JP5888817B2 - Plasticization simulation apparatus, plasticization simulation method thereof, and plasticization simulation program - Google Patents

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本発明の実施形態は、スクリュ式の可塑化装置における所定のパラメータを算出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 plasticization simulation apparatus that calculates predetermined parameters in a screw type plasticizing apparatus, a plasticization simulation method thereof, and a plasticization simulation program.

従来、スクリュ式押出機といった樹脂材料を可塑化する機構を備える可塑化装置において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。この種のシミュレーションとしては、スクリュが回転し続ける連続運転を想定して解析する定常解析が広く実施されている(下記、特許文献1、非特許文献1及び2参照)。   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 to be plasticized in a plasticizing apparatus having a mechanism for plasticizing a resin material such as a screw type extruder is known. It has been. As this type of simulation, steady analysis is widely performed in which continuous analysis is performed assuming that the screw continues to rotate (see Patent Document 1, Non-Patent Documents 1 and 2 below).

特開2007−007951号公報JP 2007-007951 A

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

しかしながら、実機のスクリュ式可塑化装置は、樹脂材料を可塑化する際にスクリュが回転し続けるが、型閉や型開等の工程においてはスクリュの回転が停止されるよう構成されている。即ち、スクリュ式可塑化装置は、スクリュが回転、待機を繰り返す間欠運転を行うものであり、スクリュが回転し続ける連続運転を行うものではない。このため、前述したような定常解析を行う技術では、このような回転、待機が繰り返される間欠運転の解析を行うことができないという問題があった。   However, the actual screw type plasticizing apparatus is configured such that the screw continues to rotate when plasticizing the resin material, but the rotation of the screw is stopped in the process of mold closing and mold opening. That is, the screw type plasticizing apparatus performs an intermittent operation in which the screw rotates and waits repeatedly, and does not perform a continuous operation in which the screw continues to rotate. For this reason, the technique for performing the steady analysis as described above has a problem that the intermittent operation in which such rotation and standby are repeated cannot be analyzed.

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、回転、待機が繰り返されるサイクル動作を再現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 provides a plasticization simulation apparatus, a plasticization simulation method, and a plasticization simulation program capable of reproducing a cycle operation in which rotation and standby are repeated. With the goal.

上述した課題を解決するため、本発明の一態様は、スクリュ式の可塑化装置において用いられる材料の樹脂物性と該可塑化装置の運転条件と該可塑化装置の構成データとを使用し、スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて固相率、温度、圧力、可塑化能力のうち少なくとも1つの物理量を算出する物理量算出処理を行う可塑化シミュレーション装置であって、スクリュの回転状態における物理量を前記物理量算出処理によって算出する第1物理量算出部と、前記第1物理量算出部により算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、前記スクリュの停止状態における物理量を算出する第2物理量算出部とを備える。   In order to solve the above-described problems, one embodiment of the present invention uses a resin physical property of a material used in a screw type plasticizing apparatus, operating conditions of the plasticizing apparatus, and configuration data of the plasticizing apparatus, and A plasticization simulation apparatus for performing physical quantity calculation processing for calculating at least one physical quantity among solid phase ratio, temperature, pressure, and plasticizing ability using a characteristic formula, a mass conservation formula, and an energy conservation formula, Using the first physical quantity calculation unit that calculates the physical quantity in the rotation state by the physical quantity calculation process, and the physical quantity calculated by the first physical quantity calculation unit, the screw characteristic formula, the mass conservation formula, and the energy conservation formula are used. And a second physical quantity calculating unit that calculates a physical quantity when the screw is stopped.

また、本発明の一態様は、スクリュ式の可塑化装置において用いられる材料の樹脂物性と該可塑化装置の運転条件と該可塑化装置の構成データとを使用し、スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて固相率、温度、圧力、可塑化能力のうち少なくとも1つの物理量を算出する物理量算出処理を行う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、スクリュの回転状態における物理量を前記物理量算出処理によって算出する第1物理量算出ステップと、前記第1物理量算出部により算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、前記スクリュの停止状態における物理量を算出する第2物理量算出ステップとを実行する。   Further, one embodiment of the present invention uses a resin physical property of a material used in a screw type plasticizing apparatus, operating conditions of the plasticizing apparatus, and configuration data of the plasticizing apparatus, and a screw characteristic formula, mass storage A plasticization simulation method executed by a plasticization simulation apparatus that performs a physical quantity calculation process for calculating at least one physical quantity among solid phase ratio, temperature, pressure, and plasticizing ability using an equation and an energy conservation equation, A first physical quantity calculating step for calculating a physical quantity in the rotation state of the first physical quantity by the physical quantity calculating process, and using the physical quantity calculated by the first physical quantity calculating unit, the screw characteristic formula, the mass conservation formula and the energy conservation formula are And a second physical quantity calculating step for calculating a physical quantity in a stopped state of the screw.

また、本発明の一態様は、スクリュ式の可塑化装置において用いられる材料の樹脂物性と該可塑化装置の運転条件と該可塑化装置の構成データとを使用し、スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて固相率、温度、圧力、可塑化能力のうち少なくとも1つの物理量を算出する物理量算出処理をコンピュータに実行させるための可塑化シミュレーションプログラムであって、コンピュータを、スクリュの回転状態における物理量を前記物理量算出処理によって算出する第1物理量算出部と、前記第1物理量算出部により算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、前記スクリュの停止状態における物理量を算出する第2物理量算出部として機能させる。   Further, one embodiment of the present invention uses a resin physical property of a material used in a screw type plasticizing apparatus, operating conditions of the plasticizing apparatus, and configuration data of the plasticizing apparatus, and a screw characteristic formula, mass storage A plasticization simulation program for causing a computer to execute a physical quantity calculation process for calculating at least one physical quantity among a solid phase ratio, temperature, pressure, and plasticizing ability using an equation and an energy conservation equation, A first physical quantity calculation unit that calculates a physical quantity in a rotating state of the screw by the physical quantity calculation process, and a physical quantity calculated by the first physical quantity calculation unit, the screw characteristic formula, the mass conservation formula, and the energy conservation formula. Is used to function as a second physical quantity calculation unit that calculates a physical quantity in a stopped state of the screw.

本発明によれば、回転、待機が繰り返されるサイクル動作を再現することができる。   According to the present invention, it is possible to reproduce a cycle operation in which rotation and standby are repeated.

