(57)【要約】      （修正有）【課題】溶融樹脂を射出して成形する成形部材において、成形部材のバリ発生の有無を精度よく予測するバリ発生予測方法の提供。【解決手段】溶融樹脂の樹脂温度、樹脂圧力などの所定の物理量とバリが発生しない許容隙間量との回帰式を作成する回帰式作成工程と、キャビティ内の溶融樹脂の流動解析工程と、金型冷却解析工程と、固定型と可動型との剛性解析を行う金型剛性解析工程とを有し、流動解析工程により出力される樹脂温度データを取込んで金型冷却解析を行うことにより金型温度分布データを作成し、この金型温度分布データにより流動解析工程の入力データである金型温度データを補正して、再度流動解析と金型冷却解析とを行う解析ループを繰り返し、金型の熱膨張を考慮した金型剛性解析を行うことにより金型境界部における型開き量を求めるとともに、バリが発生しない許容隙間量を算出し、前記型開き量と前記許容隙間量とを比較してバリ発生の有無を予測。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定型と可動型とによって形成されるキャビティに溶融樹脂を射出して成形する成形部材におけるバリ発生の有無を予測するバリ発生予測方法であって、
前記溶融樹脂の樹脂温度、樹脂圧力などの所定の物理量とバリが発生しない許容隙間量との回帰式を作成する回帰式作成工程と、
前記キャビティ内の溶融樹脂の流動解析を行う流動解析工程と、
前記固定型と可動型との冷却解析を行う金型冷却解析工程と、
前記固定型と可動型との剛性解析を行う金型剛性解析工程とを有し、
前記流動解析工程により出力される樹脂温度データを取込んで金型冷却解析を行うことにより金型温度分布データを作成し、該金型温度分布データにより前記流動解析工程の入力データである金型温度データを補正して再度流動解析と金型冷却解析とを行う解析ループを繰り返し、前記金型温度が安定する定常状態における金型温度分布データと金型内圧力分布データとを作成し、該金型温度分布データと金型内圧力分布データとを取込んで金型の熱膨張を考慮した前記金型剛性解析を行うことにより金型境界部における型開き量を求めるとともに、前記回帰式の物理量に対応する前記金型温度分布データと金型内圧力分布データとその他所定のデータの値を前記回帰式に代入してバリが発生しない許容隙間量を算出し、前記型開き量と前記許容隙間量とを比較してバリ発生の有無を予測することを特徴とするバリ発生予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶融樹脂の射出成形において成形部材のバリ発生の有無を予測するバリ発生予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来は経験と簡単な実験によって決定された指標を用いてバリ不具合の発生の有無を判断していた。例えば、図６のように、キャビティ内のゲート近傍で溶融樹脂の圧力変化を測定し、射出時のピーク圧力Ｐ１と保圧時のピーク圧力Ｐ２とを求めてバリ発生の有無を判断していた。しかし、この方法では実際の成形部材におけるバリ発生の有無とは必ずしも一致しない場合があり、より精度の高い予測方法の開発が望まれていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、溶融樹脂を射出して成形する成形部材において、成形部材のバリ発生の有無を精度よく予測するバリ発生予測方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の目的を達成するために、本発明のバリ発生予測方法は、固定型と可動型とによって形成されるキャビティに溶融樹脂を射出して成形する成形部材におけるバリ発生の有無を予測するバリ発生予測方法であって、溶融樹脂の樹脂温度、樹脂圧力などの所定の物理量とバリが発生しない許容隙間量との回帰式を作成する回帰式作成工程と、キャビティ内の溶融樹脂の流動解析を行う流動解析工程と、固定型と可動型との冷却解析を行う金型冷却解析工程と、固定型と可動型との剛性解析を行う金型剛性解析工程とを有し、流動解析工程により出力される樹脂温度データを取込んで金型冷却解析を行うことにより金型温度分布データを作成し、この金型温度分布データにより流動解析工程の入力データである金型温度データを補正して、再度流動解析と金型冷却解析とを行う解析ループを繰り返し、金型温度が安定する定常状態における金型温度分布データと金型内圧力分布データとを作成し、この金型温度分布データと金型内圧力分布データとを取込んで金型の熱膨張を考慮した金型剛性解析を行うことにより金型境界部における型開き量を求めるとともに、金型温度分布データと金型内圧力分布データとその他所定のデータの値を回帰式に代入してバリが発生しない許容隙間量を算出し、前記型開き量と前記許容隙間量とを比較してバリ発生の有無を予測することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のバリ発生予測方法は、流動解析と金型冷却解析との解析ループを繰り返して、金型温度が安定する定常状態における金型剛性解析を行って型開き量を求めて、この定常状態における許容隙間量と比較することを特徴とする方法である。従って、実際の成形状態における溶融樹脂の圧力や温度などにより発生する金型の変形をも充分に考慮した精度の高いバリ発生予測を行うことができる。
