JP3201712B2 - コンピュータシミュレーションによる成形金型の温度調整配管仕様決定方法 - Google Patents

コンピュータシミュレーションによる成形金型の温度調整配管仕様決定方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はコンピュータシミュ
レーションによって成形金型の温度調整配管仕様を決定
する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】成形金型においては、樹脂成形品の温度
分布を均一化しなくては、成形不良が生じるために、予
め、金型モデルとこの金型モデルの温度調整配管モデル
に対する流動解析及び冷却解析をコンピュータシミュレ
ーションによって行って成形品及び金型を評価するこ
と、つまりは成形品及び金型の温度分布を評価して樹脂
成形品の温度分布の均一化を図ることが例えば特開平5
−245894号公報に示されているように行われてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来において
行われていたのは、成形品温度が均一となる流量と温度
条件を求めるだけであり、実際の生産現場での設備、殊
に冷却媒体用の温度調整器の条件を反映しておらず、こ
のために冷却媒体の必要とする流量を確保することがで
きなかったり、効率の良い配管レイアウトを得ることが
できず、これ故に成形不良を招くことがあった。
【0004】本発明はこのような点に鑑み為されたもの
であり、その目的とするところは現実に即した設定を行
うことができるコンピュータシミュレーションによる成
形金型の温度調整配管仕様決定方法を提供するにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】しかして本発明は、金型
モデルとこの金型モデルに対して設定した温度調整配管
モデルに対する流動解析及び冷却解析によって成形品及
び金型の温度分布を評価して金型の温度調整配管仕様
決定するにあたり、金型温度調整配管モデルを構成する
各種配管要素毎の流動抵抗特性を実測することで予め作
成した個々の配管要素の流動抵抗特性についてのデータ
ベースと、金型温度調整配管モデルに冷却媒体を供給す
る温度調整器の吐出量特性を実測して予め作成した吐出
量特性についてのデータベースとを用意し、上記配管要
素の組み合わせである金型温度調整配管モデルにおける
流動抵抗特性と温度調整器の吐出量特性とを上記データ
ベースから求めて冷却媒体の流量を算出するとともにこ
の冷却媒体の流量を基に解析を行って、この解析による
評価結果を基に、金型の温度調整配管仕様を修正し、上
記解析を繰り返すことで樹脂成形品の温度分布を均一化
させた評価結果を得られる温度調整配管仕様を決定する
ことに特徴を有している。
【0006】この時の金型の温度調整配管仕様の修正
は、金型温度調整配管モデルを構成する配管要素の変
更、配管途中に配したバルブによる流動抵抗特性の変
更、配管レイアウトの変更、冷却媒体の温度変更等によ
って行うことができる。解析による評価の判断基準とし
ては、金型の温度分布差、成形品の温度分布差、成形品
の表裏温度差等を用いることができる。
【0007】解析として、保圧解析と冷却解析と反り解
析を行うとともに、解析による評価の判断基準として、
反り量を用いることも好ましい。上記配管レイアウトの
変更は、配管の成形品表面と平行な方向における位置
と、成形品の肉厚方向における位置とを設計変数として
行うことが好ましく、上記冷却媒体の温度変更は、金型
の表面温度が環境の湿度及び温度に応じた露点以下とな
らない温度を下限として行うことが好ましい。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例につい
て説明すると、本発明においては、図1に示すように、
金型製品設計による金型モデル(製品モデル)に対し
て、金型温度、樹脂温度、射出速度、材料データ(粘
度、熱伝導率等)を入力とする流動解析を行った後、冷
却時の成形品温度分布や金型温度分布を求める冷却解析
を行うのであるが、この時に与える冷却媒体の流量とし
て、金型温度調整配管モデルにおける流動抵抗特性と、
この金型温度調整配管モデルに冷却媒体を供給する温度
調整器の実測による吐出量特性とから求めた冷却媒体の
流量を与える。温度調整器の吐出量特性の実測は、図2
に示すように、温度調整器1にバルブ11を接続すると
