專利名稱：金屬模具設(shè)計方法、注射成形品制造方法、程序及注射成形裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于樹脂注射成形的金屬模具的設(shè)計方法、通過計算機實現(xiàn)該工序的程序、使用上述金屬模具制造注射成形品的注射成形品制造方法以及注射成形裝置。
背景技術(shù)：
在注射成形時，根據(jù)制品的尺寸及形狀，需要設(shè)置多個澆口。在這種情況下，如下所示，建議通過控制從多個澆口流入的熔融材料的流動狀態(tài)，減小必需的合模壓力或控制熔接(ウエルド)位置，從而實現(xiàn)在成形工藝方面、制品質(zhì)量方面的改進。
例如，在日本的特開2002-355866號公報的第2頁中，記載了這樣的技術(shù)，即當制品的形狀是沿縱向延伸時，從充填開始處向充填結(jié)束處設(shè)置多個向模腔內(nèi)注射熔融樹脂的澆口，同時，熔融樹脂從充填開始處的澆口開始注射后，按一定的時間差依次向模腔內(nèi)注射，從而使成形時必需的合模壓力減小。
此外，在日本的特開平8-118420號公報的第2～3頁中，記載了這樣的技術(shù)，即當從第1個澆口注射的樹脂通過第2個澆口時或通過之后，從該第2個澆口向模腔內(nèi)注射軟化的樹脂材料，從而防止熔接的發(fā)生。
此外，在日本的特開2001-277308號公報的第7～9頁中，披露了這樣的技術(shù)，即將成形品的形狀分割成微小元素，進行成形品的成形工序流動摸擬，預測在成形品中產(chǎn)生的熔接線的產(chǎn)生位置。并記載了根據(jù)預測的熔接線再調(diào)整閥門澆口的開閉，使其移動到希望的修正位置。
但是，在上述特開2002-355866號公報的第2頁或特開平8-118420號公報的第2～3頁中記載的方法中，為了判斷從澆口開始注射或減少流入量或停止的時機，必需依賴于人的感覺或經(jīng)驗進行反復的試驗操作。此外，在上述的特開2001-277308號公報的第7～9頁中記載的方法中，由于不是對熔接的全體位置進行控制，而是由熔接上特定的一點計算修正值，因此，例如，難以控制三方樹脂流合流的具有復雜形狀的熔接。此外，在這些專利文獻中的方法中，由于在預定的澆口配置的條件下調(diào)整澆口，所以不一定能獲得最好的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上課題，本發(fā)明的目的在于提供在樹脂制品注射成形時，可以更好地對合模壓力及熔接的產(chǎn)生進行控制的金屬模具的設(shè)計方法、注射成形品的制造方法、程序以及注射成形裝置。
本發(fā)明涉及的金屬模具的設(shè)計方法，是為了達到上述目的的方法，其特征在于，在利用具有多個朝向模腔的樹脂流入通道的金屬模具進行注射成形時，以獲得恰當?shù)淖⑸涑尚螚l件為目的，通過計算注射成形過程的數(shù)值分析方法和由計算機支援的最優(yōu)化方法的組合，獲得與上述樹脂流入通道的配置、形狀及尺寸中至少1個相關(guān)的金屬模具設(shè)計參數(shù)。
這樣，使用計算注射成形過程的數(shù)值分析方法和依賴計算機支援的最優(yōu)化方法的組合，通過獲得與樹脂流入通道的配置、形狀及尺寸中至少1個相關(guān)的金屬模具設(shè)計參數(shù)，不會反復出現(xiàn)因人工造成的試驗錯誤，便可以迅速、正確地計算出金屬模具的設(shè)計參數(shù)。為了實現(xiàn)最優(yōu)化，需要確定評價合當?shù)淖⑸涑尚螚l件的適當?shù)脑u價函數(shù)，通過數(shù)值分析方法計算使用。這里的注射成形是指廣義上的所有注射成形，例如，包括注射加壓成形、注射壓縮成形、發(fā)泡注射成形等。
作為金屬模具的設(shè)計參數(shù)，雖然最好是作為朝向金屬模具模腔的流入口的澆口的個數(shù)以及/或者澆口的位置，但是還可以采用從噴嘴到澆口的流道的形狀、直徑或者路徑、以及澆口的直徑、角度等。
在上述金屬模具設(shè)計方法的發(fā)明中，可以將獲得能夠減小成形時必需的合模壓力的成形條件作為前面所述的目的。例如，在聚丙烯系熱敏樹脂中，沖擊強度優(yōu)良的材料具有熔融時流動性變低的傾向，為了提高制品的耐沖擊性，最好選擇流動性低的樹脂。但是，當流動性低的樹脂在流動性高的樹脂成形的條件下成形時，必需的合模壓力變大，可能會超過成型機的合模能力，從而增大裝置成本或運行成本。對于這樣的樹脂，也可以探索通過數(shù)值分析方法計算出成形必需的合模壓力、通過最優(yōu)化方法獲得可使其減小的成形條件的金屬模具設(shè)計參數(shù)。由于這樣可以減小必需的合模壓力，因此，即使合模力較小的成形機也可以成形，或者可以降低用于成形的能耗費用等。
此外，在上述金屬模具設(shè)計方法的發(fā)明中，可以將獲得能夠抑制或控制成形品中熔接產(chǎn)生的成形條件作為前面所述的目的。成形品中熔接的產(chǎn)生量或位置對制品的外觀及強度有很大的影響。在本發(fā)明中，通過將由數(shù)值分析方法算出的對象區(qū)域中熔接的產(chǎn)生量作為評價函數(shù)進行最優(yōu)化處理，探索出可以最有效抑制或控制熔接產(chǎn)生的金屬模具設(shè)計參數(shù)。因此，可以形成美觀、強度性良好的成形制品。作為熔接的產(chǎn)生量，例如可以計算熔接數(shù)量或者長度，在計算時，可計算判斷在有限元素法中發(fā)生熔接的節(jié)點數(shù)、或者連接這些連續(xù)節(jié)點的連線長度。
