JPH01141020A - 溶融材料の金型成形における流動解析の評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、樹脂等の溶融材料を金型成形するに際し、
高品質の成形品を１７６だめの溶融材料の最適成形条件
を評価判定Ｊ“る方法に係り、特に所要の溶融材料によ
る充填速度の時間的変化の状態を表示して充填速度の適
否　−を判定並びに評価する方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、樹脂材料による射出成形において金型内の樹脂流
動解析（シミュレーション）を行う場合、第４図に示す
ように、成形品の形状モデルを微小要素に分割して、有
限要素法、境界要素法、差分法、ＦＡＮ法等の数値解析
法を用いて、流体の運動方程式、連続の式およびエネル
ギーの式などを演０する方法が一般に利用されている。

このような金型内での樹脂流動解析方法では、使用Ｊる
樹脂の選択と、成形機の運転条件として樹脂温度、金型
温度、充填速度を入力して演いすることにより、樹脂の
充填の進行状況（時間）を示す充填パ、ターン（第５図
参照）等がそれぞれ所要の計算によって求められる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前述した従来の樹脂流動解析方法では、
入力条件が適正であったかどうか、ざらにもつと適正な
入力条件はないのか、あるいは幾つかの入力条件のうち
どの条件が最良か等を判定する手段が知られてｊ３らず
、従って演算結果の適否の判定は解析結果と実際の成形
との対比を繰返すことにより得られた経験的ノウハウに
頼らざるを得なかった。

このように、従来の金型内での樹脂流動解析方法は、使
用覆る樹脂に対して経験的に４ｑられている樹脂温度、
金型温度、充填速度等を入力して、成形品の形状（製品
肉厚、グーｉ・の位置や個数、ランチの寸法等）の適否
を判定することを主な目的どして使用され、成形条件の
適否の評価については試みられていない。

しかるに、このような金型内での樹脂流動解析方法は、
樹脂成形品の設計が完成した段階で、金型を製作する前
にプログラム上での演算により成形の可否、難易を判定
し、その成形品を生産するために要求される条件を求め
ることを目的とする１）のであり、金型形状に関する適
否（製品肉厚、グー１〜の位置や周数、ゲートやランナ
司法等）を判定するだけでなく、適正成形条件絶間や最
適成形条件の算出を行い、最終的には成形機の運転条件
を全て決定することが望まれている。

従って、本発明の目的は、所要の成形金型に対する溶融
材料の流動解析のため、従来の金型充填パターンの等時
間線図と成形品形状モデルの要素分割表示図とを組合せ
で金型に充填される溶融材料の充填流れ線図を作成し、
この充填流れ線図に沿った各等時間線間の距離から各充
填速度を求めることによって、充填中の速度の変動状態
を表示して充填速度入力の適否を評価判定する溶融材料
の金型成形における流動解析の評価方法を提供するにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る溶融材料の金型成形における流動解析の評
価方法は、 成形品形状モデルを微小要素に分割し、有限要素法、境
界要素法、差分法、ＦＡＮ法等を含む数値解析法を使用
して金型内の溶融＋Ａ料の流動解析を行うシステムにお
いて、金型内への溶融材料の充填工程にお番プる仝所要
時間を任意の数に分割し、各時間における充填進行状況
を等時間線図として表わし、分割された微小要素の任意
の要素内に任意の点を選択設定し、この設定点より対応
する要素の等時間線に対する法線を引いて当該法線と隣
接する各要素の境界線との交点をそれぞれ求め、 次いでこれら交点を含む隣接要素に対してそれぞれ対応
する等時間線に対する法線を引いてこれら法線と隣接す
る他の要素間の境界線との交点を求める操作を順次繰返
し、前記各要素の境界線上に設定された前記各法線との
交点をそれぞれ結ぶ線によって充１眞流れ線図を作成し
、 さらに前記充填流れ線図のそれぞれ隣接する等時間線で
区切られた長さを求めると共に各充填速度を演算し、 これらの充填速度の全充填時間に亘る変動状態をディス
プレイ装置にグラフィック表示して適正な充填を行うた
めの充填速度の評価判定を行うことを特徴とする。

前記の流動解析の評価方法において、前記法線と隣接す
る各要素の境界線との交点を求めた後、次に充填流れ線
を作図すべき要素の等時間線と前記境界線のなり角度が
鋭角である場合は、前記境界線を共有する２つの要素に
対し、それぞれ等時間線に対する法線を引き、２つの法
線の２等分線が隣接する他の要素との境界線と交わる点
を求めて充填流れ線図を作成覆ることを特徴とする。

