミュレーション装置が市販されているが、これら市販の装置では、射出成形過程シミュレーションを行う計算ルーチンがブラックボックス化されていることが多い。そのため、ユーザーが当該計算ルーチンを改変したり、新たな計算ルーチンを追加したりして、成形材料各部が受ける熱量を計算させるようにすることは難しい。
【００１１】
そこで、請求項２に記載のように、挙動シミュレーション手段は射出成形開始から任意時間が経過した時点における成形材料各部の移動速度、温度、圧力をシミュレーションの初期パラメータとし、射出成形開始から任意時間が経過した時点から、射出成形開始時点まで時間経過を逆行させて、射出成形過程における成形材料各部の移動速度、温度、圧力を算出する。これにより、市販の射出成形過程シミュレーション装置が算出したデータを利用して、射出成形過程における成形材料各部の移動速度、温度、圧力を算出することができ、射出成形過程において成形材料各部が受ける熱量の計算が可能となる。
【００１２】
請求項３に記載のように、熱量算出手段は、少なくとも挙動シミュレーション手段が算出した射出成形過程における成形材料各部の温度から、射出成形過程の各時点において成形材料各部が受ける熱量を算出し、これを成形材料各部毎に総和することによって算出された熱量を、射出成形過程において成形材料各部が受ける熱量とすることが望ましい。射出成形過程の各時点において成形材料各部が受ける熱量を算出し、これを成形材料各部毎に総和することで、射出成形過程において成形材料各部が受ける熱量を容易に定量化して算出することが可能となる。
【００１３】
請求項４に記載のように、熱劣化度算出手段は、成形品各部の熱劣化度合いを、成形品の任意部分の熱劣化度合いを基準として相対的に算出することが望ましい。算出された成形品各部の熱劣化度合いを直接確認するだけでは、ユーザーは成形品各部の熱劣化度合いが、他の部分と比較してどの程度高いのか、もしくは低いのかを即座に把握することは難しい。成形品各部の熱劣化度合いを、成形品の任意部分の熱劣化度合いを基準として相対的に算出することで、ユーザーは成形品各部の熱劣化度合いが、他の部分と比較してどの程度高いのか、もしくは低いのかを即座に把握することが可能となる。
【００１４】
請求項５に記載のように、本熱劣化度算出装置に対して適用する成形材料は、熱可塑性樹脂であることが望ましい。成形材料として熱可塑性樹脂を使用する場合、射出成形過程において既に固化した成形材料と未だ流動している成形材料とのせん断によって発生する熱によって樹脂を構成する分子が切断され、成形品に必要とされる強度や耐久性が得られない場合があるが、従来の射出成形過程シミュレーション装置等では、これを定量化して算出することは困難であった。本熱劣化度算出装置を利用することにより、射出成形過程において樹脂が受ける熱による成形品への影響を、熱劣化度合いとして定量化して算出することが可能となるのである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における熱劣化度算出装置の全体構成を示すブロック図である。本実施形態の熱劣化度算出装置は、パソコン１に実装され、ユーザーからの指示により成形品各部の熱劣化度を算出するものである。
【００１６】
キーボード２は、成形品各部における熱劣化度（熱劣化度合い）の算出開始の指示や、成形品各部の熱劣化度の相対値を算出する際の基準となる部分の指定を行う。成形品各部における熱劣化度の算出開始指示、および、成形品各部の熱劣化度の相対値を算出する際の基準となる部分の指定に関しては、例えばマウス等から行うこととしても良い。
【００１７】
データベース手段であるハードディスク３は、成形材料が受ける熱エネルギーと、当該熱エネルギーによって成形材料を構成する分子がどの程度切断されるのかを示す分子切断度（切断度合い）とを、データベースとして記憶している。また、射出成形過程のシミュレーションにおいて必要となる、成形材料の射出速度や、射出される成形材料の温度、圧力、粘度、熱容量、および成形品の金型形状等の各種パラメータを記憶している。データベースや各種パラメータに関しては、例えばＣＤ−ＲＷやＤＶＤ−ＲＡＭ等に記憶することとしてもよい。
【００１８】
ＣＰＵ４は、公知のコンピュータから構成され、射出成形過程プログラム４Ａ、熱エネルギー算出プログラム４Ｂ、熱劣化度算出プログラム４Ｃの、３つのプログラムを実行する。
【００１９】
挙動シミュレーション手段である射出成形過程プログラム４Ａは、成形材料を多数のメッシュに分割し、射出成形過程の各時刻における各メッシュ（成形材料各部）の挙動を質量保存則（連続の式）、運動量保存則（Ｎａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ方程式）、エネルギー保存式（エネルギー方程式）を利用してシミュレーションする。そして、シミュレーション上の各時刻における各メッシュの移動速度、温度、圧力を算出する。なお、上述の式を用いた、射出成形過程における各メッシュの挙動シミュレーションについては、従来技術として複数の方法が既に公知であるため、説明を省略する。
【００２０】
熱量算出手段である熱エネルギー算出プログラム４Ｂは、射出成形過程プログラム４Ａがシミュレーションによって算出した、シミュレーション上の各時刻における各メッシュの移動速度、温度、圧力から、当該時刻において各メッシュが受ける熱エネルギーを算出し、これを総和することにより、射出成形過程において各メッシュが受ける熱エネルギーの総和を算出する。具体的には、以下の式１を実行することによって算出される。
【００２１】
【数１】
（各メッシュが受ける熱エネルギーの総和）＝（各メッシュの熱容量）×∫（各メッシュの温度）ｄｔ（ｔ：シミュレーション開始時刻〜シミュレーション終了時刻）
なお、各メッシュの熱容量に関しては、予め実験等によって測定された熱容量をハードディスク３から読み出して使用する。
【００２２】
熱劣化度算出手段である熱劣化度算出プログラム４Ｃは、熱エネルギー算出プログラム４Ｂが算出した、射出成形過程シミュレーションおいて各メッシュが受ける熱エネルギーの総和に対応する分子切断度をハードディスク３から検索し、これを成形品の当該部分における熱劣化度とする。そして、キーボード２から指定された部分の熱劣化度を基準として、成形品各部の熱劣化度の相対値を算出する。
【００２３】
なお、上述した３つのプログラムに関しては、それぞれに専用のハードウェアを設けて実行することとしてもよい。
【００２４】
ディスプレイ５は、熱劣化度算出プログラム４Ｃによって算出された、成形品各部の熱劣化度の相対値を表示する。成形品各部の熱劣化度の相対値の表示に関しては、例えばプリンタ等によって印刷して表示することとしてもよい。
【００２５】
図２は、第１実施形態の熱劣化度算出装置が、成形品各部の熱劣化度の相対値を算出する処理に関するフローチャートである。本フローチャートの処理において、ステップ２０１〜２０５、およびステップ２０８の処理は、射出成形過程プログラム４Ａが実行する処理であり、ステップ２０６〜２０７の処理は、熱エネルギー算出プログラム４Ｂが実行する処理である。また、ステップ２０９〜２１０の処理は、熱劣化度算出プログラム４Ｃが実行する処理である。本フローチャートの処理は、ユーザーがキーボード２から成形品各部の熱劣化度の算出開始を指示するたびに実行される。
