JP2000211005A - Method for predicting and evaluating defect of injection- molded article and apparatus for predicting and evaluating defect - Google Patents
Method for predicting and evaluating defect of injection- molded article and apparatus for predicting and evaluating defectInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、鋳造品、樹脂など
の溶融材料を射出成形するに際し、気泡や空気の巻き込
みのない高品質の製品を製作するための最適条件および
溶融材料の最適射出条件を数値解析結果より判定する方
法に係り、特に射出成形品の欠陥を予測し、かつ溶融材
料が型内に流入する際の充填挙動の良否を評価する方法
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optimum condition for producing a high-quality product free of air bubbles and air entrainment and an optimum injection condition for a molten material when injection molding a molten material such as a casting or a resin. More particularly, the present invention relates to a method for predicting a defect of an injection molded product and evaluating a quality of a filling behavior when a molten material flows into a mold.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、溶融材料による射出成形において
型内への充填挙動の流動解析では、射出成形により成形
される成形品および射出成形に使用する型から流動解析
を行うための微小要素に分割された形状モデルを作成
し、差分法、有限要素法、境界要素法、FAN法、コント
ロールボリューム法などの数値解析法を用いて、非圧縮
性流体が満たすべき連続の式、および流体の運動方程式
であるナビエ・ストークスの式、さらに流体の持つ熱エ
ネルギーを評価するためのエネルギーの式などを基礎式
として数値演算を行うのが一般的である。2. Description of the Related Art Conventionally, in a flow analysis of a filling behavior in a mold in injection molding using a molten material, a flow is divided into a minute element for flow analysis from a molded article molded by injection molding and a mold used for injection molding. Create a shape model, and use a finite element method, a finite element method, a boundary element method, a FAN method, a control volume method, and other numerical analysis methods to formulate a continuous equation to be satisfied by an incompressible fluid, and an equation of motion of the fluid In general, a numerical operation is performed based on the Navier-Stokes equation, which is a basic equation, and an energy equation for evaluating the thermal energy of a fluid.
【０００３】溶融材料の型内への充填挙動解析として流
動解析と熱伝導解析を組み合わせた解析例（大塚他：鋳
物60巻第12号（1988）、757：「コンピュータによるダ
イカスト鋳物の湯流れ解析システム」）が報告されてい
る。[0003] As an analysis of the filling behavior of a molten material into a mold, an example of an analysis combining flow analysis and heat conduction analysis (Otsuka et al .: Casting Vol. 60, No. 12 (1988), 757: "Computer analysis of molten metal flow in die castings" System ") has been reported.
【０００４】しかし、型内への充填挙動を明らかにする
ための自由表面の移動を考慮した流れ解析技術では、自
由表面上の圧力境界条件を一定の大気圧として解析して
いたため、型内の気体部分の圧力については考慮されて
いなかった。However, in the flow analysis technology that considers the movement of the free surface to clarify the filling behavior in the mold, the pressure boundary condition on the free surface is analyzed as a constant atmospheric pressure. No consideration was given to the pressure of the gas portion.
【０００５】このような型内への溶融材料の射出成形シ
ミュレーションにおいて、解析結果を評価する方法とし
ては、各微小要素が溶融材料で充填された時刻が同じも
のを結んだ等時間線で表示したり、或いはある時間での
流速分布、温度分布、充填状況などを３次元グラフィッ
クスで表示し、技術者がこれらの情報を総合的に判断し
て充填挙動の良否を判断していた。[0005] In such a simulation of injection molding of a molten material into a mold, a method for evaluating the analysis result is to display each microelement with an isochronous line connecting the same time at which the minute elements are filled with the molten material. Or, a flow velocity distribution, a temperature distribution, a filling state, and the like at a certain time are displayed in three-dimensional graphics, and a technician comprehensively judges these information to judge the quality of the filling behavior.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】鋳物、樹脂などの溶融
材料の射出成形法により成形品を製作するとき、溶融材
料の充填挙動が製品の品質に大きな影響を与えることは
よく知られている。射出時の充填挙動が不適切な場合、
製品内部に致命的な欠陥が発生する場合がある。特にダ
イカスト等の射出速度が速いプロセスでは気泡、空気の
巻き込みなどの欠陥が製品内部に多数存在し、機械加工
などの後工程でこれら欠陥により、製品が不良品となる
場合が数多く見られる。It is well known that when a molded article is manufactured by injection molding of a molten material such as a casting or a resin, the filling behavior of the molten material has a great influence on the quality of the product. If the injection behavior is inappropriate,
Fatal defects may occur inside the product. In particular, in a process in which the injection speed is high, such as die casting, a number of defects such as air bubbles and air entrapment are present inside the product, and these defects often result in defective products due to these defects in post-processing such as machining.
【０００７】これら製品内部に発生する欠陥を防止する
ためには、ランナやゲート条件、射出速度や速度切り替
えのタイミング、射出温度などの製造条件の最適化が必
要である。しかし、現状では技術者の過去の経験や勘に
頼った試行錯誤的な最適化方法がとられている。In order to prevent such defects from occurring inside the product, it is necessary to optimize manufacturing conditions such as runner and gate conditions, injection speed, timing of speed switching, and injection temperature. However, at present, a trial-and-error optimization method based on the past experience and intuition of an engineer is employed.
【０００８】また、近年のコンピュータハードウェアの
性能向上や数値解析手法の発展に伴い、製造条件の最適
化のためにコンピュータシミュレーションを利用するこ
とも試みられている。[0008] With the recent improvement in computer hardware performance and the development of numerical analysis techniques, attempts have been made to use computer simulation to optimize manufacturing conditions.
【０００９】実際の鋳造品を製造する前の段階でシミュ
レーションプログラムを用いた鋳造条件の最適化を行う
ことができれば、コスト低減、試作期間の短縮などに大
きく寄与できるものと期待できる。If it is possible to optimize the casting conditions using a simulation program before the actual cast product is manufactured, it can be expected that it will greatly contribute to cost reduction and shortening of the trial production period.
【００１０】現状のコンピュータシミュレーションを利
用した成形品の製造条件の最適化方法では、数値解析に
必要なデータとして使用する溶融材料の物性値、成形品
の形状、溶融材料の温度、型温度、射出速度等の入力デ
ータを入力した後、溶融材料の射出成形における流動解
析を実施し、各時間での流速分布、温度分布、充填状況
などの解析結果のグラフィック表示から、技術者がこれ
らの情報を総合的に判断して製造条件の適否を評価して
いる。In the method of optimizing the manufacturing conditions of a molded article using the current computer simulation, the physical properties of the molten material used as data necessary for numerical analysis, the shape of the molded article, the temperature of the molten material, the mold temperature, the injection temperature, etc. After inputting the input data such as the speed, the flow analysis in the injection molding of the molten material is performed, and the technician can use the graphical display of the flow rate distribution, temperature distribution, filling status, etc. at each time to display this information Comprehensively evaluates the suitability of manufacturing conditions.
【００１１】しかし、前述した従来の射出成形シミュレ
ーションにおける種々の解析結果の表示方法では、溶融
材料の流速分布、温度分布、充填状況などの情報を忠実
に表現することはできるが、これらの情報から充填挙動
が気泡欠陥のない健全な製品を製造するのに適切なもの
になっているか否かについては直接的に評価することは
できない。However, in the above-described method of displaying various analysis results in the conventional injection molding simulation, information such as the flow velocity distribution, temperature distribution, and filling state of the molten material can be faithfully represented. Whether or not the filling behavior is suitable for producing sound products without bubble defects cannot be directly evaluated.
【００１２】また、溶融材料の射出成形における流動解
析結果を評価するには、溶融材料の流速分布、温度分
布、充填状況などの情報を基に、充填が順序良く進行し
ているか、最終充填部は適切な位置になっているか、流
れが乱れている部分はないかなどについて技術者が解析
によって得られた結果を総合的に判断して、成形品であ
る製品内のどこに欠陥が発生するかを予測あるいは推測
している。In order to evaluate the flow analysis result in the injection molding of the molten material, it is necessary to determine whether the filling is progressing in order based on information such as the flow velocity distribution, the temperature distribution, and the filling state of the molten material. Technicians comprehensively judge the results obtained by analysis on whether the position is appropriate, whether there is a part where the flow is disturbed, etc., and determine where the defect occurs in the molded product Predict or guess.