前記の流動解析の評価方法において、前記充１眞流れ線
図と同一の充填時間軸により、充填速度の設定入力プロ
ファイルを同時に表示すれば好適である。

また、前記充填流れ線図と同一の充填時間軸により、充
填流れ線図に沿った全要素の肉厚変化状態を同時に表示
すれば好適である。

さらに、前記充填流れ線図と同一の充填時間軸により、
充填流れ線図に沿つｌこ全要素の固定側および移動側金
型設定温度を同時に表示すれば好適である。

〔作用〕

本発明に係る溶融材料の金型成形における流動解析の評
価方法によれば、金型内への溶融材料の充填進行状況を
表わす等時間線図と成形品形状モデルの要素分割表示図
とを組合せ、隣接する各要素の境界線とこれに対応する
等時間線に対する法線どの交点を順次求めて充填流れ線
図を作成することによって、前記等時間線図に対し一定
の基準線を表わづことができ、この充填流れ線図に沿っ
た各等時間線間の距離から各充填速度を求めて、これら
を全充填時間に亘る各充填速度の変動状態として表示す
ることにより、適正な充填を行うための充填速度の評価
判定を容易に行うことができる。従って、この場合、隣
接づる等時間線間の各充填速度の変動状態から高速度で
あれば低速となるように、また低速度であれば高速とな
るように、それぞれ充填速度の設定入力プロファイルを
決定することができ、これにより適正な均等充填を達成
することができる。

〔実施例〕

次に、本発明に係る溶融材料の金型成形における流！Ｆ
ＪＪ解析の評価方法の実施例につき、添付図面を参照し
ながら以下詳細に説明する。

本発明において、所定の成形品の形状モデルについて金
型内の樹脂流動解析を行う手順は、従来のシミュレーシ
ョン法と同じである。

ずなわら、第４図に示すように、金型内の樹脂流動解析
を行うため、成形品の形状モデルの要素分割を行い（図
示例では三角形要素を用いているが、四角形要素を用い
る場合もある）、有限要素法を適用する。この成形品の
形状モデルに対し、ゲートの位置と個数を設定し、必要
に応じてランナを設けることにより流動解析のための金
型側形状の設定を完了する。ここで、使用する樹脂を選
定して樹脂物性データを入力した後、樹脂温度、金型温
度、充填速度等の入力条件を入力して、金型に充填され
る樹脂の進行状況を示１充填パターンすなわち等時間線
図（第５図参照）の解析に移行する。ここまでの手順は
、従来の金Ｗ（内の樹脂流動解析と同様である。

そこで、本実施例においては、前述した第４図に示す成
形品形状■デルの要素分割表示図と、第５図に示り′充
填パターンとしての等時間線図とを重ね合けることによ
り、第３図に示すような充填パターン図を得ることがで
きる。第３図において、特１′／ｌ線ｔ　　’□　ｔ　
１９は充填の順序を示す等時間線図を表わしている。

従って、これら各等時間線ｔ　　’□　ｔ　１９の間隔
が均等であれば、全体的に充填速度が変動少なく金型へ
樹脂の充填を行うことができる。

この充填時間の変動を数値で表示するには、隣接する２
つの等時間線間の距離を求めることにより達成すること
ができる。

前述した第３図に旦づき、本発明においては、まず、成
形品形状モデルの分割された要素の中から任意の要素Ｅ
。を選択し、この要素Ｅ。内に任意の点Ｏを設定する。

この設定点Ｏを通り、この要素Ｅ。と対応する等時間線
ｔ１９に対する法線１１を引き、当該法線Ｒ１が前記要
素Ｅ　と隣接する要素Ｆｎ−１゜Ｅ　　との境界線と交
差覆る交点Δ、Ｂを求ｎ＋１ める。次に、前記交点Ｂを起点として要素Ｅ　　に対し
、等時間線ｔ１９に対する法線ｎ÷１ １１を引き、当該法線ａ１が隣接する要素Ｅ　　と、要
素Ｅ　　Ｓ隣接する他の要素ｎ÷１０＋１ Ｅ　　との境界線と交差する交点Ｃを求める。

ｎ＋２ また、前記交点へを起点どして要素Ｅ　　に対し、等時
間線１１８に対する＞ｋ　ｔｌＡ　Ｒ１を引き、当該法
線ｌ　が隣接する要素［と、要素ｎ−１ Ｅ　　が隣接する他の要素Ｅ　　との境界線ｎ−Ｉ　　
　　　　　　　　　　ｎ−２と交差する交点りを求める
。以下、同様にしで隣接する要素と対応する等時間線に
対応する等時間線に対Ｊ゛る法線を引き、それぞれ要素
間の境界線上の交点Ｆ、Ｆ、Ｇ、Ｈ，Ｉ。

