JP2017165028A - Plasticization simulation device, and plasticization simulation method and plasticization simulation program of the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide plasticization simulation device and method capable of accurately calculating plasticization capability even with a double flight screw type plasticizer device as a target, and a program of the same.SOLUTION: A plasticization simulation device includes: an acquisition unit 101 which acquires a parameter including resin physical properties, an operation condition, and constitution data of the plasticization device having data of sub-flight, and initial plasticization capability; and an analysis unit 102 which calculates a physical amount including a melting amount based on the initial plasticization capability, the parameter, a mass conservation equation, and an energy conservation equation, calculates the melting amount using a first time increment in a first state where a solid bed height is within a cylinder height or a second time increment obtained by dividing the first time increment by a predetermined value in a second state where the solid bed height exceeds the cylinder height, calculates the maximum flow rate being the melting amount per unit time of a resin material based on the melting amount, and calculates plasticization capability using three-dimensional flow calculation based on the parameter, the physical amount, and the maximum flow rate.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明の実施形態は、ダブルフライトスクリュ式の可塑化装置による成形材料、特に樹脂材料の可塑化工程をシミュレートする可塑化シミュレーション装置、その可塑化シミュレーション方法および可塑化シミュレーションプログラムに関するものである。   Embodiments described herein relate generally to a plasticizing simulation apparatus that simulates a plasticizing process of a molding material, particularly a resin material, using a double flight screw type plasticizing apparatus, a plasticizing simulation method thereof, and a plasticizing simulation program.

従来、射出成形機や押出機に代表される可塑化装置において溶融可塑化される樹脂材料の樹脂温度や固相率といった物理量を算出し、可塑化工程をシミュレートするシミュレーション技術が知られている。一般的にこのようなシミュレーションにおいては、単位時間において可塑化される材料の重量を示す可塑化能力(kg/h)が物理量の算出のために用いられており、この可塑化能力を固定して、または、所定のスクリュ特性式を用いて算出した可塑化能力を用いて、物理量を算出することが広く実施されている(下記特許文献1,2及び非特許文献1,2参照)。一方、これらのシミュレーション技術は、樹脂物性や運転条件、可塑化装置の仕様等を入力値として用いてCAE(Computer Aided Engineering)解析、具体的には流動解析を行うものであり、単軸または多軸のシングルフライトスクリュ式の可塑化装置をその解析対象としている。   Conventionally, a simulation technique for simulating a plasticizing process by calculating physical quantities such as a resin temperature and a solid phase ratio of a resin material melt-plasticized in a plasticizer represented by an injection molding machine or an extruder is known. . Generally, in such a simulation, the plasticizing ability (kg / h) indicating the weight of the material plasticized per unit time is used for calculation of the physical quantity, and this plasticizing ability is fixed. Alternatively, it is widely practiced to calculate a physical quantity using plasticizing ability calculated using a predetermined screw characteristic equation (see Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Documents 1 and 2 below). On the other hand, these simulation techniques perform CAE (Computer Aided Engineering) analysis, specifically flow analysis, using resin physical properties, operating conditions, plasticizer specifications, etc. as input values. The shaft single flight screw type plasticizer is the object of analysis.

特開2007−007951号公報JP 2007-007951 A 特願2015−124948号公報Japanese Patent Application No. 2015-124948

日本製鋼所技報 63号Nippon Steel Works Technical Report No. 63 Engineering Principles of Plasticating ExtrusionEngineering Principles of Plasticizing Extraction

スクリュにサブフライトが設けられたダブルフライトスクリュ式(バリアフライトスクリュ式)の可塑化装置では、サブフライトによって固体状態にある樹脂材料の集合(ソリッドベッド)が強制的に変形される。そのため、シングルフライトスクリュ式の可塑化装置を対象にした流動解析に用いる溶融モデルや計算フローを用いては、ダブルフライトスクリュ式の可塑化装置の可塑化能力を精度良く算出することが困難であった。   In a double flight screw type (barrier flight screw type) plasticizing apparatus in which a subflight is provided on a screw, a set of resin materials (solid bed) in a solid state is forcibly deformed by the subflight. For this reason, it is difficult to accurately calculate the plasticizing ability of a double flight screw type plasticizer using a melting model and calculation flow used for flow analysis for a single flight screw type plasticizer. It was.

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、ダブルフライトスクリュ式の可塑化装置を対象とした場合にも可塑化能力を精度良く算出することができる可塑化シミュレーション装置、可塑化シミュレーション方法および可塑化シミュレーションプログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and a plasticization simulation apparatus and a plasticizer capable of accurately calculating the plasticizing ability even when a double-flight screw type plasticizing apparatus is targeted. An object of the present invention is to provide a simulation method and a plasticization simulation program.

上述した課題を解決するため、本発明の一態様は、ダブルフライトスクリュ式の可塑化装置におけるシリンダ内の樹脂材料がソリッドベッド、メルトフィルム、およびメルトプールの何れかの状態にある3ゾーンモデルに基づいて可塑化能力を算出する可塑化シミュレーション装置であって、前記樹脂材料の樹脂物性と前記可塑化装置の運転条件とサブフライトの構成データを有する該可塑化装置の構成データとを含むパラメータと、初期可塑化能力を取得する情報取得部と、前記初期可塑化能力、前記パラメータ、質量保存の式およびエネルギー保存の式に基づいて、溶融量を含む物理量を算出するとともに、該溶融量の算出において、ソリッドベッド高さがシリンダ高さ以内にある第1状態では、第1時間刻みを用い、ソリッドベッド高さがシリンダ高さを超える第2状態では、第1時間刻みを所定の値で除した第2時間刻みを用いる物理量算出部と、前記溶融量に基づいて、前記樹脂材料の単位時間当たりの溶融量である最大流量を算出する最大流量算出部と、前記パラメータ、前記物理量、および前記最大流量に基づき、3次元流動計算を用いて可塑化能力を算出する可塑化能力算出部と、を備える。   In order to solve the above-described problem, one aspect of the present invention is a three-zone model in which a resin material in a cylinder in a double flight screw type plasticizing apparatus is in a state of a solid bed, a melt film, or a melt pool. A plasticization simulation apparatus for calculating plasticizing capacity based on the parameters, including resin physical properties of the resin material, operating conditions of the plasticizing apparatus, and configuration data of the plasticizing apparatus having subflight configuration data; A physical quantity including a melting amount based on the information acquisition unit for acquiring the initial plasticizing capability, the initial plasticizing capability, the parameter, the mass conservation equation and the energy conservation equation, and the calculation of the melting amount In the first state in which the solid bed height is within the cylinder height, the solid bed height is determined using the first time increment. In the second state in which the cylinder height exceeds the physical amount calculation unit using a second time interval obtained by dividing the first time interval by a predetermined value, and the melting amount of the resin material per unit time based on the melting amount A maximum flow rate calculation unit that calculates a maximum flow rate, and a plasticization capability calculation unit that calculates a plasticization capability using a three-dimensional flow calculation based on the parameter, the physical quantity, and the maximum flow rate.

また、本発明の一態様は、ダブルフライトスクリュ式の可塑化装置におけるシリンダ内の樹脂材料がソリッドベッド、メルトフィルム、およびメルトプールの何れかの状態にある3ゾーンモデルに基づいて可塑化能力を算出する可塑化シミュレーション装置が実行する可塑化シミュレーション方法であって、前記樹脂材料の樹脂物性と前記可塑化装置の運転条件とサブフライトの構成データを有する該可塑化装置の構成データとを含むパラメータと、初期可塑化能力とを取得するステップと、前記初期可塑化能力、前記パラメータ、質量保存の式およびエネルギー保存の式に基づいて、溶融量を含む物理量を算出するとともに、該溶融量の算出において、ソリッドベッド高さがシリンダ高さ以内にある第1状態では、第1時間刻みを用い、ソリッドベッド高さがシリンダ高さを超える第2状態では、第1時間刻みを所定の値で除した第2時間刻みを用いるステップと、前記溶融量に基づいて、前記樹脂材料の単位時間当たりの溶融量である最大流量を算出するステップと、前記パラメータ、前記物理量、および前記最大流量に基づき、3次元流動計算を用いて可塑化能力を算出するステップと、を有する。   Further, one aspect of the present invention has a plasticizing ability based on a three-zone model in which a resin material in a cylinder in a double flight screw type plasticizing apparatus is in a solid bed, a melt film, or a melt pool. A plasticization simulation method executed by the calculated plasticization simulation apparatus, the parameter including the resin physical properties of the resin material, the operating conditions of the plasticizer, and the configuration data of the plasticizer having subflight configuration data A physical quantity including a melting amount based on the initial plasticizing ability, the parameter, a mass conservation equation, and an energy conservation equation, and calculating the melting amount. In the first state where the solid bed height is within the cylinder height, the first time step is used to In the second state where the bed bed height exceeds the cylinder height, the step of using a second time step obtained by dividing the first time step by a predetermined value, and the melting per unit time of the resin material based on the melting amount Calculating a maximum flow rate that is a quantity, and calculating a plasticizing ability using a three-dimensional flow calculation based on the parameter, the physical quantity, and the maximum flow rate.

また、本発明の一態様は、ダブルフライトスクリュ式の可塑化装置におけるシリンダ内の樹脂材料がソリッドベッド、メルトフィルム、およびメルトプールの何れかの状態にある3ゾーンモデルに基づいて可塑化能力を算出することをコンピュータに実行させる可塑化シミュレーションプログラムであって、前記コンピュータを、前記樹脂材料の樹脂物性と前記可塑化装置の運転条件とサブフライトの構成データを有する該可塑化装置の構成データとを含むパラメータと、初期可塑化能力とを取得する情報取得部と、前記初期可塑化能力、前記パラメータ、質量保存の式およびエネルギー保存の式に基づいて、溶融量を含む物理量を算出するとともに、該溶融量の算出において、ソリッドベッド高さがシリンダ高さ以内にある第1状態では、第1時間刻みを用い、ソリッドベッド高さがシリンダ高さを超える第2状態では、第1時間刻みを所定の値で除した第2時間刻みを用いる物理量算出部と、前記溶融量に基づいて、前記樹脂材料の単位時間当たりの溶融量である最大流量を算出する最大流量算出部と、前記パラメータ、前記物理量、および前記最大流量に基づき、3次元流動計算を用いて可塑化能力を算出する可塑化能力算出部として機能させる。   Further, one aspect of the present invention has a plasticizing ability based on a three-zone model in which a resin material in a cylinder in a double flight screw type plasticizing apparatus is in a solid bed, a melt film, or a melt pool. A plasticization simulation program for causing a computer to execute calculation, the computer comprising: resin property of the resin material; operation conditions of the plasticizer; and configuration data of the plasticizer having subflight configuration data; And an information acquisition unit for acquiring an initial plasticizing capacity, an initial plasticizing capacity, the parameter, a mass conservation formula and an energy conservation formula, and calculating a physical quantity including a melting amount, In the calculation of the melting amount, in the first state where the solid bed height is within the cylinder height, In the second state in which the solid bed height exceeds the cylinder height using a one-hour increment, based on the physical quantity calculation unit using the second time increment obtained by dividing the first hour increment by a predetermined value, A maximum flow rate calculation unit that calculates a maximum flow rate that is a melting amount per unit time of the resin material, and a plasticity that calculates a plasticizing capability using a three-dimensional flow calculation based on the parameter, the physical quantity, and the maximum flow rate. It functions as an optimization ability calculation unit.

本発明によれば、ダブルフライトスクリュ式の可塑化装置を対象とした場合でも可塑化能力を精度良く算出することができる。本発明のその他の効果については、以下の発明を実施するための形態の項でも説明する。   According to the present invention, even when a double flight screw type plasticizing apparatus is targeted, the plasticizing ability can be calculated with high accuracy. The other effects of the present invention will be described in the section for carrying out the invention below.

