JPH10323864A - 射出成形用金型の構造決定方法 - Google Patents

射出成形用金型の構造決定方法

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JPH10323864A
JPH10323864A JP13509497A JP13509497A JPH10323864A JP H10323864 A JPH10323864 A JP H10323864A JP 13509497 A JP13509497 A JP 13509497A JP 13509497 A JP13509497 A JP 13509497A JP H10323864 A JPH10323864 A JP H10323864A
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JP
Japan
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rib
gas
area
mold
root
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JP13509497A
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English (en)
Inventor
Mamoru Sugano
護 菅野
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Sekisui Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Chemical Co Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/1703Introducing an auxiliary fluid into the mould
    • B29C45/1704Introducing an auxiliary fluid into the mould the fluid being introduced into the interior of the injected material which is still in a molten state, e.g. for producing hollow articles

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒケ、反り、歪み等のない成形品を成形する
ことができるガス注入射出成形用金型の構造を、多大な
時間と労力を要することなく決定することのできる、射
出成形用金型の構造決定方法を提供する。 【解決手段】 一定の断面形状・寸法を有するリブに
つき、非定常伝熱解析により一定の溶融樹脂温度・圧力
下における、リブ根元部の高温部の面積とガスの伸び率
の関係を求め、ガスの伸び率が最大となるリブ根元部の
高温部の面積を求める。次いで、上記のリブに対し断
面の形状・寸法を変化させたいくつかのパターンのリブ
について非定常伝熱解析を行って、それらのうちリブ根
元部の高温部の面積が、で求めたガスの伸び率が最大
となるリブ根元部の高温部の面積に最も近いパターンの
リブを選定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、射出成形用金型内
に注入された溶融樹脂材料中に加圧ガスを注入して中空
部を成形することにより、ヒケや反りの少ない成形品を
成形する、いわゆるガス注入射出成形法に使用される射
出成形用金型の、リブ成形部の形状・寸法を決めるるた
めの金型の構造決定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ヒケや反りの少ない射出成形品を成形す
るための技術として、いわゆるガス注入射出成形法が従
来より知られている。ガス注入射出成形法は、図1に示
すような成形品1の本体部2とそれに付属するリブ3な
どの厚肉部を成形するキャビティを設けた金型を使用し
て、キャビティ内に溶融樹脂を注入し、型内樹脂圧力を
保持したまま厚肉部のまだ溶融状態の樹脂内に注入樹脂
圧力より高い圧力のガスを注入して樹脂を金型面に圧着
し、そのまま冷却・固化することによって、本体部2の
ヒケや反りを防止する成形法である。
【0003】その場合、金型のリブ成形部の樹脂内をガ
スが通過することによって樹脂内に中空部Vが形成され
るが、この中空部Vはリブ3の全長にわたって形成され
ること、即ち、中空部Vの長さのリブ3の全長に対する
割合(以下「ガス伸び率」と称する)で表した場合、1
00%に近いことが最も好ましい。(但し行き止まり構
造のリブ成形部の場合、ガス伸び率が100%になると
リブの末端部が破れて、外観を損なうことがあるので、
末端部には樹脂の壁が必要である。)
【0004】上記のガス伸び率は、ガスを注入する際の
型内樹脂圧力及び型内樹脂温度に影響される。つまり、
一般に型内樹脂圧力が高いとガスが通過するときの抵抗
が大きいのでガス伸び率は小さくなる。従って、ガス伸
び率を大きくするためには、型内樹脂圧力を低くするこ
とが有効である。
【0005】一方、型内樹脂温度が高いと樹脂の流動性
が良好でガスが通過するときの抵抗が小さいのでガス伸
び率は大きい。従って、ガス伸び率を大きくするために
は、型内樹脂温度を高くすることが有効である。
【0006】しかるに、金型に樹脂を注入する際には、
樹脂を金型の流動抵抗に逆らって注入・充填しなければ
ならないために、型内樹脂圧力を一定値以下に下げるこ
