JPH0469852B2 - - Google Patents

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JPH0469852B2
JPH0469852B2 JP62223074A JP22307487A JPH0469852B2 JP H0469852 B2 JPH0469852 B2 JP H0469852B2 JP 62223074 A JP62223074 A JP 62223074A JP 22307487 A JP22307487 A JP 22307487A JP H0469852 B2 JPH0469852 B2 JP H0469852B2
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JP
Japan
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filling
molten material
pressure
resin
time
Prior art date
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JP62223074A
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English (en)
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JPS6467320A (en
Inventor
Susumu Harada
Shigeru Fujita
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Shibaura Machine Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Machine Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Machine Co Ltd filed Critical Toshiba Machine Co Ltd
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Priority to DE3830571A priority patent/DE3830571A1/de
Priority to KR1019880015438A priority patent/KR970000927B1/ko
Publication of JPS6467320A publication Critical patent/JPS6467320A/ja
Priority to US07/595,770 priority patent/US5097431A/en
Publication of JPH0469852B2 publication Critical patent/JPH0469852B2/ja
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  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

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
要の溶融材料温度での適正な溶融材料圧力と充填
時間の範囲を判定する評価方法に関する。
〔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3図に示すように、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4図参照)、
同様に圧力について作成した等圧力線図(第5図
参照)、また同様に温度について作成した等温度
線図(第6図参照)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
型を制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。
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、所要の溶融材料
温度に対する適正な溶融材料圧力と充填時間の範
囲を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、 1または2以上の溶融材料温度条件について、
それぞれ複数の充填時間を与えて解析を行い、 得られた充填完了時の溶融材料温度分布の演算
結果により、各要素の最大溶融材料圧力を示す要
素の当該溶融材料圧力につき、充填時間を変数と
した関数Pn=fn4(t)として求め、 これら関数をデイスプレイ装置にグラフイツク
表示して、所定の溶融材料温度での適正な溶融材
料圧力と充填時間の範囲を評価判定することを特
徴とする。
前記の評価方法において、充填時間を変数とし
た最大溶融材料圧力の関数Pn=fn4(t)の微分
値dPn/dtの絶対値に限界値を与え、前記関数を
評価して適正な溶融材料圧力と充填時間の範囲を
判定することができる。
〔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、充填完了時の溶融材料
圧力分布の演算結果により、成形品形状モデルの
微小分割された各要素の最大溶融材料圧力につき
充填時間を変数とした関数として求め、これら関
数をデイスプレイ装置にグラフイツク表示して、
適正な溶融材料圧力と充填時間の範囲を評価判定
することができる。
この場合、充填完了時の最大溶融材料圧力の関
数の微分値に限界値を与えることにより、充填速
度変動時の溶融材料圧力の安定性を考慮した適正
な溶融材料圧力と充填時間の範囲の判定を行うこ
とができる。
なお、一般的に溶融材料として例えば樹脂材料
の金型成形における流動解析の判定基準として、
次のような成形条件の設定が必要とされている。
(1) 充填時間は短い方がよい。
(2) 充填圧力は低い方がよい。
(3) 樹脂温度は低い方がよい。
(4) 金型温度は低い方がよい。
すなわち、充填工程では、高温の溶融樹脂が低
温の金型へ充填されるので、充填中に樹脂が冷却
されて温度が低下し、粘度が増加して流動性が低
下していく。このため、充填速度が遅いと、圧力
伝達が不十分となり、金型キヤビテイ末端付近で
流動により生じた表面の凹凸が金型キヤビテイ表
面と密着できずにフローマークとして残つてしま
つたり、冷却過程での収縮を補足できずにヒケを
発生させたり、樹脂流が合流するウエルド部の再
融着が不十分となり、ウエルドラインが発生した
り、ウエルド部の強度不足が生じる等成形上の不
良が発生し易くなる。
そこで、できるだけ短時間に充填を完了させる
ことが望ましいが、充填速度を速くし過ぎると流
動中の剪断発熱による樹脂の局部的な加熱による
劣化や、それに伴つて含有されている揮発分が帰
