JPH03224712A - 射出成形プロセスシミュレーション方法およびその装置 - 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〕 本発明は、射出成形プロセスシミュレーシｗ７方法およ
びその装置に係り、特に熱可塑性樹脂を用いる成形品設
計あるいは成形金型設計用のＣＡＤ（Ｃｏ＠ｐｕｔ４ｒ
　Ａｉｃｔｇｔｔ　Ｄａｚｉｇｋ　）システムに用いら
れ。

射出成形品のそり、成形収縮不均一など形状歪を算定し
て成形品形状、金製構造、成形条件、成形材料の適、不
適を評価するのに好適な成形プロセスシミニレ−シラン
方法およびその装置に関するものである。

〔従来の技術〕

成形材料に熱可塑性樹脂を用いる射出成形金型設計用の
ＣＡＤシステムの代表的な従来技術とじては、モールド
フロー、プラスチック、３２巻（１９８１）、ｐ５１記
載のもの（ＭＯＬＤ　ＦＬＯＷ　ＰＴＹ、　ＬＴＤ、社
製、以下ＭＯＬＤ　ＦＬＯｌＦ’という）やシーフロー
、型技術、５巻（１９８８）、１１月号、９９９〜１０
４記載のもの（Ａ、　Ｃ，Ｔａｃｋ社製、以下Ｃ−ＦＬ
ＯＷ’という）あるいはモールド　クーリング　アナリ
シスプログラム。

ＭｏＬｄ　Ｃｏｏｌｉｎｇ　ＡｎａＬｙｓｉｓ　Ｐｒｏ
ｇｒａｗｈ　（Ｇ、　Ｅ、社製。

以下ＭＣ４Ｆという）などが知られている。

ＭＯＬＤ　ＦＬＯＷは注入−保圧一冷却一慝製の各段階
からなる射出成形過程における注入段階の樹脂流動解析
を行うもので、注入段階の最適化即ち流動バランスを達
成するため、あるいは成形品の不具合箇所にウェルドラ
インが生じるのを避けるための、ランナー　ゲート条件
を見出すのに有用である。

また、流動不足やパリの発生を避けるための成形品形状
（大きさ、形状、厚さなど）あるいは注入条件に関する
成形条件（樹脂温度、金型温度、射出時間、射出圧力、
畿締力など）を見出すのに有用である。

Ｃ−ＦＬＯＩＩ’は注入並びに保圧段階の樹脂流動解析
を行うもので、ＭＯＬＤ　ＦＬＯＷ’とｈ様な有用性に
加え、保圧段階における成形条件（保圧力、保圧時間な
ど）の適正条件を見い出すのに有用である。

また、ＭＣＡＰは射出成形過程における冷却段階の熱伝
導解析を行うもので、固定型と可動戴の熱流バランスを
達成したり、成形サイクルを短縮するための金型冷却孔
の配置や形状を見出したり、冷媒温度、流動を見出すの
に有用である。

〔発明か解決しようとするａ亀〕

上記従来技術のＭＯＬＤ　ＦＬＯＷやＣ−ＦＬＯＦＦ’
は樹脂の流動性の評価を主に行うものであり、またＭＣ
ＡＰは熱伝導の評価のみを行うものであるため、成形品
の品質として最も重視される形状精度に直接関係する「
そり」や不均一収縮など形状歪に関する評価はほとんど
できなかった。

また、射出成形品の形状歪解析に関する先行技術として
、プラスチック・エンシュアリング・サイエンス、２２
巻４号（１９８２年）、第２４１頁から第２４７頁、Ｐ
ｏ１３Ｈｘａｒ　Ｅｎｇ＠ｎｅｅｒｉｎｇ　Ａｎｄ　Ｓ
ｃｉｅｎｃｅＭａｒｃｈ、　ＶｏＬ、　２２．　Ａ　４
　（１９８２）　、　ｐ２４１−２４７記載の論文があ
る。

この論文の中では、「そり」変形の解析方法が示されて
いるが、対象としている形状は−様な厚板であり、「そ
り」変形を、厚さ中心がガラス転移温度になった時点の
温度分布と、その時点の樹脂の平均温度の差とから計算
する解析方法しか開示されていない。また、複雑な形状
の成形品の「そり」の計算方法は開示されていなかりた
。

成形品の実際の変形を問題にする場合は、成形中の温度
分布と室温との差を用いて解析する必要かある。何故な
ら、成形中の樹脂の温度分布と平均温度の差とから変形
を計算する限り、成形収縮を解析することはできず、ま
た「そり」についても成形品の品質を解析することはで
きない。

以上のように、従来の成形品の「そり」解析方法では、
複雑な形状品の「そり」変形や成形収縮が解析できず、
現実的な成形品の品質改善対策が十分にできないという
問題があった。

プラスチックの射出成形プロセスは、高温に加熱溶融し
た樹脂を高圧下で、金型のキャビティに注入−保圧−冷
却して固化するプロセスであるため、流動と冷却とが連
成し相変化を伴う複雑なプロセスである。このため、前
記のＭＯＬＤ　ＦＬＯＷやＣ−ＦＬＯＷ等の流動解析プ
ログラムの利用により、成形プロセス中の注入段階の最
適条件の予測が可能になったにも係らず、従来一般には
、成形プロセスに伴う「そり」や不均一収縮の発生メカ
ニズムはブラックボックスとされ、高精度部品を含めプ
ラスチック成形品の形状精度に関する製造条件の設定は
、経験と勘とで金型を製作し試行細哄の繰返しで決定し
ており、高精度部品はど開発、設計に要する期間や費用
が増大する問題があった。