此外，在金屬模具設(shè)計方法的發(fā)明中，最好采用的形式為將抑制或控制熔接產(chǎn)生的對象區(qū)域劃分為多個區(qū)域，將這些區(qū)域中的熔接產(chǎn)生量重疊后計算的合計值作為熔接評價值，從而將熔接的產(chǎn)生誘導到特定的區(qū)域者避開特定區(qū)域。在從多個澆口注入樹脂材料的情況下，不可避免會產(chǎn)生某種程度的熔接。但是在制品中，可分為熔接的產(chǎn)生會大大影響制品價值的區(qū)域和在一定程度上可允許熔接產(chǎn)生的區(qū)域。采用這種形式，可以降低熔接的產(chǎn)生量，同時，可避免在前一區(qū)域產(chǎn)生熔接并將其誘導到后一區(qū)域，從而實現(xiàn)良好制品的成形。
此外，在金屬模具設(shè)計方法的發(fā)明中，可以將兼顧減小成形必需的合模壓力以及抑制或控制成形品中熔接產(chǎn)生的成形條件作為前面所述的目的。在這種情況下，可以通過在最優(yōu)化中設(shè)定多個目的，探索到可以同時實現(xiàn)幾個目的的金屬模具的設(shè)計參數(shù)。
此外，在金屬模具設(shè)計方法的發(fā)明中，最好采用的形式為將成形時必需的合模壓力和評價熔接產(chǎn)生的熔接評價值重疊計算的合計值作為實現(xiàn)最優(yōu)化的評價函數(shù)。在這種形式中，2個目的的平衡通過重疊計算進行設(shè)定。
此外，在金屬模具設(shè)計方法的發(fā)明中，最好采用的形式為所述金屬模具設(shè)計參數(shù)包含作為上述朝向金屬模具模腔的流入口的澆口的數(shù)量以及/或澆口的位置。在這種形式中，可以探索到與為獲得適當注射成形條件的澆口配置相關(guān)的參數(shù)。
此外，在金屬模具設(shè)計方法的發(fā)明中，最好采用的形式為所述金屬模具設(shè)計參數(shù)中包含作為上述朝向金屬模具模腔的流入口的澆口的尺寸以及/或者形狀。在這種形式中，可以探索到與為獲得適當注射成形條件的澆口尺寸·形狀相關(guān)的參數(shù)。
此外，在金屬模具設(shè)計方法的發(fā)明中，最好采用的形式為在求得所述金屬模具設(shè)計參數(shù)時，同時求得設(shè)定成形過程中樹脂流入量的過程參數(shù)。在這種形式中，為了獲得適當注射成形條件，應(yīng)探索成形過程中樹脂流入量的設(shè)定。
此外，在金屬模具設(shè)計方法的發(fā)明中，最好采用的形式為所述過程參數(shù)是對設(shè)置于上述多個樹脂流入通道中的流入量調(diào)整閥的動作進行控制的參數(shù)。在這種形式中，為了獲得適當注射成形條件，應(yīng)探索控制設(shè)置于多個樹脂流入通道的流入量調(diào)整閥的動作的參數(shù)。
此外，在金屬模具設(shè)計方法的發(fā)明中，最好采用的形式為在充填工序中的同一時刻至少有一個流入量調(diào)整閥打開的條件下，使上述過程參數(shù)達到最優(yōu)。在這種形式中，在至少有一個流入量調(diào)整閥是打開的實際條件下，可以探索最合適的參數(shù)。
本發(fā)明的另一方面涉及一種注射成形品的制造方法，其特征在于在利用具有多個朝向模腔的樹脂流入通道的金屬模具進行注射成形時，以獲得適當?shù)淖⑸涑尚螚l件為目的，通過計算注射成形過程的數(shù)值分析方法和由計算機支援的最優(yōu)化方法的組合，求得與上述樹脂流入通道的配置、形狀及尺寸中至少1個相關(guān)的金屬模具設(shè)計參數(shù)，根據(jù)求得的金屬模具設(shè)計參數(shù)制作金屬模具，利用制作的金屬模具進行注射成形。在本發(fā)明中，通過利用根據(jù)通過最佳化獲得的金屬模具設(shè)計參數(shù)制作的金屬模具，在根據(jù)目的的最佳注射成形條件下進行注射成形，從而能夠獲得良好的成形效果。
本發(fā)明的另一方面涉及一種程序，該程序在利用具有多個朝向模腔的樹脂流入通道的金屬模具進行注射成形時，以獲得適當?shù)淖⑸涑尚螚l件為目的，通過計算注射成形過程的數(shù)值分析方法和由計算機支援的最優(yōu)化方法的組合，由計算機執(zhí)行求得與上述樹脂流入通道的配置、形狀及尺寸中至少1個相關(guān)的金屬模具設(shè)計參數(shù)的工序。在本發(fā)明中，不會重復出現(xiàn)因人工造成的試驗錯誤，并且通過計算機可迅速、正確地計算出金屬模具的設(shè)計參數(shù)。
本發(fā)明的另一方面涉及一種注射成形裝置，其特征在于具有通過上述樹脂流入通道向具有多個朝向模腔的樹脂流入通道的金屬模具供給樹脂材料的成形機主體；存儲通過計算注射成形過程的數(shù)值分析方法和由計算機支援的最優(yōu)化方法的組合求得的過程參數(shù)的存儲部；以及控制部，其根據(jù)與所使用的金屬模具對應(yīng)的過程參數(shù)控制上述成形機主體，按時序控制從上述樹脂流入通道流入上述金屬模具的樹脂材料的流入量并實現(xiàn)注射成形。