【００１３】さらに、従来の解析方法では型内に溶融材
料が流れ込むことによって型内の気体圧力が上昇し、こ
れが溶融材料の流動を妨げる現象になることなどは考慮
されていないのが一般的であった。したがって、より実
地に近いシミュレーションを実施するためには、ガスの
***、合体、型からのガスの逃げなどを考慮し、キャビ
ティ内の気体圧力変化も解析する必要がある。Further, in the conventional analysis method, it is generally not considered that the gas pressure in the mold rises due to the flow of the molten material into the mold, which causes a phenomenon that hinders the flow of the molten material. there were. Therefore, in order to carry out a simulation closer to the actual field, it is necessary to analyze the gas pressure change in the cavity in consideration of gas splitting, coalescence, escape of gas from the mold, and the like.
【００１４】また、型内への溶融材料の充填挙動は非定
常現象であり、気泡欠陥は充填開始から充填終了までの
どの時点で発生するかはわからない。そのため、充填開
始から充填終了までのすべての時点での解析結果から不
適切な流れや液相線温度以下になった領域がないかどう
か判断する必要がある。Further, the filling behavior of the molten material into the mold is an unsteady phenomenon, and it is not known at which point in time the bubble defects occur from the start of filling to the end of filling. Therefore, it is necessary to determine whether there is an inappropriate flow or a region where the temperature is lower than the liquidus temperature from the analysis results at all points from the start of filling to the end of filling.
【００１５】さらに、流速分布、温度分布、充填状況、
圧力分布などの解析結果を総合的に判断する際、定量的
な判断基準が存在しないため判断を下す人間の過去の経
験や勘に依存する部分が大きく、判断する技術者によっ
て解析結果の評価が異なる場合がある。Further, flow velocity distribution, temperature distribution, filling condition,
When comprehensively judging the analysis results such as pressure distribution, there is no quantitative judgment standard, so there is a large part that depends on the past experience and intuition of the human making the judgment, and the technician who makes the judgment evaluates the analysis result. May be different.
【００１６】したがって、このような従来の流動解析結
果の評価方法では、充填途中に発生する流れの乱れや空
気の巻き込みによる気泡の発生などの現象を的確に予測
し、充填挙動の良否を評価することは非常に難しかっ
た。Therefore, in such a conventional method for evaluating the results of flow analysis, phenomena such as turbulence in the flow occurring during filling and generation of bubbles due to entrainment of air are accurately predicted, and the quality of the filling behavior is evaluated. It was very difficult.
【００１７】本発明の目的は、溶融材料の流動解析結果
に基づいて、成形品の欠陥を予測し、溶融材料の型内へ
の充填挙動の良否を評価する射出成形品の欠陥予測・評
価方法及び欠陥予測・評価装置を提供することにある。An object of the present invention is to predict and evaluate a defect of an injection-molded article, which predicts a defect of a molded article based on a flow analysis result of a molten material and evaluates whether or not a filling behavior of the molten material into a mold is good. And a defect prediction / evaluation apparatus.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における射出成形品の欠陥予測・評価方法の
特徴とするところは、射出成形金型に溶融材料が充填さ
れる過程における射出成形金型内の未充填部のガス圧力
分布を基に、気泡等の欠陥発生位置を予測し、かつ溶融
材料の充填挙動の良否を評価することにある。In order to achieve the above object, the method of the present invention for predicting and evaluating defects in an injection-molded article is characterized by the fact that the injection molding in the process of filling a molten material into an injection mold is performed. An object of the present invention is to predict a position where a defect such as a bubble is generated, based on a gas pressure distribution of an unfilled portion in a molding die, and to evaluate whether or not a filling behavior of a molten material is good.
【００１９】具体的には本発明は次に掲げる方法及び装
置を提供する。Specifically, the present invention provides the following method and apparatus.
【００２０】本発明は、射出成形により成形される成形
品及び前記射出成形に使用する金型の形状から流動解析
を行うための微小要素に分割された解析形状モデルを作
成し、数値解析法を用いて前記解析形状モデル内へ充填
される溶融材料の充填挙動を数値解析し、該数値解析結
果に基づき、前記射出成形品の欠陥を予測し、かつ前記
充填挙動を評価する射出成形品の欠陥予測・評価方法に
おいて、前記溶融材料の充填開始から充填終了までの所
要時間を所定の時間間隔に分け、該所定の時間間隔毎
に、前記分割された微小要素について、前記溶融材料が
充填されている微小要素と、前記溶融材料が充填されて
ない微小要素とに区別を行なうステップと、前記溶融材
料が充填されない微小要素について、前記溶融材料或い
は前記金型で取り囲まれたガス領域の情報を調べるステ
ップと、前記ガス領域の情報から前記ガス領域のガス圧
力分布を求めるステップと、前記求めたガス圧力分布を
基に、前記充填開始からの経過時間と該経過時点での圧
力や温度の情報を、各微小要素の位置に関する位置情報
と共に記憶するステップと、前記記憶した各情報を演算
処理し、該演算処理結果を前記各微小要素の位置に関す
る位置情報と共に記憶するステップと、前記演算処理結
果を基に、気泡等の欠陥発生位置を予測するステップ
と、前記演算処理結果を基に、溶融材料の充填挙動の良
否を評価するステップとを有することを特徴とする射出
成形品の欠陥予測・評価方法を提供する。According to the present invention, an analytical shape model divided into minute elements for performing a flow analysis is created from a shape of a molded product molded by injection molding and a mold used for the injection molding, and a numerical analysis method is performed. Numerical analysis of the filling behavior of the molten material to be filled into the analysis shape model using the, based on the numerical analysis results, predict the defects of the injection molded product, and evaluate the filling behavior of the injection molded product defects In the prediction / evaluation method, the required time from the start of filling of the molten material to the end of filling is divided into predetermined time intervals, and for each of the predetermined time intervals, the divided microelements are filled with the molten material. Distinguishing between the microelements that are present and the microelements that are not filled with the molten material; and enclosing the microelements that are not filled with the molten material with the molten material or the mold. Examining the information of the gas region obtained, obtaining the gas pressure distribution of the gas region from the information of the gas region, and, based on the obtained gas pressure distribution, the elapsed time from the start of filling and the elapsed time Storing the information of the pressure and the temperature at the time together with the position information relating to the position of each minute element, calculating the stored information, and storing the result of the arithmetic processing together with the position information relating to the position of each minute element. A step of predicting a defect occurrence position such as a bubble based on the result of the arithmetic processing, and a step of evaluating whether or not the filling behavior of the molten material is good based on the result of the arithmetic processing. Provide a defect prediction and evaluation method for injection molded products.
【００２１】好ましくは、前記所定の時間間隔毎に前記
各微小要素におけるガス圧力値を算出し、任意の時間で
の前記ガス圧力値の分布からその時点での前記溶融材料
の充填挙動の良否を評価する。Preferably, a gas pressure value in each of the microelements is calculated at each of the predetermined time intervals, and a quality of the filling behavior of the molten material at that time is determined from a distribution of the gas pressure value at an arbitrary time. evaluate.
【００２２】好ましくは、前記所定の時間間隔毎に算出
された前記各微小要素におけるガス圧力値を溶融材料の
充填開始から充填終了までの間について比較することに
より前記各微小要素におけるガス圧力の最大値を算出
し、該算出した最大値の分布から前記溶融材料の充填挙
動の良否を評価する。Preferably, the maximum value of the gas pressure in each of the microelements is compared by comparing the gas pressure value in each of the microelements calculated at each of the predetermined time intervals from the start to the end of filling of the molten material. A value is calculated, and the quality of the filling behavior of the molten material is evaluated from the distribution of the calculated maximum value.
【００２３】好ましくは、予め策定された前記成形品の
形状データ、型データ及び前記溶融材料の力学的、熱的
な物性値を入力して溶融材料の射出成形における流動解
析を行い、前記流動解析結果に基づき前記充填挙動の良
否を評価し、前記充填挙動が否と評価された場合、前記
評価結果が良いと認められるまで前記入力データを変更
し、前記数値解析を繰り返す。Preferably, the flow analysis in the injection molding of the molten material is performed by inputting the shape data and the mold data of the molded article and the mechanical and thermal physical values of the molten material which are determined in advance. Based on the result, the quality of the filling behavior is evaluated. If the filling behavior is evaluated as negative, the input data is changed until the evaluation result is recognized as good, and the numerical analysis is repeated.
