(57)【要約】【課題】  従来の射出成形用金型設計方法は、一般的な反り解析結果を基準としている為、収縮の方向が重心方向の一方向に限定されてしまうことや、金型面の拘束を考慮しない収縮を元に算出した抵抗値が用いられていることから、予測精度に問題があった。【解決手段】  本発明は、射出成形シミュレーションにおける充填・保圧の解析を順次行い、その結果を用いて製品表面形状だけでなく、金型表面形状も定義した状態で金型内の接触を考慮した収縮計算を行うことにより、成形品と接する金型が成形品を拘束する事を基準とした離型抵抗力を求め、この離型抵抗力がある範囲に収まらないときは、その面を表示し、成形条件・ゲート形状（ゲート位置及び寸法）・金型面状態及びその面に対して離型方向に対する金型面の勾配とを逐次変更して適正な条件を求める金型設計方法を見出した。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形シミュレーションにおける充填・保圧の解析を順次行い、
その結果を用いて、製品形状だけでなく、金型形状も定義した状態で、製品と金型の接触を考慮した収縮計算を行う事で得られる応力を基準として成形品と金型の密着状態を予測し、
その金型から製品を引き離す衝突解析で求められる抵抗力を離型抵抗力と定義し、
該離型抵抗力がある範囲に収まらない際には、その面を表示し、成形条件・ゲート形状・金型面状態を逐次変更して、適正な条件を求めることを特徴とする、金型設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形品の金型設計において離型に影響する成形条件や金型構造を最適化する金型設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、射出成形を行う際には、金型内に溶融樹脂を射出して凝固させ、この凝固した製品を離型ピンで押し出して、製品の取り出しを行っている。
この成形の際には、溶融した樹脂の凝固に伴い製品が熱収縮し、金型と製品との接触面に摩擦が生じるため、製品に離型ピンによる離型力を付与して取り出しを行うようにしているが、離型抵抗により成形品が離型不良を起こすケースも発生する。
【０００３】
従って、金型を設計する際には、製品と金型とが接触する面の離型力等を、シミュレーションにより算出することにより、金型の勾配面における離型方向に対する勾配や、金型面状態等が適正となる金型の設計値を求めることが行われている（特許文献１〜３参照）。例えば、特許文献１に記載されている金型設計方法は、射出成形シミュレーションにおける成形品の変形量から算出した応力を元に金型との間に生じる離型抵抗力を求め、面の勾配と面状態を最適化する手法を提案している。特許文献２に記載されている金型設計方法は、製品が金型から突き出される際の摩擦力の動的な変化に着目し、独自のパラメーターを用いる事で離型抵抗値の予測精度を向上させている。特許文献３に記載されている金型設計方法は、製品と金型の形状を定義した上で、製品を引き抜く際に生じる変形や金型面との摩擦力を動的に計算して精度を向上させている。
【特許文献１】特開２００１−６２８７２号公報
【特許文献２】特開２００５−４６８９２号公報
【特許文献３】特開２００７−３２０２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これらの方法は、一般的な反り解析結果を基準としている為、収縮の方向が重心方向の一方向に限定されてしまうことや、金型面の拘束を考慮しない収縮を元に算出した値が用いられていることから、予測精度に問題があった。特に、収縮の方向は、実際には重心方向の一方向に限定されるものでは無く、これらの方法では、重心から離れた円筒形状にしばしば見られるカジリや抱き付きを予測できない問題があった。また、反り（収縮）の予測については、金型の存在で樹脂の自由な熱変形が拘束されることによって応力が成形品内に蓄積され、その蓄積された応力が成形品の離型に大きく影響を及ぼす、等の現象が全く考慮されないため、予測精度を悪くする大きな要因の１つとなっていた。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、反り解析（収縮計算）を行う際に、製品と金型形状全体を定義し、拘束状態を考慮しながら解析を行うことにより、高精度な解析を行うことができる金型設計方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、射出成形シミュレーションにおける充填・保圧の解析を順次行い、その結果を用いて製品表面形状だけでなく、金型表面形状も定義した状態で金型内の接触を考慮した収縮計算を行うことにより、成形品と接する金型が成形品を拘束する事を基準とした離型抵抗力を求め、該離型抵抗力がある範囲に収まらない際は、その面を表示し、成形条件・ゲート形状・金型面状態およびその面に対して離型方向に対する金型面の勾配を逐次変更することにより、適正な条件を求める金型設計方法を見出した。
【０００７】
すなわち、本発明は、以下のステップを含む金型の設計方法である。
先ず、射出成形シミュレーションで用いる製品の要素モデルを作成し、この要素モデルを基に製品が金型内部に充満されるような形で、可動側金型と固定側金型の要素モデルを入力する。
