JP5663387B2 - そり解析方法、そり解析装置、多色成形品の製造方法、プログラムおよび記憶媒体 - Google Patents
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Description
(1)多色成形においては、予め成形された成形品の熱収縮を考慮するだけでなく、さらに、予め成形された成形品に残留する成形収縮ひずみ(以下、「残留成形収縮ひずみ」という場合がある。)を考慮する必要があること。
(2)後から充填される溶融充填物が、予め成形された成形品を加熱することにより、予め成形された成形品に発生する成形収縮ひずみの分布(以下、「残留成形収縮ひずみ分布」という場合がある。)が変化すること。
(3)上記の予め成形された成形品の残留成形収縮ひずみ分布の変化として、加熱されることによって所定の残留成形収縮ひずみが緩和されるアニーリングがあること。
(4)また、上記の予め成形された成形品の残留成形収縮ひずみ分布の変化の別の形態として、加熱されることによって所定の残留成形収縮ひずみが存在する箇所が、加熱により溶融することがあること。
(5)上記のように溶融した場合は、溶融状態から収縮が起こること。
(6)上記した予め成形された成形品の残留成形収縮ひずみが、アニーリングにより緩和される領域、および/または、溶融される領域に分割して、それぞれの収縮を考慮することが好ましいこと。
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
前記多色成形品のうち、予め成形された成形品に残留する残留成形収縮ひずみ分布を算出してそり変形を解析する際に、該残留成形収縮ひずみ分布として、後から充填される溶融充填物によって加熱されることによって変化した残留成形収縮ひずみ分布を算出する(714a、714b、715)、そり解析方法である。
第1の本発明において、「多色成形品」とは、2台以上の成形機、または2本以上のシリンダーを有する専用の多色成形機と、金型の一部が回転する特殊な金型を用いて成形される、多色または多種類の樹脂からなる一体の樹脂成形品である。
データを「入力する」とは、オペレーターがキーボード(601)やマウス(602)などによりデータをコンピュータの所定のメモリーにロードすること、またはファイル等のデータを補助記憶装置(604)から読み出したりしてコンピュータ(600)の所定のメモリーにロードすることをいう。
「保圧冷却工程」を解析するとは、保圧冷却解析(705、711)、型開き時の予め成形された成形品の温度分布・物性分布算出(707)、型開き中の予め成形された成形品の冷却解析(708)、多色成形品における各成形品の圧力・温度・残留成形収縮ひずみ分布算出(713)のことをいう。
「残留成形収縮ひずみ分布」とは、上記残留成形収縮ひずみが、成形品におけるどの位置にどの程度存在するかについての三次元的な分布を示したデータである。
まず、本発明のそり解析方法を適用する多色形成法について、最も単純な2色成形を例に、図1を用いて説明する。図1に示すように、以下の手順で2色成形が行われる。
(1)2つのシリンダーの内、第1シリンダー102より1色目の成形品材料101を充填する。
(2)1色目の成形品103の保圧冷却を行う。この時に射出圧縮成形法による圧縮、冷却を行っても良い。
(3)一度型開きするが、1色目の成形品103は可動側金型104に装着したままになる。
(4)金型回転盤を180°回転させて型を閉じる。
(5)第2シリンダー105より2色目の成形品材料106を充填、保圧して2色成形品107を完成させる。この時に射出圧縮成形法による圧縮を行っても良い。
(6)型を閉めたまま、第1シリンダー102より1色目の成形品材料101の充填と保圧を行う。この時に射出圧縮成形法による圧縮を行っても良い。
(7)2色成形品107を冷却し1色目の成形品103を冷却する。
(8)2色成形品107と1色目の成形品103ができた時点で、2色成形品107を金型104から離型し、1色目の成形品103を可動側金型104に装着したままにする。
(4)から(8)のプロセスを繰り返す。この2色成形法にシリンダーの数を増やせば2色以上の多色成形を行うことができる。
成形にはENGEL社製の型締め力700tonの多色反転方式の成形機を用いた。本成形機のNo.1射出ユニット(主シリンダー)のスクリュー径は90mm、射出容量は2480cm3、最大射出圧は218MPa、No.2射出ユニット(傾斜シリンダー)のスクリュー径は70mm、射出容量は1038cm3、最大射出圧は173.5MPa、No.3射出ユニット(副シリンダー)のスクリュー径は70mm、射出容量は1500cm3、最大射出圧は230MPaである。
