JP3023969B2 - Method for analyzing temperature of cooling / heating cycle structure and design apparatus for mold apparatus system - Google Patents

Method for analyzing temperature of cooling / heating cycle structure and design apparatus for mold apparatus system

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JP3023969B2
JP3023969B2 JP2116359A JP11635990A JP3023969B2 JP 3023969 B2 JP3023969 B2 JP 3023969B2 JP 2116359 A JP2116359 A JP 2116359A JP 11635990 A JP11635990 A JP 11635990A JP 3023969 B2 JP3023969 B2 JP 3023969B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、冷熱サイクル構造体温度の解析方法および
金型装置系の設計装置に関し、さらに詳しくは、例えば
射出成形用金型のように冷熱サイクルの繰り返しのもと
で使用される金型において、その金型の形状や金型に用
いる金属材料の種類、金型冷却管の配管状態や冷却液の
流量、さらには成形品の形状を規定することとなる金型
キャビティ形状、およびこれらの金型やその冷却系の運
転条件等、金型装置系全般の構成や運転条件の最適な設
計を行うための解析方法および設計装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for analyzing the temperature of a cooling / heating cycle structure and a designing apparatus for a mold apparatus system, and more particularly, to a cooling apparatus such as an injection molding mold. For a mold used under repeated cycles, the shape of the mold, the type of metal material used for the mold, the piping condition of the mold cooling pipe, the flow rate of the coolant, and the shape of the molded product are specified. The present invention relates to an analysis method and a design apparatus for optimally designing the configuration and operating conditions of the entire mold apparatus system, such as the mold cavity shapes to be performed, and the operating conditions of these molds and their cooling systems.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般に、金型装置系等の冷熱サイクル構造体の構成や
運転条件が最適に設計されていないと、成形効率が悪く
なったり、成形品の不良を多く生じたりする。そしてこ
のような不具合を机上の設計段階で予測することは困難
な場合が多く、又、金型装置系を実際に試作して見てト
ライアンドエラーで改良することも行われるが、コスト
面や効率面で有利ではない。
In general, if the configuration and operating conditions of a cooling / heating cycle structure such as a mold apparatus system are not optimally designed, the molding efficiency is deteriorated, and the molded product is often defective. It is often difficult to predict such problems at the desk design stage, and it is also possible to try and improve the mold equipment system by trial and error. It is not advantageous in terms of efficiency.

このような点から、近時、計算機シミュレーションに
よる解析を利用して最適の設計を得ようとする手法が用
いられている(特開昭63−46511号公報、特開昭63−165
970号公報等参照)。そしてこれらの従来技術において
は解析方法としていわゆる定常解析法や非定常解析法が
用いられ、また非定常解析法の計算手法として差分法、
有限要素法、あるいは境界要素法が用いられている。
From such a point, a method of obtaining an optimum design by using analysis by computer simulation has recently been used (JP-A-63-46511, JP-A-63-16563).
970, etc.). In these conventional techniques, a so-called stationary analysis method or an unsteady analysis method is used as an analysis method, and a difference method,
The finite element method or the boundary element method is used.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

ところで、例えば射出成形用金型のようにサイクリッ
クな冷熱プロセスの繰り返しのもとで使用される金型
を、その熱的条件面の考慮から最適に設計しようとする
場合、熱流束(単位時間(sec)に単位面積(cm2)を通
って出入りする熱量(cal))と金型温度とが刻々と変
化する冷熱サイクルを解析する為に非定常解析法が必要
となり、かつその計算手法としては、3次元解析モデル
の作成が著しく容易になる点から境界要素法が著しく有
利である。
By the way, when designing a mold such as an injection mold used under repeated cyclic cooling / heating processes to optimize it in consideration of its thermal condition, the heat flux (unit time) In order to analyze the thermal cycle in which the amount of heat (cal) entering and exiting through a unit area (cm 2 ) in (sec) and the mold temperature change every moment, an unsteady analysis method is required, and the calculation method is as follows. The boundary element method is extremely advantageous in that the three-dimensional analysis model can be easily created.