本実施の形態においてシミュレーションされる単軸ダブルフライトスクリュ式の射出成形機を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the single axis double flight screw type injection molding machine simulated in this Embodiment. 本実施の形態に係る可塑化シミュレーション装置のハードウェア構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the hardware constitutions of the plasticization simulation apparatus which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る可塑化シミュレーション装置の機能構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the function structure of the plasticization simulation apparatus which concerns on this Embodiment. 3ゾーンモデルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating a 3 zone model. 3ゾーンモデルにおける流動制限を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the flow restriction | limiting in a 3 zone model. (a)はシングルフライト式のスクリュ、(b)はダブルフライト式のスクリュの展開モデルを示す図である。(A) is a figure which shows the unfolded model of a single flight type screw, (b) is a double flight type screw. (a)は図6(b)におけるA−A線断面図、(b)は同図におけるB−B線断面図である。(A) is the sectional view on the AA line in FIG.6 (b), (b) is the sectional view on the BB line in the same figure. 本実施の形態に係る可塑化解析処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the plasticization analysis process which concerns on this Embodiment. 初期可塑化能力算出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an initial plasticization capability calculation process. 流動解析処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a flow analysis process. 物理量算出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a physical quantity calculation process. 溶融量算出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a fusion amount calculation process. 溶融量分割処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a fusion | melting amount division | segmentation process. 可塑化能力算出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a plasticization capability calculation process. (a)は可塑化解析処理により算出された定常状態の可塑化能力、(b)は実機での実験結果から導き出された定常状態の可塑化能力、(c)はこれらの結果の誤差を示す図である。(A) is the steady-state plasticizing ability calculated by the plasticization analysis process, (b) is the steady-state plasticizing ability derived from the experimental results of the actual machine, and (c) shows the error of these results. FIG. 可塑化シミュレーションプログラムが情報処理装置に適用される場合を示す図である。It is a figure which shows the case where a plasticization simulation program is applied to information processing apparatus.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本実施の形態においては、図1に示されるような、樹脂材料を溶融するためのシリンダ1と、シリンダ1の上流側に設けられ樹脂材料が投入されるホッパ2と、シリンダ1内に回転自在に設けられ、樹脂材料を溶融混練すると共にシリンダ1先端部(下流側)へ搬送する単軸のスクリュ3とを備える射出成形機4の定常状態における各種物理量を算出することにより、樹脂材料の可塑化工程におけるシミュレーションを可能とする可塑化シミュレーション装置を例にとり説明を行う。この射出成形機4のスクリュ3は、スクリュ軸31の周面に対して2つのメインフライト32が所定の距離を保ちつつ螺旋状に周設されており、これらのメインフライト32間に、スクリュ3の径外方向における長さがメインフライト32より短く形成されているサブフライト33が螺旋状に周設された、所謂ダブルフライトスクリュである。即ち、本実施の形態に係る射出成形機4は、単軸ダブルフライトスクリュ式の射出成形機として構成されている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a cylinder 1 for melting a resin material, a hopper 2 provided on the upstream side of the cylinder 1 and charged with the resin material, and rotatable in the cylinder 1. The resin material is plasticized by calculating various physical quantities in a steady state of an injection molding machine 4 provided with a single screw 3 that melts and kneads the resin material and conveys it to the tip (downstream side) of the cylinder 1. A plasticization simulation apparatus that enables simulation in the plasticizing process will be described as an example. In the screw 3 of the injection molding machine 4, two main flights 32 are spirally provided with a predetermined distance from the peripheral surface of the screw shaft 31, and the screw 3 is interposed between the main flights 32. This is a so-called double flight screw in which a subflight 33 having a length in the radially outward direction shorter than that of the main flight 32 is spirally provided. That is, the injection molding machine 4 according to the present embodiment is configured as a single-shaft double flight screw type injection molding machine.

なお、本実施の形態においては、シミュレーション対象の可塑化装置として射出成形機を例に挙げて説明するが、これに限定されるものではなく、ダブルフライトスクリュ式であれば押出機等の他種の可塑化装置においても本発明を適用することが可能である。以下、本実施の形態について図面を参照しつつ、その詳細を説明する。   In the present embodiment, an explanation will be given by taking an injection molding machine as an example of a plasticizing apparatus to be simulated, but the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to other plasticizing apparatuses. Hereinafter, the details of the present embodiment will be described with reference to the drawings.

(装置構成)
図2は、本実施の形態に係る可塑化シミュレーション装置のハードウェア構成を示すブロック図である。図2に示されるように、可塑化シミュレーション装置10は、CPU(Central Processing Unit)11、記憶部12、入力部13、表示部14、HDD(Hard disk drive)15、を有する。
(Device configuration)
FIG. 2 is a block diagram showing a hardware configuration of the plasticization simulation apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the plasticization simulation apparatus 10 includes a CPU (Central Processing Unit) 11, a storage unit 12, an input unit 13, a display unit 14, and an HDD (Hard disk drive) 15.

CPU11は記憶部12上に展開されるOS(Operating System)、BIOS(Basic Input/Output System)、アプリケーション等の各種プログラムを実行し、可塑化シミュレーション装置10の制御を行う。記憶部12は、所謂RAM(Random Access Memory)などの揮発性のメモリであり、実行されるプログラムの作業領域として利用される。   The CPU 11 executes various programs such as an OS (Operating System), a BIOS (Basic Input / Output System), and an application developed on the storage unit 12 to control the plasticization simulation apparatus 10. The storage unit 12 is a volatile memory such as a so-called RAM (Random Access Memory), and is used as a work area for a program to be executed.

入力部13は、可塑化シミュレーション装置10を使用するユーザからの入力(例えば後述する各種パラメータ)を受け付けるものであり、例えば、ディスプレイ上の特定の位置を指定するためのポインティングデバイスであるマウスや、文字または特定の機能等が割り当てられた複数のキーが配列されたキーボードである。   The input unit 13 receives an input (for example, various parameters described later) from a user who uses the plasticization simulation apparatus 10, and for example, a mouse that is a pointing device for designating a specific position on the display, A keyboard in which a plurality of keys to which characters or specific functions are assigned are arranged.

表示部14は、OSおよびOS上で動作するアプリケーションのGUI(Graphical User Interface)や解析結果を表示するディスプレイ等の出力装置である。このような出力装置により、例えば、解析結果として算出された物理量がヒストグラムといった形で表示される。HDD15は、後述する可塑化解析処理において用いられる各種パラメータや当該処理により算出される各物理量といったデータが格納される、所謂不揮発性の記憶領域である。   The display unit 14 is an output device such as an OS and a GUI (Graphical User Interface) of an application operating on the OS and a display for displaying an analysis result. With such an output device, for example, the physical quantity calculated as the analysis result is displayed in the form of a histogram. The HDD 15 is a so-called non-volatile storage area in which data such as various parameters used in plasticization analysis processing described later and physical quantities calculated by the processing are stored.

(機能構成)
次に、可塑化シミュレーション装置10の機能構成を説明する。図3は、本実施の形態に係る可塑化シミュレーション装置の機能構成を示す機能ブロック図である。図3に示されるように、可塑化シミュレーション装置10は、取得部101と、解析部102と、判定部103と、出力部104とを、機能として有する。これら機能は、CPU11や記憶部12等の前述したハードウェア資源が協働することにより実現され、これらの機能により後述する可塑化解析処理が実施される。
(Functional configuration)
Next, the functional configuration of the plasticization simulation apparatus 10 will be described. FIG. 3 is a functional block diagram showing a functional configuration of the plasticization simulation apparatus according to the present embodiment. As illustrated in FIG. 3, the plasticization simulation apparatus 10 includes an acquisition unit 101, an analysis unit 102, a determination unit 103, and an output unit 104 as functions. These functions are realized by the cooperation of the above-described hardware resources such as the CPU 11 and the storage unit 12, and the plasticization analysis process described later is performed by these functions.

取得部101は、所定の物理量を算出するために必要な各種パラメータを取得するものである。なお、当該パラメータとして、ユーザにより手入力された情報を取得してもよく、解析対象の射出成形機4に対応して固有に紐付けられた情報をHDD15から取得するようにしてもよい。解析部102は、取得された各種パラメータに基づいてシミュレーションの解析値として可塑化能力や各種物理量の算出を行うものである。判定部103は、可塑化解析処理における各種判定を行うものであり、出力部104は、解析部102の算出結果や判定部103の判定結果を受けて、これらの結果を表示部14やHDD15へ出力するものである。   The acquisition unit 101 acquires various parameters necessary for calculating a predetermined physical quantity. As the parameter, information manually input by the user may be acquired, or information uniquely associated with the injection molding machine 4 to be analyzed may be acquired from the HDD 15. The analysis unit 102 calculates plasticizing ability and various physical quantities as analysis values of simulation based on the acquired various parameters. The determination unit 103 performs various determinations in the plasticization analysis processing. The output unit 104 receives the calculation result of the analysis unit 102 and the determination result of the determination unit 103, and sends these results to the display unit 14 and the HDD 15. Output.

(概要)
理解を容易にするために、本実施の形態に係る可塑化解析処理の概要を簡単に説明する。図4は、3ゾーンモデルを説明するための図であり、スクリュ3の溝内の樹脂材料の状態を示している。また、図5は、3ゾーンモデルにおける流動制限を説明するための図である。本実施の形態に係る可塑化シミュレーション装置10が行う可塑化解析処理では、溶融樹脂量(適宜、溶融量とも称する)、樹脂温度、固相率、メルトフィルム厚み、スクリュ動力、圧力等の各種物理量の算出をTadmorモデルに倣い、図4に示されるような3ゾーンモデルを導入して適宜ゾーン毎に分けて行われる。図4に示される参照符号51は、スクリュ3及びスクリュ3のメインフライト32からなる領域において樹脂材料が固形で存在するソリッドベッドを示し、参照符号52は、樹脂材料の溶融が促進されるメルトフィルムを示し、参照符号53は、溶融状態にある樹脂材料である溶融樹脂が滞留するメルトプールを示している。
(Overview)
In order to facilitate understanding, an outline of plasticization analysis processing according to the present embodiment will be briefly described. FIG. 4 is a diagram for explaining the three-zone model, and shows the state of the resin material in the groove of the screw 3. FIG. 5 is a diagram for explaining the flow restriction in the three-zone model. In the plasticization analysis process performed by the plasticization simulation apparatus 10 according to the present embodiment, various physical quantities such as a molten resin amount (also referred to as a melt amount as appropriate), a resin temperature, a solid phase ratio, a melt film thickness, screw power, pressure, and the like. Following the Tadmor model, the three-zone model as shown in FIG. 4 is introduced and divided into zones as appropriate. Reference numeral 51 shown in FIG. 4 indicates a solid bed in which the resin material exists in a solid region in the region including the screw 3 and the main flight 32 of the screw 3, and reference numeral 52 indicates a melt film that promotes melting of the resin material. Reference numeral 53 indicates a melt pool in which a molten resin that is a resin material in a molten state stays.

3ゾーンモデルにおいて可塑化される樹脂材料は、図5に示されるように各矢印で示される流速ベクトルを持って流動している。なお、樹脂材料はスクリュ3により押し出されるため、ここではシリンダ1にも流速ベクトルが付されている。本来、メルトフィルム52にある溶融樹脂は、シリンダ1と接触するためにその溶融が促進されるが、そこからメルトプール53へ流入する流量、換言すると、メルトフィルム52とメルトプール53との境界にあるメッシュの流量は、当該メッシュのメルトフィルム52の溶融樹脂の溶融量(ソリッドベッド51の溶融量)を超えることはない。そのため、本実施の形態における可塑化解析処理では、溶融樹脂の流速ベクトルのうち、メルトフィルム52からメルトプール53へ流入する流速ベクトル60の流量が、メルトフィルム52の溶融量を超えないよう制限する、流量制限を可塑化能力の算出に組み込んでいる。   The resin material to be plasticized in the three-zone model flows with a flow velocity vector indicated by each arrow as shown in FIG. Since the resin material is pushed out by the screw 3, the flow velocity vector is also given to the cylinder 1 here. Originally, the molten resin in the melt film 52 is brought into contact with the cylinder 1 so that its melting is promoted, but the flow rate of the molten resin flowing into the melt pool 53, in other words, at the boundary between the melt film 52 and the melt pool 53. The flow rate of a certain mesh does not exceed the melting amount of the molten resin (melting amount of the solid bed 51) of the melt film 52 of the mesh. Therefore, in the plasticization analysis processing in the present embodiment, the flow rate of the flow velocity vector 60 flowing from the melt film 52 to the melt pool 53 out of the molten resin flow velocity vector is limited so as not to exceed the melt amount of the melt film 52. The flow restriction is incorporated into the calculation of plasticizing ability.