【０００６】
本発明のバリ発生予測方法は、成形部材の周縁部と対応する金型境界部の各節点についてバリ発生の予測を行うことができるので、成形部材のどこにどの程度のバリが発生するかを定量的に、かつ容易に予測することができる。さらに、得られた予測結果に基づいて、当該節点近傍の成形部材の板厚を変更したり、金型のゲート位置や樹脂流路寸法などを変更するなどの対策を施すことにより、バリの発生しない金型を設計することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明のバリ発生予測方法について、その手順を図１のフローチャートに沿って説明する。
【０００８】
まずステップＳ１の回帰式作成工程では、実験によって樹脂の温度、圧力、流速などの物理量とバリが発生しない最大の隙間量（以後、許容隙間量という）との関係を回帰式で求めておく。
【０００９】
ステップＳ１では、図５に例示する実験手段を用いることができる。図５の（ａ）は実験手段の断面を模式的に示したものであり、（ｂ）はその部分正面模式図である。なお、鎖線は樹脂試験片の形状を示している。
【００１０】
実験手段２０は、金型２１と２２とを有するプレスであって、金型２１と金型２２とで樹脂試験片Ｓのキャビティ２３を形成している。キャビティ２３の中央部には隙間部材２４が設けられており、隙間部材２４には複数の幅の異なるスリット２５ａ〜２５ｅが形成されている。２６はキャビティ２３へ樹脂Ｊを供給する樹脂通路である。なお、キャビティ２３の適宜の位置に樹脂の温度や圧力などを測定するセンサが設けられている。
【００１１】
このような実験手段２０に所定の溶融樹脂Ｊを供給して樹脂試験片Ｓを形成する。供給された溶融樹脂Ｊはキャビティ２３内に充満するとともに、スリット２５ａ〜２５ｅ（図５では説明のため５本種類のスリットとした。）へも侵入してバリ２７を形成する。形成されるバリ２７は樹脂Ｊの温度、圧力、流速などの物理量の値を変化させることで変化する。図２５（ａ）では、スリット２５ａ〜２５ｃにはバリの発生が認められるが、スリット２５ｄと２５ｅにはバリは認められない。すなわち、この場合の樹脂試験片Ｓの成形条件における許容隙間量はスリット２５ｄのスリット幅であることが分かる。樹脂試験片Ｓの成形条件の各物理量の値を変化させて多数の樹脂試験片を成形し、各成形条件における許容隙間量を求め、統計的処理によって各物理量と許容隙間量との関係を表す回帰式を作成する。この回帰式は、許容隙間量＝ｆ（流速、温度、圧力、・・・）として表すことができ、樹脂の種類によりそれぞれ準備することが望ましい。
【００１２】
次に、解析システムによって溶融樹脂の流動解析、金型冷却解析、金型剛性解析を実行する。
【００１３】
まず、ステップＳ２で、初期値として成形部材の金型データ（樹脂の流路寸法、ゲートの位置など）、稼働時の成形条件（射出流量、流速、保圧圧力、保圧時間など）、その他解析に必要なデータ（例えば、初期金型温度、冷却水温度など）を入力する。
【００１４】
次に、ステップＳ３の流動解析工程では、ステップＳ２で入力された初期値に基づいて、溶融樹脂の流動解析を行う。この流動解析により樹脂温度データを得ることができる。ここで、樹脂温度データとは、型締力が最大となる時点での成形部材の周縁部近傍の各節点における溶融樹脂の流速、温度、板厚、圧力などのことである。
【００１５】
続いて、ステップＳ４の金型冷却工程では、ステップＳ３で得られた溶融樹脂の流速、温度などの樹脂温度データを取り込み、さらにその他解析に必要なデータ（例えば、冷却時間など）を入力して金型冷却解析を実行する。この金型冷却解析では、最初に溶融樹脂を射出充填した第１ショット目の金型の温度分布データが得られる。金型の温度分布は、溶融樹脂のショット回数によって変化し、ある時点で飽和して定常状態となる。定常状態での金型の温度分布を求めるために、この第１ショット後の温度分布データを取り込んで流動解析の入力データである金型温度データを補正し、第２ショット目の流動解析を行う。引き続いて第２ショット目の樹脂温度データを取り込んで金型冷却解析を行って第２ショット後の金型の温度分布データを得る。
【００１６】
このように流動解析と金型冷却解析との解析ループを繰返し、ステップＳ５において、金型冷却解析により得られた金型温度分布データを、前回の出力値と比較し、その最大変化点の温度偏差を基準としてその値が所定値（例えば、０．１℃以下）となったところで定常状態であると判断する。
【００１７】