本実施の形態においてシミュレーションされるスクリュ式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 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. 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. 初期条件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 condition calculation process. 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. 非定常解析処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a non-stationary analysis process. 待機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 waiting | standby physical quantity calculation process. 計量時間と待機時間とを説明するための図である。It is a figure for demonstrating measurement time and standby time. ある時刻におけるスクリュの全計算領域に渡るシリンダ温度とメルトプールを示す図である。It is a figure which shows the cylinder temperature and melt pool over the whole calculation area | region of a screw in a certain time. ある時刻におけるスクリュの全計算領域に渡る固相率と圧力を示す図である。It is a figure which shows the solid-phase rate and pressure over the whole calculation area | region of a screw in a certain time. ある計算領域におけるサイクル周期が短い場合の樹脂温度と可塑化能力の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the resin temperature and plasticization capability in case a cycle period in a certain calculation area | region is short. ある計算領域におけるサイクル周期が短い場合の固相率と可塑化能力の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the solid-phase rate and plasticizing ability in case a cycle period in a certain calculation area | region is short. ある計算領域におけるサイクル周期が長い場合の樹脂温度と可塑化能力の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the resin temperature and plasticization capability in case a cycle period in a certain calculation area | region is long. ある計算領域におけるサイクル周期が長い場合の固相率と可塑化能力の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the solid-phase rate and plasticization capability in case a cycle period in a certain calculation area | region is long. 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、樹脂材料が投入されるホッパ1と、樹脂材料を溶融するためのシリンダ2と、樹脂材料を溶融混練すると共にシリンダ2先端部(下流側)へ搬送する単軸のスクリュ3とを備え、回転、待機を繰り返す非定常動作を行うスクリュ式射出成形機4の可塑化解析を行うシミュレーション装置を例にとり説明を行う。本実施の形態に係るシミュレーション装置は、スクリュ3が回転している回転状態の各種物理量を算出すると共に、該算出された物理量に基づいてスクリュ3が停止している停止状態の各物理量を算出するものである。なお、本実施の形態においては、可塑化装置として射出成形機を例に挙げ説明するが、これに限定されるものではなく、スクリュ式の押出機や単軸スクリュ式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, as shown in FIG. 1, a hopper 1 into which a resin material is charged, a cylinder 2 for melting the resin material, a resin material is melted and kneaded, and the tip of the cylinder 2 (downstream side) A simulation apparatus that performs a plasticization analysis of a screw type injection molding machine 4 that includes a single-axis screw 3 that carries out unsteady operation that repeats rotation and standby will be described. The simulation apparatus according to the present embodiment calculates various physical quantities in the rotating state in which the screw 3 is rotating, and calculates each physical quantity in the stopped state in which the screw 3 is stopped based on the calculated physical quantity. Is. In this embodiment, an example of an injection molding machine will be described as an example of a plasticizing device. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a screw type extruder or a single screw type plasticizing device. The invention can be applied. 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。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種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 input unit 13 receives an input from a user who uses the plasticizing simulation apparatus 10, and includes, for example, a mouse that is a pointing device for designating a specific position on the display, a character, a specific function, or the like. A keyboard in which a plurality of assigned keys are arranged. 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 various 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 cooperation of the above-described hardware resources such as the CPU 11 and the storage unit 12.

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、当該パラメータは、ユーザにより手入力された情報を取得してもよく、解析対象のスクリュ式射出成形機4に対応して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、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. Note that the parameter may be information manually input by the user, or may be acquired from the HDD 15 corresponding to the screw type injection molding machine 4 to be analyzed. The analysis unit 102 calculates various physical quantities as analysis values of the simulation based on the acquired various parameters. The determination unit 103 performs various determinations in the plasticization analysis processing, and the output unit 104 receives the calculation result of the analysis unit 102 and the determination result of the determination unit 103 and outputs the result to the display unit 14 and the HDD 15. is there.

(処理動作)
次に、図面を用いて、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4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。図4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、後述する非定常解析処理において用いられる初期条件としての物理量を算出するための初期条件算出処理が実行される(S1)。その後、算出された初期条件を用いて回転、待機のサイクルにおける解析結果としての物理量を算出することで非定常解析を行うための非定常解析処理が実行され(S2)、本フローは終了となる。
(Processing operation)
Next, details of the operation of the plasticization simulation apparatus 10 will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a flowchart showing plasticization analysis processing according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, in the plasticization analysis process according to the present embodiment, first, an initial condition calculation process for calculating a physical quantity as an initial condition used in the unsteady analysis process described later is executed ( S1). Thereafter, unsteady analysis processing for performing unsteady analysis is performed by calculating a physical quantity as an analysis result in the rotation and standby cycle using the calculated initial condition (S2), and this flow ends. .

次に、前述した初期条件算出処理の詳細を説明する。図5は、初期条件算出処理を示すフローチャートである。図5に示されるように、先ず、取得部101は、各種パラメータを取得する(S101,S102,S103)。ステップS101では樹脂物性のデータ、例えば、粘度フィット関数のモデルパラメータ、固体および溶融体の密度、比熱、熱伝導率、融点、溶融熱量などの樹脂物性などが取得される。ステップS102では運転条件のデータ、例えば、スクリュ回転数、シリンダ設定温度、シリンダ設定温度境界位置、背圧、スクリュ位置、計算サイクル数、メッシュ数、サイクル時間、パージ時間、計量樹脂量、原料樹脂温度(樹脂温度の初期値)などが取得される。ステップS103ではスクリュ式射出成形機4の構成データ、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、フライト幅、フライトクリアランスなどが取得される。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。   Next, details of the above-described initial condition calculation process will be described. FIG. 5 is a flowchart showing the initial condition calculation process. As illustrated in FIG. 5, first, the acquisition unit 101 acquires various parameters (S101, S102, S103). In step S101, data of resin physical properties, for example, model parameters of a viscosity fit function, resin physical properties such as density of solid and melt, specific heat, thermal conductivity, melting point, and heat of fusion are acquired. In step S102, operating condition data, for example, screw rotation speed, cylinder setting temperature, cylinder setting temperature boundary position, back pressure, screw position, calculation cycle number, mesh number, cycle time, purge time, metered resin amount, raw resin temperature (Initial value of resin temperature) and the like are acquired. In step S103, configuration data of the screw type injection molding machine 4, for example, cylinder diameter, screw diameter, screw groove depth, screw lead, flight width, flight clearance and the like are acquired. 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、初期値の可塑化能力(単位時間において可塑化される重量:kg/h)である初期可塑化能力の算出、計量時間(スクリュ3が継続回転する時間)中において数値解析を行う1ステップの時間(1時間ステップ)の長さを示す時間刻み(以後、計量時間刻みと称する)の入力、および各物理量の算出を行う(S104,S105,S106)。ここで説明した、可塑化能力、各物理量の具体的な算出方法については後述する。   Based on the acquired parameters, the analysis unit 102 calculates the initial plasticizing ability, which is the initial plasticizing ability (weight plasticized in unit time: kg / h), and the measurement time (the screw 3 The time increment indicating the length of one step (one hour step) in which numerical analysis is performed during the continuous rotation time) (hereinafter referred to as a measurement time interval) and calculation of each physical quantity are performed (S104, S105). , S106). The specific calculation method of the plasticizing ability and each physical quantity described here will be described later.

