DE102004015532A1

DE102004015532A1 - Verfahren zum Bestimmen eines Produktionsparameters für einen Spritzgießprozeß, Verfahren zum Erzeugen eines Spritzgießformteils, Spritzgießvorrichtung und Programm

Info

Publication number: DE102004015532A1
Application number: DE102004015532A
Authority: DE
Inventors: Shinichi Ichihara Nagaoka; Tomoo Ichihara Hirota; Yoshiaki Togawa
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2004-11-11
Also published as: CN100513130C; US7470382B2; US20050046060A1; CN1539619A

Abstract

Durch die vorliegende Erfindung wird ein bevorzugter Spritzgießvorgang ermöglicht, in dem während eines Spritzgießprozesses zum Herstellen von Harzprodukten die für den Gießprozeß erforderliche Formschließkraft verhindert wird, und in dem das Auftreten von Binde- bzw. Fließnähten unterdrückt wird, ohne daß wiederholt manuelle empirisch-praktische Methoden angewendet werden müssen. Wenn der Spritzgießvorgang unter Verwendung einer Form mit mehreren zu einem Formhohlraum CV führenden Harzzufuhrkanälen N, R, G1, G2, und G3 ausgeführt wird, werden durch eine Kombination aus einem numerischen Analyseverfahren zum Berechnen des Spritzgießprozesses und einem computerunterstützten Optimierungsverfahren die Produktionsparameter bestimmt, die den zeitlichen Verlauf des Zuflusses von Harzmaterial durch die Harzzufuhrkanäle festlegen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines zum Spritzgießen von Harz verwendeten Produktionsparameters, ein Verfahren zum Erzeugen eines Spritzgießformteils unter Verwendung des Produktionsparameters, eine Spritzgießvorrichtung und ein Programm.

Beim Gießen von Harz unter Verwendung einer Spritzgießvorrichtung ist es erwünscht, die für den Gießvorgang erforderliche Formschließkraft zu minimieren. Normalerweise ist die Formschließkraft einer Vorrichtung durch die für den Gießvorgang erforderliche Formschließkraft und einen Sicherheitsfaktor vorgegeben, so daß die Ausgangsleistung eines Druckerzeugungssystems einer Spritzgießvorrichtung umso geringer sein kann, je kleiner die erforderliche Formschließkraft ist. Wenn daher die Vorrichtung durch eine kleinere ersetzt werden kann, werden die laufenden Kosten gesenkt, worin der Grund für die Nachfrage nach einer Minimierung der Formschließkraft besteht. Außerdem gilt auch im Fall einer identischen Vorrichtung: je kleiner die erforderliche Formschließkraft ist, desto größere Vorteile werden hinsichtlich der Einsparung elektrischer Energie und des Schutzes von Formen erhalten.

Weil die Formschließkraft durch [(Harzdruck im Formenhohlraum) × (projizierte Fläche)] dargestellt wird, wird eine Minimierung der erforderlichen Formschließkraft durch Steuern eines dieser Faktoren oder beider Faktoren gesteuert. Der Harzdruck im Formenhohlraum ändert sich mit Parametern, wie beispielsweise dem Fließvermögen des zu verwendenden Harzes, der Zuflußgeschwindigkeit oder -rate, der Temperatur, dem Druckabfall entlang des Zufuhr- oder Einspritzka nals, einschließlich eines Verteilerkanals, usw. Zum stabilen Gießen eines Harzprodukts ist für die jeweiligen Parameter jedoch ein optimaler Bereich vorgegeben, und die Parameter sollten innerhalb der jeweiligen begrenzten Bereiche eingestellt werden. Andererseits wird die projizierte Fläche prinzipiell notwendigerweise bestimmt, nachdem die Form eines Harzprodukts festgelegt ist. Die projizierte Fläche kann trotzdem gemäß der Form des Harzprodukts wesentlich vermindert werden.

Beispielsweise wird in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2002-355866, Seite 2, ein Fall beschrieben, gemäß dem, wenn sich die Produktform in Längsrichtung erstreckt, mehrere Kanäle, über die geschmolzenes Harz in den Formenhohlraum eingespritzt wird, auf der Strecke von der Seite, an der der Harzeinfüllvorgang beginnt, zu der Seite angeordnet sind, an der der Harzeinfüllvorgang endet, wobei das geschmolzene Harz, ausgehend von dem Kanal, der an der Position angeordnet ist, an der der Einspritzvorgang beginnt, in einem vorgegebenen Intervall sequentiell in den Formenhohlraum eingespritzt wird, wodurch Harz, das in einer frühen Stufe eingespritzt wird, einen nahezu abgekühlten und verfestigten Zustand annimmt, wenn es die Endeinfüllstufe erreicht, so daß die projizierte Fläche, die mit geschmolzenen Harz gefüllt werden sollte, das über einen letzten Kanal eingespritzt wird, im Vergleich zur gesamten projizierten Fläche des Formenhohlraums erheblich reduziert ist.

Beim Spritzgießen müssen in Abhängigkeit von den Abmessungen und der Form eines Produkts mehrere Kanäle bereitgestellt werden. Bei Verwendung mehrerer Kanäle entsteht an einem Abschnitt, an dem das von einzelnen Kanälen zugeführte Harz zusammenfließt, eine Binde- bzw. Fließnaht. In dem Abschnitt, in dem die Binde- bzw. Fließnaht auftritt, kann in Abhängigkeit von den Bedingungen, unter denen das geschmolzene Harz zusammenfließt, das Erscheinungsbild des Produkts beeinträchtigt und seine Festigkeit vermindert werden. Daher muß die Binde- bzw. Fließnaht zu einer Position versetzt werden, bei der hinsichtlich des Erscheinungsbildes und der Festigkeit so wenig Probleme wie möglich entstehen.

In der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung (Heisei) Nr. 8-118420, Seiten 2 bis 3, wird beschrieben, daß das Auftreten einer Binde- bzw. Fließnaht verhindert werden kann, indem ein erweichtes Harzmaterial von einem zweiten Kanal etwa zum gleichen Zeitpunkt oder später in den Formenhohlraum eingespritzt wird, zu dem das von einem ersten Kanal eingespritzte Harz den zweiten Kanal passiert. In der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2001-277308, Seiten 7 bis 9, wird eine Technik zum Vorhersagen der Position von in einem Formteil erzeugten Binde- bzw. Fließnähten durch eine Simulation des Fließverhaltens in einem Gießprozeß beschrieben, wobei die Form des Formteils in feine Elemente geteilt und der Öffnungs- oder Schließzustand von Ventilkanälen auf der Basis der derart vorhergesagten Binde- bzw. Fließnahtpositionen eingestellt wird, um die Binde- bzw. Fließnähte zu einer bevorzugten, korrigierten Position zu verschieben, beschrieben.

Gemäß der in der vorstehend erwähnten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2002-355866, Seite 2, beschriebenen Technik ist es schwierig, die Technik auf Produkte mit allgemeinen Formen anzuwenden, obwohl bei einem Formteil mit einer länglichen Form Einspritzzeitintervalle leicht bestimmbar sind. Dies ist der Fall, weil bei allgemeinen Formen sehr schwierig voraussagbar ist, wie groß die Zeitverzögerung der Einspritzzeit sein muß, um eine gewünschte Wirkung zu erzielen. Daher müssen wiederholt manuelle empirisch-praktische Methoden angewendet werden, ist intuitives Wissen erforderlich oder muß auf Erfahrungen zurückgegriffen werden, um den Start- oder Anfangszeitpunkt des Einspritzvorgangs, eine Drosselung des Zuflusses oder eine Unterbrechung des Zuflusses von einem Kanal zu bestimmen.

Für das in der vorstehend erwähnten offengelegten japanischen Patentanmeldung (Heisei) Nr. 8-118420, Seiten 2 bis 3, beschriebene Verfahren müssen wiederholt manuell empirisch-praktische Methoden angewendet werden, ist intuitives Wissen erforderlich oder muß auf Erfahrungen zurückgegriffen werden, um den Start- oder Anfangszeitpunkt des Einspritzvorgangs, eine Drosselung des Zuflusses oder eine Unterbrechung des Zuflusses von einem Kanal zu bestimmen. Im auf den Seiten 7 bis 9 der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2001-277308 beschriebenen Verfahren wird nicht die Gesamtposition der Binde- bzw. Fließnähte gesteuert, sondern es wird nur für einen spezifischen Punkt einer Binde- bzw. Fließnaht ein Korrekturwert berechnet. Daher ist es schwierig, eine komplex geformte Binde- bzw. Fließnaht zu steuern, wenn Harzzuflüsse von drei Kanälen zusammenfließen.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen eines Produktionsparameters für einen Spritzgießprozeß durch direktes Berechnen eines geeigneten Produktionsparameters bereitzustellen, ohne daß wiederholt manuell empirisch-praktische Methoden angewendet werden müssen, durch das der Spritzgießprozeß optimiert wird, wobei die zum Gießen erforderliche Formschließkraft vermindert und das Auftreten von Binde- bzw. Fließnähten unterdrückt wird, ein Herstellungsverfahren für ein Spritzgießformteil, eine Spritzgießvorrichtung und ein Programm dafür.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Bestimmen eines Produktionsparameters für einen Spritzgießprozeß gelöst, durch das ein Spritzgießformteil unter Verwendung einer Form mit mehreren zu einem Formenhohlraum führenden Harzzuhrkanälen hergestellt wird, wobei der Produktionsparameter durch eine Kombination aus einem numerischen Analyseverfahren zum Berechnen des Spritzgießprozesses und einem computerunterstützten Optimierungsverfahren einen zeitlichen Ablauf des Zuflusses von Harzmaterial von den Harzzufuhrkanälen in den Formenhohlraum bestimmt.

Die vorliegende Erfindung ist beispielsweise zum Steuern der für einen Spritzgießprozeß erforderlichen Formschließkraft hochgradig effizient.

