JPH06126799A - 射出成形プロセスシミュレーション方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 変形開始後の金型内での温度挙動を考慮した
変形不良予測及び離型性の評価を行う射出成形プロセス
シミュレーション方法及びその装置を提供する。 【構成】充填解析、保圧流動解析、冷却解析を順次行っ
て、成形材料の圧力、温度変化、比容積変化を計算し、
この計算結果に基づいて成形品の各部が変形を開始する
時点の樹脂の状態量を算出する圧力・温度・比容積算出
部１１と、算出した樹脂の状態量に基づいて変形開始時
から離型時までの熱歪みシミュレーションを行い、金型
内での成形品の寸法、温度変化挙動を算出する金型内熱
歪み算出部１４と、この算出結果に基づいて離型時から
成形品が温度、寸法的に安定するまでの熱歪みシミュレ
ーションを行い、金型外での成形品の寸法、温度変化挙
動を算出し、その算出結果に基づいて、最終製品の反
り、ひけ、肉厚変動等の形状変形量を算出する金型外熱
歪み算出部１５とを備えた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、射出成形ＣＡＥに係り、例えば
射出成形品の反り、ひけ、肉厚変動等の成形不良を予測
することにより、材料、成形条件、製品、金型構造等の
良否の評価が行える射出成形プロセスシミュレーション
方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、数値計算の分野では、射出成形に
おける充填から保圧、冷却及び離型後までの製品の変形
挙動（すなわち、成形過程における樹脂の挙動）を解析
するシステムが開発されており、例えば特開平２−２５
８２２９号公報に記載されている熱可塑性樹脂の成形プ
ロセスシミュレーション方法及びその装置が提供されて
いる。この成形プロセスシミュレーション方法及びその
装置により、成形品の熱変形歪みを評価する可能性が示
された。

【０００３】この方法及び装置では、成形品が金型の内
部で変形開始状態（すなわち、内圧が零となる状態や、
溶融層のつながりが断たれた状態等）になると、成形品
は金型から完全に離れ、成形品と金型との間に空気層が
存在し、断熱状態となる。つまり、成形品が金型から冷
却されない状態となる。そして、このときは冷却に伴う
体積変化が起こらず、金型内では変形挙動が発生してい
ないという仮定のもとにシミュレーションを行ってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
成形現象を観察すると、円筒形状、箱型形状等の成形品
は、離型時にコアへの抱きつき現象、つまり金型の片面
に接触した状態で、もう片面から離脱する現象が見られ
る。つまり、実際の成形現象では、金型面の拘束を受け
ながらの変形、変形に伴う金型面からの離脱、金型と成
形品との熱移動の変化等が、金型内の成形品の各部で異
なった時間に発生していると考えられる。

【０００５】上記した従来の方法及び装置では、変形開
始可能状態で離型されると仮定し、その状態から室温に
なるまでの変形量を算出している。つまり、金型内での
変形挙動、変形開始後の金型内での温度挙動を考慮して
いないので、熱歪みによる変形量を大きく見積もってし
まうといった問題があった。また、金型内での挙動や変
形をシミュレートしていないので、変形に係わる離型性
の評価が行えないといった問題もあった。

【０００６】本発明は係る実情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、従来考慮されていなかった金型内での
変形挙動、変形開始後の金型内での温度挙動を考慮する
ことにより、実際の成形現象により近い変形不良の予測
及び離型性の評価を可能とした射出成形プロセスシミュ
レーション方法及びその装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の射出成形プロセスシミュレーション方法
は、金型構造、成形条件、成形材料等を評価する射出成
形プロセスシミュレーション方法であって、充填解析、
保圧流動解析、冷却解析を順次行って、射出成形プロセ
ス中の成形材料の温度変化、圧力、比容積変化を計算
し、この計算結果に基づいて成形品の各部が変形を開始
する時点の樹脂の状態量を算出し、この樹脂の状態量に
基づいて変形開始時から離型時までの熱歪みシミュレー
ションを行うことにより、金型内での成形品の寸法、温
度変化挙動を算出し、その算出結果に基づいて離型時か
ら成形品が温度、寸法的に安定するまでの熱歪みシミュ
レーションを行うことにより、金型外での成形品の寸
法、温度変化挙動を算出し、その算出結果に基づいて、
最終製品の反り、ひけ、肉厚変動等の形状変形量を算出
するものである。