【００２４】また、本発明は、射出成形品の形状デー
タ、物性データ及び境界条件等のデータを入力する入力
装置と、前記入力されたデータに基づいて、前記射出成
形品の解析形状モデル内への溶融材料の充填挙動を数値
解析し、該数値解析結果に基づき、前記射出成形品の欠
陥を予測し、かつ前記充填挙動を評価する予測・評価装
置と、前記予測・評価結果を表示する表示装置とを有す
る欠陥予測・評価装置において、前記予測・評価装置は、
前記入力されたデータを基に数値解析法を用いて前記射
出成形品の金型内に溶融材料を充填する過程をシミュレ
ーションし、前記溶融材料の速度、圧力、温度等の変動
挙動及び型内の未充填部の圧力変動を数値解析し、該数
値解析で得られた充填挙動のデータを、所定の時間間隔
で出力する充填解析部と、前記出力された充填挙動のデ
ータに基づいて、前記各微小要素のガス圧力値及びガス
圧力最大値を算出する圧力変動算出部と、前記算出され
た前記各微小要素のガス圧力値及びガス圧力最大値を、
前記各微小要素の位置情報と共に記憶する記憶部と、前
記算出されたガス圧力値及びガス圧力最大値、或いは前
記記憶されたガス圧力値及びガス圧力最大値に基づい
て、前記射出成形品に発生する欠陥発生位置を予測する
欠陥予測部と、前記算出されたガス圧力値及びガス圧力
最大値、或いは前記記憶されたガス圧力値及びガス圧力
最大値に基づいて、前記溶融材料の充填挙動の良否を評
価する充填挙動評価部と、前記欠陥発生位置及び前記充
填挙動を前記表示装置に表示する予測・評価結果表示部
とを有することを特徴とする射出成形品の欠陥予測・評
価装置を提供する。According to the present invention, there is provided an input device for inputting data such as shape data, physical property data and boundary conditions of an injection molded product, and an analysis device for analyzing the injection molded product based on the input data. Numerical analysis of the filling behavior of the molten material of the above, based on the numerical analysis results, predicts the defects of the injection molded product, and predicts and evaluates the filling behavior, and displays the prediction and evaluation results A defect prediction / evaluation apparatus having the apparatus,
Using a numerical analysis method based on the input data to simulate the process of filling the molten material into the mold of the injection molded article, the speed of the molten material, pressure, fluctuation behavior of the temperature and the like and in the mold Numerical analysis of the pressure fluctuation of the unfilled portion, the filling behavior data obtained by the numerical analysis, a filling analysis unit that outputs at predetermined time intervals, based on the outputted filling behavior data, A gas pressure value and a gas pressure maximum value of the gas pressure value of the microelement, and a gas pressure value and a gas pressure maximum value of each of the calculated microelements,
A storage unit for storing together with the position information of each of the microelements, and a generated gas pressure value and a gas pressure maximum value, or a gas pressure value generated in the injection molded product based on the stored gas pressure value and gas pressure maximum value. A defect prediction unit that predicts a defect occurrence position to be generated, and whether the filling behavior of the molten material is good or bad based on the calculated gas pressure value and gas pressure maximum value or the stored gas pressure value and gas pressure maximum value. And a prediction / evaluation result display unit for displaying the defect occurrence position and the filling behavior on the display device. .
【００２５】本発明によれば、金型内の未充填部（気
体）の圧力値であるガス圧力パラメータを採用し、これ
を溶融材料の充填開始から充填終了までの間で調べるこ
とにより、溶融材料の型内への充填挙動の評価判定を容
易に行うことができる。According to the present invention, the gas pressure parameter, which is the pressure value of the unfilled portion (gas) in the mold, is adopted, and the gas pressure parameter is checked from the start of filling of the molten material to the end of filling, thereby obtaining the molten material. The evaluation of the filling behavior of the material into the mold can be easily determined.
【００２６】一般的に溶融材料の射出成形プロセスでは
金型内に取り残された空気を押し潰すことを目的に、充
填末期や充填終了後射出圧力を増大させこれを保持する
工程を行っている。In general, in the injection molding process of a molten material, a step of increasing the injection pressure at the end of filling or after completion of filling and holding the same is performed for the purpose of crushing the air left in the mold.
【００２７】しかし、あまり製品内に取り残された空気
が多い場合は、増圧をかけてもすべてを押し潰すことは
できない場合もある。この場合、製品内に含まれている
気体部分は増圧により体積が減少し、それに反比例して
気体圧力は上昇するものと考えられる。すなわち、溶融
材料の型内への充填挙動を数値解析する際、型内の気体
圧力も求めることができれば、解析領域中で気体圧力が
高い部分は気泡の存在確率も高くなるものと予想され
る。However, if there is too much air left in the product, it may not be possible to crush everything even if the pressure is increased. In this case, it is considered that the gas portion contained in the product decreases in volume due to the pressure increase, and the gas pressure increases in inverse proportion thereto. That is, when numerically analyzing the filling behavior of the molten material into the mold, if the gas pressure in the mold can also be obtained, it is expected that the high gas pressure part in the analysis region will have a high bubble existence probability. .
【００２８】また、従来の欠陥予測法では最終充填部に
多く気泡欠陥が発生することが知られているが、本発明
によれば最終充填部だけでなく、充填途中で巻き込まれ
た空気による気泡欠陥の予測までもが可能となる。Further, it is known that many bubble defects occur in the final filling portion in the conventional defect prediction method. However, according to the present invention, not only the final filling portion but also bubbles caused by air entrained during the filling. Defect prediction is also possible.
【００２９】つまり、所定の時間間隔毎に求めた各微小
要素におけるガス圧力パラメータを溶融材料の充填開始
から充填終了までの間について比較し、各微小要素にお
けるガス圧力パラメータの最大値を算出する。このガス
圧力パラメータの最大値は過去の圧力変化の履歴までも
含んだ情報となっているため、充填途中で巻き込まれた
空気による気泡欠陥の予測までもが可能である。That is, the gas pressure parameters in each microelement obtained at predetermined time intervals are compared from the start of filling of the molten material to the end of filling, and the maximum value of the gas pressure parameter in each microelement is calculated. Since the maximum value of the gas pressure parameter is information including the history of past pressure changes, it is also possible to predict bubble defects due to air entrained during filling.
【００３０】さらに、実際の製品を製造する前に数値解
析によって与えられた製造条件に対する溶融材料の充填
挙動を解析し、上記の溶融材料の充填挙動の評価方法を
用いて充填挙動を評価し、充填挙動が適切になるまで入
力データを変更することにより、その製品の適切な製造
条件を導き出すことができる。Further, before manufacturing an actual product, the filling behavior of the molten material under the manufacturing conditions given by the numerical analysis is analyzed, and the filling behavior is evaluated using the above-described method for evaluating the filling behavior of the molten material. By changing the input data until the filling behavior becomes appropriate, appropriate manufacturing conditions for the product can be derived.
【００３１】この結果、欠陥を含まない高品質の射出成
形品が製造可能となる。また、新規に計画された製品に
対しても事前のシミュレーションにより金型の修正すべ
き箇所などを予め特定することができるため、金型の修
正に必要な時間や費用を削減することができ、射出成形
品の製造コストを大幅に削減することができる。As a result, a high-quality injection-molded article free from defects can be manufactured. In addition, for a newly planned product, it is possible to specify in advance a portion where the mold should be corrected by a preliminary simulation, so that it is possible to reduce the time and cost required for correcting the mold, The production cost of injection molded products can be significantly reduced.
【００３２】[0032]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例に係
る射出成形品の欠陥予測・評価方法及び欠陥予測・評価装
置を、図を用いて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for predicting and evaluating defects and a device for predicting and evaluating defects in an injection-molded article according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００３３】なお、本実施の形態例では、アルミニウム
合金部品をダイカストプロセスで製造する場合を例に説
明するが、本発明はこれに限定するものではなく、樹
脂、アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金、亜
鉛合金などの溶融材料を射出成形する際の射出成形品の
欠陥予測・評価方法としても同様に利用できる。また、
完全に溶融させた材料ばかりではなく固相と液相の状態
が混ざり合った半溶融状態の溶融材料を射出成形するよ
うなプロセスにも同様に適用できる。In this embodiment, a case where an aluminum alloy part is manufactured by a die casting process will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and it is possible to use a resin, an aluminum alloy, a magnesium alloy, a copper alloy, or the like. It can also be used as a method for predicting and evaluating defects in injection-molded products when injection-molding a molten material such as a zinc alloy. Also,
The present invention can be similarly applied to a process of injection molding not only a completely melted material but also a semi-molten molten material in which a solid phase and a liquid phase are mixed.