D.h., durch Bestimmen eines Produktionsparameters, der unter Verwendung einer Kombination aus dem numerischen Analyseverfahren zum Berechnen des Spritzgießprozesses und dem computerunterstützten Optimierungsverfahren den zeitlichen Ablauf des Zuflusses von Harzmaterial von Harzzufuhrkanälen bestimt, kann der Parameter ohne wiederholte manuelle empirisch-praktische Methoden direkt und exakt berechnet werden, so daß die Steuerung der während des Spritzgießprozesses erzeugten maximalen Formschließkraft praktisch realisiert wird. Der Ausdruck Spritzgießen soll hierin in einem weiten Sinne verstanden werden und bezieht sich auf ein allgemeines Spritzgießverfahren, z.B. Einspritz-Preßformen, Einspritz-Formpressen und Schaumstoff-Spritzgießen.

Ein bevorzugter Produktionsparameter ist ein Parameter zum Steuern der Betätigung von in Harzzufuhrkanälen angeordneten Zuflußregelventilen. Unabhängig oder in Kombination mit dem Parameter zum Steuern der Regelventile können auch andere Durchflußmengenregeleinrichtungen verwendet werden, z.B. eine Einrichtung zum Regeln des Gesamtzuflusses zur Form. In Abhängigkeit vom gewünschten Produkt und von Herstellungsbedingungen können verschiedenartige Harze als Harzmaterial für ein Formteil verwendet werden, wobei ein Thermoplastharz bevorzugt ist. Im Fall von Thermoplastharz kann eine glatte Durchflußmengenregelung erzielt werden, wenn ein Heißkanal mit einer wärmespeichernden Einrichtung im Harzzufuhrkanal verwendet wird. Das Zuflußregelventil kann als sogenanntes Schieberventil konfiguriert sein.

Als Verfahren zum Steuern der Betätigung eines Zuflußregelventils kann eine variable Durchflußmengenregelung verwendet werden. In einer praktischen Anwendung ist jedoch eine Einstellung des Ventils auf einen vollständig offenen oder vollständig geschlossenen Zustand ausreichend. Als praktische einschränkende oder Zwangsbedingung ist es bevorzugt, den Produktionsparameter unter der Bedingung zu optimieren, daß zu jedem Zeitpunkt während der Einfüllphase mindestens ein Ventilkanal offen gehalten wird. Für einen effizienten Optimierungsvorgang kann, wenn in jedem der mehreren Harzzufuhrkanäle ein Ventil angeordnet ist, ein Ventil als zeitgesteuertes Ventil ausgewählt werden, während die anderen Ventile beliebig betätigt werden können, wobei das zeit gesteuerte Ventil derart gesteuert werden kann, daß während der Einfüllphase zu jedem Zeitpunkt mindestens ein Ventil offen gehalten wird.

Erfindungsgemäß können der Harzkomponente ein oder mehrere Zusatzstoffe hinzugefügt werden, vorausgesetzt, daß diese den erfindungsgemäßen Zweck nicht beeinträchtigen. Zusatzstoffe sind beispielsweise faserförmige Verstärkungsmaterialien, z.B. Glasfasern, Silika-Aluminiumoxidfasern, Aluminiumoxidfasern, Kohlenstofffasern, aus Pflanzen, wie beispielsweise Hanf und Kenaf, gewonnene organische Fasern und synthetische Fasern; nadelförmige Verstärkungsmaterialien, z.B. Aluminiumboratwhiskerkristalle und Kaliumtitanatwhiskerkristalle; anorganische Füllstoffe, z.B. Glasperlen, Talk, Mika, Grafit, Wollastonit und Dolomit; Formentrennmittel, z.B. Fluorharze und Metallseifen; Färbungsmittel, z.B. Farbstoffe und Pigmente; Oxydationsinhibitoren; Wärmestabilisatoren; UV-Lichtabsorptionsmittel; Antistatikmittel; und grenzflächenaktive Stoffe. Das erfindungsgemäß verwendete Thermoplastharz kann ein beliebiges allgemein als Thermoplastharz bezeichnetes Material sein, wie beispielsweise ein amorphes Polymer, ein halbkristallines Polymer, ein kristallines Polymer und ein Flüssigkristallpolymer. Das Thermoplastharz kann aus einem Polymertyp oder aus einer Mischung aus mehreren Polymerkomponenten bestehen.

Insbesondere kann das Thermoplastharz ein Olefinharz sein, wie beispielsweise ein Polyethylen mit niedriger Dichte, ein Polyethylen mit hoher Dichte, ein Propylenharz und ein Ethylen-Propylen-Copolymer; Styrolharz, z.B. Polystyrol, hochschlagfestes Polystyrol und ABS-Harz; ein Acrylharz, z.B. Polymethylmethacrylat; Polyesterharz, z.B Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat; Polycarbonatharz, z.B. Polycarbonat und modifiziertes Polycarbonat; Polyamidharz, z.B. Polyamid 66, Polyamid 6 und Polyamid 46; Polyacetalharz, z.B. Polyoxymethylen-Copolymer und Polyoxymethylen-Homopolymer; ein technischer Kunststoff (engineering plastics) und ein technischer Hochleistungskunststoff (super engineering plastics), z.B. Polyethersulfon, Polyetherimid, thermoplastisches Polyimid, Polyetherketon, Polyetheretherketon und Polyphenylensulfid; ein Zellulosederivat, z.B. Zelluloseacetat, Zelluloseacetatbutyrat und Ethylzellulose; ein flüssigkristallförmiges Polymer, z.B. Flüssigkristallpolymer und aromatisches Flüssigkristallpolyester; und ein thermoplastisches Elastomer, z.B. thermoplastisches Polyurethanelastomer, thermoplastisches Styrol-Butadien-Elastomer, thermoplastisches Polyolefinelastomer, thermoplastisches Polyesterelastomer, thermoplastisches Vinylchloridelastomer und thermoplastisches Polyamidelastomer.

Ein anderes geeignetes Harzmaterial ist beispielsweise ein für Automobilteile verwendetes Polypropylenharz mit geringem Fließvermögen. Das Fließvermögen eines Harzes wird durch den Schmelzindex (MFR, Einheit: g/10 min) dargestellt, der gemäß dem in JIS-K7210 beschriebenen Verfahren gemessen wird. In Verbindung mit der vorliegenden Patentanmeldung ist ein Harz mit geringem Fließvermögen ein Harz, das, gemessen durch das vorstehend erwähnte Verfahren, bei einer Temperatur von 230°C und unter einer Last von 2,16 kg einen MFR-Wert von 0,5 – 20, vorzugsweise von 1,0 – 10, aufweist. Unter allgemeinen Polypropylen-Thermoplastharzen haben Materialien mit einer ausgezeichneten Schlagfestigkeit im geschmolzenen Zustand tendenziell ein geringes Fließvermögen, wobei, um die Schlagfestigkeit des Produkts zu verbessern, vorzugsweise ein Harz mit dem geringstmöglichen Fließvermögen ausgewählt wird. Für Harze mit einem MFR-Wert von weniger als 0,5 ist das Fließvermögen zu gering, so daß ein Formungsverfahren durch eine Spritzgießtechnik für diese Materialien als unpraktisch betrachtet wird. Wenn der MFR-Wert dagegen größer ist als 20, ist es unwahrscheinlich, daß die für den Formungsvorgang erforderlich Formschließkraft sehr groß sein wird.

Wenn das vorstehend beschriebene Harz mit geringem Fließvermögen unter Bedingungen für ein Harz mit hohem Fließvermögen geformt wird, wird die erforderliche Formschließkraft extrem groß und überschreitet die Kapazität der Spritzgießvorrichtung, oder die Kosten der Vorrichtung und die laufenden Kosten nehmen zu. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch für. ein derartiges Harzmaterial die erforderliche Formschließkraft vermindert werden. Daherkann eine Gießvorrichtung mit einer kleineren Formschließkraft für den Gießvorgang verwendet werden, oder die Energiekosten oder andere Kosten für den Gießvorgang können gesenkt werden.

Das bevorzugte Harzmaterial beinhaltet auch ein Thermoplastharz auf Polypropylenbasis, Beispiele von Thermoplastharzen auf Polypropylenbasis sind Homo-Polypropylen, ein Blockcopolymer oder ein beliebiges Copolymer von Polypropylen mit einem anderen Olefin oder ein Gemisch davon.

Die vorliegende Erfindung ist auch zum Steuern des Auftretens von Binde- bzw. Fließnähten hochgradig effizient. D.h., durch Bestimmen des Produktionsparameters, der unter Verwendung der Kombination aus dem numerischen Analyseverfahren zum Berechnen des Spritzgießprozesses und dem computerunterstützten Optimierungsverfahren den zeitlichen Ablauf des Zuflusses von Harzmaterial von den Harzzufuhrkanälen bestimmt, wird der Parameter, ohne daß wiederholt manuell empirisch-praktische Methode angewendet werden müssen, direkt und exakt berechnet, so daß das Auftreten von Binde- bzw. Fließnähten im Spritzgießprozeß unterdrückt oder gesteuert wird. Der Ausdruck Spritzgießen bezeichnet hierin in einem weiten Sinne ein allgemeines Spritzgießverfahren, z.B. Einspritz-Preßformen, Einspritz-Formpressen und Schaumstoff-Spritzgießen.

