JPH04152120A

JPH04152120A - 射出成形プロセスシミュレーション方法およびその装置

Info

Publication number: JPH04152120A
Application number: JP27627690A
Authority: JP
Inventors: Terunori Maruyama; 丸山　照法; Masayuki Muranaka; 昌幸村中; Katsuhiko Sakae; 勝彦寒河江; Hisashi Nichibe; 日部　恒
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-10-17
Filing date: 1990-10-17
Publication date: 1992-05-26

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〕本発明は射出成形プロセスのシミュレーシ璽ン方法およ
びその装置に４に、シ、特に熱可塑性樹肛を用いた成形
品Ｏ設計あるいは成形金り設計用のＣＡＤ　　Ｃコンヒ
ューメ　エイテッドデザイン（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉ
ａｅａ　Ｄｅｓｉｇｎ　）　）システムに用いられ、射
出成形品の反りおよび不均一収縮などｋよる成形形状歪
を算定して、成形品形状、金製構造、成形条件、成形材
料Ｏ遮、不適を評価するのに好逼に用いられる射出成形
プロセスシミュレーシ曹ン方法およびそれを実施する装
置に関する。

〔従来の技術〕

成形材料として熱可履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、！−
ル）”　７ｔ＝＋−（Ｍｏｈｎ　　ＦＬＯＷ）；プラス
チ、り、５２８（１９８１１年）、９５１頁記載（ＭＯ
ＬＤ　　ＦＬＯＷ　Ｐ？Ｙ、ＬＴＤ、社、以下モールド
７ａ−という）のものやシーモールド（Ｃ−ＭＯＬＤ）
；屋技衝、５巻（１９８８年）、１ｏ月号、＄９９頁〜
菖１０４頁記載（Ａ。

Ｃ，Ｔｅａｈ社、以下Ｃ−モールドという）のものまと
が知られている。

モールドフローは、注入−保圧一冷却−１ＩＩｌ型の各
段階からなる射出成形過程における注入段階の樹脂流動
解析を行う一〇で、注入段階０え透化、すなわち流動バ
ランスを連成するため、あるいは成形品の不都合ｔＴ８
ｆｌにウェルドラインが生じるのを避けるためのランチ
、ゲートあるいは厚さ分布条件を見い出すのに有用であ
る。

また、流動不足やバＩ）（Ｄ発生を避けるための成形品
形状（大きさ、形状、厚さなど）、あるいは注入条件に
関する成形条件（樹脂温度、金型温度、射出時間、射出
圧力、星に力など）を見い出すＯＫ有用である。

Ｃ−モールドは、注入ならびに保圧段階の樹脂流動解析
を行うもので、モールド７０−と同様な有用性に加え、
保圧段階における成形条件（保圧力、保圧時間など）の
適正条件を見い出すのに有用である。

〔発明が解決しようとする１題〕上記従来技肇におけるモールドフローやＣ−モールドｈ
ｔｉｏ流動性や保圧力の評価を主に行うものであるため
、成形品の＃ｃＸとしてえも１視される形状ｈｉに［接
関係する成形品の反りや不稚−収範などによる形′＃、
歪に関する評価はほとんどで１表かった。

このため、従来のプラスチック設計支援（ＣＡＤ）シス
テムでは、成形品のｆＩ度改善支援がほとんどできない
という問題があった。

プラスチックの射出成形プロセスは、高＠に加熱溶融し
た樹脂を高圧下で、金型のキャビティに注入−保圧−冷
却して固化させるプロセスであるため、流動と冷却、相
変化が連成する非常に複雑表現象である。このため、上
記のモールド７０−やＣ−モールド勢の樹脂流動解析シ
ステムの利用によシ、成形プロセス中の注入や保圧段階
の適正条件の予流が可能となったにもかかわらず、従来
一般には、成形プロセスに伴う成形品の反シや不均一収
縮の発生メカニズムはブラックボックスとされ、高精度
部品を含むプラスチック成形品の形状精度に関する設計
・製造条件の設定は、経験と勘で金星を製作し試行ＩＩ
ｉ誤の修正の繰）返しで決定しておル、高科！部品はど
開発・設計に要する期間中資性が増大するという関匙が
あった。