以下、本発明による多色成形品のそり解析方法およびそり解析装置の一実施形態である、2色成形品のそり解析方法、そり解析装置の好ましい形態について、図面を参照しながら説明する。
計算機600は、データ読み出し手段609で、プログラム605、2色成形解析用形状データ606、物性データ607、成形条件データ608の読み込みを行う(図7のステップ700、ステップ701、ステップ702)。2色成形解析用形状データ606、物性データ607、成形条件データ608が、記憶装置604に保存されていない場合は、キーボード601、マウス602などの入力装置やプログラム605を用いて、入力や編集を行う。なお、2色成形解析用形状データ606はMSC社製のNASTRAN(登録商標)のバルクデータなどの汎用のプリプロセッサーにより作成できるものであり、1次元ビーム要素、2次元シェル要素、3次元ソリッド要素などで表現される。もちろん、節点、要素、要素プロパティ、材料プロパティなどで記述されるデータであれば、2色成形解析用形状データ606の形式は限定されない。
本発明の多色成形品の製造方法においては、上記したそり解析方法を用いて得られた解析結果に基づいて、多色成形品形状、成形品材料、および、成形条件から選ばれる少なくとも一つを決定し(ステップ718)、該決定に基づいて多色成形品を製造する(ステップ719)。つまり、多色成形品の製造条件である2色成形解析用形状データ606、物性データ607、成形条件データ608の少なくとも一つを調整して、該調整後の条件に基づいて多色成形品を製造する。これにより、そり変形が低減された多色成形品を得ることができる。
図2(A)に、1色目の成形品形状をメッシュ分割した射出成形解析用形状データを示した。図2(B)に、2色成形品形状をメッシュ分割した射出成形解析用形状データを示した。
本発明の実施形態に示したように、図6のブロック図および図7のフロー図に従って、図2(A)の1色目成形品の射出成形解析用形状データに対して三菱エンジニアリングプラスチック製のポリカーボネート樹脂S3000の物性データを用い、型開き量2mm、樹脂温度295℃、金型温度90℃、樹脂充填時間を9.5秒、型閉め開始は充填完了時刻、型閉め速度11.5mm/sec、最大型締め力700ton、再型締め力は冷却時間中も負荷されるため、再型締め時間は合計135秒、再型締め中の保圧圧力20MPa、再型締め中の保圧時間1秒、保圧後冷却時間134秒の成形条件の下、1色目の充填工程解析および保圧冷却工程解析を実施した。また、保圧冷却工程解析において、型開き時間を45秒として、型開き中の1色目の成形品の冷却解析を実施した。
比較例1においては、図8にフロー図を示したように、実施例1における、1色目と2色目の成形品の圧力・温度・残留成形収縮ひずみ分布算出(ステップ713)のうち、1色目の残留成形収縮ひずみ分布算出を行わないで、2色成形品のそり解析を実行した。1色目の成形品に残留する成形収縮ひずみ分布を考慮しないため、1色目の成形品のアニーリング領域の算出および溶融領域の算出(ステップ714a、714b)および1色目の成形品の成形収縮ひずみ再設定(ステップ715)は実行しないことになる。
実施例で作成した2色成形用形状データ(図2(A)および図2(B))を利用し、実施例1と同様の条件を用いて図8のフロー図に従って解析を実行することで2色成形品のそり変形を解析し、図5に示すそり高さの評価を行ったところ、+5.9mmとなった。
なお、比較例1では、1色目の成形品の残留成形収縮ひずみ分布を算出せずに、1色目の熱収縮(線膨張係数×(型開き時の温度−室温))による成形収縮ひずみ分布を算出している(ステップ914)。
比較例2では、図9にフロー図を示したように、1色目の成形品アニーリング領域の算出および溶融領域の算出(ステップ714a、714b)と1色目の成形品の成形収縮ひずみ再設定(ステップ715)は実行しないで、溶融した2色目の樹脂の充填によって、1色目の成形品に残留する成形収縮ひずみが変化しないとして、そりの解析を行った。
実施例で作成した2色成形用形状データ(図2(A)および図2(B))を利用し、実施例1と同様の条件を用いて図9のフロー図に従って解析を実行することで2色成形品のそり変形を解析し、図5に示すそり高さの評価を行ったところ、−34.2mmとなった。
