JP4443283B2 - 射出成形品の製造パラメータの決定方法、射出成形品の製造方法、射出成形装置及びプログラム - Google Patents
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Description
まず、ステップ2において、射出成形過程における樹脂の流れを解析するための解析用モデルを作成する。この実施の形態では、以下の長尺平板モデルを用いた。
寸法:幅1600mm、長さ300mm、厚さ3mm
要素数:2862、節点数:1558、サイド3点ゲート
ランナー径:6mmφ(ホットランナー)、ゲート:4mmφ×7.5mmL(バルブゲート)
ステップ3において、射出成形を行なうための条件設定を行なう。まず、材料として選択した樹脂の物性値等のデータを入力する必要がある。ここでは、樹脂としてポリプロピレン系熱可塑性樹脂である住友ノーブレンNP156(商品名、住友化学工業株式会社製、短繊維GFPP、GF30wt%)を用いている。必要な物性値としては、例えば、熱伝導率、比熱、流動停止温度、粘度等がある。他の成形条件として、樹脂温度/ホットランナー温度/金型温度を、それぞれ230℃/230℃/50℃に設定し、射出速度は等速設定とし、射出時間が約8秒となるように設定した。
ステップ4から後の工程は、計算機支援による最適化工程である。すなわち、ステップ4において、設計変数と呼ばれる求めるべきパラメータ(ここではバルブゲートの開閉のタイミング)の初期値を設定し、ステップ5において、樹脂の流入プロセスを計算し、ステップ6においてその結果をファイルを出力する。そして、ステップ7において、その結果ファイルに基づき、ウエルド発生に関する評価関数を算出し、ステップ8において、その算出値が最適解に収束しているかを評価する。そして、最適解に収束していない場合には、ステップ9において、最適化手法のアルゴリズムに基づいて設計変数を修正し、ステップ5からステップ8までの工程を繰り返す。ステップ8において評価関数が最適解に収束していると判断された時には、最適化工程を終了する。評価関数が最適解に収束していると判断されない時には、ステップ9以降の工程を繰り返す。
この実施の形態ではバルブゲートは3つ有り、開閉タイミングはこれら全てを独立に操作することを前提としてもよい。しかしながら、これらのバルブゲートは実作業上の制約から完全に独立に操作できない場合がある。また、最適化作業をより絞った条件下で行なうことにより最適化作業を効率化することができる。
そこで、以下のような制約条件を設けた。
制約条件1a,1bのいずれかと制約条件2a,2bのいずれかを組み合わせることにより、バルブゲートの動作に関して種々の制約条件が導かれる。ここでは、一番簡略な組み合わせである、1b、2bの組み合わせを採用した。つまり、3つのゲートのうち、常時開とするものをまず調整用ゲートとして選択し、次に、他の2つのゲートを任意制御ゲートとして、これらを開とするタイミングを独立な設定変数として、最適化を行う。この実施の形態では、ゲートG1を常時開とする場合と、ゲートG2を常時開とする場合の双方について行った。
評価関数としては、この実施の形態では、(ウエルド発生+成形に必要な型締力)を用いた。ウエルド発生だけを評価すると、多くの最適解が得られる場合があるので、型締力の低減を副次的な評価関数として採用した。型締力を低減させることは、装置の小型化や、エネルギー節約、金型の保護等につながり、コストの低減を図ることができるからである。以下、それぞれについて説明する。
a)ウエルドの判定
解析モデルの各節点毎に、フローフロント合流角を計算し、これに基づいて判定した。
b)特定領域内のウエルド検出
成形品によっては特定領域内でのウエルド発生を回避(他の領域にウエルドを移動)できれば良いケースもあることより、特定領域内のウエルドのみを検出するプログラムを作成した(図5参照)。このプログラムでは、図6に示すように、予め指定された領域S(製品と中心及び長手方向を同じくする長方形状の領域で、製品中央の幅400mm×長さ100mmの部分)内に存在するウエルド発生点のみカウントし、その個数をファイルに出力する。特定領域の設定は、例えば、多角形領域であれば座標値を用いた不等式等で範囲を指定することができるが、領域内の節点を記憶させる方法により任意の形状の領域を指定することができる。
型締力は、解析モデルによってキャビティ内の樹脂圧を算出し、これに投影面積を掛けることによって求められる。
特定領域内でのウエルド発生数(節点数)をA [個]、成形に必要な型締力をB [ton]とした場合に、評価関数を、
評価関数 = A × δ+ B
によって与えた。δは重み付けの因子で、ウエルド発生を重視する場合はこれを大きくする。この実施の形態では、δ=1000とし、ウエルド発生を防止することを優先した。なお、ウエルドの評価は、前記のような発生節点数を用いるのが簡便であるが、解析モデルにおける節点の間隔が均一でない場合には、ウエルド長さに換算する方が好ましい。また、ウエルドの発生量に加えて、あるいはこれに替えて強度を評価することもでき、樹脂が合流する際の温度、圧力、あるいは合流角度等の条件を加味することによってより精度の高い結果が得られる。