また、このような3ゾーンモデルを用いた本実施の形態に係る可塑化解析処理は、サブフライト33が形成されることによる樹脂材料の溶融促進、即ち可塑化能力の増大を考慮した処理が組み込まれている。この可塑化能力増大の概念について、図6および図7を用いて簡単に説明する。図6(a)はシングルフライト式のスクリュ、図6(b)はダブルフライト式のスクリュの展開モデルを示す図である。また、図7(a)は図6(b)におけるA−A線断面図、図7(b)は同図におけるB−B線断面図である。図7に示されるδはメルトフィルム52の厚みを示しており、Cはスクリュ3の径外方向を示している。   In addition, the plasticization analysis processing according to the present embodiment using such a three-zone model incorporates processing that takes into account the acceleration of melting of the resin material due to the formation of the subflight 33, that is, the increase in plasticizing ability. It is. The concept of increasing the plasticizing ability will be briefly described with reference to FIGS. FIG. 6A is a view showing a developed model of a single flight type screw, and FIG. 6B is a view showing a developed model of a double flight type screw. 7A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 6B, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. Δ shown in FIG. 7 indicates the thickness of the melt film 52, and C indicates the radially outward direction of the screw 3.

シングルフライトスクリュの場合、ソリッドベッド51は図6(a)に示されるように、一方側のメインフライト32に偏るように位置し、自由に移動することが可能である。一方、ダブルフライトスクリュの場合、ソリッドベッド51は図6(b)に示されるようにサブフライト33により堰き止められ、その動きが制限された状態となる。したがって、ソリッドベッド51はサブフライト33により強制的に変形した状態となり、この変形は、サブフライト33が狭まる下流に行くに従い大きなものとなる。   In the case of a single flight screw, as shown in FIG. 6A, the solid bed 51 is located so as to be biased toward the main flight 32 on one side and can move freely. On the other hand, in the case of a double flight screw, the solid bed 51 is blocked by the subflight 33 as shown in FIG. 6 (b), and its movement is restricted. Therefore, the solid bed 51 is forcedly deformed by the subflight 33, and the deformation becomes larger as the subflight 33 is narrowed downstream.

つまり、上流側のソリッドベッド51は、図7(a)に示されるように、そのメルトフィルム52との界面がまだサブフライト33の上端近傍に位置するのに対し、下流側のソリッドベッド51は、サブフライト33により堰き止められ径外方向Cに沿って延びるように変形することとなる。このことから、メルトフィルム52の厚みδは、ソリッドベッド51の変形に応じて薄くなる。このメルトフィルム52の厚みδの減少は、単位時間あたりのメルトフィルム52の溶融量の増大に繋がる。本実施の形態においては、溶融量に応じて流量制限を行うため、この溶融量の増大は流量制限の上限値の増大に繋がる。したがって、シングルフライト式のスクリュと比較して、ダブルフライト式のスクリュ3は可塑化能力が増大することとなる。   That is, as shown in FIG. 7A, the upstream solid bed 51 has its interface with the melt film 52 still located near the upper end of the subflight 33, whereas the downstream solid bed 51 Therefore, the subflight 33 is deformed so as to extend along the radially outward direction C. From this, the thickness δ of the melt film 52 becomes thinner in accordance with the deformation of the solid bed 51. This decrease in the thickness δ of the melt film 52 leads to an increase in the melt amount of the melt film 52 per unit time. In the present embodiment, since the flow rate is limited according to the melting amount, the increase in the melting amount leads to an increase in the upper limit value of the flow rate limitation. Therefore, compared with a single flight type screw, the double flight type screw 3 has an increased plasticizing ability.

ここで、メルトフィルム52の厚みδの減少が、単位時間あたりの溶融量の増大に繋がる原理を簡単に説明する。可塑化工程において樹脂材料に加わるせん断発熱量(せん断エネルギー)は下記(1)式で表わされ、せん断速度は下記(2)式で表される。   Here, the principle that the decrease in the thickness δ of the melt film 52 leads to the increase in the melt amount per unit time will be briefly described. The shear heating value (shear energy) applied to the resin material in the plasticizing step is represented by the following formula (1), and the shear rate is represented by the following formula (2).

Figure 2017165028
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この(1)式および(2)式においては、Q:せん断発熱量、η:樹脂粘度、γ:せん断速度、δ:メルトフィルム厚み、V:スクリュ速度である。(1)式および(2)式からわかるように、メルトフィルム厚みδが小さくなることにより、せん断速度γが増大し、これに応じてせん断発熱量Qが増大することとなる。 In the formulas (1) and (2), Q is a shear heating value, η is a resin viscosity, γ · is a shear rate, δ is a melt film thickness, and V is a screw speed. As can be seen from the equations (1) and (2), when the melt film thickness δ decreases, the shear rate γ · increases, and the shear heating value Q increases accordingly.

メルトフィルム52の温度上昇量は下記(3)式で表わされ、メルトフィルム温度は下記(4)式で表される。   The temperature rise amount of the melt film 52 is represented by the following formula (3), and the melt film temperature is represented by the following formula (4).

Figure 2017165028
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この(3)式および(4)式においては、ΔT:メルトフィルムの温度上昇量、ρ:メルトフィルムの密度、C:メルトフィルムの比熱、Q:せん断発熱量、T:メルトフィルム温度である。(3)式および(4)式からわかるように、せん断発熱量Qが増大することにより、メルトフィルム温度Tが上昇する。 In the formulas (3) and (4), ΔT is the amount of temperature rise of the melt film, ρ is the density of the melt film, C is the specific heat of the melt film, Q is the amount of heat generated by shearing, and T f is the melt film temperature. . As can be seen from the equations (3) and (4), the increase in the shear heating value Q increases the melt film temperature Tf .

メルトフィルム52中心からソリッドベッド51界面への熱流束は、下記(5)式で表わされ、溶融量は下記(6)式で表わされる。   The heat flux from the center of the melt film 52 to the interface of the solid bed 51 is represented by the following equation (5), and the melting amount is represented by the following equation (6).

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この(5)式においては、q:メルトフィルム中心からソリッドベッド界面への熱流束([W/m])、k:溶融体(メルトフィルム)の熱伝導率、δ:メルトフィルム厚み、T:メルトフィルム温度、T:樹脂融点、Q:せん断発熱量、ΔV:溶融量、ρ:メルトフィルムの密度、H:融解熱(エンタルピー)、q’:ソリッドベッドへの熱流束、dt:時間刻みである。(5)式からわかるように、メルトフィルム温度Tの増加とメルトフィルム厚みδの減少により、熱流束qが増大することとなる。また、(6)式からわかるように、熱流束qが増大するほど、単位時間(時間刻み:dt)あたりの溶融量は増大することとなる。以上のことから、メルトフィルム52の厚みの減少が、単位時間あたりの溶融量の増大に繋がる。 In this equation (5), q: heat flux from the melt film center to the solid bed surface ([W / m 2]) , k m: thermal conductivity of the melt (melt film), [delta]: melt film thickness, T f : Melt film temperature, T m : Resin melting point, Q: Shear heating value, ΔV: Melting amount, ρ: Melt film density, H: Heat of fusion (enthalpy), q ′: Heat flux to solid bed, dt : Time step. As can be seen from the equation (5), the heat flux q increases as the melt film temperature Tf increases and the melt film thickness δ decreases. Further, as can be seen from the equation (6), the amount of melting per unit time (time increment: dt) increases as the heat flux q increases. From the above, a decrease in the thickness of the melt film 52 leads to an increase in the melt amount per unit time.

(処理動作)
以下、図面を用いて本実施の形態に係る可塑化シミュレーション装置10の動作の詳細を説明する。図8は、本実施の形態に係る可塑化解析処理を示すフローチャートである。なお、この処理において算出される各値は、出力部104により適宜記憶部12またはHDD15に格納される。そのため、本フロー内においては各値の格納処理は割愛する。図8に示されるように、本実施の形態に係る可塑化解析処理は、先ず、物理量の算出やせん断速度分布の算出等の処理で用いられる初期値の可塑化能力である初期可塑化能力を算出するための初期可塑化能力算出処理が実行される(S1)。その後、各物理量を解析結果として算出する解析処理が実行され(S2)、本フローは終了となる。以下、これら各処理の詳細を順次説明する。
(Processing operation)
Hereinafter, the details of the operation of the plasticization simulation apparatus 10 according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a flowchart showing plasticization analysis processing according to the present embodiment. Each value calculated in this process is appropriately stored in the storage unit 12 or the HDD 15 by the output unit 104. Therefore, the storage process of each value is omitted in this flow. As shown in FIG. 8, the plasticization analysis processing according to the present embodiment first has an initial plasticizing capability that is a plasticizing capability of an initial value used in processing such as calculation of physical quantity and calculation of shear rate distribution. An initial plasticizing ability calculation process for calculation is executed (S1). Thereafter, an analysis process for calculating each physical quantity as an analysis result is executed (S2), and this flow ends. Hereinafter, details of each of these processes will be sequentially described.

先ず、初期可塑化能力算出処理の詳細を説明する。図9は、初期可塑化能力算出処理を示すフローチャートである。図9に示されるように、先ず、取得部101は、可塑化能力や各物理量を算出するための樹脂物性、運転条件および射出成形機4の構成データの各種パラメータを取得する(S101,S102,S103)。ステップS101において取得される樹脂物性のパラメータとしては、例えば、粘度フィッティングによるモデルパラメータ、固体および溶融体の密度、比熱、熱伝導率、融点、溶融熱量などが挙げられる。ステップS102において取得される運転条件のパラメータとしては、例えば、スクリュ回転数、スクリュ先端圧力、シリンダ設定温度、シリンダ設定温度境界位置、スクリュ位置、メッシュ刻み数、計算サイクル数、計量樹脂量、原料樹脂温度、背圧などが挙げられる。ステップS103において取得される構成データのパラメータとしては、例えば、シリンダ径、スクリュ径、スクリュ溝深さ、スクリュリード、メインフライト幅、メインフライトクリアランス、サブフライト開始位置、サブフライト終了位置、サブフライトクリアランスなどが挙げられる。この構成データは、スクリュ3の先端部分やホッパ2近辺の供給部分など複数の計算領域(スクリュ3の各ポジション)における各値であることが好ましい。   First, details of the initial plasticizing ability calculation process will be described. FIG. 9 is a flowchart showing the initial plasticizing ability calculation process. As shown in FIG. 9, first, the acquisition unit 101 acquires various parameters of resin physical properties, operating conditions, and configuration data of the injection molding machine 4 for calculating plasticizing ability and physical quantities (S101, S102, S103). Examples of the resin physical property parameters acquired in step S101 include model parameters by viscosity fitting, solid and melt density, specific heat, thermal conductivity, melting point, and heat of fusion. The operating condition parameters acquired in step S102 include, for example, screw rotation speed, screw tip pressure, cylinder set temperature, cylinder set temperature boundary position, screw position, number of mesh steps, number of calculation cycles, amount of metered resin, raw material resin Examples include temperature and back pressure. As parameters of the configuration data acquired in step S103, for example, cylinder diameter, screw diameter, screw groove depth, screw lead, main flight width, main flight clearance, subflight start position, subflight end position, subflight clearance Etc. This configuration data is preferably each value in a plurality of calculation regions (each position of the screw 3) such as the tip portion of the screw 3 and the supply portion near the hopper 2.