このような現況を背景に、成形品の反りや不均一収縮の
値を算定し、成形品形状、金型構造、成形条件、成形材
料等Ｏ逼、不適をＦＦ価するシミ具し−ジ霞ンシステム
の必要性が高まってお）、辺部、国内外で成形品の反シ
の解析手法などの研究が盛んに行われている。

本発明の目的は、上記従来技術における１題を解決する
ものであって、成形品の反シ変形や不均一収縮を解析す
ることによｐ成形品の形状歪を算定し、成形品形状、金
星構造、成形条件、成形材料勢が形状歪に与える１餐を
、金星製作に先立って評価し、成形品や金型の開発、設
計に要する期間と費用を低減させることが可能な、射出
成形プロセスシミエレーシ曹ン方法およびそれを実施す
るための装置を提供することにある。

〔１題を解決するための手段〕上記本発明の目的を達成するために、本発明においては
成形プロセス中に成形品の反多変形や不均−収叙ｔ：開
にされる成形収量開始時点を巽出し、駁成形収籠１＃時
虜Ｏ樹脂０温度、圧力と１１、大気圧との差を用いて熱
応力歪解析することがら成形品の反シ、不均一収縮を計
算し求めるものである。

本発明は、上記計算を具体的に遂行するためＫ。

金型構造、成形品形状、成形条件、成形材料等を評価す
る成形プロセスシミエレーシ冒ンにおいて、少なくとも
樹脂注入段階に関する注入流動解析、もしくは注入段階
板抜Ｏ保圧−冷却段階の解析を行う保圧解析から流速分
布、！度分布、メルトフロントの推移もしくは圧力分布
を求め、これらの結果を用いて成形プロセス中の成形材
料の流動経路を算出し、該成形材料Ｏ流動経路上の成形
材料の温度変化、流入量変化、もしくは粘度変化に関す
る計算から成形収縮が開始する時点を算定し、上記注入
流動解析もしくは保圧解析から求めた成形収縮が開始す
る時点の成形品の温度分布と圧力分布を用いて熱応力歪
解析を行い、この熱応力歪解析結果として求まる変位量
から成形品の反夛、不均一収縮など成形品の形状歪を算
定するものである。

また、愛ｉ集迄、成形条件、成形品形状、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
くとも注入流動解析もしくは保圧解析を行う第１の解析
手段を有し、第１の解析手段から求まる成形材料の温度
分布、流速分布、圧力分布またはメルトフロントの推移
から成形プロセス中の成形材料の流動経路を算出する第
２の解析手段と、該累２の解析手段と上記第１の解析手
段から算出された、成形材料の流動経路に位置する成形
材料の温度変化、流入量変化または粘度変化から成形収
量開始時点を算出する第３の解析手段と、該第３の解析
手段と上記第１の解析手段から得られる成形収量開始時
点の温度分布と圧力分布を用いて熱応力歪を算出する第
４０解析手段とを備え、該第４の解析手段から算出され
る変位量から成形品の反シ、不均一収縮などの成形品の
形状歪を算定するものである。

〔作用〕

勲可駈性樹脂は、′ＩｉＪ温のときは流動性のある浴瓢
状茸を示すものであるが、ｉｔが下がると流動性を失っ
て固化状礼となり、熱可嵐性樹胆が、沈動する溶融状態
から流動性を失う固化状態への転移は、温度または粘度
の変化もしくは流入量の変化に注目することで表現でき
る。温度に注目すると、流動性の喪失は流動停止温度で
表示され、例えばメタクリル樹脂の流動停止ｉｉ度は約
１７０℃であシ、ポリカーボネート樹脂の流動停止温度
は約１９０℃である。粘度に注目すると、通常熱可塑性
樹脂の粘度は、良好な成形範囲で１０５〜１０’ｐｓ　
（ポアズ）であるが、温度低下で粘度上４Ｌ１０’〜　
１（３１１ｐ　ｓになると実質的に流動性を失い、粘度
のオーダが１０’　ｐｓ以上になると実質的には固化し
たものとみなされる。また、粘度が非常に大きくなると
樹脂の流入量はなくなるので、流入量の変化に注目する
ことでも固化したか否か判定できる。