次に、ステップＳ６の金型剛性解析工程では、ステップＳ５で定常状態と判断された段階における金型冷却解析の出力データのうち金型温度分布データと金型内圧力分布データとを取込み、さらに金型材料の線膨張係数などの解析に必要なデータを入力して金型剛性解析を行い、金型の変形量すなわち金型境界部における型開き量Ｂを求める。なお、金型剛性解析を実施するに当たっては、事前に図２に示す金型１１、１１のみならず固定ダイスベース１２、可動ダイベース１３、取付板１４、１４、サポートブロック１５などをも忠実にモデル化しておかなければならない。また、サポートブロックなどの各構造物は、ボルトによる拘束や接触による摩擦などの物理的な定義を設定しておく。さらに、荷重条件は流動解析で得られた内圧分布と型締め力Ｆを適切な部位に設定することが望ましい。
【００１８】
一方、ステップＳ７では、ステップＳ１の回帰式作成工程で作成した回帰式の各物理量に、ステップＳ５で定常状態と判断された段階で得られる金型温度分布データと金型内圧力分布データと板厚データを代入して節点ごとの許容隙間量Ａを算出する。
【００１９】
ステップＳ８では、この様にして得られた許容隙間量Ａと型開き量Ｂとを節点ごとに比較する。型開き量Ｂの方が許容隙間量Ａよりも大きい場合には、その節点付近でバリが発生すると予測することができる。従って、バリ発生が予測される節点近傍では何らかのバリ発生防止対策を講じることが必要となる。
【００２０】
このためステップＳ９では、成形部材の当該節点近傍の板厚を変更したり、金型のゲート位置や樹脂流路などの寸法を変更するなどの対策を施す。
【００２１】
次に、ステップＳ９で施された対策が妥当であるかを検証するために、対策により変更した部分の値で初期入力値を補正して、再度ステップＳ３からステップＳ７までの解析を実行し、ステップＳ８の比較を行う。この様な解析ループを繰り返して、型開き量Ｂの方が許容隙間量Ａよりも小さくなれば解析を終了する。すなわち、解析終了時の補正値が当該節点付近でバリを発生させない最適値である。
【００２２】
本発明のバリ発生予測方法の手順は以上の通りであるが、次に、バリ発生を予測する方法の概念を図３と図４とを用いて説明する。
【００２３】
図３はある成形部材の金型の型開き面をモデル化した部分図であり、斜線部Ｄが金型の型開き面で、空白部Ｅは溶融樹脂を充填して成形部材となるキャビティである。×印は金型境界部における各節点を示し、ここでは節点番号１〜７が部材上面、８〜１１が部材側面、１２〜１６が部材下面、１７〜２５が開口周辺の各節点に対応する。これらの各節点における型開き量Ｂと許容隙間量Ａとを図４に併記して示した。図４で縦軸は型開き量Ｂまたは許容隙間量Ａ（ｍｍ）であり、横軸は、各節点の番号（位置）である。実線は各節点における型開き量Ｂを接続した線図であり、破線は各節点における許容隙間量Ａを結んで得られた線図である。ここで、許容隙間量Ａが型開き量Ｂを上回っている節点近傍ではバリの発生する危険はない。しかし、○印を付したように型開き量Ｂが許容隙間量Ａよりも大きな値を示す節点では、これら節点の近傍でバリの発生することが予測できる。この様に、バリ発生が予測される場合には、例えば、図３の破線で示すように、成形部材の板厚や金型の形状を若干変更して、再度図１の手順に沿ってバリ発生の予測を行う。
【００２４】
以上のように、本発明によれば、成形部材のどの部位にどの程度のバリが発生する可能性があるかを精度よく予測することができるので、金型の設計段階でバリ発生に対する対策を講じることができ、バリの発生しない金型を作製することができる。
【００２５】
なお、本発明における解析手段は特に限定されるものではなく、一般に市販されている解析用のプログラムを使用することができる。例えば、流動解析工程にはＴＩＭＯＮ、金型冷却解析工程にはＴＩＭＯＮあるいはＡＢＡＱＵＳ、また、金型剛性解析工程ではＩ−ｄｅａｓなどを好適に使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、溶融樹脂を射出して成形する成形部材の金型設計に好適に用いることができる。また、生産性の向上や品質の向上を目的とする成形部材の成形条件の検討などにも適用して効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のバリ発生予測方法の手順を説明するフローチャートである。
【図２】金型剛性解析の諸定義の概念を説明する部分説明図である。
【図３】バリ発生予測方法の概念を説明する金型の型開き面をモデル化した部分図である。
【図４】各節点における許容隙間量Ａと型開き量Ｂとを比較してバリ発生を予測する概念を示す概念図である。
【図５】許容隙間量Ａと溶融樹脂などの物理量との関係を表す回帰式を作成する実験手段の一例を示す図である。（ａ）は断面の模式図であり、（ｂ）は部分正面を示す模式図である。
【図６】溶融樹脂射出後の金型内圧力の時間による変化を例示する線図である。
【符号の説明】
【００２８】
１１：金型  １２：固定ダイベース  １３：可動ダイベース  １４：取付板  １５：サポートブロック  ２０：実験手段  ２３：キャビティ（樹脂試験片）  ２４：隙間部材  ２５：スリット  ２７：バリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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