【００２６】
ステップ２０１では、ＣＰＵ４は、射出成形過程シミュレーションを行う際に必要となる、成形材料の射出速度、温度、圧力、粘度、熱容量、成形品の金型形状、射出成形過程シミュレーション終了時刻、ユーザーが指定した熱劣化度の基準となる成形品の部分等の各種パラメータをハードディスク３から読み込む。
【００２７】
ステップ２０２では、ＣＰＵ４は内部カウンタであるタイムカウンタの値をリセットする。タイムカウンタは、射出成形過程プログラム４Ａが実行する射出成形過程シミュレーションにおいて、シミュレーション開始からの経過時間に対応する値をカウントするカウンタである。ステップ２０３では、タイムカウンタの値を１だけ加算する。
【００２８】
ステップ２０４では、成形材料各部に対応するメッシュを、当該メッシュが有する移動速度の方向に、タイムカウンタを１だけ加算する時間分に対応する距離だけ移動させる。そして、新たに射出された成形材料を多数のメッシュに分割する。
【００２９】
ステップ２０５では、ステップ２０４で移動させた各メッシュの移動速度、温度、圧力、粘度をシミュレーションによって算出する。各メッシュの移動速度、温度、圧力、粘度をシミュレーションによって算出する方法は、従来技術として複数の方法が既に公知であるため、説明を省略する。
【００３０】
ステップ２０６では、ステップ２０５で算出された各メッシュの移動速度、温度、圧力、粘度から、射出成形過程において当該タイムカウンタの値に対応する時刻に各メッシュが受ける熱エネルギーを算出する。ステップ２０７では、ステップ２０６で算出された熱エネルギーを各メッシュ毎に累積（総和）する。なお、射出成形過程の各時刻において、各メッシュが受ける熱エネルギーを算出して累積（総和）するステップ２０６およびステップ２０７の処理は、式１の処理に対応する。これにより、射出成形過程シミュレーションにおいて各メッシュが受ける熱量を容易に定量化して算出することが可能となるのである。
【００３１】
ステップ２０８では、タイムカウンタの値が、ステップ２０１で読み込んだ射出成形過程シミュレーション終了時刻に対応する値Ｋと等しいか否かを判定する。タイムカウンタの値がＫと等しい場合は、ステップ２０９へ進む。そうでない場合はステップ２０３へ戻り、ステップ２０３〜ステップ２０７の処理を繰り返す。
【００３２】
ステップ２０９では、ステップ２０１〜２０８を実行することによって算出された、射出成形過程シミュレーションにおいて各メッシュが受ける熱エネルギーの累積（総和）量に対応する分子切断度をハードディスク３のデータベースから検索し、検索された分子切断度を、成形品の当該部分における熱劣化度として算出する。
【００３３】
ステップ２１０では、ユーザーによって指定された成形品の部分の熱劣化度を１として、成形品各部の熱劣化度の相対値を算出する。成形品各部の熱劣化度を直接確認しただけでは、ユーザーは成形品各部の熱劣化度が他の部分と比較してどの程度高いのか、もしくは低いのかを即座に把握できない。ユーザーによって指定された成形品の部分の熱劣化度を１とし、他の部分の熱劣化度を指定された部分の相対値として算出することで、ユーザーは成形品各部の熱劣化度が、他の部分と比較してどの程度高いのか、もしくは低いのかを即座に把握することが可能となるのである。
【００３４】
ステップ２１１では、ステップ２１０で算出された成形品各部の熱劣化度の相対値をディスプレイ５へ出力する。
【００３５】
このように、本実施形態の熱劣化度算出装置では、成形材料を多数のメッシュに分割し、射出成形過程の各時刻における各メッシュの移動速度、温度、圧力の少なくとも３つを、射出成形過程プログラム４Ａの実行するシミュレーションによって算出する。そして、熱エネルギー算出プログラム４Ｂは、シミュレーション上の各時刻において各メッシュが受ける熱エネルギーを算出して累積（総和）する。最後に、熱劣化度算出プログラム４Ｃは、各メッシュの熱エネルギーの累積（総和）量に対応する分子切断度をハードディスク３のデータベースから検索し、検索された分子切断度を成形品の当該部分における熱劣化度として算出する。
【００３６】
金型内に射出された成形材料は金型表面付近から固化するため、金型表面から離れた部分の成形材料は、金型表面付近の成形材料が固化していても、未だ固化せずに流動している場合がある。そのため、既に固化した成形材料と未だ流動している成形材料とのせん断によって熱が発生し、成形材料の温度が射出時の温度よりも高くなる場合がある。通常、射出時における成形材料の温度は、成形材料を構成する分子の切断が起こらない上限の温度に設定されていることが多く、成形材料の温度が射出時の温度よりも高くなると、成形材料を構成する分子の切断が発生し、成形品に必要とされる強度や耐久性が得られなくなる。しかしながら、従来の射出成形過程シミュレーション装置等では、これを定量化して算出することは困難であった。本熱劣化度算出装置を用いることにより、射出成形過程において、成形材料各部が受けた熱エネルギーによる成形品への影響を、成形品各部の熱劣化度として定量化して算出することが可能となるのである。
【００３７】
次に、本実施形態における熱劣化度算出装置を用いて、成形品各部の熱劣化度を算出する具体例を示す。ここでは、成形材料として熱可塑性樹脂であるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用い、７０ｍｍ×７０ｍｍの正方形で厚さ１ｍｍの平板を射出成形した際の、成形品表面における３つの部分の熱劣化度を算出する。図３に、成形品の形状および熱劣化度を算出する３つの部分を示す。なお、成形材料の射出温度は３３０℃とし、金型温度は１３０℃とした。また、射出成形過程シミュレーションが終了するまでの時間は約１３秒とした。
【００３８】
図４は、第１実施形態の熱劣化度算出装置によって算出された、成形品各部の熱劣化度の相対値と、実際の成形品各部から測定した熱劣化度の相対値とを示すグラフである。図４のグラフでは、本熱劣化度算出装置によって算出された部分Ａの熱劣化度が、同じく本熱劣化度算出装置によって算出された部分Ｂおよび部分Ｃの熱劣化度の相対値を算出する際の基準となっている。すなわち、部分Ｂおよび部分Ｃの熱劣化度は、部分Ａの熱劣化度を１とした際の相対値で示されている。実際の成形品から測定した熱劣化度についても、部分Ｂおよび部分Ｃの熱劣化度は、部分Ａの熱劣化度を１とした際の相対値で示されている。図４のグラフより、算出された成形品各部の熱劣化度の相対値は、実際の成形品から測定された熱劣化度の相対値とほぼ同じ値となっており、射出成形過程において成形材料各部が受けた熱量を、熱劣化度として定量化することに成功しているのが理解される。
【００３９】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態における熱劣化度算出装置が、成形品各部の熱劣化度を算出する処理に関するフローチャートである。図５に示すように、本フローチャートは、前述の第１実施形態における図２のフローチャートと比較して、射出成形過程プログラム４Ａが実行するステップ５０１〜５０５、５０８の６つのステップの処理が、前述の第１実施形態の場合と異なる。換言すれば、熱エネルギー算出プログラム４Ｂが実行するステップ５０６〜５０７の処理、熱劣化度算出プログラム４Ｃが実行するステップ５０９〜５１０の処理、およびステップ５１１の処理は、前述の第１実施形態における図２のフローチャートの処理と同様であり、その説明は省略する。なお、本フローチャートの処理は、ユーザーがキーボード２から成形品各部の熱劣化度の算出開始を指示するたびに実行される。
