KR20070091144A

KR20070091144A - 사출 성형 시뮬레이션 장치 및 방법과, 기록 매체와, 금형 제조 방법과, 사출 성형 방법

Info

Publication number: KR20070091144A
Application number: KR1020077013522A
Authority: KR
Inventors: 데츠오 우와지; 마사히로 베쇼; 와타루 니시무라
Original assignee: 미츠비시 쥬코우 플라스틱 테크놀로지 가부시키가이샤
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2007-09-07
Also published as: KR100886992B1; WO2006064885A1; CN100535908C; TW200626344A; JP2006168280A; CN101080717A; JP4716484B2; TWI304763B

Abstract

캐비티(18)가 형성되는 금형(10)의 금형 형상과, 금형(10)이 가열되는 가열 조건과, 금형(10)이 냉각되는 냉각 조건을 수집하는 금형 조건 수집부와, 금형 형상과, 가열 조건과, 냉각 조건에 근거하여, 캐비티(18)의 캐비티 표면의 캐비티 표면 온도를 산출하는 금형 시뮬레이션부(3)와, 수지(31)의 성질을 수집하는 수지 조건 수집부와, 성질과 캐비티 표면 온도에 근거하여, 수지(31)가 캐비티(18)에 사출될 때의 수지(31)의 거동을 산출하고, 수지(31)의 거동에 근거하여, 캐비티(18)에 사출된 수지(31)로부터 형성되는 성형품의 성상을 산출하는 수지 시뮬레이션부(5)를 구비하고 있다. 이와 같은 사출 성형 시뮬레이션 장치 및 사출 성형 시뮬레이션 방법에 의해, 가열된 금형(10)에 사출된 수지(31)가 냉각하여 얻어지는 성형품의 성상을 정확하게 모의실험할 수 있다.

Description

사출 성형 시뮬레이션 장치 및 방법{INJECTION MOLDING SIMULATION APPARATUS AND METHOD OF INJECTION MOLDING SIMULATION}

본 발명은 사출 성형 시뮬레이션 장치 및 사출 성형 시뮬레이션 방법에 관한 것으로, 특히 사출 성형에 사용할 수 있는 금형의 형상이나 운전 조건을 설계할 때에 이용되는 사출 성형 시뮬레이션 장치 및 사출 성형 시뮬레이션 방법에 관한 것이다.

금형 캐비티(cavity) 내에 용융 수지를 사출 충전하고, 냉각하여 성형품으로 성형하는 사출 성형이 알려져 있다. 사출 성형에서는, 가소화된 용융 수지를 캐비티 내에 사출 충전하고나서 성형품을 취출하기 까지의 공정이 사출 성형의 1 사이클이 된다. 최근의 사출 성형에서는, 캐비티의 표면 온도를 미리, 예를 들면 100℃ 정도까지 승온시켜 두고나서 가소화 용융 수지를 사출 충전하고, 충전 후에 금형을 급냉하는, 금형의 급가열, 급냉각 공정이 적용될 경우도 있다.

이렇게, 미리 캐비티 온도를 승온시켜 두면, 캐비티 내에 사출된 수지의 고화(固化)가 늦어지므로, 저 사출압으로 설정하여 수지 유동 속도를 내려도, 캐비티 내에 수지 충전을 할 수 있다. 또한, 캐비티 표면에 도달한 수지는 캐비티 표면에 열을 빼앗겨 고화를 시작하지만, 캐비티 표면의 온도가 승온하고 있기 때문에, 고화 개시가 늦고, 결과적으로 캐비티 표면의 형상(미세 요철, 경면, 잔디 모양 등)은 보다 정밀하게 수지 성형품으로 전사되게 되는 것이다. 이 사출 성형에서는, 급가열 공정을 포함하지만, 급냉각 공정에 의해 성형 사이클이 길어지는 것을 억지한다.

도 1은 이러한 금형 급가열, 급냉각 공정이 적용되는 사출 성형에서 사용되는 금형을 도시하고 있다. 금형(110)은 이동측 금형(111)과 고정측 금형(112)을 구비하고 있다. 고정측 금형(112)은 사출 성형기의 케이싱(도시하지 않음)에 고정되어 있다. 이동측 금형(111)은 고정측 금형(112)을 향해서 진퇴 가능하게 케이싱(도시하지 않음)에 지지되어 있다.

이동측 금형(111)은 외형(114)과 내형(115)을 구비하고 있다. 외형(114)에는 요홈부가 형성되어 있고, 내형(115)은 외형(114)에 형성된 요홈부 안에 배치되어서 지지된다. 내형(115)에는 외형(114)에 접촉하는 면에 복수의 홈이 형성되어 있고, 그들 홈은 내형(115)이 외형(114)에 의해 지지될 때에, 복수의 유로(121)를 형성한다. 외형(114)에는 또한, 도시되지 않은 상류측 유로와 하류측 유로가 형성되어 있다. 그 상류측 유로는 유로(121)의 상류측 단부를 외부의 가열 냉각 매체 공급원(도시하지 않음)의 흡입측과 토출측 중 어느 하나에 접속하고, 그 하류측 유로는 유로(121)의 하류측 단부를 외부의 가열 냉각 매체 공급원의 토출측과 흡입측 중 어느 하나에 접속하고 있다.

고정측 금형(112)은 외형(116)과 내형(117)을 구비하고 있다. 외형(116)에는 요홈부가 형성되어 있고, 내형(117)은 외형(116)에 형성된 요홈부 안에 배치되어서 지지된다. 내형(117)은 외형(116)에 접촉하는 면에 복수의 홈이 형성되어 있고, 그들의 홈은 내형(117)이 외형(116)에 지지될 때에, 복수의 유로(122)를 형성한다. 외형(116)에는, 또한 상류측 유로와 하류측 유로(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 그 상류측 유로는 유로(122)의 상류측 단부를 외부의 가열 냉각 매체 공급원(도시하지 않음)의 토출측과 흡입측 중 어느 하나에 접속하고, 그 하류측 유로는 유로(122)의 하류측 단부를 외부의 가열 냉각 매체 공급원의 흡입측과 토출측 중 어느 하나에 접속하고 있다.

외형(114)에 접하지 않는 내형(115)의 면에는, 요홈부가 형성되어 있고, 외형(116)에 접하지 않는 내형(117)의 면에도 요홈부가 형성되어 있다. 그들의 요홈부는, 이동측 금형(111) 과 고정측 금형(112)이 밀착했을 때에, 캐비티(118)를 형성한다. 금형(110)에는, 또한, 게이트(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 그 게이트를 거쳐서, 캐비티(118)는 사출 성형기의 사출 실린더(도시하지 않음)와 연통한다.

금형(110)을 사용하는 사출 성형기는, 가소화 기구와 사출기구와 형체기구와 가열 냉각 기구(어느 것도 도시하지 않음)를 구비하고 있다. 가소화 기구는 원료인 가소성 수지를 용융해서 용융 수지를 생성한다. 사출기구는 가소화 기구로 생성된 용융 수지를 캐비티(118)에 사출한다. 형체기구는 이동측 금형(111)을 고정측 금형(112)을 향해서 진퇴시키고, 또한 이동측 금형(111)과 고정측 금형(112)을 형체한다. 가열 냉각 기구는 냉수를 생성하는 냉수 공급원과, 온수를 생성하는 온수 공급원과, 그 냉수 또는 온수 중 한쪽을 유로(121, 122)에 공급하는 밸브(도시하지 않음)를 구비하고, 유로(121, 122)에 냉수를 흘려보내서 캐비티(118)의 표면을 냉각하고, 유로(121, 122)에 온수를 흘려서 캐비티(118)의 표면을 가열한다.

