JP2008023974A - 射出成形解析方法、そり変形解析方法およびその装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】成形品の射出成形工程の解析を実行し、解析により算出された成形品の任意の位置における体積収縮率を成形品の任意の位置における冷却速度に応じて、あらかじめ求めた関係式に基づいて算出する。さらに、体積収縮率から成形収縮歪みを算出し、そり解析を実施する。
【選択図】図7A
Description
そこで、特許文献1では、結晶化シミュレーションを用いて、様々な冷却速度に対応したPVT特性の作成方法が提案されている。この方法は、前記のように0.3℃/min程度のゆっくりとした温度変化の下でPVT測定を実施し、第一の温度変化速度条件のPVT曲線を作成する一方、対象とする樹脂の結晶化挙動を求め、この結晶化挙動に基づいて前記材料の結晶核の成長度合いを表す結晶化パラメータを求め、圧力と温度と第一の温度変化よりも速い温度変化に対応したPVT曲線を結晶化シミュレーションに基づき算出する手法である。結晶化シミュレーションは結晶の核成長速度、核生成頻度などを樹脂の冷却速度、圧力、せん断速度などに応じて算出するため、冷却速度を考慮した体積収縮率の算出ができる。しかし、特許文献1は速い温度変化に対応したPVT曲線の作成をすることができるが、射出成形解析を行う場合、本発明のように冷却速度における前記成形品材料の体積収縮率をあらかじめ求めた関係式に基づいて算出を行わず、結晶化シミュレーションを基礎として、比容積、体積収縮率の算出を行うため、根本的に本発明と異なる。また、本発明者らの知見によると、結晶化シミュレーションを行う方法においては、解析で設定する結晶化パラメータが、核成長速度、核生成頻度、結晶密度、非晶部密度など非常に多く、非常に煩雑であり、個々のパラメータの測定方法も確立されていない。
図6Aにおける体積収縮率補正手段611は、図7Aにおける射出成形工程の解析(ステップ203)では、充填工程解析(ステップ204)、保圧・冷却工程解析(ステップ205)を実行すると同時に、冷却速度算出手段614で溶融時の射出成形解析用形状データの各要素あるいは各節点の冷却速度を算出(ステップ700)し、その冷却速度を式(4)に代入し、図6Aにおける射出成形工程解析手段610によって射出成形工程の解析(体積収縮率算出(ステップ206)で求めた体積収縮率(ステップ701)を補正する。体積収縮率は、成形収縮歪み解析手段(ステップ612)によって、式(2)に示すように1/3乗もしくは1/3倍することによって、成形収縮歪みに変換する。なお、配向計算(ステップ208)の結果、成形品や充填材料の配向によって異方性がある場合は、配向計算によって算出した成形収縮歪みの異方性を考慮して、式(3)を満たすように各軸方向の成形収縮歪みの分配を行う。成形・そり変形解析手段613は、成形収縮歪みを荷重条件とし、成形品材料の弾性率・ポアソン比を考慮して構造解析を実行することで、成形品のそり変形を解析(ステップ209)し、出力(ステップ210)する。以上の実施形態では、いったん背景技術の欄で説明した従来の体積収縮率計算手段で仮の値を算出して暫定的に体積収縮率とし、その後、式(4)〜(8)を用いて左記体積収縮率とを補正するという手順をとったが、もちろん、暫定的な値を経由せずに直接冷却速度に応じた体積収縮率を求めてもよい。
図11は、箱形射出成形品形状を示した図である。ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂を用い、図11に示すような形状で、高さH×幅W×奥行きDが40×15×40mm、肉厚tが1.5mmの箱形形状の製品101を成形した。成形条件は樹脂温度250℃、金型温度80℃、樹脂充填時間を1秒、保圧圧力を50MPa、保圧時間を20秒、冷却時間を20秒とした。