物理量の算出後、判定部103は、算出された物理量のうちの先端圧力(計算領域のうちスクリュ3の先端部分の領域における圧力)が、取得部101により運転条件として取得された背圧を満足するか否かを判定する(S107)。この判定においては、先端圧力と背圧とがイコールの関係である場合に先端圧力が背圧を満足すると判定してもよく、先端圧力と背圧との差圧が所定の収束値以下である場合に先端圧力が背圧を満足すると判定してもよい。   After the calculation of the physical quantity, the determination unit 103 satisfies the back pressure acquired as the operating condition by the acquisition unit 101 in which the tip pressure of the calculated physical quantity (the pressure in the region of the tip part of the screw 3 in the calculation region) is satisfied. It is determined whether or not to perform (S107). In this determination, when the tip pressure and the back pressure have an equal relationship, it may be determined that the tip pressure satisfies the back pressure, and the differential pressure between the tip pressure and the back pressure is equal to or less than a predetermined convergence value. In this case, it may be determined that the tip pressure satisfies the back pressure.

先端圧力が背圧を満足する場合(S107,YES)、出力部104は、解析部102により算出された各物理量を非定常解析処理において用いる初期条件として記憶部12やHDD15へ格納し(S108)、本フローは終了となる。ここで出力される物理量としては、樹脂温度や固相率等が挙げられる。   When the tip pressure satisfies the back pressure (S107, YES), the output unit 104 stores each physical quantity calculated by the analysis unit 102 in the storage unit 12 or the HDD 15 as an initial condition used in the unsteady analysis process (S108). This flow ends. Examples of the physical quantity output here include resin temperature and solid phase ratio.

一方、先端圧力が背圧を満足しない場合(S107,NO)、解析部102は、可塑化能力増減処理を行い(S109)、変化させた可塑化能力の値を用いて、再度ステップS105の計量時間刻みの入力を行う。ここで、初回は初期可塑化能力が可塑化能力増減処理の対象となり、次回以降は当該処理により変化された可塑化能力がその対象となる。したがって、先端圧力が背圧を満足するまで計量時間刻みと各物理量の算出、可塑化能力の増減が繰り返される。この初期条件算出処理によれば、樹脂材料がシリンダ2内に行き渡った状態で非定常解析処理へ移行することができる。なお、可塑化能力増減処理は、先端圧力が背圧を満足するよう可塑化能力を増減させる処理であり、先端圧力と背圧との差に基づく異なる値により可塑化能力が増減される。即ち、このステップS107とステップS109とにより所謂収束判定が行われる。   On the other hand, when the tip pressure does not satisfy the back pressure (S107, NO), the analysis unit 102 performs the plasticizing ability increase / decrease process (S109), and again uses the changed value of the plasticizing ability to measure in step S105. Enter the time step. Here, the initial plasticizing ability is the object of the plasticizing ability increasing / decreasing process for the first time, and the plasticizing ability changed by the process is the object for the next and subsequent times. Therefore, the measurement time increment, calculation of each physical quantity, and increase / decrease in plasticizing ability are repeated until the tip pressure satisfies the back pressure. According to this initial condition calculation process, it is possible to shift to the unsteady analysis process in a state where the resin material has spread into the cylinder 2. The plasticizing ability increasing / decreasing process is a process of increasing / decreasing the plasticizing ability so that the tip pressure satisfies the back pressure, and the plasticizing ability is increased / decreased by different values based on the difference between the tip pressure and the back pressure. That is, a so-called convergence determination is performed in steps S107 and S109.

以下、上記可塑化能力、物理量の具体的な算出方法について説明する。先ず、初期可塑化能力の算出方法について説明する。初期可塑化能力は単位時間当たりの樹脂材料の重量(kg/h)で示されるものであり、(1)式で表わされるスクリュ特性式を用いて算出される。   Hereinafter, specific methods for calculating the plasticizing ability and the physical quantity will be described. First, a method for calculating the initial plasticizing ability will be described. The initial plasticizing capacity is indicated by the weight (kg / h) of the resin material per unit time, and is calculated using the screw characteristic formula expressed by the formula (1).

Figure 0005888817
Figure 0005888817

この(1)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。(1)式における樹脂粘度ηは、(2)式の粘度式により求められる。 In this equation (1), Q: volume flow rate, A and B: coefficient, V bz : movement 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. The resin viscosity η in the formula (1) is obtained from the viscosity formula of the formula (2).

Figure 0005888817
Figure 0005888817

この(2)式においては、η:樹脂粘度、m,ε,T及びn:粘度パラメータ、T:樹脂温度、dγ/dt:せん断速度、である。これら(1)式と(2)式とに、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が導入されることで、初期可塑化能力(kg/h)が算出される。ここでの必要なパラメータとは、図5に示されるスクリュ回転数、シリンダ径、スクリュ径、スクリュ溝深さ、スクリュ溝幅及び溶融体密度等である。 In the equation (2), η: resin viscosity, m, ε, Tr and n: viscosity parameter, T: resin temperature, dγ / dt: shear rate. By introducing necessary parameters among the parameters acquired by the acquisition unit 101 into the equations (1) and (2), the initial plasticizing ability (kg / h) is calculated. The necessary parameters here are the screw rotation speed, cylinder diameter, screw diameter, screw groove depth, screw groove width, melt density, and the like shown in FIG.

次に物理量の算出方法について説明する。本実施の形態においては、ステップS106で算出される物理量として溶融樹脂量、樹脂温度、固相率、スクリュ動力、圧力が挙げられる。これら物理量は全計算領域に渡って算出される。これらの物理量は、既に算出してある可塑化能力と、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算出される。本実施の形態においては、この算出はTadmorモデルに倣い、図6に示されるような3ゾーンモデルを導入してゾーン毎に分けて行われる。具体的には、図6に示されるスクリュ3及びスクリュ3のフライト5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51は以下の(3)式と(4)式とが用いられる。   Next, a physical quantity calculation method will be described. In the present embodiment, the physical quantity calculated in step S106 includes a molten resin quantity, a resin temperature, a solid phase rate, a screw power, and a pressure. These physical quantities are calculated over the entire calculation area. These physical quantities are calculated using the plasticizing ability that has already been calculated, necessary parameters among the parameters acquired by the acquisition unit 101, the law of conservation of mass and the law of conservation of energy. In the present embodiment, this calculation is performed separately for each zone by introducing a three-zone model as shown in FIG. 6 following the Tadmor model. Specifically, the following formulas (3) and (4) are used for the solid bed 51 in which the resin material exists in the solid region in the region including the screw 3 and the flight 5 of the screw 3 shown in FIG.

