JPH02258229A - 成形プロセスシミュレーション方法およびその装置 - 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］ 本発明は、成形プロセスシミュレーション方法およびそ
の装置に係り１例えば、熱可塑性樹脂を用いる成形品設
計あるいは成形金型設計用のＣＡＤシステムに用いられ
、特に、射出成形品の反り。

成形収縮など形状歪を算定して成形品形状、金型構造、
成形条件の適、不適を評価するのに好適な成形プロセス
シミュレーション方法およびその装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 成形材料に熱可塑性樹脂を用いる射出成形金型設計用の
ＣＡＤシステムの代表的な従来技術としては、モールド
フロー、プラスチック、３２巻（１９８１）、Ｐ５１記
載のもの（以下ＭＯＬＤＦＬＯＷという）と、モールド
　クーリング　アナリシス　プログラム、　Ｍｏ１ｄ　
Ｃｏｏｌｉｎｇ　ＡｎａｌｙｓｉｓＰｒｏｇｒａ鳳（以
下ＭＣＡＰという）とが知られている。

ＭＯＬＤ　　ＦＬＯＷは、注入、保圧、冷却、離型の各
段階からなる射出成形過程の注入段階の樹脂流動解析を
行うもので、流動バランスを達成するため、あるいは成
形品の不都合箇所にウェルドラインが生じるのを避ける
ためのランナー、ゲート条件を見出すのに有用である。

また、流動不足やパリ発生をさけるための成形品形状（
大きさ。

形状、厚さなど）あるいは成形条件（樹脂温度。

金型温度、射出時間、射出圧力、型締力など）を見出す
のに有用である。

ＭＣＡＰは、射出成形過程の冷却段階の熱伝導解析を行
うもので、固定型と可動型の熱流バランスを達成したり
、成形サイクルを短縮するための冷却孔の配置や形状を
見出したり、冷媒温度、流量を見出すのに有用である。

［発明が解決しようとする課１Ｍ］ 上記従来技術ＭＯＬＤ　　ＦＬＯＷは、流動性の評価を
主として行うものであり、またはＭＣＡＰは、熱伝導の
評価のみ行うものであるため、成形品の性能として最も
重視されることの多い形状精度に直接関係する反り、成
形収縮不均一など形状歪に関する評価はほとんど行うこ
とができなかった。

また、射出成形品の形状歪解析に関する先行技術として
、マイケル・ジャッキース冨射出成形平板品のアンバラ
ンス冷却による反り変形解析；プラスチック−・エンジ
ニャ曹ノング・サイエンス、２２巻４号（１９８２年）
、第２４１頁から第２４７頁（Ｍｉｃｈａｅｌ　ＳＴ、
Ｊａｃｑｕｅｓ、”Ａｍ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｔ
ｈｅｒｍａｌ　　Ｉｌａｒｐａｇｅ　　ｉｎ　　Ｉｎｊ
ｅｃｔｉｏｎ　　Ｍｏ１ｄｅｄ　　Ｆｌａｔ　　Ｐａｒ
ｔｓ　　ｎｕｅ　　ｔｏ　　Ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ　　
Ｃｏｏｌｉｎｇ”、Ｐｏｌｙｍｅｒ　　Ｅｎｇｉｎｅｅ
ｒｉｎｇＡｎｄ　５ｃｉｅｎｃｅ、Ｍａｒｃｈ、Ｖｏ１
２２．Ｎｏ、４（１９８２）、Ｐ２４１−２４７がある
。

この論文の中では、反り変形の解析方法が示されている
が、対象としている形状は−様な厚板であり１反り変形
を、厚さ中心がガラス転移温度になった時点の温度分布
とその時点の樹脂の平均温度の差とから計算するような
成形収縮の解析方法は開示されていない。

また、複雑な形状の成形品の反りの計算方法が開示され
ていなかった。

成形品の実際の変形を問題にする場合は、成形中の温度
分布と室温の差を用いて解析する必要がある。何故なら
、成形中の温度分布と樹脂の平均温度から変形を計算す
る限り、成形収縮を解析することはできず、また反りに
ついても成形品の品質を解析することはできない。

以上のように、従来の成形品の反り解析の方法では、複
雑な形状品の反りや成形収縮が解析できず、現実の品質
を解析できないという問題があった。

また、近年、レンズ、光ディスク、キャリッジなどの部
品をプラスチック化する要求が強まっているが、これら
の部品は０．１〜数十μｍの形状精度を必要とする高精
度部品である。上記の部品を始め高精度部品をプラスチ
ック化する際、成形プロセスに伴う反り、成形収縮の不
均一などの形状歪が常に大きな障害になっており１反り
、成形収縮の不均一を算定し、成形品形状、金型構造、
成形条件、成形材料等の適、不適を評価するシミュレー
ションシステムの必要性が高まっている。

しかし、プラスチックの成形プロセスは、高温に加熱溶
融した樹脂を金型のキャビティに高圧で充填、賦形、冷
却、固化するプロセスであるため、流動と冷却とが連成
し相変化を伴う複雑なプロセスである。このため、従来
一般には、成形プロセスに伴う反りや成形収縮の不均一
の発生メカニズムはブラックボックスとされ、高精度部
品を含めプラスチック成形品の形状精度に関する製造条
件の設定は、経験と勘とで金型を製作し試行錯誤の繰返
しで決定しており、高精度部品はど開発、設計に要する
期間および費用が増大する問題があった。