ともにバルブ11の両側に圧力計12や流量計13を接
続し、バルブ11で圧力損失を変更させた時の流量を求
めることで行い、図3にAまたはBに示すような吐出量
特性を得るのである。
【0009】一方、金型温度調整配管モデルについて
も、直管やバッフル等の配管要素毎の流動抵抗特性(流
量−圧力損失特性)を、図4に示すように、測定対象と
なる配管要素2を圧力計20や流量計21、バルブ22
などと共に温度調整器1に接続して実測してレコーダー
24で記録してデータベース化しておき、これら要素の
組み合わせである金型温度調整配管モデルにおける流動
抵抗特性を、上記データベースから得た個々の要素の流
動抵抗特性から合成することによって算出する。図5は
こうして算出した3種類の金型温度調整配管モデルa,
b.cの各流動抵抗特性を示している。
【0010】そして、実測による温度調整器の吐出量特
性と、金型温度調整配管モデルの流動抵抗特性から、冷
却媒体の流量を得る。図6に示すように、温度調整器A
と金型温度調整配管モデルbとの組み合わせの場合、流
量はQとなる。この値は、温度調整器の吐出量特性を実
測で得ている上に金型温度調整配管モデルの流動抵抗特
性も実測に基づいて得ていることから、実際に得られる
流量を算出したことになる。
【0011】上記冷却解析においては、このようにして
得た流量と冷却媒体の温度、冷却時間を入力として行う
ものであり、この解析による評価結果を成形品温度分布
や金型温度分布が所定値になっているかどうかで行う。
そして所定値になっている場合には、その時点で金型温
度調整配管仕様の設計が完了するが、所定値になってい
ない場合には、まず金型温度調整配管モデルの仕様を変
更し、上述のように温度調整器の実測による吐出量特性
とから流量の算出を再度行い、この流量を用いて再度冷
却解析を行う。また、金型温度調整配管モデルの変更が
できない場合には、媒体温度を変更して冷却解析を行
う。こうして冷却条件の変更の都度、冷却解析を行い、
満足する評価が出たならば、その条件で温度調整配管仕
の設計を完了する。
【0012】上記金型温度調整配管モデルの修正は、各
種配管要素の熱伝達特性及び流動抵抗特性を基に配管要
素の変更、配管途中に配したバルブによる流動抵抗特性
の変更、配管レイアウトの変更等によって行う。各種配
管要素の熱伝達特性及び流動抵抗特性との相関は、やは
り実測によって求めておく。たとえば、測定対象として
の配管要素の周囲を金型材で包んだものにバンドヒータ
を巻き付けておき、測定対象の配管要素に水を流すと同
時にバンドヒータにより熱を与え、弁を開閉することで
流速を変えながら任意深さ方向の温度変化を調べること
で、たとえばヌッセルト数とレイノズル数との相関とし
て熱伝達特性を実測しておくとともに、これをデータベ
ース化しておいて、たとえばある流量を流す時に最も優
れた熱伝達率の配管要素を選択するとともに、この配管
要素を用いて冷却解析した結果の評価に応じて、異なる
熱伝達率の配管要素の選択を行うのである。図7は配管
要素がスパイラルコア、バブラー、バッフル、直管の4
種についての流量と熱伝達率の関係を示している。
【0013】流量に関しては、配管経路中に挿入したバ
ルブの開閉量によって修正してもよい。ただし、この場
合もバルブの開閉量と、この開閉に伴う圧力損失値との
相関をデータベース化しておき、図8に示すように、決
定した各回路毎の媒体流量に対して、データベースから
各回路毎の圧力損失値を求め、この圧力損失値から各バ
ルブの開閉量を決定する。
【0014】配管レイアウトの修正、つまり配管の本数
や位置の修正、特に位置の修正を行う場合は、配管の成
形品表面と平行な方向における位置と、成形品の肉厚方
向における位置とを設計変数として行うことが好まし
い。すなわち、温度調整器の吐出量特性から配管内で乱
流が起こるように、配管の径、本数、回路数、媒体流速
を初期条件として与えて初期配管モデルを作成し、流
動、冷却解析を順次行い、成形品とランナーの面方向の
温度分布差が最小値となるように、成形品から一定距離
での配管の位置を図9(a)に示すように決定する。次に
成形品肉厚方向温度が最大である箇所αを図9(b)に示
すように求めて、そこから最も近距離にある配管を図9
(c)に示すように肉厚方向に微小移動させて解析を行う
ことを、肉厚方向方向全体の温度が許容値以下になるま
で繰り返す。成形品最大温度箇所から等距離に2本以上
配管がある場合には、これらをいずれも肉厚方向に微小
移動させる。