【００３４】図１は、発明の実施の形態例に係る射出成
形品の欠陥予測・評価装置の機能構成を示す。欠陥予測・
評価装置は、被解析物の形状データ、物性データおよび
境界条件などのデータ等を入力する入力装置１と、入力
されたデータを基づいて被解析物の解析形状モデル内へ
の溶融材料の充填挙動を数値解析し、該数値解析結果に
基づき、射出成形品の欠陥を予測し、かつ充填挙動を評
価する予測・評価装置２と、予測・評価結果を表示するCR
T、プリンタ等の表示装置３とで構成されている。FIG. 1 shows a functional configuration of an apparatus for predicting and evaluating defects of an injection-molded article according to an embodiment of the present invention. Defect prediction
The evaluation device includes an input device 1 for inputting data such as shape data, physical property data, and boundary conditions of an analyte, and a filling behavior of a molten material into an analysis shape model of the analyte based on the input data. And a prediction / evaluation apparatus 2 for predicting defects of the injection molded article and evaluating the filling behavior based on the numerical analysis results, and a CR for displaying the prediction / evaluation results.
And a display device 3 such as a printer.
【００３５】また、予測・評価装置２は、充填解析部２
１と、圧力変動算出部２２と、記憶部２３と、欠陥予測
部２４と、充填挙動評価部２５と、予測・評価結果表示
部２６とで構成されている。The prediction / evaluation device 2 includes a filling analysis unit 2
1, a pressure fluctuation calculation unit 22, a storage unit 23, a defect prediction unit 24, a filling behavior evaluation unit 25, and a prediction / evaluation result display unit 26.
【００３６】充填解析部２１は、入力装置１から入力さ
れたデータを基に、金型内に溶融材料を充填する過程
を、差分法、有限要素法、境界要素法、FAN法などを含
む数値解析法を用いてシミュレーションし、溶融材料の
速度、圧力、温度等の変動挙動及び型内の未充填部の圧
力変動を数値解析する。そして、数値解析で得られた溶
融材料の金型内での充填挙動のデータを、所定の時間間
隔で圧力変動算出部２２に送る。The filling analysis unit 21 performs a process of filling the molten material into the mold based on the data input from the input device 1 by a numerical method including a difference method, a finite element method, a boundary element method, a FAN method, and the like. The simulation is performed using the analysis method, and the fluctuation behavior such as the speed, pressure, temperature, etc. of the molten material and the pressure fluctuation of the unfilled part in the mold are numerically analyzed. Then, the data of the filling behavior of the molten material in the mold obtained by the numerical analysis is sent to the pressure fluctuation calculator 22 at predetermined time intervals.
【００３７】圧力変動算出部２２は、送られてきた充填
挙動のデータに基づいて、各微小要素のガス圧力値、及
び各微小要素のガス圧力最大値を算出する。The pressure fluctuation calculating section 22 calculates the gas pressure value of each minute element and the gas pressure maximum value of each minute element based on the sent data of the filling behavior.
【００３８】記憶部２３は、算出された各微小要素のガ
ス圧力値、及び各微小要素のガス圧力最大値を各微小要
素の位置情報と共に記憶する。The storage unit 23 stores the calculated gas pressure value of each minute element and the maximum gas pressure value of each minute element together with the position information of each minute element.
【００３９】欠陥予測部２４は、圧力変動算出部２２で
算出されたガス圧力値及びガス圧力最大値、或いは記憶
装置２３に記憶されたガス圧力値及びガス圧力最大値に
基づいて、気泡等の欠陥発生位置を予測する。The defect predicting section 24 calculates the gas pressure value and the gas pressure maximum value calculated by the pressure fluctuation calculating section 22 or the gas pressure value and the gas pressure maximum value stored in the storage device 23 based on the gas pressure value and the gas pressure maximum value. Predict the defect occurrence position.
【００４０】充填挙動評価部２５は、圧力変動算出部２
２で算出されたガス圧力値及びガス圧力最大値、或いは
記憶装置２３に記憶されたガス圧力値及びガス圧力最大
値に基づいて、溶融材料の充填挙動の良否を評価する。The filling behavior evaluation section 25 is provided with a pressure fluctuation calculating section 2
Based on the gas pressure value and the gas pressure maximum value calculated in 2 or the gas pressure value and the gas pressure maximum value stored in the storage device 23, the quality of the filling behavior of the molten material is evaluated.
【００４１】詳細には、所定の時間間隔毎に算出された
各微小要素におけるガス圧力値を基に、任意の時間での
ガス圧力値の分布からその時点での溶融材料の射出成形
における充填挙動の良否を評価する。More specifically, based on the gas pressure value of each microelement calculated at predetermined time intervals, the filling behavior in the injection molding of the molten material at that time can be calculated from the distribution of the gas pressure value at an arbitrary time. Is evaluated.
【００４２】また、所定の時間間隔毎に算出された各微
小要素におけるガス圧力値を溶融材料の充填開始から充
填終了までの間について比較することにより各微小要素
におけるガス圧力の最大値を算出し、その最大値の分布
から溶融材料の射出成形における充填挙動の良否を評価
する。Further, the maximum value of the gas pressure in each minute element is calculated by comparing the gas pressure value in each minute element calculated at predetermined time intervals from the start of filling of the molten material to the end of filling. From the distribution of the maximum value, the quality of the filling behavior in the injection molding of the molten material is evaluated.
【００４３】予測・評価結果表示部２６は、予測・評価結
果、例えば欠陥発生位置及び充填状況を３次元グラフィ
ックで表示装置３に表示する。The prediction / evaluation result display section 26 displays the prediction / evaluation results, for example, the defect occurrence position and the filling state on the display device 3 in three-dimensional graphics.
【００４４】上述した充填解析部２１、圧力変動算出部
２２、記憶部２３、欠陥予測部２４、充填挙動評価部２
５、予測・評価結果表示部２６は、各々メモリに記録さ
れたプログラムとプロセッサを有する欠陥予測・評価装
置内蔵のコンピュータで実現できる。The above-described filling analysis unit 21, pressure fluctuation calculation unit 22, storage unit 23, defect prediction unit 24, filling behavior evaluation unit 2
5. The prediction / evaluation result display unit 26 can be realized by a computer with a built-in defect prediction / evaluation device having a program and a processor recorded in a memory.
【００４５】図２は、図１の欠陥予測・評価装置で実行
される欠陥予測・評価方法のフローチャートを示す。始
めに、ステップ１０１で解析形状モデル内への溶融材料
の充填開始から充填終了までの間で、所定の時間間隔毎
に、解析形状モデル内の任意の微小要素について、溶融
材料の充填挙動により充填された微小要素と、溶融材料
が存在しない未充填の微小要素との区別を行う。FIG. 2 shows a flowchart of a defect prediction / evaluation method executed by the defect prediction / evaluation apparatus of FIG. First, in step 101, from the start to the end of filling of the molten material into the analysis shape model, at predetermined time intervals, any minute element in the analysis shape model is filled by the filling behavior of the molten material. A distinction is made between the filled microelements and unfilled microelements in which no molten material is present.
【００４６】次に、溶融材料が存在しない未充填の微小
要素について、溶融材料あるいは型で取り囲まれたガス
領域を調べる（ステップ１０２）。Next, for an unfilled microelement in which no molten material is present, the gas region surrounded by the molten material or mold is examined (step 102).
【００４７】次に、ガス領域の体積変化や温度変化、型
のパーティングラインからのガス漏れや型の通気度、ベ
ントからのガスの流出などの情報からガス領域の圧力分
布を求める（ステップ１０３）。Next, the pressure distribution of the gas region is determined from information such as volume change and temperature change of the gas region, gas leakage from the mold parting line, air permeability of the mold, and outflow of gas from the vent (step 103). ).
【００４８】次に、ガス領域の圧力分布を基に、解析形
状モデル内の任意の微小要素について充填開始からの経
過時間とその時点での圧力や温度などの情報を、それぞ
れの微小要素の位置に関する位置情報と共に記憶する
（ステップ１０４）。Next, based on the pressure distribution in the gas region, information such as the elapsed time from the start of filling and the pressure and temperature at that time for an arbitrary minute element in the analysis shape model is calculated based on the position of each minute element. (Step 104).
【００４９】次に、ステップ１０１からステップ１０４
までを数値解析の充填開始から充填終了まで所定の時間
間隔毎に繰り返し行う。Next, steps 101 to 104
Is repeated at predetermined time intervals from the start of filling in the numerical analysis to the end of filling.