以上の取得されたパラメータに基づいて、解析部102は初期可塑化能力を算出し(S104)、本フローは終了となる。ここで算出する初期可塑化能力は、単位時間当たりの樹脂材料(溶融樹脂)の重量[kg/h]で示されるものであり、下記(7)式または(8)式で表わされるスクリュ特性式を用いて算出される。なお、(7)式は、シリンダ1内で樹脂材料がスクリュ3により牽引されている部分である牽引流部分における計算に用いられ、(8)式はその他の部分における計算に用いられる。   Based on the acquired parameters, the analysis unit 102 calculates the initial plasticizing ability (S104), and this flow ends. The initial plasticizing ability calculated here is indicated by the weight [kg / h] of the resin material (molten resin) per unit time, and is represented by the following screw characteristic formula (7) or (8). Is calculated using In addition, (7) Formula is used for the calculation in the traction flow part which is the part to which the resin material is pulled by the screw 3 in the cylinder 1, and (8) Formula is used for the calculation in another part.

Figure 2017165028
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Figure 2017165028
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この(7)式および(8)式においては、Q:体積流量、A及びB:係数、Vbz:樹脂の流れ方向の移動速度、w:スクリュ溝幅、h:スクリュ溝深さ、φ:スクリュへリックス角、η:樹脂粘度、∂P/∂z:圧力変化量である。また、(8)式における樹脂粘度ηは、下記(9)式および(10)式の粘度式により求められる。 In the equations (7) and (8), Q: volume flow rate, A and B: coefficient, V bz : moving speed in the resin flow direction, w: screw groove width, h: screw groove depth, φ: Screw helix angle, η: resin viscosity, ∂P / ∂z: pressure change amount. Further, the resin viscosity η in the equation (8) can be obtained from the following viscosity equations (9) and (10).

Figure 2017165028
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この(9)式および(10)式においては、η:樹脂粘度、A,a,b,c:粘度係数、g:せん断速度、T及びn:粘度パラメータ、T:樹脂温度である。これら(7)〜(10)式に、取得部101により取得された各種パラメータのうちの必要なパラメータが導入されることで、初期可塑化能力が算出される。ここでの必要なパラメータとは、スクリュ回転数、シリンダ径、スクリュ溝深さ、溶融体密度等である。 In the equations (9) and (10), η: resin viscosity, A, a, b, c: viscosity coefficient, g: shear rate, Tr and n: viscosity parameter, and T: resin temperature. By introducing necessary parameters among various parameters acquired by the acquisition unit 101 into these equations (7) to (10), the initial plasticizing ability is calculated. Necessary parameters here are screw rotation speed, cylinder diameter, screw groove depth, melt density, and the like.

次に、解析処理の詳細を説明する。図10は、解析処理を示すフローチャートである。図10に示されるように、先ず、解析部102は、取得部101により取得された各種パラメータ、算出した初期可塑化能力を記憶部12またはHDD15から取得し(S201)、取得した初期可塑化能力を第1可塑化能力と設定する(S202)。設定後、これらのデータに基づいて物理量算出処理が実行される(S203)。物理量算出処理においては、固相率やメルトフィルム厚み等の物理量と共に、上述した流量制限を行うためにメルトフィルム52からの溶融樹脂の最大流量を算出する処理であり、その詳細は後述する。   Next, details of the analysis processing will be described. FIG. 10 is a flowchart showing the analysis process. As shown in FIG. 10, first, the analysis unit 102 acquires the various parameters acquired by the acquisition unit 101 and the calculated initial plasticizing capability from the storage unit 12 or the HDD 15 (S201), and acquires the acquired initial plasticizing capability. Is set as the first plasticizing ability (S202). After the setting, a physical quantity calculation process is executed based on these data (S203). The physical quantity calculation process is a process of calculating the maximum flow rate of the molten resin from the melt film 52 in order to perform the flow rate restriction described above together with the physical quantities such as the solid phase ratio and the melt film thickness, and details thereof will be described later.

物理量算出処理後、解析部102は、算出された固相率と、メルトフィルム厚みとから、メルトプール53の形状メッシュを作成する(S204)。この形状メッシュの作成方法は、例えば有限体積法等の手法を用いて格子メッシュを作成すればよく、一般的な手法であるためここでの説明は省略する。形状メッシュの作成後、解析部102は、可塑化能力算出処理を実行する(S205)。可塑化能力算出処理は、3次元流動計算を用いて、メルトフィルム52からメルトプール53への溶融樹脂の流出量を算出し、これを第2可塑化能力とする処理である。この可塑化能力算出処理についての詳細は後述する。   After the physical quantity calculation processing, the analysis unit 102 creates a shape mesh of the melt pool 53 from the calculated solid phase rate and the melt film thickness (S204). The method for creating the shape mesh may be a lattice mesh using a method such as a finite volume method, for example, and is a general method and will not be described here. After creating the shape mesh, the analysis unit 102 executes a plasticizing ability calculation process (S205). The plasticizing ability calculation processing is processing for calculating the outflow amount of the molten resin from the melt film 52 to the melt pool 53 using the three-dimensional flow calculation, and setting this as the second plasticizing ability. Details of this plasticizing ability calculation processing will be described later.

第2可塑化能力算出後、判定部103は、算出した第2可塑化能力が所定の条件を満たすか否かを判定する(S206)。本実施の形態においては、この所定の条件を第1可塑化能力と、第2可塑化能力との変化量が0.01%以下であることとする。これは、可塑化能力によってメルトプール53が生成する位置が異なるために実施している処理であり、その変化量が極めて小さくなった場合に定常状態になったと判断できる。なお、変化量は、この値に限定するものではなく、可塑化能力に変化が見られないと判断可能な値であればよく、例えば0.1や0.005等でもよいが、精度の観点からいえばより小さい値の方が好ましい。   After calculating the second plasticizing ability, the determination unit 103 determines whether or not the calculated second plasticizing ability satisfies a predetermined condition (S206). In the present embodiment, the predetermined condition is that the amount of change between the first plasticizing ability and the second plasticizing ability is 0.01% or less. This is a process performed because the position where the melt pool 53 is generated differs depending on the plasticizing ability, and it can be determined that the steady state is reached when the amount of change is extremely small. Note that the amount of change is not limited to this value, and may be any value that can be determined that there is no change in plasticizing ability, and may be, for example, 0.1 or 0.005. Therefore, a smaller value is preferable.

第2可塑化能力が所定の条件を満たさないと判定された場合(S206,NO)、解析部102は、第2可塑化能力を第1可塑化能力として更新して新たな第1可塑化能力とし(S207)、ステップS203の物理量算出処理へ移行する。一方、第2可塑化能力が所定の条件を満たすと判定された場合(S206,YES)、解析部102は、第2可塑化能力に基づいて、上記ステップS203の物理量算出処理と同様の処理を行うことにより、各物理量を算出する(S208)。算出後、出力部104は、第2可塑化能力や、これに基づく各物理量をユーザの入力に応じて適宜記憶部12、表示部14、HDD15へ出力し(S209)、本フローは終了となる。例えば、出力部104は、各物理量をスクリュ3上の各計算領域(ポジション)毎に予め指定されたアウトプットファイルにアウトプットし、表示部14上へ表示する。   When it is determined that the second plasticizing ability does not satisfy the predetermined condition (S206, NO), the analysis unit 102 updates the second plasticizing ability as the first plasticizing ability and obtains a new first plasticizing ability. (S207), the process proceeds to the physical quantity calculation process of step S203. On the other hand, when it is determined that the second plasticizing ability satisfies the predetermined condition (S206, YES), the analysis unit 102 performs the same process as the physical quantity calculating process in step S203 based on the second plasticizing ability. By doing so, each physical quantity is calculated (S208). After the calculation, the output unit 104 appropriately outputs the second plasticizing capability and each physical quantity based on the second plasticizing capability to the storage unit 12, the display unit 14, and the HDD 15 according to the user's input (S209), and this flow ends. . For example, the output unit 104 outputs each physical quantity to an output file designated in advance for each calculation region (position) on the screw 3 and displays it on the display unit 14.

次に、物理量算出処理の詳細を説明する。図11は、物理量算出処理を示すフローチャートである。本実施の形態に係る物理量算出処理は、Tadmorモデルに倣い、固相率やメルトフィルム厚み、溶融量等の物理量を算出するとともに、メルトフィルム52のせん断速度計算を2次元流動計算によって求め、これに基づいてメルトフィルム52の最大流量を算出する処理である。当該せん断速度を2次元流動計算によって求めることにより、計算精度および計算速度の向上を実現している。図11に示されるDは2次元流動計算の処理部分を示している。   Next, details of the physical quantity calculation processing will be described. FIG. 11 is a flowchart showing physical quantity calculation processing. According to the Tadmor model, the physical quantity calculation processing according to the present embodiment calculates physical quantities such as a solid phase ratio, melt film thickness, and melt amount, and calculates a shear rate calculation of the melt film 52 by two-dimensional flow calculation. The maximum flow rate of the melt film 52 is calculated based on The calculation accuracy and the calculation speed are improved by obtaining the shear rate by two-dimensional flow calculation. D shown in FIG. 11 indicates a processing part of the two-dimensional flow calculation.

図11に示されるように、先ず、解析部102は、取得部101により取得された各種パラメータや第1可塑化能力を記憶部12またはHDD15から取得し(S301)、これらに基づいて各種物理量を算出する(S302)。本実施の形態においては、物理量の算出を適宜Tadmorモデルに基づいて算出するが、溶融量は後述する溶融量算出処理にてTadmorモデルと、その改良モデルとを使い分けて算出される。ここで算出される物理量としては、樹脂温度、固相率、メルトフィルム厚み、スクリュ動力、圧力、ソリッドベッド幅(メインフライト幅方向の長さ)、ソリッドベッド体積が挙げられる。これら物理量は全計算領域(メッシュ毎)に渡って算出されるが、樹脂温度および固相率については、ソリッドベッド51、メルトフィルム52、メルトプール53のそれぞれに更に分けて計算される。これらの物理量は、第1可塑化能力と、取得部101により取得された各パラメータのうちの必要なパラメータと、質量保存則およびエネルギー保存則を用いて、更にメルトフィルム52に対しては後述する分割せん断発熱量を別途用いて算出する。具体的には、ソリッドベッド51における各種物理量の算出には下記(11)式と(12)式とが用いられる。   As shown in FIG. 11, first, the analysis unit 102 acquires various parameters and first plasticizing capability acquired by the acquisition unit 101 from the storage unit 12 or the HDD 15 (S301), and based on these, various physical quantities are obtained. Calculate (S302). In the present embodiment, the physical quantity is appropriately calculated based on the Tadmor model. However, the melting amount is calculated by separately using the Tadmor model and its improved model in the melting amount calculation process described later. Examples of the physical quantity calculated here include resin temperature, solid phase ratio, melt film thickness, screw power, pressure, solid bed width (length in the main flight width direction), and solid bed volume. These physical quantities are calculated over the entire calculation region (for each mesh), but the resin temperature and the solid phase ratio are calculated separately for each of the solid bed 51, the melt film 52, and the melt pool 53. These physical quantities are described later for the melt film 52 by using the first plasticizing ability, the necessary parameters among the parameters acquired by the acquisition unit 101, the law of conservation of mass and the law of conservation of energy. Calculated separately using the divided shear heating value. Specifically, the following formulas (11) and (12) are used to calculate various physical quantities in the solid bed 51.

Figure 2017165028
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この(11)式および(12)式においては、ρ:樹脂密度、X:ソリッドベッド幅、h:スクリュ溝深さ、δ:メルトフィルム厚み、H:エンタルピー、vsz:ソリッドベッドの流れ方向移動速度、λ:融解熱、m :ソリッドベッドのメルトフィルム側融解質量流速、m :ソリッドベッドのメルトプール側融解質量流速、k:固体樹脂の熱伝導率、T:ソリッドベッド温度、qfs:メルトフィルムからソリッドベッド界面への熱流束、qps:メルトプールからソリッドベッド界面への熱流束、である。 In the equations (11) and (12), ρ: resin density, X: solid bed width, h: screw groove depth, δ m : melt film thickness, H: enthalpy, v sz : flow direction of the solid bed Movement speed, λ: heat of melting, m · f : melt flow rate on the melt film side of the solid bed, m · p : melt flow rate on the melt pool side of the solid bed, k s : thermal conductivity of the solid resin, T s : solid Bed temperature, q fs : heat flux from the melt film to the solid bed interface, q ps : heat flux from the melt pool to the solid bed interface.

