JP2010030259A - 成形品形状の予測方法、キャビティ形状の予測方法及びそれらの装置、成形品形状又はキャビティ形状の予測プログラムとその記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で精度の高い形状の予測が可能となる成形品形状の予測方法、キャビティ形状の予測方法等を提供する。
【解決手段】成形品形状の予測方法であって、
予測の対象とされる成形品の形状データをもとにし、与えられた金型の調温及び／又は金型の成形圧による成形条件との該成形条件と関係において予め算出された収縮率に基づいて、前記予測の対象とされる成形品の収縮率データを算出する工程と、
前記収縮率データを用い、前記予測の対象とされる成形品の収縮量を算出する工程と、
前記予測の対象とされる成形品に用いられる金型に前記成形条件を与え、該成形条件による金型のキャビティの変形量を算出する工程と、
前記成形品の収縮量とキャビティの変形量を用いて、前記成形品の形状を予測する工程と、を有する構成とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、成形品形状の予測方法、キャビティ形状の予測方法及びそれらの装置、成形品形状又はキャビティ形状の予測プログラムとその記憶媒体に関するものである。

射出成形品の変形形状を予測するソフトウエアとして、Ｍｏｌｄｆｌｏｗ Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｉｎｓｉｇｈｔ（登録商標）、３ＤＴＩＭＯＮ（登録商標）、Ｍｏｌｄｅｘ３Ｄ（登録商標）、等の樹脂流動解析ソフトウエアが市販されている。
これらのソフトウエアでは、樹脂物性を表すために近似モデルを用い、更に成形プロセスをシミュレートするため収縮挙動をモデル化して表現している。
そのため実際の現象とこれらのソフトウエアでモデル化された収縮挙動には差異がある。したがって、これらのソフトウエアを用いた場合、計算時間は短いものの実際のそり量、収縮量の予測値と実測値には差異が発生し、高精度な変形形状の予測には限界がある。

このようなことから、従来において、樹脂の収縮挙動のモデル化精度を向上するため、樹脂の粘弾性特性を考慮した数値解析を用い成形品の形状を予測する方法が提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。
また、特許文献３では、基本形状において得られた収縮データに基づいて変形解析を行うことによって、樹脂物性の近似誤差や収縮挙動をモデル化することで発生する収縮率の推定誤差、等の影響を抑制して変形形状を予測する物品の変形解析方法が提案されている。ここでは、収縮率データが、肉厚やゲートからの流動長、あるいは射出温度、金型温度、保圧、等による成形条件との関係において表わされるものとして扱われ、このような成形条件による収縮率データに基づいて、変形形状の予測をする方法が開示されている。
特開平１１−１３８６１０号公報 特開２００５−２８９７５７号公報 特開２００２−０４９６５０号公報

上記従来例における特許文献１、特許文献２においては、粘弾性特性を考慮した数値解析を行うと、成形プロセス中の刻々の温度、応力の状態を数値計算によって計算する必要があるため、計算量が多くなり計算時間が長くなるという問題がある。
これに対し、上記した特許文献３では、成形プロセス中の刻々の温度、応力を計算せず一回の計算で形状を予測できるため短時間で計算が可能となる。
しかし、特許文献３においては、実際には基本形状と成形条件だけでは表すことの出来ない成形品形状への影響等について考慮されていない。
例えば、樹脂圧により金型が変形することでキャビティ形状が変わることに起因する成形品形状への影響、成形時の温調により金型内に温度差が発生し金型が変形することに起因する成形品形状への影響、等について考慮されていない。
高精度な成形品形状の予測を行うにはこれらの影響を無視することはできないものである。

本発明は、上記課題に鑑み、短時間で精度の高い形状の予測が可能となる成形品形状の予測方法、キャビティ形状の予測方法及びそれらの装置、成形品形状又はキャビティ形状の予測プログラムとその記憶媒体を提供することを目的とするものである。