【００５０】次に、流動解析終了後、所定の時間間隔毎
に算出された各微小要素におけるガス圧力値及びをガス
圧力最大値を基に、気泡等の欠陥発生位置を予測し（ス
テップ１０５）、また溶融材料の充填挙動の良否を評価
する（ステップ１０６）。Next, after the flow analysis is completed, a defect occurrence position such as a bubble is predicted on the basis of the gas pressure value and the gas pressure maximum value of each microelement calculated at predetermined time intervals (step 105). Then, the quality of the filling behavior of the molten material is evaluated (step 106).
【００５１】次に、ステップ１０７で予測結果である気
泡等の欠陥発生位置及び評価結果である溶融材料の充填
状況を表示する。Next, at step 107, the position of occurrence of a defect such as a bubble as the prediction result and the state of filling of the molten material as the evaluation result are displayed.
【００５２】以上、ステップ１０１から１０７を実施す
ることにより、気泡等の欠陥発生位置の予測、かつ溶融
材料の充填挙動の良否を評価することができる。As described above, by executing steps 101 to 107, it is possible to predict the position where a defect such as a bubble is generated and to evaluate the quality of the filling behavior of the molten material.
【００５３】また、本実施の形態例に係る射出成形品の
製造条件作成方法は、以下のステップによって達成され
る。Further, the method for preparing the conditions for manufacturing an injection-molded article according to the present embodiment is achieved by the following steps.
【００５４】始めに、ステップ２０１でランナやゲート
条件、射出速度や速度切り替えのタイミング、射出温度
などの射出成形のための製造条件を策定する。First, in step 201, production conditions for injection molding, such as runner and gate conditions, injection speed, speed switching timing, and injection temperature, are determined.
【００５５】次に、前述した１０１から１０７のステッ
プを実施し、欠陥発生位置を予測し、かつ充填挙動の良
否を評価する（ステップ２０２）。Next, the steps 101 to 107 described above are carried out to predict the defect occurrence position and evaluate the quality of the filling behavior (step 202).
【００５６】次に、ステップ２０２で、欠陥が発生し、
かつ充填挙動が良くないと評価された場合は、ステップ
２０１で策定した製造条件を変更する（ステップ２０
３）。Next, at step 202, a defect occurs,
If it is evaluated that the filling behavior is not good, the manufacturing conditions set in step 201 are changed (step 20).
3).
【００５７】次に、充填挙動が良く、かつ欠陥が発生し
ないものであると認められるまで、ステップ２０１から
ステップ２０３を繰り返し実施する。Next, steps 201 to 203 are repeatedly performed until it is recognized that the filling behavior is good and no defect occurs.
【００５８】これにより、射出成形の適切な製造条件を
導き出すことができる。Thus, appropriate production conditions for injection molding can be derived.
【００５９】次に、図２の欠陥予測・評価方法を、実際
の実施例を用いて説明する。Next, the defect prediction / evaluation method of FIG. 2 will be described using an actual embodiment.
【００６０】［実施例１］射出成形により成形される成
形品及び射出成形に使用する金型において、金型内の流
動解析を行う手順は、従来の解析法と同じである。[Example 1] In a molded article formed by injection molding and a mold used for injection molding, the procedure for analyzing the flow in the mold is the same as the conventional analysis method.
【００６１】図３に示すように、金型内の流動解析を行
うために、射出成形により成形される成形品と、射出成
形に使用する金型とから形状モデルを作成する。As shown in FIG. 3, in order to analyze the flow in the mold, a shape model is created from a molded article molded by injection molding and a mold used for injection molding.
【００６２】本実施例で採り上げたダイカスト部品は、
平板状の製品中に縦横にリブが立っている形状であり、
コンピュータシミュレーションを利用してゲート条件を
最適化したものである。The die-cast parts taken in this embodiment are:
It is a shape with ribs standing vertically and horizontally in a flat product,
The gate conditions are optimized using computer simulation.
【００６３】図中の４は溶融材料を金型内に射出する湯
口、５は湯口４と製品部をつなぐゲート、６は製品を形
作るキャビティ部、７は製品完成後切り離してしまうオ
ーバーフローを示している。In the figure, 4 is a gate for injecting the molten material into the mold, 5 is a gate connecting the gate 4 and the product section, 6 is a cavity section for forming the product, and 7 is an overflow which is cut off after the product is completed. I have.
【００６４】本実施例では、被解析部分を直交６面体メ
ッシュで要素分割したが、使用する流動解析プログラム
に応じて、三角形要素、四面体要素、その他の多面体要
素あるいは境界を変形したBFC要素などを含む要素で要
素分割しても良い。In the present embodiment, the analyzed part is divided into elements by an orthogonal hexahedral mesh. However, depending on the flow analysis program to be used, a triangular element, a tetrahedral element, other polyhedral elements, a BFC element whose boundary is deformed, or the like is used. May be divided into elements including.
【００６５】これら要素分割された成形品および金型の
形状モデルに対して、溶融材料が流れ込むランナ位置や
その速度、及びキャビティ内に流れ込むゲート位置など
を必要に応じて設定する。これらの操作により、溶融材
料の射出成形における流動解析を行うための形状データ
の設定を完了する。With respect to the shape models of the molded product and the mold which are divided into these elements, the position and speed of the runner into which the molten material flows, the position of the gate flowing into the cavity, and the like are set as required. By these operations, the setting of the shape data for performing the flow analysis in the injection molding of the molten material is completed.
【００６６】さらに、溶融材料の射出成形における流動
解析を行うための物性データの設定作業を行う。すなわ
ち、使用する金型の密度、比熱、熱伝導率などの熱的な
物性値、および使用する溶融材料の密度、比熱、熱伝導
率などの熱的な物性値や粘度を示す粘性係数、金型と溶
融材料との間の熱伝達係数などの熱的境界条件を設定す
る。Further, an operation of setting physical property data for performing a flow analysis in the injection molding of the molten material is performed. That is, the thermal properties such as the density, specific heat, and thermal conductivity of the mold to be used, the thermal properties such as the density, specific heat, and thermal conductivity of the molten material to be used, a viscosity coefficient indicating the viscosity, Set thermal boundary conditions such as the heat transfer coefficient between the mold and the molten material.
【００６７】さらに、型内のガス圧力を解析するための
パーティングラインや型の通気度、オーバーフローの位
置などの情報を設定することにより流動解析を行うため
の物性データの設定作業を完了する。Further, by setting information such as the parting line for analyzing the gas pressure in the mold, the air permeability of the mold, and the position of the overflow, the work of setting physical property data for flow analysis is completed.
【００６８】本実施例においては、前述した図３の形状
モデルに対してキャビティ内のガス圧力変化も考慮した
流動解析を行った。ガス部分は密度や運動量が流体部分
に比べて十分に小さいため、ガスの圧縮性流動現象につ
いては無視し、自由表面上の圧力境界条件を設定するた
めの圧力分布のみの算出を行った。In the present embodiment, a flow analysis was performed on the shape model shown in FIG. 3 in consideration of the gas pressure change in the cavity. Since the gas part has sufficiently smaller density and momentum than the fluid part, the compressive flow phenomenon of the gas was ignored, and only the pressure distribution for setting the pressure boundary condition on the free surface was calculated.
【００６９】ガスの圧縮性流動現象を無視した場合、そ
の圧力は準定常的な取り扱いができる。ポリトロピック
過程を仮定するとガスの圧力Ｐ、体積Ｖの関係は次式
（数１)で表すことができる。When the compressive flow phenomenon of gas is neglected, the pressure can be handled quasi-stationarily. Assuming a polytropic process, the relationship between gas pressure P and volume V can be expressed by the following equation (Equation 1).
【００７０】 Ｐ・Ｖa＝Const ……………………………（数１） ここで a はポリトロピック定数であり、a＝1ならば等
温変化、a＝0ならば等圧変化、a＝CP/CVならば断熱変化
となる。（CP：定圧比熱 CV：定積比熱）（数１）式か
らガス部の圧力を評価する場合、前の時間ステップにお
けるガスの圧力と体積、そして現在の時間ステップにお
けるガスの体積がわかっていれば、現在の時間ステップ
における圧力を求めることができる。P · Va = Const (Equation 1) where a is a polytropic constant, and if a = 1, isothermal change; if a = 0, isostatic change; If a = CP / CV, adiabatic change occurs. (CP: constant pressure specific heat CV: constant volume specific heat) When evaluating the gas pressure from equation (1), it is necessary to know the gas pressure and volume in the previous time step and the gas volume in the current time step. Thus, the pressure at the current time step can be determined.