도 2는 금형(110)을 사용하는 사출 성형 방법을 도시하고, 유로(121, 122)에 공급되는 가열 냉각 매체(물)의 온도 변화를 도시하고 있다. 그 사출 성형 방법에서는, 수지 재료를 용융하고, 캐비티 내에 사출 충전하고, 냉각하여 성형품으로서 취출하기 까지의 사출 성형 1 사이클(Δt)이 되풀이해서 실행된다. 사출 성형 1 사이클(Δt)은, 금형 가열 기간(Δt1)과 수지 충전 기간(Δt2)과 금형 냉각 기간(Δt3)과 성형품 취출 기간(Δt4)을 포함하고 있다. 금형 가열 기간(Δt1)에서는, 가열 냉각 기구에 의해 유로(121, 122)에 160℃의 온수가 공급되어, 캐비티(118)의 캐비티 표면이 가열된다. 수지 충전 기간(Δt2)에서는, 가소화 기구에 의해 생성된 용융 수지가 사출기구에 의해 캐비티(118)에 사출 충전된다. 금형 냉각 기간(Δt3)에서는, 가열 냉각 기구에 의해 유로(121, 122)에 20℃ 냉수가 공급되어, 캐비티(118)의 캐비티 표면이 냉각된다. 성형품 취출 기간(Δt4)에서는, 형체기구에 의해 이동측 금형(111)을 고정측 금형으로부터 이간하는 방향으로 이동시켜서 형개하여 캐비티(118)로부터 성형품을 취출하고, 성형품을 취출한 후, 이동측 금형(111)을 고정측 금형(112)을 향해서 이동시키고, 이동측 금형(111)과 고정측 금형(112)을 형폐·형체하여 다음 사출 성형 사이클에 대비한다.

가열 냉각 기구는 온수 또는 냉수를 유로(121, 122)에 상시 공급한다. 즉, 가열 냉각 기구는 금형 가열 기간(Δt1)과 수지 충전 기간(Δt2)에 유로(121, 122)에 온수를 공급하고, 금형 냉각 기간(Δt3)과 성형품 취출 기간(Δt4)에 유로(121, 122)에 냉수를 공급한다.

이러한 사출 성형 방법에 의하면, 캐비티(118) 내에 사출 충전된 용융 수지는, 표면이 캐비티(118)의 표면에 충분히 밀착한 후에 냉각되어 응고한다. 이 때문에, 성형품의 표면 형상은 캐비티(118)의 캐비티 표면 형상을 모방하게 된다. 예를 들면, 캐비티(118)의 표면에 미세한 요철형상이 형성되어 있을 때에는, 그 미세한 요철형상이 성형품의 표면 형상으로서 전사된다. 캐비티(118)의 표면이 경면일 때에는, 성형품의 표면은 경면으로 형성되게 된다. 캐비티(118)의 표면 형상을, 성형품의 표면에 의해 정밀하게 전사할 수 있는 금형, 사출 성형 조건을 설계하는 것이 요구된다.

수치해석에 의해, 성형 프로세스 중의 금형의 온도 이력을 구하고, 또는 냉각 공정에 있어서의 수지 성형품의 온도 이력이나 휨, 처짐 등의 변형량을 예측하는 여러 사출 성형 시뮬레이션 방법이 제안되어 있다.

일본 특허공개 제 1993-322812 호 공보에는, 국소적으로 상이한 열 전달계수를 결정하는 것이 가능하고, 또한 온도 센서가 공급 매체와의 경계로부터 떨어져 있는 것의 영향 및 외벽으로부터의 방열 현상의 영향을 고려하여, 열 전달계수를 산출할 수 있는 사출 성형용 금형의 열 전달계수 산출 방법이 개시되어 있다. 그 사출 성형용 금형의 열 전달계수 산출 방법에서는, 금형 온조 배관 내에서 행하여지는 열교환을 금형 외벽으로부터의 방열 현상을 고려한 수치해석과 실험적 수법에 의해, 금형의 열 전달계수가 산출된다.

일본 특허공개 제 1994-262635 호 공보에는, 결정성 플라스틱 성형품의 성형에 있어서, 성형 조건의 최적화를 도모할 수 있는 결정성 플라스틱 성형품에 있어서의 성형 조건의 설정 방법이 개시되어 있다. 그 결정성 플라스틱 성형품에 있어서의 성형 조건의 설정 방법은 핵 발생 속도식·구정(球晶) 성장 속도식을 아브라미(Avrami) 식에 대입함으로써 수지의 결정 성장 속도가 시간과 온도의 함수로서 구해지고, 한편 금형 내의 수지온도가 시뮬레이션 등의 수법에 의해 시간의 함수로서 구해지며, 그 양자로부터 결정화도의 누적값이 구해진다. 이로써, 금형온도· 수지온도· 냉각 고화 시간이 최적화된다.

일본 특허공개 제 1995-282123 호 공보에는, 수치계산에 요구되는 시간을 효과적으로 단축시키면서, 정밀한 온도해석을 실행할 수 있는 금형의 온도해석 방법이 개시되어 있다. 이러한 금형의 온도해석 방법에서는, 그물코 형상으로 분할된 다각형 요소의 집합체로 이루어지는 금형의 해석 모델에 근거하여, 각부의 온도가 수치계산에 의해 해석된다. 금형의 형상 등에 대응시켜서 그 각부를 구성하는 다각형 요소의 분할 폭을 설정하는 동시에, 이 다각형 요소의 분할 폭에 따라 상기 수치계산에 사용하는 여러 물성치를 변경하고, 이 변경후의 여러 물성치를 이용하여 상기 금형 모델의 온도해석이 행하여진다.

일본 특허공개 제 1998-278085 호 공보에는, 금형 내부를 미소요소로 분할하는 일없이, 금형 표면을 요소분할하고, 성형 프로세스 중의 성형품, 금형의 온도 이력을 예측하고, 계산 시간도 단축시키는 사출 성형 프로세스에 있어서의 온도 이 력 예측 장치가 개시되어 있다. 그 사출 성형 프로세스에 있어서의 온도 이력 예측 장치는 사출 성형 프로세스의 성형품 및 금형의 온도 이력을 수치해석에 의해 예측한다. 성형품을 미소요소로 분할하고, 유한 요소법, 차분법, 유한 부피법, 경계 요소법 등의 수치 계산법을 적용함으로써, 비정상 열전도 문제를 해결하는 것으로, 성형품으로부터 금형 중의 캐비어면에 도피하는 1 사이클 평균의 열량이 요소마다 산출된다. 금형부를 미소요소로 분할하고, 경계 조건으로서 금형 캐비어면의 각 요소에 상기 제 1 산출부에서 산출된 각 요소의 성형품으로부터 금형으로 도피하는 1 사이클 평균 열량이, 냉각관의 표면에는 냉매온도·냉매와 금형 사이의 열 전달율을, 외기로 접하는 금형 표면에는 외기온도·외기와 금형 사이의 열 전달율을 부여하고, 경계 요소법, 유한 요소법, 유한 부피법, 차분법 등의 수치 계산법을 적용하고, 정상 열전도 문제를 푸는 것으로, 금형의 온도 및 열 유속이 산출된다. 입력된 경계 조건 및 상기 제 2 산출부에서 얻을 수 있은 온도 분포, 열 유속을 바탕으로, 캐비티면에서 냉각관까지의 거리 및 냉매와 냉각관 사이의 열 전달율을 일차원적인 모델로 바꿔 놓은 등가 거리, 등가 열 전달율이 산출된다. 이렇게 구한 등가 거리, 등가 열 전달율을 이용하고, 성형품 및 캐비티면에서 냉각관까지의 금형을 판 두께 방향으로 일차원의 미소요소로 분할하고, 유한 요소법 혹은 차분법, 유한 부피법을 채용한 수치계산에 의해, 비정상 열전도 문제를 되풀이해 푸는 것으로, 사출 성형 가공 프로세스의 성형품 및 금형의 온도 이력이 산출된다.

일본 특허공개 제 1998-278089 호 공보에는, 수지 성형품으로서의 최종적인 상태에서의 휘어짐, 처짐 등에 기인하는 수지 성형품의 변형량의 산출을, 보다 적 은 투자와 해석 작업 시간으로 실현하는 것을 가능하게 한 사출 성형 프로세스의 시뮬레이션 방법이 개시되어 있다. 그 수지부품의 사출 성형 프로세스의 시뮬레이션 방법에서는, 금형 및 수지부품의 형상 데이터에 근거하여 형상 모델이 작성되고, 형상 모델이 복수의 미소요소로 분할된다. 수지부품의 설계 매개변수가 입력되어, 금형으로의 수지의 유입구로부터 상기 복수의 미소요소의 제 각기로의 도달 매개변수(x)를 변수로 한 수지온도의 함수(t=f[x]) 및 수지압력의 함수(p=g[x])가 요구된다. 앞의 공정에서 요구된 도달 매개변수, 수지온도, 수지압력 및 함수에 근거하여 금형 내에 있어서의 상기 수지온도 및 수지압력의 분산치가 표시된다. 수지온도 및 수지압력의 분산치에 근거하여, 입력된 설계 매개변수가 평가된다.