本発明は、上記従来技術における課題を解決するために
なされたもので、成形プロセスに伴う反り、成形収縮不
均一などの成形品の形状歪を算定し、成形品形状、金型
構造、成形条件、成形材料等が形状歪に与える影響を、
金型製作に先立って評価し、適正条件を選定して、成形
品の開発、設計に要する期間および費用を減少しうる成
形プロセスシミュレーション方法およびその装置を提供
することを、その目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明に係る成形プロセス
シミュレーシミン方法の最も基本的構成は、金型構造、
成形条件、成形材料等を評価する成形プロセスシミュレ
ーションにおいて、少なくとも、成形プロセス中の成形
材料の温度変化を算出し、その成形材料の温度変化から
、成形材料の溶融相のつながりが断たれる時点を算出し
、その溶融相のつながりが断たれる時点における成形品
の温度分布を用いて熱応力歪を算出し、この熱応力歪に
係る変位から、反り、成形収縮不均一など成形品の形状
歪を算定することである。

また、本発明に係る成形プロセスシミュレーション装置
の最も基本的構成は、金型構造、成形条件。

成形材料等を評価する成形プロセスシミュレーションに
おいて、少なくとも、成形プロセス中の成形材料の温度
変化を算出する第１の手段と、この第１の手段から算出
された成形材料の温度変化から、成形材料の溶融相のつ
ながりが断たれる時点を算出する第２の手段と、前記第
１の手段および第２の手段から得られる成形材料の溶融
相のつながりが断たれる時点の成形品の温度分布を用い
て熱応力歪を算出する第３の手段とを備え、第３の手段
から算出される変位から反り、成形収縮不均一など成形
品の形状歪を算定するものである。

［作用］ 上記技術的手段による働きと本発明における解析方法に
ついて、次に説明する。

熱可塑性樹脂は、高温のときは流動性のある溶融状態で
あるが、温度がさがると流動性を失って固相状態になる
。

熱可塑性樹脂の流動する溶融状態から流動性を失う固相
状態への転移温度を表わすものとして流動停止温度があ
る０例えば、アクリル樹脂の流動停止温度は約１７０℃
であり、ポリカーボ樹脂の流動停止温度は約１９０℃で
ある。

さて、射出成形過程には、高温で溶融状態の樹脂を金型
のキャビティ中に注入したのち、射出圧力を保持し続け
る保圧段階がある。

射出成形の保圧段階は、冷却と同時に平行して行われる
ものであり、ランナー、ゲート、キャビティなど金型の
流路内における樹脂内部の高温溶融相のつながりを流路
として、キャビティ内の成形材料の冷却に伴う体積収縮
を防止するための操作である。冷却による温度低下が生
じていても、樹脂が補給される限り、成形品に成形収縮
が生じることはない。

それ故、樹脂が補給されながら冷却されている射出成形
の保圧段階にある金型内の成形品は、解析を行う数理物
理モデル上の扱いとしては、線膨張率ゼロで冷却されて
いるという表現が許される。

熱可塑性樹脂を成形材料に用いる射出成形では冷却が進
み、やがて、樹脂内部の溶融相のつながりが断たれ、そ
のため冷却に伴う成績収縮を補う樹脂の補給がとだえる
時点が必ずある。樹脂の補給がとだえると、とだえた箇
所から下流ではその時点から質量一定の条件下で冷却さ
れるので冷却収縮、すなわち成形収縮を開始する。

本発明では、成形プロセスを対象に成形材料の温度変化
を算出する第１の手段で温度解析し、その結果を用い成
形材料の溶融相断絶時点を算出する第２の手段で、成形
品各部と上流金型の入口に至る流路間の内部最高温度が
樹脂の流動停止温度に達しているか否かを判断すること
で、成形品各部の樹脂溶融相のつながりが断たれる時点
を特定し、樹脂の補給がとだえ、成形収縮が開始される
時点を特定する。成形材料の溶融相のつながりが断たれ
る時点を算出する第２の手段で得た成形収縮が始まる時
点の、樹脂温度分布を成形材料の温度変化を算出する第
１の手段の算出結果から求め。

その時点の成形品の温度分布と成形品が一様に室温にな
る間の温度差を熱荷重条件として熱応力歪解析し、成形
収縮開始時点における成形品各部の温度不均一から生じ
る反りや成形収縮不均一などの形状歪を算出する。

次に、第２図を参照して本発明の詳細な説明する。

第２図は、射出成形プロセスの模式図であり、（１）は
注入、（２）は保全、（３）は冷却、（４）は離型の段
階を示している０図中の矢印は圧力の方向または樹脂の
流動方向を示す、また、溶融相Ａ、Ａ’　と固化相Ｂと
の境が流動停止温度の等混線である。

第２図（１）には、金型のキャビティにゲートＣから樹
脂を注入する注入段階を示す６次いで第２図（２）に示
す保圧段階では、樹脂内部の高温の溶融相ＡがゲートＣ
における溶融相Ａ′とつながっている限り、ゲートＣに
おける保圧力により溶融相Ａ、Ａ’内で矢印方向に樹脂
の冷却収縮を補償するための微少な樹脂流動が生じ、冷
却に伴う樹脂の体積収縮は溶融相Ａ、Ａ’のつながりを
流路として樹脂補給される。