【００４０】
ステップ５０１では、ＣＰＵ４は、射出される成形材料の熱容量、成形品の金型形状、ユーザーから指定された熱劣化度の基準となる成形品の部分等をハードディスク３から読み込む。特に本実施形態では、市販の射出成形過程シミュレーション装置によって算出された、射出成形過程の終了直前の時点における成形材料各部に対応するメッシュの移動速度、温度、圧力を、初期パラメータとしてハードディスク３から読み込む。
【００４１】
ステップ５０２では、射出成形の終了直前の時点から射出成形開始時点まで逆行させる時間分に対応する値を、タイムカウンタに設定する。ステップ５０３では、タイムカウンタの値を１だけ減算する。
【００４２】
ステップ５０４では、成形材料各部に対応するメッシュを、移動速度とは逆方向に、タイムカウンタを１減算する時間分に対応する距離だけ移動させる。ステップ５０５では、ステップ５０４で移動させた各メッシュにおける移動速度、温度、圧力、粘度をシミュレーションによって算出する。各メッシュの移動速度、温度、圧力、粘度をシミュレーションによって算出する方法は、従来技術として複数の方法が既に公知であるため、説明を省略する。
【００４３】
ステップ５０８では、タイムカウンタの値が０、すなわち、射出成形過程の終了直前の時点から射出成形開始時点まで、時間経過を逆行させて射出成形過程をシミュレーションしたか否かを判定する。タイムカウンタの値が０である場合は、ステップ５０９へ進み、熱劣化度の算出を開始する。そうでない場合はステップ５０３へ戻り、ステップ５０３〜ステップ５０７の処理を繰り返す。
【００４４】
このように、本実施形態の熱劣化度算出装置では、射出成形過程プログラム４Ａは射出成形過程の終了直前の時点における、成形材料各部に対応するメッシュの移動速度、温度、圧力をシミュレーションの初期パラメータとし、時間経過を逆行させて射出成形過程をシミュレーションする。そして、射出成形過程における各メッシュの移動速度、温度、圧力を算出し、これに基づいて各メッシュが受ける熱エネルギーを計算する。近年、多くの射出成形過程シミュレーション装置が市販されているが、これら市販の装置では、射出成形過程シミュレーションを行う計算ルーチンがブラックボックス化されていることが多い。そのため、ユーザーが当該計算ルーチンを改変したり、新たな計算ルーチンを追加したりして、各メッシュが受ける熱エネルギーを計算させるようにすることは難しい。本実施形態の熱劣化度算出装置を用いることで、市販の射出成形過程シミュレーション装置が算出したデータを利用して、射出成形過程における成形材料各部の移動速度、温度、圧力を算出することができ、その結果として、成形品各部の熱劣化度を算出することが可能となるのである。
【００４５】
次に、本実施形態における熱劣化度算出装置を用いて、成形品各部の熱劣化度を算出した具体例を示す。ここでは、前述の第１実施形態の場合と同様、成形材料として熱可塑性樹脂であるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用い、７０ｍｍ×７０ｍｍの正方形で厚さ１ｍｍの平板を射出成形した際の、３つの場所における熱劣化度の算出を行った（図３）。初期パラメータは、図３の平板の射出成形過程を市販の射出成形過程シミュレーション装置によってシミュレーションさせ、射出成形過程の終了直前の時点における成形材料各部に対応するメッシュの移動速度、温度、圧力を算出させたものを利用した。射出成形過程の終了直前の時点から射出成形開始時点まで、逆行させる時間分は約１３秒とした。その結果、本熱劣化度算出装置によって算出された成形品各部の熱劣化度の相対値は、実際の成形品各部から測定した熱劣化度の相対値とほぼ同じであった。
【００４６】
なお、本実施形態の熱劣化度算出装置では、射出成形開始から任意時間が経過した時点における、成形材料各部に対応するメッシュの移動速度、温度、圧力を初期パラメータとして利用することもできる。これにより、射出成形過程の途中段階における、成形材料各部の熱劣化度を算出することも可能となる。
【００４７】
最後に、本熱劣化度算出装置に対して適用する成形材料は、熱可塑性樹脂が好適であることを言及しておく。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における熱劣化度算出装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態の熱劣化度算出装置が、成形品各部の熱劣化度の相対値を算出する処理に関するフローチャートである。
【図３】成形品の形状および熱劣化度を算出する部分を示す図である。
【図４】第１実施形態の熱劣化度算出装置によって算出された、成形品各部の熱劣化度の相対値と、実際の成形品各部から測定した熱劣化度の相対値とを示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態における熱劣化度算出装置が、成形品各部の熱劣化度を算出する処理に関するフローチャートである。
【符号の説明】
１…パソコン、２…キーボード、３…ハードディスク、４…ＣＰＵ、４Ａ…射出成形過程プログラム、４Ｂ…熱エネルギー算出プログラム、４Ｃ…熱劣化度算出プログラム、５…ディスプレイ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal deterioration degree calculating device for calculating a degree of deterioration of a molding material due to heat generated in an injection molding process.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an injection molding process simulation apparatus that performs a simulation related to an injection molding process and calculates a dimensional change and a shape distortion of a molded product.
[0003]