それにも拘らず、従来、上記のような設計目的で境界
要素法による非定常解析を行う技術は実用化されていな
かった。その理由は、金型温度を解析するためには、定
数として与えられる種々の条件の他に、設定時刻に従っ
て変化する熱流束を経時的な積分演算によって知る必要
があり、例えばある設定時刻n+1での金型温度を知る
ためには設定時刻0〜nの全時点についての(n+1)
回の積分演算を行わなければならないという点にあっ
た。従って、ある程度以上のサイクル数に渉って金型の
冷熱サイクルを解析しようとする場合、上記設定時刻n
の値が大きくなるため、所要計算量が膨大なものとな
り、通常容量の計算機では計算時間が非常に長くなっ
て、設計工程の遅延が著しく、反面、大容量の計算機は
コスト面で用い難いとの理由から実用化を阻まれていた
のである。
Nevertheless, a technique for performing an unsteady analysis using the boundary element method for the purpose of design as described above has not been put to practical use. The reason is that, in order to analyze the mold temperature, in addition to various conditions given as constants, it is necessary to know the heat flux that changes according to the set time by an integration operation over time. For example, at a certain set time n + 1 In order to know the mold temperature, (n + 1) for all the time points from the set times 0 to n
The point is that the integration operation must be performed twice. Therefore, when trying to analyze the cooling / heating cycle of the mold over a certain number of cycles or more, the above set time n
Is large, the required calculation amount is enormous, the calculation time is extremely long with a normal capacity computer, and the design process is significantly delayed.On the other hand, a large capacity computer is difficult to use in terms of cost. For that reason, practical application was hampered.

〔本願発明の説明〕(Description of the present invention)

(発明の目的) 本願発明は、上記の問題点に鑑み、計算機シミュレー
ションを利用した金型装置系等の冷熱サイクル構造体の
設計において、境界要素法による非定常解析を行うこと
の利点を維持したままで、しかも設計工程の短縮、コス
ト低減の面で実用性のある金型装置系の設計方法および
設計装置を提供することを目的とする。
(Objects of the Invention) In view of the above problems, the present invention has maintained the advantage of performing an unsteady analysis by the boundary element method in designing a thermal cycle structure such as a mold apparatus system using computer simulation. It is an object of the present invention to provide a mold apparatus system design method and a design apparatus that are practical in terms of shortening the design process and reducing costs as they are.

(第1発明および第2発明の構成) 第1の発明は、第1図のフローチャートに示すよう
に、CAE/CAD/CAMシステムを用いて冷熱サイクル構造体
の非定常温度解析を境界要素法により行う冷熱サイクル
構造体温度の解析方法である。この発明の構成は、
(a)冷熱サイクル構造体の3次元解析モデルに基づき
冷熱サイクルにおける熱流束の時間変化を計算し、
(b)冷熱サイクルの特定時刻間における熱流束に関す
る平均値を算出し、(c)平均値を用いて次の冷熱サイ
クルの積分演算し、(d)冷熱サイクル構造体の温度変
化を求める、というそれぞれの工程を備える。
(Structure of the first invention and the second invention) In the first invention, as shown in the flowchart of FIG. 1, the transient temperature analysis of the thermal cycle structure is performed by the boundary element method using the CAE / CAD / CAM system. This is a method of analyzing the temperature of the cooling / heating cycle structure to be performed. The configuration of the present invention includes:
(A) calculating a time change of a heat flux in a cooling cycle based on a three-dimensional analysis model of the cooling cycle structure;
(B) calculating the average value of the heat flux during a specific time of the cooling / heating cycle, (c) calculating the integral of the next cooling / heating cycle using the average value, and (d) determining the temperature change of the cooling / heating cycle structure. Each process is provided.

第2発明の構成は、第2図のブロック図に示すよう
に、データの入力を行うデータ入力手段1と、前記デー
タ入力手段により入力された形状データに基づいて金型
やその冷却装置の3次元解析モデルを作成するモデリン
グ手段2と、前記データ入力手段1により入力された条
件データを前記3次元解析モデルに付加して境界要素法
により金型のサイクリックな温度変化を設定時刻の経過
に従って順次積分演算する演算手段3と、前記演算手段
3における積分演算が各冷熱サイクルの終了時に該当す
る設定時刻に至るごとにそれまでの全時刻における熱流
束の平均値を算出する平均熱流束算出手段4と、前記平
均熱流束算出手段4により算出された熱流束の平均値を
前記演算手段3に付加して、次の冷熱サイクルでの積分
演算において、それまでの全時刻に渉る積分演算の結果
に1ステップで代替する熱流束値として用いさせる演算
ステップ短縮手段5と、前記演算手段3、平均熱流束算
出手段4、演算ステップ短縮手段5による所要の冷熱サ
イクル数に渉る演算の結果を前記形状データあるいは出
力データと対比させるべく出力する出力手段6とを有す
る金型装置系の設計装置である。
As shown in the block diagram of FIG. 2, the configuration of the second invention comprises a data input unit 1 for inputting data, and a mold and a cooling device for the die based on the shape data input by the data input unit. Modeling means 2 for creating a three-dimensional analysis model; and condition data input by the data input means 1 are added to the three-dimensional analysis model, and a cyclic temperature change of the mold is performed by the boundary element method according to the elapse of a set time. Calculating means 3 for sequentially performing an integration operation; and average heat flux calculating means for calculating an average value of heat fluxes at all times until the set time corresponding to the end of each cooling / heating cycle when the integration operation in said calculating means 3 is completed. 4 and the average value of the heat flux calculated by the average heat flux calculating means 4 are added to the calculating means 3 so as to perform the integration in the next cooling / heating cycle. Calculation step shortening means 5 for using the result of the integration calculation over all the times as a heat flux value substituted in one step, and required cooling heat by the calculation means 3, average heat flux calculation means 4, and calculation step shortening means 5. This is a design apparatus for a die apparatus system having output means 6 for outputting a result of an operation over the number of cycles so as to be compared with the shape data or output data.

