(57)【要約】【課題】面倒な流動解析や充填解析を不要とすると共に、ゲートや詳細な成形条件を設定する必要なく短時間での解析が可能なシミュレーション方法とする。【解決手段】射出成形品のモデルを入力する第１入力工程と、樹脂の物性データ及び解析条件を入力する第２入力工程と、モデルと物性データと解析条件に基づいて樹脂の冷却解析を行う冷却解析工程と、冷却解析の結果に基づいて成形品の変形解析を行う変形解析工程と、変形解析の結果を表示する表示工程とを備える。【選択図】 図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形品のモデルを入力する第１入力工程と、
樹脂の物性データ及び解析条件を入力する第２入力工程と、
上記モデルと物性データと解析条件に基づいて樹脂の冷却解析を行う冷却解析工程と、
冷却解析の結果に基づいて成形品の変形解析を行う変形解析工程と、
変形解析の結果を表示する表示工程と、
を備えていることを特徴とする射出成形のシミュレーション方法。
【請求項２】
請求項１記載の射出成形のシミュレーション方法であって、
上記射出成形品のモデルは、３次元メッシュモデルであることを特徴とする射出成形のシミュレーション方法。
【請求項３】
請求項１記載の射出成形のシミュレーション方法であって、
上記樹脂の物性データは、少なくともＰＶＴデータであることを特徴とする射出成形のシミュレーション方法。
【請求項４】
請求項１記載の射出成形のシミュレーション方法であって、
上記樹脂の物性データは、ＰＶＴデータ、熱伝導率、比熱であることを特徴とする射出成形のシミュレーション方法。
【請求項５】
請求項１記載の射出成形のシミュレーション方法であって、
上記解析条件は、金型内での樹脂の初期溶融温度と、金型内での樹脂の初期圧力と、金型の初期温度であることを特徴とする射出成形のシミュレーション方法。
【請求項６】
請求項１記載の射出成形のシミュレーション方法であって、
上記冷却解析工程は、所定の期間行うことを特徴とする射出成形のシミュレーション方法。
【請求項７】
コンピュータを、
射出成形品のモデルを入力する第１入力手段と、
樹脂の物性データ及び解析条件を入力する第２入力手段と、
上記モデルと物性データと解析条件に基づいて樹脂の冷却解析を行う冷却解析手段と、
冷却解析の結果に基づいて成形品の変形解析を行う変形解析手段と、
変形解析の結果を表示する表示手段と、
として機能させることを特徴とする射出成形のシミュレーション用プログラム。
【請求項８】
請求項７記載のプログラムであって、
上記射出成形品のモデルは、３次元メッシュモデルであることを特徴とする射出成形のシミュレーション用プログラム。
【請求項９】
請求項７記載のプログラムであって、
上記樹脂の物性データは、少なくともＰＶＴデータであることを特徴とする射出成形のシミュレーション用プログラム。
【請求項１０】
請求項７記載のプログラムであって、
上記樹脂の物性データは、ＰＶＴデータ、熱伝導率、比熱であることを特徴とする射出成形のシミュレーション用プログラム。
【請求項１１】
請求項７記載のプログラムであって、
上記解析条件は、金型内での樹脂の初期溶融温度と、金型内での樹脂の初期圧力と、金型の初期温度であることを特徴とする射出成形のシミュレーション用プログラム。
【請求項１２】
請求項７記載のプログラムであって、
上記冷却解析工程は、所定の期間行うことを特徴とする射出成形のシミュレーション用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂成形品の射出成形を予測するシミュレーション方法及びシミュレーション用プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形プロセスや射出成形品の不良を事前に予測することにより、成形品や金型の設計の最適化や射出成形条件の最適化を行うために射出成形のシミュレーションが行われている。
【０００３】
特許文献１には、充填解析、保圧流動解析、冷却解析を順次行って射出成形中の樹脂の温度変化、圧力、比容積変化を算出し、その結果に基づいて成形品の各部が変形を開始する時点を算出し、その時点における温度変化、圧力、比容積変化を用いて三次元熱応力歪みシミュレーションを行い、反り、ヒケ等の形状変化量を算出することが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、射出成形される樹脂の流動解析を行い、得られた流動解析の結果を金型及び成形品の設計に運用する際に、成形品の二次元モデル情報と、二次元モデル情報に付随した付属情報とから簡易三次元モデルを作成することが記載されている。