In this conventional device, the injection molding process is divided into a plurality of processes such as a filling process, a holding pressure cooling process, and an in-mold cooling process, and the temperature change and pressure change of the molding material over time in each process are calculated by simulation. Based on this, the dimensional change and shape distortion of the molded product are calculated.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional apparatus, no consideration is given to the influence on the molded product due to the heat received by the molding material during the injection molding process. Depending on the total amount of heat received by the molding material during the injection molding process, the molecules constituting the molding material may be cut, and the strength and durability required for the molded product may not be obtained.
[0005]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a thermal deterioration degree calculating device capable of quantifying and calculating an influence on a molded product due to heat received by a molding material in an injection molding process.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the thermal degradation degree calculating device according to claim 1, wherein at least three of a moving speed, a temperature, and a pressure of each part of the molding material in an injection molding process are calculated by a simulation, At least the behavior simulation means calculates, from the temperature of each part of the molding material in the injection molding process, a calorie calculating means for calculating the amount of heat received by each part of the molding material in the injection molding process, the amount of heat received by the molding material, and the molding material based on the amount of heat From the database means for storing the degree of cutting of the constituent molecules as a database and the amount of heat received by each part of the molding material in the injection molding process calculated by the calorific value calculating means, a corresponding degree of cutting is searched from the database means, and searched. The degree of thermal degradation of the part in the molded product Characterized in that it comprises a thermal degradation degree calculation means to.
[0007]
Since the molding material injected into the mold is solidified from near the mold surface, the molding material in the part away from the mold surface does not solidify even if the molding material near the mold surface is solidified. May be flowing. Therefore, heat is generated by shearing between the solidified molding material and the molding material that is still flowing, and the temperature of the molding material may be higher than the temperature at the time of injection. Usually, the temperature of the molding material at the time of injection is often set to the upper limit temperature at which cutting of molecules constituting the molding material does not occur, and when the temperature of the molding material becomes higher than the temperature at the time of injection, the molding material Is cut off, and the strength and durability required for the molded article cannot be obtained. However, it has been difficult to quantify and calculate this with a conventional injection molding process simulation apparatus or the like.