Zum Bestimmen des vorstehend beschriebenen Produktionsparameters kann das Auftreten von Binde- bzw. Fließnähten in spezifizierten Bereichen des Formteils bewertet werden. Durch diese Bewertung kann das Auftreten von Binde- bzw. Fließnähten so gesteuert werden, daß die Positionen der Binde- bzw. Fließnähte für den vorgesehenen Verwendungszweck des Produkts geeigneter sind. Beispielsweise wird der Zielbereich zum Steuern des Auftretens von Binde- bzw. Fließnähten in mehrere Bereiche geteilt, wird der Grad für das Auftreten von Binde- bzw. Fließnähten in jedem Bereich gewich tet, und die derart gewichteten Grade des Auftretens von Binde- bzw. Fließnähten in diesen Bereichen werden summiert, um einen Binde- bzw. Fließnahtbewertungswert zu erhalten, der dazu verwendet wird, Binde- bzw. Fließnähte zu einem spezifizierten Bereich zu versetzen oder in einem spezifizierten Bereich zu vermeiden. Wenn der Produktionsparameter bestimmt wird, kann zusätzlich zur Steuerung des Auftretens von Binde- bzw. Fließnähten ein Zusatzziel, z.B. eine Verminderung der erforderlichen Formschließkraft, verwendet werden. Der spezifizierte Bereich kann aus mehreren verteilten oder getrennten Bereichen bestehen. Einzelnen Bereichen kann eine Priorität zugeordnet sein, indem die Toleranz für das Auftreten von Binde- bzw. Fließnähten in verschiedenen Bereichen gewichtet wird, wodurch eine feinere Steuerung ermöglicht wird.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Spritzgießformteils bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bestimmen eines Produktionsparameters für einen Spritzgieß-Prozeß, in dem eine Form mit mehreren zu einem Formenhohlraum führenden Harzzufuhrkanälen verwendet wird, wobei der Produktionsparameter durch eine Kombination aus einem numerischen Analyseverfahren zum Berechnen eines Spritzgießprozesses und einem computerunterstützten Optimierungsverfahren den zeitlichen Ablauf des Zuflusses eines Harzmaterials von den Harzzufuhrkanälen in den Formenhohlraum bestimmt; und Ausführen eines Spritzgießprozesses, während der zeitliche Ablauf des Zuflusses des Harzmaterials von den Harzzufuhrkanälen auf der Basis des bestimmten Produktionsparameters gesteuert wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Spritzgießvorrichtung bereitgestellt, mit: einem Gießvorrichtungshauptkörper zum Zuführen von Harzmaterial zu einer Form, in der mehrere zu einem Formenhohlraum führende Harzzufuhrkanäle ausgebildet sind, über die Harzzufuhrkanäle; einem Speicherabschnitt zum Speichern von Produktionsparametern, die durch eine Kombination aus einem numerischen Analyseverfahren zum Berechnen eines Spritzgießprozesses und einem computerunterstützten Optimierungsverfahren bestimmt werden; und einem Steuerabschnitt zum Ausführen eines Spritzgießvorgangs, während der Gießvorrichtungshauptkörper basierend auf den bestimmten Produktionsparametern gesteuert wird, und zum Steuern des zeitlichen Ablaufs des Zuflusses von Harzmaterial von den Harzzufuhrkanälen. Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Spritzgießformteils und die erfindungsgemäße Spritzgießvorrichtung beinhalten eine Steuerung des zeitlichen Ablaufs des Zuflusses von Harzmaterial von den Harzzufuhrkanälen unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Produktionsparameters und eine Verarbeitung (Korrektur) des Produktionsparameters in Abhängigkeit von Eigenschaften der Vorrichtung und das anschließende Steuern des zeitlichen Ablaufs des Zuflusses von Harzmaterial von den Harzzufuhrkanälen unter Verwendung des verarbeiteten (korrigierten) Produktionsparameters.

Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein, Programm bereitgestellt, das einen Computer veranlaßt, während eines Spritzgießprozesses unter Verwendung einer Form, in der mehrere zu einem Formenhohlraum führende Harzzufuhrkanäle ausgebildet sind, einen Prozeß zum Bestimmen von Produktionsparametern auszuführen, gemäß dem durch eine Kombination aus einem numerischen Analyseverfahren zum Berechnen eines Spritzgießprozesses und einem computerunterstützten Optimierungsverfahren der zeitliche Ablauf des Zuflusses des Harzmaterials von den Harzzufuhrkanälen in den Formenhohlraum bestimmt wird.

1 zeigt einen Formenhohlraum und die Position von Kanälen zum Erläutern einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

2 zeigt einen Formenhohlraum und einen Harzzufuhrkanal für einen Spritzgießprozeß zum Erläutern einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

3 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen eines Produktionsparameters für einen Spritzgießprozeß;

4 zeigt ein Beispiel von Ventilbetätigungsmustern für eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen eines Produktionsparameters für einen Spritzgießprozeß;

5 zeigt ein anderes Beispiel von Ventilbetätigungsmustern für eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen eines Produktionsparameters für einen Spritzgießprozeß;

6 zeigt ein weiteres Beispiel von Ventilbetätigungsmustern für eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen eines Produktionsparameters für einen Spritzgießprozeß;

7 zeigt ein noch anderes Beispiel von Ventilbetätigungsmustern für eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen eines Produktionsparameters für einen Spritzgießprozeß;

8 zeigt ein in einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen eines Produktionsparameters für einen Spritzgießprozeß verwendetes Ventilbetätigungsmuster;

9 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

10 zeigt ein Diagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Steuern des Auftretens von Binde- bzw. Fließnähten in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

11 zeigt ein Diagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Steuern des Auftretens von Binde- bzw. Fließnähten in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

12 zeigt ein Diagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Steuern des Auftretens von Binde- bzw. Fließnähten in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

13 zeigt ein Beispiel einer Konfiguration einer erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung.