【０００８】また、本発明の射出成形プロセスシミュレ
ーション装置は、金型構造、成形条件、成形材料等を評
価する射出成形プロセスシミュレーションを行う装置で
あって、充填解析、保圧流動解析、冷却解析を順次行っ
て、射出成形プロセス中の成形材料の圧力、温度変化、
比容積変化を計算し、この計算結果に基づいて成形品の
各部が変形を開始する時点の樹脂の状態量を算出する圧
力・温度・比容積算出部と、この圧力・温度・比容積算
出部で算出した樹脂の状態量に基づいて変形開始時から
離型時までの熱歪みシミュレーションを行うことによ
り、金型内での成形品の寸法、温度変化挙動を算出する
金型内熱歪み算出部と、この金型内熱歪み算出部での算
出結果に基づいて離型時から成形品が温度、寸法的に安
定するまでの熱歪みシミュレーションを行うことによ
り、金型外での成形品の寸法、温度変化挙動を算出し、
その算出結果に基づいて、最終製品の反り、ひけ、肉厚
変動等の形状変形量を算出する金型外熱歪み算出部とを
備えた構成とする。

【０００９】

【作用】圧力・温度・比容積算出部は、成形品形状デー
タ、成形条件データ（射出条件、保圧条件、冷却条件等
の各データ）、樹脂特性を表すデータ（粘度、ＰｖＴデ
ータ、機械特性等）等の解析に必要な各種条件データを
入力として、充填解析、保圧流動解析、冷却解析を順次
行うことにより、射出成形プロセス中の成形材料の温度
変化、圧力、比容積変化を計算し、この計算結果に基づ
いて成形品の各部が変形を開始する時点（すなわち、圧
力が零となる時点）の樹脂の状態量を算出する。

【００１０】金型内熱歪み算出部では、この圧力・温度
・比容積算出部で算出した樹脂の状態量に基づいて、変
形開始時から離型時までの熱歪みシミュレーションを行
うことにより、金型内での成形品の寸法、温度変化挙動
を算出する。

【００１１】金型外熱歪み算出部では、この金型内熱歪
み算出部での算出結果に基づいて、離型時から成形品が
温度、寸法的に安定するまでの熱歪みシミュレーション
を行うことにより、金型外での成形品の寸法、温度変化
挙動を算出し、その算出結果に基づいて、最終製品の反
り、ひけ、肉厚変動等の形状変形量を算出する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１３】図１は、本発明の射出成形プロセスシミュ
レーション方法を適用した装置の電気的構成を示してい
る。

【００１４】同図において、解析に必要な各種条件デー
タの入力を行うデータ入力部１１の出力は、充填解析、
保圧流動解析、冷却解析等を行う圧力・温度・比容積算
出部１２に導かれており、圧力・温度・比容積算出部１
２の出力は、ここで算出された樹脂の状態量のデータを
格納する記憶部１３に導かれている。また、記憶部１３
の出力は、金型内熱歪み算出部１４に導かれており、金
型内熱歪み算出部１４の出力は、金型外熱歪み算出部１
５に導かれた構成となっている。

【００１５】データ入力部１１は、成形品形状データ、
成形条件データ（射出条件、保圧条件、冷却条件等の各
データ）、樹脂特性を表すデータ（粘度、ＰｖＴデー
タ、機械特性等）等の解析に必要な各種条件データの入
力を行う。

【００１６】圧力・温度・比容積算出部１２は、充填解
析、保圧流動解析、冷却解析を順次行うことにより、射
出成形プロセス中の成形材料の温度変化、圧力、比容積
変化を計算し、この計算結果に基づいて成形品の各部が
変形を開始する時点（すなわち、圧力が零となる時点）
の樹脂の状態量を算出するもので、図示は省略している
が、充填解析装置と、保圧流動解析装置と、金型の内外
での冷却解析を行う冷却解析装置とにより構成されてい
る。また、ここでの各解析は、従来より行われている解
析方法と基本的に同じものである。

【００１７】金型内熱歪み算出部１４は、圧力・温度・
比容積算出部１２で算出した樹脂の状態量に基づいて、
変形開始時から離型時までの熱歪みシミュレーションを
行うことにより、金型内での成形品の寸法、温度変化挙
動を算出するブロックである。

【００１８】金型外熱歪み算出部１５は、金型内熱歪み
算出部１４での算出結果に基づいて、離型時から成形品
が温度、寸法的に安定するまでの熱歪みシミュレーショ
ンを行うことにより、金型外での成形品の寸法、温度変
化挙動を算出し、その算出結果に基づいて、最終製品の
反り、ひけ、肉厚変動等の形状変形量を算出するブロッ
クである。

【００１９】次に、上記構成の射出成形プロセスシミュ
レーション装置の動作を、図２及び図３に示すフローチ
ャートを参照して説明する。

【００２０】オペレータは、まずデータ入力部１１よ
り、成形品形状データ、成形条件データ（射出条件、保
圧条件、冷却条件等の各データ）、樹脂特性を表すデー
タ（粘度、ＰｖＴデータ、機械特性等）等の解析に必要
な各種条件データの入力を行う（ステップＳ１）。