Ｊ、Ｋを順次水めることができる。

しかるに、本実施例において、隣接する要素Ｅ　とＥ　
　との境界線上に求められた交ｋ　　　ｋ−１ 点Ｋを起点として、これに対応する等時間線ｔ　に対す
る法線を引く場合、要素Ｅ　　の１１　　　　　　　　
　　　　　　　　ｋ−１等時間線ｔ　に対する法線は２
１となり、法線が要素Ｅ　　内に引けなくなる。このよ
うに−１ な場合には、点Ｋにり前記法線１１ど、要素Ｅｋの等時
間線ｔ１１の法ＶＡｊ！　２をそれぞれ引くと共にこれ
ら法線間の２等分’ｆＡＲ”　　を引いて、この２等分
線２′１といヂれかの隣接する要素との境界線と交差す
る交点りを求めるようにする。なお、このような手順を
とることが必要となるのは、前述した交点にのように、
作図しようとする隣接要素に対応する等時間線が境界線
に対し９０°未満の角度で交差している場合である。す
なわら、この場合は、点Ｋを起点とする法線がそれぞれ
隣接する一方の要素側の等時間線を基準どした際、それ
ぞれ他方の要素内に引かれる２木の法線が成立すること
になるので、これらの法線の２等分線により平均化する
のである。

以下、前述した手順に従って、隣接する要素の境界線に
設定される交点（Ｐ　　−Ｐ、２６）をそれぞれ直線で
接続していくことにより、第１図に示すような連続する
１本の充填流れ線図を画くことができる。なお、９はゲ
ート位防を示す。

さらに、このようにして得られた充填流れ線図が等時間
線によって区切られた長さ′を求め、これらを等時間線
の間隔を設定した時間で割筒すると、それぞれ充填速度
Ｖ　を求めることができる。

また、それぞれの充填速度は、充ｌ眞流れ線と各等時間
線１　−１　　との交点Ａ１゜Ａ　・・・Ａ１９を求め
（第１図参照）、そしてこれらの交点Ａ　とＡ　　、Ａ
　　とＡ　・・・Ａ　と△１９の距離をイれぞれ求める
ことによって演惇することができる。このようにして、
第１図に示す充填流れ線図のｔ　〜ｔ１９までの各充填
速度Ｖ　〜■１９を求めることができる。

この時の充填速度の設定入力プロファイルはＶ　であり
、Ｖ工に対する各等時間線間の充■ 填速度ｖ　〜■１９の変動状態を示せば、第２図に示す
ようになる。

第２図から明らかなように、本実施例によれば、全充填
工程を■■で示す一定速度の設定入力により充填した場
合における速！」１の変動状態を示したものであり、等
時間分割点９〜１７の間において実充填速度が低下して
いることが示されている。従って、第２図に示す特性線
図から、第２図に破線で示すように、特に前記等時間分
割点９へ・１７の間の充填速度を増大させるようプログ
ラムした充ＩＩ！を速度特性Ｖｎとすることにより、均
等な充填を行うことが可能となる。

従って、本発明によれば、第２図に示す特性線図を液晶
、ＣＲＴ、プラズマ、Ｅ　１．、−などのディスプレイ
装置にグラフィック表示することにより、全平均充填速
度ＶＩに対する各等時間線毎の変動状態を容易に評価判
定することができると共に、これに基づいて均等充填を
行うための適正なプログラム充填速度Ｖｍの設定を簡便
に実現することができる。

なお、第２図に示す特性線図においては、充填中の速度
に対して充填速度の設定人力プロファイルＶＴＩを同時
に表示する場合を示したが、その他充填流れ線の通過す
る各分割された要素（第１図にハツチングで示す一連の
要素領域）に対して、肉厚の変動を表わす肉厚変化状態
や固定側おｊ；び移りｊ側合型温度の設定状態を同時に
表示することが可能であり、これにより成形のための設
定内容の適否をより詳細に判定づることができる。

〔発明の効果〕

前述した実施例から明らかなように、本発明によれば、
所要の形状モデルからなる金型内へ溶融樹脂を充填する
場合の流動解析に際し、その充填パターンを丞り゛等時
間線図と成形品形状モデルの要素分割表示図とに基づい
て求めた充１眞流れ線図によって隣接りる等時間線間の
充填速度を求めると共に全充填時間に亘る充填速度の変
動状態を求めることができ、これにより充填パターンの
適否を容易に評価判定することができる。ぞして、この
ような隣接する等時間線間の充填速度の変動状態に７．
；づいて、均等充填を行うｌこめの適正なプログラム充
填速度の設定も可能となる。

従って、本発明によれば、成形品形状モデルに関する樹
脂の流動解析に際し、高品質の成形品を得るための成形
条件を簡単なグラフィック表示で容易に判定することが
できると共に、この判定結宋に基づいて各種の）６正な
成形条件の選択を行うことができ、溶融樹脂の金型成形
プログラムの作成に資Ｊる効果は極めて大きい。