このような現況を背景に、「そり」、成形収縮の不均一
条件を算定し、成形品形状、金型構造、成形条件、成形
材料叫の適、不適を評価するシミュレーションシステム
の心像性が高まっている。

このため近年、国内外の各所で「そり」の解析手法の研
究が行なわれ始めている。

しかしなから、射出成形品の「そり」や成形収縮の不均
一条件は、注入−保圧−冷却の各段階からなる射出成形
プロセス全体によってもたらされるため、「そり」や不
均一収縮を解析するには注入流動解析−保圧解析−熱応
力歪解析を行う必要があると考えられている。注入流動
解析では、樹脂を非圧縮性として解析できるので、比較
的短い計算時間で解析可能である。他方、保圧解析では
、熱可塑性樹脂の物性的特徴である比容積の圧力依存性
を考慮する必要かあるため、保圧の厳密な解析では樹脂
を圧縮性として解く。このため保圧解析に厖大な計算時
間を要することがさけられない。

この点が、前記した注入流動解析−保圧解析−熱応力歪
解析から１七り」や不均一収縮を算出する際の大きな問
題点である・ 本発明は、上記従来技術における課題を解決するために
なされたもので、成形品の「そり」や不均一収縮を算定
する際、必要になる注入流動解析−保圧解析−熱応力歪
解析中における保圧解析に関しては、厳密な解析を行う
ことなく簡略的に保圧条件を算出することで、成形プロ
セスニ伴う「そり」、不均一収縮などの成形品の形状歪
を算定し、成形品形状、金製構造、成形条件、成形材料
等が形状歪に与える影替を、金製製作に先立って評価し
、適正条件を選定して、成形品の開発。

設計に豐する期間および費用を減少することが可能な、
射出成形プロセスシミーレージ曹ン方法およびその装置
を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、金製構造、成形品形状、成
形条件、成形材料等を評価する成形プロセスシミュレー
シ璽ンにおいて、少なくとも注入段階に関する注入流動
解析から注入段階終了時の成形材料の温度分布と圧力分
布を算出し、注入段階終了時点の温度分布を初期値とし
て注入以後の保圧−冷却段階における成形材料の温度変
化を算出し、その成形材料の温度変化から、成形材料の
溶融相のつながりが変化を算出し、その溶融相のつなが
りが変化における成形品の温度分布を求め、この温度分
布と注入流動解析から算出した注入段階終了時の圧力分
布を用いて。

熱応力歪解析を行い熱応力歪を算出し、この熱応力歪に
係る変位から「そり」、不均一収縮など成形品の形状歪
を算定するものである。

また、金型構造、成形条件、成形品形状、成形材料等を
評価する成形プロセスシミスレーシランにおい【、少な
くとも注入流動解析から注入段階終了時の温度分布と圧
力分布を算出する第１の手段と、この第１の手段から算
出された注入段階終了時の温度分布を初期値として注入
段階以後の保圧−冷却段階における成形材料の温度変化
を算出する第２の手段と、この第２の手段から算出され
た成形材料の温度変化から、成形材料の溶融相のつなか
りが変化を用いて、成形材料の手段と、この第５の手段
と前記の第２の手段から得られる成形材料の溶融相のつ
ながりが変化の温度分布と前記の第１の手段から得られ
る注入段階終了時の圧力分布を用いて熱応力歪を算出す
る第４の手段とを備え、この第４の手段から算出される
変位から１そり」、不均一収縮など成形品の形状垂を算
定するものである。

〔作用〕

熱可塑性樹脂は、高温のときは流動性のある溶融状態で
あるが、温度か下がると流動性を失って固有状態になる
。熱可塑性Ｉｌ（脂が流動する溶融状輸から流動性を失
う固相状態への転移温度は流動停止温度として表示され
る。例えは、メタクリル樹脂の流動停止温度は約１７０
℃であり、ポリカーボネート樹脂の流動停止温度は約１
９０℃である。

射出成形過程は、高温で溶融状態の樹脂を金型のキャビ
ティ中に注入する注入段階と、溶融樹脂をキャビティ内
の隅々まで注入した後も射出圧力を金型に保持し続ける
保圧段階と、保圧以後、成形品を金型から取り出す時ま
で冷却し続ける冷却段階と、成形品を金型から取り出す
陥汲段階から成る。

射出成形の保圧段階は、冷却と同時並行して行われるも
のであり、ランナー　ゲート、キャビティなど金型の流
路内における樹脂内部の高温溶融相のつながりを流路と
して、牛ヤビテイ内の成形材料の冷却に伴う体積収縮を
補償するため、樹脂を追加補給する操作である。冷却に
よる温度低下が生じていても、樹脂補給か供給される限
り、成形品に成形収縮か生じることはない。

それ故、樹脂が補給されなから冷却され℃いる保圧段階
にある金型内の成形品は、解析を行う数理物理モデル上
の扱い対象としては、線膨張率上口で冷却されていると
いう表現が許される。

熱可塑性樹脂を成形材料として使用する射出成形では、
冷却か進み、やかて、樹脂内部の溶融相１のつながりが
断たれ、そのため冷却に伴う成形収縮を補うべき樹脂の
補給がとだえる時点か必ず発生する。樹脂の補給かとだ
えた時点から、当該箇所より下流部分では質量一定の条
件下で冷却されるので、冷却収縮すなわち成形収縮か始
動する。

