JPH01141018A - 溶融材料の金型成形における流動解析の評価方法 - Google Patents

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〕 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（シミュレーション）を行う場合、第３図に示ず
ように、成形品の形状モデルを微小要素に分割して、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、使用覆る
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）を示す充填パターン（第４図参
照）等がそれぞれ所要の計算によって求められる。

〔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＠動解析方法では、
入力条件が適正であったかどうか、さらにもっと適正な
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、
従っ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
らざるを得なかった。

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
（＋！１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。

従って、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った各等時間線間
の距離から各充填速度を求めることによって、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
して金型内の溶融材料の流動解析を行うシステムにおい
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
っ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ィス
プレイ装置にグラフィック表示して適正な充填を行うた
めの充填速度の評価判定を行うことを特徴とづる。

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、充填速度の設定入力プロフ
ァイルを同時に表示すれば好適である。

また、前記充１を流れ線図と同一の充填時間軸により、
充填流れ線図に沿っ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、
充填流れ線図に沿っ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って、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
填流れ線図に沿っ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
の充填速度の評価判定を容易に行うことができる。従っ
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、それぞれ充填速度の設定入
力プロファ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、従来のシミュレーシ
ョン法と同じである。

すなわち、第３図に示寸ように、金型内の樹脂流動解析
を行うため、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
に応じてランチ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。従って、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ｑ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Ｑと点Ａ間
を線で結ぶ。次に、前記点へを起点として第１の等時間
線ｔ１に対する法線１１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Ｉ１２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
の手順に従って、点Ｃ−８に至る第３〜１９の等時間線
ｔ３〜ｔ１９に対する法線１３〜１１９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Ｃ１・
・・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■
。

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■１〜Ｖ
１９を求めることができる。この時の充填速度の設定入
力プロファイルはＶ　であり、ＶＩ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ＶＩ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。従って、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Ｖｎとすることにより、均等な充填を行
うことが可能となる。

従って、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なとのディスプレイ装置にグ
ラフィック表示することにより、全平均充填速度ｖ工に
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ァイルＶｎ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
によっ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
めの適正なプログラム充填速度の設定も可能となる。

従って、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ィッ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、その細氷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グ
ラフィック表示図、第２図は本発明方法を実施する充填
速度の特性線図、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のグライック表示図、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 Ｒ１〜ｊ！１９・・・法線 Ａ・・・第１の′！ｇ時間時間線上１上意の１点Ｂ−３
・・・各法線と各等時間線との交点０・・・ゲート位置 ■１〜Ｖ１９・・・各等時間線間の平均充填速度Ｖ工・
・・全充填時間に亘る平均充填速度Ｖｎ・・・均等充填
を行うためのプログラム充填速度 手続補正書（旗） 昭和６３年　３月２３日

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （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
   を使用して金型内の溶融材料の流動解析を行うシステム
   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 結ぶ法線によっ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 状態をディスプレイ装置にグラフィック表示して適正な
   充填を行うための充填速度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. （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、充填速度の設定入力プロファ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. （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、充填流れ線図に沿っ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. （４）特許請求の範囲第１項乃至第３項いずれかに記載
   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。