なお、前述した実施例においては、溶融樹脂の金型成形
における流動解析の評価方法について説明したが、本発
明はこの実施例に限定されることなく、樹脂以外の溶融
材料の金型成形、例えばダイカストマシンへの応用も可
能であり、その池水発明の精神を逸脱しない範囲内にお
いて種々の設計変更をなし得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る溶融材料の金ｚｌ成形における流
動解析の評価方法を実１ｍす°る金型の要素分割とその
充填パターンとしての等時間線との関係並びに充１を流
れ線およびこれと対応覆る分割された要素の一連の領域
を示寸グラフィック表示図、第２図は本発明方法を実施
づる充填速度の特性線図、第３図は第１図に承り充填流
れ線の解析方法を示すグラフィック表示図、第４図は成
形品の形状モデルを２次元の微小要素に分割した状態の
グラフィック表示図、第５図は第４図に示１形状モデル
における充填パターンの等時間線図である。 １　−１１９・・・等時間線 １１．１ｔ２・・・法線 β−１・・・２等分線 Ｏ・・・任意の要素内における設定点 Ａ〜Ｌ（Ｐ　　−Ｐ２６）・・・隣接する要素の境Ｗ線
と対応する等時間 線に対する法線との 交点 Ｅ、Ｅ、・・・分割された要素 グ・・・ゲート位首 Ａ−Ａ１９・・・充頑流れ線と各等時間線との交点 ■１〜■１９・・・各等時間線間の平均充填法１臭Ｖ■
・・・全充填時間に■る平均充填速度■■・・・均等充
填を行うためのプ［１グラム充填速度 手続補正書（旗） 昭和６３年　３月２３日

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）成形品形状モデルを微小要素に分割し、有限要素
   法、境界要素法、差分法、ＦＡＮ法等を含む数値解析法
   を使用して金型内の溶融材料の流動解析を行うシステム
   において、 金型内への溶融材料の充填工程における全 所要時間を任意の数に分割し、各時間における充填進行
   状況を等時間線図として表わし、分割された微小要素の
   任意の要素内に任意 の点を選択設定し、この設定点より対応する要素の等時
   間線に対する法線を引いて当該法線と隣接する各要素の
   境界線との交点をそれぞれ求め、 次いでこれら交点を含む隣接要素に対して それぞれ対応する等時間線に対する法線を引いてこれら
   法線と隣接する他の要素間の境界線との交点を求める操
   作を順次繰返し、 前記各要素の境界線上に設定された前記各 法線との交点をそれぞれ結ぶ線によって充填流れ線図を
   作成し、 さらに前記充填流れ線図のそれぞれ隣接す る等時間線で区切られた長さを求めると共に各充填速度
   を演算し、 これらの充填速度の全充填時間に亘る変動 状態をディスプレイ装置にグラフィック表示して適正な
   充填を行うための充填速度の評価判定を行うことを特徴
   とする溶融材料の金型成形における流動解析の評価方法
   。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の溶融材料の金型成形
   における流動解析の評価方法において、前記各充填速度
   の演算を、前記充填流れ線 と各等時間線との交点を求め、隣接する等時間線上の交
   点を結ぶ直線距離によることを特徴とする溶融材料の金
   型成形における流動解析の評価方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載の溶融材料の金型成形
   における流動解析の評価方法において、前記法線と隣接
   する各要素の境界線との交 点を求めた後、次に充填流れ線を作図すべき要素の等時
   間線と前記境界線のなす角度が鋭角である場合は、前記
   境界線を共有する２つの要素に対し、それぞれ等時間線
   に対する法線を引き、２つの法線の２等分線が隣接する
   他の要素との境界線と交わる点を求めることを特徴とす
   る溶融材料の金型成形における流動解析の評価方法。
4. （４）特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記
   載の溶融材料の金型成形における流動解析の評価方法に
   おいて、 前記充填流れ線図と同一の充填時間軸によ り、充填速度の設定入力プロファイルを同時に表示して
   なる溶融材料の金型成形における流動解析の評価方法。
5. （５）特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記
   載の溶融材料の金型成形における流動解析の評価方法に
   おいて、 前記充填流れ線図と同一の充填時間軸によ り、充填流れ線図に沿った全要素の肉厚変化状態を同時
   に表示してなる溶融材料の金型成形における流動解析の
   評価方法。
6. （６）特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記
   載の溶融材料の金型成形における流動解析の評価方法に
   おいて、 前記充填流れ線図と同一の充填時間軸によ り、充填流れ線図に沿った全要素の固定側および移動側
   金型設定温度を同時に表示してなる溶融材料の金型成形
   における流動解析の評価方法。