冷却が進むと固化相Ｂが発達し、第２図（２）のａ部が
示すように溶融相のつながりが断たれる。

そうすると樹脂補給が断たれ、その時点以後、樹脂補給
を断たれた箇所から下流すなわちａ部では質量一定の条
件下で冷却され、成形収縮を開始する。

したがって、ゲートＣが設けられている個所の厚さより
薄く、内部が先に冷却固化するａ部では、ａ部の内部の
最高温度が流動停止温度に達する時点まで、またゲート
Ｃが設けられている個所より厚く、内部が遅れて冷却固
化するｂの部分ではゲートＣが設けである個所の内部最
高温度が流動停止温度に達する時点まで、温度低下にも
関わらず成形収縮することがない、補給が断たれる時点
以後の冷却では、樹脂補給が断たれた個所より下流では
質量一定の条件下で冷却され、それゆえ成形収縮が始ま
る。

材料は、一般に冷却もしくは加熱されると材料固有の線
膨張率に従って冷却収縮もしくは加熱膨張し、初期温度
との差に応じて変形する。温度変化に伴う変形あるいは
応力を解析するのが熱応力解析である。熱応力解析の立
場から前記射出成形プロセスを整理すると次のように言
うことができる。

射出成形プロセス中の注入段階や保圧段階にある金型内
の成形品は、冷却に伴う変形を生じることなく、したが
って線膨張率ゼロで温度低下し、保圧段階ののち、すな
わち成形品各部の内部溶融相と樹脂補給を供給する上流
金型の入口との溶融相のつながりが断たれる時点以後、
樹脂補給を断たれた下流では樹脂固有の線膨張率で冷却
に伴う変形すなわち成形収縮を生じ、室温が一様になる
まで温度低下すると言える。成形収縮は、室温が一様に
なった時点で完了し、成形品各部の成形収縮開始時点の
温度不均一に応じて変形を生じる。

温度低下に伴う変形は、熱応力歪関係の法則に支配され
る現象であり、熱応力と歪との関係を表わす応カー歪の
式、歪と変位の関係を表わす歪−変位の式、力のつり合
いを表わす力のつり合いの式から成る熱応力歪方程式に
よって解析できる現象である。それゆえ、射出成形品の
反り、成形収縮不均一などの形状歪は、成形プロセス中
の成形収縮開始時点の温度不均一のときと室温−様にな
る間との温度差に起因する変形であり、したがって、熱
応力歪方程式によって解析できる。

［実施例］ 以下、本発明の各実施例を第１図ないし第１１図を参照
して説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る成形プロセスシミュ
レーション系の構成を示すブロック図、第３図は、注入
段階の流動解析装置の処理を示すフローチャート、第４
図は、保圧段階の流動解析装置の処理を示すフローチャ
ート、第５図は、樹脂の圧力、比容積、温度の関係を示
す線図、第６図は、熱応力歪解析装置の処理を示すフロ
ーチャートである。

第１図において、１は入力装置であり、入力装置１は、
金型や成形品の形状を表現する節点座標。

節点番号、要素番号等の形状データと、金型の入口の樹
脂流速や金型温度など境界条件、初期樹脂温度、剪断速
度と温度との関係からなる粘度データ、熱伝導率や比熱
などの注入流動解析用入力データと、境界条件として必
要な金型入口圧力、圧力と温度との関数として与えれる
樹脂の比容積など保圧流動解析用入力データと、拘束条
件、ヤング率、線膨張率、ポアソン比等からなる熱応力
歪解析用入力データとを作成し、入力データ記憶装置２
に送る。

なお、金型温度、初期樹脂温度、熱伝導率、比熱は温度
解析用入力データとしても用いられる。

３は、射出成形の注入段階における樹脂の流速。

温度、圧力等の変化を解く注入流動解析装置であり、入
力データ記憶装置２内の形状データおよび前記の注入流
動解析用入力データを用いて、注入開始から樹脂がキャ
ビティに充満するまでの間の成形材料の温度や圧力変化
等を算出し、算出結果を注入流動記憶袋Ｗ１４に出力す
る。

注入流動解析装置３における注入流動計算のフローチャ
ートを第３図に示す、以下、フローの説明では、各ステ
ップの符号を、文中に（）書きして示し、図との参照の
便をはかる。

まず、形状、初期温度、境界条件９時間ステップ、物性
データなど、入力データ記憶装置２内に記憶されている
注入流動解析用入力データを与え（ステップ　ア）１時
間ステップを１ステツプ進める（ステップ　イ）、当ス
テップの初期温度。

初期流速（または前ステップの計算結果の温度。

流速）に対応した粘度値を、粘度データの温度−剪断速
度関数から計算して与える（ステップ　ウ）、次いで、
粘性流体の運動方程式を有限要素法で離散化することで
得られる連立−次方程式のマトリックスの各項を決定し
くステップ　エ）、連立−次方程式を解き（ステップ　
オ）、流速、圧力が算出される０次いで、エネルギ一方
程式を有限要素法で離散化することで得られる連立−次
方程式のマトリックスの各項を決定しくステップ　力）
、連立−次方程式を解く（ステップ　キ）、ステップ（
力）では、ステップ（オ）で得た流速が用いられ、ステ
ップ（キ）で温度が算出される。ステップ（オ、キ）で
得られた流速、圧力、温度が、前ステップの解と比較さ
れ（ステップ　り）、解が十分収束していないときはス
テップ（つ）に戻され、再びステップ（つ〜り）が実行
される。解が十分収束したとき、ステップ（ケ）に行き
、キャビティ内の全てに樹脂が注入されたか否か判断さ
れ（ステップ　ヶ）、注入終了前であればステップ（イ
）に行き１時間ステップを前進したのち再びステップ（
イ〜ケ）の処理が実行される。

