JPH0469859B2 - - 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４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。

このような金型内で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５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、ゲートの位置や個数、
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、充填中の樹脂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小な場合に生
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
設定が、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と成形品形状モデルの要素
分割表示図とを組合せて金型に充填され溶融材料
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、 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
をデイスプレイ装置にグラフイツク表示して適性
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。

前記の各充填速度の演算は、前記充填流れ線と
各等時間線との交点を求めて、隣接する等時間線
上の交点を結ぶ直線距離により算出することがで
きる。

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
て充填流れ線図を作成す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、前記充填
流れ線図と同一の充填時間軸により、成形機の設
定値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
めの成形機の設定条件である充填速度の評価判定
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４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
示す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４図
に示す成形品形状モデルの要素分割表示図と、第
５図に示す充填パターンとしての等時間線図とを
重ね合せることにより、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。この充填速度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、単位時間当りの流動距離が得られるので達
成することができる。

前述した第３図に基づき、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_oを選択し、この要素E_o内に任意
の点０を設定する。この設定点０を通り、この要
素E_oとこの要素を通る等時間線t₁₉に対する法線
_oを引き、当該法線_oが前記要素E_oと隣接する
要素E_o-1・E_o+1との境界線と交差する交点Ａ，Ｂ
を求める。次に、前記交点Ｂを起点として要素
E_o+1に対し、この要素を通る等時間線t₁₉に対す
る法線_o+1を引き、当該法線_o+1が隣接する要
素E_o+1と、要素E_o+1が隣接する他の要素E_o+2との
境界線と交差する交点Ｃを求める。また、前記交
点Ａを起点として要素E_o-1に対し、この要素を通
り、Ａ点に最も近い等時間線t₁₈に対する法線_o
−１を引き、当該法線_o-1が隣接する要素E_o-1と、
要素E_o-1が隣接する他の要素E_o-2との境界線と交
差する交点Ｄを求める。以下、同様にして隣接す
る要素と対応する等時間線に対応する等時間線に
対する法線を引き、それぞれ要素間の境界線上の
交点Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋを順次求めるこ
とができる。

しかるに、本実施例において、隣接する要素
E_kとE_k-1との境界線上に求められた交点Ｋを起点
として、これに対応する等時間線t₁₁に対する法
線を引く場合、要素E_k-1の等時間線t₁₁に対する
法線は₁となり、法線が要素E_k-1内に引けなく
なる。このような場合には、点Ｋより前記法線
_１と、要素E_kの等時間線t₁₁の法線₂をそれぞれ引
くと共にこれら法線間の２等分線′₁を引いて、
この２等分線′₁といずれかの隣接する要素との
境界線と交差する交点Ｌ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Ｋ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
ち、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とした
際、それぞれ他方の要素内に引かれる２本の法線
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、前述した手順に従つて、隣接する要素の
境界線に設定される交点（P₁〜P₂₆）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、ｇはゲート位置を示す。

さらに、このようにして得られた充填流れ線図
が等時間線によつ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算する
と、それぞれ充填速度V_oを求めることができる。

また、それぞれの充填速度は、充填流れ線と各
等時間線t₁〜t₁₉との交点A₁，A₂…A₁₉を求め（第
１図参照）、そしてこれらの交点A₁とA₂，A₂と
A₃…A₁₈とA₁₉の距離をそれぞれ求めることによ
つて演算することができる。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。この時の充填
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_I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、特に前記等時間線分割点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填流れ線図
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
は第１図に示す充填流れ線の解析方法を示すグラ
フイツク表示図、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を示す表示図、
第５図は第４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、₁，₂……法線、′₁
……２等分線、０……任意の要素内における設定
点、Ａ〜Ｌ（P₁〜P₂₆）……隣接する要素の境界線
と対応する等時間線に対する法線との交点、E_o，
E_k……分割された要素、ｇ……ゲート位置、A₁
〜A₁₉……充填流れ線と各等時間線との交点、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、各時間における充填進
   行状況を等時間線図として表わし、 分割された微少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
   をデイスプレイ装置にグラフイツク表示して適性
   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て、隣接する等時間線上
   の交点を結ぶ直線距離により算出することからな
   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
   る点を求めることから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、
   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。 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。 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。