Nachstehend werden eine erste und eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Diese Ausführungsformen beziehen sich auf die Herstellung eines sich in eine Richtung erstreckenden plattenförmigen Elements (Verhältnis Länge/Breite = 3/16) (vergl. 1) durch ein Spritzgießverfahren unter Verwendung eines vorgegebenen Harzmaterials. Wie in 2 dargestellt ist, weist ein Formenhohlraum CV in der Mitte, rechts und links auf einer Seite der Platte drei Kanäle (G1, G2 und G3) auf. Erfindungsgemäß muß die Anzahl der Kanäle lediglich zwei oder mehr betragen und kann in Abhängigkeit von der Form und den Abmessungen eines Harzprodukts geeignet festgelegt werden.
In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Konfiguration derart, daß mindestens ein Kanal ein Ventilkanal ist, der durch Bewegen eines Ventils geöffnet und geschlossen werden kann, wobei der Spritzgießvorgang derart ausgeführt wird, daß durch Regeln des Öffnungsgrades des Ventilkanals die Formschließkraft minimiert wird. In der später beschriebenen zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Konfiguration derart, daß mindestens ein Kanal ein Ventilkanal ist, der durch Bewegen eines Ventils geöffnet und geschlossen werden kann, wobei der Spritzgießvorgang derart ausgeführt wird, daß durch Regeln des Öffnungsgrades des Ventilkanals Binde- bzw. Fließnähte an gewünschten Positionen angeordnet werden. Diese Ausführungsformen sind derart konfiguriert, daß alle drei Kanäle Ventilkanäle sind, wie in 2 dargestellt ist. Wenn als Ergebnis des später beschriebenen Optimierungsvorgangs festgelegt wird, daß mindestens einer der Kanäle vollständig geöffnet oder geschlossen gehalten wird, muß dieser Kanal für einen realen Gießvorgang nicht notwendigerweise ein Ventil aufweisen. Jeder der Kanäle ist über einen Verteilerkanal R mit dem vorderen Ende einer Düse N verbunden. Der Verteilerkanal R ist als sogenannter Heißkanal konstruiert, der so gesteuert wird, daß er eine vorgegebene Temperatur aufrecht erhält, um zu verhindern, daß das Harz sich im Verteilerkanal R verfestigt.
13 zeigt ein Konfigurationsbeispiel einer Spritzgießvorrichtung gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform. Wie in 13 dargestellt ist, weist die Spritzgießvorrichtung 10 auf: einen Gießvorrichtungshauptkörper 11 zum Zuführen von geschmolzenem Harz von der in 2 dargestellten Düse N; einen Speicherabschnitt 12 zum Speichern von Produktionsparametern, die durch eine Kombination aus dem numerischen Analyseverfahren zum Berechnen des Spritzgießprozesses und dem computerunterstützten Optimierungsverfahren bestimmt werden; und einen Steuerabschnitt 13 zum Ausführen eines Spritzgießvorgangs, während der Gießvorrichtungshauptkörper 11 basierend auf den bestimmten Produktionsparametern gesteuert wird, und zum Steuern des zeitlichen Ablaufs des Zuflusses des geschmolzenen Harzes von den in 2 dargestellten mehreren Kanälen G1 bis G3.
[Erste Ausführungsform]
Gemäß der ersten Ausführungsform wird die Öffnungs-/Schließzeit der einzelnen Ventilkanäle durch die Kombination aus dem numerischen Analyseverfahren zum Berechnen des Spritzgießprozesses und dem computerunterstützten Optimierungsverfahren bestimmt, um die maximale Formschließkraft zu minimieren. Hinsichtlich des numerischen Analyseverfahrens zum Berechnen des Spritzgießprozesses ist in den letzten Jahren ein Verfahren in die Praxis umgesetzt worden, in dem das Verhalten des Harzes basierend auf einer Finite-Elemente-Methode unter Verwendung von Gleichungen auf der Basis der während des Gießvorgangs zwischen Elementen wirkenden Beziehung analysiert wird. In der ersten Ausführungsform wird ein durch Moldflow Corporation hergestelltes Material mit der Handelsbezeichnung Moldflow Plastics Insight 2.0 rev1 verwendet. Es sind viele ähnliche computerunterstützte Optimierungsverfahren entwickelt worden. In der ersten Ausführungsform wurde ein durch Engineous Software Inc. hergestelltes Programm mit der Handelsbezeichnung iSIGHT 6.0 verwendet. Weil bei der Analyse ein Problem hinsichtlich einer wesentlichen Nichtlinearität auftritt, wurde ein Simulated-Annealing-(SA-)Verfahren verwendet, das den Designraum in einer globalen Basis untersuchen konnte und daher als leicht erreichbares globales Optimum betrachtet wurde, ohne daß die Gefahr besteht, daß das Verfahren in einem lokalen Optimum endet. Nachstehend wird das gesamte Ablaufschema der Analyse unter Bezug auf das Ablaufdiagramm von 3 beschrieben.
(1) Vorbereitung des Simulationsmodells
Zunächst wird in Schritt (st) 2 das Simulationsmodell zum Analysieren des Harzflusses während des Spritzgießprozesses erzeugt. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein nachstehend spezifiziertes Modell einer breiten und flachen Platte verwendet.
Abmessungen: Breite 1600 mm, Länge 300 mm, Dicke 3 mm;
Anzahl der Elemente: 2862;
Anzahl der Knoten: 1558;
Drei Kanäle an einer Seite.
Verteilerkanaldurchmesser: ∅ 6 mm (Heißkanal)
Kanal: ∅ 4 mm × Länge 7,5 mm (Ventilkanal)
(2) Bestimmung der Gießbedingungen
In Schritt 3 werden die Bedingungen für den Spritzgießprozeß festgelegt. Zunächst müssen Daten eingegeben werden, z.B. die physikalischen oder mechanischen Eigenschaften des als Material ausgewählten Harzes. Die hierin verwendeten Harze sind Harze auf Polypropylenbasis mit der Handelsbezeichnung Sumitomo Noblen NP156 (das wie die nachstehend aufgeführten Harzmaterialien durch Sumitomo Chemical Co., Ltd. hergestellt wird), Sumitomo Noblen AH561 und Sumitomo AZ564, wie in Tabelle 1 dargestellt ist. In Tabelle 1 bezeichnet MFR den Schmelzindex (Einheit: g/10 min), der gemäß dem Standard JIS-K7210 einen Index zum Darstellen des Harzfließvermögens, gemessen bei einer Temperatur von 230°C und bei einer Last von 2,16 kg, darstellt. Als Beispiel eines Harzes mit geringem Fließvermögen ist Noblen AH561 dargestellt. Die einzugebenden physikalischen Eigenschaften sind beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit, die spezifische Wärmekapazität, die Temperatur für den nicht fließfähigen Zustand und die Viskosität. [Tabelle 1]
Hinsichtlich anderer Gießbedingungen wurden die Harztemperatur, die Temperatur des Heißkanals und die Formtemperatur auf 200 – 240°C. 200 – 240°C bzw. 50°C eingestellt, die Einspritzrate wurde auf einen konstanten Wert eingestellt, und die Einspritzzeit wurde auf etwa 6 bis 8 Sekunden eingestellt.
(3) Computerunterstützte Optimierungsstufe
Schritt (st) 4 und die folgenden Schritte stellen die computerunterstützte Optimierungsstufe dar. In Schritt 4 wird der Anfangswert des erforderlichen Parameters definiert (im vorliegenden Fall stellt der Parameter die Öffnungs-/Schließzeit des Ventilkanals dar), der als Designvariable bezeichnet wird. In Schritt 5 wird der Harzzuflußprozeß berechnet. In Schritt 6 wird die Ergebnisdatei ausgegeben. In Schritt 7 wird die Formschließkraft als Zielfunktion basierend auf der Ergebnisdatei berechnet. In Schritt 8 wird entschieden, ob der berechnete Wert zu einer optimalen Lösung hin konvergiert. Wenn dies nicht der Fall ist, wird in Schritt 9 die Designvariable basierend auf dem Algorithmus des Optimierungsverfahrens korrigiert, und die Schritte 5 bis 9 werden wiederholt. Wenn in Schritt 8 festgestellt wird, daß die Zielfunktion zur optimalen Lösung hin konvergiert, wird die Optimierungsstufe beendet.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Simulated-Annealing-Verfahren als Algorithmus des Optimierungsverfahrens verwendet. Beim langsamen Abkühlen von Metall wird die Energie der einzelnen Moleküle von einem hohen Niveau auf ein niedriges Niveau gebracht. Das Simulated-Annealing-Verfahren verwendet dies als Modell. D.h., das Simulated-Annealing-Verfahren ist kein Verfahren zum schnellen Herleiten der optimalen Lösung, sondern ein Verfahren, das durch Erzeugen unterschiedlicher Lösungen eine allgemeine Untersuchung ermöglicht, während eine lokale Verschlechterung der Lösung zulässig ist. Die Konvergenz zur optimalen Lösung hin wird nach vorgegebenen Iterationen des Rechenvorgangs beurteilt.
(4) Anwenden von Zwangsbedingungen bei der Bestimmung der Öffnung-/Schließzeit
sIn der vorliegenden Ausführungsform werden drei Ventilkanäle verwendet. Es kann vorausgesetzt werden, daß die Öffnungs-/Schließzeit für jeden einzelnen Ventilkanal unabhängig bestimmt wird. In einigen Fällen können diese Ventilkanäle jedoch aufgrund von Einschränkungen bezüglich des realen Betriebs nicht unabhängig voneinander manipuliert werden. Es ist effizient, die Optimierung unter weiter eingeschränkten Bedingungen auszuführen, um diesen Typ einer unnötigen Lösung von vornherein auszuschließen. Zu diesem Zweck wurden die folgenden Zwangsbedingungen festgelegt.
Zunächst wird in der vorliegenden Ausführungsform der Öffnungsgrad jedes Ventilkanals nicht kontinuierlich oder schrittweise eingestellt, sondern hinsichtlich der praktischen Anwendung werden lediglich zwei Stellungen, "offen" und "geschlossen", verwendet. Nachstehend werden die anwendbaren Betätigungsmuster für jeden Ventilkanal während des Spritzgießprozesses betrachtet. Weil das Harz sich im Heißkanal nicht verfestigt, kann jeder Ventilkanal auch nach Beginn des Spritzgießvorgangs geschlossenen bleiben und zu ei nem beliebigen Zeitpunkt danach geöffnet werden. Außerdem kann ein Ventilkanal, der einmal geöffnet wurde, um Harz durchzulassen, geschlossen werden. Wenn ein Ventilkanal, der einmal geöffnet war und dann geschlossen wurde, erneut geöffnet wird, kann sich das Harz strömungsabwärtsseitig vom Ventil jedoch in Abhängigkeit von der Zeitdauer des geschlossenen Zustands verfestigen, so daß das Produkt Schmelzdefekte aufweisen kann, beispielsweise kann sein Erscheinungsbild beeinträchtigt sein. Daher wurde das Betätigungsmuster [offen → geschlossen → offen] nicht verwendet. Infolgedessen ergeben sich insgesamt fünf Betätigungsmuster für einen einzelnen Ventilkanal: (1) permanent offen; (2) permanent geschlossen; (3) geschlossen → offen; (4) offen → geschlossen; und (5) geschlossen → offen → geschlossen. Diese Möglichkeiten wurden als erste Zwangsbedingung definiert.
Bei einem realen Gießvorgang sollten, wenn alle Kanäle gleichzeitig geschlossen sind, die Verteilerkanäle und Ventile einem abnormal hohen Druck ausgesetzt werden, so daß durch die Analyse aufgrund der Programmeigenschaften Fehler induziert werden. Als Gegenmaßnahme für dieses Problem wurde in der vorliegenden Ausführungsform als eine zweite Bedingung festgelegt, daß während des Gießprozesses immer mindestens ein Kanal offen gehalten wird.
Durch eine Kombination aus der ersten und der zweiten Bedingung wird die folgende Zwangsbedingung für die Betätigung der Ventile hergeleitet. D.h., zwei der drei Ventile können entsprechend den gemäß der ersten Bedingung definierten fünf Mustern beliebig betätigt werden. Es muß jedoch gewährleistet sein, daß zum Zeitpunkt, an dem zwei Ventile geschlossen sind, das dritte Ventil geöffnet ist. Nachstehend wird ein Ventil bzw. Ventilkanal, der beliebig manipulierbar ist, als beliebig oder unabhängig regelbarer Ventilkanal bezeichnet, und ein Kanal, der in Abhängigkeit vom geschlossenen/offenen Zustand anderer Ventilkanäle eingestellt wird, wird als abhängiger Ventilkanal bezeichnet. Nachstehend wird ein Verfahren beschrieben, gemäß dem die Designvariablen un ter der Bedingung geändert werden, daß ein Ventilkanal als abhängiger Ventilkanal ausgewählt wird.
(5) Fallauswahl bei der Bestimmung der Öffnungs-/Schließzeit
Nachstehend wird als spezifisches Beispiel ein Verfahren zum Bestimmen der Öffnungs-/Schließzeit jedes Ventilkanals als die Variable beschrieben, wobei unter den Ventilkanälen A, B und C die Ventilkanäle A und B als unabhängig regelbare Ventilkanäle ausgewählt werden und der Ventilkanal C als abhängiger Ventilkanal ausgewählt wird.

1) Für die unabhängig regelbaren Ventilkanäle A und B wird die Öffnungs-/Schließzeit gemäß der ersten Bedingung beliebig festgelegt.
2) Hinsichtlich der für die Ventilkanäle A und B bestimmten Öffnungs-/Schließzeit sind die in der Zeitdauer vom Beginn des Einspritzvorgangs bis zum Ende des Einspritzvorgangs enthaltenen Öffnungzeiten der Ventilkanäle einander überlagert, und es wird entschieden, zu welcher Zeit beide Ventilkanäle geschlossen sind.
(3) Wenn kein Zeitpunkt vorhanden ist, zu dem beide Ventilkanäle A und B gleichzeitig geschlossen sind, kann die Öffnungs-/Schließzeit für den abhängigen Ventilkanal C ohne Zwangsbedingungen beliebig ausgewählt werden (vergleiche Fall 1 von 4).
(4) Wenn eine Zeitdauer existiert, in der sowohl der Ventilkanal A als auch der Ventilkanal B gleichzeitig geschlossen sind, wird der Ventilkanal C in diesem spezifischen Zeitraum offen gehalten. Wenn mehrere Öffnungszeiten existieren, wird die zwischen den Öffnungszeiten eingeschlossene Schließzeit in eine Öffnungszeit geändert, um den entsprechenden Ventilkanal offen zu halten und die erste Bedingung zu erfüllen (d.h. nicht das Muster [offen → geschlossen → offen] zu verwenden). In diesem Fall kann die Öffnungs-/Schließzeit des Ventilkanals C nur derart variieren, daß die vorstehend beschriebene Öffnungszeit sich nach hinten oder vorne erstreckt (vergl. Fall 2 von 5). Für den Fall 3 von 6 muß, weil der Ventilkanal A und der Ventilkanal B in der Anfangsphase und in der Endphase des Gießvorgangs gleichzeitig geschlossen sind, der Ventilkanal C in der Anfangs- und in der Endphase des Gießvorgangs geöffnet sein. Andererseits ist, weil gemäß der ersten Bedingung das Muster [offen → geschlossen → offen] nicht zulässig ist, der Ventilkanal C permanent offen.