本発明は、つぎのように構成した成形品形状の予測方法、キャビティ形状の予測方法及びそれらの装置、成形品形状又はキャビティ形状の予測プログラムとその記憶媒体を提供するものである。
本発明の成形品形状の予測方法は、
予測の対象とされる成形品の形状データをもとにし、与えられた金型の調温及び／又は金型の成形圧による成形条件と該成形条件との関係において予め算出された収縮率に基づいて、前記予測の対象とされる成形品の収縮率データを算出する工程と、
前記収縮率データを用い、前記予測の対象とされる成形品の収縮量を算出する工程と、
前記予測の対象とされる成形品に用いられる金型に前記成形条件を与え、該成形条件による金型のキャビティの変形量を算出する工程と、
前記成形品の収縮量とキャビティの変形量を用いて、前記成形品の形状を予測する工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明の金型のキャビティ形状の予測方法は、上記した成形品形状の予測方法で算出された前記成形品の収縮量とキャビティの変形量を用い、金型のキャビティ形状を予測する工程を有することを特徴とする。
また、本発明の金型のキャビティ形状の予測方法は、前記成形条件が金型の調温である際に、
前記キャビティの変形量として、室温と温調状態での金型温度の差を金型の熱荷重として弾性解析を行うことにより算出されたキャビティの変形量が含まれることを特徴とする。
また、本発明の成形品形状又はキャビティ形状の予測プログラムは、上記した成形品形状の予測方法、または上記したいずれかに記載のキャビティ形状の予測方法を、コンピュータに実行させることを特徴とする。
また、本発明のコンピュータが読み取り可能の記憶媒体は、上記した成形品形状又はキャビティ形状の予測プログラムを記憶したことを特徴とする。
また、本発明の成形品形状及び金型のキャビティ形状の予測装置は、
予測の対象とされる成形品の形状データをもとにし、与えられた成形条件と該成形条件との関係において予め算出された収縮率に基づいて算出された収縮率データによって、前記予測の対象とされる成形品の収縮量を算出する成形品収縮量算出部と、
前記予測の対象とされる成形品に用いられる金型に対して与えられた金型の調温及び／又は金型の成形圧による成形条件によって変形する前記金型のキャビティの変形量を算出する金型変形量算出部と、
前記成形品収縮量算出部で算出された成形品の収縮量に基づいて、前記成形品の変形形状を算出する成形品変形形状算出部と、
前記金型変形量算出部で算出されたキャビティの変形量に基づいて、前記金型の補正形状を算出する金型補正形状算出部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、短時間で精度の高い形状の予測が可能となる成形品形状の予測方法、キャビティ形状の予測方法及び成形品形状及び金型のキャビティ形状の予測装置、成形品形状又はキャビティ形状の予測プログラムとその記憶媒体を実現することができる。

つぎに、本発明の実施の形態について説明する。
本実施形態における成形品形状の予測方法は、予測の対象とされる成形品に対して、つぎのような工程により実施される。
まず、解析モデルとして予め作成されている成形品モデルによる形状データをもとにし、与えられた金型の調温及び／又は金型の成形圧による成形条件と該成形条件との関係において予め算出された収縮率に基づいて、
前記予測の対象とされる成形品の収縮率データが算出される。
次に、成形品の収縮量を算出する工程において、上記の算出され収縮率データを用い、前記予測の対象とされる成形品の収縮量を算出する。
一方、キャビティの変形量を算出する工程において、前記予測の対象とされる成形品に用いられる金型に対し、上記の金型の調温及び／又は金型の成形圧による成形条件を与え、このような成形条件による金型のキャビティの変形量を算出する。
そして、成形品の形状を予測する工程において、上記のようにして算出された成形品の収縮量とキャビティの変形量を用いて、前記成形品の形状を予測する。
このような成形品形状の予測方法によれば、成形品設計形状をもとに成形後の仕上がりの成形品形状を予測することが可能となる。
したがって、成形品設計形状と仕上がりの成形品形状の差がわかるので、その差を無くすように成形品設計形状を修正することで、設計値通りの成形品形状になるような金型形状を得ることができる。
また、金型のキャビティ形状の予測方法を実施するに際しては、上記した成形品の形状の予測方法で算出された前記成形品の収縮量とキャビティの変形量を用いることで、金型のキャビティ形状を予測することができる。
このような成形品形状のキャビティ形状の予測方法によれば、仕上がりの成形品形状が成形品設計形状になるような金型形状を直接に得ることが可能となる。
したがって、得られた金型形状にて金型を作成することで設計値通りの成形品形状を仕上げることができ、金型を補正する必要を無くすことができる。