(第1発明及び第2発明の作用・効果) 次に、第1発明、第2発明の作用、効果を第1図のフ
ローチャート、第2図のブロック図に基づいて説明す
る。
(Operations and Effects of the First and Second Inventions) Next, the operations and effects of the first and second inventions will be described based on the flowchart of FIG. 1 and the block diagram of FIG.

まず、冷熱サイクル構造体、例えば、金型やその冷却
装置の形状、構造を規定する形状データが、データ入力
手段1によって計算機に入力される。かかる形状データ
として、金型の成形面や外側面の形状、冷却管の内径及
び外径や配管経路等のデータが挙げられる。
First, shape data defining the shape and structure of a cooling / heating cycle structure, for example, a mold and its cooling device, is input to the computer by the data input means 1. Examples of such shape data include data on the shape of the molding surface and the outer surface of the mold, the inner and outer diameters of the cooling pipe, and the piping path.

次いでモデリング手段2により、上記形状データに基
づいて金型やその冷却装置の3次元解析モデルが作成さ
れる。この3次元解析モデルは境界要素法に特有の境界
モデル、サーフェイスモデル等と称されるものであり、
差分法や有限要素法において作成されるモデルに比し、
その作成が著しく容易である。
Next, the modeling means 2 creates a three-dimensional analysis model of the mold and its cooling device based on the shape data. This three-dimensional analysis model is called a boundary model, a surface model, etc. peculiar to the boundary element method.
Compared to the model created by the difference method or the finite element method,
Its creation is remarkably easy.

一方、金型の冷熱サイクルを規定する条件データも前
記データ入力手段1により計算機に入力される。かかる
条件データとしては、金型構成材料の熱伝導度や比熱、
被成形材料の射出時温度や比熱、金型の冷却時間、冷却
液の流量等が挙げられる。
On the other hand, condition data defining the cooling / heating cycle of the mold is also input to the computer by the data input means 1. Such condition data includes the thermal conductivity and specific heat of the mold constituent material,
The injection temperature and specific heat of the molding material, the cooling time of the mold, the flow rate of the cooling liquid, and the like can be given.

こうして、計算機に入力された条件データが前記3次
元解析モデルに付加され、演算手段3によって積分演算
される。この積分演算は、初期条件として与えられる条
件データを境界要素法に従って所定の熱伝導方程式にあ
てはめ、設定時刻の経過に伴う熱流束の変化と、これに
基づく金型温度の変化とを経時的に算出するものであ
る。
Thus, the condition data input to the computer is added to the three-dimensional analysis model, and the calculation means 3 performs an integration operation. In this integration operation, the condition data given as the initial condition is applied to a predetermined heat conduction equation according to the boundary element method, and the change of the heat flux with the elapse of the set time and the change of the mold temperature based on the change over time. It is to be calculated.

但し、上記の通りの演算が行われるのは、第1の冷熱
サイクルだけである。即ち、第1の冷熱サイクルの終了
時に該当する設定時刻に到ると、平均熱流束算出手段4
によってそれまでの全時刻における熱流束の平均値(以
下、これを「平均熱流束」という。)が算出され、次い
で演算ステップ短縮手段5によってこの平均熱流束が前
記演算手段3に付加される。
However, the above calculation is performed only in the first cooling / heating cycle. That is, when the set time corresponding to the end of the first cooling / heating cycle is reached, the average heat flux calculating means 4
Calculates the average value of the heat flux at all times up to that time (hereinafter referred to as “average heat flux”), and then adds this average heat flux to the calculation means 3 by the calculation step shortening means 5.