Zusammengefaßt kann, wenn der Ventilkanal C als abhängiger Ventilkanal ausgewählt wird, die Öffnungs-/Schließzeit der Ventilkanäle A und B gemäß der ersten Bedingung beliebig ausgewählt werden. Für den Ventilkanal C kann jedoch die Öffnungs-/Schließzeit wie in Fall 1 frei gewählt werden, oder er kann wie in Fall 2 in einer spezifizierten Periode offen gehalten werden oder wie in Fall 3 während der gesamten Periode offen gehalten werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform bestimmt das Ventilsteuerungsprogramm in Schritt 4 oder Schritt 9 die vorstehend beschriebene Fallauswahl, und dann wählt das Optimierungsprogramm die Öffnungs-/Schließzeit der Ventilkanäle als variable Parameter innerhalb des Bereichs der jeweiligen Zwangsbedingungen aus und führt die Optimierungsverarbeitung aus. Auch wenn ein Ventilkanal als abhängiger Ventilkanal C ausgewählt ist und nicht beurteilt werden kann, kann durch ähnliche Verarbeitungen, die durch Auswählen eines anderen Ventilkanals als abhängiger Ventilkanal ausgeführt werden, die Analysegenauigkeit in einigen Fällen erhöht werden. Die Auswahl des abhängigen Ventilkanals muß für äquivalente Ventilkanäle nicht wiederholt ausgeführt werden. Beispielsweise kann, wie in 2 dargestellt ist, für den Fall, in dem die Ventilkanäle G1 und G3 symmetrisch angeordnet sind, so daß hinsichtlich der Spritzgießbedingung kein Unterschied dazwischen vorhanden ist, nur einer dieser Ventilkanäle als abhängiger Ventilkanal ausgewählt werden. Obwohl die vorliegende Ausführungsform als Beispiel für den Fall von drei Ventilkanälen beschrieben worden ist, sind die Fälle für vier oder mehr Ventilkanäle ähnlich.
(6) Bestimmung der Öffnungs-/Schließzeit als Designvariable
Unter der Voraussetzung der vorstehend beschriebenen Fallauswahl werden nachstehend Verfahren zum Bestimmen der Öffnungs-/Schließzeit als Designvariable ausführlicher beschrieben. Designvariablen sind folgendermaßen definiert, und die Beschreibung bezieht sich auf diese Definition.
Öffnungszeit der Ventilkanäle A bis C (in Sekunden) .. ta1, tb1, tc1
Öffnungszeitdauer der Ventilkanäle A bis C (in Sekunden) .. dta, dtb, dtc
Änderungskoeffizient der Öffnungszeit des Ventilkanals C .. α Änderungskoeffizient der Schließzeit des Ventilkanals C .. β
ta1, tb1 und tc1 haben zu Beginn des Einspritzvorgangs den Wert null.
Zunächst wird der Ventilkanal C als abhängiger Ventilkanal ausgewählt. Dann wird das Ventilsteuerungsprogramm angewendet, um unabhängige Variablen der Öffnungszeiten ta1 und tb1 und der Öffnungszeitdauer dta und dtb für die unabhängig regelbaren Ventilkanäle A und B zu bestimmen und die vorstehend beschriebene Fallauswahlverarbeitung auszuführen. Für den Fall 1 wird außerdem die Öffnungs-/Schließzeit des Ventilkanals C unabhängig bestimmt, so daß alle Werte ta1, tb1, tc1, dta, dtb, dtc als unabhängige Variablen verwendet werden. Für den Fall 2 werden die kritischen Werte der Öffnungs-/Schließzeit des Ventilkanals C, to und tc (die Minimalwerte zum Erfüllen der Zwangsbedingung), von den Werten ta1, tb1, dta und dtb berechnet, wie in 7 dargestellt ist. Wenn der Fall betrachtet wird, in dem der Öffnungsbereich sich nach vorne und hinten erstreckt, werden die Öffnungs- und Schließzeiten des Ventilkanals C, tco und tcc, durch tco = to × α bzw. tcc = tc + (te – tc) × β berechnet, wobei te den Endzeitpunkt des Einspritzvorgangs bezeichnet. α und β sind beliebige Werte, die die Beziehung 0 < α < 1 bzw. 0 ≤ β ≤ 1 erfüllen. Durch Ändern dieser Werte kann die Öffnungs-/Schließzeit des Ventilkanals C beliebig geändert werden.
(7) Zielfunktion
Als Zielfunktion wird die maximale Formschließkraft berechnet. Die Formschließkraft wird unter Verwendung eines Simulationsprogramms durch Multiplizieren des Harzdrucks im Formenhohlraum mit der projizierten Fläche berechnet.
(8) Beispiel 1
Nachstehend wird ein Rechenbeispiel beschrieben, in dem die Öffnungs-/Schließzeit beim Spritzgießen eines in 1 dargestellten Produkts unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Simulationsmodells und -verfahrens optimiert wird, wobei der Gießprozeß unter Verwendung des in Tabelle 1 angegebenen Materials NP156 ausgeführt wird. Der ausgewählte abhängige Kanal ist der Ventilkanal G3 in 2. Gemäß den Gießbedingungenen betragen die Harztemperatur, die Temperatur des Heißkanals und die Formtemperatur 230°C, 230°C bzw. 50°C, und die Einspritzzeit beträgt etwa 8 Sekunden. Hinsichtlich der Designvariablen sind die in Schritt 4 bestimmte Anfangsbedingung und die in Schritt 9 angewendete Zwangsbedingung gegeben durch:
0 ≤ ta1 ≤ 8; 0 ≤ tb1 ≤ 8; 0 ≤ tc1 ≤ 8; 0 ≤ dta ≤ 8; 0 ≤ dtb ≤ 8; 0 ≤ dtc ≤ 8
0 ≤ a ≤ 1; 0 ≤ β ≤ 1
Gemäß der Rechenverarbeitung ist die Einspritzzeit etwas kleiner als etwa 8 Sekunden (in Abhängigkeit von Bedingungen variabel), so daß der obere Grenzwert von ta1, tb1, tc1, dta, dtb und dtc als 8 (Sekunden) gewählt wird.
(2) Anfangsbedingungen