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この(3)式および(4)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。なお、メルトフィルム厚みは、算出してもよく、所定の定数を与えるようにしてもよい。 In the equations (3) and (4), 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 Moving 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. The melt film thickness may be calculated, or a predetermined constant may be given.

また、図6に示される溶融が促進されるメルトフィルム52は以下の(5)式と(6)式とが用いられる。   Moreover, the following (5) Formula and (6) Formula are used for the melt film 52 shown by FIG.

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この(5)式および(6)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:ソリッドベッド界面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。 In the equations (5) and (6), ρ: resin density, X: solid bed width, δ m : melt film thickness, H: enthalpy, v fz : melt film flow direction velocity, v fx : melt film scraping direction velocity, q fs: heat flux from solid bed surface to the interior 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 Shear calorific value in the film, m f : Melt mass flow rate on the melt film side of the solid bed.

また、図6に示される溶融樹脂が溜まるメルトプール53には以下の(7)式と(8)式とが用いられる。   Moreover, the following (7) Formula and (8) Formula are used for the melt pool 53 where the molten resin shown by FIG. 6 accumulates.

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この(7)式および(8)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 (7) and (8), ρ: resin density, w: screw groove width, X: solid bed width, h: screw groove depth, H: enthalpy, v pz : melt pool flow direction speed, [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(3)式、(5)式、および(7)式はエネルギー保存則を示しており、(4)式、(6)式および(8)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溶融質量流速が導入されている。これらの数式に、既に算出してある可塑化能力と、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を導入することで、溶融樹脂量、樹脂温度、固相率、スクリュ動力、圧力を算出することができる。   The above-described equations (3), (5), and (7) indicate the energy conservation laws, and the equations (4), (6), and (8) indicate 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, the melt mass flow rate is introduced so as to satisfy the mass conservation law and the energy conservation law. By introducing into these formulas the plasticizing ability that has already been calculated and the necessary parameters of the parameters acquired by the acquisition unit 101, the amount of molten resin, the resin temperature, the solid phase rate, the screw power The pressure can be calculated.

次に、前述した非定常解析処理の詳細を説明する。図7は、非定常解析処理を示すフローチャートである。図7に示されるように、先ず、取得部101は、初期条件を記憶部12またはHDD15から取得する(S201)。取得後、解析部102は、計量時間刻みを入力する(S202)。ここでの計量時間刻みは、初回(ステップS201の後であって、ステップS205の後でない状態)は初期条件算出処理において算出された可塑化能力が導入されるため、ステップS105と同様の値が入力される。よって、この処理を省くようにしてもよい。   Next, details of the above-described unsteady analysis process will be described. FIG. 7 is a flowchart showing the unsteady analysis process. As illustrated in FIG. 7, first, the acquisition unit 101 acquires initial conditions from the storage unit 12 or the HDD 15 (S201). After acquisition, the analysis unit 102 inputs a measurement time step (S202). The weighing time increment here is the same value as in step S105 because the plasticizing ability calculated in the initial condition calculation process is introduced for the first time (after step S201 but not after step S205). Entered. Therefore, this process may be omitted.

計量時間刻みの入力後、解析部102は、各物理量を算出する(S203)。ここで算出される物理量は、前述したステップS106と同様、溶融樹脂量、樹脂温度、固相率、スクリュ動力、圧力が挙げられ、全計算領域に渡って算出される。各物理量の算出は、前述したステップS106と同様の数式に、ステップS101において取得部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、既に算出された可塑化能力(初期条件算出処理直後は、初期条件として算出された可塑化能力)と、既に算出された物理量が導入されることで算出される。なお、既に算出された物理量とは、初期条件算出処理直後であって、現サイクルが0である場合(1サイクルも経過していない場合)は初期条件算出処理により算出された初期条件が用いられる。一方、現サイクルが1以上である場合、前サイクルで算出された物理量(後述する待機時間終了時に算出された物理量、換言すると、1時間ステップ前で算出された物理量)が用いられる。ここで用いられる物理量とは、樹脂温度、固相率等である。   After inputting the measurement time step, the analysis unit 102 calculates each physical quantity (S203). The physical quantity calculated here includes the molten resin amount, the resin temperature, the solid phase ratio, the screw power, and the pressure, as in step S106 described above, and is calculated over the entire calculation region. The calculation of each physical quantity is performed using the same mathematical formula as in step S106 described above, the necessary parameters among the parameters acquired by the acquisition unit 101 in step S101, and the already calculated plasticizing ability (immediately after the initial condition calculation process). And the plasticizing ability calculated as the initial condition) and the already calculated physical quantity are calculated. The already calculated physical quantity is immediately after the initial condition calculation process, and when the current cycle is 0 (when one cycle has not elapsed), the initial condition calculated by the initial condition calculation process is used. . On the other hand, when the current cycle is 1 or more, the physical quantity calculated in the previous cycle (physical quantity calculated at the end of the waiting time described later, in other words, the physical quantity calculated one step before) is used. The physical quantity used here is a resin temperature, a solid phase ratio, or the like.

各物理量の算出後、判定部103は、先端圧力が背圧を満足するか否かを判定し(S204)、先端圧力が背圧を満足しない場合(S204,NO)、解析部102は、可塑化能力増減処理を行う(S205)。これらステップS204と、ステップS205の処理は前述したステップS107及びステップS109の処理と同様であるため、その詳細は省略する。   After the calculation of each physical quantity, the determination unit 103 determines whether or not the tip pressure satisfies the back pressure (S204). If the tip pressure does not satisfy the back pressure (S204, NO), the analysis unit 102 determines whether the plastic pressure is plastic. The increase / decrease process is performed (S205). Since the processes of step S204 and step S205 are the same as the processes of step S107 and step S109 described above, details thereof are omitted.