図1に示すような製品を射出成形する際の開閉タイミングを、以下の初期条件と制約条件を設定して最適化した。以下において、t1, t2, t3はそれぞれゲートG1、ゲートG2、ゲートG3の開放のタイミングであり、射出開始を0としている。
(条件A)
ゲートG1を常開とし、ゲートG2,G3の開放タイミング変動の場合
制約条件:10.0s ≧ t2 ≧ 0s、10.0s ≧ t3 ≧ 0s
初期条件:t2 = 5.0s、t3 = 5.0s
(条件B)
ゲートG2を常開とし、ゲートG1,G3の開放タイミング変動の場合
制約条件:10.0s ≧ t1 ≧ 0s、10.0s ≧ t3 ≧ 0s
初期条件:t1 = 5.0s、t3 = 5.0s
表1及び表2において、ア)〜カ)は従来の方法によるもので、ア)、エ)は一点ゲート、イ)、オ)は最初に開となったゲートから流入した樹脂が他のゲートに到達した時に他のゲートを開とする、いわゆるカスケード制御の場合、ウ)は常開の二点ゲート、カ)は常開の三点ゲートである。これらの表1のA及び表2のBに示すように、この実施の形態では、ゲート開放タイミングを操作するだけで、所望の領域におけるウエルド発生を抑制しつつ型締力を低レベルに維持することが可能となり、成形製品の使用目的に応じた実用的な成形方法を提供することができる。
ウェルド評価値=ΣAs*Ws
s:領域ナンバー(S=1〜16)、As:各領域の重み付け係数
Ws:各領域で発生したウェルド数(節点数)
評価関数=ΣAs*Ws+ B
で与えられる。このように設定することにより、重み付け係数Asの大きい領域におけるウエルド発生数は大きく評価され、小さい領域におけるウエルド発生数は小さく評価されるので、ウエルドは重み付け係数Asの小さい領域に誘導される。このような重み付け係数Asの与えかたは、状況に応じて適宜に設定することができる。
11 成形機本体
12 記憶部
13 制御部
CV キャビティ
G1, G2, G3 ゲート
R ランナー
N ノズル
Claims (6)
- キャビティへの複数の樹脂流入路を有する金型を用いて射出成形を行なう場合に、
射出成形過程を計算する数値解析手法と計算機支援による最適化手法を組み合わせ、
ウエルドの発生を制御する対象区域を複数の領域に区分し、これらの領域におけるウエルド発生量に重み付けをして合算したものをウエルド評価値として用いることにより、ウエルド発生を特定の領域に誘導し又は特定領域から回避して、
前記樹脂流入路からの樹脂材料の流入量を時系列的に設定する製造パラメータを事前に求めることを特徴とする射出成形品の製造パラメータの決定方法。 - 最適化手法の組み合わせにより求める際に、ウエルド評価値に加えて、評価関数として成形に必要な型締力を用いることを特徴とする請求項1記載の射出成形品の製造パラメータの決定方法。
- 前記製造パラメータは、前記複数の樹脂流入路に配置された流入量調整弁の動作を制御するパラメータであることを特徴とする請求項1記載の射出成形品の製造パラメータの決定方法。
- キャビティへの複数の樹脂流入路を有する金型を用いて射出成形を行なう場合に、
射出成形過程を計算する数値解析手法と計算機支援による最適化手法を組み合わせ、
ウエルドの発生を制御する対象区域を複数の領域に区分し、これらの領域におけるウエルド発生量に重み付けをして合算したものをウエルド評価値として用いることにより、ウエルド発生を特定の領域に誘導し又は特定領域から回避して、
前記樹脂流入路からの樹脂材料の流入量を時系列的に設定する製造パラメータを事前に求め、
射出成形において、この求められた製造パラメータに基づいて前記樹脂流入路からの樹脂材料の流入量を時系列的に制御することを特徴とする射出成形品の製造方法。 - キャビティへの複数の樹脂流入路を有する金型に前記樹脂流入路を介して溶融樹脂材料を供給する成形機本体と、
射出成形過程を計算する数値解析手法と計算機支援による最適化手法を組み合わせ、ウエルドの発生を制御する対象区域を複数の領域に区分し、これらの領域におけるウエルド発生量に重み付けをして合算したものをウエルド評価値として用いることにより、ウエルド発生を特定の領域に誘導し又は特定領域から回避することにより事前に求められた製造パラメータを記憶する記憶部と、
この製造パラメータに基づいて前記成形機本体を制御し、前記樹脂流入路からの樹脂材料の流入量を時系列的に制御しつつ射出成形を行なわせる制御部とを有することを特徴とする射出成形装置。 - キャビティへの複数の樹脂流入路を有する金型を用いて射出成形を行なう場合に、
射出成形過程を計算する数値解析手法と計算機支援による最適化手法を組み合わせ、
ウエルドの発生を制御する対象区域を複数の領域に区分し、これらの領域におけるウエルド発生量に重み付けをして合算したものをウエルド評価値として用いることにより、ウエルド発生を特定の領域に誘導し又は特定領域から回避して、
前記樹脂流入路からの樹脂材料の流入量を時系列的に設定する製造パラメータを事前に求める工程をコンピュータに実行させるプログラム。
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