さて、射出成形過程は高温で溶融状態にある樹脂を金星
のキャビティ中に注入する注入段階と、溶慰樹月Ｅをキ
ャビティ中のすみずみまで注入した彼も射出圧力を金１
に保持し続ける保圧段階と、保圧板抜、成形品を金１〃
・ら取り吊す時まで冷却し続ける冷却段階と、成形品を
金型から取シ出す離１段階からなる。

射出成形の保圧段階は、冷却と同時に並行して行われる
ものであシ、ランナ、ゲート、キャビティ力と金型の流
路内におけるＩＭ胎内ｓの高温溶融相のつながシをｉ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
を補償するため、樹脂を追加補給する操作である。冷却
による温度低下が生じていても、樹脂補給が継続される
限シ、金製内の成形品に成形収縮が生じることはない。

射出成形では、金型を介して冷却されるため、成形材料
の温度低下や粘度上昇が進み、やがて樹脂内部の溶融相
が固化して、溶融相のつなが夛が断たれ、そのため冷却
に伴う体積収縮を補う樹脂Ｏ補給がとだえる時点が必ず
発生する。　ａＴ＃の補給がとだえた時点から、このと
だえた１所よシ下沢部分で＃′ｉ’ｉ倉一定Ｏ条件下で
冷却されるので、冷却収録、すなわち成形収縦カニ開始
する。

本発明では、射出成形ブｒニー１ニスを対象に、注入段
数へしくＦ：保圧段階の１友分有や、流速分有（しくは
圧力分布などを算出する注入流動解析、もしくは保圧解
析を行う１１第１の解析手段と、該第１０解析手段から
算出された成形材料の流速分布や圧力分布もしくはメル
トフロントの推移から成形プロセス中の成形材料の流動
経路（例えば、第２図に示す流動経路）を算出する第２
の解析手段と、該第２の解析手段と上記第１の解析手段
から算出された、上記成形材料の流動経路上に位置する
成形品各部の内部温度もしくは粘度変化もしくは流入ｔ
を判定する第５の解析手段によって、流動経路上に位置
する成形品各部と、上流金型の入口に至る泥路間におけ
る成形材料各内部の溶融相が固化して、成形材料の供給
源である入口ゲートとの溶融相のつながりが絶え、成形
収縮が開始する時点を１定する。

ついで、泥３の解析手段よシ得られた成形収縮が開始す
る時点の、１１″脂り度分布と圧力分布を第１の解析手
段による算出結果から求める。さらに、成形収縮１．に
時点Ｏ成形品Ｏ温度分布および圧力分布と、成形品が金
１からに型され大気圧下で一様にｉ！温となる間の温度
差と圧力差から定まる熱荷重条件を算出して、この熱荷
重条件を用いて熱応力歪解析する＠４の解析手段で熱応
力歪を算出して、成形プロセス中の成形品各部の温度分
布と圧力分布の不均一性から生じる反ヤや不均一収縮な
どの成形品の形状歪を算出する。

次に、第２図と第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）。

（ｄ）を参殿、して、本発明の詳細な説明する。１１％
５図（ａ）、（ｔ＋）ｔ　　（ｅ）、（ｄ）　　は第２
図のＡＢＣＤ断面における射出成形プロセスを示す模式
図であシ、（ａ）は注入、（ｂ）は保圧、（Ｃ）は冷却
、（ｄ）は離型Ｏ各段階における金型内の樹脂の状態を
示す模式図である１図中の矢印は、圧力の方向またはＩ
ＩＥ脂の流動方向を示す、また、溶融８　Ｌ、　　ａ’
　と固相すとの埃外線は樹脂のｉ動停止＆度の勢＆線で
ある。

Ｅｇ図（ａ）は、金星のキャビティＣにゲートＣから＃
＃、脂Ｐを注入する注入段階を示す、ついで第５図（ｂ
）に示す保圧段跨では、枚肛Ｐ内部の高ｉｆ＆賑札ａ、
　Ｌ　　内で、矢印１直に牧肛ＰＯ冷却体積収縮を補償
するための微少な樹脂沈動が生じ、冷却九伴う樹脂Ｐの
体積収縮は溶融相ａ　、　ａ／のつなが９を流路として
補償される。

