專利名稱：注塑成形模擬裝置以及注塑成形模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及注塑成形模擬裝置以及注塑成形模擬方法，特別涉及在設(shè)計(jì)用于注塑成形的金屬模具的形狀、運(yùn)轉(zhuǎn)條件時(shí)利用的注塑成形模擬裝置以及注塑成形模擬方法。
背景技術(shù)：
將熔融樹脂注射填充到金屬模具模穴內(nèi)，并使其冷卻以形成成形制品的注塑成形是公知的。在注塑成形中，從將塑性熔融樹脂注射填充到模穴內(nèi)至取出成形制品的工序形成注塑成形的1個(gè)周期。在最近的注塑成形中，有時(shí)還應(yīng)用如下的金屬模具急速加熱、急速冷卻工序預(yù)先使模穴的表面溫度升溫至例如100℃左右之后，注射填充塑性熔融樹脂，并在填充之后使金屬模具急速冷卻。
這樣，由于預(yù)先使模穴溫度升溫時(shí)，會(huì)延遲注射到模穴內(nèi)的樹脂的固化，因此，即使設(shè)定為低注射壓力來降低樹脂流動(dòng)速度，仍能夠?qū)渲畛涞侥Ｑ▋?nèi)。另外，雖然到達(dá)模穴表面的樹脂被模穴表面吸收熱量而開始固化，但由于模穴表面的溫度會(huì)升高，從而延遲了固化的開始，結(jié)果，能夠更精密地將模穴表面的形狀(細(xì)微凹凸、鏡面、皺縮圖案等)轉(zhuǎn)印至樹脂成形制品上。在該注塑成形中，包含急速加熱工序，通過急速冷卻工序能夠抑制成形周期變長(zhǎng)。
圖1表示在采用金屬模具的急速加熱、急速冷卻工序的注塑成形中使用的金屬模具。金屬模具110包括移動(dòng)側(cè)金屬模具111和固定側(cè)金屬模具112。固定側(cè)金屬模具112固定在注塑成形機(jī)的殼體(未圖示)上。移動(dòng)側(cè)金屬模具111可向固定側(cè)金屬模具112進(jìn)退地支承在殼體(未圖示)上。
移動(dòng)側(cè)金屬模具111包括外部模具114和內(nèi)部模具115。在外部模具114中形成有凹部，內(nèi)部模具115配置在形成于外部模具114上的凹部中而受到支承。在內(nèi)部模具115中，在與外部模具114接觸的表面形成有多個(gè)槽，在通過外部模具114支承內(nèi)部模具115時(shí)，這些槽形成多個(gè)流路121。在外部模具114中，還形成有未圖示的上游側(cè)流路和下游側(cè)流路。其上游側(cè)流路使流路121的上游側(cè)端部與外部加熱冷卻介質(zhì)供給源(未圖示)的吸入側(cè)和排出側(cè)中的任一側(cè)相連，其下游側(cè)流路使流路121的下游側(cè)端部與外部加熱冷卻介質(zhì)供給源的排出側(cè)和吸入側(cè)中的任一側(cè)相連。
固定側(cè)金屬模具112包括外部模具116和內(nèi)部模具117。在外部模具116中形成有凹部，內(nèi)部模具117配置在形成于外部模具116上的凹部中而受到支承。在內(nèi)部模具117中，在與外部模具116接觸的表面形成有多個(gè)槽，在內(nèi)部模具117支承在外部模具116時(shí)，這些槽形成多個(gè)流路122。在外部模具116中，還形成有上游側(cè)流路和下游側(cè)流路(未圖示)。其上游側(cè)流路使流路122的上游側(cè)端部與外部加熱冷卻介質(zhì)供給源(未圖示)的排出側(cè)和吸入側(cè)中的任一側(cè)相連，其下游側(cè)流路使流路122的下游側(cè)端部與外部加熱冷卻介質(zhì)供給源的吸入側(cè)和排出側(cè)中的任一側(cè)相連。
在內(nèi)部模具115的不與外部模具114接觸的表面形成有凹部，在內(nèi)部模具117的不與外部模具116接觸的表面也形成有凹部。在移動(dòng)側(cè)金屬模具111與固定側(cè)金屬模具112緊密貼合時(shí)，這些凹部形成模穴118。在金屬模具110中還形成有澆口(未圖示)。模穴118通過該澆口與注塑成形機(jī)的注射缸(未圖示)連通。
使用金屬模具110的注塑成形機(jī)包括可塑化機(jī)構(gòu)、注射機(jī)構(gòu)、合模機(jī)構(gòu)以及加熱冷卻機(jī)構(gòu)(均未圖示)?？伤芑瘷C(jī)構(gòu)，熔融作為原料的塑性樹脂而生成熔融樹脂。注射機(jī)構(gòu)，將由可塑化機(jī)構(gòu)生成的熔融樹脂注入模穴118中。合模機(jī)構(gòu)，使移動(dòng)側(cè)金屬模具111向固定側(cè)金屬模具112進(jìn)退，并且能夠使移動(dòng)側(cè)金屬模具111與固定側(cè)金屬模具112合模。加熱冷卻機(jī)構(gòu)，具有生成冷水的冷水供給源、生成熱水的熱水供給源以及將該冷水或熱水中一方供給到流路121、122的閥(未圖示)，使冷水在流路121、122中流動(dòng)而對(duì)模穴118的表面進(jìn)行冷卻，并使熱水在流路121、122中流動(dòng)而對(duì)模穴118的表面進(jìn)行加熱。