일본 특허공개 제 2000-289076 호 공보에는, 성형 과정에 있어서의 수지의 물리적 거동의 예측 정밀도를 향상시키는 수지성형 시뮬레이션 방법이 개시되어 있다. 그 수지성형 시뮬레이션 방법에서는, 수지의 사출 성형과정에 있어서의 금형 내의 열전도 현상을 모의실험 하여, 금형의 온도 분포가 계산된다. 계산된 금형의 온도 분포에 근거하여, 금형온도와 계면 열 전달율과의 상관 관계 지도를 참조하여 계면 열 전달율이 계산된다. 충전 개시로부터 분형까지의 용융 수지의 거동을 모의실험하고, 수지압력 및 수지온도의 경시 변화가 계산되어, 사출 성형품이 상온으로 되기까지의 응력 및 휨이 모의실험 된다. 휨 변형 및 수축 변형이 예측되고, 계산된 금형온도 분포, 수지압력 및 수지온도의 경시 변화, 사출 성형품의 휨 변형 및 수축 변형을 출력할 수 있다.

일본 특허공개 제 2003-326581 호 공보에는, 수지의 수축에 의한 변형량이 허용치 이내로 수납되는 냉각 조건을 구하는 방법 및 경시 변화에 의한 수축율을 허용치 이하로 억지하기 위해서 필요한 냉각 조건을 구하는 방법이 개시되어 있다. 그 수축율에 근거하는 사출 성형품의 형내 냉각 조건의 예측 방법에서는, 성형품, 금형의 온도 및 성형품의 수지압력, 온도를 예측하는 부분과 형내 냉각중의 성형품의 점 탄성 특성을 고려해 응력 모의실험이 행하여지고, 형내에서의 잔류응력이 예측되어, 성형품이 금형으로부터 벗어나는 현상의 응력 모의실험이 행하여진다. 성형품이 대기온도로 되기까지의 성형품의 온도 및 점 탄성 특성을 고려한 응력 모의실험이 행하여지고, 성형품이 대기온도가 되고나서 지정된 경과 시간까지 대기중에서의 성형품의 점 탄성 특성을 고려한 응력 모의실험이 행하여진다. 냉각 조건을 바꿔, 경시 변화에 의한 수축율을 허용치 이하로 억지하기 위해서 필요한 냉각 조건이 요구된다.

사출 성형에 의해 성형되는 수지 성형품의, 성형(냉각)공정에 있어서의 온도 이력을 수치해석에 의해 구하고, 휨, 처짐 등의 변형량을 정확하게 예측할 경우, 금형 내의 온조 유로를 흐르는 가열 매체, 혹은 냉각 매체로부터 받는 영향(금형의 가열, 냉각) 이외에, 금형 내에 사출되고, 캐비티 표면에 도달한 수지가 보유하는 열량의 영향도 고려하여 캐비티의 표면 온도 분포, 이력을 해석하고, 또한, 그렇게 해석된 캐비티 표면의 온도 분포, 이력을 기초로 해서, 성형 프로세스(냉각 공정) 중의 수지 성형품의 온도 이력을 해석하고, 휨, 처짐 등의 변형량을 예측하는 금형 해석과 성형품 해석의 쌍방을 연성한 수치해석을 실행하는 것이 필요하다.

발명의 요약

본 발명의 과제는 사출 성형에 의해 성형되는 성형품의 형상을, 금형해석과 성형품 해석을 연성하여 산출하는 사출 성형 시뮬레이션 장치 및 사출 성형 시뮬레이션 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 과제는 사출 성형에 의해 성형되는 성형품의 형상을, 금형해석과 성형품해석을 연성하고, 보다 정확하게 산출하는 사출 성형 시뮬레이션 장치 및 사출 성형 시뮬레이션 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 사출 성형에 의해 성형되는 성형품의 형상을 보다 빠르게 산출하는 사출 성형 시뮬레이션 장치 및 사출 성형 시뮬레이션 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 사출 성형에 의해 성형되는 성형품의 형상을 보다 정확하게, 또한, 보다 빠르게 산출하는 사출 성형 시뮬레이션 장치 및 사출 성형 시뮬레이션 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 관점에서는, 사출 성형 시뮬레이션 장치는 캐비티가 형성되는 금형의 금형 형상과 금형이 가열되는 가열 조건과 금형이 냉각되는 냉각 조건을 수집하는 금형 조건 수집부와, 금형 형상과 가열 조건과 냉각 조건에 근거하여, 캐비티의 표면 온도를 산출하는 금형 시뮬레이션부와, 캐비티에 사출 충전되는 수지의 성질을 수집하는 수지 조건 수집부와, 수지의 성질과 캐비티 표면 온도에 근거하여, 수지가 캐비티에 사출되었을 때의 수지의 거동을 산출하고, 그 수지의 거동에 근거하여 캐비티에 사출된 수지로부터 성형되는 성형품의 형상을 산출하는 수지 시뮬레이션부를 구비하고 있다. 이러한 사출 성형 시뮬레이션 장치는 가열된 금형에 사 출된 수지가 냉각되어 성형되는 성형품의 형상을 모의실험할 수 있다. 수지는 캐비티에 충전되는 도중부터 냉각되어, 성형품의 형상에 영향을 미치게 한다. 이러한 계산에 의하면, 사출 성형 시뮬레이션 장치는 성형품의 형상을 보다 정확하게 산출할 수 있다.

금형 시뮬레이션부는 수지의 거동에 더욱 기초하여 캐비티 표면 온도를 산출하는 것이 바람직하다. 캐비티 표면은 수지로부터도 가열된다. 이러한 계산에 의하면, 사출 성형 시뮬레이션 장치는 캐비티 표면 온도를 보다 정확하게 산출할 수 있다.

금형 시뮬레이션부는 수지의 거동과는 독립하여 캐비티 표면 온도를 산출하는 것이 바람직하다. 금형은 일반적으로, 수지와 비교하여 충분히 비열이 크고, 캐비티 표면 온도는 수지의 거동에 독립하여 캐비티 표면 온도를 산출할 수 있다. 이러한 사출 성형 시뮬레이션 장치는 그 거동에 연립되어서 캐비티 표면 온도를 산출하는 것보다 계산이 빠르고, 바람직하다.

캐비티 표면 온도는 복수의 시간에서의 캐비티 표면의 온도를 도시하고 있다. 이때, 금형 시뮬레이션부는 그 거동 중의 복수의 시간으로부터 솎아내진 시간에서의 거동에 더욱 기초하여 캐비티 표면 온도를 산출하는 것이 바람직하다. 이러한 사출 성형 시뮬레이션 장치는 캐비티 표면 온도를 수지의 거동에 연립되게 해서 산출하는 것보다 계산이 빠르고, 캐비티 표면 온도를 수지의 거동에 독립으로 산출하는 것보다 정확하게 캐비티 표면 온도를 산출할 수 있고, 성형품의 형상을 보다 정확하게 산출할 수 있다.

금형 시뮬레이션부는 수지 전체량이, 특정한 시간에, 일시에 충전되는 수지 충전 공정을 모델화하고, 캐비티 표면 온도를 산출하는 것이 바람직하다. 더욱, 금형 시뮬레이션부는 사출 충전되는 수지의 전체량을 복수로 분할하고, 분할한 양의 각각이, 각각 특정한 시간에, 일시에 충전되는 수지 충전 공정을 모델화하고, 캐비티 표면 온도를 산출하는 것이 바람직하다.

금형 시뮬레이션부는 캐비티의 표면이 변형하는 변형량을 더욱 산출한다. 이때, 수지 시뮬레이션부는 캐비티의 표면의 변형량에 더욱 기초하여 성형품의 형상을 산출하는 것이 바람직하다. 캐비티 표면은 열에 의해 변형한다. 성형품의 형상은 캐비티 표면의 변형에 영향을 준다. 이러한 계산에 의하면, 사출 성형 시뮬레이션 장치는 성형품의 형상을 보다 정확하게 산출할 수 있다.