保圧・冷却工程における溶融時の冷却速度は第二の方法に基づき算出し、例えば、図12のコーナー部1104においては、内側で30℃/秒、外側で49℃/秒と算出された。式(4)〜式(8)に従い、C1=0.051、C2=0.040、C3=0.011として、体積収縮率の補正を行ったところ、箱形射出成形品のコーナー部1104における体積収縮率は内側で6.8%、外側で5.4%となった。射出成形解析用形状データの各要素について、それぞれ同様の処理を行い、体積収縮率の補正を行った。各要素の補正した体積収縮率を等方性の仮定のもとで、式(2)に従い、成形収縮歪みに変換し、これを各要素の荷重条件として、図12における1101、1102、1103に示す基準点で支持し、成形品材料の弾性率・ポアソン比を考慮して構造解析を実行することで成形品のそり変形を解析し、出力したところ、評価位置1105におけるそり量は内側方向へ0.46mmとなった。
本発明の第二の実施形態に示すように、図6Bの装置および図7Bのフロー図に従って、樹脂温度250℃、金型温度80℃、樹脂充填時間を1秒、保圧圧力を50MPa、保圧時間を20秒、冷却時間を20秒の成形条件の下、充填工程解析、保圧冷却工程解析を実施した。
その結果、箱形射出成形品のコーナー部1104における体積収縮率は内側で6.8%、外側で5.3%となった。この際、式(11)を用い、圧力、温度、冷却速度を変数とするPVT特性を用いた。各要素の体積収縮率を等方性の仮定のもとで、式(2)に従い、成形収縮歪みに変換し、これを各要素の荷重条件として、図12における1101、1102、1103に示す基準点で支持し、成形品材料の弾性率・ポアソン比を考慮して構造解析を実行することで成形品のそり変形を解析し、出力したところ、評価位置1105におけるそり量は内側方向へ0.47mmとなった。
実施例1で作成した図12に示す射出成形解析用形状データを利用し、図2のフロー図に従い、樹脂温度250℃、金型温度80℃、樹脂充填時間を1秒、保圧圧力を50MPa、保圧時間を20秒、冷却時間を20秒の成形条件の下、射出成形過程解析ソフト(東レエンジニアリング社製の“3D TIMON(登録商標)”)を用いて、充填工程解析、保圧・冷却工程解析、体積収縮率算出を行ったところ、箱形射出成形品のコーナー部1104における体積収縮率は内側で7.0%、外側で6.6%と算出された。冷却速度に応じた体積収縮率の補正がないため、内側と外側とで体積収縮率の差が実施例1よりも小さくなった。引き続き実施例1と同様に構造解析を実行することで成形品のそり変形を解析し、出力したところ、評価位置1105におけるそり量は内側方向へ0.22mmであった。
実施例1で作成した図12に示す射出成形解析用形状データを利用し、特許文献2に示すように肉厚1.5mm、金型温度80℃のPVT特性グラフを作成し、比較例1と同様、図2のフロー図に従い解析を実施したところ、箱形射出成形品のコーナー部1104における体積収縮率は内側で5.5%、5.3%と算出された。比較例1と同様、前述のように、この方法は平板状の形状の平均的な収縮にもとづく解析なので上記のようなコーナー部では、内側と外側とで体積収縮率の差が実施例1よりも小さくなった。引き続き実施例1と同様に構造解析を実行することで、成形品のそり変形を解析し、出力したところ、評価位置1105におけるそり量は内側方向へ0.18mmであった。
従来は、射出成形解析の解析によって、定性的なそりの評価ができれば問題ないとされていたが、近年は製品開発期間が短いため、実測との誤差率が±20%程度に収めることができるような定量的な評価を実施し、金型の製作期間短縮することが望まれており、比較例のように実測との誤差率が40%以上生じるような解析では、解析の予測精度として不十分である。表2に示すように、誤差率について、実施例1では4%、実施例2では2%、比較例1では54%、比較例2では63%となっており、実施例は比較例に対して大幅にそり予測精度が向上している。なお、誤差率とは、実測のそりと解析のそりの差を実測のそりで割った値である。
2:ホッパー
3:シリンダ
4:金型
5:キャビティ
6:成形品材料
7:固化成形品
600:コンピュータ
601:キーボード
602:マウス
603:ディスプレイ
604:補助記憶装置
801:ゲート
802:矩形キャビティ
803:シース熱電対
1000:箱形射出成形品
1001:そり評価基準点
1002:そり評価基準点
1003:そり評価基準点