とはできず、それに伴ってガス注入圧力を型内樹脂圧力
以上に高くしなければならない。その結果、高いガス注
入圧力を得るための高圧ガス製造装置が必要となり、設
備費が非常に高価になるという問題がある。
【0007】また、型内樹脂温度が高過ぎると、ガスは
樹脂内で拡散し、かえってガス伸び率は小さくなるとと
もに、成形品の表面部分に空洞ができて成形品の外観を
損ねたり、その部分の強度が低下することがある。その
ため、ヒケ、反り、表面の空洞等のない良好な外観の成
形品を高い効率で製造することが困難になるという問題
がある。
【0008】上記のような理由から、型内樹脂圧力及び
型内樹脂温度の範囲には自ずから限界がある。従って、
かなり狭い型内樹脂圧力及び型内樹脂温度の選択範囲内
でガス伸び率を大きくするためには、リブの断面形状を
最適なものとしなければならない。しかし、そのために
は金型のリブ成形部を入れ子構造としておいて、入れ子
部品を入替えたり、少しずつ入れ子部品を削ったり肉盛
り修正しては、試作成形を繰り返すというトライアル・
アンド・エラーによらなければならず、多大な時間と労
力を要するという問題があった。
【0009】また最近ではガス流動解析によって、ガス
の流動状態を予測することが可能となったが、まだ信頼
性に乏しく、且つ断面形状の入力、解析のための断面の
メッシュ化作業、解析等に時間と労力がかかりすぎ、ま
だ実用化には至っていない。
【発明が解決しようとする課題】そこで発明者は、ガス
伸び率に関係する因子や金型の構造、特にリブの断面形
状との関係について鋭意研究し、多くの実験と型内樹脂
の非定常伝熱解析等のコンピュータによる解析を行っ
た。そして、 イ.あるガス流路の断面積においてガス伸び率が最大と
なる(図3参照)。即ちガス流路の断面積が小さくてガ
スの注入量が少ない場合には、樹脂の冷却・収縮によっ
てガスの流動が阻害される。反対にガス流路の断面積が
大きくてガスの注入量が多過ぎる場合には、ガスは広く
拡散して伸びが悪くなる。 ロ.リブ断面根元部における高温部Ht (以下単に「高
温部」と称する)の断面積が大きいほどガス流路の断面
積は大きくなる(図4及び図5参照)。ここで高温部H
t とは、ガス注入時の型内樹脂温度がその最高温度(T
max)よりも20℃未満低い部分を指すものとする。 ハ.ある高温部Ht の断面積領域でガス伸び率が最大と
なる(図6参照)。また高温部Ht の断面積が大きいほ
どガス伸び率は大きくなると考えがちであるが、高温部
Ht の断面積が大き過ぎるとガスが溶融樹脂の表面部分
を通過して、成形品の本体部表面に肉薄部などの欠陥が
発生し、外観や強度の劣る製品となることがある。な
お、このガス伸び率が最大となる高温部Ht の断面積領
域を「最適高温領域」と呼ぶこととする。 ニ.ガス注入時の型内樹脂圧力あるいは型内樹脂温度を
変化させることにより、最適高温領域が変化する(図7
及び図8参照)。 ホ.リブの断面形状(図2に示すリブ根元部の幅b、隅
肉の幅c及び隅肉の高さd)を変えると最適高温領域が
変化する。 ヘ.上記において、実験結果とコンピュータによる解析
結果はよく一致する。 という研究結果を得ることができた。
【0010】本発明は前記のような従来技術の問題点に
鑑み、また上記の研究結果を活用することによって、多
大な時間と労力を要することなく、より簡単に、最適な
リブの断面形状を持ったガス注入射出成形用金型の構造
決定方法を提供することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、溶融樹脂を射出した後、ガスを注入し
てリブに中空部を有する成形品を製造するための射出成
形用金型の構造決定方法であって、リブ成形部の形状寸
法を決定するに際し、 一定の断面形状・寸法を有するリブにつき、非定常伝
熱解析もしくは金型を用いた成形実験により、一定の型
内樹脂温度と型内樹脂圧力下における、リブ根元部の高
温部の面積とガス伸び率の関係を求め、ガス伸び率が最
大となるリブ根元部の高温部の面積を求める、 次いで上記で用いたリブに対し、断面の形状・寸法
を変化させたいくつかのパターンのリブについて非定常
伝熱解析を行ってリブ根元部の高温部の面積とガス伸び
率の関係を求め、それらの中からリブ根元部の高温部の
面積が、上記で求めたガス伸び率が最大となるリブ根
元部の高温部の面積に最も近いパターンを有するリブを
選定する、ことを特徴とする。
【0012】本発明において、最初に上記で用いるリ
ブの形状は、本体部の厚さに対するリブのバランス、リ
ブの設置本数及び設置位置等を勘案し、従来の経験によ
って高さや根元部の幅等を概略決める。
【0013】また、上記で非定常伝熱解析を行うリブ
の形状については、従来の経験からb=(0.5〜2)
×a(a:本体部の厚さ)、c=0〜3mm、d=0〜
3mmとするのがよく、それぞれ0.5mmきざみで、
合計5〜8パターン程度につき実施すればよい(図2参
照)。
【0014】
【作用】非定常伝熱解析は、解析ソフトウエアーを用い
て金型の断面形状、成形される樹脂材料の熱的諸係数及
び成形温度や圧力などの成形条件、金型の熱伝導率等を
入力することによって、時間の経過に伴う樹脂材料内部
の温度変化を比較的簡単且つ容易に、しかも正確に把握
することができる。そして、その結果からガス流路の断
面積とガス伸び率の関係をグラフ化することにより、好
ましいリブの形状を近似的に求めることができるので、
従来のように少しずつ入れ子部品を削ったり肉盛り修正
しては、試作成形を繰り返すという方法に比べ、所要時