【0015】次いで、成形品表面温度分布が許容値内で
ない場合、温度が低すぎる部分βにおいては図9(d)に
示すように、配管を遠ざけ、この時、成形品肉厚方向温
度差が許容値内でなくなるので、温度差を補正する方向
に、先に移動させていない配管を図9(e)に示すように
面方向に微小移動させて解析を行い、許容値内になるま
で繰り返す。
【0016】この結果、成形品表面温度分布が許容値を
外れる高温部分γが生じた場合には、その近傍の配管を
図9(f)に示すように肉厚方向に微小移動させて近づ
け、肉厚方向が許容値から外れた場合は、それを補正す
るように移動していない配管において表面方向に微小移
動させる。また、成形品表面温度及び成形品肉厚方向温
度が許容値に入らない場合は温度差が最小値になるまで
繰り返す。図10にこの配管レイアウト修正の際のフロ
ーチャートを示す。
【0017】冷却解析の結果の評価にあたっては、成型
品温度分布が目標値になっているか、成形品表裏温度差
が目標値になっているか、金型温度分布差が目標値にな
っているかなどによって評価する。図11に示すよう
に、保圧解析と反り解析を加えて、反り量が目標値とな
っているかどうかの評価も行ってもよい。冷却媒体の流
量や温度を変更しても尚、好ましい評価結果が得られな
い場合、各回路毎に図12に示すようにヒータ51や冷
却器52を設けて、温度調整器から吐出される冷却媒体
の温度を各回路毎に調整するようにしてもよい。なお、
この調整は温度センサー50によるフィードバック制御
ができるようにしておく。この時、媒体温度を下げる場
合、図13に示すように、環境の湿度や温度により露点
を求め、金型に結露が発生しない表面温度を求めて下限
とすることが望ましい。
【0018】
【発明の効果】以上のように本発明においては、金型温
度調整配管モデルを構成する各種配管要素毎の流動抵抗
特性を実測することで予め作成した個々の配管要素の流
動抵抗特性についてのデータベースと、金型温度調整配
管モデルに冷却媒体を供給する温度調整器の吐出量特性
を実測して予め作成した吐出量特性についてのデータベ
ースとを用意し、上記配管要素の組み合わせである金型
温度調整配管モデルにおける流動抵抗特性と温度調整器
の吐出量特性とを上記データベースから求めて冷却媒体
の流量を算出するとともにこの冷却媒体の流量を基に解
析を行って、この解析による評価結果を基に、金型の
度調整配管仕様を修正し、上記解析を繰り返すことで樹
脂成形品の温度分布を均一化させた評価結果を得られる
温度調整配管仕様を決定することから、厳密なモデル化
が困難である上に近似化したモデルでは実体を反映しな
い金型温度調整配管モデルに対し、現実に即した温度条
件設定を行うことができるものであり、実際の生産現場
での設備に応じた温度調整配管仕様を設定することがで
きるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例におけるフローチャートであ
る。
【図2】同上における温度調整器の吐出量特性の実測状
態を示す説明図である。
【図3】同上の吐出量特性の例の説明図である。
【図4】同上の配管要素の流動抵抗特性の実測状態を示
す説明図である。
【図5】同上の流動抵抗特性の例の説明図である。
【図6】同上の流量算出を示す説明図である。
【図7】同上の配管要素の流量−熱伝達率の例の説明図
である。
【図8】同上のバルブの開閉量の決定についてのフロー
チャートである。
【図9】同上の配管レイアウトの変更の説明図である。
【図10】同上の配管レイアウトの変更のフローチャー
トである。
【図11】同上の反り解析を行う場合のフローチャート
である。
【図12】同上の冷却媒体温度調整用補器を用いる場合
の説明図である。
【図13】同上の媒体下限温度設定のフローチャートで
ある。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−285940(JP,A) 特開 平5−138707(JP,A) 特開 平6−55597(JP,A) 特開 平1−141024(JP,A) 特開 昭53−63459(JP,A) 特開 平8−132507(JP,A) 特開 平8−11181(JP,A) 特開 平7−9522(JP,A) LOUISE T.MANZIONE 著、天野修訳「射出成形用CAE」、株 式会社工業調査会、1989年2月10日発 行、P171−178 「型技術」1987年10月別冊「プラスチ ック射出成形金型設計データブック」、 P78−85 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29C 33/02 - 33/04 B29C 45/72 - 45/73 B29C 45/76 - 45/78 G06F 17/50,19/00