在該發(fā)明中，在不影響本發(fā)明目的的范圍內(nèi)，樹脂成分中可以添加1種以上的玻璃纖維、硅氧化鋁纖維、氧化鋁纖維、碳纖維、麻、洋麻等來自植物的有機纖維、合成纖維等纖維狀加固材料；硼酸鋁晶須、鈦酸鉀晶須等針狀增強材料；玻璃珠、滑石、云母、石墨、硅灰石、白云母等無機充填材料；氟樹脂、金屬肥皂類等脫模改良劑；染料、顏料等著色劑；防氧化劑；熱穩(wěn)定劑；紫外線吸收劑；靜電防止劑；表面活性劑等通常的添加劑。
非常適合用于本發(fā)明的樹脂有熱可塑性樹脂。此處所指的熱可塑性樹脂是指一般被稱為熱可塑性樹脂的全部，例如，不定形聚合物、半結(jié)晶性聚合物、結(jié)晶性聚合物、液晶聚合物等。此外，熱可塑性樹脂可以是一種，也可以是多種聚合物成份的摻合物。具體的有低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物等烯烴系樹脂；聚苯乙烯、高碰撞聚苯乙烯、ABS樹脂等苯乙烯系樹脂；聚甲基丙烯酸甲脂等丙烯系樹脂；聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯等聚酯系樹脂；聚碳酸酯、變性聚碳酸酯等聚碳酸酯系樹脂；聚酰胺66、聚酰胺6、聚酰胺46等聚酰胺系樹脂；聚甲醛聚合物、聚甲醛均聚物等聚甲醛樹脂；聚醚砜、聚醚亞胺、熱可塑性聚酰亞胺，聚醚酮、聚醚酮醚、對聚苯氧等工程塑料、超級工程塑料；纖維素乙酸酯、纖維素乙酸丁酸酯、乙基纖維素等纖維素誘導體；液晶共聚物、液晶芳烴聚酯等液晶系共聚物；熱可塑性聚尿烷橡膠、熱可塑性苯乙烯丁二烯橡膠、熱可塑性聚烯烴橡膠、熱可塑性聚酯橡膠、熱可塑性氯乙烯橡膠、熱可塑性聚酰胺橡膠等熱可塑性橡膠等。
更合適的樹脂材料還有聚丙烯系熱可塑性樹脂。作為聚丙烯系熱可塑性樹脂，包括均聚丙烯、聚丙烯與其它烯烴的異分子聚合物或者無規(guī)共聚物、以及它們的混合物等。


圖1為顯示用于說明本發(fā)明第1實施例的成形用模腔與澆口位置的附圖。
圖2為顯示用于說明本發(fā)明第1實施例的成形用模腔與樹脂流道的附圖。
圖3為說明本發(fā)明的樹脂制品成形方法的第1實施例的流程圖。
圖4為顯示本發(fā)明的樹脂制品成形方法的第1實施例中熔接控制工序的附圖。
圖5為顯示用于說明本發(fā)明第2實施例的成形用模腔與澆口位置的附圖。
圖6為放大顯示圖5中澆口流道部分的附圖。
圖7A為放大顯示圖5的中央澆口部的附圖。
圖7B為放大顯示圖5的側(cè)澆口側(cè)部澆口部的附圖。
圖8為說明本發(fā)明的樹脂制品成形方法的第2實施例的流程圖。
圖9A為顯示本發(fā)明的第2實施例中側(cè)部澆口的移動范圍的附圖。
圖9B為顯示本發(fā)明的第2實施例中熔接評價用區(qū)域的附圖。
圖10A為顯示本發(fā)明的樹脂制品成形方法的第2實施例中始終處于初始條件的情況下(未實現(xiàn)最優(yōu)化的情況)的熔接控制結(jié)果的附圖。
圖10B為顯示本發(fā)明的樹脂制品成形方法的第2實施例中實現(xiàn)最優(yōu)化的情況下的熔接控制結(jié)果的附圖。
圖11為顯示本發(fā)明中注射成形裝置的結(jié)構(gòu)例的附圖。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明的第1實施例進行詳細說明。在該實施例中，給出了使用預定的樹脂材料、通過注射成形法制造圖1所示的向一個方向延伸(長寬比＝3/16)的平板狀部件。如圖2所示，在模腔CV中，平板的1個側(cè)端的中央和左右設(shè)有3個澆口(G1，G2，G3)。在本發(fā)明中，澆口的數(shù)量可以為2個以上，可以根據(jù)樹脂制品的形狀、尺寸適當?shù)卦O(shè)定。
在本發(fā)明中，使至少有1個澆口形成可通過閥門開閉的閥門澆口結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整該閥門澆口的開度，進行可以使熔接處于任意位置的注射成形。在該實施例中，雖然如圖2所示，采用了3個澆口均為閥門澆口的結(jié)構(gòu)，但是，作為后面所述的最佳結(jié)果，當完全打開或完全關(guān)閉某一個的情況下，實際的金屬模具中并不需要閥門澆口。各個澆口通過流道R與噴嘴N相連，流道R被控制在一定的溫度以使樹脂不會在其中固化，成為所謂的熱流道。這些流道R與澆口G1，G2，G3構(gòu)成了樹脂流入通道。
圖11顯示了本實施例中注射成形裝置的結(jié)構(gòu)例。如圖11所示，注射成形裝置10包括由圖2的噴嘴N供給熔融樹脂的成形機主體11；存儲部12，其存儲有通過計算注射成形過程的數(shù)值分析方法和依賴計算機支援的最優(yōu)化方法的組合求得的過程參數(shù)；以及控制部13，其根據(jù)與使用的金屬模具對應(yīng)的過程參數(shù)控制成形機主體11，按時序控制對熔融樹脂的流入量，從而實現(xiàn)注射成形。