また、以上の予測方法は、これをコンピュータに実行させるようにした成形品形状又はキャビティ形状の予測プログラムを構成することができる。
また、このような予測プログラムを記憶するようにしたコンピュータが読み取り可能の記憶媒体を構成することができる。
また、つぎのような成形品形状及び金型のキャビティ形状の予測装置を構成することができる。
すなわち、予測の対象とされる成形品の形状データをもとにし、与えられた成形条件と該成形条件との関係において予め算出された収縮率に基づいて算出された収縮率データによって、前記予測の対象とされる成形品の収縮量を算出する成形品収縮量算出部と、
前記予測の対象とされる成形品に用いられる金型に対して与えられた金型の調温及び／又は金型の成形圧による成形条件によって変形する前記金型のキャビティの変形量を算出する金型変形量算出部と、
前記成形品収縮量算出部で算出された成形品の収縮量に基づいて、前記成形品の変形形状を算出する成形品変形形状算出部と、
前記金型変形量算出部で算出されたキャビティの変形量に基づいて、前記金型の補正形状を算出する金型補正形状算出部と、
を備えた、成形品形状と金型のキャビティ形状を予測することができる装置を構成することができる。
また、これらの予測方法及び装置は、特に、射出成形加工用金型の設計を行う際、キャビティ等の形状を決定するための設計支援に好適に適用することができる。

以下に、本発明の実施例について説明する。
図１に、本実施例における成形品の形状予測装置及び形状予測方法について説明するためのブロック図を示す。
図１において、１はコンピュータ、２は補助記憶装置、３は出力装置、４は解析モデル、５は解析モデル読み込み部、６は演算部、７は出力部である。
１３は金型温調による金型変形量算出部（金型変形量予測部）、１４は成形圧による金型変形量算出部（内圧による金型変形量予測部）、１５は成形品収縮量算出部（成形品収縮
量予測部）である。
１６は成形品形状出力部（成形品変形形状算出部）、１７は金型補正形状出力部（金型補正形状算出部）である。

本実施例の成形品の形状予測装置は、コンピュータ１と補助記憶装置２を備えている。本実施例において、コンピュータ１は、解析モデル読み込み部５、演算部６、出力部７を備え、成形品の形状予測方法に用いられるプログラムは、コンピュータ１に読み込まれ、演算部６で演算処理が行われれる。
なお、上記プログラムは補助記憶装置２に解析モデル４が予め作成されていることが前提とされる。
この解析モデル４は、成形品形状データ９、金型形状データ１０、成形条件データ１１、収縮率データ１２からなり、本実施例のプログラムの解析モデル読み込み部５によりコンピュータのメモリ上に読み込まれる。
演算部６は、金型温調による金型変形量算出部１３、成形圧による金型変形量算出部１４、成形品収縮量算出部１５からなり、読み込まれた解析モデル４を元に金型もしくは成形品の変形量を算出する。

また、出力部７は、成形品形状出力部１６および金型補正形状出力部１７からなり、補助記憶装置２に解析結果８を出力する。
解析結果８は、成形品変形形状データ１８および金型補正形状データ１９からなる。
出力装置３は、ディスプレや、出力用紙を出力する手段を含む装置からなり、出力部７の結果は出力装置３へも出力されるように構成される。
成形品形状出力部１６は、成形品形状に上記の金型変形量算出部１３、金型変形量算出部１４、成形品収縮量算出部１５において計算された金型もしくは成形品の変形量を加えて成形品形状を算出し、成形品変形形状データ１８を出力する。
また、金型補正形状出力部１７は、つぎのように金型補正形状データ１９を出力する。
成形品形状に上記の金型変形量算出部１３、金型変形量算出部１４、成形品収縮量算出部１５において計算された金型もしくは成形品の変形量における正の変位量を反転させた同量の負の変位量を加えて金型キャビティ形状を算出する。そして金型補正形状データ１９を出力する。