第２図は保圧段階において、体積収縮を補償する作用を
なす樹脂の補給流路を示す模式図であ夛、図中のＦ１＊
Ｆ２ｗ・・・・・・Ｆｎは、グー）Ｇから下流のキャビ
ティ末端へ向かう樹脂の補給経路を示す。

また、図中の同心円状の曲線は等圧力線、小さな矢印Ｆ
ｉ流速ベクトルを示す。

流速のベクトルと尋圧力ｌｓ＃ｉ互いに直交する関係に
あるので、樹脂の補給経路は、次に述べる方法から算出
できる。

注入解析もしくは保圧解析から圧力分布を求めて等圧力
線を算定した彼、等圧力線と直交して下流に向かう曲線
を、ゲートを起点として算定することから樹脂の補給経
路を求めることができる。

あるいＦｉ、注入解析もしくは保圧解析から求まる成形
品各部の流速ベクトルを用いて、ゲートを起点としてに
速ベクトルの包結線を箕比することで一枚月〔Ｏ補給経
絡を求めること一二できる、あるいは、注入解析から求
まるメルトフロントは、注入段階における流動樹脂先端
の等圧線（メルトフロントにおいて圧力はゼロ）を示す
ので、メルトフロントの時間推移を用い、各メルトフロ
ントと直交して下ｔＬＫ向かう曲線をゲートを起点とし
て算定することでもＩ／Ｅ脂の補給経路を求めることが
できる。

第３図の説明に戻る。冷却が進むと固相すが発達し、ｗ
Ｊ３図（ｂ）のｍ部が示すように溶融相ａ。

ａ′のつながシが断たれる。すると樹脂の補給が断たれ
、その時点以後ｆＥ脂補給が断たれた箇所よシ下泥、す
なわちｍ部では質量−足の条件下で冷却され、成形収縮
を開始する。

したがって、ケートＧが設けられている１所の厚さよシ
淋く、内部が先に冷却固化するＴＬ５では、ｍ部内のえ
１ｆｉｌ源ｉが流動停止温度に達する時点まで、またグ
ー）Ｇが設けられている箇所よ！ｌｌｘ＜、内部が遅れ
て冷却固化するＬの部分では、ゲートＧが設けである箇
所ｏＰ５ｓが流１仔止り友に遇する時点までは、温度が
低下して庵金髪内Ｏ樹胆は成形収縮することはない。

樹脂補給が断たれた箇所よシ下流では、樹脂補給が断た
れた以後の冷却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。

上記のことは、第５図（ｔＪ２図のＡＢＣＤ断面を示し
ている）のみ々らず、第２図に示すＦ１〜Ｆｎのすべて
の流動経路上において成立することがらである。したが
って、Ｆｊ〜ｐｍ　に示すすべての流動経路に関して、
同−流動経路上に位置する成形品各部と上流の金童人ロ
ゲートに至、る流路上の各点に関して、内Ｓ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し、これ
Ｋよシ各部の溶融相のつながシが断たれる時点を算定す
ることで、成形品各部の樹脂補給がとだえ、成形収縮が
開始する時点を算出することができる。

なお、上述した成形収縮島始時点は、温度だけでなく粘
度の変化（シ＜に流入量の変化に注目することで４３定
することができる。

射出成形に用いられる１可【性樹脂の比容積は、勲可を
性樹脂の比容＆＋Ｚ）Ｋ度と圧力依存性を表す圧力（Ｐ
）−比容積（Ｖ）−温度（Ｔ）の関係にしたがう。この
ため、成形品は金型から離型され、大気圧下で一様にＶ
温となった時点で、成形品各部の比容積の変化は完了す
る。したがって、成形品が金型から離型され大気圧下で
一様に室温となった時点で成形収縮は完了し、成形品各
部の成形プロセス中の＆度と圧力の不均一によって生じ
る成形収縮の不均一分布によって反り変形が生じる。