[0008]
Therefore, in the thermal deterioration degree calculating apparatus of the present invention, the behavior simulation means calculates at least three of the moving speed, temperature, and pressure of each part of the molding material in the injection molding process by simulation, and based on this, in the injection molding process, The amount of heat received by each part of the molding material is calculated by the calorie calculating means. The thermal deterioration degree calculating means searches the database means for a cutting degree corresponding to the heat amount calculated by the heat amount calculating means, and sets the searched cutting degree as a heat deterioration degree of the portion in the molded article. This makes it possible to quantify and calculate the amount of heat received by each part of the molding material during the injection molding process as the degree of thermal deterioration.
[0009]
As described in claim 2, the behavior simulation means uses the moving speed, temperature, and pressure of each part of the molding material at the time when an arbitrary time has elapsed from the start of injection molding as initial parameters of the simulation. Using the initial parameters, it is possible to calculate the moving speed, temperature, and pressure of each part of the molding material in the injection molding process by reversing the time from the point at which an arbitrary time has elapsed from the start of the injection molding to the point of the injection molding start. desirable.
[0010]
In recent years, many injection molding process simulation apparatuses are commercially available, but in these commercially available apparatuses, the calculation routine for performing the injection molding process simulation is often a black box. Therefore, it is difficult for the user to modify the calculation routine or add a new calculation routine to calculate the amount of heat received by each part of the molding material.
[0011]
Therefore, as described in claim 2, the behavior simulation means uses the moving speed, temperature, and pressure of each part of the molding material at the time when an arbitrary time has elapsed from the start of the injection molding as initial parameters of the simulation, and the arbitrary time from the start of the injection molding. The time lapse is reversed from the elapsed time to the start of injection molding to calculate the moving speed, temperature, and pressure of each part of the molding material in the injection molding process. This makes it possible to calculate the moving speed, temperature, and pressure of each part of the molding material in the injection molding process using data calculated by a commercially available injection molding process simulation apparatus, and to calculate the amount of heat received by each part of the molding material in the injection molding process. Can be calculated.
[0012]
As described in claim 3, the calorie calculating means calculates the calorie received by each part of the molding material at each point in the injection molding process from at least the temperature of each part of the molding material in the injection molding process calculated by the behavior simulation means. It is desirable that the calorific value calculated by summing the values for each part of the molding material be the amount of heat received by each part of the molding material in the injection molding process. By calculating the amount of heat received by each part of the molding material at each point in the injection molding process, and summing this for each part of the molding material, it is possible to easily quantify and calculate the amount of heat received by each part of the molding material during the injection molding process It becomes.
[0013]
As described in claim 4, it is desirable that the thermal deterioration degree calculating means relatively calculates the thermal deterioration degree of each part of the molded article based on the thermal deterioration degree of an arbitrary portion of the molded article. By directly checking the calculated degree of thermal degradation of each part of the molded product, the user cannot immediately grasp how high or low the degree of thermal degradation of each part of the molded product is compared to other parts. difficult. By calculating the degree of thermal degradation of each part of the molded article relatively based on the degree of thermal degradation of any part of the molded article, the user can see how much the degree of thermal degradation of each part of the molded article is higher than other parts. , Or low.
[0014]
As described in claim 5, it is desirable that the molding material applied to the thermal degradation degree calculating device is a thermoplastic resin. When using a thermoplastic resin as a molding material, the molecules that constitute the resin are cut by the heat generated by shearing between the molding material that has already solidified and the molding material that is still flowing during the injection molding process, which is necessary for molded products. In some cases, the required strength and durability cannot be obtained, but it is difficult to quantify and calculate this with a conventional injection molding process simulation apparatus or the like. By using the present thermal deterioration degree calculating apparatus, it is possible to quantify and calculate the influence on the molded product due to the heat received by the resin in the injection molding process as the degree of thermal deterioration.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the thermal degradation degree calculating device according to the first embodiment of the present invention. The thermal degradation degree calculating device of the present embodiment is mounted on the personal computer 1 and calculates the thermal degradation degree of each part of a molded product according to an instruction from a user.
[0016]
The keyboard 2 instructs the start of calculation of the degree of thermal degradation (degree of thermal degradation) in each part of the molded article, and designates a reference portion for calculating the relative value of the degree of thermal degradation of each part of the molded article. The instruction to start the calculation of the degree of thermal degradation in each part of the molded article and the designation of the reference part for calculating the relative value of the degree of thermal degradation in each part of the molded article may be performed using, for example, a mouse.
[0017]
The hard disk 3 serving as a database means stores, as a database, thermal energy received by the molding material and a degree of molecular cutting (degree of cutting) indicating how much a molecule constituting the molding material is cut by the thermal energy. I have. In addition, various parameters required for the simulation of the injection molding process, such as the injection speed of the molding material, the temperature, the pressure, the viscosity, the heat capacity, and the mold shape of the molded product, are stored. The database and various parameters may be stored in, for example, a CD-RW or a DVD-RAM.
[0018]
The CPU 4 is composed of a known computer, and executes three programs: an injection molding process program 4A, a thermal energy calculation program 4B, and a thermal deterioration degree calculation program 4C.