間と工数を著しく減少することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
き説明する。図9に示す成形品1は、厚さa=2.3m
mの平板状の本体部2にリブ3が一体に成形されて設け
られているもので、リブ3の全高H=7mm、根元部の
幅b=4.6mm、先端部の幅e=3mm、全長L=1
00mmは共通であり、根元部の寸法c及びdはそれぞ
れ0.5mm間隔で3通り、合計9パターンの異なった
形状・寸法とされている。(a〜eは図2参照)
【0016】一方、成形用の金型は、図10に示すよう
に、リブの根元部を成形する部分が入れ子構造となって
いて、入れ子10を交換することによって、上記9パタ
ーンの根元部形状を持ったリブが得られるように成形さ
れている。
【0017】次いで、上記の金型を用い、入れ子10を
順次交換しながら、型内樹脂圧力150kgf/c
2 、型内樹脂温度230℃の条件下で成形品を成形す
る実験を行った。なお型内樹脂圧力は、リブ3の溶融樹
脂注入ゲート部近傍X点に設けられた圧力センサー及び
温度センサーによって測定した。
【0018】その結果、b=4.6mm、c=1.0m
m、d=1.0mmとしたリブ形状において最大のガス
伸び率100%が得られた。またヒケ、反り、その他外
観上の欠陥、強度上の欠陥のない成形品が得られた。以
上の実験及び非定常伝熱解析の結果より、この金型にお
ける高温部の断面積とガス伸び率の関係をグラフ化して
図11に示す。
【0019】以上の結果から逆に、ある断面パターンを
持ったリブについて、非定常伝熱解析もしくは金型を用
いた実験によりリブ根元部の高温部の面積とガス伸び率
の関係を求め、次いでいくつかの断面パターンを持った
リブについて非定常伝熱解析を行い、その中からガス伸
び率が最大となる高温部の面積に最も近いパターンのリ
ブを選定することによって、最適なリブの断面形状を持
ったガス注入射出成形用金型の構造を決定することがで
きる。
【0020】また、上記方法に要した時間は、従来のト
ライアル・アンド・エラーによる方法の約1/3〜1/
2、ガス流動解析法の約1/10であった。
【0021】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
方法によれば、金型を削ったり肉盛りして修正しつつ試
作成形を繰り返すという、従来のトライアル・アンド・
エラー法に比べ、大幅に少ない時間と労力で、ヒケや反
り等の外観上の欠陥及び強度上の欠陥のない成形品が得
られるリブの形状、従ってガス注入射出成形法用の金型
の構造を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】リブ付き成形品の例を示す斜視図。
【図2】リブ付き成形品のリブの部分の拡大断面図。
【図3】ガス流路の断面積とガス伸び率の関係を示すグ
ラフ。
【図4】非定常伝熱解析で求められたリブ断面根元部の
樹脂の温度分布図。
【図5】リブ断面根元部の高温部の断面積とガス流路の
断面積の関係を示すグラフ。
【図6】高温部の断面積とガス伸び率の関係を示すグラ
フ。
【図7】型内樹脂圧力とガス伸び率の関係を示すグラ
フ。
【図8】型内樹脂温度とガス伸び率の関係を示すグラ
フ。
【図9】本発明実施の形態において成形された成形品を
示す斜視図。
【図10】図9に示す成形品の成形実験に用いられた金
型のリブ成形部の拡大断面図。
【図11】実施の形態における金型の高温部の断面積と
ガス伸び率の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1 成形品 2 本体部 3 リブ 10 入れ子 V 中空部 Ht 高温部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融樹脂を射出した後、ガスを注入して
    リブに中空部を有する成形品を製造するための射出成形
    用金型の構造決定方法であって、リブ成形部の形状寸法
    決定に際して、 一定の断面形状・寸法を有するリブにつき、非定常伝
    熱解析もしくは金型を用いた成形実験により、一定の型
    内樹脂温度と型内樹脂圧力下における、リブ根元部の高
    温部の面積とガス伸び率の関係を求め、ガス伸び率が最
    大となるリブ根元部の高温部の面積を求める、 次いで上記で用いたリブに対し、断面の形状・寸法
    を変化させたいくつかのパターンのリブについて非定常
    伝熱解析を行ってリブ根元部の高温部の面積とガス伸び
    率の関係を求め、それらの中からリブ根元部の高温部の
    面積が、上記で求めたガス伸び率が最大となるリブ根
    元部の高温部の面積に最も近いパターンを有するリブを
    選定する、ことを特徴とする射出成形用金型の構造決定
    方法。
JP13509497A 1997-05-26 1997-05-26 射出成形用金型の構造決定方法 Pending JPH10323864A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006219573A (ja) * 2005-02-10 2006-08-24 Toppan Printing Co Ltd 木質樹脂成形体

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006219573A (ja) * 2005-02-10 2006-08-24 Toppan Printing Co Ltd 木質樹脂成形体

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