次に、射出成形シミュレーションにおける充填・保圧の解析を順次行う為、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して、射出成形プロセス中の成形材料の温度変化、圧力を計算し、この計算結果に基づいて成形品の各部が冷却による変形を開始する時点の樹脂の温度分布と圧力分布を算出する。
続いて、射出成形シミュレーションで算出された各要素の温度および圧力を初期値とした製品要素モデルと、可動側金型と固定側金型の要素モデルを一体とした要素モデルを入力し、金型全体には実成形時と同様の温度分布を付与することにより、高温高圧となった樹脂を離型可能な温度まで冷却する際の収縮計算を行う。この計算時には、金型面の拘束および接触（摩擦）を考慮し、重心方向に限定されない収縮方向および収縮量を予測すると共に、成形品が金型に押し付けられる応力が算出される。
次いで、収縮計算で得られた金型への応力を基準として金型各面の表面状態（密着力、摩擦力）を入力した状態で、製品要素モデルを金型モデルから引き離す際の衝突計算を行うことにより、反力（離型抵抗力）を求める。この時、金型面と製品面の間に発生する摩擦力を考慮している為、成形品が金型面に押し付けられる際に発生する必要以上の密着やカジリ、金型への抱き付きを予測できる。
この離型抵抗力がある範囲に収まるかを判定して、収まらない際は、その面を表示し、成形条件やゲート形状（ゲート位置及び寸法）を変更することにより、製品内部にかかる圧力や温度などの状態量を変化させ、離型抵抗力を調整する。
さらに、金型の面状態や金型面の勾配を逐次変更して、金型面の適正な状態を求める。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の金型設計方法によれば、射出成形金型を設計する際に、成形品と金型が接触する面の離型力を算出することにより、成形条件やゲート形状および、金型面状態が適正となる値を求めることが可能となり、実際の成形試行を行わずに、適正な成形条件および金型設計が従来に比べて簡単に求められるため、開発期間の短縮と成形試行回数を減らすことができて、コストの削減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係わる金型設計方法を実施する手順を示すフローチャートの一部であり、図２は図１に示すフローチャートの残部である。図３は、本発明を適用した成形品の３次元モデルの例、図４は、本発明を適用した成形金型の３次元モデルの例、図５は、成形金型の断面図である。
【００１１】
図４に示す成形品の３次元形状モデルを基に、成形金型の３次元モデルを作成する。この際、製品と金型表面は結合せず、後に製品と金型が離れたり、擦り合わされたりする計算が可能な状態としておく。また、製品と金型面データとの間には、空気層のような空間が無く充満された状態となるような要素を用いて定義しておく。更に、離型時の型開きと突き出しを考慮する為、金型を固定側と可動側でパーティングラインを基準に分割して入力すると共に、突き出しピンが予定されている位置については、衝突計算を行う際に製品を突き出す方向へ力を付与出来るような形で入力しておく必要がある。（図１のステップＳ１）。
【００１２】
ステップＳ１で入力した形状品の３次元モデルデータのみと、ゲート形状、成形条件データ（射出条件、保圧条件等の各データ）、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して、射出成形シミュレーションにおける充填・保圧の解析を順次行い、金型内での冷却が開始される直前における成形品表面及び内部の樹脂温度・圧力分布を求める。（図１のステップＳ２）。
【００１３】
ステップＳ１で入力した成形品及び製品金型の３次元モデルデータを用い、ステップＳ２で算出した成形品の樹脂温度分布・樹脂圧力分布を初期値として入力し、成形品が金型に冷却される際の熱歪み計算と、歪みが発生した際に製品が金型面に押し付けられる応力を同時に算出する。（図１のステップＳ３）。
【００１４】
ステップＳ３で求められた成形品の歪みと金型面との応力を初期状態として、次に突き出しピン部分に荷重を加える事で成形品の突き出し計算を行い、各突き出しピン部分に発生する反力を合算する事で、成形品を離型する際の離型抵抗値が求められる（ステップＳ４）。
【００１５】
ステップＳ４で求められた成形品の面単位毎に生じる離型抵抗値が予め決められている離型抵抗判定値以内であれば、計算時に用いた金型設計がそのまま設計値となり終了する（ステップＳ５）。
【００１６】
ステップＳ５においてステップＳ４で求められた離型抵抗値が予め決められている離型抵抗判定値を超える値が発生したときは、該当する位置を３次元形状モデルデータ上で表示する（ステップＳ６）。
【００１７】
ステップＳ６において、離型抵抗判定値を超える面として３次元形状モデルデータ上で表示されている位置に対して成形条件を変更した場合について再度計算を行う。変更に用いる成形条件は、予め定められている標準成形条件データベース等のデータファイルから求めるか、若しくは人が与える等が考えられる（ステップＳ７）。
【００１８】
ステップＳ８において、成形条件を変更する際に、製品が充填可能であるか否かのチェックを行う。
なお、判断基準としては、（１）溶融樹脂が末端まで充満されない状態（ショートショット）とならないこと、（２）使用を予定している成形機の最大能力（射出圧力や型締め力）を上回らないこと、（３）充填解析時に予測される樹脂温度が、せん断発熱によって黒く焼けたり、熱分解によって生じるシルバーと呼ばれる表面性不良が発生することが、予め検証実験で確認されている最大温度を上回らないことである。