温度変化に伴う変形は、熱応力歪関係の法則に支配され
る現象であり、熱応力歪解析によシ解析可能な現象であ
る。また、圧力変化に伴う膨張、収縮は、熱可塑性ａ’
脂のＰ−ｖ−Ｔ関係に支配される現象であり、Ｐ−ｖ−
テ関係から解析可能な現象である。それ故、射出成形品
の反や、不均一収縮などの成形加工プロセスで生じる形
状歪は、熱可塑性樹脂の比容積のＰ−４−Ｔ依存性を考
にした熱応力歪解析から算定することカニできる。

〔実施例〕

以下に本発明の一実舵例を挙げ１図面を用いてさらにｐ
細に１明する。

（実施例・１）第１図は、本発明の第１の実施例に係る成形プロセスシ
ミュレーシ曹ン系の構成の一例を示すブロック図、１１
．４図は、樹脂の圧力、比容積、温度の関係を示すデー
タ線図である。

第１図において、１は入力装置であって、金製や成形品
の形状を表現する節点座標、節点番号、要″Ｘ番号等の
形状データと、金型の入口の樹脂流速や樹脂温度、金型
温度など境界条件、剪断速度や温度との関係からなる粘
度データ、熱伝導率や比熱など注入流動解析用入力デー
タと、樹脂の流動停止温度々と溶融相断絶時点算出用入
力データと、後述する保圧解析や成形収縮開始時の温度
分布換算用のＰ−ｖ−Ｔデータと拘束条件、ヤング本、
ボアンン比、ｌｌＡ籐張幕などからなる熱応力歪解析用
入力データとを作成すると共に、上記各種のデータを入
力データ記憶装置２に送る。

乙は、射出成形Ｏ注入段階における樹脂の流速ＬＬ１圧
力等の変化を解く注入流動解析装置であシ、入カデータ
肥ａ装置２内の形状データおよび上記の注入流動解析用
入力データを用いて、注入島始から樹脂がキャビティを
すみずみまで充満する注入終了時点までの間の成形材料
の温度や圧力、速度分布等を算出し、算出結果を注入流
動記憶装置４に出力する。

次に、保圧解析装置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Ａの温度、圧力、流速分
布などを初期値として用い、注入終了時点以後の樹脂の
温度、圧力、流速分布などの時間的変化を解き、算出結
果を保圧解析記憶゛装置６に出力する。

７はｆＬ！ｂ経路算出装置で、保圧解析記憶装置６内の
圧力分布を用いて等圧力線を算定した仮、等圧力線と直
焚して下流に向かう曲Ｍを、ゲートを起点として算定し
て、流動経路を求める。この流動経路を沢動経路記ｔｔ
装置８に出力する。なお、上述のごとく、流動経路は圧
力分布からだけでなく流速ベクトル、メルトフロン）０
４Ｌ畜力４らｔ算定することができる。

９は固化時点算出装置で、入力データ記憶、装量２内の
流動停止温度と保圧解析記憶装置６内に記憶されている
各時間ステップの成形品各部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
算定し、成形８各内部が流動性を失って固化する時点と
して、固化時点記憶装置１０に出力する６表お、上述の
ごとく、同化時点の算定はｆｉｔ度変化だけではたく、
成形８各内部の粘度のオーダの上昇や流入量の変化に注
目する計算から屯算定することができる。

ついで、成形収縮開始時点算出装置１１で、流動経路記
憶装置８内の流動経路情報と固化時点記憶装［１０内の
同化時点を用いて、９２図に示し九Ｆ１〜Ｆｎに相当す
る流動経路ごとに、注目１所の内部と注目箇所から金型
の入口に至る上流各内部の同化時点を比較し、上に箇所
が注目箇所よシ先に固化している４合、上に箇所内部の
固化時点を、上流箇所から下流各部の成形収縮開始時点
とする。また、注目箇所が土泥各部より先ＦＣ固化して
いる４合、注目箇所内部０固化時点を注し箇所から下流
谷内部０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出
し、こＯ結果を成形収ｇｇ始時点記憶装置１２に出力す
る。