ステップ（ケ）でキャビティ内の全てに樹脂が注入され
たと判断されたとき、注入段階の流動解析は終了し、注
入段階の各時間ステップの流速。

圧力、温度に関する収束値が注入流動記憶装置４に出力
される。（第１図の説明に戻る。）次に、保圧流動解析
装置ｉ５では、入力データ記憶装置２内に記憶されてい
る保圧流動解析用入力データと、注入流動記憶装置４内
の注入段階終了時点の流速、圧力、温度を初期値として
用い、注入終了時点からゲート内の最高温度が流動停止
温度になるゲートシール時点までの、射出成形の保圧段
階における樹脂の流速、温度、圧力等の変化を解き、算
出結果を保圧流動記憶袋！！６に出力する。

なお、注入流動解析装置３では樹脂を非圧縮性扱いで解
いたが、保圧流動解析装置５では圧力。

比容積、温度データを用い樹脂を圧縮性扱いで解く。

低圧流動計算装置！５における保圧流動計算のフローチ
ャートを第４図に示す。

まず、入力データ記憶装置２内の形状データや圧力、比
容積、温度データ等と、注入流動記憶装置４内の注入段
階終了時点の流速、圧力、温度を初期値とする入力デー
タを与え（ステップ　コ）、時間ステップを１ステツプ
進める（ステップ　サ）、当ステップの初期温度、初期
圧力（または前ステップの計算結果の温度、圧力）に対
応した密度（比容積の逆数）の値を、圧力、比容積、温
度データが示す関数から計算して与える（ステツブシ）
０次いで、当ステップの初期温度、初期流速（または前
ステップの計算結果の温度、流速）に対応した粘度値を
、粘度データの温度−剪断速度関数から計算して与える
（ステップ　ス）。

次いで、粘性流体の運動方程式を有限要素法で離散化す
ることで得られる連立−次方程式のマトリックスの各項
を決定しくステップ　セ）、連立−次方程式を解き（ス
テップ　ソ）、流速、圧力が算出される６次いで、エネ
ルギ一方程式を有限要素法で離散化することで得られる
連立−次方程式のマトリックスの各項を決定しくステッ
プ　タ）、連立−次方程式を解く（ステップ　チ）、こ
のステップ（チ）では、ステップ（シ）で求めた密度や
ステップ（ソ）で求めた流速が用いられて保圧段階にお
ける温度変化が算出される。ステップ（ツ）では、ステ
ップ（ソ、チ）で得られた流速。

圧力、温度が前ステップの解と比較され（ステップ　ツ
）、解が十分収束していないときはステップ（シ）に戻
り、再びステップ（シーツ）が実行される。解が十分収
束したときはステップ（テ）に行き、ゲートもしくは金
型流路の入口内の最高温度が流動停止温度に達したか否
か判断され（ス゛テップ　テ）、達していなければステ
ップ（す）へ行き、時間ステップを前進したのち再びス
テップ（す〜テ）が実行される。ゲートもしくは金型流
路の入口内の最高温度が流動停止温度に達していると判
断すると、キャビティ内へ樹脂をさらに補給するのは不
可能と見なし、保圧段階の流動解析は終了する。（第１
図の説明に戻る）保圧段階の各時間ステップの流速、圧
力、温度に関する収束値を保圧流動記憶装置６に出力す
る。

第１図において、７は溶融相断絶時点算出装置で、入力
データ記憶装置２内の流動停止温度と、注入流動記憶装
置４および保圧流動記憶装置６内に記憶されている成形
開始以後の各時間ステップの温度情報を用いて成形品各
部の内部最高温度が流動停止温度に到達する時点を算出
し、溶融相断絶時点記憶装置８に出力する。

次いで、成形収縮開始時点算出装置９で成形品の各部に
関し、注目箇所の内部と注目箇所から金型の入口ゲート
に至る上流各自部の流動停止温度到達時点を比較し、上
流箇所が注目箇所より先に流動停止温度に達していると
き、上流箇所内部の流動停止温度到達時点を、上流箇所
から下流各部の成形収縮開始時点とする。また、注目箇
所が上流各部より先に流動停止温度に達しているとき、
注目箇所内部が流動停止温度になる時点を、注目箇所の
成形収縮開始時点とする。

このようにして、成形品各部の成形収縮開始時点を算定
し、この結果を成形収縮開始時点記憶装置１０に出力す
る。

１１は、成形収縮開始時点の温度分布算出手段に係る成
形収縮開始時点温度算出装置であり、成形収縮開始時点
記憶装置１０内の成形収縮開始時点における成形品各部
の温度情報を注入流動記憶装置４または保圧流動記憶装
置６から持ってきて、成形収縮開始時点温度記憶装置１
２に出力する。