ta1 = tb1 = tc1 = 0; dta = 8; dtb = dtc = 0; α = β = 0,5

Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
[Tabelle 2]
(9) Ergebnis der Betrachtungen
In Tabelle 2 ist unter (1) – (4) ein herkömmliches Verfahren dargestellt, in dem während des Gießprozeß keine Öffnungs-/Schließsteuerung der Ventilkanäle ausgeführt wird, und unter (5) ist der Fall dargestellt, in dem der Kanal am Randabschnitt des Produkts als abhängiger Kanal ausgewählt wird. 8 zeigt die Kanalöffnungszeit für den Fall (5). Wie in 8 dargestellt ist, ist der Kanal 1 vom Beginn des Einspritzvorgangs bis zur Zeit von 5,6 Sekunden geschlossen und von der Zeit 5,6 Sekunden bis zum Ende des Einspritzvorgangs offen. Kanal 2 wird vom Beginn des Einspritzvorgangs bis zu einer Zeit von 2,4 Sekunden geschlossen gehalten und dann von der Zeit 2,4 Sekunden bis zu einer Zeit von 4,5 Sekunden offen gehalten und dann von der Zeit 4,5 Sekunden bis zum Ende des Einspritzvorgangs geschlossen gehalten. Kanal 3 wird vom Beginn des Einspritzvorgangs bis zu einer Zeit von 6,2 Sekunden offen gehalten und von der Zeit 6,2 Sekunden bis zum Ende des Einspritzvorgangs geschlossen gehalten. Durch die vorstehend beschriebene Kombination aus Öffnungs- und Schließvorgängen der Kanäle wird die Formschließkraft reduziert, wie in Tabelle 2 dargestellt ist. Dadurch konnte die erforderlich Formschließkraft von mehr als 1000 Tonnen ohne Ventilbetätigung auf weniger als 200 Tonnen reduziert.
(10) Beispiel 2
Nachstehend wird ein Rechenbeispiel zum Optimieren der Öffnungs-/Schließzeit im Spritzgießprozeß für das in 1 dargestellte Formteil unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Simulationsmodells und -verfahrens für den Fall beschrieben, daß der Gießvorgang unter Verwendung des Materials AH561 als Harz mit niedrigem Schmelzindex (MFR = 3) ausgeführt wird, wie in Tabelle 1 dargestellt ist. Die Gießbedingungen sind durch eine Harztemperatur, eine Heißkanaltemperatur und eine Formtemperatur von 220°C, 220°C bzw. 50°C definiert, und die Gießzeit beträgt etwa 6 Sekunden. Hinsichtlich der Designvariablen ist die in Schritt 4 bestimmte Anfangsbedingung die gleiche wie in Beispiel 1, außer daß dta = 6 beträgt, und die in Schritt 9 angewendete Zwangsbedingung ist die gleiche wie in Beispiel 1, außer daß der obere Grenzwert für ta1, tb1, tc1, dta, dtb, dtc 6 (s) beträgt. Als ein Vergleichsbeispielk wurden Berechnungen für das Material AH561 ohne Kanalöffnungs-/-schließsteuerung (permanent offen) unter Temperaturbedingungen ausgeführt, gemäß denen die Harztemperatur, die Heißkanaltemperatur und die Formtemperatur 220°C, 220°C bzw. 50°C oder alternativ 240°C, 240°C bzw. 50°C betrugen. Außerdem wurden für das Material AZ564 in Tabelle 1 (ein Harz mit hohem Fließvermögen, MFR = 30) Berechnungen ohne Kanalöffnungs-/-schließsteuerung (permanent offen) unter Temperaturbedingungen ausgeführt, gemäß denen die Harztemperatur, die Heißkanaltemperatur und die Formtemperatur 200°C, 200°C bzw. 50°C bzw. 220°C, 220°C bzw. 50°C betrugen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.
[Tabelle 3]
Tabelle 3 enthält Vergleichsbeispiele, die Simulationsergebnisse eines herkömmlichen Verfahrens ohne Kanalsteuerung des Gießvorgangs unter Verwendung des Materials AZ564 (Harz mit hohem Fließvermögen) und AH561 (Harz mit niedrigem Fließvermögen) zeigen. Gemäß dieser Tabelle kann durch das herkömmliche Verfahren ein Harz mit hohem Fließvermögen mit einer Formschließkraft von 1000 Tonnen oder weniger bei Harz- bzw. Heißkanaltemperaturen von 220°C gegossen werden. Für ein Harz mit niedrigem Fließvermögen kann durch das herkömmliche Verfahren das Harz jedoch nicht bei einer Formschließkraft von 1000 Tonnen oder weniger gegossen werden, auch wenn die Temperatur des Harzes und des Heißkanals auf 240°C erhöht wird. Mit der optimierten Ventilkanalsteuerung kann dagegen auch ein Harz mit niedrigem Fließvermögen bei einer Formschließkraft von 500 Tonnen oder weniger bei 220°C geformt werden. Daher kann das Harz AH561 mit niedrigem Fließvermögen kostengünstig unter Verwendung der gleichen Gießvorrichtung gegossen werden, die für Harz mit hohem Fließvermögen verwendet wird. In einigen Fällen kann in Abhängigkeit von Bedingungen unter Verwendung eines Harzes mit niedrigem Fließvermögen an Stelle eines Harzes mit hohem Fließvermögen ein dünneres Produkt hergestellt werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann gemäß der ersten Ausführungsform durch Bestimmen eines Produktionsparameters, der unter Verwendung der Kombination aus dem numerischen Analyseverfahren zum Berechnen des Spritzgießprozesses und dem computerunterstützten Analyseverfahren den zeitlichen Ablauf des Zuflusses Harzmaterials durch die Harzzufuhrkanäle in den Formenhohlraum bestimmt, der Parameter ohne manuelles Wiederholen einer empirisch-praktischen Methode direkt und exakt berechnet werden. Daher wird durch die erste Ausführungsform ein Verfahren zum Bestimmen von Produktionsparametern für einen Spritzgießprozeß bereitgestellt, wodurch die Größe einer Gießvorrichtung reduziert werden kann und die Produktionskosten gesenkt werden können, indem die maximale Formschließkraft auch im Fall eines durch Spritzgießen herzustellenden Harzprodukts mit beliebiger Form reduziert wird.
[Zweite Ausführungsform]
Gemäß der zweiten Ausführungsform wird die Öffnungs-/Schließzeit der einzelnen Ventilkanäle durch die Kombination aus dem numerischen Analyseverfahren zum Berechnen des Spritzgießprozesses und dem computerunterstützten Optimierungsverfahren derart bestimmt, daß Binde- bzw. Fließnähte an geeigneten Positionen angeordnet sind. Hinsichtlich des numerischen Analyseverfahrens zum Berechnen des Spritzgießprozesses ist in den letzten Jahren ein Verfahren in die Praxis umgesetzt worden, in dem das Verhalten des Harzes basierend auf einer Finite-Elemente-Methode unter Verwendung von Gleichungen auf der Basis der während des Gießvorgangs zwischen Elementen wirkenden Beziehung analysiert wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein durch Moldflow Corporation hergestelltes Material mit der Handelsbezeichnung Moldflow Plastics Insight 2.0 rev1 verwendet. Es sind viele ähnliche computerunterstützte Optimierungsverfahren entwickelt worden. In der zweiten Ausführungsform wurde ein durch Engineous Software Inc. hergestelltes Programm mit der Handelsbezeichnung iSIGHT 6.0 verwendet. Weil bei der Analyse ein Problem hinsichtlich einer wesentlichen Nichtlinearität auftritt, wurde ein Simulated-Annealing- (SA-) Verfahren verwendet, das den Designraum in einer globalen Basis untersuchen konnte und daher als leicht erreichbares globales Optimum betrachtet wurde, ohne daß die Gefahr besteht, daß das Verfahren in einem lokalen Optimum endet. Nachstehend wird das gesamte Ablaufschema der Analyse unter Bezug auf das Ablaufdiagramm von 9 beschrieben.
(1) Vorbereitung des Simulationsmodells
Zunächst wird in Schritt (st) 12 das Simulationsmodell zum Analysieren des Harzflusses während des Spritzgießprozesses erzeugt. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein nachstehend spezifiziertes Modell einer breiten, flachen Platte verwendet.
Abmessungen: Breite 1600 mm, Länge 300 mm, Dicke 3 mm;
Anzahl der Elemente: 2862;
Anzahl der Knoten: 1558;
Drei Kanäle auf einer Seite.
Verteilerkanaldurchmesser: ∅ 6 mm (Heißkanal)
Kanal: ∅ 4 mm × Länge 7,5 mm (Ventilkanal)
(2) Bestimmung der Gießbedingungen
In Schritt 13 werden die Bedingungen für den Spritzgießprozeß festgelegt. Zunächst müssen Daten eingegeben werden, z.B. die physikalischen oder mechanischen Eigenschaften des als Material ausgewählten Harzes. Die hierin verwendeten Harze sind ein Harz auf Polypropylenbasis mit der Handelsbezeichnung Sumitomo Noblen NP156 von Sumitomo Chemical Co., Ltd. (Stapel- bzw. Schnittfaser GFPP, GF 30 Gew.-%). Die erforderlichen physikalischen Eigenschaften sind beispielswei se die Wärmeleitfähigkeit, die spezifische Wärmekapazität, die Temperatur für den nicht fließfähigen Zustand und die Viskosität. Als weitere Giebedingungen wurden die Harztemperatur, die Heißkanaltemperatur und die Formtemperatur auf 230°C, 230°C bzw. 50°C eingestellt, und die Gießgeschwindigkeit wurde auf einen konstanten Wert gesetzt, und die Einspritzzeitdauer betrug etwa 8 Sekunden.
(3) Computerunterstützte Optimierungsstufe
Schritt (st) 14 und die folgenden Schritte stellen die computerunterstützte Optimierungsstufe dar. In Schritt 14 wird der Anfangswert des erforderlichen Parameters definiert (der als Designvariable bezeichnet wird, die im vorliegenden Fall die Öffnungs-/Schließzeit des Ventilkanals darstellt). In Schritt 15 wird der Harzzuflußprozeß berechnet. In Schritt 16 wird die Ergebnisdatei ausgegeben. In Schritt 17 wird die mit dem Auftreten von Binde- bzw. Fließnähten in Beziehung stehende Zielfunktion basierend auf der Ergebnisdatei berechnet. In Schritt 18 wird entschieden, ob der berechnete Wert zu einer optimalen Lösung hin konvergiert. Wenn dies nicht der Fall ist, wird in Schritt 19 die Designvariable basierend auf dem Algorithmus des Optimierungsverfahrens korrigiert, und die Schritte 15 bis 19 werden wiederholt. Wenn in Schritt 18 festgestellt wird, daß die Zielfunktion zur optimalen Lösung hin konvergiert, wird die Optimierungsstufe beendet.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Simulated-Annealing-Verfahren als Algorithmus des Optimierungsverfahrens verwendet. Beim langsamen Abkühlen von Metall wird die Energie der einzelnen Moleküle von einem hohen Niveau auf ein niedriges Niveau gebracht. Das Simulated-Annealing-Verfahren verwendet dies als Modell. D.h., das Simulated-Annealing-Verfahren ist kein Verfahren zum schnellen Herleiten der optimalen Lösung, sondern ein Verfahren, das durch Erzeugen unterschiedlicher Lösungen eine allgemeine Untersuchung ermöglicht, während eine lokale Verschlechterung der Lösung zulässig ist. Die Konvergenz zur optimalen Lösung hin wird nach vorgegebenen Iterationen des Rechenvorgangs beurteilt.
(4) Anwenden von Zwangsbedingungen bei der Bestimmung der Öffnung-/Schließzeit
In der vorliegenden Ausführungsform werden drei Ventilkanäle verwendet. Es kann vorausgesetzt werden, daß die Öffnungs-/Schließzeit für jeden einzelnen Ventilkanal unabhängig bestimmt wird. In einigen Fällen können diese Ventilkanäle jedoch aufgrund von Einschränkungen bezüglich des realen Betriebs nicht unabhängig voneinander manipuliert werden. Die Optimierung wird effizienter unter weiter eingeschränkten Bedingungen augeführt. Zu diesem Zweck wurden die folgenden Zwangsbedingungen festgelegt.
Zunächst wird in der vorliegenden Ausführungsform der Öffnungsgrad jedes Ventilkanals nicht kontinuierlich oder schrittweise eingestellt, sondern hinsichtlich der praktischen Anwendung werden lediglich zwei Stellungen, "offen" und "geschlossen", verwendet. Weil das Harz sich im Heißkanal nicht verfestigt, kann jeder Ventilkanal auch nach Beginn des Spritzgießvorgangs geschlossenen bleiben und zu einem beliebigen Zeitpunkt danach geöffnet werden. Außerdem kann ein Ventilkanal, der einmal geöffnet wurde, um Harz durchzulassen, geschlossen werden. Wenn ein Ventilkanal, der einmal geöffnet war und dann geschlossen wurde, erneut geöffnet wird, kann sich das Harz strömungsabwärtsseitig vom Ventil jedoch in Abhängigkeit von der Zeitdauer des geschlossenen Zustands verfestigen, so daß das Produkt Schmelzdefekte aufweisen kann, beispielsweise kann sein Erscheinungsbild beeinträchtigt sein. Daher wurden als bevorzugte Betätigungsmuster für einen einzelnen Ventilkanal die folgenden fünf Muster verwendet: (1) permanent offen; (2) permanent geschlossen; (3) geschlossen → offen; (4) offen → geschlossen; und (5) geschlossen → offen → geschlossen. Diese Variation wird als Zwangsbedingung 1a bezeichnet. Als einfachere Zwangsbedingung ist eine Modifikation denkbar, die nicht das Muster [offen → geschlossen] verwendet. D.h., eine Modifikation mit den drei Mustern: (1) permanent offen; (2) permanent geschlossen; (3) geschlossen → offen wird als Zwangsbedingung 1b definiert.