수지 시뮬레이션부는 수지로부터 캐비티 표면에 가해지는 압력분포를 추가로 산출한다. 이때, 금형 시뮬레이션부는 압력분포에 더욱 기초하여 변형량을 산출하는 것이 바람직하다. 캐비티 표면은 압력에 의해 또한 변형한다. 이러한 계산에 의하면, 사출 성형 시뮬레이션 장치는 성형품의 형상을 보다 정확하게 산출할 수 있다.

본 발명에 의한 사출 성형 시뮬레이션 프로그램은 컴퓨터인 사출 성형 시뮬레이션 장치에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램이며, 그 컴퓨터 프로그램의 부분으로서, 캐비티가 형성되는 금형의 금형 형상과 금형이 가열되는 가열 조건과 금형이 냉각되는 냉각 조건을 수집하는 단계와, 금형 형상과 가열 조건과 냉각 조건에 근거하여, 캐비티의 표면 온도를 산출하는 단계와, 캐비티에 사출 충전되는 수지의 성질을 수집하는 단계와, 수지의 성질과 캐비티 표면 온도에 근거하여, 수지가 캐비티에 사출되었을 때의 수지의 거동을 산출하고, 그 수지의 거동에 근거하여 캐비티에 사출된 수지로부터 성형되는 성형품의 형상을 산출하는 단계를 구비하고 있다. 이때, 가열된 금형에 사출된 수지가 냉각되어서 성형되는 성형품의 형상을 모의실험할 수 있다. 수지는, 캐비티에 충전되는 도중부터 냉각되어, 성형품의 형상에 영향을 미치게 한다. 이러한 계산에 의하면, 성형품의 형상을 보다 정확하게 산출할 수 있다.

캐비티 표면 온도는 수지의 거동에 추가로 기초하여 산출되는 것이 바람직하다. 캐비티 표면은 수지로부터도 가열된다. 이러한 계산에 의하면, 캐비티 표면 온도를 보다 정확하게 산출할 수 있다.

캐비티 표면 온도는 수지의 거동과는 독립하여 산출되는 것이 바람직하다. 금형은 일반적으로, 수지와 비교하여 충분히 비열이 크고, 캐비티 표면 온도는 수지의 거동에 독립하여 캐비티 표면 온도를 산출할 수 있다. 이러한 계산에 의하면, 그 거동에 연립되어서 캐비티 표면 온도를 산출하는 것보다 계산이 빠르고, 바람직하다.

캐비티 표면 온도는 복수의 시간에서의 캐비티 표면의 온도를 도시하고, 거동 중의 복수의 시간으로부터 솎아내진 시간에서의 거동에 더욱 기초하여 산출되는 것이 바람직하다. 이때, 캐비티 표면 온도를 수지의 거동에 연립되게 해서 산출하는 것보다 계산이 빠르고, 캐비티 표면 온도를 수지의 거동에 독립으로 산출하는 것보다 정확하게 캐비티 표면 온도를 산출할 수 있고, 성형품의 형상을 보다 정확 하게 산출할 수 있다.

캐비티 표면 온도는 수지 전체량이, 특정한 시간에, 일시에 충전되는 수지 충전 공정을 모델화하고, 산출되는 것이 바람직하다. 또한, 캐비티 표면 온도는 사출 충전되는 수지의 전체량을 복수로 분할하고, 분할한 양의 각각이, 각각 특정한 시간에, 일시에 충전되는 수지 충전 공정을 모델화하고, 캐비티 표면 온도를 산출되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 사출 성형 시뮬레이션 프로그램은 캐비티 표면이 변형하는 변형량을 산출하는 단계를 더욱 구비하고 있다. 이때, 성형품의 형상은 변형량에 더욱 기초하여 산출되는 것이 바람직하다. 캐비티 표면은 열에 의해 변형한다. 성형품의 형상은 캐비티 표면의 변형에 영향을 주어진다. 이러한 계산에 의하면, 성형품의 형상을 보다 정확하게 산출할 수 있다.

본 발명에 의한 사출 성형 시뮬레이션 프로그램은 수지로부터 캐비티 표면에 가해지는 압력분포를 산출하는 단계를 추가로 구비하고 있다. 이때, 변형량은 압력분포에 더욱 기초하여 산출되는 것이 바람직하다. 캐비티 표면은 압력에 의해 또한 변형한다. 이러한 계산에 의하면, 성형품의 형상을 보다 정확하게 산출할 수 있다. 본 발명에 의한 사출 성형 시뮬레이션 방법은 캐비티가 형성되는 금형의 금형 형상과 금형이 가열되는 가열 조건과 금형이 냉각되는 냉각 조건을 수집하는 단계와, 금형 형상과 가열 조건과 냉각 조건에 근거하여, 캐비티의 표면 온도를 산출하는 단계와, 캐비티에 사출 충전되는 수지의 성질을 수집하는 단계와, 수지의 성질과 캐비티 표면 온도에 근거하여, 수지가 캐비티에 사출되었을때의 수지의 거동 을 산출하고, 그 수지의 거동에 근거하여 캐비티에 사출된 수지로부터 성형되는 성형품의 형상을 산출하는 단계를 구비하고 있다. 이때, 가열된 금형에 사출된 수지가 냉각되어서 성형되는 성형품의 형상을 모의실험할 수 있다. 수지는, 캐비티에 충전되는 도중부터 냉각되어, 성형품의 형상에 영향을 미치게 한다. 이러한 계산에 의하면, 성형품의 형상을 보다 정확하게 산출할 수 있다. 캐비티 표면 온도는 수지의 거동에 더욱 기초하여 산출되는 것이 바람직하다. 캐비티 표면은 수지로부터도 가열된다. 이러한 계산에 의하면, 캐비티 표면 온도를 보다 정확하게 산출할 수 있다.

캐비티 표면 온도는 수지의 거동과는 독립하여 산출되는 것이 바람직하다. 금형은 일반적으로, 수지와 비교하여 충분히 비열이 크고, 캐비티 표면 온도는 수지의 거동에 독립하여 캐비티 표면 온도를 산출할 수 있다. 이러한 계산에 의하면, 그 거동에 연립되어서 캐비티 표면 온도를 산출하는 것보다 계산이 빠르고, 바람직하다. 캐비티 표면 온도는 복수의 시간에서의 캐비티 표면의 온도를 나타내고, 거동 중의 복수의 시간으로부터 솎아내진 시간에서의 거동에 더욱 기초하여 산출되는 것이 바람직하다. 이때, 캐비티 표면 온도를 수지의 거동에 연립되게 해서 산출하는 것보다 계산이 빠르고, 캐비티 표면 온도를 수지의 거동에 독립으로 산출하는 것보다 정확하게 캐비티 표면 온도를 산출할 수 있고, 성형품의 형상을 보다 정확하게 산출할 수 있다.

캐비티 표면 온도는 수지 전체량이, 특정한 시간에, 일시에 충전되는 수지 충전 공정을 모델화하고, 산출되는 것이 바람직하다. 더욱, 캐비티 표면 온도는 사출 충전되는 수지의 전체량을 복수로 분할하고, 분할한 양의 각각이, 각각 특정한 시간에, 일시에 충전되는 수지 충전 공정을 모델화하고, 캐비티 표면 온도를 산출되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 사출 성형 시뮬레이션 방법은 캐비티의 표면이 변형하는 변형량을 산출하는 단계를 추가로 구비하고 있다. 이때, 성형품의 형상은 캐비티의 변형량에 더욱 기초하여 산출되는 것이 바람직하다. 캐비티 표면은 열에 의해 변형한다. 성형품의 형상은 캐비티 표면의 변형에 영향을 주어진다. 이러한 계산에 의하면, 성형품의 형상을 보다 정확하게 산출할 수 있다.

본 발명에 의한 사출 성형 시뮬레이션 방법은 수지로부터 캐비티 표면에 가해지는 압력분포를 산출하는 단계를 추가로 구비하고 있다. 이때, 변형량은 압력분포에 더욱 기초하여 산출되는 것이 바람직하다. 캐비티 표면은 압력에 의해 또한 변형한다. 이러한 계산에 의하면, 성형품의 형상을 보다 정확하게 산출할 수 있다.