先端圧力が背圧を満足する場合(S204,YES)、判定部103は、時間を1ステップ分進め、総可塑化樹脂量が計量樹脂量(ステップS102により取得済み)に達したか否かを判定し(S206)、達していない場合(S206,NO)、ステップS203に戻り、再度各物理量の算出が行われる。ここで進められる時間は、既に入力した計量時間刻みである。1ステップ時間が進んだ時、樹脂材料は既に算出された可塑化能力とスクリュ溝断面積形状とから計算される速度で移動する。この速度に1計量時間刻み分の時間を乗じた距離だけシリンダ2内を樹脂材料が移動することとなる。したがって、ステップS203により算出される可塑化能力に基づく体積流量Qのうちの移動した分の樹脂量(押出量)が1ステップでの可塑化樹脂量(射出される十分可塑化された樹脂の量)とすることができる。よって、判定毎に、この1ステップでの可塑化樹脂量を足していき、総可塑化樹脂量が計量樹脂量となるまでステップS203に戻り、再度各物理量の算出が行われることで、所望の計量樹脂量が得られたか否かを把握することができる。   When the tip pressure satisfies the back pressure (S204, YES), the determination unit 103 advances the time by one step, and determines whether or not the total plasticized resin amount has reached the metered resin amount (acquired in step S102). If it is determined (S206) and has not been reached (S206, NO), the process returns to step S203, and each physical quantity is calculated again. The time to be advanced here is an already inputted measurement time step. When one step time has advanced, the resin material moves at a speed calculated from the already calculated plasticizing ability and screw groove cross-sectional area shape. The resin material moves in the cylinder 2 by a distance obtained by multiplying the speed by the time for one metering time. Accordingly, the amount of resin moved (extruded amount) in the volume flow rate Q based on the plasticizing ability calculated in step S203 is the amount of plasticized resin in one step (the amount of sufficiently plasticized resin to be injected). ). Therefore, for each determination, the amount of plasticized resin in this one step is added, and the process returns to step S203 until the total amount of plasticized resin reaches the measured resin amount, and the calculation of each physical quantity is performed again. It is possible to grasp whether or not the measured resin amount is obtained.

なお、可塑化樹脂量は当該判定が行われる前に現可塑化樹脂量に加算されて判定されるが、達していないとの判定の場合(S206,NO)に、現可塑化樹脂量に加算されるようにしてもよい。また、このとき、スクリュ3根元側(下流側)ではホッパ1からの樹脂材料供給により順次樹脂材料が補填される。   Note that the amount of plasticized resin is determined by adding to the current amount of plasticized resin before the determination is made, but if it is determined that the amount has not been reached (NO in S206), the amount of plasticized resin is added. You may be made to do. At this time, the resin material is sequentially supplemented by supplying the resin material from the hopper 1 on the base side (downstream side) of the screw 3.

一方、総可塑化樹脂量が計量樹脂量に達した場合(S206,YES)、可塑化終了と判断されると共に可塑化終了時の物理量がHDD15等に格納され、待機時間を算出することで待機時間中における物理量の変化を算出する待機物理量算出処理が行われる(S207)。待機物理量算出処理の詳細については後述する。待機物理量算出処理後、判定部103は、現在の計算サイクル数が予め設定した計算サイクル数(ステップS102により取得済み)に達しているか否かを判定し(S208)、達している場合(S208,YES)、出力部104は、算出した各物理量を記憶部12やHDD15、表示部14等に出力し、本フローは終了となる。例えば、出力部104は、各物理量を計量時間刻み毎に、また、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。   On the other hand, when the total plasticized resin amount reaches the measured resin amount (S206, YES), it is determined that the plasticization is completed, and the physical quantity at the end of the plasticization is stored in the HDD 15 and the standby is performed by calculating the standby time. A standby physical quantity calculation process for calculating a change in physical quantity during the time is performed (S207). Details of the standby physical quantity calculation processing will be described later. After the standby physical quantity calculation process, the determination unit 103 determines whether or not the current number of calculation cycles has reached a preset number of calculation cycles (acquired in step S102) (S208). YES), the output unit 104 outputs the calculated physical quantities to the storage unit 12, the HDD 15, the display unit 14, and the like, and this flow ends. For example, the output unit 104 outputs each physical quantity to an output file designated in advance for each calculation time interval or each calculation region (position) on the screw 3, and displays it on the display unit 14.

一方、計算サイクル数が計算サイクル数に達していない場合(S208,NO)、現サイクル数に1を追加すると共に、ステップS203に戻り、後述する待機時間終了時の物理量に基づく各物理量の算出が行われる。   On the other hand, if the number of calculation cycles has not reached the number of calculation cycles (S208, NO), 1 is added to the current number of cycles, and the process returns to step S203 to calculate each physical quantity based on the physical quantity at the end of the waiting time described later. Done.

次に、待機物理量算出処理についてその詳細を説明する。図8は、待機物理量算出処理を示すフローチャートであり、図9は、計量時間と待機時間とを説明するための図である。
先ず、図8に示されるように、解析部102は、計量時間と、待機時間とを算出する(S301)。図9に示されるように、1サイクルは、計量時間と待機時間とに分けることができる。可塑化能力を有する回転開始(可塑化開始)から可塑化能力が0となる回転停止(可塑化終了)までを計量時間とした場合、1サイクルの時間はサイクル時間としてステップS102により取得済みであるため、サイクル時間から計量時間を減じれば可塑化能力が0(スクリュ3が停止している状態)である待機時間を算出することができる。よって、解析部102は、総可塑化樹脂量となるまでに加算した計量時間刻みの合計を計量時間とし、サイクル時間(ステップS102により取得済み)から当該計量時間を減算し、待機時間を算出する。この待機時間には、例えば、型開、型閉、射出保圧等のスクリュ3が回転しない時間が含まれている。
Next, details of the standby physical quantity calculation processing will be described. FIG. 8 is a flowchart showing the standby physical quantity calculation process, and FIG. 9 is a diagram for explaining the measurement time and the standby time.
First, as illustrated in FIG. 8, the analysis unit 102 calculates a measurement time and a standby time (S301). As shown in FIG. 9, one cycle can be divided into weighing time and waiting time. When the measurement time is from the rotation start (plasticization start) having the plasticizing ability to the rotation stop (plasticization end) at which the plasticizing ability becomes 0, the time for one cycle has been acquired as the cycle time in step S102. Therefore, if the metering time is subtracted from the cycle time, it is possible to calculate a standby time in which the plasticizing ability is 0 (in a state where the screw 3 is stopped). Therefore, the analysis unit 102 calculates the standby time by subtracting the measurement time from the cycle time (obtained in step S102), with the total measurement time increment added until the total plasticized resin amount is reached as the measurement time. . This waiting time includes, for example, a time during which the screw 3 does not rotate, such as mold opening, mold closing, and injection holding pressure.