Bei einem realen Gießvorgang sollten, wenn alle Kanäle gleichzeitig geschlossen sind, die Verteilerkanäle, Ventile und Kanäle einem abnormal hohen Druck ausgesetzt werden, so daß durch die Analyse aufgrund der Programmeigenschaften Fehler induziert werden. Als Gegenmaßnahme für dieses Problem wurde als Zwangsbedingung 2a definiert, daß während des Gießprozesses immer mindestens ein Kanal offen gehalten wird. Als einfachere Zwangsbedingung ist es denkbar, einen spezifischen Ventilkanal permanent offen zu halten, was als Zwangsbedingung 2b definiert wird.
(5) Bestimmung der Öffnungs-/Schließzeit als Designvariable
Durch eine Kombination aus der Zwangsbedingung 1a oder 1b und der Zwangsbedingung 2a oder 2b werden verschiedene Zwangsbedingungen für Ventilbetätigungen erhalten. Hierin wurde die einfachste Kombination der Zwangsbedingungen 1b und 2b verwendet. D.h., unter den drei Kanälen wird ein abhängiger Kanal ausgewählt, der permanent offen gehalten wird, und die anderen beiden Kanäle werden als unabhängig regelbare Kanäle ausgewählt. Die Optimierungsverarbeitung wird unter Verwendung des Öffnungszeitpunkts dieser unabhängig regelbaren Kanäle als unabhängige Variable ausgeführt. Die vorliegende Ausführungsform beinhaltet den Fall, daß Kanal G1 permanent offen gehalten wird, und den Fall, daß Kanal G2 permanent offen gehalten wird.
(6) Zielfunktion
In der vorliegenden Ausführungsform wird [(das Auftreten von Binde- bzw. Fließnähten + die zum Spritzgießen erforderliche Formschließkraft)] als Zielfunktion verwendet. Wenn lediglich das Auftreten von Binde- bzw. Fließnähten berücksichtigt wird, werden viele optimale Lösungen erhalten. Daher wird als zusätzliche Zielfunktion die Verminderung der Formschließkraft verwendet. Die Verminderung der Formschließkraft führt zu einer Reduktion der Größe einer Vorrichtung, zu Energieeinsparungen und zum Schutz einer Form, wodurch die Kosten gesenkt werden. Diese drei Punkte werden nachstehend beschrieben.
(6-1) Bewertung des Auftretens von Binde- bzw. Fließnähten
(1) Binde- bzw. Fließnahtbeurteilung
Der vordere Verbindungswinkel des Harzmaterialflusses wird an jedem Knoten eines Simulationsmodells berechnet. Die Beurteilung basiert auf dem Rechenergebnis.
(2) Binde- bzw. Fließnahterfassung in einem spezifizierten Bereich
Für einige Formprodukte muß lediglich verhindert werden, daß Binde- bzw. Fließnähte in einem spezifizierten Bereich auftreten (indem die Binde- bzw. Fließnähte zu einem anderen Bereich verschoben werden). Um diese Anforderung zu erfüllen, wurde ein Programm bereitgestellt, das Binde- bzw. Fließnähte nur in einem spezifizierten Bereich erfaßt (vergl. 10). Wie in 11 dargestellt ist, zählt das Programm die Punkte, an denen Binde- bzw. Fließnähte auftreten, nur in einem vorgegebenen Bereich S (ein rechteckiger Bereich mit der gleichen Mitte und der gleichen Längsausrichtung wie das Produkt, wobei der Bereich ein Abschnitt mit einer Breite von 400 mm und einer Länge von 100 mm in der Mitte des Produkts ist), und gibt den Zählwert an eine Datei aus. Hinsichtlich der Bestimmung eines spezifizierten Bereichs kann beispielsweise durch eine Ungleichung oder auf ähnliche Weise unter Verwendung von Koordinaten ein Polygonbereich definiert werden. Ein Bereich mit einer beliebigen Form kann durch ein Verfahren zum Speichern der Knoten im Bereich definiert werden.
(6-2) Für den Gießprozeß erforderliche Formschließkraft
Die Formschließkraft wird durch Multiplizieren des unter Verwendung eines Simulationsmodells erhaltenen Harzdrucks im Formenhohlraum mit der projizierten Fläche bestimmt.
(6-3) Endzielfunktiel
Die Zielfunktion ist gegeben durch [Zielfunktion = A × δ + B], wobei A die Anzahl von innerhalb eines spezifizierten Bereichs gebildeten Binde- bzw. Fließnähten (Anzahl von Knoten), B (Tonnen) die für den Gießprozeß erforderliche Formschließkraft und δ einen Gewichtungsfaktor bezeichnen. Wenn dem Auftreten einer Binde- bzw. Fließnaht eine hohe Priorität oder Wichtigkeit zugeordnet werden soll, sollte der Wert von δ erhöht werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird δ = 1000 verwendet, um der Vermeidung des Auftretens von Binde- bzw. Fließnähten Priorität zu geben. Obwohl die Binde- bzw. Fließnahtbewertung einfach wird, wenn die vorstehend beschriebene Anzahl erzeugter Knoten verwendet wird, ist es bevorzugt, daß, wenn die Knotenintervalle im Simulationsmodell ungleich sind, die Anzahl der Knoten in eine Binde- bzw. Fließnahtlänge umgewandelt wird. Wenn auch die Binde- bzw. Fließnahtfestigkeit in die Bewertung eingeht, wird, wenn auch die Temperatur und der Druck des zusammenfließenden Harzes berücksichtigt werden, ein exakteres Ergebnis erhalten.
(7) Rechenbeispiel zum Optimieren der Öffnungs-/Schließzeit
Die Öffnungs-/Schließzeit während eines Spritzgießprozesses für das in 1 dargestellte Produkt wurde unter Anwendung der folgenden Anfangsbedingungen und Zwangsbedingungen optimiert. Nachstehend bezeichnen t1, t2 und t3 die Öffnungszeit des Kanals G1, G2 bzw. G3, die zu Beginn des Einspritzvorgangs null betragen.
(Bedingung A)
Der Kanal G1 wird permanent offen gehalten, und die Öffnungszeiten der Kanäle G2 und G3 werden variiert.
Zwangsbedingung: 10,0 s ≥ t2 ≥ 0 s; 10,0 s ≥ t3 ≥ 0 s
Anfangsbedingung: t2 = 5,0 s; t3 = 5,0 s
(Bedingung B)
Der Kanal G2 wird permanent offen gehalten, und die Öffnungszeiten der Kanäle G1 und G3 werden variiert.
Zwangsbedingung: 10,0 s ≥ t1 ≥ 0 s; 10,0 s ≥ t3 ≥ 0 s
Anfangsbedingung: t1 = 5,0 s; t3 = 5,0 s
Die Ergebnisse sind in den Tabellen 4 und 5 dargestellt.
(8) Ergebnis der Betrachtungen
In den Tabellen 4 und 5 beziehen sich (1) bis (6) auf ein herkömmliches Verfahren, wobei (1) und (4) einen Einpunktkanal, (2) und (5) eine sogenannte "Kaskadensteuerung", bei der, wenn das Harz, das über den Kanal eingetreten ist, der zuerst geöffnet wurde, einen anderen Kanal erreicht, der Kanal geöffnet wird, (3) einen Zweipunktkanal (permanent offen) und (6) einen Dreipunktkanal (permanent offen) betrifft. Wie in den Tabelle 4 und 5 dargestellt ist, kann durch die zweite Ausführungsform erreicht werden, daß die Formschließkraft vermindert ist, indem das Auftreten von Binde- bzw. Fließnähten in einem spezifizierten Bereich nur durch Steuern der Kanalöffnungszeit unterdrückt wird, so daß durch die zweite Ausführungsform gemäß dem Verwendungszweck von Formprodukten ein praktisches Gießverfahren bereitgestellt wird.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird nur ein einzelner Bereich als Zielbereich zum Unterdrücken des Auftretens von Binde- bzw. Fließnähten ausgewählt. Auf ähnliche Weise können jedoch auch verteilte oder getrennte Bereiche behandelt werden, indem die Zielfunktion als Summe der Anzahl einzelner Binde- bzw. Fließnähte strukturiert wird. Außerdem können durch die gewichtete Summe in jedem Bereich mehrere Bereiche gehandhabt werden, denen verschiedene Prioritäten zugeordnet sind. Wie vorstehend beschrieben wurde, können die Binde- bzw. Fließnahterzeugungspositionen durch Steuern des Auftretens von Binde- bzw. Fließnähten in einzelnen Bereichen feiner gesteuert werden.
Als Beispiel wird nachstehend ein Fall beschrieben, in dem ein in 1 dargestelltes plattenförmiges Element in einer Breitenrichtung in sechzehn Bereiche geteilt ist, wie in 12 dargestellt ist, und die Binde- bzw. Fließnähte zu den Bereichen 5 und 11 versetzt werden. Jedem Bereich ist ein Gewichtungsfaktor As zugeordnet, der vom Grad der Erfordernis zum Verhindern oder zum Veranlassen des Auftretens von Binde- bzw. Fließnähten abhängig ist. Der Binde- bzw. Fließnahtbewertungswert ist als Gesamtsumme eines Produkts aus der Anzahl der in jedem Bereich erfaßten erzeugten Binde- bzw. Fließnähte und dem Gewichtungsfaktor definiert. Binde- bzw. Fließnahtbewertungswert = ΣAs·Wswobei s die Bereichnummer (s = 1 ∼ 16), As den Gewichtungsfaktor für den entsprechenden Bereich und Ws die Anzahl erzeugter Binde- bzw. Fließnähte in jedem Bereich (Anzahl von knoten) bezeichnen.
Beispielsweise wird der Gewichtungsfaktor "1" dem gewünschten Bereich zugeordnet, wenn veranlaßt werden soll, daß dort eine Binde- bzw. Fließnaht auftritt, und der Gewichtungsfaktor "2500" wird dem Bereich zugeordnet, der am weitesten von diesem Bereich, in dem eine Binde- bzw. Fließnaht auftreten soll, entfernt ist. Die Gewichtungsfaktoren im Bereich von 1 bis 2500 werden den Bereichen folgendermaßen schrittweise zugewiesen.
A5, A11 .. 1
A4, A6, A10, A12 .. 500
A3, A7, A9, A13 .. 1000
A2, A8, A14 .. 1500
A1, A15 .. 2000
A16 .. 2500
In diesem Fall weist jeder Gewichtungsfaktor As das Gewichtungselement für die Formschließkraft B (Tonnen) auf. Daher ist die Zielfunktion gegeben durch: Zielfunktion = ΣAs·Ws + B
Mit dieser Definition wird die Anzahl erzeugter Binde- bzw. Fließnähte in einem Bereich mit großem Gewichtungsfaktor As als groß bewertet, während die Anzahl erzeugter Binde- bzw. Fließnähte in einem Bereich mit kleinem Gewichtungsfaktor als klein bewertet wird. Dadurch wird die Binde- bzw. Fließnaht zu einem Bereich mit kleinem Gewichtungsfaktor As versetzt. Die Zuweisung der Gewichtungsfaktoren As kann in Abhängigkeit von der Situation festgelegt werden.
Das vorstehend beschriebene Konzept, gemäß dem der Bewertungswert durch Anwenden eines Gewichtungsfaktors auf jeden Bereich und durch Aufsummieren der dadurch erhaltenen Werte bestimmt wird, ist auch für den Fall der Bewertung der Größe der erzeugten Binde- bzw. Fließnähte unter Verwendung des Abstands zwischen aufeinanderfolgenden Knoten anwendbar, wobei die Anzahl der Knoten nicht verwendet wird. Außerdem kann zusätzlich oder statt der Größe der erzeugten Binde- bzw. Fließnähte auch die Festigkeit bewertet werden, indem zusätzliche Bedingungen betrachtet werden, wie beispielsweise die Temperatur und der Druck oder der Winkel zwischen zusammenfließenden Harzflüssen.
Obwohl in dieser Ausführungsform die Formschließkraft als Zusatzzielfunktion verwendet wird, können in Abhängigkeit von den einzelnen Bedingungen andere geeignete Parameter angewendet werden. In dieser Ausführungsform ist die Zielfunktion als Summe mehrerer elementarer Zielfunktionen konfiguriert, in Abhängigkeit von den einzelnen Bedingungen können jedoch auch andere geeignete Gleichungen angewendet werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, können durch die zweite Ausführungsform die Produktionsparameter, die den zeitlichen Ablauf des Harzmaterialzuflusses durch den Harzzufuhrkanal bestimmen, ohne wiederholte manuelle empirisch-praktische Methoden direkt und exakt berechnet werden. Dadurch können Harzprodukte mit beliebigen Formen spritzgegossen werden, während das Auftreten von Binde- bzw. Fließnähten unterdrückt oder gesteuert wird. Außerdem können mehrere Bereiche, denen verschiedene Prioritäten zugeordnet sind, durch Anwenden der Zielfunktion gehandhabt werden, die aus einer Summe einzelner gewichteter Bereiche besteht, wodurch das Auftreten von Binde- bzw. Fließnähten noch feiner gesteuert werden kann. Außerdem können die Kosten der Vorrichtung und die Betriebskosten gesenkt werden, indem eine für den Gießprozeß erforderliche Formschließkraft als Zusatzzielfunktion verwendet wird.