本発明では、射出成形プロセスを対象に、注入段階の樹
脂流動を解析する第１の手段によって。

注入段階終了時の温度分布と圧力分布を）Ｌ田し、第１
の手段から得られる注入段階終了時の温度分布を初期条
件として、温度解析を行う第２の手段によって、注入段
階以後の保圧−冷却段階における成形材料の温度変化を
算出し、第２の手段により得られる注入段階以後の成形
材料の温度変化を用いて、成形材料の溶融相断絶時点を
用いて、成形材料の手段によって、成形品各部と上流金
製の入口に至る流路間の内部最高温度が樹脂の流動停止
温度に達しているか否かを判断し、これにより、成形品
各部の樹脂溶融相のつなかりが変化を特定し、樹脂補給
がとだえ、成形収縮か開始される時点を算定する０次い
で、成形材料の溶融相のつながりが変化を用いて、成形
材料の手段により得られた成形収縮が開始する時点の、
樹脂温度分布を注入段階以後の成形材料の温度変化を算
出する第２の手段の算出結果から求める。さらに、成形
収縮が開始する時点の成形品の温度分布および第１の手
段で得た注入段階終了時の圧力分布と成形品が金型から
ｍ型され大気圧下で室温−様になる間の温度差と圧力差
がら定゛まる熱荷重条件を算出して、この熱衝１条件を
用いて熱応力歪解析する第４の手段で熱応力歪を算出し
て、成形プロセス中の成形品各部の温度分布と圧力分布
の不均一から生じるそりや不均一収縮など成形品の形状
歪を算出する。

次に第２図を参照して本発明の詳細な説明する。

第２図は、射出成形プロセスの模式図であ。す、＋１１
は注入、（２）は保圧、（３）は冷却、（４）は離畿の
各段階における金型内の樹脂の動−を示している０図中
の矢印は圧力の方向または樹脂の流動方向を示す。“ま
た溶融相Ａ、Ａ’と固化相Ｂとの境界線は樹脂の流動停
止時の勢温線である。

第２図（１）は、金製のキャビティＣにゲートＧから樹
脂ｐを注入する注入段階を示す０次いで第２図＋２１に
示す保圧段階では、樹脂Ｐ内部の高温溶融相αがゲート
Ｇにおける溶融相ａ′とつながりている限り、ゲートＧ
における保圧力により溶融相ａ。

α′内で矢印方向に樹脂Ｐの冷却収縮を補償するための
微少な樹脂流動が生じ、冷却に伴５４１脂Ｐの体積収縮
は溶融相α、α′のつながり流路として補給される。

冷却が進と固化相りが発達し、第２図（２）の簿部が示
すように溶融相α、ａ′のつなかりが断たれる。

そうすると樹脂Ｐの補給が断たれ、その時点以後。

樹脂補給が断たれた箇所より下流すなわち隅部では質量
一定の条件下で冷却され、成形収縮を開始する。

したがって、ゲートＧが設けられている箇所の厚さより
薄く、内部が先に冷却固化する罵部では、賜部内の最高
温度が流動停止温度に達する時点まで、゛またグー）Ｇ
が設けられている箇所より厚く、内部が遅れて冷却固化
するルの部分ではゲートＧが設けである箇所の内部最高
温度が流動停止温度に過する時点までは、温度か低下し
ても、樹脂は成形収縮することがない、ｍ脂補給が断た
れた以後の冷却では、樹脂補給か断たれた箇所より下流
では質量一定の条件下で冷却され、それゆえ成形収縮が
始まる。

射出成形に用いられる熱可塑性樹脂の比容積は。

熱可塑性樹脂の比容積の温度と圧力依存を表わす圧力（
Ｐ）−比容積（１）−温度（Ｔ）の関係に従う。

このため、成形品は金型から離型され、大気圧下で呈温
か一様になった時点で、成形品各部の比容積の変化は完
了する。したがって、成形品が金型から離型され大気圧
下で室温が一様になった時点で成形収縮は完了し、成形
品各部の成形プロセス中の温度と圧力の不均一によって
生じる成形収縮不均一分布によって「そり」変形が生じ
る。

温度低下に伴う変形は、熱応力歪関係の法則に支配され
る現象であり、熱応力歪解析により解析可能な現象であ
る。また圧力変化に伴う膨張、収縮は熱可塑性樹脂の比
容積のＰ　−ｖ　−Ｔ関係に支配される現象であり、Ｐ
−シーＴ関係から解析可能な現象である。それ故、射出
成形品の「そり」。

不均一収縮などの形状歪は、熱可塑性樹脂の比容積のＰ
　−ｗ　−Ｔ依存性を考慮した熱応力歪解析から算定す
ることができる。

〔実施例〕

以下１本発明の各実施例を第１図、および第５図〜ｔ１
．６図を参照して説明する。

第１図は１本発明の一実施例に係る成形ブｑセスシミエ
レーシ冒ン系の構成を示すブロック図。

第３図は、キャビティ内におけるある点の圧力の時間変
化を示す模式図、第４図は、時間の変化に対するキャビ
ティ内圧力の分布を示す図、＠５図は、樹脂の圧力、比
容積、温度の関係を示す線図である。