[0019]
The injection molding process program 4A, which is a behavior simulation means, divides the molding material into a number of meshes, and stores the behavior of each mesh (each part of the molding material) at each time of the injection molding process as a law of conservation of mass (continuous equation) and momentum. The simulation is performed using a rule (Navier-Stokes equation) and an energy conservation equation (energy equation). Then, the moving speed, temperature, and pressure of each mesh at each time on the simulation are calculated. A description of the simulation of the behavior of each mesh during the injection molding process using the above-described equation will be omitted because a plurality of methods are already known as conventional techniques.
[0020]
The heat energy calculation program 4B, which is a calorie calculation means, calculates the heat energy received by each mesh at the time from the moving speed, temperature, and pressure of each mesh at each time on the simulation, which is calculated by the injection molding process program 4A by simulation. By calculating and summing them, the total heat energy received by each mesh in the injection molding process is calculated. Specifically, it is calculated by executing the following equation 1.
[0021]
(Equation 1)
(Sum of thermal energy received by each mesh) = (heat capacity of each mesh) × ∫ (temperature of each mesh) dt (t: simulation start time to simulation end time)
As for the heat capacity of each mesh, a heat capacity measured in advance by an experiment or the like is read from the hard disk 3 and used.
[0022]
The thermal deterioration degree calculating program 4C, which is a thermal deterioration degree calculating means, searches the hard disk 3 for a molecular cutting degree corresponding to the total heat energy received by each mesh in the injection molding process simulation calculated by the heat energy calculating program 4B. This is defined as the degree of thermal deterioration in the relevant portion of the molded article. Then, a relative value of the degree of thermal deterioration of each part of the molded article is calculated based on the degree of thermal deterioration of the part designated by the keyboard 2.
[0023]
Note that the above-described three programs may be executed by providing dedicated hardware for each.
[0024]
The display 5 displays a relative value of the degree of thermal deterioration of each part of the molded product calculated by the thermal deterioration degree calculation program 4C. Regarding the display of the relative value of the degree of thermal deterioration of each part of the molded article, it may be printed and displayed by, for example, a printer.
[0025]
FIG. 2 is a flowchart relating to a process in which the thermal deterioration degree calculating device of the first embodiment calculates a relative value of the thermal deterioration degree of each part of the molded article. In the processing of this flowchart, the processing of steps 201 to 205 and step 208 is processing executed by the injection molding process program 4A, and the processing of steps 206 to 207 is processing executed by the heat energy calculation program 4B. The processing of steps 209 to 210 is processing executed by the thermal deterioration degree calculation program 4C. The process of this flowchart is executed each time the user instructs the keyboard 2 to start calculating the degree of thermal deterioration of each part of the molded article.
[0026]
In step 201, the CPU 4 determines the injection speed, temperature, pressure, viscosity, heat capacity, mold shape of the molded product, the end time of the injection molding process simulation, and the user required for performing the injection molding process simulation. From the hard disk 3, various parameters such as a part of a molded article which is a reference of the degree of thermal deterioration are read.
[0027]
In step 202, the CPU 4 resets the value of a time counter which is an internal counter. The time counter is a counter that counts a value corresponding to an elapsed time from the start of the simulation in the injection molding process simulation executed by the injection molding process program 4A. In step 203, the value of the time counter is incremented by one.
[0028]
In step 204, the mesh corresponding to each part of the molding material is moved in the direction of the moving speed of the mesh by a distance corresponding to the time to add 1 to the time counter. Then, the newly injected molding material is divided into a large number of meshes.
[0029]
In step 205, the moving speed, temperature, pressure, and viscosity of each mesh moved in step 204 are calculated by simulation. A method of calculating the moving speed, the temperature, the pressure, and the viscosity of each mesh by simulation is omitted because a plurality of methods are already known as conventional techniques.
[0030]
In step 206, the thermal energy received by each mesh at the time corresponding to the value of the time counter in the injection molding process is calculated from the moving speed, temperature, pressure, and viscosity of each mesh calculated in step 205. In step 207, the thermal energy calculated in step 206 is accumulated (summed) for each mesh. Note that, at each time of the injection molding process, the processing of Steps 206 and 207 for calculating and accumulating (summing) the thermal energy received by each mesh corresponds to the processing of Equation 1. This makes it possible to easily quantify and calculate the amount of heat received by each mesh in the injection molding process simulation.
[0031]
In step 208, it is determined whether or not the value of the time counter is equal to the value K corresponding to the injection molding process simulation end time read in step 201. When the value of the time counter is equal to K, the process proceeds to step 209. If not, the process returns to step 203, and the processing of steps 203 to 207 is repeated.
[0032]
In step 209, the molecular cutting degree corresponding to the cumulative (sum) amount of thermal energy received by each mesh in the injection molding process simulation, which is calculated by executing steps 201 to 208, is searched from the database of the hard disk 3. The calculated degree of molecular cleavage is calculated as the degree of thermal deterioration in the relevant portion of the molded article.
[0033]
In step 210, a relative value of the degree of thermal deterioration of each part of the molded article is calculated, with the degree of thermal degradation of the part of the molded article designated by the user being set to 1. Just by directly confirming the degree of thermal degradation of each part of the molded article, the user cannot immediately grasp how high or low the degree of thermal degradation of each part of the molded article is compared to other parts. By setting the degree of thermal degradation of the part of the molded article designated by the user to 1 and calculating the degree of thermal degradation of the other parts as a relative value of the designated part, the user can determine the degree of thermal degradation of each part of the molded article. It is possible to immediately grasp how high or low compared to the part.