つぎに、本実施例における上記した成形品の形状予測装置を用いて形状予測をする方法について説明する。
図２に、本実施例における成形品の形状予測方法を説明するためのフローチャートを示す。
本実施例においては、まず、前提条件として収縮率ＤＢ Ｓ４には板厚、成形条件と収縮率の関係がＤＢとして蓄えられており、成形品モデルＳ１、金型モデルＳ２、成形条件Ｓ３が定義されているものとする。
図３に成形品モデル、図４に金型モデル、図５に収縮率ＤＢに登録されている樹脂収縮率モデルの、それぞれの１例を示す。
なお、図５に示した収縮率モデルは、ｘ、ｙ、ｚ各方向の収縮率は最大板厚、偏肉比、型温、内圧の関数として表している。
収縮率モデルは必ずしも関数である必要はなく、最大板厚、偏肉比、型温、内圧をパラメータとしたテーブルデータでも良い。

成形品の形状予測に際して、最初にＳ４の収縮率ＤＢ、Ｓ１の成形品モデル、Ｓ３の成形条件をもとに、収縮率算出部Ｐ１により成形品各部の収縮率データＭ１を計算する。
その際、Ｐ１の収縮率算出部はＳ１の成形品モデルの形状をもとに各部の板厚を算出し、与えられた成形条件である金型温度、成形圧力及びＳ４の収縮率ＤＢをもとに、成形品各部の収縮率データＭ１の算出を行なう。
図５に示した収縮率モデルの場合には、成形品の板厚、成形条件として型温、内圧がわかれば収縮率ＤＢに登録された係数を用い収縮率を算出することができる。
また、板厚は図３に示した成形品モデルから図６に示すように計算することができる。
次に、Ｐ２の成形品収縮量算出部１５において、Ｓ１の成形品モデルを解析対象とし、成形品各部に収縮率データＭ１を与えて成形品収縮量Ｍ２を計算する。
図７に成形品各部に収縮率データを与え、成形品形状を計算した例を示す。

次に、Ｓ２の金型モデルを解析対象としてＳ３の成形条件を与え、Ｐ３の金型温調による金型変形量算出部１３において、金型のキャビティ変形量Ｍ３を算出する。
その際、金型モデルは冷却管を含んだモデルが用いられ、Ｓ３の成形条件として冷媒温度、冷媒流量を与え、温調状態での金型温度分布を算出する。
その後、室温と温調状態での金型温度の差を金型各部の熱荷重として金型の弾性解析を行うことで金型の熱変形量の予測を行なう。
図８に、金型モデルと温調状態の金型温度分布を予測するための各条件の例を示す。
また、図９に温調による金型の熱変形を予測するための条件の例を示す。

次に、Ｓ２の金型モデルを解析対象としてＳ３の成形条件を与え、Ｐ４の内圧による金型変形量予測部１４において、成形中の金型キャビティ変形量Ｍ４を算出する。
その際、解析対象は金型で金型キャビティ表面に成形条件として指定されたゲートシール時の成形品内圧を荷重として与え、弾性解析を行うことで内圧による金型の変形量を予測する。
図１０に成形品内圧による金型変形の計算例を示す。

次に、Ｐ５の成形品変形形状算出部１６において、成形品収縮量Ｍ２、金型キャビティ変形量Ｍ３、金型キャビティ変形量Ｍ４を、成形品形状に加えることで成形品変形形状Ｏ１を算出する。
図１１に成形品形状に成形品収縮量と金型キャビティ面の変形量を加え、成形品変形形状を算出した例を示す。
同時に、Ｐ６の金型補正形状算出部１７によって成形品収縮量Ｍ２、金型キャビティ変形量Ｍ３、金型キャビティ変形量Ｍ４における正の変位量を反転させた負の変位量を加えて金型キャビティ形状を算出し、金型補正形状データを出力する。