【００１９】
ステップＳ８において充填可能と判断された場合には、保圧解析を順次行い、ステップ２〜４と同様に離型力を算出する。一方、ステップＳ８において充填不能と判断された場合には、成形条件を見直し、充填可能な条件で、かつ、検討している金型の離型力低下につながると考えられる対策を講じる。例えば、判断基準である（１）に問題がある場合は、樹脂温度・金型を高めて流動性を向上させること、等が考えられる。
【００２０】
ステップＳ１０において、ステップＳ９で求められた成形品の離型抵抗値が、予め決められている離型抵抗判定値を超える場合は、成形品の該当する面を３次元形状モデルデータ上で表示する（ステップＳ１１）。
【００２１】
ステップＳ１２において、離型抵抗判定値を超える位置として３次元形状モデルデータ上で表示されている位置を確認した後、ゲート形状の変更を行う。変更に用いるゲート形状は、予め定められている標準条件データベース等のデータファイルから求めるか、若しくは人が与える等が考えられる（ステップＳ１２）。
【００２２】
ステップＳ１３において、ゲート形状を変更する際に、製品が充填可能であるか否かのチェックを行う。
なお、判断基準としては、（１）溶融樹脂が末端まで充満されない状態（ショートショット）とならないこと、（２）使用を予定している成形機の最大能力（射出圧力や型締め力）を上回らないこと、（３）充填解析時に予測される樹脂温度が、せん断発熱によって黒く焼けたり、熱分解によって生じるシルバーと呼ばれる表面性不良が発生することが、予め検証実験で確認されている最大温度を上回らないことである。
【００２３】
ステップＳ１３において充填可能と判断された場合には、保圧解析を順次行い、ステップ２〜４と同様に離型力を算出する。一方、ステップＳ１３において充填不能と判断された場合には、ゲート形状（ゲート位置及び寸法）を見直し、充填可能な条件で、かつ検討している金型の離型力低下につながると考えられる対策を講じる。例えば、ゲート部の断面積を拡大したり、ゲート点数を増やす事で製品に圧力が伝わり易くする事が考えられる。
【００２４】
ステップＳ１５においてステップＳ１４で求められた成形品の面単位毎に生じる離型抵抗値が、予め決められている離型抵抗判定値を超える位置が発生したときは、成形品の該当する位置を３次元形状モデルデータ上で表示する（ステップＳ１６）。
【００２５】
ステップＳ１７において離型抵抗判定値を超える面として３次元形状モデルデータ上で表示されている成形品の位置に対して、金型面状態の変更を行う（ステップＳ１７）。変更に用いる金型面状態の値は、予め決められている標準金型面状態値のデータベース等のデータファイルから求めるか、若しくは人が与える等が考えられる。
【００２６】
同様にして、ステップＳ１８で離型抵抗判定値を超える面として３次元形状モデルデータ上で表示されている成形品の面があれば、該当する各面に対して成形品の面単位毎に生じる離型抵抗値が、予め決められている離型抵抗判定値以内かの判定を行い、成形品の全ての面に対して離型抵抗判定値以内であれば離型性に問題無しとして求めた金型面状態の値がそのまま設計値となり終了する（ステップＳ１９）。
【００２７】
ステップＳ１９において、求められた成形品の離型抵抗値が、予め決められている離型抵抗判定値を超える場合は、該当する成形品の面を３次元形状モデルデータ上で表示し、設計に戻り形状検討となる（ステップＳ２０）。
【００２８】
以上、離型方向に対する最適な成形条件と最適な金型構造を求める手順の一例について示したが、求める順番は先に最適な金型構造を決めてから最適な成形条件を決める等、算出順序が変わった場合でも適用可能であることは容易に想像がつく。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の手順を示すフローチャートの一部である。
【図２】図１に示すフローチャートの残部である。
【図３】本発明を適用した成形品の３次元モデルの例である。
【図４】成形金型の斜視図である。
【図５】上記成形品の要素モデルである。
【図６】上記金型の要素モデルである。
【図７】上記要素モデルの断面図である。
【図８】製品と金型（可動側）の要素モデル図である。
【図９】突き出し計算を行う際の要素モデル図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    製品形状
２    金型形状（固定側）
３    金型形状（可動側）
Ａ    製品の要素モデル
Ｂ    金型の要素モデル（固定側）
Ｃ    金型の要素モデル（可動側）
Ｘ    要素モデル作製時の水平方向（長さ方向）
Ｙ    要素モデル作製時の奥行き方向（幅方向）
Ｚ    要素モデル作製時の垂直方向（高さ方向）
【図１】
2009298035.tif 000003
【図２】
2009298035.tif 000004
【図３】
2009298035.tif 000005
【図４】
2009298035.tif 000006
【図５】
2009298035.tif 000007
【図６】
2009298035.tif 000008
【図７】
2009298035.tif 000009
【図８】
2009298035.tif 000010
【図９】
2009298035.tif 000011