化して成形品表面に形成されるシルバーストリー
ク、金型キヤビテイ内の残存空気を樹脂流が封じ
込んで断熱圧縮することによるガスヤケ、断面積
が急激に拡大する部分で充分流路が満たされずに
帯状流が形成されてこれが折畳まれて生じるジエ
ツテイング等の不良現像が発生する。
従つて、これらの成形不良を発生させずに、で
きるだけ短時間に充填を完了させる手段として、
金型キヤビテイ内の流路断面積の変化に応じて、
充填速度を多段にプログラムし、金型内流動速度
が速くなり過ぎるところが生じないよう設定する
制御が、一般的に適用される。
また、充填圧力は、充填を行う際にある粘度の
溶融樹脂を、ある温度の金型にある充填速度で充
填した時の負荷抵抗として生ずるもので、充填を
行う射出シリンダの油圧で表示されたり、金型内
で実測する溶融樹脂圧力で表示されたりする。す
なわち、この充填圧力は、充填のし易さを表わす
パラメータであり、これが低いことは容易に充填
可能であることを示し、望ましい状態である。そ
して、連続成形においては、充填圧力の値が毎シ
ヨツト安定していることが、変動の少ない安定し
た品質の成形が行われていることを示す。
さらに、樹脂温度と金型温度は、共に樹脂の流
動し易さを表わす見掛粘度に関係する成形条件で
あり、両者共高い方が見掛粘度が低くなり充填は
し易くなる。一方、充填完了後、成形品を冷却し
て金型より取出すという射出成形のサイクル動作
を考慮すると、これらの温度が高いことは成形サ
イクルを遅延させることになる。
従つて、溶融樹脂粘度があるレベルに押えら
れ、充填圧力の大きさもその安定性も満足できれ
ば、これら樹脂と金型の温度条件は、できるだけ
低い方がよいことになる。
〔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3図に示すように、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G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
填速度等の成形条件を入力して解析に移行する。
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。(第4図乃至第6図参照)。
次に、本実施例においては、金型温度を固定
(60℃)し、樹脂温度を1種又は2種類以上、例
えば200℃,220℃,260℃の3種類選定し、それ
ぞれの樹脂温度毎に充填時間を0.2,0.5,1,
2,3秒の5種に変えた成形条件を設定し、順次
解析演算を行う。この結果得られた演算データの
内、充填完了時の樹脂圧力分布データを用いて、
前記形状モデルの各要素の最大樹脂圧力を取出
し、その充填時間におけるデータとする。この手
順を繰返して求めたデータをグラフ化すれば、一
定の金型温度条件における樹脂温度をパラメータ
とし、充填時間を横軸にしかつ最大樹脂圧力を縦
軸として、第1図に示すような特性曲線図が得ら
れる。
そこで、第1図に示す特性曲線を式化すれば、
次式が得られる。
Pn=fn4(t)(n=1,2,3) ……(1) また、第1図において、Pmは使用する成形機
で取扱い得る上限樹脂圧力を示し、tmは使用す
る成形機で取扱い得る上限充填速度での充填時間
である。従つて、成形可能範囲はPn<Pmの樹脂
圧力と、t>tmの充填時間となる。
さらに、第1図における各特性曲線の勾配すな
わち充填時間を変数とした最大溶融樹脂圧力を表
わす関数の充填時間の微分値dPn/dtは、充填時
間が変動した場合の充填完了時の樹脂圧力変動の
安定性を示す。従つて、この値は一般に小さい方
が望ましい。
しかるに、このような充填時間の変動に対する
充填完了時の樹脂圧力の安定性dPn/dtは、使用
する樹脂の物性と、成形品の肉厚、形状によつて
その傾向が様々に変わるものであるため、絶対値
を幾つ以下に収めなければならないという絶対評
価ができるものではないが、樹脂圧力や充填時間
を変えた時どのような変化の傾向を示すかを把握
することがより適正な成形条件を求めるのに重要
である。
従つて、第1図に示すグラフを液晶,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が、適正条件の判定に有効で
ある。また、第1図に示すグラフをデイスプレイ
装置にグラフイツク表示することにより、前述し
たdPn/dtの変化の傾向が把握できると共にこれ
ら関数を数式化して求めておけば、前記dPn/dt
に限界値を与えて、対話式操作によりデイスプレ
イ装置の表示上で充填時間の適正範囲を限定して
いくことができる。
すなわち、第1図において1点鎖線で示した曲
線Faは、前述した微分値dPn/dtに所定の限界値
を与えた場合を示し、各最大樹脂圧力特性曲線毎
に許容充填時間の限界が明らかとなる。
また、第2図は、結晶性樹脂材料を使用して、
金型温度を固定(60℃)し、樹脂温度を200℃,
220℃,260℃の3種類選定し、それぞれの樹脂温
度毎に充填時間を0.5,1,1.5,2,3,4秒の
6種類に変えた成形条件を設定した場合におけ
る、第1図と同様の特性曲線図である。この場
合、使用する樹脂の種類が異なるため、第1図に
示す特性曲線とは相違し、第2図に示す特性曲線
は、いずれも下に凸の特性を有している。このた
め、充填時間が変動した場合の最大樹脂圧力の安
定性を示す最大樹脂圧力の関数Pn=fn4(t)の
微分値dPn/dtは、正負両方で限界を与えること
が必要となり、dPn/dtの限界値を絶対値として
与えることになる。従つて、この場合、第1図に
示す特性曲線と同様に、各最大樹脂圧力特性曲線
毎に許容充填時間の限界を示す微分値dPn/dtに
所定の限界値を与えた曲線Fb,Fcを求めること
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、樹脂温度と金型温度につき溶融樹脂粘度
を所定レベルに保持し得ると共に、充填速度変動
時の溶融材料圧力の安定性を満足できる適正な条
件下に溶融材料圧力と充填時間の範囲を容易に判
定することができる。
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の実施例を示すもので、
樹脂材料温度をパラメータとする充填時間に対す
る最大樹脂圧力特性の一例を示すグラフイツク表
示図、第2図は結晶性樹脂材料を使用した場合の
第1図と同様の充填時間に対する最大樹脂圧力特
性の他の例を示すグラフイツク表示図、第3図は
成形品形状モデルを3次元の微小要素に分割した
状態を示す表示図、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、第5図
は第3図に示す形状モデルにおける充填パターン
の等圧力線図、第6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温度線図である。