【００７１】流体部の解析において、各要素の充填率 F
値から流体セル、自由表面セル、ガスセルへ分類する
ことができ、流体セルについては、連続の式及びナビエ
・ストークス方程式を適用して圧力や速度などを決定す
る。ガスセルについては、現在の体積と、ひとつ前の時
間ステップにおける圧力と体積から、現在の圧力を求め
ることができる。In the analysis of the fluid part, the filling rate F of each element
The values can be classified into a fluid cell, a free surface cell, and a gas cell. For the fluid cell, a continuous equation and the Navier-Stokes equation are applied to determine pressure, velocity, and the like. For gas cells, the current pressure can be determined from the current volume and the pressure and volume in the previous time step.
【００７２】ここで、流体や型で取り囲まれた個別のガ
ス部の圧力を求めるためにはガスの領域を分類する必要
がある。そのため、各時間ステップにおける流体の充填
状況からガスがつながった部分を見付け出し、これを障
害物や液体で囲まれた領域でグループ化して、各々のガ
スグループについてそれぞれの体積を求める。Here, it is necessary to classify gas regions in order to obtain the pressure of each gas portion surrounded by a fluid or a mold. Therefore, a portion where the gas is connected is found from the state of filling of the fluid at each time step, and this is grouped in an area surrounded by obstacles and liquids, and the volume of each gas group is obtained.
【００７３】さらに、これらのガスグループがベント、
オーバーフロー、パーティングラインに接している場合
にはガスが解析領域外へ抜けていく現象も加味する必要
がある。Further, these gas groups are vented,
It is necessary to take into account the phenomenon that the gas escapes outside the analysis region when it is in contact with the overflow or parting line.
【００７４】そして、現在の体積と前の時間ステップに
おける体積と圧力を使ってそれぞれのグループについて
別々の圧力を求める。この際、ガスの***や合体が起こ
り得るので、ガスがどのグループからどのグループへ変
化したかを常に記憶することが必要となる。Then, using the current volume and the volume and pressure in the previous time step, separate pressures are determined for each group. At this time, since gas splitting and coalescence can occur, it is necessary to always remember which group the gas has changed from to which group.
【００７５】本実施例では、数値解析における金型内へ
の溶融材料の充填開始から充填終了までの所要時間を任
意の数に分割し、充填途中の分割されたある時間におけ
る未充填部分のガス圧力を記録し、これを分割されたあ
る時間における充填時間におけるデータとする。In the present embodiment, the required time from the start of filling of the molten material into the mold to the end of filling in the numerical analysis is divided into an arbitrary number, and the gas in the unfilled portion at a certain time during the filling is divided. Record the pressure and use this as the data for the fill time at a divided time.
【００７６】ここで、時間の分割数は数値解析における
時間ステップ全てとするのが望ましいが、全時間ステッ
プが膨大な数になる場合には2〜100ステップ毎に記録し
ても差し支えない。この操作を数値解析における金型内
への溶融材料の充填開始から充填終了まで繰り返し行う
ことにより、本実施の形態例のガス圧力パラメータを算
出することができる。Here, it is desirable that the number of time divisions be all time steps in the numerical analysis. However, if the total number of time steps becomes enormous, it may be recorded every 2 to 100 steps. By repeating this operation from the start of filling of the molten material into the mold to the end of filling in the numerical analysis, the gas pressure parameters of the present embodiment can be calculated.
【００７７】図４には、実際のダイカスト部品での発生
した欠陥位置８と、解析により得られた気体圧力の高い
部分９、すなわち楕円印で囲んだ欠陥発生位置とを示し
てある。初期の条件においては、湯口４から流入した溶
湯は２本のゲート５に別れてキャビティ部６に流入する
条件になっていた。FIG. 4 shows a defect position 8 generated in an actual die-cast component and a high gas pressure portion 9 obtained by the analysis, that is, a defect generation position surrounded by an elliptical mark. In the initial condition, the molten metal flowing from the gate 4 was separated into two gates 5 and flowed into the cavity 6.
【００７８】この条件で生産された部品は、射出成形
後、オーバーフロー７、ゲート５、湯口４などを切り離
し、平滑度が要求される底面部を機械加工した際、欠陥
位置８を示す場所に気泡の巻き込みと思われる欠陥が多
数発生したため、製品として不合格になったものであ
る。After injection molding, the parts produced under these conditions are separated from the overflow 7, the gate 5, the gate 4 and the like, and when the bottom surface where smoothness is required is machined, a bubble is formed at a position indicating a defect position 8. This product was rejected as a product due to the occurrence of a large number of defects that seemed to be involved.
【００７９】本条件では、湯口４から流入した溶湯は２
つのゲート５からキャビティ部６に流れ込み、反ゲート
側の壁に衝突後、流れを反転させてゲート５側へと流れ
ている。このため、充填途中でオーバーフロー７に溶湯
が達してしまっているため、空気を排出するためのオー
バーフローの機能が十分発揮されていないことが解析結
果から判明され、溶融材料が型内に流入する際の充填挙
動が良くないことが明らかになった。Under these conditions, the molten metal flowing from the gate 4 is 2
After flowing into the cavity 6 from the two gates 5 and colliding with the wall on the side opposite to the gate, the flow is reversed and flows toward the gate 5. For this reason, since the molten metal has reached the overflow 7 during the filling, it has been found from the analysis results that the overflow function for discharging the air is not sufficiently exhibited, and the molten material flows into the mold. It was found that the filling behavior of was not good.
【００８０】図４の気体圧力の高い部分９は、充填開始
から充填終了までの各要素の気体圧力を各計算ステップ
すべてにおいて記憶しておき、その最大値が10気圧以上
になった領域を×印で表示したものである。In the high gas pressure part 9 in FIG. 4, the gas pressure of each element from the start of filling to the end of filling is stored in each of the calculation steps, and the region where the maximum value becomes 10 atm or more is indicated by x. This is indicated by a mark.
【００８１】パラメータの最大値は過去の各要素の圧力
変化の履歴までも含んだ情報となっているため、充填途
中で巻き込まれた空気による気泡欠陥の予測までもが可
能である。Since the maximum value of the parameter is information including the history of the past pressure change of each element, it is possible to predict even a bubble defect due to air entrained during the filling.
【００８２】図４に示すように、実際のダイカスト部品
での発生した欠陥位置８と本実施例による気体圧力の高
い部分９とは位置的に非常によく一致しており、本発明
が、射出成形品の欠陥を予測し、かつ型内に溶融材料が
流入する際の充填挙動の良否を評価するための欠陥予測
・評価方法として利用できることを、本実施例により実
証できた。As shown in FIG. 4, the defect position 8 generated in the actual die-casting part and the high gas pressure part 9 according to the present embodiment coincide very well in position. This example demonstrates that the present invention can be used as a defect prediction / evaluation method for predicting a defect of a molded article and evaluating the quality of a filling behavior when a molten material flows into a mold.
【００８３】［実施例２］前述した実施例１の条件で
は、機械加工後多数の欠陥が発生したため、その対策と
してゲート条件の改良を行った。改良後の形状モデルを
図５に示す。[Embodiment 2] Under the conditions of Embodiment 1 described above, a number of defects occurred after machining, and as a countermeasure, the gate conditions were improved. FIG. 5 shows the improved shape model.
【００８４】図５に示すように、改良条件では、湯口４
に付いた２本のゲート５を塞ぎ、製品側面部から対角線
方向に溶湯を射出し充填させるようにした。また、最終
充填部になると思われる製品側面部に新たにオーバーフ
ロー７を追加することで空気を排出するようにした。As shown in FIG. 5, under improved conditions, the gate 4
The two gates 5 attached to are filled, and the molten metal is injected diagonally from the side surface of the product to be filled. Further, air is discharged by newly adding an overflow 7 to the side surface of the product which is considered to be the final filling portion.
【００８５】実施例１と同様に、本形状に対してキャビ
ティ部６内のガス圧力変化を考慮した流動解析を行っ
た。解析の結果得られたガス圧力の高い部分を図６に示
す。As in the case of the first embodiment, a flow analysis was performed on this shape in consideration of a change in the gas pressure in the cavity 6. FIG. 6 shows a portion having a high gas pressure obtained as a result of the analysis.