在本實施例中，通過計算注射成形過程的數(shù)值分析和依賴計算機支援的最優(yōu)化方法的組合，同時計算可獲得恰當成形條件的與樹脂流入通道的配置、形狀及尺寸中至少1個相關(guān)的金屬模具設(shè)計參數(shù)以及設(shè)定成形過程中樹脂流入量的過程參數(shù)。如后面所述的第2實施例那樣，在不使用閥門澆口的情況下，只需要計算金屬模具的設(shè)計參即可。
作為計算注射成形過程的數(shù)值分析的方法，近些年來，以有限因素法作為基礎(chǔ)，根據(jù)成形中元素間的作用關(guān)系，使用計算式對樹脂的動態(tài)進行分析的方法已經(jīng)實用化。在本實施例中，采用了Moldflow Plastics Insight2.0revl(商品名Moldflow Corporation生產(chǎn))。同樣，由計算機支援的最優(yōu)化方法也開發(fā)出了多種。在此，使用了iSIGHT 6.0(商品名Engineous Software Inc.生產(chǎn))。由于需要處理非線性性較強的問題，因此，使用了可廣域探索解空間、陷入局部最優(yōu)解(Local Optimum)的危性很小，易于找到廣域最優(yōu)值(Global Optimum)的SA(退火法)。下面，按照圖3的流程圖對分析的整個流程進行說明。
(1)分析用模型的制作首先，在步驟2中，制作用于分析注射成形過程中樹脂流動的分析用模型。在本實施例中，采用了以下的長平板模型。
尺寸寬1600mm、長300mm、厚3mm元素數(shù)2862，節(jié)點數(shù)1558，側(cè)面3個澆口流道直徑6mmΦ(熱流道)、澆口4mmΦ×7.5mmL(閥門澆口)(2)成形條件的設(shè)定在步驟3中，進行注射成形條件的設(shè)定。首先，必需輸入選擇作為材料的樹脂的物理參數(shù)等數(shù)據(jù)。在此，作為樹脂，采用了聚丙烯系熱可塑性樹脂的住友ノ—ブレンNP156(商品名、住友化學工業(yè)株式會社生產(chǎn)、短纖維GFPP、GF30wt％)。作為必要的物理參數(shù)，有例如熱傳導率、比熱、流動停止溫度、粘度等。
作為其它的成形條件，將樹脂溫度/熱流道溫度/金屬模具溫度分別設(shè)定為230℃/230℃/50℃，注射速度設(shè)定為等速，將注射時間設(shè)定為約8秒。
(3)由計算機支援的最優(yōu)化工序步驟4之后的工序是由計算機支援的最優(yōu)化工序。即，在步驟4中，設(shè)定作為設(shè)計變量的必須求得的參數(shù)(此處為閥門澆口的開閉定時和澆口數(shù)量及位置)的初始值，在步驟5中，根據(jù)初期設(shè)定的設(shè)計變量的值對分析用形狀模型的適當位置進行修正。之后，在步驟6中，計算樹脂的流入工序，在步驟7中，輸出其結(jié)果文件。之后，在步驟8中，根據(jù)該結(jié)果文件，計算合模壓力及與熔接產(chǎn)生相關(guān)的評價函數(shù)，在步驟9中，評價該計算值是否收斂到最優(yōu)解。在沒有收斂到最優(yōu)解的情況下，在步驟10中根據(jù)最優(yōu)化方法的算法對設(shè)計變量進行修正，重復步驟5至步驟10的工序。在步驟9中判斷出評價函數(shù)收斂到最優(yōu)解時，結(jié)束最優(yōu)化工序。
在本實施例中，采用了退火法作為最優(yōu)化方法的算法，在金屬的退火中，通過慢慢冷卻，使處于高狀態(tài)的各分子能同樣穩(wěn)定在低狀態(tài)。退火法是以此為模型，不是急速地探索最優(yōu)解，而是部分允許解的改惡以產(chǎn)生解的多樣性，從而能夠進行廣域探索的方法。在進行了規(guī)定次數(shù)的計算之后，再判斷是否實現(xiàn)了向最優(yōu)解的收斂。
(4)開閉定時設(shè)定中的制約條件本實施例中閥門澆口有3個，開閉定時可以以對它們?nèi)窟M行獨立操作作為前提。但是，由于實際操作時的制約，這些閥門澆口有時不能夠完全獨立操作。此外，通過在節(jié)流條件下進行最優(yōu)化操作，可以提高最優(yōu)化操作的效率。為此，設(shè)立了以下的制約條件。
首先，在本實施例中，考慮到其實用性，對各閥門澆口的開度本身不進行連續(xù)或者階段性的調(diào)整，而是僅采用打開和關(guān)閉的2個位置。由于在熱流道中樹脂不會固化，各閥門澆口即使在注射成形開始后也可以在關(guān)閉狀態(tài)下待機，在這之后的任意時間進行打開動作。此外，還可以使曾經(jīng)打開讓樹脂通過后的閥門澆口關(guān)閉。另一方面，還存在這樣的可能性，即如果將曾經(jīng)打開又關(guān)閉的閥門澆口再次打開，根據(jù)關(guān)閉的時間，從閥門澆口首先進行樹脂的固化，從而擔心造成外觀惡化等成形不良。因此，應(yīng)考慮作為1個閥門澆口的操作類型，可以采用①常開、②常閉、③閉→開、④開→閉、⑤閉→開→閉這5種形式。將它們作為制約條件1a。此外，作為更簡略的制約條件，可以考慮不使用開→閉的形式。即，將①常開、②常閉、③閉→開這3種形式作為制約條件1b。
此外，在實際成形中，當所有的澆口同時關(guān)閉時，在流道或者閥門澆口上將會作用異常的壓力，在分析上也易因軟件上的問題而發(fā)生錯誤。作為對策，在成形時，將最少有一個澆口處于開的狀態(tài)作為制作條件2a。作為更簡易的條件，可以考慮始終打開一個特定的澆口。將此條件作為制約條件2b。
