JPH0469857B2 - - Google Patents

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、高品質の成形品を得るための溶融材料の
最適成形条件を評価判定する方法に係り、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（シミユレーシヨン）を行う場
合、第３図に示すように、成形品の形状を２次元
のシエルモデルとして形状定義し、微小要素に分
割し、さらに各要素毎に肉厚と温度を定義して、
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算する方法が一
般に利用されている。

このような金型内の樹脂流動解析方法では、使
用する樹脂の選択と、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算する
ことにより、樹脂の充填の進行状況（時間）を示
すものとして、全充填時間を任意の数に分割し、
各時間毎に充填される樹脂の到達位置を線により
結んで作成した等時間線図（第４図参照）、充填
中または充填完了後の各要素の温度、圧力、剪断
速度、剪断応力等がそれぞれ所要の計算によつて
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つたかどうか、さら
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おらず、従つて演算結果の適
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
を得なかつた。

このように、従来の金型内での樹脂流動解析方
法は、使用する樹脂に対して経験的に得られてい
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、ゲート位置や個数、ラ
ンナの寸法等）の適否を判定することを主な目的
として使用され、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
ものであり、金型形状に関する適否（製品肉厚、
ゲートの位置や個数、ゲートやランナ寸法等）を
判定するだけでなく、適正成形条件範囲や最適成
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。

しかしながら、このような金型内での樹脂流動
解析方法では、充填中の充填速度が過大な場合に
生じる流動の乱れや剪断発熱に起因する成形不
良、あるいは充填中の樹脂速度が過少な場合に生
じる非流動層の過度な成長に起因する成形不良等
が、特定の点に発生する場合、これを防止し得る
最適成形条件としての充填速度の設定の適否を判
定することができない難点がある。特に、前述し
た等時間線図のみでは、樹脂速度を多段に設定す
るプログラム射出での成形機の速度プロフアイル
設定、特定の点に生じる成形不良を改善する効果
の適否を判定することは困難であつた。

従つて、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を応用して金型に充填され
る溶融材料の充填流れ線図を作成し、この充填流
れ線図に沿つ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つて、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、前記成形品形状モデルの各
要素に対する溶融材料の充填進行状況を、充填到
達時間の計算により等時間線図として求め、さら
に充填中または充填完了後の各要素における温
度、圧力、剪断速度、剪断応力等を演算すること
により溶融材料の金型成形における流動解析を評
価する方法において、 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、 任意の等時間線上に任意の要素に対応する点を
選択設定し、この設定点より当該等時間線に対す
る法線を引き、 次いで前記法線と隣接する等時間線との交点を
設定し、この設定点より当該等時間線に対する法
線を引く操作を順次繰返し、 前記各等時間線に対する設定点とこれらを結ぶ
法線によつ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
時間線間の各距離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
をデイスプレイ装置にグラフイツク表示して適正
な充填を行うための成形機の充填速度設定の評価
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、前記充填
流れ線図と同一の充填時間軸により、成形機の設
定条件である充填速度の設定入力プロフアイルを
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、充填流れ線図に沿つ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を利用し、等時
間線上の任意の選択設定点より法線を引いて隣接
する等時間線との交点を順次求めて充填流れ線図
を作成することによつて、前記等時間線図に対し
一定の基準線を表わすことができ、この充填流れ
線図に沿つ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
填を行うための成形機の充填速度設定の評価判定
を容易に行うことができる。従つて、この場合、
隣接す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、それぞれ成形機の設定
条件である充填速度の設定入力プロフアイルを決
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
る流動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
のシミユレーシヨン法と同じである。すなわち、
第３図に示すように、金型内の樹脂流動解析を行
うため、２次元のシエルモデルとしての要素分割
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す充填パターンす
なわち等時間線図（第４図参照）の解析に移行す
る。ここまでの手順は、従来の金型内の樹脂流動
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３図
に示す成形品形状モデルの要素分割表示図と、第
４図に示す充填パターンとしての等時間線図とを
重ね合わせることにより、第１図に示すような充
填パターン図を得ることができる。第１図におい
て、特性線t₁〜t₁₉は充填の順序を示す等時間線図
を表わしている。従つて、これら各等時間線t₁〜
t₁₉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１図に基づき、本発明においては、
まず、樹脂の充填を行うゲート位置ｇを起点とし
て、第１の等時間線t₁上に任意の点Ａを選択して
前記位置ｇと点Ａ間を線で結ぶ。次に、前記点Ａ
を起点として第１の等時間線t₁に対する法線₁
を引き、この時第２の等時間線t₂との交点をＢと
する。そして、前記点Ｂを起点として第２の等時
間線t₂に対する法線₂を引き、この時第３の等
時間線t₃との交点をＣとする。以下、同様の手順
に従つて、点Ｃ〜Ｓに至る第３〜１９の等時間線
t₃〜t₁₉に対する法線₃〜₁₉をそれぞれ接続し
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。