【００８６】図６に示すように、気体圧力の高い部分９
は、充填開始から充填終了までの各要素の気体圧力を各
計算ステップすべてにおいて記憶しておき、各要素の気
体圧力の最大値が３気圧以上になった領域を×印で表示
したものである。本条件では、ガス圧力の高い部分はゲ
ート５上部に広く分布しており、この部分での空気の巻
き込みなどが発生するものと予想されるものの、製品と
して欠陥までに至らず、合格品であり、また、溶融材料
が型内に流入する際の充填挙動も良好であった。As shown in FIG. 6, the portion 9 where the gas pressure is high
Is a table in which the gas pressure of each element from the start of filling to the end of filling is stored in each of the calculation steps, and a region where the maximum value of the gas pressure of each element is 3 atm or more is indicated by a cross. . Under these conditions, the high gas pressure part is widely distributed above the gate 5, and it is expected that air entrapment and the like will occur in this part. The filling behavior when the molten material flows into the mold was also good.
【００８７】本発明の欠陥予測・評価精度を実証するた
め、ダイカスト金型のゲート部を改良して実際に製品を
成形した。射出成形後、オーバーフロー、ゲート、湯口
などを切り離し、ブリスター試験により製品内部の残存
ガス分布を調べた。In order to demonstrate the defect prediction / evaluation accuracy of the present invention, the product was actually formed by improving the gate portion of the die casting die. After injection molding, the overflow, gate, gate, etc. were cut off, and the distribution of residual gas inside the product was examined by a blister test.
【００８８】ブリスター試験により融点直下まで加熱さ
れたアルミニウム合金は軟化し、製品内部の残存ガスが
膨張して製品表面にふくらみが生じるため、このふくら
みの分布から残存ガスの分布を調べることができる。本
試験は520℃の雰囲気中に１時間の条件で行った。The aluminum alloy heated to just below the melting point by the blister test softens, the residual gas inside the product expands, and the product surface swells, so that the distribution of the residual gas can be examined from the distribution of the swelling. This test was performed in an atmosphere of 520 ° C. for one hour.
【００８９】ブリスター試験の結果、図６中の楕円印で
囲んだ残存ガス領域１０に多数のふくらみが発生した。
これは先の解析結果から予測された気体圧力の高い部分
９、すなわち欠陥発生位置とよく一致しており、従っ
て、実施例１と同様に、本発明が、射出成形品の欠陥を
予測し、かつ型内に溶融材料が流入する際の充填挙動の
良否を評価するための欠陥予測・評価方法として利用で
きることを、本実施例により実証することができた。As a result of the blister test, a number of bulges occurred in the residual gas region 10 surrounded by an ellipse in FIG.
This is in good agreement with the high gas pressure portion 9 predicted from the previous analysis result, that is, the defect occurrence position. Therefore, as in Example 1, the present invention predicts the defect of the injection molded product, In addition, the present example has demonstrated that the method can be used as a defect prediction / evaluation method for evaluating the quality of a filling behavior when a molten material flows into a mold.
【００９０】[0090]
【発明の効果】本発明によれば、射出成形により成形さ
れる成形品および射出成形に使用する金型を微小要素に
分割した形状モデル内に溶融材料が流入する際の流動解
析においてキャビティ内の未充填部の圧力値であるガス
圧力パラメータを採用し、ガス圧力パラメータを溶融材
料の充填開始から充填終了までの間で調べることによ
り、射出成形品の欠陥を予測し、かつ溶融材料の型内へ
の充填挙動の評価を容易に行うことができる。According to the present invention, in a flow analysis when a molten material flows into a shape model obtained by dividing a molded product formed by injection molding and a mold used for injection molding into minute elements, the flow rate in the cavity is reduced. By adopting the gas pressure parameter, which is the pressure value of the unfilled part, and examining the gas pressure parameter from the start of filling of the molten material to the end of filling, it is possible to predict defects in the injection molded article and to check the inside of the mold of the molten material. It is possible to easily evaluate the filling behavior of the material.
【００９１】また、本発明によれば、樹脂、アルミニウ
ム合金、マグネシウム合金、銅合金、亜鉛合金などの溶
融材料を射出成形する際の流動解析結果の評価方法とし
て利用でき、さらに、完全に溶融させた材料ばかりでは
なく、固相と液相の状態が混ざり合った半溶融状態の溶
融材料を射出成形するようなプロセスにおいても、射出
成形品の欠陥を予測し、かつ溶融材料の型内への充填挙
動の要否の評価を容易に行うことができる。Further, according to the present invention, it can be used as an evaluation method of flow analysis results when injection molding a molten material such as a resin, an aluminum alloy, a magnesium alloy, a copper alloy, and a zinc alloy. In the process of injection molding not only the material but also the semi-molten molten material in which the solid and liquid phases are mixed, the defect of the injection molded product is predicted and the molten material is injected into the mold. The necessity of the filling behavior can be easily evaluated.
【００９２】従って、型の設計段階で成形品の流動解析
を行うことで型の製造条件の適否を容易に判定できる。
また、これら判定結果から、欠陥のない高品質の成形品
を得るためのゲート位置やその数、湯道方案、射出速度
などの製造条件を適切に設定できるため、射出成形にお
ける型製造条件の最適化を図ることができる。Therefore, by performing the flow analysis of the molded product at the stage of designing the mold, it is possible to easily determine whether or not the manufacturing conditions of the mold are appropriate.
In addition, from these determination results, it is possible to appropriately set manufacturing conditions such as a gate position and the number thereof, a runner plan, an injection speed, and the like for obtaining a high-quality molded product having no defect. Can be achieved.
【００９３】さらに、型作製の前段階でのシミュレーシ
ョンにより、型の修正すべき箇所などを予め特定するこ
とができるため、型の修正に必要な時間や費用を削減す
ることができ、射出成形品の製造コストを大幅に削減す
ることができる。Further, since a portion to be corrected of the mold can be specified in advance by a simulation at a stage prior to the manufacture of the mold, the time and cost required for correcting the mold can be reduced, and the injection molded product can be reduced. Can significantly reduce the production cost.
【図１】本発明の実施の形態例に係る射出成形品の欠陥
予測・評価装置の機能構成のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a functional configuration of an apparatus for predicting and evaluating defects of an injection-molded article according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１の欠陥予測・評価装置で実行される欠陥予
測・評価方法のフローチャート図であるFIG. 2 is a flowchart of a defect prediction / evaluation method executed by the defect prediction / evaluation apparatus of FIG. 1;
【図３】初期条件の解析形状モデルを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an analysis shape model of an initial condition.
【図４】初期条件の解析結果及び欠陥発生位置を示す図
である。FIG. 4 is a diagram showing an analysis result of initial conditions and a defect occurrence position.
【図５】条件改良後の解析形状モデルを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an analysis shape model after the condition has been improved.
【図６】条件改良後の解析結果及び欠陥発生位置を示す
図である。FIG. 6 is a diagram showing an analysis result and a defect occurrence position after the condition improvement.