본 발명에 의한 금형제조 방법은 금형을 생산하는 방법이며, 본 발명에 의한 사출 성형 시뮬레이션 방법을 실행하는 단계와, 성형품의 형상이 부적절할 때에, 금형 형상을 변경하는 단계와, 성형품의 형상이 적절할 때에, 금형 형상을 만족하는 최종 금형을 제조하는 단계를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 사출 성형 방법은 성형품으로을 생산하는 방법이며, 본 발명에 의한 사출 성형 시뮬레이션 방법을 실행하는 단계와, 성형품의 형상이 부적절할 때에, 가열 조건과 냉각 조건을 변경하는 단계와, 성형품의 형상이 적절할 때에, 금형 형상을 만족하는 최종 금형을 이용하여 가열 조건과 냉각 조건을 만족하도록 사출 성형하는 단계를 구비하는 것이 바람직하다.

도 1은 종래의 금형을 도시하는 사시 단면도,

도 2는 종래의 사출 성형에 있어서의 냉각수의 온도 변화를 도시하는 그래프,

도 3은 본 발명의 사출 성형에서 사용되는 금형을 도시하는 사시 단면도,

도 4는 본 발명의 사출 성형에 있어서의 냉각수의 온도 변화를 도시하는 그래프,

도 5는 캐비티에 충전되는 용융 수지를 도시하는 사시도,

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 사출 성형 시뮬레이션 장치를 도시하는 블럭도,

도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 있어서 금형과 운전 조건을 설계하는 동작을 도시하는 흐름도,

도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 있어서 운전 조건을 검증하는 동작을 도시하는 흐름도,

도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 있어서 금형의 캐비티 표면의 거동을 모의실험하는 동작을 도시하는 흐름도,

도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 있어서 수지의 거동을 모의실험하는 동작 을 도시하는 흐름도,

도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 의한 사출 성형 시뮬레이션 장치를 설명한다. 그 사출 성형 시뮬레이션 장치에 의한 시뮬레이션의 대상인 금형(10)은 도 3에 표시되고 있는 것 같이, 이동측 금형(11)과 고정측 금형(12)으로 형성되어 있다. 금형(10)은 가소화 용융된 수지 재료를 사출 충전하고, 냉각하고, 성형품에 성형하는 사출 성형기로 사용된다. 고정측 금형(12)은 사출 성형기의 케이싱(도시하지 않음)에 고정되어 있다. 이동측 금형(11)은 고정측 금형(12)을 향해서 진퇴 가능하게 케이싱(도시하지 않음)에 지지되어 있다.

이동측 금형(11)은 외형(14)과 내형(15)을 구비하고 있다. 외형(14)에는 요홈부가 형성되어 있고, 내형(15)은 외형(14)에 형성된 요홈부 안에 배치되어서 지지되어 있다. 내형(15)은 외형(14)에 접촉하는 면에 복수의 홈이 형성되어 있고, 그 홈은 내형(15)이 외형(14)에 지지될 때에, 복수의 유로(21)를 형성한다. 외형(14)에는, 또한 상류측 유로와 하류측 유로(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 그 상류측 유로는 유로(21)의 상류측 단부를 외부의 가열 냉각 매체 공급원(도면에 도시되지 않음)의 토출측 또는 흡입측 중 어느 한쪽에 접속하고, 그 하류측 유로는 유로(21)의 하류측 단부를 상기 외부의 가열 냉각 매체 공급원의 토출측 또는 흡입측 중 다른쪽에 접속하고 있다.

고정측 금형(12)은 외형(16)과 내형(17)을 구비하고 있다. 외형(16)에는 요홈부가 형성되어 있고, 내형(17)은 외형(16)에 형성된 상기 요홈부 안에 배치되어서 지지되어 있다. 내형(17)은 외형(16)에 접촉하는 면에 복수의 홈이 형성되어 있고, 그 홈은 내형(17)이 외형(16)에 지지될 때에, 복수의 유로(22)를 형성한다. 외형(16)에는, 또한 상류측 유로와 하류측 유로(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 그 상류측 유로는 유로(22)의 상류측 단부를 외부의 가열 냉각 매체 공급원(도면에 도시되지 않음)의 토출측 또는 흡입측 중 어느 한쪽에 접속하고, 그 하류측 유로는 유로(22)의 하류측 단부를 상기 외부의 가열 냉각 매체 공급원의 토출측 또는 흡입측 중 다른쪽에 접속하고 있다.

내형(15)이 외형(14)에 접하지 않는 면에는, 요홈부가 형성되어 있고, 내형(17)이 외형(16)에 접하지 않는 면에도 요홈부가 형성되어 있다. 그들 요홈부는, 이동측 금형(11)과 고정측 금형(12)이 밀착했을 때에, 캐비티(18)를 형성한다. 금형(10)에는, 또한 게이트(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 그 게이트를 거쳐서, 캐비티(18)은 사출 성형기의 사출 실린더(도시하지 않음)에 연통한다.

금형(10)이 적용되는 사출 성형기는, 도시되지 않은 가소화 기구와, 사출기구와, 형체기구와, 가열 냉각 기구를 구비하고 있다. 가소화 기구는 원료인 가소성 수지를 용융해서 용융 수지를 생성한다. 사출기구는 가소화 기구로 생성된 용융 수지를 캐비티(18)에 사출한다. 형체기구는 이동측 금형(11)을 고정측 금형(12)을 향해서 진퇴 시켜서 형개폐하고, 또한 이동측 금형(11)과 고정측 금형(12)을 결합한다. 가열 냉각 기구는 냉수를 생성하는 냉수 공급원과, 온수를 생성하는 온수 공급원과, 그 냉수 또는 온수 중 한쪽을 유로(21, 22)에 공급하는 밸브를 구비하고, 유로(21, 22)에 냉수를 흘려보내서 캐비티(18)의 표면을 냉각하고, 유로(21, 22)에 온수를 흘려서 캐비티(18)의 표면을 가열한다.

도 4는 금형(10)을 사용한 사출 성형 방법을 도시하고, 유로(21, 22)에 공급되는 가열 냉각 매체(물)의 온도 변화를 도시하고 있다. 그 사출 성형 방법에서는, 수지 재료를 가소화 용융하고, 금형 캐비티 내에 사출 충전하고, 냉각해서 성형품으로서 취출하기까지의 사출 성형 1 사이클(Δt)이 되풀이해서 실행된다. 사출 성형 1 사이클(Δt)은, 금형 가열 기간(Δt1)과, 수지 충전 기간(Δt2)과, 금형 냉각 기간(Δt3)과, 성형품 취출 기간(Δt4)을 포함하고 있다. 금형 가열 기간(Δt1)에서는, 가열 냉각 기구에 의해 유로(21, 22)에 온수가 공급되어, 캐비티(18)의 캐비티 표면이 가열된다. 수지 충전 기간(Δt2)에서는, 가소화 기구에 의해 생성된 용융 수지가 사출기구에 의해 캐비티(18)에 사출 충전된다. 금형 냉각 기간(Δt3)에서는, 가열 냉각 기구에 의해 유로(21, 22)에 냉수가 공급되어, 캐비티(18)의 캐비티 표면이 냉각된다. 성형품 취출 기간(Δt4)에서는, 형체기구에 의해 이동측 금형(11)을 고정측 금형(12)으로부터 이간하는 방향으로 이동시켜서 형개하여 캐비티(18)로부터 성형품을 취출하고, 성형품을 취출한 후, 이동측 금형(11)을 고정측 금형(12)을 향해서 이동시키고, 이동측 금형(11)과 고정측 금형(12)을 형폐하고· 형결하여 다음 사출 성형 사이클에 대비한다.