さらに、このようにして得られた充填流れ線図
に基づき、充填流れ線と各等時間線との交点Ａと
Ｂ，ＢとＣ，……ＲとＳの距離をそれぞれ求め、
これらを等時間線の間隔を設定した時間で割算す
ると、それぞれ充填速度V_oを求めることができ
る。このようにして、第１図に示す充填流れ線図
のt₁〜t₁₉までの各充填速度V₁〜V₁₉を求めること
ができる。この時成形機の設定条件である充填速
度の設定入力プロフアイルはV〓であり、V〓に対
する各等時間線間の充填速度V₁〜V₁₉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V〓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度の変動状態を示
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。従つて、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〜
１７の間の充填速度を増大させるようプログラム
した充填速度特性V〓とすることにより、均等な
充填を行うことが可能となる。

従つて、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、ELなどのデイスプ
レイ装置にグラフイツク表示することにより、全
平均充填速度V〓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V〓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入力プロフアイ
ルV〓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よび
移動側金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することができる。

〔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
パターンを示す等時間線図とこの等時間線図に基
づいて求めた充填流れ線図とによつて隣接する等
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。そして、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基づいて、均等
充填を行うための成形機の設定条件である適正な
プログラム充填速度の設定も可能となる。

従つて、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イツク表示で
容易に判定することができると共に、この判定結
果に基づいて各種の適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
成に資す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、その他本
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型成形にお
ける流動解析の評価方法を実施するための金型の
要素分割とその充填パターンとしての等時間線と
の関係並びに充填流れ線およびこれと対応する分
割された要素の一連の領域を示す表示図、第２図
は本発明方法を実施する充填速度の全充填時間に
亘る変動状態を示すグラフイツク表示図、第３図
は成形品の形状モデルを２次元の微小要素に分割
した状態を示す表示図、第４図は第３図に示す形
状モデルにおける充填パターンの等時間線図であ
る。 t₁〜t₁₉……等時間線、₁〜₁₉……法線、Ａ
……第１の等時間線t₁上の任意の１点、Ｂ〜Ｓ…
…各法線と各等時間線との交点、ｇ……ゲート位
置、V₁〜V₁₉……各等時間線間の平均充填速度、
V〓……全充填時間に亘る平均充填速度、V〓……
均等充填を行うためのプログラム充填速度。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、前記成形品形状モデルの
   各要素に対する溶融材料の充填進行状況を、充填
   到達時間の計算により等時間線図として求め、さ
   らに充填中または充填完了後の各要素における温
   度、圧力、剪断速度、剪断応力等を演算すること
   により溶融材料の金型成形における流動解析を評
   価する方法において、 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、各時間における充電進
   行状況を等時間線図として表わし、 任意の等時間線上に任意の要素に対応する点を
   選択設定し、この設定点より当該等時間線に対す
   る法線を引き、 次いで前記法線と隣接する等時間線との交点を
   設定し、この設定点より当該等時間線に対する法
   線を引く操作を順次繰返し、 前記各等時間線に対する設定点とこれらを結ぶ
   法線によつ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
   時間線間の各距離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
   をデイスプレイ装置にグラフイツク表示して適正
   な充填を行うための成形機の充填速度設定の評価
   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 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、 前記充填流れ線図と同一の充填時間軸により、
   成形機の充填速度の設定入力プロフアイルを同時
   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。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２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。 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、
   充填流れ線図に沿つ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。