また、メルトフィルム52における各物理量の算出には下記(13)式と(14)式とが用いられる。   Further, the following formulas (13) and (14) are used to calculate the physical quantities in the melt film 52.

Figure 2017165028
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Figure 2017165028
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この(13)式および(14)式においては、ρ:樹脂密度、X:ソリッドベッド幅、δ:メルトフィルム厚み、H:エンタルピー、vfz:メルトフィルム流れ方向速度、vfx:メルトフィルムかき出し方向速度、qfs:メルトフィルムからソリッドベッド内部への熱流束、k:溶融体熱伝導率、T:メルトフィルム温度、qBf:シリンダからメルトフィルムへの熱流束、Q:メルトフィルムでのせん断発熱量、m :ソリッドベッドのメルトフィルム側融解質量流速、である。なお、Qには後述する分割せん断発熱量が導入される。 In the equations (13) and (14), ρ: resin density, X: solid bed width, δ m : melt film thickness, H: enthalpy, v fz : melt film flow direction speed, v fx : melt film scraping direction velocity, q fs: heat flux from the melt film to the internal solid bed, k m: melt thermal conductivity, T f: melt film temperature, q Bf: heat flux from the cylinder to melt the film, Q G: melt film M · f : Melt mass flow rate on the melt film side of the solid bed. Note that the Q G is introduced split shear heating value to be described later.

また、メルトプール53における各物理量の算出には下記(15)式と(16)式とが用いられる。   Further, the following formulas (15) and (16) are used to calculate the physical quantities in the melt pool 53.

Figure 2017165028
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Figure 2017165028
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この(15)式および(16)式においては、ρ:樹脂密度、w:スクリュ溝幅、X:ソリッドベッド幅、h:スクリュ溝深さ、H:エンタルピー、vpz:メルトプール流れ方向速度、δ:メルトフィルム厚み、qps:メルトプールからソリッドベッド界面への熱流束、k:溶融体熱伝導率、T:メルトプール温度、vfx:メルトフィルムかき出し方向速度、qBp:シリンダからメルトプールへの熱流束、Q’:メルトプールせん断発熱量、m:ソリッドベッドのメルトプール側融解質量流速、である。 In the equations (15) and (16), ρ: resin density, w: screw groove width, X: solid bed width, h: screw groove depth, H: enthalpy, v pz : velocity in the melt pool flow direction, [delta] m: melt film thickness, q ps: heat flux from the melt pool to the solid bed surface, k m: melt thermal conductivity, T p: melt pool temperature, v fx: melt film scraping direction velocity, q Bp: cylinder From the heat flux to the melt pool, Q ′ G : Melt pool shear heating value, m p : Melt pool side melt mass flow rate of the solid bed.

前述した(11)式、(13)式、および(15)式はエネルギー保存則を示しており、(12)式、(14)式および(16)式は質量保存則を示している。また、質量保存則およびエネルギー保存則をソリッドベッド51と、メルトフィルム52と、メルトプール53とに分けたため、この質量保存則およびエネルギー保存則を満足させるように融解質量流速が導入されている。これらの数式に、取得された各パラメータのうちの必要なパラメータ、第1可塑化能力、分割せん断発熱量等を適宜導入することで、樹脂温度、固相率、メルトフィルム厚み、スクリュ動力、圧力等を算出することができる。   The above-described equations (11), (13), and (15) represent the energy conservation laws, and the equations (12), (14), and (16) represent the mass conservation laws. Further, since the mass conservation law and the energy conservation law are divided into the solid bed 51, the melt film 52, and the melt pool 53, a melting mass flow rate is introduced so as to satisfy the mass conservation law and the energy conservation law. By appropriately introducing necessary parameters among the acquired parameters, the first plasticizing ability, the divided shear heating value, etc. into these mathematical expressions, the resin temperature, solid phase ratio, melt film thickness, screw power, pressure Etc. can be calculated.

なお、メルトフィルム52におけるせん断発熱量は、物理量として算出された樹脂温度、メルトフィルム厚みに基づいて算出される。よって本実施の形態におけるステップS302の各種物理量を算出する処理では、図11に示されるように、先ず樹脂温度、メルトフィルム厚みを算出し(S3021)、これらに基づく2次元流動計算によってメルトフィルム52内における速度分布およびせん断速度分布を算出し(S3022,S3023)、メルトフィルム52内における樹脂粘度、せん断発熱量を算出した後(S3024)、他の物理量を算出するようにしている(S3025)。   The shear heating value in the melt film 52 is calculated based on the resin temperature and the melt film thickness calculated as physical quantities. Therefore, in the processing for calculating various physical quantities in step S302 in the present embodiment, as shown in FIG. 11, first, the resin temperature and the melt film thickness are calculated (S3021), and the melt film 52 is calculated by two-dimensional flow calculation based on these. After calculating the velocity distribution and shear rate distribution inside (S3022, S3023), and calculating the resin viscosity and shear heating value in the melt film 52 (S3024), other physical quantities are calculated (S3025).

ここで、本実施の形態におけるステップS3022〜ステップS3025までの処理を説明する。先ず解析部102は、取得したパラメータ(スクリュ回転数等)と、算出した樹脂温度、メルトフィルム厚みとに基づいて、一般的な2次元流動計算を行い、溶融樹脂のメルトフィルム52内における速度分布を算出する(S3022)。算出後、解析部102は、当該速度分布に基づいて、下記(17)式で示されるメルトフィルム52内におけるメッシュ毎のせん断速度を算出し、メルトフィルム52内におけるせん断速度分布を算出する(S3023)。   Here, the processing from step S3022 to step S3025 in the present embodiment will be described. First, the analysis unit 102 performs general two-dimensional flow calculation based on the acquired parameters (such as screw rotation speed) and the calculated resin temperature and melt film thickness, and the velocity distribution of the molten resin in the melt film 52 is calculated. Is calculated (S3022). After the calculation, the analysis unit 102 calculates the shear rate for each mesh in the melt film 52 represented by the following equation (17) based on the speed distribution, and calculates the shear rate distribution in the melt film 52 (S3023). ).

Figure 2017165028
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この(17)式においては、γ:せん断速度、du:メッシュ間速度差、dy:1メッシュの距離(厚み)、である。 In the equation (17), γ · : shear rate, du: mesh speed difference, dy: 1 mesh distance (thickness).

せん断速度分布の算出後、このせん断速度分布に基づいて、メルトフィルム52内におけるメッシュ毎の樹脂粘度、せん断発熱量を算出する(S3024)。樹脂粘度は2次元解析の一般的な手法により求めてもよく、上記(9)式および(10)式の粘度式により求めてもよい。せん断発熱量は、上記(1)式により求めることができる。樹脂粘度、せん断発熱量算出後、上述した各(11)〜(16)式を適宜用いて残りの物理量、即ち樹脂温度、メルトフィルム厚み以外の物理量を算出する(S3025)。   After the calculation of the shear rate distribution, the resin viscosity and the shear heating value for each mesh in the melt film 52 are calculated based on the shear rate distribution (S3024). The resin viscosity may be obtained by a general method of two-dimensional analysis, or may be obtained by the viscosity formulas of the above formulas (9) and (10). The shear heating value can be obtained by the above equation (1). After calculating the resin viscosity and the shear heating value, the remaining physical quantities, that is, the physical quantities other than the resin temperature and the melt film thickness are calculated using the above-described equations (11) to (16) as appropriate (S3025).

また、上述した各式における、メルトフィルム52からソリッドベッド51界面への熱流束qfsは下記(18)式、ソリッドベッド界面からソリッドベッド51内部への熱流束qssは下記(19)式により求めることができる。 In each of the above equations, the heat flux q fs from the melt film 52 to the solid bed 51 interface is represented by the following equation (18), and the heat flux q ss from the solid bed interface to the solid bed 51 is represented by the following equation (19). Can be sought.

Figure 2017165028
Figure 2017165028

Figure 2017165028
Figure 2017165028

(18)式および(19)式においては、qfs:メルトフィルムからソリッドベッドへの熱流束([W/m])、k:溶融体の熱伝導率、T:メルトフィルム温度、T:樹脂融点、δ:メルトフィルム厚み、Q:せん断発熱量、qss:ソリッドベッド内部への熱流束([W/m])、k:固体の熱伝導率、h:スクリュ溝深さ、A:パラメータ、B:パラメータ、C:パラメータである。 (18) In the formula and (19), q fs: heat flux from the melt film to the solid bed ([W / m 2]) , k m: thermal conductivity of the melt, T f: Melt film temperature, T m : resin melting point, δ: melt film thickness, Q: shear heating value, q ss : heat flux into solid bed ([W / m 2 ]), k s : solid thermal conductivity, h: screw groove Depth, A: parameter, B: parameter, C: parameter.

ここで、本実施の形態においては、メルトフィルム52におけるせん断発熱量のC/(A+B+C)がメルトフィルム52内での温度上昇に用いられることとする。即ち、複数のメッシュのうち、メルトフィルム52に対応するメッシュについては、上記(1)式で求めたせん断発熱量にC/(A+B+C)を乗じ、上述した各物理量の算出においてこのC/(A+B+C)としたせん断発熱量が用いられている。以後、このメルトフィルム52におけるA/(A+B+C)、B/(A+B+C)、C/(A+B+C)と分割したせん断発熱量を、分割せん断発熱量と称する。例えば、上記(13)式におけるQには、分割せん断発熱量が導入される。せん断発熱量をC/(A+B+C)とする理由は、以下のとおりである。 Here, in the present embodiment, C / (A + B + C) of the shear heating value in the melt film 52 is used for the temperature increase in the melt film 52. That is, among the plurality of meshes, for the mesh corresponding to the melt film 52, the shear heating value obtained by the above equation (1) is multiplied by C / (A + B + C), and this C / (A + B + C) is calculated in each physical quantity calculation described above. ) Is used. Hereinafter, the shear heating value divided into A / (A + B + C), B / (A + B + C), and C / (A + B + C) in the melt film 52 is referred to as a divided shear heating value. For example, the Q G in the above (13), dividing the shear heat generation amount is introduced. The reason why the shear heating value is C / (A + B + C) is as follows.

メルトフィルム52中心からソリッドベッド51界面への熱流束は、上記(18)式により求められる。これによれば、せん断発熱量はA/(A+B+C)がソリッドベッド51へ流れることがわかる。また、シリンダ1からメルトフィルム52への熱流束は、下記(20)式により求められる。これによれば、せん断発熱量はB/(A+B+C)がシリンダ1へ流れることがわかる。よって、残りのC/(A+B+C)のせん断発熱量がメルトフィルム52内に残り、溶融樹脂の温度上昇に用いられることがわかる。したがって、メルトフィルム52に対応するメッシュのせん断発熱量をA/(A+B+C)、B/(A+B+C)、C/(A+B+C)と分割することで、現実に沿った熱量を与えることができ、これを可塑化能力、各物理量の算出に用いることで、精度の高い解析結果を得ることができる。   The heat flux from the center of the melt film 52 to the interface of the solid bed 51 is obtained by the above equation (18). According to this, it can be seen that the shear heating value A / (A + B + C) flows to the solid bed 51. Further, the heat flux from the cylinder 1 to the melt film 52 is obtained by the following equation (20). According to this, it can be seen that B / (A + B + C) flows into the cylinder 1 as the shear heating value. Therefore, it can be seen that the remaining C / (A + B + C) shear heating value remains in the melt film 52 and is used to increase the temperature of the molten resin. Therefore, by dividing the shear heating value of the mesh corresponding to the melt film 52 into A / (A + B + C), B / (A + B + C), and C / (A + B + C), it is possible to give a heat amount in accordance with the reality. By using the plasticizing ability and calculation of each physical quantity, a highly accurate analysis result can be obtained.