(5)作為設(shè)計變量的開閉定時的設(shè)定通過組合制約條件1a，1b的任一個條件和制約條件2a，2b的任一個條件，可以得到與閥門的動作相關(guān)的各種制約條件。此外采用了最簡易的組合，即1b，2b的組合?？傊?個澆口中，首先選擇常開的澆口作為調(diào)整用澆口，之后，將其它2個澆口作為任意控制澆口，將打開它們的定時作為獨立的設(shè)定變量進行最優(yōu)化處理。在本實施例中，在澆口G1常開的情況和澆口G2常開的情況這兩種情況下進行。
(6)作為設(shè)計參數(shù)的澆口位置在此，將澆口位置的x坐標作為設(shè)計變量(實數(shù))。由于必須接合澆口部與制品部(使節(jié)點實現(xiàn)共有化)，因此，算出離移動后的澆口位置最近的制品部節(jié)點，使?jié)部诓咳w平行移動以使?jié)部谝频皆撐恢?修正后的x坐標)。澆口部移動后，通過移動流道部的節(jié)點，使各流道移動？伸縮到對應(yīng)位置。
(7)評價函數(shù)作為評價函數(shù)，在本實施例中使用了(熔接產(chǎn)生+成形時必需的合模壓力)?？刂迫劢拥漠a(chǎn)生對制品的外觀或制造強度來說是必須的。此外，減小合模壓力與裝置的小型化、節(jié)能、模具保護等均有關(guān)系，從而可以降低成本。下面對它們分別進行說明。
(7-1)與熔接的產(chǎn)生相關(guān)的評價①熔接的判定在分析模型的各個節(jié)點，計算流體—前部(フロ—フロント)合流角，并根據(jù)結(jié)果進行判斷。
②特定區(qū)域內(nèi)的熔接檢測由于成形品要求只要能夠避免在特定的區(qū)域中產(chǎn)生熔接(使熔接移動到其它的區(qū)域)即可，因此制作了僅檢測特定區(qū)域中熔接的程序(參照圖4)。在該程序中，只計算在預先指定的區(qū)域(在制品以及中央及縱方向相同的長方形的區(qū)域內(nèi)，寬400mm×長100mm以及寬800mm×長100mm的部分)內(nèi)存在的熔接產(chǎn)生點的數(shù)量，并將所述數(shù)量輸出到文件中。特定區(qū)域的設(shè)定，例如如果是多角形區(qū)域，則可以通過使用了坐標值的不等式指定范圍，也可以通過記憶了區(qū)域中所有節(jié)點的方法指定任意形狀的區(qū)域。
(7-2)成形時必需的合模壓力合模壓力可通過分析軟件計算模腔內(nèi)的樹脂壓力，將其乘以投影面積求得。
(7-3)最終的評價函數(shù)在特定區(qū)域內(nèi)的熔接產(chǎn)生數(shù)量(節(jié)點數(shù)量)為A[個]、成形時必需的合模壓力為B[ton]的情況下，評價函數(shù)為評價函＝A×δ+Bδ為重疊因子，在重視熔接產(chǎn)生的情況下，使其增大。在本實施例中，δ＝1000，優(yōu)先防止熔接產(chǎn)生。另外，雖然使用上述的產(chǎn)生節(jié)點數(shù)量對熔接進行評價比較簡單，但是在分析模型的節(jié)點間隔不均勻時，最好換算成熔接的長度。另外，在對熔接的強度進行評價的情況下，通過加進樹脂合流時的溫度、壓力等，可以獲得高精度的結(jié)果。
(8)最優(yōu)化計算例設(shè)定注射成形圖1所示的制品時的澆口位置與開閉定時，以下的初始條件與制約條件，以使它們達到最佳。
(條件A)當澆口G1常開，澆口G2、G3的打開定時變化時，制約條件1100≤x1≤1500，600≤x2≤1000，100≤x3≤5000≤t2≤8.0s，0≤t3≤8.0s初始條件x1＝1300，x2＝800，x3＝300，t2＝4.0s，t3＝4.0s(條件B)當澆口G2常開，澆口G1、G3的打開定時變化時，制約條件1100≤x1≤1500，600≤x2≤1000，100≤x3≤5000≤t1≤8.0s，0≤t3≤8.0s初始條件x1＝1300，x2＝800，x3＝300，t1＝4.0s，t3＝4.0s此處，x1、x2、x3(mm)分別是澆口G1、澆口G2、澆口G3的x坐標，t1，t2，t3(秒)分別是將注射開始時設(shè)為0秒的澆口G1、澆口G2、澆口G3的開放的定時。
結(jié)果如表1及表2所示。


*1··○常開，×常閉，△流體—前部(フロ—フロント)到達后開放(澆口控制)*2··在中央部1避免產(chǎn)生熔接條件下的澆口打開定時的最優(yōu)結(jié)果

*1··○常開，×常閉，△流體一前部(フロ—フロント)到達后開放(澆口控制)*2··在中央部1避免產(chǎn)生熔接條件下的澆口打開定時的最優(yōu)結(jié)果
(9)討論結(jié)果在這些表中，①～⑧使用了以往的方法，澆口的位置均是固定的。關(guān)于澆口打開定時，①、⑥是一個澆口的情況，②、⑦是從最初打開的澆口流入的樹脂到達其它澆口時打開其它澆口，即澆口控制的情況，③是常開的2個澆口的情況，④是常開的3個澆口的情況。進行了最優(yōu)化的是⑤、⑧，這兩種情況是通過實施例的條件A、B以避免在作為陜小區(qū)域的中央部1產(chǎn)生熔接為目的，僅使?jié)部诘拇蜷_定時實現(xiàn)了最優(yōu)化。其結(jié)果是，未獲得制品中央部2中熔接產(chǎn)生數(shù)量為0且合模壓力較低的成形條件。