１３は、成形収縮開始時点の圧力分布算出手段に係る成
形収縮開始時点圧力算出装置であり、成形収縮開始時点
記憶装置１０内の成形品各部の成形収縮開始時点におけ
る圧力分布を、注入流動記憶装置４または保圧流動記憶
装Ｗ１６からもってきて、成形収縮開始時点圧力記憶装
置 １４に出力する。

１５は温度補正装置であって、成形収縮開始時点温度記
憶装置１２内の温度情報と、成形収縮開始時点圧力記憶
装置１４内の圧力情報と、入力データ記憶装置２内に記
憶された圧力、比容積、温度データを用いて成形収縮開
始時点の温度を欣のように補正する。

第５図に示すように、圧力と温度を与えると比容積が定
まる。第５図において、成形収縮開始時点の圧力をＰ、
温度をＴ、この圧力Ｐ、湿温度で定まる比容積をＶとし
、圧力が大気圧Ｐ′であって比容積をＶとする温度をＴ
ｃとする。第５図に示すように、圧力Ｐ、湿温度で定ま
る比容積Ｖと、大気圧ｐ　Ｉ、室温Ｔ′で定まる比容積
Ｖ′との差は、大気圧Ｐ　Ｉ、温度Ｔｃで定まる比容積
Ｖと、大気圧ｐ　／、室温Ｔ′で定まる比容積Ｖ′との
差と同一である。

等方性を仮定すると、（ｖ’／ｖ）ｈ　１が成形収縮率
になるので、圧力、比容積、温度データを用い、圧力Ｐ
と温度Ｔとを与えると成形収縮率を同一とするＴｃを算
出できる。

この関係を用いて樹脂比容積の圧力依存性を考慮して補
正した成形収縮開始時点の温度Ｔｃを成形品各部につい
て求め、温度補正記憶装置１６に出力する。

１７は熱応力歪解析装置であって、温度補正記憶装置１
６内に記憶された温度と室温との温度差を熱荷重条件と
する熱応力歪解析から成形品の変位を算出し、その計算
結果を出力装置１８で出方する。

熱応力歪解析装置１７における熱応力歪計算のフローチ
ャートを第６ｒＭに示す。

入力データ記憶装置２内に記憶されている形状データ、
ヤング率、ポアソン比、線膨張率、拘束条件と、温度補
正記憶装置１６内の温度情報など熱応力歪解析用入力デ
ータを与える（ステップト）１次いで、応カー歪式、歪
−変位式、力のつり合いの式からなる熱応力歪方程式を
有限要素法で離散化することで得られる連立−次方程式
のマトリックスの各項を決定しくステップ　す）、連立
−次方程式を解き（ステップ　ニ）、温度補正記憶装置
１６内の成形品各部の温度分布に対応して生じる変位を
求め出力装置１８で出力する。この出力された成形品の
変位から、成形プロセス中の温度不均一や圧力不均一で
発生する成形品の反りや成形収縮不均一が判明する。

次に、第７図および第８図を参照して１本発明の他の実
施例を説明する。

第７図は、本発明の他の実施例に係る成形プロセスシミ
ュレーション系の構成を示すブロック図、第８図は、温
度解析装置の処理を示すフローチャートである。第７＠
中、第１図と同一符号のものは同等部であるから、その
説明を省略する。

第７図の実施例では、第１図の実施例における保圧流動
解析装置５．保圧流動記憶装置６、成形収縮開始時点圧
力設定装置１３、成形収縮開始時点圧力記憶装置１４が
ない、そのかわり温度解析装置１９．温度記憶装置２０
が加わっている点が第１図の実施例と異なる。

第７図における温度解析装置１９は、注入流動解析装置
で３算出した結果、注入流動記憶装置４内に記憶された
、樹脂がキャビティを充満した時点の温度分布を初期値
として注入終了以後の保圧段階の温度変化を解き、温度
記憶装置２ｏに出方する。

温度解析装置１９における温度解析のフローチャートを
第８図に示す。

まず、入力データ記憶装置２内の形状データ。

熱伝導率、比熱、金型温度等と、流入移動記憶装置４内
の、樹脂がキャビティを充満した時点の温度情報とを温
度解析用入力データとして与える（ステップ　ネ）０時
間ステップを１ステツプ進める（ステップ　））０次い
で、熱伝導方程式を有限要素法で離散化することで得ら
れる連立−次方程式のマトリックスの各項を決定しくス
テップハ）、連立−次方程式を屏き（ステップ　ヒ）。

当ステップの温度を求める０次いで、ステップ（１）へ
戻り、時間ステップを前進させ、再びステップ（）〜ヒ
）の処理を実行し、時間ステップが終了するまでの温度
変化を算出する。そして。

その各時間ステップの算呂結果を温度記憶装置２０に出
力する。

以後、第７図に示す７〜１２の装置は、先の第１図の実
施例と同様な処理を行う。

第７図における温度補正装置１５では次の処理を行う。

第１図の実施例の場合は、成形収縮開始時点温度記憶装
置１２内の温度を補正する際、成形収縮開始時点圧力記
憶装置１４内の圧力を用いた。第７図の実施例の場合、
温度に関しては第１図の実施例と同じであるが、圧力に
関しては注入流動記憶装置４内の注入終了時点の圧力を
用いて、成形収縮開始時点の温度を補正する。この点が
第１図の実施例と異なるが、他の第１図の実施例と同じ
手順で成形品の反り、成形収縮不均一を算定する。