【特許文献１】特開平６−５５５９７号公報
【特許文献２】特開２００３−２１６６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載される方法では、三次元モデルを用いて解析を行うため、計算に時間を要し、特に、充填解析は非定常解析であるため、長時間を要している。また、シミュレーションによって求めた形状変化が成形品形状に起因するのか、ゲート位置や成形条件に起因するのかを判別することが困難であるため、シミュレーションの結果を基にして成形品の形状を設計し直すことが難しい問題を有している。さらに、成形品の設計段階では、ゲート位置が未定であることから、シミュレーションを行うこと自体が困難という問題を有している。
【０００６】
特許文献２に記載される方法では、簡易三次元モデルを用いるため、成形品の形状を正確に表現することが困難となっている。このため、例えば、Ｌ字形に屈曲したモデルの屈曲部分が直線状の面取りであるのか、湾曲状の面取りであるのかを判別することが困難となる。さらに、実際に成形したときの樹脂温度分布を正確に計算することができないため、解析された変形予測も不正確となる問題を有している。これに加えて、成形品の設計段階で作成した３Ｄ−ＣＡＤモデルをそのまま解析に用いることができないため、解析専用の簡易三次元モデルを作成しなければならない煩雑さも有している。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、成形品の設計に起因した変形のみを算出して解析することにより、ゲートや詳細な成形条件を設定する必要なく、短時間での解析が可能な射出成形のシミュレーション方法及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、射出成形品のモデルを入力する第１入力工程と、樹脂の物性データ及び解析条件を入力する第２入力工程と、上記モデルと物性データと解析条件に基づいて樹脂の冷却解析を行う冷却解析工程と、冷却解析の結果に基づいて成形品の変形解析を行う変形解析工程と、変形解析の結果を表示する表示工程と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
この構成により、請求項１記載の発明では、入力されたモデル、物性データ及び解析条件に基づいて樹脂の冷却解析を行い、冷却解析の結果に基づいて成形品の変形解析を行うため、成形品の形状等の設計に起因した変形のみを算出するための解析となる。従って、充填解析や流動解析が不要となるため、短時間での解析を行うことができる。しかも、ゲート位置や成形条件と無関係となり、これらを設定する必要がないため、熟練を要することなく解析することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の射出成形のシミュレーション方法であって、上記射出成形品のモデルは、３次元メッシュモデルであることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の射出成形のシミュレーション方法であって、上記樹脂の物性データは、少なくともＰＶＴデータであることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の射出成形のシミュレーション方法であって、上記樹脂の物性データは、ＰＶＴデータ、熱伝導率、比熱であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の射出成形のシミュレーション方法であって、上記解析条件は、金型内での樹脂の初期溶融温度と、金型内での樹脂の初期圧力と、金型の初期温度であることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の射出成形のシミュレーション方法であって、上記冷却解析工程は、所定の期間行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、コンピュータを、射出成形品のモデルを入力する第１入力手段と、樹脂の物性データ及び解析条件を入力する第２入力手段と、上記モデルと物性データと解析条件に基づいて樹脂の冷却解析を行う冷却解析手段と、冷却解析の結果に基づいて成形品の変形解析を行う変形解析手段と、変形解析の結果を表示する表示手段と、として機能させることを特徴とする。