この平均熱流束は、第2の冷熱サイクルでの積分演算
の基礎となるべき、第1の冷熱サイクルの全時刻に渉る
積分演算の結果としての熱流束の値に1ステップで代替
するものである。従って、例えば第3図に示すように、
第1の冷熱サイクルにn点の設定時刻があった場合、第
2の冷熱サイクルにおける設定時刻n+1での所要計算
量は、本来ならば設定時刻0〜nの全時刻にわたる(n
+1)回の累積的な積分演算を要するところが、前記平
均熱流束を用いる1回の積分演算で済むこととなる。し
かも平均熱流束はそれまでの全時刻における熱流束の平
均値として与えられるので、実際の熱流束の値と十分に
近似している。
This average heat flux substitutes in one step for the value of the heat flux as a result of the integration operation over the entire time of the first cooling and heating cycle, which is to be the basis of the integration operation in the second cooling and heating cycle. is there. Thus, for example, as shown in FIG.
If there are n set times in the first cooling and heating cycle, the required amount of calculation at the set time n + 1 in the second cooling and heating cycle is normally over all of the set times 0 to n (n
Where +1) cumulative integration operations are required, only one integration operation using the average heat flux is required. In addition, the average heat flux is given as the average value of the heat flux at all times up to that time, and thus sufficiently approximates the actual heat flux value.

そして、平均熱流束算出手段4と演算ステップ短縮手
段5とによる上記のような演算ステップ短縮処理が各冷
熱サイクルの終了時ごとに行われるので、特に多数の冷
熱サイクルに渉る経時的積分演算を行う場合には、解析
結果の信頼性を維持したままで、その演算ステップ短縮
効果、ひいては計算時間の短縮効果はきわめて大きなも
のとなる。
Since the above-described calculation step shortening process by the average heat flux calculation means 4 and the calculation step shortening means 5 is performed at the end of each cooling / heating cycle, the time-dependent integration calculation particularly over many cooling / heating cycles is performed. When performing the analysis, the effect of shortening the calculation step and thus the effect of shortening the calculation time are extremely great while maintaining the reliability of the analysis result.

こうして、演算手段3、平均熱流束算出手段4、演算
ステップ短縮手段5による所要の冷熱サイクル数に渉る
演算が行われ、金型の温度変化が算出される。この演算
結果は出力手段6によって数値化データ、図形化データ
等として出力されるが、非定常解析を行っているため、
金型の任意の部位における経時的な温度変化を示すデー
タや、任意の設定時刻における金型全体の温度分布を示
すデータ等、多様なデータの出力が可能である。従っ
て、金型の冷熱サイクルを多面的かつ有効に解析するこ
とができる。
In this way, the calculation over the required number of cooling cycles is performed by the calculation means 3, the average heat flux calculation means 4, and the calculation step shortening means 5, and the temperature change of the mold is calculated. This calculation result is output as numerical data, graphic data, and the like by the output means 6, but since the non-stationary analysis is performed,
It is possible to output various data such as data indicating a temporal change in temperature at an arbitrary portion of the mold and data indicating a temperature distribution of the entire mold at an arbitrary set time. Therefore, the cooling / heating cycle of the mold can be analyzed in many aspects and effectively.

そして、これらの出力データに基づき、当初に入力し
た形状データや条件データが評価、修正されて、金型装
置系の最適設計が行われるのである。
Then, based on these output data, the initially input shape data and condition data are evaluated and corrected, and the optimal design of the mold apparatus system is performed.

以上の点から、本願第1発明および第2発明によれ
ば、計算機シミュレーションを利用した金型装置系の設
計において、境界要素法による非定常解析を行うことの
利点を維持したままで、通常容量の計算機によっても設
計工程の短縮を十分に図ることができる。
In view of the above, according to the first and second aspects of the present invention, in designing a mold apparatus system using computer simulation, the normal capacity is maintained while maintaining the advantage of performing the unsteady analysis by the boundary element method. The computer can sufficiently reduce the design process.

(第1発明及び第2発明のその他の発明の説明) 第1発明の「冷熱サイクル構造体」とは、サイクリッ
クな冷熱変化を伴う一定の構造体を言い、射出成形用金
型がその一例として挙げられるが、これに限定されな
い。
(Description of Other Inventions of First and Second Inventions) The "cooling / heating cycle structure" of the first invention refers to a fixed structure with cyclic cooling / heating changes, and an injection molding die is an example. However, the present invention is not limited to this.

前記第1発明および第2発明において、データ入力手
段の種類は限定されず、入力用キーボード、平面図形の
読み取り装置、立体図形の認識装置等の任意の手段によ
りデータを入力することができる。
In the first and second aspects of the invention, the type of data input means is not limited, and data can be input by any means such as an input keyboard, a flat figure reading device, and a three-dimensional figure recognition device.

条件データはモデリング手段2による3次元解析モデ
ルの作成後に計算機に入力しても良いし、あるいは3次
元解析モデルの作成前(例えば、形状データの入力と同
時あるいはそれ以前)に計算機に入力して、3次元解析
モデルに付加されるまでの間、読み出し可能な状態で計
算機に記憶させておいても良い。
The condition data may be input to the computer after the creation of the three-dimensional analysis model by the modeling means 2, or may be input to the computer before the creation of the three-dimensional analysis model (for example, simultaneously with or before the input of the shape data). Until it is added to the three-dimensional analysis model, it may be stored in a computer in a readable state.