1004:そり評価位置
1005:そり量
1100:箱形射出成形品の射出成形解析用形状データ
1101:そり評価基準点
1102:そり評価基準点
1103:そり評価基準点
1104:コーナー部
1105:そり評価位置
Claims (16)
- プログラムされたコンピュータによって成形品の射出成形工程を解析するための射出成形解析方法であって、射出成形解析用形状データを入力し、成形品材料の物性データを入力し、成形条件データを入力し、前記入力した各データに基づいて前記成形品の各部における射出成形工程の充填工程を解析し、前記成形品が冷却する過程における前記各部の冷却速度を算出し、該冷却速度における前記成形品材料の体積収縮率をあらかじめ求めた関係式に基づいて算出することを特徴とする射出成形解析方法。
- 請求項1に記載の射出成形解析方法により、成形品各部における体積収縮率を算出し、該体積収縮率に基づいて、前記成形品の各部における成形収縮歪みを算出し、前記成形品の変形および/またはそりを解析することを特徴とする射出成形品のそり変形解析方法。
- 前記関係式として、収縮開始時の各部の比容積および冷却完了後の各部の比容積を冷却速度の関数として表現したものであることを特徴とする請求項1に記載の射出成形解析方法。
- プログラムされたコンピュータによって成形品の射出成形工程を解析するための射出成形解析方法であって、射出成形解析用形状データを入力し、成形品材料の物性データを入力し、成形条件データを入力し、前記入力した各データに基づいて前記成形品の各部における射出成形工程の充填工程、保圧冷却工程を解析する方法において、各部における比容積を圧力、温度、冷却速度を変数とする関係式により算出し、各部における体積収縮率を算出することを特徴とする射出成形解析方法。
- 請求項5に記載の射出成形解析方法により、成形品各部における体積収縮率を算出し、該体積収縮率に基づいて、前記成形品の各部における成形収縮歪みを算出し、前記成形品の変形および/またはそりを解析することを特徴とする射出成形品のそり変形解析方法。
- 前記成形品が樹脂材料の成形品であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の解析方法。
- 前記成形品が結晶性樹脂材料の成形品であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の解析方法。
- プログラムされたコンピュータによって成形品の射出成形工程を解析するための射出成形解析装置であって、射出成形解析用形状データを入力する手段と、成形品材料の物性データを入力する手段と、成形条件データを入力する手段と、前記入力した各データに基づいて前記成形品の各部における射出成形工程の充填工程を解析する手段と、前記成形品が冷却する過程における前記各部の冷却速度を算出する手段と、該冷却速度における前記成形品材料の体積収縮率をあらかじめ求めた関係式に基づいて算出する手段とを有することを特徴とする射出成形解析装置。
- 請求項10に記載の射出成形解析手段により成形収縮歪みを算出する手段を有し、成形収縮歪みを荷重条件として成形品の変形およびそりを解析する手段を有する射出成形品のそり変形解析装置。
- 前記成形品として樹脂材料の成形品を用いることを特徴とする請求項10または11に記載の解析装置。
- 前記成形品として結晶性樹脂材料の成形品を用いることを特徴とする請求項10または11に記載の解析装置。
- 請求項1〜9に記載の射出成形解析方法を用いて射出成形工程を解析し、該解析の結果に基づいて射出成形形状、成形品材料および成形条件のうち少なくとも一つを決定し、該決定に基づいて成形品を製造することを特徴とする成形品の製造方法。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の解析方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 請求項15に記載のプログラムを記録したコンピュータ読みとり可能な記録媒体。
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