１５は、成形収縮開始時点の温度分布と圧力分布の算出
に係る成形収縮開始温度圧力算出装置であり、成形収Ｍ
開始時点記ｔｔ装置１２内の成形収縮開始時点と、保圧
解析記憶装置６内の保圧段階の温度分布と圧力分布を用
いて、成形収１ｇ胚始時点における成形品各部の温度と
圧力を算定して、成形収量開飴温度圧力記憶装［１４に
出力する。

１５Ｆｉ、成形収縮島始温度換算装置であって。

成形収鉱開＃温度圧力記憶装置１４内の＆度情報と圧力
情報と、入力データ記憶装＃２内に記憶されているＰ−
ｖ−！データを用いて成形収縮開始時点の成形圧力下の
温度を、次に述べる方法で大気圧下のＬＬに換算する。

第４図に示すように、長月ヒのＦ−ｖ−丁データ上にお
いて、圧力とｉｉを与えると比容積が定まる。毘４図に
おいて、成形収ｌｌｉ鈍虻時虜の圧力をＰ、ｌｉ＆：を
！、この圧力Ｐと温ｆ、！で定まる比容積をマとし、圧
力が大気圧Ｐ′であって、比容積をＶとする温度をテＣ
とする。ｔた、大気圧Ｐ′と１ＩｔＴ′で定まる比容積
をＶ′とする０図に示すごとく、圧力Ｐ１温度！で定ま
る比容積Ｖと大気圧ｐ／、室温Ｔ′で定まる比容積Ｖ′
との差は、大気圧ｐ／、温度テＣ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、１−　（ｖｔ　７ｖ）１／Ａが成
形収量率になるので、Ｐ−ｖ−！データを用い、圧力Ｐ
と温度テとを与えると成形収量率を同一とする大気圧下
での温度Ｔｃを算出することができる。

この関係を用いることで、成形圧力Ｐのもとで丁であっ
た成形収ｌＩ＆開始時点の樹脂温度を、ａ’ａ比容役の
圧力依存性を考鷹し、大気圧下でＣ）ＩＩＫ換算した成
形状！Ｒ始時点の温度Ｔｃとして、成形品各部について
求め、成形収縮島始換算り度装置１装置１６に出力する
。

１７は、熱応力歪解析装量であって、入力データ記憶装
置２内に記憶されている形状データ、ヤング幕、ポアソ
ン比、１ｌｊｌ張幕、鉤束条件と成形収縮開始換算温度
記憶装置１６内の温度情報たど熱応力歪解析用入力デー
タを用い、成形収！！開始時の換算温度と足温との温度
差を熱荷重条件とする熱応力歪解析から、成形品の変位
量を算出し、その計算結果を出力装置１８で出力する。

この出力された成形品の変位量から、成形プロセス中に
離型時点までく成長する金型内での成形収縮の影響や熱
可履性樹脂の特性である比容積の圧力依存性の影響を考
直した形で、成形プロセス中の温度分布や圧力分布から
発生する成形品の反シや不均一収縮が判明する。

なお、出力装＠　１８　Ｆｉ注入流動記憶装置４や保圧
解析記憶装置６、流動経路記憶、装置６、置化時点記ｔ
ｔ、装置１０、成形収縮開始時点記憶装置１２、成形収
縮島始温度圧力記恒装置１４内の各情報もリスト（シく
に図形出力する。これらの情報を利１＋、検討すること
で、成形品形状や成形条件、ゲート位１などの変１によ
る、成形プロセス中の榎肝挙動への影響を把握しながら
成形品の反シや不均一収縮を評価でき、設計支援を効果
的に遂行することが可能になっている。

（実施例２）次に、第５図は本発明のｔＪ２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の一例を示すブロック図
である１図において、点線で囲んだ領域の中の第１図と
同一符号のものは第１図に示す装置と同等部分であるの
で、その部分の説明は省略する。

本実雄側においては、第１図に示す成形プロセスシ？、
エレーシ目ン系に、成形品中の所定箇所の反シ変形の設
計許応値を内蔵し、熱応力歪解析装置１７による計算で
得た成形品の反シの値と設計ト応値を比較し、設計許応
値以上の成形品の反シが生じるときに瞥きを出す判断装
置１９と、金星ｆＬ度、＆Ｎｉ鉦度１注入速度、射出圧
力勢の成形条件を変更する新成形条件設定装［２０と成
形品中の所定箇所の厚さやゲート位置勢の成形品や金星
形状を変更する新成形品形状股定装置２１とを付加した
成形プロセスシミ具し−ジ璽ン系である。