第１図において、１は入力装置であって、金型や成形品
の形状を表現する節点座標１節点番号。

要素番号勢の形状データと、金型の入口の樹脂流速や樹
脂温度、金型温度など境界条件、剪断速度や温度との関
係からなる粘度データ、熱伝導率や比熱など注入流動解
析用入力データと、樹脂の流動停止温度など溶融相断絶
時点算出用入力データと、後述する成形収縮開始圧力簡
略算出用の成形機型締力、成形品投影面積、圧力勾配係
数、最低圧力定数などの入力テークと、後述する成形収
縮開始時換算温度分布算出用のＰ−ｖ−Ｔテークと、拘
束条件、ヤング率、線膨張率、ボアンン比などからなる
熱応力歪解析用入力テークとを作成すると共に、上記各
極データを入力データ記憶装置２に送る。なお、金製温
度、熱伝導率、比熱は注入段階以後の温度解析用入力デ
ータとしても用いられる。

５は、射出成形の注入段階における樹脂の流速。

温度、圧力勢の変化を解く注入流動解析装置であり、入
力データ記憶装置２内の形状データおよび前記の注入流
動解析用入力データを用いて、注入開始から樹脂がキャ
ビティを隅々゛まで充満する注入終了時点“までの間の
成形材料の温度や圧力変化等を算出し、算出結果を注入
流動記憶装置４に出力する。

次に注入以後温度解析装置５では、入力データ記憶装置
２内に記憶されている温度解析用入力データと、注入流
動記憶装置４内の注入段階終了時点の温度を初期値とし
て用い、注入終了時点以後の樹脂温度の時間変化を解き
、算出結果を注入以後温度記憶装置６に出力する。

７は溶融相断絶時点算出装置で、入力データ記憶装置２
内の流動停止温度と、注入流動記憶装置４および注入後
温度記憶装置６内に記憶されている成形開始以後の各時
間ステップの温度情報を用いて成形品各部の内部最高温
度が流動停止温度に到達する時点を算出し、溶融相断絶
時点記憶装置８に出力する。

次いで、成形収縮開始時点算出装置９で成形品の各部に
関し、注目箇所の内部と注目箇所から金型の入口に至る
上流谷内部の流動停止温度到達時点を比較し、上流箇所
が注目箇所より先に流動停止温度に運しているとき、上
流箇所内部の流動停止温度到達時点を、上流箇所から下
流各部の成形収縮開始時点とする。また、注目箇所が上
流各部より先に流動停止温度に達しているとき、注目箇
所内部が流動停止温度になる時点を注目箇所から下流各
部の成形収縮開始時点とする。

このようにして、成形品各部の成形収縮開始時点を算出
し、この結果を成形収縮開始圧力記憶装置１０に出力す
る。

１１は成形収縮開始時点の温度分布算出手段に係る成形
収縮開始温度算出装置であり、成形収縮開始時点におけ
る成形品各部の温度情報を、注入流動記憶装置４または
注入以後温度記憶装置６から持ってきて、成形収縮開始
温度記憶装置１２に出力する。

１３は成形収縮開始時点の圧力分布の簡略算出手段に係
る成形収縮開始圧力簡略算出装置であり、入力データ記
憶装置２内の成形機製締力、成形品投影面積、圧力勾配
係数、最低圧力定数などと、注入流動記憶装置４内の注
入終了時点における成形品内の圧力分布を注入流動記憶
装置４から持ってきて、成形収縮開始時点の圧力分布を
次に説明する方法で簡略的に算出し、成形収縮開始圧力
記憶装置１４に出力する。

成形収縮開始時点の圧力分布の算出原理と簡略算出方法
を説明する。

金型内の樹脂圧力は成形機から加えられるものであり、
成形機における圧力は金型内の圧力より高い、注入流動
時における金型内の圧力は動圧であるが、注入終了以後
の保圧段階では金型内の圧力は静水圧的になる。このた
め金型内の樹脂圧力は注入終了以後、−たん急激に立ち
上かり、第３図、第４図に示すように保圧段階では金型
内の樹脂圧力は注入終了時の圧力より大きくなり、以後
冷却により樹脂温度が低下し【粘度が大きくなるので、
圧力損失か大きくなるため圧力は低下し、冷却固化の進
行と共に金型内の圧力は減少する。

注入や保圧段階において、 （金型内の圧力の平均値）Ｘ（成形品の投影面積）の演
算値が（成形機製締力）を超えると金型が開いてパリか
発生するので、現実に成形圧力を設定するには、 （注入または保圧段階の金型内の平均圧力）は（成形機
型締力Ｆ）／（成形品の投影面積Ｓ）を超えない範囲で
設定される。

上記のことから、現実の成形では金型内の樹脂圧力に関
して、注入終了時平均圧力を７；１、保圧段階の平均圧
力をＰｈで表わしたとき、次式の関係が成立する範囲で
設定される。

Ｐ＠　≦　Ｐｈ５Ｆ　　÷　Ｓ　　　　　　　・・・・
・・・・・・・・・・・　　＋１１ここで、αを圧力勾
配に関する係数、ｂを保圧段階の金型内の最低圧力を表
わす定数とし、　Ｐｈを７；１の一次式で近似的に表わ
すと次式となる。

Ｐｈ　＝　αｐ（＋　　ｂ　　　　　　・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・　＋２１（２）式を（１）式に代入すると次式
か得られる。