演算手段3での積分演算は、非定常な熱伝導現象を支
配する適切な方程式に従って行われる。このような方程
式の一例として、後に述べる実施例で記すものが挙げら
れるが、これに限定されるものではなく、設定時刻の経
過に従ってサイクリックな温度変化の経時的な積分演算
を行うための他の適切な方程式であっても用い得る。
The integration operation by the operation means 3 is performed according to an appropriate equation governing the unsteady heat conduction phenomenon. Examples of such equations include, but are not limited to, those described in the embodiments described below, but are not limited thereto, and are used for performing a temporal integration calculation of a cyclic temperature change as the set time elapses. Any suitable equation of can be used.

出力手段6により出力された演算結果は、これを単に
人為的に評価して形状データや条件データを修正すると
いう方式の他、金型の温度変化や温度分布等の望ましい
スタンダードを予め計算機に記憶させておき、計算機内
に設けた評価手段によって前記演算結果をスタンダード
との対比で評価させ、その結果から初期の形状データや
条件データが自動的に修正を受けるようにしても良い。
更に、このように修正された形状データや条件データに
基づいて3次元解析モデルやこれに付加される条件デー
タが自動的に再構成され、再度積分演算が実施されるよ
うに構成しても良い。この場合、上記プロセスが繰り返
されるごとにスタンダードとの対比で最適設計に至った
か否かを評価手段によって判定させ、YESの判定信号に
よってのみ演算の停止と出力手段6による演算結果の出
力とが行われるように構成して、金型装置系の最適設計
に到る工程を全自動化することもできる。この場合、工
程短縮化のメリットがとりわけ大きい。
The calculation result output from the output means 6 is stored in a computer in advance, in addition to a method of simply evaluating the calculation result and correcting shape data and condition data, and a desirable standard such as a temperature change and a temperature distribution of a mold. The calculation result may be evaluated in comparison with a standard by an evaluation means provided in the computer, and the initial shape data and condition data may be automatically corrected from the result.
Further, the three-dimensional analysis model and the condition data added to the three-dimensional analysis model may be automatically reconfigured based on the shape data and the condition data thus corrected, and the integration operation may be performed again. . In this case, each time the above process is repeated, the evaluation means determines whether or not the optimum design has been reached in comparison with the standard. It is also possible to fully automate the process leading to the optimal design of the mold apparatus system. In this case, the merit of shortening the process is particularly great.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本願第1発明および第2発明の一実施例を説明
する。本実施例は、第4図に示すような固定型7と可動
型8とからなる箱型成形品の射出成形用金型において、
両型7、8の内部にそれぞれ一点鎖線で示す冷却管9、
10が配置された場合の各冷却管9、10の最適冷却液流量
を求めるために行ったものである。
Next, an embodiment of the first invention and the second invention of the present application will be described. The present embodiment is directed to an injection molding die for a box-shaped molded product including a fixed die 7 and a movable die 8 as shown in FIG.
Cooling pipes 9, indicated by alternate long and short dash lines, inside the two molds 7, 8, respectively.
This is performed to determine the optimum coolant flow rate of each cooling pipe 9 and 10 when 10 is arranged.

そして本実施例の設計装置は、第5図に示すように、
メインコンピュータ11、グラフィックコンピュータ12、
モデル表示装置13、出力表示装置14より構成される。
Then, the design device of the present embodiment, as shown in FIG.
Main computer 11, graphic computer 12,
It comprises a model display device 13 and an output display device 14.

メインコンピュータ11には、前記第2図に示したデー
タ入力手段1、演算手段3、平均熱流束算出手段4、演
算ステップ短縮手段5が含まれ、グラフィックコンピュ
ータ12にはモデリング手段2が含まれると共に、3次元
解析モデルがモデル表示装置13で表示できるようになっ
ており、出力表示装置14は前記出力手段6に相当するも
のである。
The main computer 11 includes the data input means 1, the arithmetic means 3, the average heat flux calculating means 4, and the arithmetic step shortening means 5 shown in FIG. 2, and the graphic computer 12 includes the modeling means 2 The three-dimensional analysis model can be displayed on the model display device 13, and the output display device 14 corresponds to the output means 6.

本実施例の具体的内容を第6図に基づいて説明する
と、まず、データ入力手段1の条件データ入力回路15に
以下の〜の条件データを入力する。
The specific contents of this embodiment will be described with reference to FIG. 6. First, the following condition data (1) to (5) are input to the condition data input circuit 15 of the data input means 1.