另一方面，在本發(fā)明的實施例中，通過控制澆口位置和澆口打開定時，能夠抑制所希望的區(qū)域(中央部2)中熔接的產(chǎn)生并使合模壓力維持在較低水平。特別是在條件A的情況下，前半程從兩側(cè)的澆口G1、G3注入，中央的澆口G2在成形的后半程打開，從而可以抑制熔接并降低合模壓力。因此，通過這種方法，可以設(shè)計出考慮了制品的形狀及成形過程的金屬模具，并且可以提供使用了該設(shè)計結(jié)果的實用的成形方法。
在上面的實施例中，抑制熔接產(chǎn)生的區(qū)域僅為1個，即使在多個分散的區(qū)域的情況下，也可使用各區(qū)域熔接產(chǎn)生數(shù)量之和構(gòu)筑評價函數(shù)進行同樣的處理。此外，如下述第2實施例那樣，通過在各個區(qū)域分別重疊的和，也可以處理重要程度不同的多個區(qū)域。這樣，通過抑制各個區(qū)域中熔接的產(chǎn)生，可以對熔接產(chǎn)生位置進行更加精細的控制。
下面，對本發(fā)明的第2實施例進行說明。在該實施例中，如圖5所示，舉出了通過注射成形法制造內(nèi)部具有開口的近似于正方形的梯形(長寬比＝8/10)平板狀部件的情況。如圖5及圖6所示，在模腔CV中，在平板的中央部設(shè)有第1澆口(中央澆口)G4，在與該澆口一起夾持開口部的一個邊上設(shè)有第2澆口(側(cè)部澆口)G5。
在本實施例中，每個澆口均不是閥門澆口，而是常開的普通澆口，將這些澆口的尺寸、位置作為設(shè)計變量進行最優(yōu)化處理。中央澆口G4與模腔CV垂直相交，側(cè)部澆口G5與模腔CV在同一面內(nèi)沿與邊垂直相交的方向形成。如圖7A所示，中央澆口G4的形成方式為其熱流道HR的頂端通過小直徑的主流道SR與模腔CV相連。在本實施例中，主流道SR形成從熱流道HR向模腔CV擴大直徑的錐形。此外，如圖7B所示，側(cè)部澆口G5在熱流道HR的頂端形成了帶錐度的主流道SR，其頂端是沿模腔CV的表面彎曲的冷流道CR，其先端頂端形成剖面為長方形的凸緣部LD。將熱流道HR控制在一定溫度，以使其中的樹脂不會固化。另一方面，主流道SR在以后與金屬模具一樣處于融點以下的溫度。由包含這些熱流道HR、以及主流道SR、冷流道CR、凸緣部LD的澆口G4、G5構(gòu)成樹脂流入通道。
在本實施例中，由于沒有采用閥門澆口，因此，不必將在成形過程中變化的過程參數(shù)作為設(shè)計變量，通過計算注射成形過程的數(shù)值分析和由計算機支援的最優(yōu)化方法的組合，便能夠計算獲得理想成形條件的與樹脂流入通道的配置、形狀及尺寸主機中至少1個相關(guān)的金屬模具設(shè)計參數(shù)。在計算注射成形過程的數(shù)值分析中，采用了Moldflow Plastics Insight 2.0 revl(商品名MoldflowCorporation生產(chǎn))，作為由計算機支援的最優(yōu)化軟件，使用iSIGHT 6.0(商品名Engineous Software Inc.生產(chǎn))，而作為最優(yōu)化方法，使用了SA(退火法)。下面，按照圖8的流程圖對分析的流程進行說明。
(1)分析用模型的制作首先，在步驟22中，將以下的平板模型制造為分析用模型。
尺寸寬1000mm、長800mm、厚2.0～3.5mm開口部寬400mm、長100mm元素數(shù)量8136、節(jié)點數(shù)4053澆口中央及側(cè)面的2個澆口流道直徑16mmΦ(熱流道部)、8mmΦ(冷流道部)側(cè)部澆口凸緣形狀剖面長方形，長10mm中央澆口形狀4.8mmΦ(頂端)→8.0mmΦ(制品部)(2)成形條件的設(shè)定在步驟23中，進行注射成形條件的設(shè)定。首先，必需輸入選擇作為材料的樹脂的物理參數(shù)等數(shù)據(jù)。在此，樹脂采用了作為聚丙烯系熱可塑性樹脂的住友ノ一ブレンAZ564(商品名、住友化學工業(yè)株式會社生產(chǎn))。作為必須的物理參數(shù)，有熱傳導率、比熱、流動停止溫度、粘度等。作為其它的成形條件，將樹脂溫度/熱流道溫度/金屬模具溫度分別設(shè)定為210℃/210℃/40℃，將注射速度設(shè)為等速，注射時間約為2秒。
(3)由計算機支援的最優(yōu)化工序在步驟24之后的工序中，在步驟24，設(shè)定設(shè)計變量(側(cè)部澆口G5的位置以及兩個澆口的尺寸)的初始值，在步驟25中，根據(jù)設(shè)定的初始值對分析用形狀模型進行修正，在步驟26中，計算樹脂的流入工序，在步驟27中輸出其結(jié)果文件。之后，在步驟28中，根據(jù)該結(jié)果文件，計算合模壓力以及與熔接的產(chǎn)生相關(guān)的評價函數(shù)，在步驟29中，評價該計算值是否收斂到最優(yōu)解。如果沒有收斂到最優(yōu)解，在步驟30中根據(jù)最優(yōu)化方法的算法對設(shè)計變量進行修正，重復步驟25至步驟30的工序。在步驟29中判斷出評價函數(shù)收斂到最優(yōu)解時，結(jié)束最優(yōu)化工序。