（２）式の関係をキャビティ（金型）内の任意の点の圧
力に対しても適用し、キャビティ内の任意の点の注入終
了時の圧力をＰｔ　、保圧段階の圧力をＩＩで表わすと
次式となる。

ＰＡ＝αｐ６＋ｂ　　　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・−・・・・・・・・（４１（
２）式におけるｈ（保圧段階の全型内最低圧力）は通常
、数１０〜３００　％程度である。注入終了時の金型内
の圧力Ｐｔを注入流動記憶装置４から持ってきて、Ｐ４
を算定し、ｂと共に（３）式に代入するとαの取り得る
範囲の値が定まる。このようにして決定したα、ｂと注
入流動記憶装置４から持ってきたＰｔを（４）式に代入
すると、保圧段階でＰｈが取り得る範囲の値を概ね推定
することができる０例えは、ＩＩ　＝　２００　％、　
Ｓ　＝　２００ｃＩＡ、　Ｆ　＝　１５００００　ｋｅ
、ｂ＝ｏ〜２００驚のとき（３）式からα＝０〜６．７
５の範囲の値を取り得る。保圧段階では樹脂の冷却が注
入段階より進んでおり、樹脂の粘度が高く金型内の圧力
勾配が大きいので、（４）式でα≧１．０　より大きく
なることか多い。このためα＝１．０−５．７５が最も
とり得る範囲の籠となる。

第１図の説明に戻る。１５は成形収縮開始温度換算装置
であって、成形収縮開始温度記憶装［１２内の温度情報
と成形収縮開始圧力記憶装置１４内の圧力情報と、入力
データ記憶装置２内に記憶されたｐ−ｖ−ｒデータを用
い【成形収縮開始時点の成形圧力下の温度を１次に述べ
る方法で大気圧下の温度に換算する。

第５図に示すよ５．Ｐ−Ｕ−７’データ上において、圧
力と温度を与えると比容積が定まる。第５図において、
成形収縮開始時点の圧力をＰ、温度をＴ、この圧力Ｐと
温度Ｔで定まる比容積なＶとし、圧力が大気圧Ｐ′であ
って比容積なＶとする温度をＴｃとする。第５図に示す
よ５に、圧力Ｐ、湯温度で定まる比容積Ｖと大気圧Ｐ′
、温度Ｔ′で定まる比容積Ｖ′との差は、大気圧Ｐ′、
温度Ｔｃで定まる比容＆Ｖと大気圧ｐ’、呈温室温で定
まる比容積Ｖ′との差と同一である。

叫方性を仮定すると、１−　（１１’／ν）ｌ／Ｓ　が
成形収縮率になるので、圧力、比容積、温度データを用
い、圧力Ｐと温度Ｔとを与えると成形収縮率を同一とす
る大気圧Ｐ′下での温度ｒｃ１に算出することかできる
。

この関係を用いることで、成形圧力Ｐの下でＴであった
成形収縮開始時点の樹脂温度を１ｍ脂比容積の圧力依存
性を考慮し、大気圧下での値に換算した成形状ｆｉｌ開
始時点の温度Ｔｃとし【、成形品各部について求め、成
形収縮開始換算温度記憶装置１６に出力する。

１７は熱応力歪解析装置であって、入力データ記憶装置
２内に記憶されている形状データ、ヤング率、ポアソン
比、線＃恨事、拘束条件と温度補正記憶装置１６内の温
度情報など熱応力歪解析用入力データを用い、換算温度
記憶装置１１６内に記憶された成形収縮開始時の換算温
度と、室温との温度差を熱荷重条件とする熱応力歪解析
から、成形品の変位を算出し、その計算結果を出力装置
１８で出力する。

この出力された成形品の変位から、成形プロセス中に温
度不均一や圧力不均一で発生する成形品の「そり」や不
均一収縮が判明する。

次に第６図は、本発明の第２の実施例に係る成形プロセ
スシミエレーシｌン系の構成を示すブロック図である。

図中、第１図と崗−符号のものはそれぞれ第１図の実施
例と同勢部分であるから。

その説明を省略する。

第６図の実施例は、第１図の実施例と比較すると計算を
さらに簡略化した１１成で、第１図中の成形収縮開始圧
力簡略算出装置１３．成形収縮開始圧力記憶装置１４が
ない点で第１図の実施例と異なりている。

第６図の実施例の説明では、第１図の実施例と異なる点
のみ説明する。

ＩＫ１図の実施例では、成形収縮開始温度挾Ｘ装置１５
で成形部Ｊｌｌ開始時点の大気圧下での換算温度を求め
る際、成形収縮開始温度記憶装置１２内の温度情報と成
形収縮開始圧力記憶装置１４の圧力情報などを用いて、
成形収縮開始時点の成形圧力下の温度を大気圧下の温度
に換算した。

一方、第６図の実施例では、成形収縮開始温度換算装置
１５で成形収縮開始時点の大気圧下での換算温度を求め
る際、成形収縮開始温度記憶装置１２内の温度情報と注
入流動記憶装置４内の注入終了時点の圧力情報を用いて
、成形収縮開始時点の成形圧力下の温度を大気圧下の温
度に換算する。この点のみが、第１図の実施例と異なる
が、他の処理は第１図の実施例と同じである。