成形条件(冷却時間、成形時間、樹脂温度、大気温
度、冷却液温度・流量) 樹脂熱特性データ (熱伝導率、密度、比熱、固化温度、流動停
止温度、潜熱) 金型熱特性データ (熱伝導率、密度、比熱) 冷却液熱・流動特性データ (熱伝導率、密度、比熱、粘度) これらの条件データは、条件データメモリ16に保存さ
れる。
Molding conditions (Cooling time, Molding time, Resin temperature, Atmospheric temperature, Coolant temperature / flow rate) Resin thermal characteristics data (Heat conductivity, Density, Specific heat, Solidification temperature, Flow stop temperature, Latent heat) Die thermal characteristics data (Heat (Conductivity, density, specific heat) Coolant heat / flow characteristic data (thermal conductivity, density, specific heat, viscosity) These condition data are stored in the condition data memory 16.

次に、データ入力手段1の形状データ入力回路17に固
定型7、可動型8、およびそれらの冷却管9、10につい
ての3次元形状のデータが入力され、これらのデータは
形状データメモリ18に保存される。
Next, data of the three-dimensional shape of the fixed mold 7, the movable mold 8, and their cooling pipes 9 and 10 is input to the shape data input circuit 17 of the data input means 1, and these data are stored in the shape data memory 18. Will be saved.

次いで形状データメモリ18に保存された形状データの
読み込みによってモデリング手段2のモデル作成回路19
が第7図のような三次元解析モデルを作成し、前記モデ
ル表示装置13にディスプレイすると共に、この3次元解
析モデルを演算手段3のモデル入力回路20によって積分
演算回路21に入力する。
Next, by reading the shape data stored in the shape data memory 18, the model creation circuit 19 of the modeling means 2 is read.
Creates a three-dimensional analysis model as shown in FIG. 7 and displays it on the model display device 13, and inputs this three-dimensional analysis model to the integration operation circuit 21 by the model input circuit 20 of the operation means 3.

一方、前記条件データメモリ16に保存された条件デー
タも、条件データ付加回路22によって読み込まれ、積分
演算回路21に付加される。
On the other hand, the condition data stored in the condition data memory 16 is also read by the condition data adding circuit 22 and added to the integral operation circuit 21.

ここで、積分演算回路21が、3次元解析モデルと、こ
れに初期条件として付加された条件データとから演算を
行うにあたり、以下の熱伝導方程式を用いる。
Here, when the integration operation circuit 21 performs an operation from the three-dimensional analysis model and the condition data added thereto as an initial condition, the following heat conduction equation is used.

(1)式において、Tは温度、tは時間、ρは密度、Cp
は比熱、λは熱伝導率、▽はラプラシアンである。
In the equation (1), T is temperature, t is time, ρ is density, Cp
Is specific heat, λ is thermal conductivity, and ▽ 2 is Laplacian.

上記の(1)式に適宜な初期条件と境界条件を与えて
時間依存性の基本解を用い、時刻nにおける積分方程式
を求め、それをマトリックス表示すると、次の(2)式
が得られる。
By giving an appropriate initial condition and boundary condition to the above equation (1) and using a time-dependent basic solution to obtain an integral equation at time n and displaying it in a matrix, the following equation (2) is obtained.

(2)式において、Sは設定時刻、Hは温度マトリック
ス、Gは熱流束マトリックス、Qは熱流束、〒0は初期
温度、Bは初期温度マトリックスである。
(2) In the formula, S is the set time, H is the temperature matrix, G is the heat flux matrix, Q is heat flux, 〒 0 is the initial temperature, B is the initial temperature matrix.

上記(2)式によって熱流束の変化に基づき、積分演
算回路21が演算を行い、設定時刻の経過に伴う金型温度
のサイクリックな変化を求めるのである。
Based on the change of the heat flux according to the above equation (2), the integration operation circuit 21 performs an operation to obtain a cyclic change of the mold temperature with the lapse of the set time.

ところで、(2)式によれば、各設定時刻に於ける金
型温度を求めるには、累積的に積分演算を行う必要があ
るため、特に設定時刻の値がある程度以上に大きくなる
と、積分演算の所要計算量が膨大なものとなる。そこ
で、次のような演算ステップ短縮処理が行われる。
By the way, according to the equation (2), it is necessary to accumulatively perform the integral operation to obtain the mold temperature at each set time. Therefore, especially when the value of the set time becomes larger than a certain value, the integral operation is performed. Requires a large amount of calculation. Therefore, the following calculation step shortening process is performed.