(4)設(shè)計變量在此，將與2個澆口相關(guān)的以下的參數(shù)作為設(shè)計變量。
①側(cè)部澆口G5在模腔CV的下邊上的位置，在圖5中，是以左下端為原點的x坐標(sx)，當其變化時，側(cè)部澆口G5如圖9A所示那樣移動。
②側(cè)部澆口G5的凸緣寬(sw)③側(cè)部澆口G5的凸緣厚(st)④側(cè)部澆口G5的冷流道直徑(sd)⑤中央澆口G4的澆口直徑(cd)(5)評價函數(shù)作為評價函數(shù)，與前面的實施例一樣，為由注射成形分析獲得的合模壓力與熔接評價值的合計和。本實施例的目的在于將開口部周圍產(chǎn)生的熔接誘導到特定區(qū)域。即，如圖9B所示，將成形體的開口部周邊的區(qū)域劃分為分別具有同樣長度的開口邊緣的20個區(qū)域。將它們分類為位于開口部邊上的區(qū)域(1、3～9、11、13～19)和位于四個角的區(qū)域(2、10、12、20)。對每個區(qū)域分別設(shè)定重疊系數(shù)，用在各區(qū)域檢測的熔接產(chǎn)生數(shù)量與重疊系數(shù)的積的總和定義熔接評價值。希望產(chǎn)生熔接的區(qū)域的重疊系數(shù)設(shè)為1，離該區(qū)域最遠的區(qū)域的系數(shù)設(shè)為2500，各區(qū)域的系數(shù)從1～2500呈階梯狀排列。
熔接評價值＝∑As*Wss開口部周邊的區(qū)域號(s＝1～20)、As各區(qū)域的重疊系數(shù)Ws各區(qū)域產(chǎn)生的熔接數(shù)(節(jié)點數(shù))全體的評價函數(shù)為上述熔接評價值與成形時必需的合模壓力[ton]之和。
評價函數(shù)＝熔接評價值+合模壓力
(6)最優(yōu)化計算例以上述設(shè)定為基礎(chǔ)，設(shè)定以下的初始條件和制約條件以及重疊，以實現(xiàn)最優(yōu)化。
初始條件[mm]··sx＝400、sw＝5、st＝1、sd＝8、cd＝8制約條件[mm]··300≤sx≤700、3≤sw≤15、1≤st≤3、4≤sd≤12、4≤cd≤12對于重疊計算，為了將熔接誘導到區(qū)域10、20，如以下那樣，分別賦予各個區(qū)域的重疊系數(shù)AsA10，A20 ··1A1，A9，A11，A19，··500A2，A8，A12，A18，··1000A3，A7，A13，A17，··1500A4，A6，A14，A16，··2000A5，A15， ··2500結(jié)果如表3、圖10A及圖10B所示。


圖10A中顯示了初始條件不變狀態(tài)下的結(jié)果，圖10B中顯示了最優(yōu)化的結(jié)果。前者在區(qū)域10、20以外的地方產(chǎn)生了熔接WD，后者僅在區(qū)域20中存在很短的熔接。本實施形態(tài)實施例的目的在于使左側(cè)的熔接WD仍在區(qū)域20中產(chǎn)生，使右側(cè)的熔接WD移至區(qū)域10內(nèi)，結(jié)果在將右側(cè)的熔接產(chǎn)生位置向區(qū)域10方向移動的過程中，右側(cè)的熔接消失。從這一結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，通過使?jié)部谖恢门c澆口流道直徑同時實現(xiàn)最優(yōu)化，可以在區(qū)域10、20之外不會產(chǎn)生熔接，同時將合模壓力降低到初期的6成以下。
在上述實施例中，雖然采用了合模壓力作為追加的評價函數(shù)，但是也可以根據(jù)各自條件采用適當?shù)膮?shù)作為評價函數(shù)。此外，在該實施例中，雖然使用了多個因素的評價函數(shù)的和作為評價函數(shù)，但是也可以根據(jù)情況選擇適當?shù)乃闶健?br> 如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于不會反復出現(xiàn)因人工造成的試驗錯誤，便可以迅速、正確地計算出與樹脂流入路徑的配置、形狀及尺寸中至少1個相關(guān)的金屬模具設(shè)計參數(shù)，因此，即使在注射成形任意形狀的樹脂制品的情況下，仍可以獲得可控制熔接產(chǎn)生并降低合模壓力的金屬模具設(shè)計結(jié)果。通過使用該設(shè)計結(jié)果，可以在降低裝置、操作成本的同時，形成符合使用目的的性能良好的制品。
權(quán)利要求