가열 냉각 기구는 온수 또는 냉수를 유로(21, 22)에 상시 공급한다. 즉, 가열 냉각 기구는 금형 가열 기간(Δt1)과 수지 충전 기간(Δt2)에 유로(21, 22)에 온수를 공급하고, 금형 냉각 기간(Δt3)과 성형품 취출 기간(Δt4)에 유로(21, 22)에 냉수를 공급한다. 도 5는, 캐비티(18)에 사출되는 수지의 거동을 도시하고 있다. 그 수지(31)는 금형(10)에 형성되는 게이트(33)를 거쳐서 캐비티(18)에 사출된다. 그 수지(31)의 표면은 수지(31)가 캐비티(18)에 충전되기 전에, 캐비티(18)의 캐비티 표면에 접촉하지 않고 있는 멜트 프런트(melt front; 32)와 캐비티 표면에 접촉하고 있는 접촉면(34)으로부터 형성되어 있다. 멜트 프런트(32)는 수지(31)가 게이트(33)를 거쳐서 캐비티(18) 내에 사출되면, 캐비티 표면 중 게이트(33)에 가까운 영역에서 캐비티 표면 중 게이트(33)로부터 먼 영역을 향해서 이동하고, 결국은 소멸한다. 접촉면(34)은 수지(31)가 캐비티(18)에 사출됨에 따라서 면적을 증가시켜, 결국은 캐비티 표면에 일치한다. 수지(31)는 접촉면(34)으로부터 금형(10)에 열을 방열한다.

도 6은 본 발명에 의한 사출 성형 시뮬레이션 장치를 도시하고 있다. 그 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)는 도시되어 있지 않은 CPU와, 기억 장치와, 입력 장치와, 출력 장치를 구비하는 정보 처리 장치(컴퓨터)이다. 이러한 정보 처리 장치로서는 퍼스널 컴퓨터, 워크스테이션이 예시된다. 입력 장치는 사용자에 의해 조작됨으로써 생성되는 정보를 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)에 출력하는 장치이며, 기록 매체의 독해 장치, 키보드가 예시된다. 출력 장치로서는, 디스플레이, 프린터가 예시된다. 그 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)에서는, 금형 조건 수집부(2)와, 금형 시뮬레이션부(3)와, 수지 조건 수집부(4)와, 수지 시뮬레이션부(5)는, 컴퓨터 프로그램에 의해 실현되어 있다.

금형 조건 수집부(2)는 입력 장치를 이용하여 사용자에 의해 입력되는 금형 조건을 그 입력 장치로부터 수집한다. 그 금형 조건은 금형의 구조와 운전 조건을 나타내고 있다. 그 금형의 구조는, 캐비티(18)의 형상과, 유로(21, 22)의 단면형상과, 유로(21, 22)의 레이아웃을 나타내고 있다. 그 운전 조건은 가열 조건과 냉각 조건을 포함하고 있다. 그 가열 조건은 유로(21, 22)에 공급되는 온수의 온도와 유량을 나타내고 있다. 그 냉각 조건은 유로(21, 22)에 공급되는 냉수의 온도와 유량을 나타내고 있다.

금형 시뮬레이션부(3)는 금형 조건 수집부(2)에 의해 수집된 금형 조건에 근거하여, 금형(10)의 수학적 모델을 생성하고, 그 수학적 모델을 이용하여 캐비티 표면의 온도 분포와, 온도 변화와, 열 변형을 산출한다. 온도 분포는 캐비티(18)의 캐비티 표면이 분할된 복수의 미소 영역이 있는 시간의 온도를 각각 나타내고 있다. 온도 변화는 시간을 소정의 시간마다 구분하는 복수의 시간에서의 각 미소 영역의 온도를 나타내고 있다. 열 변형은 그 복수의 시간에서의 그 미소 영역의 이동량을 나타내고 있다. 이러한 수치 계산법으로서는, 금형(10)을 미소요소로 분할해서 계산하는 방법이 예시되어, 유한 요소법, 차분법, 유한 체적법, 경계 요소법 등이 예시된다. 이때, 금형 시뮬레이션부(3)는 수지 시뮬레이션부(5)에 의해 산출된 결과를 사용하제 않고 독립으로 동작한다.

수지 조건 수집부(4)는 입력 장치를 이용하여 사용자에 의해 입력되는 수지 조건을 입력 장치로부터 수집한다. 그 수지 조건은 캐비티(18)에 사출되는 수지의 물성과 성형 조건을 나타내고 있다. 그 물성은 각 온도에서의 점도를 나타내는 점도 특성과, 열전도율과, 압력·부피·온도의 관계를 도시하는 PVT 특성을 나타내고 있다. 그 성형 조건은 게이트(33)의 위치와, 수지가 캐비티(18)에 사출되는 사출속도와, 캐비티(18)에 사출될 때의 수지 온도를 도시하고 있다.

수지 시뮬레이션부(5)는 수지 조건 수집부(4)에 의해 수집된 수지 조건에 근거하여 수지(31)의 수학적 모델을 생성하고, 그 수학적 모델을 이용하여 금형 시뮬레이션부(3)에 의해 산출된 캐비티 표면의 온도 분포와, 온도 변화와, 열 변형에 근거하여 수지(31)의 거동과 성형품의 형상을 산출한다. 그 거동은 수지(31)가 분할된 복수의 미소요소의 위치, 온도, 압력을 도시하고 있다. 이러한 수치 계산법으로서는, 수지(31)를 미소요소로 분할해서 계산하는 방법이 예시되고, 유한 요소법, 차분법, 유한 부피법, 경계 요소법 등이 예시된다.

본 발명에 의한 금형제조 방법의 실시예는, 금형과 운전 조건을 설계하는 동작과 운전 조건을 검증하는 동작을 구비하고 있다.

도 7은 금형과 운전 조건을 설계하는 동작을 도시하고 있다. 설계자는 우선 원하는 성형품의 형상에 근거하여, 적당히 금형의 구조와 운전 조건을 설계한다(단계 S1). 설계자는 설계된 그 금형의 구조와 운전 조건을 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)에 입력하고, 원하는 성형품이 형성되는 수지의 수지 조건을 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)에 입력한다. 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)는 입력된 정보에 근거하여, 금형의 거동과 수지의 거동을 모의실험하고, 성형품의 형상을 산출한다(단계 S2). 설계자는 산출된 성형품의 형상과 원하는 형상과의 오차가 허용 범위를 벗어나 부적절할 때에(단계 S3, 아니오), 산출된 성형품의 형상을 참조하여, 성형품이 원하는 형상이 되도록 금형의 형상과 운전 조건을 다시 설계한다(단계 S1). 단계(S1, S2)의 동작은 산출된 성형품의 형상과 원하는 형상의 오차가 허용 범위에 포함될 때까지 되풀이해서 실행된다.

도 8은 운전 조건을 검증하는 동작을 구비하고 있다. 설계자는 도 7의 동작에 의해 설계된 금형의 구조에 근거하여 금형을 제작한다(단계 S10). 설계자는 또한, 도 7의 동작에 의해 설계된 운전 조건에 근거하여, 그 금형을 이용하여 사출 성형한다(단계 S11). 설계자는 성형된 성형품의 형상을 계측하고, 성형된 성형품의 형상과 원하는 형상의 오차가 허용 범위를 벗어나고 있는지 여부를 판별한다(단계 S12).

오차가 허용 범위를 벗어나 있을 때에(단계 S12, 아니오), 설계자는 오차가 허용 범위를 벗어나지 않도록, 운전 조건을 변경한다(단계 S13). 설계자는 운전 조건의 변경으로 그 오차가 허용 범위를 벗어나지 않게 되지 않는 것으로 판별되었을 때에(단계 S14, 아니오), 도 5의 동작을 실행해서 결함이 발생하지 않도록 금형의 형상과 운전 조건을 다시 설계한다(단계 S15).

이러한 금형제조 방법에 의하면, 성형된 성형품의 형상과 원하는 형상과의 오차가 허용 범위를 벗어나지 않도록 금형의 구조와 운전 조건을 보다 용이하게 보다 확실히 설계할 수 있다.

본 발명에 의한 사출 성형 방법의 실시예는, 도 7의 동작에 있어서, 산출된 성형품의 형상과 원하는 형상의 오차가 허용 범위에 포함될 때에 설계된 금형의 구조에 근거하여 제작된 금형을 이용하여, 그때에 설계된 운전 조건을 만족하도록 사출 성형하는 동작으로 형성되어 있다. 이러한 사출 성형 방법에 의하면, 성형품이 원하는 형상으로 성형 되기 쉽고, 바람직하다. 이러한 사출 성형 방법은 또한, 도 6의 동작에 있어서 설계된 운전 조건을 만족하도록 사출 성형함으로써, 성형품을 원하는 형상으로 보다 용이하게 보다 확실히 성형할 수 있다.