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、 1または2以上の溶融材料温度条件について、
    それぞれ複数の充填時間を与えて解析を行い、 得られた充填完了時の溶融材料温度分布の演算
    結果により、各要素の最大溶融材料圧力を示す要
    素の当該溶融材料圧力につき、充填時間を変数と
    した関数Pn=fn4(t)として求め、 これら関数をデイスプレイ装置にグラフイツク
    表示して、所定の溶融材料温度での適正な溶融材
    料圧力と充填時間の範囲を評価判定することを特
    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、 充填時間を変数とした最大溶融材料圧力の関数
    Pn=fn4(t)の微分値dPn/dtの絶対値に限界値
    を与え、前記関数を評価して適正な溶融材料圧力
    と充填時間の範囲を判定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。
JP62223074A 1987-09-08 1987-09-08 Evaluation method for fluid analysis in molding of molten material Granted JPS6467320A (en)

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DE3830571A DE3830571A1 (de) 1987-09-08 1988-09-08 Berechnungsverfahren fuer die stroemungsanalyse beim spritzgiessen
KR1019880015438A KR970000927B1 (ko) 1987-09-08 1988-11-23 용융재료의 금형성형에 있어서의 유동해석 평가방법
US07/595,770 US5097431A (en) 1987-09-08 1990-10-10 Evaluation method of flow analysis on molding of a molten material

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