[0034]
In step 211, the relative value of the degree of thermal deterioration of each part of the molded article calculated in step 210 is output to the display 5.
[0035]
As described above, in the thermal degradation degree calculating apparatus of the present embodiment, the molding material is divided into a number of meshes, and at least three of the movement speed, temperature, and pressure of each mesh at each time of the injection molding process are determined by the injection molding process. It is calculated by a simulation executed by the program 4A. Then, the heat energy calculation program 4B calculates and accumulates (sums) the heat energy received by each mesh at each time on the simulation. Finally, the thermal deterioration degree calculation program 4C searches the database of the hard disk 3 for the molecular cutting degree corresponding to the cumulative (sum) amount of thermal energy of each mesh, and finds the searched molecular cutting degree in the relevant portion of the molded article. It is calculated as the degree of thermal deterioration.
[0036]
Since the molding material injected into the mold is solidified from near the mold surface, the molding material in the part away from the mold surface does not solidify even if the molding material near the mold surface is solidified. May be flowing. Therefore, heat is generated by shearing between the solidified molding material and the molding material that is still flowing, and the temperature of the molding material may be higher than the temperature at the time of injection. Usually, the temperature of the molding material at the time of injection is often set to the upper limit temperature at which cutting of molecules constituting the molding material does not occur, and when the temperature of the molding material becomes higher than the temperature at the time of injection, the molding material Is cut off, and the strength and durability required for the molded article cannot be obtained. However, it has been difficult to quantify and calculate this with a conventional injection molding process simulation apparatus or the like. By using the thermal degradation degree calculating device, it is possible to quantify and calculate the influence of the thermal energy received by each part of the molding material on the molded article as the thermal degradation degree of each part of the molded article in the injection molding process. It is.
[0037]
Next, a specific example of calculating the degree of thermal degradation of each part of a molded article using the thermal degradation degree calculating apparatus according to the present embodiment will be described. Here, the degree of thermal degradation of three portions on the surface of a molded product when a flat plate of 70 mm × 70 mm and a thickness of 1 mm is injection-molded using polyphenylene sulfide (PPS) which is a thermoplastic resin as a molding material is calculated. I do. FIG. 3 shows three parts for calculating the shape of the molded article and the degree of thermal deterioration. The injection temperature of the molding material was 330 ° C., and the mold temperature was 130 ° C. The time until the end of the injection molding process simulation was about 13 seconds.
[0038]
FIG. 4 is a graph showing the relative value of the degree of thermal degradation of each part of the molded article and the relative value of the degree of thermal degradation measured from each part of the actual molded article, calculated by the thermal degradation degree calculating device of the first embodiment. is there. In the graph of FIG. 4, the thermal degradation degree of the portion A calculated by the thermal degradation degree calculating device calculates the relative values of the thermal degradation degrees of the portions B and C similarly calculated by the thermal degradation degree calculating device. It has become a standard when That is, the degrees of thermal degradation of the parts B and C are indicated by relative values when the degree of thermal degradation of the part A is set to 1. Regarding the degrees of thermal degradation measured from actual molded products, the degrees of thermal degradation of the portions B and C are indicated by relative values when the degree of thermal degradation of the portion A is set to 1. From the graph of FIG. 4, the calculated relative value of the degree of thermal degradation of each part of the molded article is substantially the same as the relative value of the degree of thermal degradation measured from the actual molded article. It is understood that the amount of heat received by each part has been successfully quantified as the degree of thermal deterioration.
[0039]
(2nd Embodiment)
FIG. 5 is a flowchart relating to a process in which the thermal degradation calculating device according to the second embodiment of the present invention calculates the thermal degradation of each part of the molded article. As shown in FIG. 5, this flowchart is different from the flowchart of FIG. 2 in the first embodiment in that the processing of the six steps 501 to 505 and 508 executed by the injection molding process program 4A is the same as that of FIG. Is different from the case of the first embodiment. In other words, the processing of steps 506 to 507 executed by the thermal energy calculation program 4B, the processing of steps 509 to 510 executed by the thermal deterioration degree calculation program 4C, and the processing of step 511 are the same as those in the first embodiment described above. The processing is the same as the processing in the flowchart of FIG. The process of this flowchart is executed every time the user gives an instruction from the keyboard 2 to start the calculation of the degree of thermal deterioration of each part of the molded article.
[0040]
In step 501, the CPU 4 reads from the hard disk 3 the heat capacity of the molding material to be injected, the mold shape of the molded product, the part of the molded product which is a reference for the degree of thermal deterioration specified by the user, and the like. In particular, in the present embodiment, the moving speed, temperature, and pressure of the mesh corresponding to each part of the molding material immediately before the end of the injection molding process, which are calculated by a commercially available injection molding process simulation apparatus, are read from the hard disk 3 as initial parameters. .
[0041]
In step 502, a value corresponding to the time to reverse the time from immediately before the end of the injection molding to the start of the injection molding is set in the time counter. In step 503, the value of the time counter is decremented by one.
[0042]
In step 504, the mesh corresponding to each part of the molding material is moved in a direction opposite to the moving speed by a distance corresponding to the time for subtracting 1 from the time counter. In step 505, the moving speed, temperature, pressure, and viscosity of each mesh moved in step 504 are calculated by simulation. A method of calculating the moving speed, the temperature, the pressure, and the viscosity of each mesh by simulation is omitted because a plurality of methods are already known as conventional techniques.