待機時間の算出後、解析部102は、待機時間中において数値解析を行う1ステップの時間の長さを示す時間刻み(以後、待機時間刻みと称する)を入力する(S302)。なお、ここで入力される待機時間刻みは、ステップS105やステップS202において入力される計量時間刻みと異なる値であってもよい。   After calculating the standby time, the analysis unit 102 inputs a time interval (hereinafter referred to as a standby time interval) indicating the length of one step for performing numerical analysis during the standby time (S302). Note that the standby time step input here may be a value different from the weighing time step input in step S105 or step S202.

待機時間刻みの入力後、解析部102は、各物理量の算出を行う(S303)。ここで算出される物理量は、前述したステップS106やステップS203とは異なり、スクリュ3が停止状態であるため、スクリュ動力および圧力以外が算出される。即ち、溶融樹脂量、樹脂温度、固相率、樹脂温度が、全計算領域に渡って算出される。各物理量の算出は、前述したステップS106やステップS203と同様の数式に、ステップS101において取得部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、既に算出された物理量(1時間ステップ前に算出された物理量、または、可塑化終了時直後は、可塑化終了時の物理量)とが導入されることで算出される。ここでの既に算出された物理量とは、樹脂温度、固相率である。なお、スクリュ3は停止状態であるため、樹脂は移動することがない。よって、ここでの物理量の算出に関しては、待機時間においてもシリンダ2により樹脂材料は加熱されるため、その伝熱の計算のみがなされる。例えば、既に算出された物理量を使用すると共に、可塑化能力や樹脂の移動速度に関するパラメータを0として各数式を用いて計算を行うことで、待機時間中の樹脂温度と固相率の変化を算出することができる。   After inputting the standby time increment, the analysis unit 102 calculates each physical quantity (S303). The physical quantity calculated here is different from the above-described Step S106 and Step S203, and since the screw 3 is in a stopped state, the physical quantity other than the screw power and pressure is calculated. That is, the molten resin amount, the resin temperature, the solid phase rate, and the resin temperature are calculated over the entire calculation region. Each physical quantity is calculated by using the same mathematical formula as in step S106 and step S203 described above, the necessary parameters among the parameters acquired by the acquisition unit 101 in step S101, and the already calculated physical quantity (one hour before the step). It is calculated by introducing the calculated physical quantity or the physical quantity at the end of plasticization immediately after the end of plasticization. Here, the already calculated physical quantities are the resin temperature and the solid phase ratio. Since the screw 3 is in a stopped state, the resin does not move. Therefore, regarding the calculation of the physical quantity here, since the resin material is heated by the cylinder 2 even in the standby time, only the heat transfer is calculated. For example, using the physical quantities that have already been calculated, and calculating the parameters related to plasticizing capacity and resin movement speed to 0 using each formula, the changes in the resin temperature and solid phase ratio during the standby time are calculated. can do.

各物理量の算出後、判定部103は、現待機時間がサイクル時間(ステップS102により取得済み)に達したか否かを判定し(S304)、達している場合(S304,YES)、待機時間終了と判断し、待機時間終了時の各物理量をHDD15等に格納して本フローは終了となる。なお、パージ後(1サイクル周期が終わった直後)から最初の可塑化開始までの間、所定の待機時間を入れ、その間の物理量の変化を算出するようにしてもよい。一方、達していない場合(S304,NO)、解析部102は、現待機時間に待機時間刻み分の時間を加算し、当該加算結果を現待機時間としてステップS303に戻り、再度各物理量の算出が行われる。   After calculating each physical quantity, the determination unit 103 determines whether or not the current standby time has reached the cycle time (acquired in step S102) (S304), and if it has reached (S304, YES), the standby time ends. It is determined that each physical quantity at the end of the standby time is stored in the HDD 15 or the like, and this flow ends. It should be noted that a predetermined waiting time may be inserted after purging (immediately after the end of one cycle period) until the first plasticization start, and the change in physical quantity during that time may be calculated. On the other hand, if not reached (NO in S304), the analysis unit 102 adds the time for the standby time to the current standby time, returns the result of the addition as the current standby time to step S303, and calculates each physical quantity again. Done.

次に、本実施の形態に係る可塑化解析処理により出力された解析結果について1例を挙げて説明を行う。図10は、ある時刻におけるスクリュの全計算領域に渡るシリンダ温度とメルトプールを示す図であり、図11は、ある時刻におけるスクリュの全計算領域に渡る固相率と圧力を示す図である。図12は、ある計算領域におけるサイクル周期が短い場合の樹脂温度と可塑化能力の時間変化を示す図であり、図13は、ある計算領域におけるサイクル周期が短い場合の固相率と可塑化能力の時間変化を示す図である。図14は、ある計算領域におけるサイクル周期が長い場合の樹脂温度と可塑化能力の時間変化を示す図であり、図15は、ある計算領域におけるサイクル周期が長い場合の固相率と可塑化能力の時間変化を示す図である。   Next, an example of the analysis result output by the plasticization analysis process according to the present embodiment will be described. FIG. 10 is a diagram showing the cylinder temperature and melt pool over the entire calculation region of the screw at a certain time, and FIG. 11 is a diagram showing the solid phase ratio and pressure over the entire calculation region of the screw at a certain time. FIG. 12 is a diagram showing temporal changes in resin temperature and plasticizing ability when the cycle period in a certain calculation region is short. FIG. 13 shows solid phase ratio and plasticizing ability when the cycle period in a certain calculation region is short. It is a figure which shows the time change of. FIG. 14 is a diagram showing temporal changes in the resin temperature and the plasticizing ability when the cycle period in a certain calculation region is long. FIG. 15 shows the solid phase ratio and the plasticizing ability when the cycle period in a certain calculation region is long. It is a figure which shows the time change of.

図10〜図15において示される61はシリンダ温度、62はメルトプール温度を示しており、63は圧力、64は固相率を示している。65は樹脂温度を示しており、66は可塑化能力を示している。各図に示されるように、本実施の形態によれば、ある時刻におけるスクリュの全計算領域に渡る、シリンダ温度とメルトプールの関係や、固相率と圧力の関係を容易に把握することができる。また、図12〜図15に示されるように、ある計算領域における樹脂温度と可塑化能力の時間変化や固相率と可塑化能力の時間変化を容易に把握することができる。   10 to 15, 61 indicates a cylinder temperature, 62 indicates a melt pool temperature, 63 indicates a pressure, and 64 indicates a solid phase ratio. 65 indicates the resin temperature, and 66 indicates the plasticizing ability. As shown in each figure, according to the present embodiment, it is possible to easily grasp the relationship between the cylinder temperature and the melt pool and the relationship between the solid fraction and the pressure over the entire calculation region of the screw at a certain time. it can. Also, as shown in FIGS. 12 to 15, it is possible to easily grasp the time change of the resin temperature and the plasticizing ability and the time change of the solid phase ratio and the plasticizing ability in a certain calculation region.