【００１６】
この構成により、請求項７記載の発明では、入力されたモデル、物性データ及び解析条件に基づいて、コンピュータが樹脂の冷却解析を行うと共に冷却解析の結果に基づいて成形品の変形解析を行うため、成形品の形状等の設計に起因した変形のみを算出するための解析となる。従って、コンピュータが充填解析や流動解析を行う必要がなく、短時間での解析を行うことができ、しかも、ゲート位置や成形条件を設定する必要がないため、簡単に解析することができる。
【００１７】
請求項８記載の発明は、請求項７記載のプログラムであって、上記射出成形品のモデルは、３次元メッシュモデルであることを特徴とする。
【００１８】
請求項９記載の発明は、請求項７記載のプログラムであって、上記樹脂の物性データは、少なくともＰＶＴデータであることを特徴とする。
【００１９】
請求項１０記載の発明は、請求項７記載のプログラムであって、上記樹脂の物性データは、ＰＶＴデータ、熱伝導率、比熱であることを特徴とする。
【００２０】
請求項１１記載の発明は、請求項７記載のプログラムであって、上記解析条件は、金型内での樹脂の初期溶融温度と、金型内での樹脂の初期圧力と、金型の初期温度であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１２記載の発明は、請求項７記載のプログラムであって、上記冷却解析工程は、所定の期間行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の射出成形のシミュレーション方法によれば、入力されたモデル、物性データ及び解析条件に基づいて樹脂の冷却解析を行い、冷却解析の結果に基づいて成形品の変形解析を行うため、成形品の形状等の設計に起因した変形のみを算出するための解析となり、充填解析や流動解析が不要となるため、短時間での解析を行うことができる。また、ゲート位置や成形条件を設定する必要がないため、熟練を要することなく解析することができる。
【００２３】
本発明の射出成形のシミュレーション用プログラムによれば、入力されたモデル、物性データ及び解析条件に基づいて、コンピュータが樹脂の冷却解析及び冷却解析の結果に基づいた成形品の変形解析を行うため、成形品の形状等の設計に起因した変形のみを算出するための解析となる。従って、コンピュータが充填解析や流動解析を行う必要がなく、短時間での解析を行うことができ、しかも、ゲート位置や成形条件を設定する必要がないため、簡単に解析することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は本発明の実施の形態におけるシミュレーション方法を実施するためのブロック図、図２は射出成形のシミュレーションを行うフローチャートである。
【００２５】
図１におけるデータ入力部１には、解析に必要なデータが入力される。入力されるデータとしては、射出成形品のモデル、ＰＶＴデータ等の樹脂データ及び条件データが選択される。
【００２６】
データ入力部１には、冷却解析部２が接続されており、データ入力部１に入力されたデータは冷却解析部２に出力され、冷却解析部２で樹脂の冷却解析が行われる。樹脂の冷却解析では、樹脂の熱が金型に移動することにより生じる樹脂の温度分布を計算する。また、計算した温度分布と、後述するＰＶＴデータとから樹脂の比容積及び圧力分布も算出する。これらの計算は、有限要素法、体積要素法、境界要素法等の計算手法により行われる。
【００２７】
冷却解析部２には、変形解析部３が接続されており、冷却解析部２で算出された樹脂の温度分布、比容積、圧力分布が変形解析部３に出力される。これに基づいて、変形解析部３は熱歪解析や熱容量解析を実行し、成形品の変形を計算して解析する。計算手法としては、有限要素法、体積要素法、境界要素法等が用いられる。
【００２８】
表示部４は、変形解析部３に接続されており、変形解析部３で解析された結果を表示する。表示する項目としては、変形、樹脂の温度分布、樹脂の体積収縮率分布、樹脂の圧力分布等である。また、記憶部５は、変形解析部３で解析された結果を記憶して格納する。
【００２９】
図２におけるステップＳ１では、射出成形品のモデルを入力する第１入力工程と、樹脂データ及び条件データを入力する第２入力工程とを行う。
【００３０】
第１入力工程で入力される射出成形品のモデルとしては、メッシュモデルで良く、このメッシュモデルとしては、テトラメッシュ、ヘキサメッシュ、プリズムメッシュ等によって構成された３Ｄメッシュモデルを用いることができる。また、３Ｄメッシュモデル以外のシェルメッシュモデルであっても良い。