即ち、第1の冷熱サイクルの終了時に該当する設定時
刻に至ると、平均熱流束算出手段4の設定時刻判定回路
23がこのことを検出し、平均熱流束算出回路24を作動さ
せる。そして、平均熱流束算出回路24は平均熱流束、即
ちそれまでの全時刻における熱流束の平均値を算出し
て、演算ステップ短縮手段5の平均熱流束付加回路25を
通じ、この平均熱流束の値を積分演算回路21に付加す
る。更に、初期値変更回路26が作動して、積分演算回路
21における第2の冷熱サイクルの積分演算にあたり、本
来の初期条件に基づく設定時刻0からの積分演算に代
え、平均熱流束を用いて1ステップの演算で代替する。
That is, when the corresponding set time is reached at the end of the first cooling / heating cycle, the set time determination circuit of the average heat flux calculating means 4
23 detects this and activates the average heat flux calculation circuit 24. Then, the average heat flux calculation circuit 24 calculates the average heat flux, that is, the average value of the heat fluxes at all times up to that time, and passes the average heat flux value through the average heat flux addition circuit 25 of the calculation step shortening means 5. Is added to the integration operation circuit 21. Further, the initial value changing circuit 26 is operated, and the integration calculating circuit is operated.
In the integral operation of the second cooling / heating cycle in 21, the integral operation from the set time 0 based on the original initial condition is replaced with a one-step operation using the average heat flux.

以後、各冷熱サイクルの終了時ごとにこのような演算
ステップ短縮処理が行われる。
Thereafter, such an operation step shortening process is performed at the end of each cooling / heating cycle.

なお、設定時刻の進行に伴う積分演算の進行は、常に
演算終了判定回路27によりチェックされ、予め解析の終
了時点として定められた設定時刻に至った時は、積分演
算が停止され、出力手段6のデータ出力回路28を介して
データ出力装置29に所望のデータ形態の解析データが出
力される。
The progress of the integration calculation with the progress of the set time is always checked by the calculation end determination circuit 27, and when the set time set as the end time of the analysis is reached, the integration calculation is stopped and the output means 6 The analysis data in a desired data format is output to the data output device 29 via the data output circuit 28.

第8図は本実施例における固定型7および可動型8の
経時的な金型温度の変化の解析結果を示し、点線が計算
値、実線が金型試作品に熱電対を取り付けて実測した実
験値を示す。図に示すように、計算値は実測値と良好な
対応を示している。第8図の結果から、可動型8は固定
型7に比して常に高い温度域にあり、可動型8の冷却を
強化する必要のあることが判明したので、可動型8の冷
却管10における冷却液流量を増加させるように運転条件
の設計を修正した。
FIG. 8 shows an analysis result of a change in the mold temperature over time of the fixed mold 7 and the movable mold 8 in the present embodiment. The dotted line is a calculated value, and the solid line is an experiment in which a thermocouple was attached to a mold prototype and measured. Indicates a value. As shown in the figure, the calculated values show a good correspondence with the actually measured values. From the results shown in FIG. 8, it has been found that the movable mold 8 is always in a higher temperature range than the fixed mold 7, and it is necessary to enhance the cooling of the movable mold 8. The design of the operating conditions was modified to increase the coolant flow rate.

第9図(a)、(b)はそれぞれ第5、第18の冷熱サ
イクルにおける可動型8の表面温度の分布を等温線で示
した解析結果である。これらの図によれば、可動型8の
表面温度は、特に上側の突出した角部30において高いこ
とが認められ、この角部30を有効に冷却できるように冷
却管10の配管の設計を修正した。
FIGS. 9 (a) and 9 (b) are analysis results showing the distribution of the surface temperature of the movable mold 8 in the fifth and eighteenth cooling / heating cycles by isothermal lines, respectively. According to these figures, it is recognized that the surface temperature of the movable die 8 is particularly high at the upper protruding corner 30, and the piping design of the cooling pipe 10 is modified so that the corner 30 can be effectively cooled. did.