なお、図10及び図11に示されるように、スクリュ3の根本部分においてはホッパ1にペレット状の樹脂材料が供給されるためにシリンダ温度やメルトプール温度、圧力が低く、固相率は高い。一方、シリンダ3先端部に行くほど、シリンダ温度やメルトプール温度が高まると共に、固相率は低くなり、圧力に関してはシリンダ3の根本部から先端部かけて高まるが、ある計算領域(スクリュ3上のポジション)からは低くなっている。これらは樹脂材料が次第に溶融可塑化されていることを示しており、妥当な解析が行えている。   As shown in FIGS. 10 and 11, since the pellet-shaped resin material is supplied to the hopper 1 at the base portion of the screw 3, the cylinder temperature, the melt pool temperature, and the pressure are low, and the solid phase ratio is high. . On the other hand, the closer to the tip of the cylinder 3, the higher the cylinder temperature and the melt pool temperature, the lower the solid phase ratio, and the pressure increases from the root of the cylinder 3 to the tip. The position is lower. These indicate that the resin material is gradually melt plasticized, and appropriate analysis can be performed.

また、図12および図13に示されるように、可塑化能力の増減に伴い、樹脂温度や固相率が増減している。これは図14及び図15のようにサイクル周期を長くした場合においても再現されている。このように、間欠運転がなされた際の計算領域における樹脂温度や固相率、可塑化能力の時間変化が解析できている。   Further, as shown in FIGS. 12 and 13, the resin temperature and the solid phase ratio increase and decrease with the increase and decrease of the plasticizing ability. This is reproduced even when the cycle period is extended as shown in FIGS. Thus, the time change of the resin temperature, the solid phase ratio, and the plasticizing ability in the calculation region when the intermittent operation is performed can be analyzed.

本実施の形態によれば、スクリュ3が停止状態にある待機時間においても物理量を算出できるため、回転、待機が繰り返されるサイクル動作を再現することができる。具体的には、所定の計量樹脂量が溜まるまでの時間を計量時間とし、1サイクル時間から当該計量時間を差し引いた時間を待機時間としているため、回転、待機が繰り返されるサイクル動作を再現することができる。また、時間変化毎に物理量を算出できるため、ある時間ごとの解析結果が得られ、スクリュの回転、待機を伴う可塑化解析において、あるインプット条件におけるアウトプットの変化を容易に観察することができる効果を奏する。   According to the present embodiment, since the physical quantity can be calculated even in the standby time when the screw 3 is in the stopped state, the cycle operation in which the rotation and the standby are repeated can be reproduced. Specifically, the time until a predetermined amount of resin to accumulate is measured time, and the time obtained by subtracting the measured time from one cycle time is set as the standby time. Therefore, the cycle operation in which rotation and standby are repeated is reproduced. Can do. In addition, since physical quantities can be calculated for each time change, analysis results can be obtained for each time, and changes in output under certain input conditions can be easily observed in plasticization analysis involving screw rotation and standby. There is an effect.

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.

1 スクリュ式射出成形機、3 スクリュ、10 可塑化シミュレーション装置、101 取得部、102 解析部、103 判定部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 screw type injection molding machine, 3 screw, 10 plasticization simulation apparatus, 101 acquisition part, 102 analysis part, 103 determination part.

Claims (5)