본 발명에 의한 사출 성형 시뮬레이션 방법의 실시예는, 본 발명에 의한 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)에 의해 실행되고, 도 7에 표시되어 있는 동작에 있어서의 단계(S2)의 처리이다. 그 사출 성형 시뮬레이션 방법은 금형의 캐비티 표면의 거동을 모의실험하는 동작과 수지의 거동을 모의실험하는 동작을 구비하고 있다.

도 9는 금형의 캐비티 표면의 거동을 모의실험하는 동작을 도시하고 있다. 설계자는 우선, 설계된 그 금형의 구조와 운전 조건을 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)에 입력한다(단계 S21). 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)는 그 금형의 구조와 운전 조건에 근거하여, 금형(10)의 수학적 모델을 생성하고, 그 수학적 모델을 이용하여 캐비티 표면의 온도 분포와, 온도 변화와, 열 변형을 산출한다(단계 S22). 그 온도 분포는 캐비티(18)의 캐비티 표면이 분할된 복수의 미소 영역이 있는 시간의 온도를 각각 나타내고 있다. 온도 변화는 시간을 소정의 시간마다 구분하는 복수의 시간에서의 각 미소 영역의 온도를 나타내고 있다. 열 변형은 그 복수의 시간에서의 그 미소 영역의 이동량을 나타내고 있다.

도 10은 수지의 거동을 모의실험하는 동작을 도시하고 있다. 설계자는 우선, 원하는 성형품을 형성하는 수지의 수지 조건을 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)에 입력한다(단계 S31). 그 수지 조건은 캐비티(18)에 사출되는 수지의 물성과 성형 조건을 나타내고 있다. 그 물성은 각 온도에서의 점도를 도시하는 점도 특성과 열전도율과 압력·부피·온도의 관계를 도시하는 PVT 특성을 나타내고 있다. 그 성형 조건은 게이트(33)의 위치와, 수지가 캐비티(18)에 사출되는 사출속도와, 캐비티(18)에 사출될 때의 수지 온도를 나타내고 있다. 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)는 또한, 도 9의 동작에 의해 산출된 캐비티 표면의 온도 분포와, 온도 변화와, 열 변형을 수집한다(단계 S32).

사출 성형 시뮬레이션 장치(1)는 입력된 수지 조건에 근거하여 용융 수지(31)의 수학적 모델을 생성하고, 그 수학적 모델을 이용하여, 도 9의 동작에 의해 산출된 캐비티 표면의 온도 분포와, 온도 변화와, 열 변형에 근거하여 용융 수지(31)의 거동과 성형품의 형상을 산출한다(단계 S33). 그 거동은 용융 수지(31)가 분할된 복수의 미소요소의 위치, 온도, 압력을 나타내고 있다. 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)는 산출된 용융 수지(31)의 거동과 성형품의 형상을 설계자에 인식 가능하게 디스플레이에 표시하고, 종이에 인쇄한다(단계 S34).

이러한 사출 성형 시뮬레이션 방법에 의하면, 가열된 금형(10)에 사출된 수지(31)가 냉각되어서 성형품에 성형되는 사출 성형에 의해 성형되는 성형품의 형상을 모의실험할 수 있다. 금형(10)은 일반적으로, 수지(31)와 비교하여 충분히 비열이 크고, 캐비티 표면 온도는 수지(31)의 거동에 독립하여 캐비티 표면 온도를 산출해도, 그 오차는, 충분히 작다. 이러한 계산에 의하면, 용융 수지(31)의 거동에 연립되어서 캐비티 표면 온도를 산출하는 것보다 계산이 빠르고, 바람직하다.

본 발명에 의한 사출 성형 시뮬레이션 장치의 제 2 실시예에서는, 전술한 실시예에 있어서의 금형 시뮬레이션부(3)는 다른 금형 시뮬레이션부에 치환되어 있다. 그 밖의 금형 시뮬레이션부는 금형 조건 수집부(2)에 의해 수집된 금형 조건에 근거하여, 금형(10)의 수학적 모델을 생성하고, 수지 시뮬레이션부(5)에 의해 산출된 결과에 근거하여 그 수학적 모델을 이용하여 캐비티 표면의 온도 분포와, 온도 변화와, 열 변형을 산출한다. 즉, 그 금형 시뮬레이션부는 수지(31)가 금형(10)을 가열하는 것을 고려해서 캐비티 표면의 온도 분포와, 온도 변화와, 열 변형을 산출한다.

본 발명에 의한 사출 성형 시뮬레이션 방법의 제 3 실시예에서는, 그 금형 시뮬레이션부가 적용된 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)에 의해 실행되어, 전술한 실시예에 있어서의 금형의 캐비티 표면의 거동을 모의실험하는 동작과, 수지의 거동을 모의실험하는 동작이 병행되어서 실행된다. 즉, 도 9의 동작의 단계(S21)에서, 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)는 그 금형의 구조와 운전 조건에 근거하여, 금형(10)의 수학적 모델을 생성하고, 도 10의 동작의 단계(33)에 의해 산출된 결과에 근거하여 그 수학적 모델을 이용하여 캐비티 표면의 온도 분포와, 온도 변화와, 열 변형을 산출한다. 즉, 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)는 수지(31)가 금형(10)을 가열하는 것을 고려해서 캐비티 표면의 온도 분포와, 온도 변화와, 열 변형을 산출한다.

캐비티 표면은 수지(31)로부터도 가열된다. 이러한 계산에 의하면, 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)는 계산이 늦어지지만, 금형의 캐비티 표면의 거동을 수지의 거동에 독립하여 산출하는 것보다 정확하게, 캐비티 표면 온도를 산출할 수 있다.

본 발명에 의한 사출 성형 시뮬레이션 장치의 제 4 실시예에서는, 전술한 실시예에 있어서의 금형 시뮬레이션부(3)가 또 다른 금형 시뮬레이션부에 치환되어 있다. 그 금형 시뮬레이션부는 수지 시뮬레이션부(5)에 의해 산출된 용융 수지(31)의 거동 중, 용융 수지(31)가 충전되는 기간을 1회 또는 복수회로 분할하는 시간에서의 거동을 추출한다. 그 금형 시뮬레이션부는 그 추출된 거동에 근거하여 그 수학적 모델을 이용하여 캐비티 표면의 온도 분포와, 온도 변화와, 열 변형을 산출한다.

금형 시뮬레이션부는 수지(31)의 한 덩어리가 캐비티(18)에 일순 동안에 충전된 것으로서, 캐비티 표면의 온도 분포와, 온도 변화와, 열 변형을 산출한다. 또는, 그 금형 시뮬레이션부는 수지(31)가 분할된 몇 개(5, 6개)의 덩어리가 캐비티(18)에 수회에 나누어서 충전된 것으로서, 캐비티 표면의 온도 분포와, 온도 변화와, 열 변형을 산출한다.

본 발명에 의한 사출 성형 시뮬레이션 방법의 제 5 실시예에서는, 그 금형 시뮬레이션부가 적용된 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)에 의해 실행되어, 전술한 실시예에 있어서의 금형의 캐비티 표면의 거동을 모의실험하는 동작과, 수지의 거동을 모의실험하는 동작이 병행되어서 실행된다. 즉, 도 9의 동작의 단계(S21)에서, 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)는 그 금형의 구조와 운전 조건에 근거하여, 금형(10)의 수학적 모델을 생성한다. 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)는 도 10의 동작의 단계(33)에 의해 산출된 수지(31)의 거동 중, 수지(31)가 충전되는 기간을 1회 또는 복수회로 분할하는 시간에서의 거동을 추출한다. 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)는 그 추출된 거동에 근거하여 그 수학적 모델을 이용하여 캐비티 표면의 온도 분포와, 온도 변화와, 열 변형을 산출한다. 즉, 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)는 수지(31)의 한 덩어리가 캐비티(18)에 일순 동안에 충전된 것으로서, 캐비티 표면의 온도 분포와, 온도 변화와, 열 변형을 산출한다. 또는, 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)는 수지(31)가 분할된 몇 개(5, 6개)의 덩어리가 캐비티(18)에 수회에 나누어서 충전된 것으로서, 캐비티 표면의 온도 분포와, 온도 변화와, 열 변형을 산출한다.