第７図の実施例では、第１図の実施例で行なっている保
圧流動解析を行わず、したがって、保圧中の圧力変化を
計算せず、計算時間の短い温度解析で保圧中の温度変化
のみを計算する。このため、計算精度は第１図の実施例
より劣るが、熱可塑性樹脂の成形収縮に対する圧力の影
響は温度の影響にくらべ、はるかに小さいので、計算時
間および計算コストを軽減した簡略的な反り計算として
第７図の実施例が有用である。

次に、第９図は、本発明の第３の実施例に係る成形プロ
セスシミュレーション系の構成を示すブロック図である
０図中、第１図または第７図と同一符号のものは、それ
ぞれの実施例と同等部分であるから、その説明を省略す
る。

第９図の実施例は、第７図の実施例にくらべ、さらに計
算を簡略化した構成で、第７図中の温度補正装置１５、
温度補正記憶装置１６がない点が第７図の実施例と異な
る。

第９図の実施例の説明では、第７図の実施例と異なる点
のみを説明する。

第７図の実施例では、樹脂比容積の圧力依存性を考慮す
るため、温度補正装置１５で算出した補正後の温度と室
温との差を熱荷重とし、熱応力歪解析装置１７で熱応力
歪解析して反り、成形収縮率不均一を算出した。

一方、第９図の実施例では、熱応力歪計算装置１７で行
う熱応力歪解析に際しては、成形収縮開始時点記憶装置
１２内の温度と室温との差を熱荷重とする熱応力歪解析
から反り、成形収縮率不均一を算出する。この点のみが
第７図の実施例と異なるが、他の処理は第７図の実施例
と同じである。

第９図の実施例によれば、成形プロセス中に発生する圧
力要因の影響が反りの計算に入っていないので、計算精
度は第７図の実施例よりさらに劣るが、成形収縮率に対
する圧力の影響は温度の影響にくらべ、はるかに小さい
ので、第７図の実施例よりさらに計算時間、計算コスト
を軽減した簡略的な反り計算として有用である。

次に、第１０図は１本発明の第４の実施例に係る成形プ
ロセスシミュレーション系の構成を示すブロック図であ
る０図中、先の第１，７図と同一符号のものは、それぞ
れの実施例と同等部分であるから、その説明を省略する
。

第１０図の実施例は、第９図の実施例を、より簡略化し
た構成であり、第１０図では、第９図中の注入流動解析
装置３、注入流動記憶装置４がない点が第９図の実施例
と異なる。

第１０図の実施例の動作説明では、第９図の実施例と異
なる点のみを説明する。

すなわち、第１０図の実施例では、第９図の実施例で行
なっている注入流動解析は行なわず、初期樹脂温度を一
様として温度解析を行う。

第１０図の実施例では、圧力要因だけでなく注入流動で
生じる樹脂冷却の影響も入っていない。

したがって、第１０図の実施例は、第９図の実施例より
計算精度はさらに劣る。しかし、樹脂の熱伝導率は小さ
い上に、樹脂注入時間は短時間であるので、成形品形状
が小さい場合や成形品の厚さが大きい場合、圧力不均一
や、注入流動で生じる冷却が少ないので、成形品形状が
小さい場合や成形品の厚さが大きい場合、計算時間、計
算コストをさらに一層軽減した簡略的な反りを計算とし
て利用できる。

次に、第１１図は、本発明の第５の実施例に係る成形プ
ロセスシミュレーション系のり構成を示すブロック図で
ある０図中、第１図と同一符号のものは同等部分である
から、その説明を省略する。

第１１図の実施例は、第１図の実施例に、成形品中の所
定部分の反り変形の設計許容値（基準値）を内蔵し、熱
応力歪解析装置１７による計算で得た反り変形の値と設
計許容値とを比較し、設計許容値以上の反りが生じると
きに警告を出す判断装置２１と、金型温度、樹脂温度、
注入速度当の成形条件を変更する新酸形条件設定装置２
２と、成形品中の所定の厚さやゲート位置等の成形品、
金型形状を変更する新成形品形状設定装置２３とを付加
した装置である。

入力データを設定する入力装置１から出力装置１８に至
る第１図の実施例同様の処理で算出された反りが判断装
置２１で不適と判断されると、新酸形条件設定装置２２
．または新成形品形状設定装置２３で新酸形条件や新成
形品形状データが作成される。

この結果は、入力装置１にフィードバックされ、再び反
り変形が計算される。そして、判断装置２１が計算結果
を可と判断するまでその過程が繰り返される。

このようにして、設計許容値に係る基準値を満足する成
形品形状、金型構造、成形条件をコンピュータで自動的
に探索することができる。

なお、第１１図の点線内に示す反り変形算出部分の構成
は、第１図の実施例と同じであるが、この部分は第７図
、第９図、第１０図の各実施例を適用できることは言う
までもない。

また、上記各実施例における注入流動解析、保圧流動解
析、温度解析、熱応力歪解析では、有限要素法による解
析を行なっているが、その理由は、有限要素法による解
析が、解析対象を簡略化することがもっとも少なく、高
精度に解析できる方法であるためであり、上記各解析は
有限要素法による解析に限るものではなく、差分法、境
界要素法など他の数値解法による解析であっても差支え
ない。