【００２１】圧力・温度・比容積算出部１２では、これ
らの入力データを基に、まず充填解析を行い（ステップ
Ｓ２）、高温、高圧で樹脂を充填する過程の樹脂の圧
力、温度等の変化挙動を算出する。次に、金型内への樹
脂の充填を完了すると、充填解析によって算出された充
填完了時の樹脂の状態量に基づいて、保圧流動解析を実
行する（ステップＳ３）。保圧流動解析は、充填完了か
ら補償流動停止時（ゲートシール）までの補償流動冷却
過程における樹脂の圧力、温度、比容積の変化挙動を算
出する。

【００２２】この後、補償流動が停止すると、保圧流動
解析で算出された補償流動停止時の樹脂の状態量に基づ
いて、変形開始までの金型内冷却過程の樹脂の状態量の
変化を算出し、得られた状態量のデータを記憶部１３に
格納する（ステップＳ４）。

【００２３】金型内熱歪み算出部１４は、記憶部１３に
格納された樹脂の状態量を示すデータに基づいて、変形
開始時から離型時までの熱歪みシミュレーションを行い
（ステップＳ５）、金型内での成形品の寸法、温度変化
挙動を算出する。

【００２４】すなわち、金型内熱歪み算出部１４は、記
憶部１３より入力された変形開始時の樹脂の状態量に基
づき、微少時間経過後の金型内での成形品の温度変化を
算出する（ステップＳ５１）。そして、この算出した温
度変化に基づき、金型の拘束条件、成形品のクリープ現
象等を考慮しながら熱歪み解析を行い、成形品の変形量
を得る（ステップＳ５２）。

【００２５】この後、金型内熱歪み算出部１４は、この
変形量に基づき、金型と成形品との接触状態をチェック
し、接触状態の判定を行う（ステップＳ５３）。ここで
の判定において、成形品のある面が金型面から離脱状態
にあると判定された場合には、その面の温度境界条件
（熱伝達係数）を、金型に接触していない状態での条件
に変更する（ステップＳ５４，Ｓ５５）。また、ステッ
プＳ５４において成形品の各面が金型面に接触状態であ
ると判定された場合には、温度境界条件を変更すること
なく、ステップＳ５６に進む。

【００２６】そして、ステップＳ５６において、離型時
間となったか否かの判定が行われ、離型時間になってい
ない場合には、再びステップＳ５１に戻り、温度境界条
件が変更されている場合には、その変更された温度境界
条件を用いて、次に微少時間経過後の成形品の温度変化
を算出する。

【００２７】このようなステップＳ５１〜Ｓ５６の計算
が、離型時間になるまで繰り返し行われる。そして、ス
テップＳ５６において離型時間になると、ステップＳ５
１及びステップＳ５２において最後に計算された成形品
の各部の温度、変形量、応力の各データが、金型外熱歪
み算出部１５に与えられる（ステップＳ５７）。

【００２８】金型外熱歪み算出部１５では、金型内熱歪
み算出部１４から与えられた温度、変形量、応力の各デ
ータに基づいて、離型時から成形品が温度、寸法的に安
定するまでの熱歪みシミュレーションを行い、金型外で
の成形品の寸法、温度変化挙動を算出する。そして、そ
の算出結果に基づいて、最終製品の反り、ひけ、肉厚変
動、収縮量（寸法）等の形状変形量を算出する（ステッ
プＳ６）。

【００２９】図４は、上記した本発明の射出成形プロセ
スシミュレーション装置を用いて、実際に離型性の評価
を行った成形品モデルの一例（本例では、箱体形状とな
っている）を示している。この成形品モデルを、図９に
示す条件ａ，ｂの各成形条件でシミュレートしたとき
の、離型時の成形品形状を図５及び図６に示す。

【００３０】条件ａの場合には、図５に示すように、成
形品２１は可動側の金型２２２から離れ、固定側の金型
２２１への抱きつき現象が見られる。この状態で金型を
開いた場合、成形品２１は、固定側の金型２２１内に残
ってしまい、突き出しが行えないこと（すなわち、離型
不良）が予測される。

【００３１】一方、成形条件を条件ｂとした場合には、
図６に示すように、成形品２１は固定側の金型２２１か
ら離れ、可動側の金型２２１への抱きつき現象が見られ
る。この状態で金型を開いた場合、成形品２１は可動側
の金型２２２に付いて行き、可動側の金型２２２に設け
られた突き出しピン（図示省略）によって正常に取り出
しが行えることが予測される。