第６図の実施例によれは、成形プロセス中の保圧段階の
圧力分布の影響が、「そり」の計算に入らないので、計
算精度は第１図の実施例より劣るが、成形収縮率に対す
る圧力の影響は、温度の影響に比較して遥かに小さいの
で、第１図の実施例よりさらに計算時間、計算コストを
軽減した「七り」計算とし【有用である。

次にｗ、７図は１本発明のＷＪ６の実施例に係る成形プ
ロセスシミュレーション系の構成を示すブロック図であ
る。図中、第１図と同一符号のものは同等部分であるか
ら、その説明は省略する。

第７図の実施例は、ｗｌ、１図の実施例に、成形品中の
所定部分の「そり」変形の設計許容値（基準＠［）を内
蔵し、熱応力歪解析装置１７による計算で得た「そり」
変形の値と設計軒応僅とを比較し、設計許応値以上の「
そり」が生じるときに警告を発する判断装置１９と、金
製温度、樹脂温度、注入速度環の成形条件を変更する新
酸形条件設定装置２０と、成形品中の所定の厚さやゲー
ト位置等の成形品、金属形状を変更する新成形品形状設
定装置２１とを付加した装置である。

入力データを設定する入力装置１から出力装置１８に至
る。第１図の実施例と同様の処理で算出された「そり」
が判断装置１９で不適と判断されると。

新酸形条件設定装置２０．または新成形品形状設定装置
２１で新酸形条件や新成形品形状データが作成される。

この結果は、入力装置１にフィードバックされ。

再び「そり」変形か計算される。そして９判断鉄量１９
が計算結果を可と判断するまでその過程が繰り返される
。

新酸形条件や新成形品形状データの作成方法はデータ入
力時に予め指定した。成形条件や成形品形状の要因、も
しくは、算出されたそり変形と設計許容値との差の程度
に応じ【自動的に、成形条件や成形品形状の要因を選択
し１選択（もしくは予め指定された）された要因の値を
、算出された「そり」変形と設計許容値との差の程度に
応じて自動的、段階的に変更することで実現できる。

上記の新酸形条件や新成形品形状データ発生のための変
更要因は、成形条件に関するものとして。

成形品の表面側と裏面側の金型温度差、射出速度。

桐脂温度、成形機屋締力、（４）式におけるα、ｂなど
がある。また、成形品形状に関するものとし【。

ゲート位置、成形品中のデータ入力時に予め指定した箇
所の薄さや長さ、角度などがある。

成形品形状や成形条件の適正化は次の方法で実現される
。上記の方法で作成した、新酸形条件、新成形品形状デ
ータを用いた新しい「そり」の計算値と、始めにもしく
は先に計算した「そり」の計算値を比較し、新しい「そ
り」の計算値が先に計算した「そり」の計算値に比べて
減少している場合、「そり」の新しい計算値が設計許容
値以下になるか、「そり」の新しい計３１１値の最小値
が出現するまで、同一の変更要因に関して計算を実行す
る。また、新酸形条件、新成形品形状を用いた新しい「
そり」の計′＃値と、始めにもしくは先に計算した「そ
り」の計算値を比較し、新しい「七り」の計算イ１が先
に計算した「そり」の甑に比べて増加した場合、変更要
因の変更方向を１次の計算の際修正する。（例えは、４
１１脂温度を増し【計算し、「そり」が増加した場合、
次の計算に際しては樹脂温度を減少する。）また、ｉＦ
ｒ成形条件。

新成形品形状を用いた新しい「七り」の計算値と。

始めにもしくは先に計算した「そり」の計算値を比較し
、予めデータ入力時に設定した有意差以上に、「そり」
の新しい計算値が変化しない際は。

次に新データを発生するときに、別の変更要因を選択し
て新データを発生する。（例えば、成形品の表面側と裏
面側の金製温度差を変更しても。

「そり」が有意差以上に変化しない場合は、次の計算に
際してはゲート位置を変更する。）以上の様な方法は、
減衰鍛小二乗法尋の公知の鍛適化法を応用することで、
設計許容値に係る基準値を満足する成形品形状、金ｍ＊
造、成形条件をコンビエータで自動的に探索することか
できる。

なお、第７図の点線内に示す「そり」変形算出部の構成
は、絡１図の実施例と同じであるが、この部分は第６図
の実施例を適用できることは言うまでもない。

′また。上記各実施例における注入流動解析、注入後温
度解析、熱応力歪解析では、有限要素法による解析を行
っているが、その理由は、有限要素法による解析が、解
析対象の形状を簡略化することが最も少なく、高精度に
解析できる方法であるためであり、上記各解析は有限要
素法による解析に限るものではなく、差分法、境界要素
法など他の数値解法による解析であっても差支えない。

また、上記第１図の実施例においては、保圧段階の圧力
ＰＬを注入終了時の圧力Ｐ６から算出する際、（４）式
から算出したが、ＰｈをＰｌから算出する際の式は（４
）式に限定されるものではなく、ＰＡとＰ４の関係は、
ゲートからの距離、冷却時間、粘度轡の因子が含゛まれ
たものであっても差支えない。

ここで熱可駁性樹脂を用いた射出成形品に先の第１図の
実施例を適用した具体例における効果について＃！１ｔ
８１４する。

第８図は、箱形状の中央に円筒の落し込みがあるアクリ
ル樹脂製の射出成形品であって、厚さは一様に２．０■
であり、中央の円筒部の底にゲートが設けられている。

第１図の実施例を適用して「そり」変形を計算した結果
、上面に−１５０〜−２５０μ票の「そり」が発生する
ことが子側された。−は「七り」が金製キャビティ形状
に対し凹になる方向、＋はそりがキャビティ形状に対し
凸になる方向に発生することを意味している。