Figure 2017165028
Figure 2017165028

この(20)式においては、qbf:シリンダからメルトフィルムへの熱流束、k:溶融体の熱伝導率、T:シリンダ温度、T:メルトフィルム温度、δ:メルトフィルム厚み、Q:せん断発熱量、A:パラメータ、B:パラメータ、C:パラメータである。 In this formula (20), q bf: heat flux from the cylinder to melt the film, k m: thermal conductivity of the melt, T b: the cylinder temperature, T f: Melt film temperature, [delta]: Melt film thickness, Q : Shear heat value, A: parameter, B: parameter, C: parameter.

以上により物理量算出後、メルトフィルム52における溶融樹脂の溶融量を算出するための溶融量算出処理が実行され(S303)、解析部102は、算出された溶融量を単位時間(時間刻み:dt)で割ることにより、メルトフィルム52からメルトプール53へ流れる溶融樹脂の単位時間当たりの最大流量([m/s])を算出し(S304)、本フローは終了となる。 After the physical quantity is calculated as described above, a melt amount calculation process for calculating the melt amount of the molten resin in the melt film 52 is executed (S303), and the analysis unit 102 uses the calculated melt amount as a unit time (time increment: dt). The maximum flow rate per unit time ([m 3 / s]) of the molten resin flowing from the melt film 52 to the melt pool 53 is calculated (S304), and this flow ends.

次に、前述した溶融量算出処理の詳細を説明する。図12は、溶融量算出処理を示すフローチャートである。図12に示されるように、先ず、解析部102は、計算領域となるメッシュ(図7に示されるような3ゾーンを含む)を選択し(S401)、パラメータとして取得したメインフライト幅、サブフライト開始位置およびサブフライト終了位置に基づいて、選択したメッシュにおけるサブフライト幅を算出する(S402)。ここでのサブフライト幅とは、ソリッドベッド51側のメインフライト32からの幅を意味している。サブフライト幅算出後、判定部103は、選択したメッシュに対応するソリッドベッド幅(物理量として算出済み)がサブフライト幅以下であるか否かを判定する(S403)。ソリッドベッド幅がサブフライト幅以下である場合(S403,YES)、物理量として算出したせん断発熱量(分割せん断発熱量)と熱流束とを用いて、下記(21)式を解くことによりメルトフィルム52における溶融樹脂の溶融量を算出する(S404)。   Next, details of the above-described melting amount calculation processing will be described. FIG. 12 is a flowchart showing the melting amount calculation process. As shown in FIG. 12, first, the analysis unit 102 selects a mesh (including three zones as shown in FIG. 7) to be a calculation region (S401), and acquires the main flight width and subflight acquired as parameters. Based on the start position and the subflight end position, the subflight width in the selected mesh is calculated (S402). The subflight width here means the width from the main flight 32 on the solid bed 51 side. After calculating the subflight width, the determination unit 103 determines whether the solid bed width (calculated as a physical quantity) corresponding to the selected mesh is equal to or smaller than the subflight width (S403). When the solid bed width is equal to or smaller than the subflight width (S403, YES), the melt film 52 is obtained by solving the following equation (21) using the shear heating value (divided shear heating value) calculated as a physical quantity and the heat flux. The melted amount of the molten resin is calculated (S404).

Figure 2017165028
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この(21)式においては、ΔV:溶融量([m])、qfs:メルトフィルムからソリッドベッドへの熱流束、qss:ソリッドベッド内部への熱流束、W:ソリッドベッド幅、dz:流れ方向メッシュ幅、ρ:樹脂密度、C:樹脂比熱、T:樹脂融点、T:ソリッドベッド温度、H:樹脂融解熱である。なお、溶融量ΔVを時間刻みdtで割ることにより最大流量mが算出できる。したがって、溶融量はmdtとも表すことができる。 In the equation (21), ΔV: melting amount ([m 3 ]), q fs : heat flux from the melt film to the solid bed, q ss : heat flux into the solid bed, W s : solid bed width, dz: flow direction mesh width, ρ: resin density, C p : resin specific heat, T m : resin melting point, T s : solid bed temperature, H: resin melting heat. The maximum flow rate m can be calculated by dividing the melt amount ΔV by the time increment dt. Therefore, the amount of melting can also be expressed as mdt.

溶融量算出後、判定部103は全メッシュを選択したか否かを判定し(S406)、全メッシュを選択していれば(S406,YES)、本フローは終了となり、全メッシュを選択していなければ(S406,NO)、解析部102は溶融量の算出対象として次のメッシュを選択し(S407)、再度S404のサブフライト幅の算出に移行する。一方、ソリッドベッド幅がサブフライト幅以下でない場合(S403,NO)、溶融量分割処理を行い(S405)、ステップS406の全メッシュを選択したか否かを判定する処理へ移行する。以下に、溶融量分割処理についてその詳細を説明する。   After calculating the melting amount, the determination unit 103 determines whether or not all meshes have been selected (S406). If all meshes have been selected (S406, YES), this flow ends and all meshes have been selected. If not (S406, NO), the analysis unit 102 selects the next mesh as the calculation target of the melting amount (S407), and proceeds to the calculation of the subflight width in S404 again. On the other hand, when the solid bed width is not less than or equal to the subflight width (S403, NO), the melting amount dividing process is performed (S405), and the process proceeds to the process of determining whether all the meshes in step S406 have been selected. Below, the detail is demonstrated about a fusion | melting amount division | segmentation process.

溶融量分割処理は、サブフライト33が形成されることによる計算上の矛盾、具体的には、サブフライト33によりソリッドベッド51の幅が強制的に狭められることで、ソリッドベッド高さ(図7に示されるスクリュ3の径外方向Cにおける長さ)がシリンダ高さ(スクリュ軸31の周面からシリンダ1までの高さ)を超えてしまうという計算上の矛盾を回避するための処理である。本実施の形態においては、所定の条件に応じて時間刻みを細かく設定し、仮想的なメッシュの細分化を再現して細かく溶融量を変動させることにより、この矛盾を回避するとともに計算速度の向上を実現している。   In the melting amount division process, a calculation contradiction due to the formation of the subflight 33, specifically, the solid bed 51 is forcibly narrowed by the subflight 33, thereby reducing the height of the solid bed (FIG. 7). This is a process for avoiding a contradiction in calculation that the length of the screw 3 in the radial direction C shown in FIG. 2 exceeds the cylinder height (height from the peripheral surface of the screw shaft 31 to the cylinder 1). . In the present embodiment, the time increment is finely set according to predetermined conditions, and the virtual mesh subdivision is reproduced to finely change the melting amount, thereby avoiding this contradiction and improving the calculation speed. Is realized.

図13は、溶融量分割処理を示すフローチャートである。図13に示されるように、先ず、解析部102はソリッドベッド高さを算出する(S501)。現状、ソリッドベッド51はサブフライト33に接した状態であるため、ソリッドベッド高さは、例えばソリッドベッド幅をサブフライト幅で置換し、物理量として算出されているソリッドベッドの密度とスクリュ3軸方向長さ(メッシュの厚み)を一定とすることで算出することができる。   FIG. 13 is a flowchart showing the melt amount dividing process. As shown in FIG. 13, first, the analysis unit 102 calculates the solid bed height (S501). At present, since the solid bed 51 is in contact with the subflight 33, the solid bed height can be calculated by replacing the solid bed width with the subflight width, for example, and calculating the solid bed density and the three-axis direction of the screw. It can be calculated by keeping the length (mesh thickness) constant.

ソリッドベッド高さ算出後、判定部103は、ソリッドベッド高さがシリンダ高さ以下であるか否かを判定し(S502)、ソリッドベッド高さがシリンダ高さ以下である場合(S502,YES)、ソリッドベッド51がサブフライト33により強制的に狭められているが、まだソリッドベッド高さがシリンダ高さを超えていないと判定され、ステップS404と同様の溶融量の算出を行い(S503)、本フローは終了となる。ここでのシリンダ高さは、予め与えられるようにしてもよく、取得したパラメータに含まれるスクリュ溝深さとメインフライトクリアランスとから算出するようにしてもよい。   After calculating the solid bed height, the determination unit 103 determines whether or not the solid bed height is equal to or less than the cylinder height (S502), and if the solid bed height is equal to or less than the cylinder height (S502, YES). The solid bed 51 is forcibly narrowed by the subflight 33, but it is determined that the solid bed height has not yet exceeded the cylinder height, and the melting amount is calculated in the same manner as in step S404 (S503). This flow ends. The cylinder height here may be given in advance, or may be calculated from the screw groove depth and the main flight clearance included in the acquired parameters.

一方、ソリッドベッド高さがシリンダ高さ以下でない場合(S502,NO)、ソリッドベッド51がサブフライト33により強制的に狭められ、ソリッドベッド高さがシリンダ高さを超えたと判定され、解析部102は、溶融量の算出に用いる時間刻みdtを、ndtnewに設定し(S504)、再度ソリッドベッドの高さを算出する(S505)。ここで設定するdtnewは、dtを分割したもの、即ちdtを所定の値で除したものとすることが好ましい。例えば、dt/10等である。また、ここではn=1である。なお、ソリッドベッド高さは、ステップS501と同様の算出方法で算出するが、サブフライト幅をndtnewに応じて算出する必要がある。サブフライト幅を算出する方法は適宜であるが、例えばメッシュ間のサブフライト幅の変位量を算出し、その変位量のndtnew/dtを直前のメッシュのサブフライト幅に加算して算出する方法がある。 On the other hand, when the solid bed height is not equal to or less than the cylinder height (NO in S502), the solid bed 51 is forcibly narrowed by the subflight 33, and it is determined that the solid bed height exceeds the cylinder height. Sets the time increment dt used to calculate the melting amount to ndt new (S504), and again calculates the height of the solid bed (S505). The dt new set here is preferably obtained by dividing dt, that is, by dividing dt by a predetermined value. For example, dt / 10. Here, n = 1. The solid bed height is calculated by the same calculation method as in step S501, but the subflight width needs to be calculated according to ndt new . Although the method of calculating the subflight width is appropriate, for example, a displacement amount of the subflight width between the meshes is calculated, and a method of calculating by adding ndt new / dt of the displacement amount to the subflight width of the immediately preceding mesh. There is.

ソリッドベッド高さ算出後、判定部103は、ソリッドベッド高さがシリンダ高さ以下であるか否かを判定し(S506)、ソリッドベッド高さがシリンダ高さ以下でない場合(S506,NO)、時間刻みndtnewを更に分割するため、所定の値で除してndtnew/xとし(S507)、更にn=1として(S508)、再度ステップS506のソリッドベッド高さの算出に移行する。ここでのxの値は、例えば10等である。 After calculating the solid bed height, the determination unit 103 determines whether the solid bed height is equal to or less than the cylinder height (S506). If the solid bed height is not equal to or less than the cylinder height (S506, NO), In order to further divide the time interval ndt new, it is divided by a predetermined value to obtain ndt new / x (S507), further n = 1 (S508), and the process proceeds to the calculation of the solid bed height in step S506 again. The value of x here is, for example, 10 or the like.

一方、ソリッドベッド高さがシリンダ高さ以下である場合(S506,YES)、ステップS404,S503と同様の溶融量の算出を行い(S509)、ndtnewの合計がdtoriginal(ステップS404,S503で用いてきた当初の時間刻みの値)以上であるか否かを判定する(S510)。ここでのndtnewの合計とは、ステップS507のndtnew=ndtnew/xとする処理へ移行していない状態におけるndtnewの合計を意味しており、したがって、ステップS507へ移行する度に、この合計はゼロに初期化される。ndtnewの合計がdtoriginal以上でない場合(S510,NO)、nに1を加算し(S511)、対象のメッシュのソリッドベッド体積から算出した溶融量を減じて(S512)、再度ステップS506のソリッドベッド高さの算出に移行する。一方、ndtnewの合計がdtoriginal以上である場合(S510,YES)、各ndtnewで算出した溶融量を合算し(S513)、本フローは終了となる。 On the other hand, when the solid bed height is equal to or less than the cylinder height (S506, YES), the melt amount is calculated in the same manner as in steps S404 and S503 (S509), and the total of ndt new is dt original (in steps S404 and S503). It is determined whether or not it is equal to or greater than the initial time step value used (S510). The sum of ndt new new here, means a total of ndt new new in a state that does not transition to the process of the ndt new = ndt new / x in step S507, the thus, every time the transition to step S507, the This sum is initialized to zero. If the total of ndt new is not greater than or equal to dt original (S510, NO), 1 is added to n (S511), the amount of melting calculated from the solid bed volume of the target mesh is subtracted (S512), and the solid of step S506 is again obtained. Move on to bed height calculation. On the other hand, if the total of ndt new is equal to or greater than dt original (S510, YES), the melting amounts calculated for each ndt new are added together (S513), and this flow ends.