先に示した保圧+冷却時間が135秒の連続成形品のそり高さの実測値が−21.2mmであるのに対して、実施例1の予測値は−18.0mmであり、ある程度実測値を予測できていた。一方、比較例1のそり高さの予測値は+5.9mmであり、1色目の成形品に残留する成形収縮ひずみを考慮していないために、連続成形する場合の2色成形品のそり高さより、1色目の成形品がインサート品の場合の実測そり高さである+3.2mmに近い値となった。
600 計算機
703 1色目の充填工程および保圧冷却工程の解析
709 2色目の充填工程および保圧冷却工程の解析
Claims (11)
- 多色成形品のそり変形を解析するためのそり解析方法であって、
多色成形解析用形状データ、物性データ、および、成形条件データを入力する工程、該入力した各データに基づいて前記多色成形品の各部における充填工程および保圧冷却工程を解析する工程、を備え、
前記多色成形品のうち、予め成形された成形品に残留する残留成形収縮ひずみ分布を算出してそり変形を解析する際に、該残留成形収縮ひずみ分布として、後から充填される溶融充填物によって加熱されることによって変化した残留成形収縮ひずみ分布を算出する、そり解析方法。 - 前記加熱されることによって変化した残留成形収縮ひずみ分布として、残留成形収縮ひずみが加熱されることによって緩和されるアニーリング領域を算出し、初期の残留成形収縮ひずみで収縮する領域とアニーリングによって緩和された残留成形収縮ひずみで収縮する領域に分割して残留成形収縮ひずみ分布を算出する、請求項1に記載のそり解析方法。
- 前記加熱されることによって変化した残留成形収縮ひずみ分布として、加熱されることによって溶融される領域を算出し、初期の残留成形収縮ひずみで収縮する領域と溶融状態から収縮する領域に分割して残留成形収縮ひずみ分布を算出する、請求項1に記載のそり解析方法。
- 前記加熱されることによって変化した残留成形収縮ひずみ分布として、残留成形収縮ひずみが加熱されることによって緩和されるアニーリング領域を算出し、さらに、加熱されることによって溶融される領域を算出し、初期の残留成形収縮ひずみで収縮する領域、アニーリングによって緩和された残留成形収縮ひずみで収縮する領域、および、溶融状態から収縮する領域に分割して残留成形収縮ひずみ分布を算出する、請求項1に記載のそり解析方法。
- 多色成形品のそり変形を解析するためのそり解析装置であって、
多色成形解析用形状データ、物性データ、および、成形条件データを入力する手段、該入力した各データに基づいて前記多色成形品の各部における充填工程および保圧冷却工程を解析する手段、を備え、
前記多色成形品のうち、予め成形された成形品に残留する残留成形収縮ひずみ分布を算出してそり変形を解析する際に、該残留成形収縮ひずみ分布として、後から充填される溶融充填物によって加熱されることによって変化した残留成形収縮ひずみ分布を算出する、そり解析装置。 - 前記加熱されることによって変化した残留成形収縮ひずみ分布として、残留成形収縮ひずみ分布が加熱されることによって緩和されるアニーリング領域を算出し、初期の残留成形収縮ひずみで収縮する領域とアニーリングによって緩和された残留成形収縮ひずみで収縮する領域に分割して残留成形収縮ひずみ分布を算出する、請求項5に記載のそり解析装置。
- 前記加熱されることによって変化した残留成形収縮ひずみ分布として、加熱されることによって溶融される領域を算出し、初期の残留成形収縮ひずみで収縮する領域と溶融状態から収縮する領域に分割して残留成形収縮ひずみ分布を算出する、請求項5に記載のそり解析装置。
- 前記加熱されることによって変化した残留成形収縮ひずみ分布として、残留成形収縮ひずみが加熱されることによって緩和されるアニーリング領域を算出し、さらに、加熱されることによって溶融される領域を算出し、初期の残留成形収縮ひずみで収縮する領域、アニーリングによって緩和された残留成形収縮ひずみで収縮する領域、および、溶融状態から収縮する領域に分割して残留成形収縮ひずみ分布を算出する、請求項5に記載のそり解析装置。
- 請求項1〜4のいずれかに記載のそり解析方法を用いて多色成形品のそり変形を解析し、該解析の結果に基づいて、多色成形品形状、成形品材料、および、成形条件から選ばれる少なくとも一つを決定し、該決定に基づいて多色成形品を製造する、多色成形品の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれかに記載のそり解析方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 請求項10に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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