【００３２】図７は、本発明の射出成形プロセスシミュ
レーション装置を用いて実際に変形不良予測を行った成
形品モデルの一例を示している。このときの成形条件
を、図１０に一覧表として示している。

【００３３】また、図８は、図７に示した成形品モデル
を、図１０に示す成形条件でシミュレーションしたとき
の結果を示している。図中の破線は、金型内での状態変
化を考慮していない従来装置でのシミュレーション結
果、一点鎖線は、金型内での状態変化を考慮した本発明
の装置によるシミュレーション結果、実線は、射出成形
を行った成形品の実際の寸法（歪み量）を示している。
この図からも明らかなように、従来の装置では、金型内
での拘束を受けながら成形品が変化していく過程を考慮
していないので、歪み量（収縮量）を実際の歪み量より
大きく見積もってしまう。しかしながら、本発明の装置
では、金型内での拘束を受けながら成形品が変化してい
く過程を考慮しているので、従来の装置でのシミュレー
ション結果よりは実際の歪み量に近い歪み量が得られて
いることが分かる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の射出成形プロセスシミュレーシ
ョン方法及びその装置によれば、従来考慮されていなか
った金型内での変形挙動、変形開始後の金型内での温度
挙動を考慮することにより、実際の成形現象により近い
変形不良（射出成形品の成形時に発生する反り、肉圧む
ら、ひけ等の変形不良）の予測及び離型性の評価が行え
るため、金型作成前に材料、成形条件、製品、金型構造
の良否の検討が可能となり、製品開発時の金型構造、製
品形状、成形条件の変更に伴う時間的ロス、コスト的ロ
スが削減できるといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の射出成形プロセスシミュレーション方
法を適用した装置の電気的構成を示すブロック図であ
る。

【図２】動作を説明するためのフローチャートである。

【図３】動作を説明するためのフローチャートである。

【図４】成形品モデルの一例を示す図である。

【図５】固定側の金型温度が高い場合の成形品モデルの
変形の様子を示す概略断面図である。

【図６】可動側の金型温度が高い場合の成形品モデルの
変形の様子を示す概略断面図である。

【図７】本発明の射出成形プロセスシミュレーション装
置を用いて実際に変形不良予測を行った成形品モデルの
一例を示す図である。

【図８】従来装置でのシミュレーション結果、本発明装
置でのシミュレーション結果等を比較したグラフであ
る。

【図９】成形条件を示す表である。

【図１０】成形条件を示す表である。

【符合の説明】

１１ データ入力部 １２ 圧力・温度・比容積算出部 １３ 記憶部 １４ 金型内熱歪み算出部 １５ 金型外熱歪み算出部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金型構造、成形条件、成形材料等を評価
   する射出成形プロセスシミュレーションにおいて、充填
   解析、保圧流動解析、冷却解析を順次行って、射出成形
   プロセス中の成形材料の温度変化、圧力、比容積変化を
   計算し、この計算結果に基づいて成形品の各部が変形を
   開始する時点の樹脂の状態量を算出し、この樹脂の状態
   量に基づいて変形開始時から離型時までの熱歪みシミュ
   レーションを行うことにより、金型内での成形品の寸
   法、温度変化挙動を算出し、その算出結果に基づいて離
   型時から成形品が温度、寸法的に安定するまでの熱歪み
   シミュレーションを行うことにより、金型外での成形品
   の寸法、温度変化挙動を算出し、その算出結果に基づい
   て、最終製品の反り、ひけ、肉厚変動等の形状変形量を
   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
   ション方法。
2. 【請求項２】 金型構造、成形条件、成形材料等を評価
   する射出成形プロセスシミュレーションにおいて、 充填解析、保圧流動解析、冷却解析を順次行って、射出
   成形プロセス中の成形材料の圧力、温度変化、比容積変
   化を計算し、この計算結果に基づいて成形品の各部が変
   形を開始する時点の樹脂の状態量を算出する圧力・温度
   ・比容積算出部と、 この圧力・温度・比容積算出部で算出した樹脂の状態量
   に基づいて変形開始時から離型時までの熱歪みシミュレ
   ーションを行うことにより、金型内での成形品の寸法、
   温度変化挙動を算出する金型内熱歪み算出部と、 この金型内熱歪み算出部での算出結果に基づいて離型時
   から成形品が温度、寸法的に安定するまでの熱歪みシミ
   ュレーションを行うことにより、金型外での成形品の寸
   法、温度変化挙動を算出し、その算出結果に基づいて、
   最終製品の反り、ひけ、肉厚変動等の形状変形量を算出
   する金型外熱歪み算出部とを備えた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。