このステップS510〜ステップS513の処理によれば、ソリッドベッド高さがシリンダ高さ以下である状態が維持された状態でnに1を加算して溶融量を算出し続ける、即ち、ndtnewの倍数毎に溶融量を算出し続けることにより、サブフライト幅を徐々に狭めた場合を仮定して溶融量を個別に算出することができるため、時間刻みdtnewがオリジナルの時間刻みdtに達した段階で各溶融量を合算することで精度の高い溶融量の値を得ることができる。 According to the processing of step S510 to step S513, while the state where the solid bed height is equal to or less than the cylinder height is maintained, 1 is added to n, and the melt amount is continuously calculated, that is, a multiple of ndt new . By calculating the melting amount every time, the melting amount can be calculated individually assuming that the subflight width is gradually narrowed, so that the time increment dt new has reached the original time increment dt By adding the respective melting amounts, a highly accurate melting amount value can be obtained.

次に、前述した可塑化能力算出処理の詳細を説明する。本実施の形態に係る可塑化能力算出処理は、一般的な非圧縮流動計算に、本実施の形態に係る流動制限を組み込んだものである。図14は、その可塑化能力算出処理を示すフローチャートである。図14に示されるように、先ず、解析部102は、流動計算を一般化した、保存則の基礎方程式である下記(22)式および(23)式に基づいて、仮の速度(メルトフィルム52からメルトプール53へ流れる溶融樹脂の流速)を算出する(S601)。算出後、解析部102は、算出した仮の速度の圧力補正を行うと共に、下記(24)式に基づいて樹脂温度を計算する(S602)。ここで圧力補正された仮の速度を補正速度と称して以後説明を行う。   Next, details of the plasticizing ability calculation process described above will be described. The plasticizing capacity calculation process according to the present embodiment is obtained by incorporating the flow restriction according to the present embodiment into a general incompressible flow calculation. FIG. 14 is a flowchart showing the plasticizing ability calculation process. As shown in FIG. 14, first, the analysis unit 102 generalizes the flow calculation, based on the following equations (22) and (23), which are basic equations of conservation laws, and calculates a temporary speed (melt film 52 The flow rate of the molten resin flowing from the water to the melt pool 53 is calculated (S601). After the calculation, the analysis unit 102 performs pressure correction of the calculated temporary speed and calculates the resin temperature based on the following equation (24) (S602). Here, the provisional speed whose pressure has been corrected will be referred to as a corrected speed and will be described below.

Figure 2017165028
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Figure 2017165028
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Figure 2017165028
Figure 2017165028

この(22)式においては、左から、1項目が非定常項、2項目が対流項、3項目が拡散項、4項目が生成項を示している。また、(23)式および(24)式においては、ρ:密度、C:比熱、T:温度、t:時間、q:熱流束、τ:応力、v:速度、P:圧力である。 In the equation (22), from the left, one item is an unsteady term, two items are convection terms, three items are diffusion terms, and four items are generation terms. In the equations (23) and (24), ρ: density, C p : specific heat, T: temperature, t: time, q: heat flux, τ: stress, v: velocity, P: pressure.

圧力補正後、判定部103は、流量制限を行う必要があるか否かを判定する(S603)。本実施の形態においては、この判定を、メルトフィルム52とメルトプール53の境界のメッシュにおける補正速度が、物理量算出処理で算出された最大流量に基づいて算出される最大速度(最大流速)を超えるか否かにより判定するようにしている。補正速度が最大速度を超える場合、メルトフィルム52の溶融量よりメルトフィルム52からメルトプール53へ流出する流出量が大きいという矛盾した状態にあると判断され、流量制限を行う必要があると判定される。より具体的には、判定部103は、下記(25)式を用いて最大流量から最大速度を算出し、最大速度<補正速度であるか否かを判定する。   After the pressure correction, the determination unit 103 determines whether it is necessary to limit the flow rate (S603). In the present embodiment, this determination is made with the correction speed at the mesh at the boundary between the melt film 52 and the melt pool 53 exceeding the maximum speed (maximum flow velocity) calculated based on the maximum flow rate calculated in the physical quantity calculation processing. Judgment is made based on whether or not. If the correction speed exceeds the maximum speed, it is determined that the amount of outflow flowing from the melt film 52 to the melt pool 53 is larger than the melt amount of the melt film 52, and it is determined that the flow rate needs to be restricted. The More specifically, the determination unit 103 calculates the maximum speed from the maximum flow rate using the following equation (25), and determines whether or not the maximum speed <the correction speed.

Figure 2017165028
Figure 2017165028

この(25)式においては、vmax:最大速度、m:最大流量、δ:メルトフィルム厚み、Δz:3次元メッシュの長さである。 In the equation (25), v max is the maximum speed, m is the maximum flow rate, δ is the melt film thickness, and Δz is the length of the three-dimensional mesh.

流量制限を行う必要があると判定された場合(S603,YES)、解析部102は、補正速度を最大速度とし(S604)、上記(23)式、(24)式を用いた収束処理(マスバランス)を実行することにより真の速度を算出する(S605)。算出後、解析部102は、真の速度に基づいてメルトフィルム52とメルトプール53の境界のメッシュの体積を算出し、これに溶融体(溶融樹脂)の密度を乗じることにより第2可塑化能力を算出し(S606)、本フローは終了となる。一方、流量制限を行う必要がないと判定された場合(S603,NO)、補正速度をそのままに、真の速度を算出する処理(S605)に移行する。   When it is determined that it is necessary to limit the flow rate (S603, YES), the analysis unit 102 sets the correction speed to the maximum speed (S604), and performs a convergence process (mass mask) using the above formulas (23) and (24). The true speed is calculated by executing (balance) (S605). After the calculation, the analysis unit 102 calculates the volume of the mesh at the boundary between the melt film 52 and the melt pool 53 based on the true speed, and multiplies the volume by the density of the melt (molten resin) to obtain the second plasticizing capability. Is calculated (S606), and this flow ends. On the other hand, if it is determined that there is no need to limit the flow rate (S603, NO), the process proceeds to the process of calculating the true speed (S605) while leaving the correction speed as it is.

以上に説明した可塑化解析処理により算出された解析結果について、その信頼性を図面を用いて簡単に説明する。図15(a)は可塑化解析処理により算出された定常状態の可塑化能力、(b)は実機での実験結果から導き出された定常状態の可塑化能力、(c)はこれらの結果の誤差を示す図である。これらの実験およびシミュレーションの対象樹脂はPP(ポリプロピレン)であり、可塑化能力の単位は[kg/h]、誤差の単位は[%]である。スクリュAとスクリュBは共にサブフライト33が形成されたダブルフライト式の可塑化装置であり、スクリュAが株式会社日本製鋼所製の「M3Dスクリュ」、スクリュBが同じく株式会社日本製鋼所製の「テスト用スクリュ」である。   The reliability of the analysis result calculated by the plasticization analysis process described above will be briefly described with reference to the drawings. FIG. 15A is a steady-state plasticizing ability calculated by the plasticization analysis process, FIG. 15B is a steady-state plasticizing ability derived from an experimental result in an actual machine, and FIG. 15C is an error of these results. FIG. The target resin of these experiments and simulations is PP (polypropylene), the unit of plasticizing ability is [kg / h], and the unit of error is [%]. Screw A and screw B are both double-flight type plasticizing devices in which subflights 33 are formed. Screw A is “M3D screw” manufactured by Nippon Steel Works, Ltd., and screw B is also manufactured by Nippon Steel Works, Ltd. It is a “test screw”.

図15(c)に示されるように、算出結果と実験結果とが10%前後の誤差であった。したがって、本実施の形態に係る可塑化解析処理によれば、非常に高い精度で可塑化能力を算出できることがわかる。   As shown in FIG. 15C, the calculation result and the experimental result had an error of about 10%. Therefore, according to the plasticization analysis processing according to the present embodiment, it can be seen that the plasticizing ability can be calculated with very high accuracy.

本実施の形態によれば、諸条件を反映した3次元の流動計算から精度良く可塑化能力を算出することができる。特に、溶融量分割処理によれば、仮想的にソリッドベッド高さがシリンダ高さを超えた状態であっても、時間刻みを分割することでソリッドベッド高さがシリンダ高さを超えない状態とした溶融量を算出することができ、精度の高い溶融量を算出することができる。更に、これに基づく流量制限を組み込むことにより、メルトフィルム52とメルトプール53との境界にあるメッシュの流量が、最大流量以下になるように制限することができるため、当該メッシュの流量が最大流量を超えるといった現実に起こりえない事象を防止することができる。したがって、現実に近いより精度の高い可塑化能力を得られ、延いては、高精度の解析結果を得ることができる。更に、分割せん断発熱量に基づいて可塑化能力および各物理量を算出することにより、メルトフィルム52内の溶融樹脂の温度上昇に用いられるせん断発熱量を適切な値にすることができ、上記の効果をより一層高めることが可能となる。これは特にスクリュ動力において顕著である。また、2次元流動計算によりせん断速度分布を算出するようにし、これを物理量の算出に反映しているため、計算精度の向上と共に計算速度の向上を実現できる。   According to the present embodiment, the plasticizing ability can be calculated with high accuracy from a three-dimensional flow calculation reflecting various conditions. In particular, according to the melting amount dividing process, even if the solid bed height virtually exceeds the cylinder height, the solid bed height does not exceed the cylinder height by dividing the time step. The amount of melting performed can be calculated, and the amount of melting with high accuracy can be calculated. Further, by incorporating a flow restriction based on this, the flow rate of the mesh at the boundary between the melt film 52 and the melt pool 53 can be restricted so as to be equal to or less than the maximum flow rate. It is possible to prevent an event that cannot actually occur such as exceeding. Therefore, it is possible to obtain a plasticizing ability with higher accuracy that is close to reality, and thus, it is possible to obtain a highly accurate analysis result. Furthermore, by calculating the plasticizing ability and each physical quantity based on the divided shear heating value, the shear heating value used for increasing the temperature of the molten resin in the melt film 52 can be set to an appropriate value, and the above effect Can be further increased. This is particularly noticeable in screw power. Further, since the shear rate distribution is calculated by two-dimensional flow calculation and this is reflected in the calculation of the physical quantity, it is possible to improve the calculation speed as well as the calculation accuracy.

なお、本実施の形態においては、スクリュ特性式を用いて初期可塑化能力を算出するようにしているが、可塑化能力を想定して、入力または格納された所定の値を初期可塑化能力として取得するようにしてもよい。また、物理量算出処理において、ステップS3025の他の物理量算出の処理を2次元流動計算前に行うようにしてもよい。   In the present embodiment, the initial plasticizing ability is calculated using the screw characteristic formula. However, assuming the plasticizing ability, an input or stored predetermined value is used as the initial plasticizing ability. You may make it acquire. Further, in the physical quantity calculation process, another physical quantity calculation process in step S3025 may be performed before the two-dimensional flow calculation.

本発明は、その要旨または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、全て本発明の範囲内のものである。   The present invention can be implemented in various other forms without departing from the gist or main features thereof. Therefore, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is shown by the scope of claims, and is not restricted by the text of the specification. Moreover, all modifications, various improvements, substitutions and modifications belonging to the equivalent scope of the claims are all within the scope of the present invention.