１入力装置、２予測・評価装置、２１…充填解析部、２
２…圧力変動算出部、２３…記憶部、２４…欠陥予測
部、２５…充填挙動評価部、２６…予測・評価結果表示
部、３…表示装置、４…流入口、５…ゲート、６…キャ
ビティ部、７…オーバーフロー、８…欠陥位置、９…気
体圧力の高い部分、１０…残存ガス領域1 input device, 2 prediction / evaluation device, 21 ... filling analysis unit, 2
2 ... Pressure fluctuation calculation unit, 23 ... Storage unit, 24 ... Defect prediction unit, 25 ... Filling behavior evaluation unit, 26 ... Prediction / evaluation result display unit, 3 ... Display device, 4 ... Inlet, 5 ... Gate, 6 ... Cavity part, 7 ... Overflow, 8 ... Defect position, 9 ... High gas pressure part, 10 ... Remaining gas area
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鶴田 国之 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 Ｆターム(参考） 4F206 AM23 JA07 JN25 JP13 JP14 JP18 JP22 JP30 JQ81 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Kuniyuki Tsuruta 1060 Takeda, Hitachinaka-shi, Ibaraki F-term (reference) in Hitachi Koki Co., Ltd. 4F206 AM23 JA07 JN25 JP13 JP14 JP18 JP22 JP30 JQ81
Claims (5)
射出成形に使用する金型の形状から流動解析を行うため
の微小要素に分割された解析形状モデルを作成し、数値
解析法を用いて前記解析形状モデル内へ充填される溶融
材料の充填挙動を数値解析し、該数値解析結果に基づ
き、前記射出成形品の欠陥を予測し、かつ前記充填挙動
を評価する射出成形品の欠陥予測・評価方法において、 前記溶融材料の充填開始から充填終了までの所要時間を
所定の時間間隔に分け、該所定の時間間隔毎に、前記分
割された微小要素について、前記溶融材料が充填されて
いる微小要素と、前記溶融材料が充填されてない微小要
素とに区別を行なうステップと、 前記溶融材料が充填されない微小要素について、前記溶
融材料或いは前記金型で取り囲まれたガス領域の情報を
調べるステップと、 前記ガス領域の情報から前記ガス領域のガス圧力分布を
求めるステップと、 前記求めたガス圧力分布を基に、前記充填開始からの経
過時間と該経過時点での圧力や温度の情報を、各微小要
素の位置に関する位置情報と共に記憶するステップと、 前記記憶した各情報を演算処理し、該演算処理結果を前
記各微小要素の位置に関する位置情報と共に記憶するス
テップと、 前記演算処理結果を基に、気泡等の欠陥発生位置を予測
するステップと、 前記演算処理結果を基に、溶融材料の充填挙動の良否を
評価するステップとを有することを特徴とする射出成形
品の欠陥予測・評価方法。An analytical shape model divided into minute elements for performing flow analysis is created from the shape of a molded product formed by injection molding and a mold used for the injection molding, and the numerical analysis method is used. Numerical analysis of the filling behavior of the molten material to be filled into the analytical shape model, based on the result of the numerical analysis, to predict the defect of the injection molded product, and to predict the defect of the injection molded product to evaluate the filling behavior In the evaluation method, the required time from the start of filling of the molten material to the end of the filling is divided into predetermined time intervals, and for each of the predetermined time intervals, the minute elements filled with the molten material are Discriminating between the element and the microelement not filled with the molten material; and for the microelement not filled with the molten material, the gas surrounded by the molten material or the mold. Examining the information of the region; obtaining the gas pressure distribution of the gas region from the information of the gas region; and, based on the obtained gas pressure distribution, the elapsed time from the start of the filling and the pressure at the elapsed time. And step of storing the information of the temperature and the temperature together with the position information on the position of each of the microelements.Step of calculating the stored information and storing the result of the operation processing together with the position information on the position of each of the microelements. An injection molded product, comprising: a step of predicting a defect occurrence position such as a bubble based on the result of the arithmetic processing; and a step of evaluating whether or not a filling behavior of a molten material is good based on the result of the arithmetic processing. Defect prediction and evaluation method.
に前記各微小要素におけるガス圧力値を算出し、任意の
時間での前記ガス圧力値の分布からその時点での前記溶
融材料の充填挙動の良否を評価することを特徴とする射
出成形品の欠陥予測・評価方法。2. The method according to claim 1, wherein a gas pressure value in each of the microelements is calculated at each of the predetermined time intervals, and a filling of the molten material at that time based on a distribution of the gas pressure value at an arbitrary time. A defect prediction / evaluation method for an injection-molded article characterized by evaluating the quality of behavior.
に算出された前記各微小要素におけるガス圧力値を溶融
材料の充填開始から充填終了までの間について比較する
ことにより前記各微小要素におけるガス圧力の最大値を
算出し、該算出した最大値の分布から前記溶融材料の充
填挙動の良否を評価することを特徴とする射出成形品の
欠陥予測・評価方法。3. The method according to claim 1, wherein a gas pressure value calculated for each of said minute elements at each of said predetermined time intervals is compared for a period from the start to the end of filling of the molten material. A defect prediction / evaluation method for an injection-molded article, comprising calculating a maximum value of a gas pressure, and evaluating whether the filling behavior of the molten material is good or not from a distribution of the calculated maximum value.
定された前記成形品の形状データ、型データ及び前記溶
融材料の力学的、熱的な物性値を入力して溶融材料の射
出成形における流動解析を行い、前記流動解析結果に基
づき前記充填挙動の良否を評価し、前記充填挙動が否と
評価された場合、前記評価結果が良いと認められるまで
前記入力データを変更し、前記数値解析を繰り返すこと
を特徴する射出成形品の欠陥予測・評価方法。4. The injection molding of a molten material according to claim 1, wherein the shape data and the mold data of the molded article and the mechanical and thermal physical properties of the molten material are inputted in advance. Perform flow analysis, evaluate the quality of the filling behavior based on the flow analysis results, if the filling behavior is evaluated as negative, change the input data until the evaluation result is recognized as good, the numerical analysis Defect prediction / evaluation method for injection-molded products, characterized by repeating.
境界条件等のデータを入力する入力装置と、前記入力さ
れたデータに基づいて、前記射出成形品の解析形状モデ
ル内への溶融材料の充填挙動を数値解析し、該数値解析
結果に基づき、前記射出成形品の欠陥を予測し、かつ前
記充填挙動を評価する予測・評価装置と、前記予測・評価
結果を表示する表示装置とを有する欠陥予測・評価装置
において、 前記予測・評価装置は、前記入力されたデータを基に数
値解析法を用いて前記射出成形品の金型内に溶融材料を
充填する過程をシミュレーションし、前記溶融材料の速
度、圧力、温度等の変動挙動及び型内の未充填部の圧力
変動を数値解析し、該数値解析で得られた充填挙動のデ
ータを、所定の時間間隔で出力する充填解析部と、 前記出力された充填挙動のデータに基づいて、前記各微
小要素のガス圧力値及びガス圧力最大値を算出する圧力
変動算出部と、 前記算出された前記各微小要素のガス圧力値及びガス圧
力最大値を、前記各微小要素の位置情報と共に記憶する
記憶部と、 前記算出されたガス圧力値及びガス圧力最大値、或いは
前記記憶されたガス圧力値及びガス圧力最大値に基づい
て、前記射出成形品に発生する欠陥発生位置を予測する
欠陥予測部と、 前記算出されたガス圧力値及びガス圧力最大値、或いは
前記記憶されたガス圧力値及びガス圧力最大値に基づい
て、前記溶融材料の充填挙動の良否を評価する充填挙動
評価部と、 前記欠陥発生位置及び前記充填挙動を前記表示装置に表
示する予測・評価結果表示部とを有することを特徴とす
る射出成形品の欠陥予測・評価装置。5. An input device for inputting data such as shape data, physical property data, and boundary conditions of an injection molded product, and a method for inputting molten material into an analysis shape model of the injection molded product based on the input data. It has a prediction / evaluation device that numerically analyzes the filling behavior, predicts a defect of the injection molded article based on the numerical analysis result, and evaluates the filling behavior, and a display device that displays the prediction / evaluation result. In the defect prediction / evaluation device, the prediction / evaluation device simulates a process of filling a molten material into a mold of the injection molded product using a numerical analysis method based on the input data, and The filling analysis unit that numerically analyzes the fluctuation behavior of the speed, pressure, temperature, etc. and the pressure fluctuation of the unfilled part in the mold, and outputs the filling behavior data obtained by the numerical analysis at predetermined time intervals, Said out Based on the data of the filled behavior, a pressure fluctuation calculation unit that calculates a gas pressure value and a gas pressure maximum value of each of the microelements, and calculates the calculated gas pressure value and gas pressure maximum value of each of the microelements. A storage unit that stores together with the position information of each of the microelements, based on the calculated gas pressure value and gas pressure maximum value, or the stored gas pressure value and gas pressure maximum value, A defect prediction unit that predicts a defect occurrence position to be generated, based on the calculated gas pressure value and gas pressure maximum value, or the stored gas pressure value and gas pressure maximum value, based on the filling behavior of the molten material. A defect prediction of an injection-molded article, comprising: a filling behavior evaluation unit for evaluating pass / fail; and a prediction / evaluation result display unit for displaying the defect occurrence position and the filling behavior on the display device. Evaluation device.
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|---|---|---|---|
| JP11018860A JP2000211005A (en) | 1999-01-27 | 1999-01-27 | Method for predicting and evaluating defect of injection- molded article and apparatus for predicting and evaluating defect |
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|---|---|
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| JP11018860A Withdrawn JP2000211005A (en) | 1999-01-27 | 1999-01-27 | Method for predicting and evaluating defect of injection- molded article and apparatus for predicting and evaluating defect |
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1999
- 1999-01-27 JP JP11018860A patent/JP2000211005A/en not_active Withdrawn
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