【００３１】
図３は、同様に第１入力工程で入力されるシェルメッシュモデル１２を示し、このようなシェルメッシュモデル１２であっても、射出成形のシミュレーションを行うことができる。
【００３２】
図４は、第１入力工程で入力される３Ｄメッシュモデル１０を示す。３Ｄメッシュモデル１０では、Ｌ字状に屈曲された屈曲部１３を成形品の形状に合わせて入力することができる。このため、図３（ａ）のように、屈曲部１３が直角状となっている場合、同図（ｂ）のように、屈曲部１３に直線状の面取りが形成されている場合、同図（ｃ）のように屈曲部１３に湾曲状の面取りが形成されている場合等を区別して入力することができる。
【００３３】
第２入力工程で入力される樹脂データは、射出成形に用いる樹脂の物性データであり、樹脂のＰＶＴデータ、比熱、熱伝導率、固化温度、ヤング率、ポアソン比、さらには、樹脂が結晶性の場合には結晶化潜熱がある。この実施の形態において、樹脂データとしては、ＰＶＴデータを必須とするものであり、さらに、ＰＶＴデータ、熱伝導率、比熱を必須としても良い。後者の場合には、シミュレーションをさらに正確に行うことができるメリットがある。
【００３４】
第２入力工程で入力される条件データは解析条件であり、この解析条件としては、金型内での樹脂の初期溶融温度、金型内での樹脂の初期圧力、金型の初期温度、金型の比熱、金型の熱伝導率さらには樹脂と金型との熱伝達係数等がある。この内、金型内での樹脂の初期溶融温度、金型内での樹脂の初期圧力及び金型の初期温度を必須の条件データとして入力することにより、樹脂の冷却解析を行うことができる。
【００３５】
ステップＳ２では、以上のメッシュモデル、樹脂の物性データ及び解析条件に基づいて樹脂の冷却解析を行う。冷却解析では、上述したように樹脂の熱が金型に移動することによる樹脂の温度分布を計算する。また、この温度分布と入力されたＰＶＴデータとから樹脂の比容積、圧力分布も算出する。
【００３６】
冷却解析は、樹脂の成形完了時間で完了するように行う。そして、この時点での樹脂の温度、比容積、圧力が出力される。かかる冷却解析を完了する時点としては、成形中の樹脂における最も温度が高い部分が固化温度以下になった時や、樹脂のＴｇ点以下になった時とすることができる。なお、成形中の樹脂における最も温度が高い部分としては、例えば、肉厚中心部分を選択することができる。
【００３７】
ステップＳ３では、以上の冷却解析の結果に基づいて成形品の変形解析を行う。変形解析は、熱歪解析、熱応力解析を実行することにより成形品の変形を計算するものである。
【００３８】
ステップＳ４では、変形解析の結果を表示する。この表示に基づいて成形品の設計や金型の設計の最適化や射出成形条件の最適化を行うことができる。
【００３９】
このようなシミュレーション方法では、入力されたモデル、物性データ及び解析条件に基づいて樹脂の冷却解析を行い、冷却解析の結果に基づいて成形品の変形解析を行うため、成形品の形状等の設計に起因した変形のみを算出するだけの解析となる。これにより、煩雑な充填解析や流動解析が不要となるため、短時間での解析を行うことができる。しかも、ゲート位置や成形条件と無関係となり、これらを設定する必要がないため、熟練を要することなく解析することができる。
【００４０】
この実施の形態では、図２に示したフローチャートに対応するプログラムをフレキシブルディスクやハードディスク、その他の記憶媒体に記憶させておき、これを汎用のコンピュータに読み出して実行させることにより、そのコンピュータをシミュレーションサーバとして機能させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態におけるブロック図である。
【図２】一実施形態のフローチャートである。
【図３】シェルメッシュモデルの斜視図である。
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）は３Ｄメッシュモデルの斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  データ入力部
２  冷却解析部
３  変形解析部
４  表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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