1.一種金屬模具的設(shè)計方法，其特征在于，在利用具有多個朝向模腔的樹脂流入通道的金屬模具進行注射成形時，以獲得恰當?shù)淖⑸涑尚螚l件為目的，通過計算注射成形過程的數(shù)值分析方法和由計算機支援的最優(yōu)化方法的組合，獲得與上述樹脂流入通道的配置、形狀及尺寸中至少1個相關(guān)的金屬模具設(shè)計參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬模具的設(shè)計方法，其特征在于所述目的為可以獲得能夠減小成形時必需的合模壓力的成形條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬模具的設(shè)計方法，其特征在于所述目的為可以獲得能夠抑制或控制成形品中熔接產(chǎn)生的成形條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬模具的設(shè)計方法，其特征在于將抑制或控制熔接產(chǎn)生的對象區(qū)域劃分為多個區(qū)域，將這些區(qū)域中的熔接產(chǎn)生量重疊后計算的合計值作為熔接評價值，從而將熔接的產(chǎn)生誘導到特定的區(qū)域者避開特定區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬模具的設(shè)計方法，其特征在于所述目的為兼顧減小成形必需的合模壓力以及抑制或控制成形品中熔接產(chǎn)生的成形條件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬模具的設(shè)計方法，其特征在于作為實現(xiàn)最優(yōu)化的評價函數(shù)，采用成形時必需的合模壓力和評價熔接產(chǎn)生的熔接評價值重疊計算的合計值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任意一項所述的金屬模具的設(shè)計方法，其特征在于所述金屬模具設(shè)計參數(shù)包含作為上述朝向金屬模具模腔的流入口的澆口的數(shù)量以及/或澆口的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任意一項所述的金屬模具的設(shè)計方法，其特征在于所述金屬模具設(shè)計參數(shù)中包含作為上述朝向金屬模具模腔的流入口的澆口的尺寸以及/或者形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任意一項所述的金屬模具的設(shè)計方法，其特征在于在求得所述金屬模具設(shè)計參數(shù)時，同時求得設(shè)定成形過程中樹脂流入量的過程參數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的金屬模具的設(shè)計方法，其特征在于所述過程參數(shù)是對設(shè)置于上述多個樹脂流入通道中的流入量調(diào)整閥的動作進行控制的參數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的金屬模具的設(shè)計方法，其特征在于在充填工序中的同一時刻至少有一個流入量調(diào)整閥打開的條件下，使上述過程參數(shù)達到最優(yōu)。
12.一種注射成形品的制造方法，其特征在于在利用具有多個朝向模腔的樹脂流入通道的金屬模具進行注射成形時，以獲得適當?shù)淖⑸涑尚螚l件為目的，通過計算注射成形過程的數(shù)值分析方法和由計算機支援的最優(yōu)化方法的組合，求得與上述樹脂流入通道的配置、形狀及尺寸中至少1個相關(guān)的金屬模具設(shè)計參數(shù)，根據(jù)求得的金屬模具設(shè)計參數(shù)制作金屬模具，利用制作的金屬模具進行注射成形。
13.一種程序，該程序在利用具有多個朝向模腔的樹脂流入通道的金屬模具進行注射成形時，以獲得適當?shù)淖⑸涑尚螚l件為目的，通過計算注射成形過程的數(shù)值分析方法和由計算機支援的最優(yōu)化方法的組合，由計算機執(zhí)行求得與上述樹脂流入通道的配置、形狀及尺寸中至少1個相關(guān)的金屬模具設(shè)計參數(shù)的工序。
14.一種注射成形裝置，其特征在于具有通過上述樹脂流入通道向具有多個朝向模腔的樹脂流入通道的金屬模具供給樹脂材料的成形機主體；存儲通過計算注射成形過程的數(shù)值分析方法和由計算機支援的最優(yōu)化方法的組合求得的過程參數(shù)的存儲部；以及控制部，其根據(jù)與所使用的金屬模具對應(yīng)的過程參數(shù)控制上述成形機主體，按時序控制從上述樹脂流入通道流入上述金屬模具的樹脂材料的流入量并實現(xiàn)注射成形。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供在注射成形樹脂制品時，可以更好地對合模壓力或熔接的產(chǎn)生進行控制的金屬模具的設(shè)計方法及注射成形品的制造方法。當使用具有流向模腔(CV)的多個樹脂流入通道(G1、G2、G3、R)的金屬模具進行注射成形時，以獲得恰當?shù)淖⑸涑尚螚l件為目的，通過計算注射成形過程的數(shù)值分析方法由計算機支援的最優(yōu)化方法的組合，獲得與上述樹脂流入通道的配置、形狀及尺寸中至少1個相關(guān)的金屬模具設(shè)計參數(shù)。因此，不會出現(xiàn)由人工造成的試驗錯誤，并能夠迅速、正確地計算出金屬模具的設(shè)計參數(shù)。
文檔編號B29C33/38GK1539615SQ20041004772
公開日2004年10月27日 申請日期2004年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者永岡真一, 廣田知生, 生, 東川芳晃, 晃 申請人:住友化學工業(yè)株式會社