第９図は、第８図の成形品の「そり」を減少させるため
に、ゲート位置を変更して計算したものであり、ゲート
位置を中央の円筒部の底から上面に移動することで、成
形収縮開始時点の成形品内の温度不均一と圧力不均一を
共に平均化することができ、上面の１そり」を−２５μ
諷〜＋３０μ諷に減少し、成形品の形状精度を大幅に向
上できることが判明した。

このように、第１図の実施例、または上記各実施例の成
形プロセスシミ為し−ジ■ンによれば、熱可畿性樹脂を
用いる成形品の射出成形プロセス実施に伴う「そり」や
不均一収縮を算定することができ、金ｍ製作あるいは成
形実験に先行して。

金型設計着手時にゲート位置勢の金製構造、成形品の形
状、成形条件を短期間で評価し【適正化できるという大
きな効果がある。

゛また。これにより従来のように経験や勘で金型を製作
したのち、試行錯誤的に成形品形状、ゲート位置等の金
製構造の変更を行う必要がなくなるので、プラスチック
部品あるいは金型の開発、設計に喪する期間およびコス
トを大幅に減少することができる。

さらに、成形品形状、金型構造、成形条件を最適化して
製造できるので、所望の特性を有する成形品を歩留り良
く製造できるようになるという効果もある。

なお、上記第１図、第６図、第７図の各実施例の成形プ
ロセスシミエレーシ璽ンは、成形品設計あるいは成形金
製設計用の設計ＣＡＤシステムに用いられることは言う
までもない。また、上記第１図、第６図、第７図の各実
施例の成形プロセスシミュレーションは、射出成形機の
付属装置として用い、成形品の「七り」、不均一成形収
縮を算出し、成形条件、成形品形状、金製構造等の適不
適に対し、警告を出したり、最適化したりする手段に用
いられることは言う°までもない。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように１本発明によれば。