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金型モデルとこの金型モデルに対して設
    定した温度調整配管モデルに対する流動解析及び冷却解
    析によって成形品及び金型の温度分布を評価して金型の
    温度調整配管仕様を決定するにあたり、金型温度調整配
    管モデルを構成する各種配管要素毎の流動抵抗特性を実
    測することで予め作成した個々の配管要素の流動抵抗特
    性についてのデータベースと、金型温度調整配管モデル
    に冷却媒体を供給する温度調整器の吐出量特性を実測し
    て予め作成した吐出量特性についてのデータベースとを
    用意し、上記配管要素の組み合わせである金型温度調整
    配管モデルにおける流動抵抗特性と温度調整器の吐出量
    特性とを上記データベースから求めて冷却媒体の流量を
    算出するとともにこの冷却媒体の流量を基に解析を行っ
    て、この解析による評価結果を基に、金型の温度調整配
    管仕様を修正し、上記解析を繰り返すことで樹脂成形品
    の温度分布を均一化させた評価結果を得られる温度調整
    配管仕様を決定することを特徴とするコンピュータシミ
    ュレーションによる成形金型の温度調整配管仕様決定方
    法。
  2. 【請求項2】 金型の温度調整配管仕様の修正は、金型
    温度調整配管モデルを構成する配管要素の変更で行うこ
    とを特徴とする請求項1記載のコンピュータシミュレー
    ションによる成形金型の温度調整配管仕様決定方法。
  3. 【請求項3】 金型の温度調整配管仕様の修正は、配管
    途中に配したバルブによる流動抵抗特性の変更で行うこ
    とを特徴とするコンピュータシミュレーションによる請
    求項1記載の成形金型の温度調整配管仕様決定方法。
  4. 【請求項4】 金型の温度調整配管仕様の修正は、配管
    レイアウトの変更で行うことを特徴とする請求項1記載
    のコンピュータシミュレーションによる成形金型の温度
    調整配管仕様決定方法。
  5. 【請求項5】 金型の温度調整配管仕様の修正は、冷却
    媒体の温度変更で行うことを特徴とする請求項1記載の
    コンピュータシミュレーションによる成形金型の温度調
    配管仕様決定方法。
  6. 【請求項6】 解析による評価の判断基準として、金型
    の温度分布差を用いることを特徴とする請求項1記載の
    コンピュータシミュレーションによる成形金型の温度調
    配管仕様決定方法。
  7. 【請求項7】 解析による評価の判断基準として、成形
    品の温度分布差を用いることを特徴とする請求項1記載
    のコンピュータシミュレーションによる成形金型の温度
    調整配管仕様決定方法。
  8. 【請求項8】 解析による評価の判断基準として、成形
    品の表裏温度差を用いることを特徴とする請求項1記載
    のコンピュータシミュレーションによる成形金型の温度
    調整配管仕様決定方法。
  9. 【請求項9】 解析として、保圧解析と冷却解析と反り
    解析を行うとともに、解析による評価の判断基準とし
    て、反り量を用いることを特徴とする請求項1記載のコ
    ンピュータシミュレーションによる成形金型の温度調整
    配管仕様決定方法。
  10. 【請求項10】 配管レイアウトの変更は、配管の成形
    品表面と平行な方向における位置と、成形品の肉厚方向
    における位置とを設計変数として行うことを特徴とする
    請求項4記載のコンピュータシミュレーションによる成
    形金型の温度調整配管仕様決定方法。
  11. 【請求項11】 冷却媒体の温度変更は、金型の表面温
    度が環境の湿度及び温度に応じた露点以下とならない温
    度を下限として行うことを特徴とする請求項5記載のコ
    ンピュータシミュレーションによる成形金型の温度調整
    配管仕様決定方法。
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