なお、本実施例における第18の冷熱サイクルまでの解
析に要した計算時間は、同様の解析を演算ステップ短縮
処理なしで行った場合に比し、約1/30であった。
Note that the calculation time required for the analysis up to the eighteenth cooling / heating cycle in the present example was about 1/30 as compared with the case where the same analysis was performed without the calculation step shortening process.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本願第1発明を説明するフローチャート、第2
図は本願第2発明のクレーム対応ブロック図、第3図は
演算ステップ短縮処理を説明する図、第4図は実施例に
おいて解析対象とした金型とその冷却系とを示す斜視
図、第5図は本願第2発明のシステム構成図、第6図は
実施例のブロック図、第7図は実施例において作成され
た3次元解析モデルを示す図、第8図は金型温度の経時
的変化の解析データを示す図、第9図(a)、(b)は
それぞれ、第5及び第18の冷熱サイクルにおける可動型
の表面温度の分布の解析データを示す図である。 1……データ入力手段 2……モデリング手段 3……演算手段 4……平均熱流束算出手段 5……演算ステップ短縮手段 6……出力手段 7……固定型 8……可動型 9……冷却管 10……冷却管
FIG. 1 is a flowchart for explaining the first invention of the present application, and FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing a claim corresponding to the second invention of the present application, FIG. 3 is a diagram for explaining a calculation step shortening process, FIG. 4 is a perspective view showing a mold to be analyzed in the embodiment and its cooling system, FIG. FIG. 6 is a system configuration diagram of the second invention of the present application, FIG. 6 is a block diagram of the embodiment, FIG. 7 is a diagram showing a three-dimensional analysis model created in the embodiment, and FIG. FIGS. 9 (a) and 9 (b) are diagrams showing analysis data of the surface temperature distribution of the movable mold in the fifth and eighteenth cooling / heating cycles, respectively. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Data input means 2 ... Modeling means 3 ... Calculation means 4 ... Average heat flux calculation means 5 ... Calculation step shortening means 6 ... Output means 7 ... Fixed type 8 ... Movable type 9 ... Cooling Pipe 10 …… Cooling pipe

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−229464(JP,A) 特開 平3−285737(JP,A) 応用機械工学 vol.28.no. 9,p120−127,高張健一,「プラスチ ック射出成型シミュレーション」 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06F 17/50 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-61-229464 (JP, A) JP-A-3-285737 (JP, A) Applied mechanical engineering vol. 28. No. 9, p120-127, Kenichi Takahari, "Plastic injection molding simulation" (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G06F 17/50 JICST file (JOIS)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】CAE/CAD/CAMシステムを用いて冷熱サイク
ル構造体の非定常温度解析を境界要素法により行う冷熱
サイクル構造体温度の解析方法であって、 冷熱サイクル構造体の3次元解析モデルに基づき冷熱サ
イクルにおける熱流束の時間変化を計算し、 前記冷熱サイクルの特定時刻間における前記熱流束に関
する平均値を算出し、 前記平均値を用いて次の冷熱サイクルに対して積分演算
し、 前記冷熱サイクル構造体の温度変化を求める、 ことを備える冷熱サイクル構造体温度の解析方法。
1. A method for analyzing the temperature of a thermal cycle structure using a boundary element method to perform an unsteady temperature analysis of the thermal cycle structure using a CAE / CAD / CAM system, comprising a three-dimensional analysis model of the thermal cycle structure. Calculate the time change of the heat flux in the cooling cycle based on the above, calculate the average value of the heat flux during a specific time of the cooling cycle, calculate the integral with respect to the next cooling cycle using the average value, A method for analyzing a temperature of a thermal cycle structure, comprising: determining a temperature change of the thermal cycle structure.
【請求項2】データの入力を行うデータ入力手段と、 前記データ入力手段により入力された形状データに基づ
いて金型やその冷却装置の3次元解析モデルを作成する
モデリング手段と、 前記データ入力手段により入力された条件データを前記
3次元解析モデルに付加して、境界要素法により金型の
サイクリックな温度変化を設定時刻の経過に従って順次
積分計算する演算手段と、 前記演算手段における積分演算が各冷熱サイクルの終了
時に該当する設定時刻に至るごとにそれまでの全時刻に
おける熱流束の平均値を算出する平均熱流束算出手段
と、 前記平均熱流束算出手段により算出された熱流束の平均
値を前記演算手段に付加して、次の冷熱サイクルでの積
分演算においてそれまでの全時刻に渉る積分演算の結果
に1ステップで代替する熱流束値として用いさせる演算
ステップ短縮手段と、 前記演算手段、平均熱流束算出手段、演算ステップ短縮
手段による所要の冷熱サイクル数に渉る演算の結果を前
記形状データあるいは出力データと対比させるべく出力
する出力手段と、 を有することを特徴とする金型装置系の設計装置。
2. Data input means for inputting data; modeling means for creating a three-dimensional analysis model of a mold and a cooling device thereof based on shape data input by the data input means; Calculating means for adding the condition data input by the above to the three-dimensional analysis model, and sequentially calculating the cyclic temperature change of the mold by the boundary element method as the set time elapses; Mean heat flux calculating means for calculating the average value of the heat flux at all times up to the set time at the end of each cooling / heating cycle, and the average value of the heat flux calculated by the mean heat flux calculating means Is added to the calculation means, and in the integration calculation in the next cooling / heating cycle, the result of the integration calculation over all time until then is substituted in one step. Calculating step shortening means to be used as a heat flux value; and outputting the result of the calculation over the required number of cooling and heating cycles by the calculating means, average heat flux calculating means and calculating step shortening means to the shape data or output data. And an output means for performing the following operations.
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