이러한 계산에 의하면, 사출 성형 시뮬레이션 장치(1)는 금형의 캐비티 표면의 거동을 수지의 거동에 독립하여 산출할 경우보다 정확하게 캐비티 표면 온도를 산출할 수 있고, 또한, 수지의 유동을 구체적으로 모의해서 캐비티 표면 온도를 산출하는 것보다 계산이 빠르다.

본 발명에 의한 사출 성형 시뮬레이션 장치 및 사출 성형 시뮬레이션 방법에 의하면, 가소화 용융된 수지 재료를, 가열 냉각되는 금형에 사출 충전하고, 냉각후에 성형품으로서 취출하는 사출 성형에 의해 성형되는 성형품의 성상을 모의실험할 수 있다.

Claims

캐비티가 형성되는 금형의 금형 형상과, 상기 금형이 가열되는 가열 조건과, 상기 금형이 냉각되는 냉각 조건을 수집하는 금형 조건 수집부와,

상기 금형 형상과, 상기 가열 조건과, 상기 냉각 조건에 근거하여, 상기 캐비티의 표면 온도를 산출하는 금형 시뮬레이션부와,

상기 캐비티에 사출 충전되는 수지의 성질을 수집하는 수지 조건 수집부와,

상기 수지의 성질과 상기 캐비티 표면 온도에 근거하여, 상기 수지가 상기 캐비티에 사출되었을 때의 수지의 거동을 산출하고, 상기 수지의 거동에 근거하여 캐비티에 사출된 수지로부터 성형되는 성형품의 성상을 산출하는 수지 시뮬레이션부를 구비하는

사출 성형 시뮬레이션 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 금형 시뮬레이션부는 추가로 상기 수지의 거동에 기초하여 상기 캐비티 표면 온도를 산출하는

사출 성형 시뮬레이션 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 금형 시뮬레이션부는 상기 수지의 거동과는 독립하여 상기 캐비티 표면 온도를 산출하는

사출 성형 시뮬레이션 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 금형 시뮬레이션부는 수지의 전체량이, 특정한 시간에, 일시에 충전되는 것으로서 수지 충전 공정을 모델화하고, 상기 캐비티 표면 온도를 산출하는

사출 성형 시뮬레이션 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 금형 시뮬레이션부는 사출 충전되는 수지의 전체량을 복수로 분할하고, 분할한 양의 각각이, 각각 특정한 시간에, 일시에 충전되는 것으로서 수지 충전 공정을 모델화하고, 상기 캐비티 표면 온도를 산출하는

사출 성형 시뮬레이션 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 금형 시뮬레이션부는 상기 캐비티의 표면이 변형하는 변형량을 추가로 산출하고, 상기 수지 시뮬레이션부는 상기 캐비티 표면의 변형량에 근거하여 상기 성형품 성상을 산출하는

사출 성형 시뮬레이션 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 수지 시뮬레이션부는 상기 수지로부터 상기 캐비티 표면에 가해지는 압력분포를 추가로 산출하고, 상기 금형 시뮬레이션부는 추가로 상기 압력분포에 기초하여 상기 변형량을 산출하는

사출 성형 시뮬레이션 장치.
캐비티가 형성되는 금형의 금형 형상과, 상기 금형이 가열되는 가열 조건과, 상기 금형이 냉각되는 냉각 조건을 수집하는 단계와,

상기 금형 형상과, 상기 가열 조건과, 상기 냉각 조건에 근거하여, 상기 캐비티의 표면 온도를 산출하는 단계와,

상기 캐비티에 사출 충전되는 수지의 성질을 수집하는 단계와,

상기 수지의 성질과 상기 캐비티 표면 온도에 근거하여, 상기 수지가 상기 캐비티에 사출되었을 때의 수지의 거동을 산출하고, 상기 수지의 거동에 근거하여 캐비티에 사출된 수지로부터 성형되는 성형품의 성상을 산출하는 단계를 구비하는

사출 성형 시뮬레이션 프로그램.
제 8 항에 있어서,

상기 캐비티 표면 온도는 추가로 상기 수지의 거동에 기초하여 산출되는

사출 성형 시뮬레이션 프로그램.
제 8 항에 있어서,

상기 캐비티 표면 온도는 상기 수지의 거동에 독립하여 산출되는

사출 성형 시뮬레이션 프로그램.
제 8 항에 있어서,

상기 캐비티 표면 온도는 수지의 전체량이, 특정한 시간에, 일시에 충전되는 것으로서 수지 충전 공정을 모델화하고, 산출되는

사출 성형 시뮬레이션 프로그램.
제 8 항에 있어서,

상기 캐비티 표면 온도는 사출 충전되는 수지의 전체량을 복수로 분할하고, 분할한 양의 각각이, 각각 특정한 시간에, 일시에 충전되는 것으로서 수지 충전 공정을 모델화하고, 산출되는

사출 성형 시뮬레이션 프로그램.
제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 캐비티 표면이 변형하는 변형량을 산출하는 단계를 더 구비하고, 상기 성형품 형상은 추가로 상기 변형량에 기초하여 산출되는

사출 성형 시뮬레이션 프로그램.
제 13 항에 있어서,

상기 수지로부터 상기 캐비티 표면에 가해지는 압력분포를 산출하는 단계를 더 구비하고, 상기 변형량은 추가로 상기 압력분포에 기초하여 산출되는

사출 성형 시뮬레이션 프로그램.
캐비티가 형성되는 금형의 금형 형상과, 상기 금형이 가열되는 가열 조건과, 상기 금형이 냉각되는 냉각 조건을 수집하는 단계와,

상기 금형 형상과, 상기 가열 조건과, 상기 냉각 조건에 근거하여, 상기 캐비티의 표면 온도를 산출하는 단계와,

상기 금형에 사출 충전되는 수지의 성질을 수집하는 단계와,

상기 수지의 성질과 상기 캐비티 표면 온도에 근거하여, 상기 수지가 상기 캐비티에 사출되었을 때의 수지의 거동을 산출하고, 상기 수지의 거동에 근거하여, 캐비티에 사출된 수지로부터 성형되는 성형품의 성상을 산출하는 단계를 구비하는

사출 성형 시뮬레이션 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 캐비티 표면 온도는 추가로 상기 수지의 거동에 기초하여 산출되는

사출 성형 시뮬레이션 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 캐비티 표면 온도는 상기 수지의 거동에 독립하여 산출되는

사출 성형 시뮬레이션 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 캐비티 표면 온도는 수지의 전체량이, 특정한 시간에, 일시에 충전되는 것으로서 수지 충전 공정을 모델화하고, 산출되는

사출 성형 시뮬레이션 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 캐비티 표면 온도는 사출 충전되는 수지의 전체량을 복수로 분할하고, 분할한 양의 각각이, 각각 특정한 시간에, 일시에 충전되는 것으로서 수지 충전 공정을 모델화하고, 산출되는

사출 성형 시뮬레이션 방법.
제 15 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 캐비티 표면이 변형하는 변형량을 산출하는 단계를 더 구비하고, 상기 성형품 형상은 추가로 상기 변형량에 기초하여 산출되는

사출 성형 시뮬레이션 방법.
제 20 항에 있어서,

상기 수지로부터 상기 캐비티 표면에 가해지는 압력분포를 산출하는 단계를 더 구비하고, 상기 변형량은 추가로 상기 압력분포에 기초하여 산출되는

사출 성형 시뮬레이션 방법.
제 15 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 기재되는 사출 성형 시뮬레이션 방법을 실행하는 단계와,

상기 성형품 형상이 부적절할 때에, 상기 금형 형상을 변경하는 단계와,

상기 성형품 형상이 적절할 때에, 상기 금형 형상을 만족하는 최종 금형을 제조하는 단계를 구비하는

금형제조 방법.
제 15 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 기재되는 사출 성형 시뮬레이션 방법을 실행하는 단계와,

상기 성형품 형상이 부적절할 때에, 상기 가열 조건과 상기 냉각 조건을 변경하는 단계와,

상기 성형품 형상이 적절할 때에, 상기 금형 형상을 만족하는 최종 금형을 이용하여 상기 가열 조건과 상기 냉각 조건을 만족하도록 사출 성형하는 단계를 구비하는

사출 성형 방법.