[0043]
In step 508, it is determined whether the value of the time counter is 0, that is, whether the injection molding process has been simulated by reversing the time from the time immediately before the end of the injection molding process to the time of starting the injection molding. If the value of the time counter is 0, the process proceeds to step 509, and the calculation of the degree of thermal deterioration is started. If not, the process returns to step 503, and the processing of steps 503 to 507 is repeated.
[0044]
As described above, in the thermal deterioration degree calculating device of the present embodiment, the injection molding process program 4A calculates the moving speed, the temperature, and the pressure of the mesh corresponding to each part of the molding material at the time immediately before the end of the injection molding process. And simulates the injection molding process by reversing the passage of time. Then, the moving speed, temperature, and pressure of each mesh in the injection molding process are calculated, and the thermal energy received by each mesh is calculated based on this. In recent years, many injection molding process simulation apparatuses are commercially available, but in these commercially available apparatuses, the calculation routine for performing the injection molding process simulation is often a black box. Therefore, it is difficult for the user to modify the calculation routine or add a new calculation routine to calculate the heat energy received by each mesh. By using the thermal degradation degree calculating device of the present embodiment, it is possible to calculate the moving speed, temperature, and pressure of each part of the molding material in the injection molding process by using data calculated by a commercially available injection molding process simulation device. As a result, it is possible to calculate the degree of thermal deterioration of each part of the molded article.
[0045]
Next, a specific example in which the thermal deterioration degree of each part of the molded article is calculated by using the thermal deterioration degree calculating device in the present embodiment will be described. Here, as in the case of the first embodiment described above, when three-dimensional plates of 70 mm × 70 mm square and 1 mm thick are injection-molded using polyphenylene sulfide (PPS) which is a thermoplastic resin as a molding material. The degree of thermal degradation at the place was calculated (FIG. 3). The initial parameters are obtained by simulating the injection molding process of the flat plate of FIG. 3 by a commercially available injection molding process simulation apparatus, and calculating the moving speed, temperature, and pressure of the mesh corresponding to each part of the molding material immediately before the end of the injection molding process. Was used. The reverse time from the time immediately before the end of the injection molding process to the time of the start of the injection molding was about 13 seconds. As a result, the relative value of the degree of thermal degradation of each part of the molded article calculated by the thermal degradation degree calculating apparatus was substantially the same as the relative value of the degree of thermal degradation measured from each part of the actual molded article.
[0046]
In addition, in the thermal deterioration degree calculating device of the present embodiment, the moving speed, the temperature, and the pressure of the mesh corresponding to each part of the molding material at the time when an arbitrary time has elapsed from the start of the injection molding can be used as the initial parameters. This makes it possible to calculate the degree of thermal deterioration of each part of the molding material in the middle of the injection molding process.
[0047]
Finally, it is noted that a thermoplastic resin is suitable as a molding material applied to the thermal degradation degree calculating device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a thermal degradation degree calculating device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart relating to a process in which the thermal deterioration calculating apparatus of the first embodiment calculates a relative value of the thermal deterioration of each part of a molded article.
FIG. 3 is a diagram showing a part for calculating the shape and the degree of thermal deterioration of a molded product.
FIG. 4 is a graph showing a relative value of the degree of thermal degradation of each part of the molded article calculated by the thermal degradation degree calculating device of the first embodiment and a relative value of the degree of thermal degradation measured from each part of the actual molded article. is there.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a process in which a thermal deterioration degree calculating device according to a second embodiment of the present invention calculates a thermal deterioration degree of each part of a molded article.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Personal computer, 2 ... Keyboard, 3 ... Hard disk, 4 ... CPU, 4A ... Injection molding process program, 4B ... Thermal energy calculation program, 4C ... Thermal deterioration degree calculation program, 5 ... Display

Claims

Behavior simulation means for calculating at least three of the moving speed, temperature, and pressure of each part of the molding material in the injection molding process by simulation,
At least the behavior simulation means calculated, from the temperature of each part of the molding material in the injection molding process, calorie calculation means to calculate the amount of heat received by each part of the molding material in the injection molding process,
Database means for storing the amount of heat received by the molding material and the degree of cutting of the molecules constituting the molding material by the amount of heat, as a database,
From the amount of heat received by each part of the molding material in the injection molding process, the degree of cutting corresponding to this is searched from the database means, and the searched degree of cutting is determined as the degree of thermal degradation of the part in the molded product. And a thermal degradation calculating means.

The behavior simulation means, the moving speed of each part of the molding material at the time when an arbitrary time has elapsed from the start of injection molding, temperature, pressure as an initial parameter of the simulation,
The behavior simulation means uses the initial parameters, from the time when an arbitrary time has elapsed from the start of injection molding, to reverse the elapse of time until the start of injection molding, the moving speed of each part of the molding material in the injection molding process, temperature, The thermal degradation degree calculating device according to claim 1, wherein the pressure is calculated.

The calorie calculating means calculates the amount of heat received by each part of the molding material at each point in the injection molding process from at least the temperature of each part of the molding material in the injection molding process calculated by the behavior simulation means. 3. The thermal degradation degree calculating device according to claim 1, wherein the calorie calculated by the calculation is a calorie received by each part of the molding material in the injection molding process.

The thermal degradation degree calculating device according to claim 1, wherein the thermal degradation degree calculating means relatively calculates the thermal degradation degree of each part of the molded article with reference to the thermal degradation degree of an arbitrary part of the molded article.

The thermal degradation degree calculating device according to any one of claims 1 to 4, wherein the molding material is a thermoplastic resin.