本発明の実施例における成形品の形状予測装置及び形状予測方法について説明するためのブロック図である。 本発明の実施例における成形品の形状予測方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例におけるメッシュ分割された成形品モデルの一例を示す図である。 本発明の実施例における金型モデルの一例を示す図である。 本発明の実施例における樹脂の収縮率モデルの一例を示す図である。 本発明の実施例における板厚算出の一例を示す図である。濃淡が板厚のレベルを示している。 本発明の実施例における樹脂収縮による変形形状の算出例を示す図である。 本発明の実施例における温調時の金型温度を予測するための温度解析のための熱境界条件の例を示す図である。 本発明の実施例における温調時の金型膨張による熱変形を予測するための金型変形予測の解析条件例を示す図である。 本発明の実施例における内圧による金型の変形量予測例を示す図である。 本発明の実施例における金型の変形と成形品収縮分を合わせ成形品変形形状を予測した図である。

符号の説明

１：コンピュータ
２：補助記憶装置
３：出力装置
４：解析モデル
５：解析モデル読み込み部
６：演算部
７：出力部
８：解析結果
９：成形品形状データ
１０：金型形状データ
１１：成形品条件データ
１２：収縮率データ
１３：金型温調による金型変形量算出部（金型変形量予測部）
１４：成形圧による金型変形量算出部（内圧による金型変形量予測部）
１５：成形品収縮量算出部（成形品収縮量予測部）
１６：成形品形状出力部（成形品変形形状算出部）
１７：金型補正形状出力部（金型補正形状算出部）
１８：成形品変形形状データ
１９：金型補正形状データ

Claims (6)

1. 成形品形状の予測方法であって、
   予測の対象とされる成形品の形状データをもとにし、与えられた金型の調温及び／又は金型の成形圧による成形条件と該成形条件との関係において予め算出された収縮率に基づいて、前記予測の対象とされる成形品の収縮率データを算出する工程と、
   前記収縮率データを用い、前記予測の対象とされる成形品の収縮量を算出する工程と、
   前記予測の対象とされる成形品に用いられる金型に前記成形条件を与え、該成形条件による金型のキャビティの変形量を算出する工程と、
   前記成形品の収縮量とキャビティの変形量を用いて、前記成形品の形状を予測する工程と、
   を有することを特徴とする成形品形状の予測方法。
2. 金型のキャビティ形状の予測方法であって、
   請求項１に記載の成形品形状の予測方法で算出された前記成形品の収縮量とキャビティの変形量を用い、金型のキャビティ形状を予測する工程を有することを特徴とする金型のキャビティ形状の予測方法。
3. 前記成形条件が金型の調温である際に、
   前記キャビティの変形量として、室温と温調状態での金型温度の差を金型の熱荷重として弾性解析を行うことにより算出されたキャビティの変形量が含まれることを特徴とする請求項２に記載の金型のキャビティ形状の予測方法。
4. 請求項１に記載の成形品形状の予測方法、または請求項２又は請求項３に記載のキャビティ形状の予測方法を、コンピュータに実行させることを特徴とする成形品形状又はキャビティ形状の予測プログラム。
5. 請求項４に記載の成形品形状又はキャビティ形状の予測プログラムを記憶したことを特徴とするコンピュータが読み取り可能の記憶媒体。
6. 成形品形状及び金型のキャビティ形状の予測装置であって、
   予測の対象とされる成形品の形状データをもとにし、与えられた成形条件と該成形条件との関係において予め算出された収縮率に基づいて算出された収縮率データによって、前記予測の対象とされる成形品の収縮量を算出する成形品収縮量算出部と、
   前記予測の対象とされる成形品に用いられる金型に対して与えられた金型の調温及び／又は金型の成形圧による成形条件によって変形する前記金型のキャビティの変形量を算出する金型変形量算出部と、
   前記成形品収縮量算出部で算出された成形品の収縮量に基づいて、前記成形品の変形形状を算出する成形品変形形状算出部と、
   前記金型変形量算出部で算出されたキャビティの変形量に基づいて、前記金型の補正形状を算出する金型補正形状算出部と、
   を有することを特徴とする成形品形状及び金型のキャビティ形状の予測装置。

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