入力データを設定する入力装置ｉｉ：１から出力装置１
８に至る実施例１と同様の処理で算出された成形品の反
りや不均一収縮が判断装置１９で不適と判断されると、
新酸形条件設定装置２０、または新成形品形状設定装置
２１で１成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、再び成
形品の反ル変形が計算される。そして、判断装置１９が
計算結果を可と判断するまで、その過程が繰シ返される
。

上述の各実施例における注入流動解析、保圧解析、熱応
力歪解析では、有限要素法による解析を行っているが、
その塩出は有限＊素性による解析が、解析対象の形状を
簡略化することがえも少なく、ｒｓｕｍ度に解析できる
方法であるためであシ、上記各解析に有限要素法による
解析に限るものではなく、差分法、境界ｇｋ集法など他
の数（［％析法による解析であってもなんら差し支え々
い。

ここで、勲可星性従脂を片いた射出１成形品に、第１図
に示す成形プロセスシミ為し−ジ目ン系の実施例１を連
用した具体例における効果について旺明する。

第３図は、箱形状の中央に円筒の落とし込みのあるアク
リル樹脂製の射出成形品２２であって、厚さは一様にＬ
　Ｏｍｍであり、中央の円筒部２３の底にゲート２４が
設けられている。第１図に示す実施例１を適用して成形
品の反り変形を計算した結果、上面に２５０μｍの反ル
２５が発生することが予測された。

第７図は、第３図に示す成形品の反り２５を減少させる
ためにゲート２４の位置を変更して計算したものであり
、ゲート２４の位置を中央の円筒部２５Ｃ）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Ｉｌ
Ｋと圧力の不均一幅を減少することができ、上面の成形
品の反シ２６を２０μｍＫｆｔ、少でき、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Ｏ：うに、第１図に示す実施例１による成形プロセス
シミュレーシ酊ンによれば、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成形品の反シや不均一収縮
を算定することができ、金型の製作あるいは成形実験に
先行して金型設計着手時に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
た彼、試行＃！Ｆ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島発、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、金製構造、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［ヤ良
く製造できるようｋなるという効果もある。

なお、上記館１図に示す実施例１および第５図に示す実
施例２における成形プロセスシミ瓢し−ジｒンは、成形
品設計ある％／−ｈに成形金１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、ｔた、上記実
施例１および実施例２に示す成形プロセスシミュレーシ
慕ンは射出成形機の付属装置として用い、成形品の反シ
、不均一成形収縮を算出し、成形条件、成形品形状、金
型構造等Ｏ逼、不遍に対し、警告を出した夛、最適化し
たシする手段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ごとく、本発明の成形プロセスシミ
ュレーシ冒ン方法によれば、成形プ誼セスに伴う成形品
の反υ、不均一収縮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
択して、成形品や金型の開発・設計に要する期間および
費用を低減し得る成形プロセスシミュレーシ曹ン方法お
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、本発明の実施例１において例示した成形プロ
セスシミュレーシラン系の構成の一例を示すブＩ：ンク
区、第２囚Ｆｉ金星キヤビテイ内にお叶る樹脂の流動経
路の一例を示す模式図、ｗＩ５図（ａ）、Ｃｂ）ｌ　　
（Ｃ）＃　　Ｃ＝’）は射出成形プロセスの一例を示す
模式図、第４図は樹脂の圧力、比容積、温度の関係を示
すデータ線図、第５図は本発ＦＩＡの実施例２において
例示した成形プロセスシミュレーション系の構成の一例
を示すブロック図、第３図はアクリル樹脂製の射出成形
品０反シ変形を示す説明図、第７図は第３図の射出成形
品のゲート位置を変えた場合の成形品の反り変形を示す
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・・・保圧解析装置６・・・保圧解析記憶ｌ＆量７・・・流動経路算出装置８・・・流動経路記憶装置９・・・同化時点算出装置１Ｃ・・・固化時点記１１装置１・・・成形収縮開始時点算出装置２・・・成形収縮開始時点記憶装置３・・・成形収縮開始温度圧力記憶装置４・・・成形収
縮開始温度圧力記憶装置５・・・成形収縮開始温度換算
装置６・・・成形状！！開始換Ｘ温度記憶装置７・・・熱応
力歪解析装置８・・・出力装置９・・・判断装置０・・・新酸形条件設定装置１・・・新成形品形状設定装置２・・・射出成形品６・・・円筒部４・・・ゲート５．２６・・・反夛