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Produktionsparameters in einem Spritzgießprozeß für den Fall, daß der Spritzgießprozeß unter Verwendung einer Form mit mehreren zu einem Formenhohlraum führenden Harzzufuhröffnungen ausgeführt wird, wobei der Produktionsparameter durch eine Kombination aus einem numerischen Analyseverfahren zum Berechnen des Spritzgießprozesses und einem computerunterstützten Optimierungsverfahren den zeitlichen Ablauf des Zuflusses eines Harzmaterials von den Harzzufuhröffnungen in den Formenhohlraum bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Produktionsparameter bestimmt wird, um die für den Spritzgießprozeß erforderliche Formschließkraft zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Produktionsparameter ein Parameter zum Steuern der Betätigung von in mehreren Harzzufuhrkanälen angeordneten Zuflußregelventilen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das für den Spritzgießprozeß verwendete Harzmaterial ein Thermoplastharz ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das für den Spritzgießprozeß verwendete Harzmaterial ein Harz auf Polypropylenbasis ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das für den Spritzgießprozeß verwendete Harzmaterial ein Harz mit geringem Fließvermögen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Harzzufuhrkanal ein Heißkanal mit einer wärmespeichernden Einrichtung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei das Zuflußregelventil ein Schieberventil ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Schieberventil durch ein Steuerverfahren auf einen vollständig offenen oder vollständig geschlossenen Zustand eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Produktionsparameter unter der Bedingung optimiert wird, daß während einer Einfüllphase zu einem beliebigen Zeitpunkt mindestens eines der Schieberventile geöffnet ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei in jedem der mehreren Harzzufuhrkanäle ein Schieberventil angeordnet ist und ein Schieberventil als zeitgesteuertes Ventil ausgewählt wird, während die anderen Ventile beliebig gesteuert werden, und wobei die Betätigung des zeitgesteuerten Ventils derart eingeschränkt ist, daß zu einem beliebigen Zeitpunkt mindestens ein Schieberventil geöffnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Produktionsparameter ein Parameter zum Bestimmen der Betätigung einer Einrichtung zum Regeln der Gesamtharzzufuhrrate zur Form ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Produktionsparameter zum Steuern des Auftretens von Binde- bzw. Fließnähten bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Steuerung des Auftretens von Binde- bzw. Fließnähten eine Steuerung der Position ist, an der Binde- bzw. Fließnähte auftreten.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Auftreten von Binde- bzw. Fließnähten in einem spezifizierten Bereich des Formteils ausgewertet wird, wenn der Produktionsparameter bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei Zielbereiche für die Steuerung des Auftretens von Binde- bzw. Fließnähten in mehrere Bereiche geteilt sind, das Maß des Auftretens von Binde- bzw. Fließnähten in jedem Bereich gewichtet wird und das derart gewichtete Maß für das Auftreten von Binde- bzw. Fließnähten summiert wird, um einen Binde- bzw. Fließnahtbewertungswert zu erhalten, und wobei der derart erhaltene Binde- bzw. Fließnahtbewertungswert verwendet wird, um zu veranlassen oder zu vermeiden, daß Binde- bzw. Fließnähte in einem spezifizierten Bereich auftreten.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Bestimmung des Produktionsparameters durch Verwenden von Zusatzzielfunktionen ausgeführt wird, die der Steuerung für das Auftreten von Binde- bzw. Fließnähten hinzugefügt werden.
Verfahren zum Herstellen eines Spritzgießformteils mit den Schritten: Bestimmen eines Produktionsparameters für einen Spritzgießprozeß, in dem eine Form mit mehreren zu einem Formenhohlraum führenden Harzzufuhrkanälen verwendet wird, wobei durch den Parameter durch eine Kombination aus einem numerischen Analyseverfahren zum Berechnen eines Spritzgießprozesses und einem computerunterstützten Optimierungsverfahren ein zeitlicher Ablauf des Zuflusses von Harzmaterial von den Harzzufuhrkanälen in den Formenhohlraum bestimmt wird; und Ausführen eines Spritzgießprozesses auf der Basis des der art erhaltenen Produktionsparameters, während der zeitliche Ablauf des Zuflusses von Harzmaterial von den Harzzufuhrkanälen gesteuert wird.
Spritzgießvorrichtung mit: einem Gießvorrichtungshauptkörper zum Zuführen von Harzmaterial zu einer Form, in der mehrere zu einem Formenhohlraum führende Harzzufuhrkanäle ausgebildet sind, über die Harzzufuhrkanäle; einem Speicherabschnitt zum Speichern von Produktionsparametern, die durch eine Kombination aus einem numerischen Analyseverfahren zum Berechnen eines Spritzgießprozesses und einem computerunterstützten Optimierungsverfahren bestimmt werden; und einem Steuerabschnitt zum Ausführen eines Spritzgießvorgangs, während der Gießvorrichtungshauptkörper basierend auf den derart erhaltenen Produktionsparametern gesteuert wird, und zum Steuern des zeitlichen Ablaufs des Zuflusses von Harzmaterial von den Harzzufuhrkanälen.
Programm, das einen Computer veranlaßt, während eines Spritzgießprozesses unter Verwendung einer Form, in der mehrere zu einem Formenhohlraum führende Harzzufuhrkanäle ausgebildet sind, einen Prozeß zum Bestimmen von Produktionsparametern auszuführen, gemäß dem durch eine Kombination aus einem numerischen Analyseverfahren zum Berechnen eines Spritzgießprozesses und einem computerunterstützten Optimierungsverfahren der zeitliche Ablauf des Zuflusses des Harzmaterials von den Harzzufuhrkanälen in den Formenhohlraum bestimmt wird.