ここで、熱可塑性樹脂を用いた射出成形品に、先の第１
図の実施例を適用した具体例における効果を説明する。

第１２図は、ポリカーボ樹脂製の箱形状の射出成形品の
反りを示す説明図、第１３図は、第１２図の箱形状を２
重壁としたときの反りを示す説明図、第１４図は１箱形
状の中央に円筒の落し込みがあるアクリル樹脂製の射出
成形品の反りを示す説明図、第１５図は、第１４図の射
出成形品のゲート位置を変えたものの反りを示す説明図
である。

まず、第１２図の実施例は、ポリカーボ樹脂製の箱形状
の射出成形品に対し先の第１図の実施例の成形プロセス
シミュレーションを適用して反り変形を計算したもので
ある。

第１２図（ａ）に示すように、側面の厚さが３゜５■、
上面の厚さが２．０■のものである。第１図の実施例を
適用して反り変形を計算した結果、第１２図（ｂ）に示
すように、側面に１５０μｍ、上面に２００μｍの反り
が発生することが予測された。

第１３図は、第１２図の成形品の反りを減少させるため
に、第１３図（ａ）に示すように、側面を２重壁とし、
外側の厚さを２．３ｍｍ、内側の厚さを１．８謹とした
。その結果、成形収縮開始時点における側面部と上面部
との温度差を減少でき、第１３図（ｂ）に示すように、
側面の反りを２０μｍ、上面の反りを３０μｍに減少で
き、成形品の形状を大幅に向上できることが判明した。

次に、第１４図は、箱形状の中央に円筒の落し込みがあ
るアクリル樹脂製の射出成形品であって、厚さは２．Ｏ
ｉｍ−様であり、中央の円筒部の底にゲートが設けられ
ている。第１図の実施例を適用して反り変形を計算した
結果、上面に１５０μｍの反りが発生することが予測さ
れた。

第１５図は、第１４図の成形品の反りを減少させるため
に、ゲート位置を変更して計算したものであり、ゲート
位置を中央の円筒部の底から上面に移動することで、成
形収縮開始時点の成形品内の温度不均一と圧力不均一を
共に平均化することができ、上面の反りを２５μｍに減
少し、成形品の形状精度を大幅に向上できることが判明
した。

このように、第１図の実施例、または上記各実施例の成
形プロセスシミュレーションによれば。

熱可塑性樹脂を用いる成形品の射出成形プロセスに伴う
反りや成形収縮不均一を算定することができ、金型製作
あるいは成形実験に先行してゲート位置等の金型構造、
成形品の形状、成形条件を短期間で評価して適正化でき
るという大きな効果がある。

また、これにより従来のように経験や勘で金型を製作し
たのち、試行錯誤的に成形品形状、ゲート位置等の金型
構造の変更を行う必要がなくなるので、プラスチック部
品あるいは金型の開発、設計に要する期間およびコスト
を大幅に減少することができる。

さらに、成形品形状、金型構造、成形条件を最適化して
製造できるので、所望の特性を有する成形品を歩留り良
く製造できるようになるという効果もある。

なお、上記第１図、第７図、第９図、第１０図。

第１１図の各実施例の成形プロセスシミュレーシ１ンは
、成形品設計あるいは成形金型設計用の設計ＣＡＤシス
テムに用いられることは言うまでもない。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明によれば、成形プロ
セスに伴う反り、成形収縮不均一などの成形品の形状歪
を算定し、成形品形状、金型構造。