成形プロセスに伴う「そり」、不均一収縮などの成形品
の形状歪を算定し、成形品形状、金製構造。

成形条件、成形材料等が形状歪に与える影響を。

金製製作に先立って評価し、適正条件を選定し【、成形
品の開発、設計に要する期間および費用を減少しうる成
形プロセスシミエレーシ璽ン方法およびその装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例に係る成形プロセスシ為ミ
レーシ璽ン系の構成を示すブロック図。 第２図は射出成形プロセス模式図、第３図は、キャビテ
ィ内におけるある点の圧力の時間変化を示す模式図、第
４図は１時間の変化に対するキャビティ内圧力の分布を
示す図、第５図は、樹脂の圧力、比容積１ｍ度の関係を
示す線図、第６図は本発明の他の実施例に係る成形プロ
セスシミーレージ璽ン系の構成を示すブロック図、第７
図は本発明の第３の実施例に係る成形プロセスシミュレ
ーション系の構成を示すブロック図、第８図は箱形状の
中央に円筒の落し込みがあるアクリル樹脂製の射出成形
品の「そり」を示す説明図、第９図は、第８図の射出成
形品のゲート位置を変えたものの「そり」を示す説明図
である。 １・・・・−・・・・・・・入力装置 ２・・・・・・・・・・・・入力データ記憶装置６・・
・・・・・−・・・・注入流動解析装置４・・・・・・
・・・・・・注入流動記憶装置・・・・・・・・・・・
・注入以往温度解析ｆ装置・・・・・・・・・・・・注
入以後温度記憶装置・・・・・・・・・・・・溶融相断
絶時点算出装置・・・・・・・・・・・・溶融相断絶時
点記憶装置・・・・・・・・・・・・成形収縮開始時点
算出装置・・・・・・・・・成形収縮開始時点記憶装置
・・・・・・・・・成形収縮開始時点温度算出装置・・
・・・・・・・成形収縮開始時点温度記憶装置・・・・
・・・・・成形収縮開始時点圧力簡略算出装置・・・・
・・・・・成形収縮開始時点簡略圧力記憶装置・・・・
・・・・・成形収縮開始温度換算装置・・・・・・・・
・成形収縮開始換算温度記憶装置・・・・・・・・・熱
応力歪解析装置 ・・・・・・・・・出力装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、樹脂成形条件、成形品形状、成形材料および金型構
   造等の評価を行なう射出成形プロセスシミュレーション
   方法において、 注入流動解析により、少なくとも注入段階における成形
   材料の温度変化と圧力変化を算出した後、 温度解析により、前記注入段階以後の成形材料の温度変
   化を算出し、 該温度変化から成形材料の溶融相のつながりが断たれる
   時点を算出し、 該時点における成形材料の温度分布と、前記注入流動解
   析から求めた注入段階終了時における成形材料の圧力分
   布を用いて成形品の熱応力歪を算出し、 該熱応力歪に係る変位量から成形品の形状歪を算定する
   ことを特徴とする射出成形プロセスシミュレーション方
   法。 ２、注入流動解析から求めた注入段階終了時の金型内の
   平均圧力が、 注入段階終了時の金型内平均圧力以下で、 （成形機型締力）／（成形品投影面積）の演算値以下と
   なるよう補正した後、 該補正後の圧力値を用いて熱応力歪を算出することを特
   徴とする請求項１記載の射出成形プロセスシミュレーシ
   ョン方法。 ５、注入段階終了時の金型内任意点の圧力をＰ＿ｉ、金
   型内平均圧力をＰ＿ｉ、保圧段階圧力Ｐ＿Ａ、成形機の
   型締力をＦ、成形品の投影面積をＳとしたとき、 １−ｂ／＠Ｐ＠＿ｉ≦ａ≦Ｆ／Ｓ・１／＠Ｐ＠＿ｉ−ｂ
   ／＠Ｐ＠＿ｉの式により定まる、圧力勾配に関する係数
   ａと保圧段階の金型内の最低圧力を表わす定数ｂと、Ｐ
   ＿Ａ＝ａＰ＿ｉ＋ｂの式により定まる保圧段階圧力Ｐ＿
   Ａを用いて、熱応力歪を算出することを特徴とする請求
   項１記載の射出成形プロセスシミュレーション方法。 ４、樹脂成形条件、成形品形状、成形材料および金型構
   造の評価を行なう射出成形プロセスシミュレーション装
   置において、 注入流動解析により、少なくとも注入段階における成形
   材料の温度変化と圧力変化とを算出する第１の手段と、 該第１の手段から算出された成形材料の温度分布を初期
   値として、温度解析により、注入段階以後の成形材料の
   温度変化を算出する第２の手段と、 該第２の手段から算出された成形材料の温度変化を用い
   て、成形材料の溶融相のつながりが断たれる時点を算出
   する第３の手段と、 該第３の手段と前記第２の手段から得られる前記溶融相
   のつながりが断たれる時点の成形品の温度分布と、前記
   第１の手段から得られる注入段階終了時の成形材料の圧
   力分布とを用いて熱応力歪を算出する第４の手段とを備
   え、第４の手段から算出される変位から「そり」、不均
   一収縮など成形品の形状歪を算出することを特徴とする
   射出成形プロセスシミュレーション装置。 ５、前記第１の手段、前記第２の手段および前記第３の
   手段と、 前記第１の手段により得られた注入段階終了時の金型内
   の平均圧力が、 注入段階終了時の金型内の平均圧力以上で、（成形機型
   締力）／（成形品投影面積）の演算値以下となるよう補
   正する第４の手段と、 前記第２の手段および第３の手段から得られる成形材料
   の溶融相のつながりが断たれる時点の成形品の温度分布
   と前記第４の手段から得られた補正した圧力分布とを用
   いて、成形品の成形収縮開始時の温度分布を大気圧下の
   値に換算する第５の手段と、 該第５の手段から得られ換算した成形収縮開始時の温度
   分布を用いて熱応力歪を算出する第６の手段とを備え、
   第５の手段から算出される変位から「そり」、成形収縮
   不均一など成形品の形状歪を算出することを特徴とする
   射出成形プロセスシミュレーション装置。 ６、前記第１の手段、前記第２の手段および前記第３の
   手段と、 注入終了時の金型内平均圧力を＠Ｐ＠＿ｉ、保圧段階の
   金型内平均圧力を＠Ｐ＠＿Ａ、成形機の型縮力をＦ、成
   形品の投影面積をＳとしたとき、 １−ｂ／＠Ｐ＠＿ｉ≦ａ≦Ｆ／Ｓ・１／＠Ｐ＠＿ｉ−ｂ
   ／＠Ｐ＠＿ｉの式から定まる、圧力勾配に関する係数ａ
   と保圧段階の金型内の最低圧力を表わす定数ｂを用いて
   、前記第１の手段から得られる注入段階終了時の金型内
   の任意の点の圧力をＰ＿ｉとしたとき、Ｐ＿Ａ＝ａＰ＿
   ｉ＋ｂの式から定まる圧力Ｐ＿Ａを算出する第４の手段
   と、 前記第２の手段および第３の手段から得られる成形材料
   の溶融相のつながりが断たれる時点の成形品の温度分布
   と、前記第４の手段から得られる圧力Ｐ＿Ａとを用いて
   、成形品の成形収縮開始時の温度分布を大気圧下の値に
   換算する第５の手段と、 該第５の手段から得られ換算した成形収縮開始時の温度
   分布を用いて熱応力歪を算出する第６の手段とを備え、
   該第６の手段から算出される変位から「そり」、不均一
   収縮など成形品の形状歪を算出することを特徴とする射
   出成形プロセスシミュレーション装置。 ７、請求項４ないし請求項６の何れか１項記載の装置を
   有することを特徴とする設計ＣＡＤシステム装置。 ８、請求項４ないし請求項６の何れか１項記載の装置に
   より算出された成形品の「そり」、成形収縮不均一を基
   準値と比較する手段と、 前記成形品の「そり」、成形収縮不均一をフィードバッ
   クし、樹脂成形条件、成形品形状、金型構造等を設定す
   る手段とを備えたことを特徴とする設計ＣＡＤシステム
   装置。 ９、請求項４ないし請求項６の何れか１記載の装置を有
   することを特徴とする射出成形機。 １０、請求項４ないし請求項６記載の何れか１項記載の
   装置を有し、該装置により算出した成形品の「そり」、
   成形収縮不均一を基準値と比較する手段と、 前記成形品の「そり」、成形収縮不均一をフィードバッ
   クし、樹脂成形条件、成形品形状、金型構造等を最適化
   する手段とを備えた射出成形機。