スクリュ式の可塑化装置において用いられる材料の樹脂物性と該可塑化装置の運転条件と該可塑化装置の構成データとを使用し、スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて固相率、温度、圧力、可塑化能力のうち少なくともつの物理量を算出する物理量算出処理を行う可塑化シミュレーション装置であって、
スクリュの回転状態における物理量を前記物理量算出処理によって算出する第1物理量算出部と、
前記第1物理量算出部により算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、前記スクリュの停止状態における物理量を算出する第2物理量算出部と
前記第1物理量算出部により算出された物理量に基づいて、前記可塑化装置内部において所定の距離移動する樹脂量を示す押出量を算出する押出量算出部と
を備え
前記第1物理量算出部は、算出された押出量の総量が所定の計量樹脂量に達するまで所定の時間刻み毎に物理量の算出を繰り返し、
前記押出量算出部は、前記第1物理量算出部により前記時間刻み毎に物理量が算出される度に前記押出量の算出を繰り返し、
前記第2物理量算出部は、前記押出量の総量が前記計量樹脂量に達した場合、前記第1物理量算出部により算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、スクリュの停止状態における物理量を算出する可塑化シミュレーション装置。
Using the resin physical properties of the material used in the screw type plasticizing device, the operating conditions of the plasticizing device and the configuration data of the plasticizing device, using the screw characteristic formula, mass conservation formula and energy conservation formula solid fraction, temperature, pressure, a plasticizing simulation apparatus performs a physical quantity calculating process for calculating at least one physical quantity of the plasticizing capacity,
A first physical quantity calculation unit for calculating a physical quantity in a rotating state of the screw by the physical quantity calculation process;
A second physical quantity calculation unit that uses the physical quantity calculated by the first physical quantity calculation unit, and calculates a physical quantity in a stopped state of the screw using the screw characteristic formula, the mass conservation formula and the energy conservation formula ;
An extrusion amount calculation unit that calculates an extrusion amount indicating a resin amount that moves a predetermined distance inside the plasticizing apparatus, based on the physical amount calculated by the first physical amount calculation unit ;
The first physical quantity calculation unit repeats the calculation of the physical quantity at predetermined time intervals until the total amount of the calculated extrusion amount reaches a predetermined measurement resin amount,
The extrusion amount calculation unit repeats the calculation of the extrusion amount every time the physical amount is calculated for each time step by the first physical amount calculation unit,
The second physical quantity calculation unit uses the physical quantity calculated by the first physical quantity calculation unit when the total amount of the extrusion amount reaches the measured resin amount, and uses the screw characteristic formula, mass conservation formula, and energy conservation. using the formula, plasticizing simulator you calculating a physical quantity in a stopped state of the screw.
前記押出量の総量が前記計量樹脂量に達した場合、前記押出量の総量が前記計量樹脂量に達するまでの前記時間刻みの合計値を所定のサイクル時間から減算し、前記スクリュが停止状態を維持すべき時間を示す待機時間を算出する待機時間算出部を更に備え、
前記第2物理量算出部は、前記第1物理量算出部により算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、前記待機時間における物理量の変化を算出する
請求項記載の可塑化シミュレーション装置。
When the total amount of the extrusion amount reaches the metered resin amount, the total value of the time increment until the total amount of the extrusion amount reaches the metered resin amount is subtracted from a predetermined cycle time, and the screw is stopped. A standby time calculation unit for calculating a standby time indicating a time to be maintained;
The second physical quantity calculation unit uses the physical quantity calculated by the first physical quantity calculation unit, and calculates a change in the physical quantity during the waiting time using the screw characteristic formula, the mass conservation formula, and the energy conservation formula. The plasticization simulation apparatus according to claim 1 .
前記第2物理量算出部は、前記第1物理量算出部により算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、前記待機時間において伝熱の計算を行うことにより物理量を算出する
請求項記載の可塑化シミュレーション装置。
The second physical quantity calculation unit uses the physical quantity calculated by the first physical quantity calculation unit, and calculates heat transfer during the standby time using the screw characteristic formula, the mass conservation formula, and the energy conservation formula. The plasticization simulation apparatus according to claim 2, wherein the physical quantity is calculated by performing the calculation.
スクリュ式の可塑化装置において用いられる材料の樹脂物性と該可塑化装置の運転条件と該可塑化装置の構成データとを使用し、スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて固相率、温度、圧力、可塑化能力のうち少なくともつの物理量を算出する物理量算出処理を行う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、
スクリュの回転状態における物理量を前記物理量算出処理によって算出する第1物理量算出ステップと、
前記第1物理量算出ステップにより算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、前記スクリュの停止状態における物理量を算出する第2物理量算出ステップと
前記第1物理量算出ステップにより算出された物理量に基づいて、前記可塑化装置内部において所定の距離移動する樹脂量を示す押出量を算出する押出量算出ステップと
をシミュレーション装置が実行し、
前記第1物理量算出ステップでは、算出された押出量の総量が所定の計量樹脂量に達するまで所定の時間刻み毎に物理量の算出を繰り返し、
前記押出量算出ステップでは、前記第1物理量算出ステップにより前記時間刻み毎に物理量が算出される度に前記押出量の算出を繰り返し、
前記第2物理量算出ステップでは、前記押出量の総量が前記計量樹脂量に達した場合、前記第1物理量算出ステップにより算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、スクリュの停止状態における物理量を算出する可塑化シミュレーション方法。
Using the resin physical properties of the material used in the screw type plasticizing device, the operating conditions of the plasticizing device and the configuration data of the plasticizing device, using the screw characteristic formula, mass conservation formula and energy conservation formula solid fraction, temperature, pressure, a plasticizing simulation method plasticizing simulation device executes to perform a physical quantity calculating process for calculating at least one physical quantity of the plasticizing capacity,
A first physical quantity calculating step of calculating a physical quantity in a rotating state of the screw by the physical quantity calculating process;
A second physical quantity calculating step using the physical quantity calculated in the first physical quantity calculating step , and calculating a physical quantity in a stopped state of the screw using the screw characteristic formula, a mass conservation formula and an energy conservation formula ;
A simulation apparatus executes an extrusion amount calculation step of calculating an extrusion amount indicating a resin amount that moves a predetermined distance inside the plasticizing device based on the physical amount calculated in the first physical amount calculation step ,
In the first physical quantity calculating step, the calculation of the physical quantity is repeated at predetermined time intervals until the total amount of the calculated extrusion amount reaches a predetermined measurement resin amount,
In the extrusion amount calculation step, the calculation of the extrusion amount is repeated each time the physical amount is calculated for each time step by the first physical amount calculation step,
In the second physical quantity calculation step, when the total amount of the extrusion amount reaches the measured resin amount, the physical quantity calculated in the first physical quantity calculation step is used, and the screw characteristic formula, the mass conservation formula, and the energy conservation formula are used. The plasticization simulation method which calculates the physical quantity in the stop state of a screw using the formula .
スクリュ式の可塑化装置において用いられる材料の樹脂物性と該可塑化装置の運転条件と該可塑化装置の構成データとを使用し、スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて固相率、温度、圧力、可塑化能力のうち少なくともつの物理量を算出する物理量算出処理をコンピュータに実行させるための可塑化シミュレーションプログラムであって、
コンピュータを、
スクリュの回転状態における物理量を前記物理量算出処理によって算出する第1物理量算出部と、
前記第1物理量算出部により算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、前記スクリュの停止状態における物理量を算出する第2物理量算出部と、
前記第1物理量算出部により算出された物理量に基づいて、前記可塑化装置内部において所定の距離移動する樹脂量を示す押出量を算出する押出量算出部
として機能させ
前記第1物理量算出部は、算出された押出量の総量が所定の計量樹脂量に達するまで所定の時間刻み毎に物理量の算出を繰り返し、
前記押出量算出部は、前記第1物理量算出部により前記時間刻み毎に物理量が算出される度に前記押出量の算出を繰り返し、
前記第2物理量算出部は、前記押出量の総量が前記計量樹脂量に達した場合、前記第1物理量算出部により算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、スクリュの停止状態における物理量を算出する可塑化シミュレーションプログラム。
Using the resin physical properties of the material used in the screw type plasticizing device, the operating conditions of the plasticizing device and the configuration data of the plasticizing device, using the screw characteristic formula, mass conservation formula and energy conservation formula solid fraction, temperature, pressure, a plasticizing simulation program for executing a physical quantity calculating process for calculating at least one physical quantity of the plasticizing capacity in the computer,
Computer
A first physical quantity calculation unit for calculating a physical quantity in a rotating state of the screw by the physical quantity calculation process;
A second physical quantity calculation unit that uses the physical quantity calculated by the first physical quantity calculation unit, and calculates a physical quantity in a stopped state of the screw using the screw characteristic formula, the mass conservation formula and the energy conservation formula ;
Based on the physical quantity calculated by the first physical quantity calculation unit , function as an extrusion amount calculation unit that calculates an extrusion amount indicating a resin amount that moves a predetermined distance inside the plasticizing apparatus ,
The first physical quantity calculation unit repeats the calculation of the physical quantity at predetermined time intervals until the total amount of the calculated extrusion amount reaches a predetermined measurement resin amount,
The extrusion amount calculation unit repeats the calculation of the extrusion amount every time the physical amount is calculated for each time step by the first physical amount calculation unit,
The second physical quantity calculation unit uses the physical quantity calculated by the first physical quantity calculation unit when the total amount of the extrusion amount reaches the measured resin amount, and uses the screw characteristic formula, mass conservation formula, and energy conservation. The plasticization simulation program which calculates the physical quantity in the stop state of a screw using the formula of .
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