成形条件、成形材料等が形状歪に与える影響を。

金型製作に先立って評価し、適正条件を選定して。

成形品の開発、設計に要する期間および費用を減少しう
る成形プロセスシミュレーション方法およびその装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例に係る成形プロセスシミュ
レーション系の構成を示すブロック図。 第２図は、射出成形プロセス模式図、第３図は、注入段
階の流動解析装置の処理を示すフローチャート、第４図
は、保圧段階の流動解析装置の処理を示すフローチャー
ト、第５図は、樹脂の圧力、比容積、温度の関係を示す
線図、第６図は、熱応力歪解析装置の処理を示すフロー
チャート、第７図は、本発明の他の実施例に係る成形プ
ロセスシミュレーション系の構成を示すブロック図、第
８図は、温度解析装置の処理を示すフローチャート。 第９図は、本発明の第３の実施例に係る成形プロセスシ
ミュレーション系の構成を示すブロック図。 第１０図は、本発明の第４の実施例に係る成形プロセス
シミュレーション系の構成を示すブロック図、第１１図
は、本発明の第５の実施例に係る成形プロセスシミュレ
ーション系の構成を示すブロック図、第１２図は、ポリ
カーボ樹脂製の箱形状の射出成形品の反りを示す説明図
、第１３図は、第１２図の箱形状を２重壁としたときの
反りを示す説明図、第１４図は、箱形状の中央に円筒の
落し込みがあるアクリル樹脂製の射出成形品の反りを示
す説明図、第１５図は、第１４図の射出成形品のゲート
位置を変えたものの反りを示す説明図である。 １・・・入力装置、２・・・入力データ記憶装置、３・
・・注入流動解析装置、４・・・注入流動記憶装置、５
・・・保圧流動解析、６・・・保圧流動記憶装置、７・
・・溶融相断絶時点算出装置、８・・・溶融相断絶時点
記憶装置、９・・・成形収縮開始時点算出装置、１０・
・・成形収縮開始時点記憶装置、１１・・・成形収縮開
始時点温度算出装置、１２・・・成形数縮開始時点温度
記憶装置、１３・・・成形収縮開始時点圧力算出装置、
１４・・・成形成縮開始時点圧カ記憶装置、１５・・・
温度補正装置、１６・・・温度補正記憶装置、１７・・
・熱応力歪解析装置、１８・・・出力装置、１９・・・
温度解析装置、２０・・・温度記憶装置、２１・・・判
断装置、２２・・・新酸形条件設定装置、２３・・・新
成形品形状設定装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金型構造、成形条件、成形材料等を評価する成形プ
   ロセスシュミレーションにおいて、 少なくとも、成形プロセス中の成形材料の温度変化を算
   出し、 その成形材料の温度変化から、成形材料の溶融相のつな
   がりが断たれる時点を算出し、 その溶融相のつながりが断たれる時点における成形品の
   温度分布を用いて熱応力歪を算出し、この熱応力歪に係
   る変位から、反り、成形収縮不均一など成形品の形状歪
   を算定する ことを特徴とする成形プロセスシミュレーション方法。 ２、金型構造、成形条件、成形材料等を評価する成形プ
   ロセスシミュレーションにおいて、 少なくとも、成形プロセス中の成形材料の温度変化と圧
   力変化とを算出し、 算出された成形材料の温度分布を初期値として成形材料
   の流動以後の温度変化を算出し、その成形材料の温度変
   化から、成形材料の溶融相のつながりが断たれる時点を
   算出し、 その溶融相のつながりが断たれる時点における成形品の
   温度分布を用いて熱応力歪を算出し、この熱応力歪に係
   る変位から、反り、成形収縮不均一など成形品の形状歪
   を算定する ことを特徴とする成形プロセスシミュレーション方法。 ３、金型構造、成形条件、成形材料等を評価する成形プ
   ロセスシミュレーションにおいて、 少なくとも、成形プロセス中の成形材料の温度変化と圧
   力変化とを算出し、 算出された成形材料の温度変化から、成形材料の溶融相
   のつながりが断たれる時点を算出し、その溶融相のつな
   がりが断たれる時点における成形品の温度分布と圧力分
   布とを用いて熱応力歪を算出し、 この熱応力歪に係る変位から、反り、成形収縮不均一な
   ど成形品の形状歪を算定する ことを特徴とする成形プロセスシミュレーション方法。 ４、金型構造、成形条件、成形材料等を評価する成形プ
   ロセスシミュレーションにおいて、 少なくとも、成形プロセス中の成形材料の温度変化を算
   出する第１の手段と、 この第１の手段から算出された成形材料の温度変化から
   、成形材料の溶融相のつながりが断たれる時点を算出す
   る第２の手段と、 前記第１の手段および第２の手段から得られる成形材料
   の溶融相のつながりが断たれる時点の成形品の温度分布
   を用いて熱応力歪を算出する第３の手段とを備え、 第３の手段から算出される変位から反り、成形収縮不均
   一など成形品の形状歪を算定することを特徴とする成形
   プロセスシミュレーション装置。 ５、金型構造、成形条件、成形材料等を評価する成形プ
   ロセスシミュレーションにおいて、 少なくとも成形プロセス中の成形材料の温度変化と圧力
   変化とを算出する第４の手段と、この第４の手段から算
   出された成形材料の温度分布を初期値として成形材料の
   流動以後の温度変化を算出する第１の手段と、 この第１の手段から算出された成形材料の温度変化から
   、成形材料の溶融相のつながりが断たれる時点を算出す
   る第２の手段と、 前記第１の手段および第２の手段から得られる成形材料
   の溶融相のつながりが断たれる時点の成形品の温度分布
   を用いて熱応力歪を算出する第３の手段とを備え、 第３の手段から算出される変位から反り、成形収縮不均
   一など成形品の形状歪を算定することを特徴とする成形
   プロセスシミュレーション装置。 ６、金型構造、成形条件、成形材料等を評価する成形プ
   ロセスシミュレーションにおいて、 少なくとも、成形プロセス中の成形材料の温度変化と圧
   力変化とを算出する第４の手段と、この第４の手段から
   算出された成形材料の温度変化を用いて、成形材料の溶
   融相のつながりが断たれる時点を算出する第２の手段と
   、 前記第４の手段および第２の手段から得られる成形材料
   の溶融相のつながりが断たれる時点の成形品の温度分布
   と圧力分布とを用いて熱応力歪を算出する第５の手段と
   を備え、 第５の手段から算出される変位から反り、成形収縮不均
   一など成形品の形状歪を算定することを特徴とする成形
   プロセスシミュレーション装置。 ７、請求項４ないし請求項６記載のもののいずれかを有
   することを特徴とする設計ＣＡＤシステム装置。 ８、請求項４ないし請求項６記載の成形プロセスシミュ
   レーション装置を有し、 その装置から算出した成形品の反り、成形収縮不均一を
   基準値と比較する手段と、 前記成形品の反り、成形収縮不均一をフィードバックし
   、成形品形状、金型構造、成形条件等を最適化する手段
   とを備えた ことを特徴とする設計ＣＡＤシステム装置。