Claims

【特許請求の範囲】１、樹脂成形条件、成形品形状、成形材料および金型構
造の評価を行う射出成形プロセスシミュレーション方法
において、少なくとも注入流動解析もしくは保圧解析に
より成形材料の流速分布、温度分布、圧力分布またはメ
ルトフロントの移動を算出し、上記流速分布、圧力分布
、メルトフロントの移動のうちの少なくとも１つ以上か
ら成形プロセス中の成形材料の流動経路を算出し、該流
動経路上に位置する成形材料の温度変化、粘度変化、流
入量の変化のうちの少なくとも１つ以上から成形収縮を
開始する時点を算出し、上記成形収縮の開始時点におけ
る成形材料の温度分布と圧力分布から定まる熱荷重分布
を用いて、成形品の熱応力歪解析を行い、該熱応力歪解
析から求まる変位量から成形品の形状歪を算定すること
を特徴とする射出成形プロセスシミュレーション方法。２、樹脂成形条件、成形品形状、成形材料および金型構
造の評価を行う射出成形プロセスシミュレーション装置
において、少なくとも注入流動解析もしくは保圧解析を
行う第１の解析手段を有し、該第１の解析手段から求ま
る成形材料の流速分布、温度分布、圧力分布、メルトフ
ロントの推移のうちの少なくとも１つ以上を用いて成形
材料の流動経路を算出する第２の解析手段と、上記第１
と第２の解析手段から算出される流動経路上に位置する
成形材料の温度変化または粘度変化もしくは流入量の変
化から成形収縮を開始する時点を算出する第３の解析手
段と、該第３の解析手段と上記第１の解析手段から得ら
れる上記成形収縮開始時点の成形品の温度分布と圧力分
布を用いて熱応力歪解析をする第４の解析手段とを備え
、該第４の解析手段から算出される変位量から、成形品
の反り変形または不均一収縮による成形品の形状歪を算
出することを特徴とする射出成形プロセスシミュレーシ
ョン装置。３、請求の範囲第２項記載の第１、第２、第３の解析手
段から得られる成形収縮開始時点の成形品の温度分布と
、圧力分布と、樹脂の圧力（Ｐ）−比容積（ｖ）−温度
（Ｔ）に関するデータとを用いて、成形収縮開始時点の
温度分布を大気圧下の値に換算する第５の解析手段と、
該第５の解析手段から得られた成形収縮開始時点の温度
分布を用いて熱応力歪解析を行う第４の解析手段とを備
え、該第４の解析手段から算出される変位量から成形品
の反り変形または不均一収縮による成形品の形状歪を算
出することを特徴とする射出成形プロセスシミュレーシ
ョン装置。４、請求の範囲第２項または第３項記載の射出成形プロ
セスシミュレーション装置を備え、これらの装置の出力
情報である成形材料の流動経路、成形収縮を開始する時
点の分布、成形収縮開始時点の温度分布または圧力分布
のうちの少なくとも１つ以上をリスト情報もしくは図形
情報として出力する手段を有することを特徴とするＣＡ
Ｄシステム装置。５、請求の範囲第２項、第３項または第４頂記載の射出
成形プロセスシミュレーション装置により算出された成
形品の反り変形または不均一収縮を基準値と比較する手
段と、上記成形品の反りおよび不均一収縮の値をフィー
ドバックして、樹脂成形条件、成形品形状または金型構
造を設定する手段を備えたことを特徴とする設計ＣＡＤ
システム装置。６、請求の範囲第２項ないし第５項のいずれか１項記載
の装置を備えたことを特徴とする射出成形機。