また、実施の形態にて述べた可塑化シミュレーション装置10における各種ステップを、可塑化シミュレーションプログラムとして、図16に示されるような、コンピュータにより読み取り可能な可搬型の記録媒体8に記憶させ、当該記録媒体8を情報処理装置9に読み込ませることにより、前述した機能を情報処理装置9に実現させることができる。記録媒体8としては、例えば、光ディスク(CD−ROM、DVDディスク等)、磁気ディスク(ハードディスクドライブ等)、フラッシュメモリ、ICカード、更にネットワークを介することで伝送可能な媒体等、コンピュータで読み取りや実行が可能な全ての媒体が含まれる。   Further, the various steps in the plasticization simulation apparatus 10 described in the embodiment are stored in a computer-readable portable recording medium 8 as shown in FIG. 16 as a plasticization simulation program, and the recording is performed. By causing the information processing apparatus 9 to read the medium 8, the information processing apparatus 9 can realize the above-described functions. As the recording medium 8, for example, an optical disk (CD-ROM, DVD disk, etc.), a magnetic disk (hard disk drive, etc.), a flash memory, an IC card, and a medium that can be transmitted via a network are read and executed by a computer. All possible media are included.

なお、特許請求の範囲に記載の可塑化シミュレーション装置は、例えば、前述の実施の形態における可塑化シミュレーション装置10である。情報取得部は例えば取得部101であり、物理量算出部、最大流量算出部、高さ算出部、および可塑化能力算出部は例えば解析部102である。幅判定部および状態判定部は、例えば判定部103である。   The plasticization simulation apparatus described in the claims is, for example, the plasticization simulation apparatus 10 in the above-described embodiment. The information acquisition unit is, for example, the acquisition unit 101, and the physical quantity calculation unit, the maximum flow rate calculation unit, the height calculation unit, and the plasticizing ability calculation unit are, for example, the analysis unit 102. The width determination unit and the state determination unit are, for example, the determination unit 103.

1 シリンダ、3 スクリュ、4 射出成形機、10 可塑化シミュレーション装置、33 サブフライト、51 ソリッドベッド、52 メルトフィルム、53 メルトプール、101 取得部、102 解析部、103 判定部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 cylinder, 3 screw, 4 injection molding machine, 10 plasticization simulation apparatus, 33 subflight, 51 solid bed, 52 melt film, 53 melt pool, 101 acquisition part, 102 analysis part, 103 determination part.

Claims (5)

ダブルフライトスクリュ式の可塑化装置におけるシリンダ内の樹脂材料がソリッドベッド、メルトフィルム、およびメルトプールの何れかの状態にある3ゾーンモデルに基づいて可塑化能力を算出する可塑化シミュレーション装置であって、
前記樹脂材料の樹脂物性と前記可塑化装置の運転条件とサブフライトの構成データを有する該可塑化装置の構成データとを含むパラメータと、初期可塑化能力を取得する情報取得部と、
前記初期可塑化能力、前記パラメータ、質量保存の式およびエネルギー保存の式に基づいて、溶融量を含む物理量を算出するとともに、該溶融量の算出において、ソリッドベッド高さがシリンダ高さ以内にある第1状態では、第1時間刻みを用い、ソリッドベッド高さがシリンダ高さを超える第2状態では、第1時間刻みを所定の値で除した第2時間刻みを用いる物理量算出部と、
前記溶融量に基づいて、前記樹脂材料の単位時間当たりの溶融量である最大流量を算出する最大流量算出部と、
前記パラメータ、前記物理量、および前記最大流量に基づき、3次元流動計算を用いて可塑化能力を算出する可塑化能力算出部と、
を備えることを特徴とする可塑化シミュレーション装置。
A plasticization simulation apparatus for calculating plasticizing ability based on a three-zone model in which a resin material in a cylinder in a double flight screw type plasticizing apparatus is in a solid bed, a melt film, or a melt pool. ,
Parameters including the resin physical properties of the resin material, the operating conditions of the plasticizing device, and the configuration data of the plasticizing device having the configuration data of subflights, and an information acquisition unit for acquiring initial plasticizing capability;
Based on the initial plasticizing capacity, the parameter, the mass conservation formula and the energy conservation formula, the physical quantity including the melting amount is calculated, and the solid bed height is within the cylinder height in the calculation of the melting amount. In the first state, using a first time step, in the second state where the solid bed height exceeds the cylinder height, a physical quantity calculation unit using a second time step obtained by dividing the first time step by a predetermined value;
A maximum flow rate calculation unit that calculates a maximum flow rate that is a melt amount per unit time of the resin material based on the melt amount;
Based on the parameter, the physical quantity, and the maximum flow rate, a plasticizing ability calculation unit that calculates a plasticizing ability using a three-dimensional flow calculation;
A plasticization simulation apparatus comprising:
前記パラメータと前記物理量とに基づいて、ソリッドベッド幅がサブフライト幅以上であるか否かを判定する幅判定部と、
ソリッドベッド幅がサブフライト幅以上と判定された場合、前記物理量に基づいてソリッドベッド高さを算出する高さ算出部と、
算出されたソリッドベッド高さおよび前記パラメータに基づいて、ソリッドベッド高さが前記第1状態であるか、前記第2状態であるかを判定する状態判定部と
を更に備えることを特徴とする請求項1記載の可塑化シミュレーション装置。
A width determination unit that determines whether the solid bed width is equal to or greater than the subflight width based on the parameter and the physical quantity;
When it is determined that the solid bed width is equal to or greater than the subflight width, a height calculation unit that calculates the solid bed height based on the physical quantity;
And a state determination unit that determines whether the solid bed height is in the first state or the second state based on the calculated solid bed height and the parameter. Item 2. The plasticization simulation apparatus according to Item 1.
ソリッドベッド高さが前記第2状態にあると判定された場合、
前記高さ算出部は、溶融量が算出される度に、ソリッドベッド高さを算出し、
前記状態判定部は、ソリッドベッド高さが算出される度に、ソリッドベット高さがシリンダ高さを超えるか否かを判定し、
前記物理量算出部は、ソリッドベット高さがシリンダ高さを超えると判定された場合、前記第2時間刻みを所定の値で除して第2時間刻みの再設定を行い、再度溶融量を算出する一方、ソリッドベット高さがシリンダ高さを超えないと判定され且つ前記第2時間刻みの値が前記第1時間刻み未満の場合は、前記第2時間刻みに所定の値を乗じて再度溶融量を算出し、ソリッドベット高さがシリンダ高さを超えないと判定され且つ前記第2時間刻みの値が前記第1時間刻み以上の場合は、直近の第2時間刻み再設定後に算出した各溶融量の合計を真の溶融量として算出することを特徴とする請求項2記載の可塑化シミュレーション装置。
When it is determined that the solid bed height is in the second state,
The height calculation unit calculates the solid bed height each time the amount of melting is calculated,
The state determination unit determines whether the solid bed height exceeds the cylinder height each time the solid bed height is calculated,
When it is determined that the solid bed height exceeds the cylinder height, the physical quantity calculation unit resets the second time step by dividing the second time step by a predetermined value, and calculates the melting amount again. On the other hand, if it is determined that the solid bed height does not exceed the cylinder height and the value of the second time step is less than the first time step, the second time step is multiplied by a predetermined value and melted again. If the solid bed height is determined not to exceed the cylinder height and the value of the second time step is greater than or equal to the first time step, the amount calculated after the most recent second time step resetting is calculated. The plasticization simulation apparatus according to claim 2, wherein the total melting amount is calculated as a true melting amount.
ダブルフライトスクリュ式の可塑化装置におけるシリンダ内の樹脂材料がソリッドベッド、メルトフィルム、およびメルトプールの何れかの状態にある3ゾーンモデルに基づいて可塑化能力を算出する可塑化シミュレーション装置が実行する可塑化シミュレーション方法であって、
前記樹脂材料の樹脂物性と前記可塑化装置の運転条件とサブフライトの構成データを有する該可塑化装置の構成データとを含むパラメータと、初期可塑化能力とを取得するステップと、
前記初期可塑化能力、前記パラメータ、質量保存の式およびエネルギー保存の式に基づいて、溶融量を含む物理量を算出するとともに、該溶融量の算出において、ソリッドベッド高さがシリンダ高さ以内にある第1状態では、第1時間刻みを用い、ソリッドベッド高さがシリンダ高さを超える第2状態では、第1時間刻みを所定の値で除した第2時間刻みを用いるステップと、
前記溶融量に基づいて、前記樹脂材料の単位時間当たりの溶融量である最大流量を算出するステップと、
前記パラメータ、前記物理量、および前記最大流量に基づき、3次元流動計算を用いて可塑化能力を算出するステップと、
を有することを特徴とする可塑化シミュレーション方法。
Executed by a plasticization simulation apparatus that calculates plasticizing capability based on a three-zone model in which a resin material in a cylinder in a double flight screw type plasticizing apparatus is in a solid bed, melt film, or melt pool state A plasticization simulation method,
Obtaining the parameters including the resin physical properties of the resin material, the operating conditions of the plasticizing device and the configuration data of the plasticizing device having the configuration data of the subflight, and the initial plasticizing capability;
Based on the initial plasticizing capacity, the parameter, the mass conservation formula and the energy conservation formula, the physical quantity including the melting amount is calculated, and the solid bed height is within the cylinder height in the calculation of the melting amount. In the first state, using the first time step, and in the second state where the solid bed height exceeds the cylinder height, using a second time step obtained by dividing the first time step by a predetermined value;
Calculating a maximum flow rate that is a melt amount per unit time of the resin material based on the melt amount;
Calculating plasticizing ability using a three-dimensional flow calculation based on the parameter, the physical quantity, and the maximum flow rate;
A plasticization simulation method characterized by comprising:
ダブルフライトスクリュ式の可塑化装置におけるシリンダ内の樹脂材料がソリッドベッド、メルトフィルム、およびメルトプールの何れかの状態にある3ゾーンモデルに基づいて可塑化能力を算出することをコンピュータに実行させる可塑化シミュレーションプログラムであって、
前記コンピュータを、
前記樹脂材料の樹脂物性と前記可塑化装置の運転条件とサブフライトの構成データを有する該可塑化装置の構成データとを含むパラメータと、初期可塑化能力とを取得する情報取得部と、
前記初期可塑化能力、前記パラメータ、質量保存の式およびエネルギー保存の式に基づいて、溶融量を含む物理量を算出するとともに、該溶融量の算出において、ソリッドベッド高さがシリンダ高さ以内にある第1状態では、第1時間刻みを用い、ソリッドベッド高さがシリンダ高さを超える第2状態では、第1時間刻みを所定の値で除した第2時間刻みを用いる物理量算出部と、
前記溶融量に基づいて、前記樹脂材料の単位時間当たりの溶融量である最大流量を算出する最大流量算出部と、
前記パラメータ、前記物理量、および前記最大流量に基づき、3次元流動計算を用いて可塑化能力を算出する可塑化能力算出部
として機能させるための可塑化シミュレーションプログラム。
Plastic that causes the computer to calculate the plasticizing ability based on a three-zone model in which the resin material in the cylinder in the double flight screw type plasticizing apparatus is in a solid bed, melt film, or melt pool state. Computerized simulation program,
The computer,
A parameter including the resin physical properties of the resin material, the operating conditions of the plasticizing device, and the configuration data of the plasticizing device having the configuration data of subflights, and an information acquisition unit for acquiring initial plasticizing capability;
Based on the initial plasticizing capacity, the parameter, the mass conservation formula and the energy conservation formula, the physical quantity including the melting amount is calculated, and the solid bed height is within the cylinder height in the calculation of the melting amount. In the first state, using a first time step, in the second state where the solid bed height exceeds the cylinder height, a physical quantity calculation unit using a second time step obtained by dividing the first time step by a predetermined value;
A maximum flow rate calculation unit that calculates a maximum flow rate that is a melt amount per unit time of the resin material based on the melt amount;
The plasticization simulation program for functioning as a plasticization capability calculation part which calculates plasticization capability using three-dimensional flow calculation based on the parameter, the physical quantity, and the maximum flow rate.
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