圖2表示了使用金屬模具110的注塑成形方法，表示供給到流路121、122中的加熱冷卻介質(zhì)(水)的溫度變化。在該注塑成形方法中，重復(fù)執(zhí)行將樹脂材料熔融，并將其注射填充到模穴內(nèi)，進(jìn)行冷卻而形成成形制品后取出之前的注塑成形的1個(gè)周期Δt。注塑成形的1個(gè)周期Δt包含金屬模具加熱期間Δt1、樹脂填充期間Δt2、金屬模具冷卻期間Δt3以及成形制品取出期間Δt4。在金屬模具加熱期間Δt1，通過加熱冷卻機(jī)構(gòu)向流路121、122供給160℃的熱水，從而對(duì)模穴118的模穴表面進(jìn)行加熱。在樹脂填充期間Δt2，通過注射機(jī)構(gòu)將由可塑化機(jī)構(gòu)生成的熔融樹脂注射填充到模穴118。在金屬模具冷卻期間Δt3，通過加熱冷卻機(jī)構(gòu)向流路121、122供給20℃的冷水，從而對(duì)模穴118的模穴表面進(jìn)行冷卻。在成形制品取出期間Δt4，通過合模機(jī)構(gòu)使移動(dòng)側(cè)金屬模具111向遠(yuǎn)離固定側(cè)金屬模具的方向移動(dòng)，由此開模而從模穴118取出成形制品，取出成形制品后，使移動(dòng)側(cè)金屬模具111向固定側(cè)模具112移動(dòng)，從而使移動(dòng)側(cè)金屬模具111與固定側(cè)模具112閉模、合模而準(zhǔn)備下一個(gè)注塑成形周期。
加熱冷卻機(jī)構(gòu)，將熱水或冷水持續(xù)供給到流路121、122。即，加熱冷卻機(jī)構(gòu)在金屬模具加熱期間Δt1和樹脂填充期間Δt2，向流路121、122供給熱水；而在金屬模具冷卻期間Δt3和成形制品取出期間Δt4，向流路121、122供給冷水。
根據(jù)這種注塑成形方法，注射填充到模穴118內(nèi)的熔融樹脂在其表面與模穴118表面充分緊密貼合后被冷卻而凝固。因此，成形制品的表面形狀與模穴118的模穴表面形狀相仿。例如，在模穴118的表面上形成有細(xì)微的凹凸形狀時(shí)，將該細(xì)微的凹凸形狀轉(zhuǎn)印為成形制品的表面形狀。在模穴118的表面為鏡面時(shí)，成形制品的表面就形成鏡面。希望設(shè)計(jì)出能夠更加精密地將模穴118的表面形狀轉(zhuǎn)印至成形制品的表面精密轉(zhuǎn)印的金屬模具、注塑成形條件。
已經(jīng)公開有各種注塑成形模擬方法，在這些方法中，通過數(shù)值分析求出成形工藝中金屬模具的溫度歷程，或者，預(yù)測(cè)冷卻工序中樹脂成形制品的溫度歷程、彎曲、收縮等的變形量。
在特開平05-322812號(hào)公報(bào)中，公開了一種注塑成形用金屬模具的傳熱系數(shù)計(jì)算方法，該方法能夠確定局部不同的傳熱系數(shù)，并且能夠考慮溫度傳感器從其與供給介質(zhì)之間的邊界分離的影響以及來自外壁的放熱現(xiàn)象的影響，計(jì)算出傳熱系數(shù)。在該注塑成形用金屬模具的傳熱系數(shù)計(jì)算方法中，對(duì)在金屬模具溫度調(diào)配管內(nèi)進(jìn)行的熱交換，考慮到來自金屬模具外壁的放熱現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)，由此可通過該數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)方法計(jì)算出金屬模具的傳熱系數(shù)。
在特開平06-262635號(hào)公報(bào)中，公開了在結(jié)晶性塑性成形制品的成形中，可得到最佳成形條件的結(jié)晶性塑性成形制品中的成形條件的設(shè)定方法。該結(jié)晶性塑性成形制品中的成形條件的設(shè)定方法如下通過將晶核產(chǎn)生速度公式、球晶生長(zhǎng)速度公式代入Avrami公式中，作為時(shí)間與溫度的函數(shù)而求出樹脂的結(jié)晶成長(zhǎng)速度，并通過模擬等方法求出一側(cè)金屬模具內(nèi)的樹脂溫度，作為時(shí)間的函數(shù)，從這兩者求出結(jié)晶度的累計(jì)值。由此，使金屬模具溫度、樹脂溫度、冷卻固化時(shí)間達(dá)到最佳。
在特開平07-282123號(hào)公報(bào)中，公開了一種金屬模具的溫度分析方法，該方法能夠有效縮短數(shù)值計(jì)算所需的時(shí)間，并能進(jìn)行精密的溫度分析。在該金屬模具的溫度分析方法中，根據(jù)由以網(wǎng)狀分割的多邊形要素的集合體構(gòu)成的金屬模具的分析模型，通過數(shù)值計(jì)算對(duì)各部分的溫度進(jìn)行分析。在與金屬模具的形狀等對(duì)應(yīng)地設(shè)定構(gòu)成各部分的多邊形要素的分割寬度的，并且根據(jù)該多邊形要素的分割寬度改變?cè)谏鲜鰯?shù)值計(jì)算中使用的各物性值，利用該改變后的各物性值進(jìn)行上述金屬模具模型的溫度分析。
在特開平10-278085號(hào)公報(bào)中，公開了一種注塑成形工藝中的溫度歷程預(yù)測(cè)裝置，該裝置并不將金屬模具內(nèi)部分割為微小的要素，而是將金屬模具的表面分割為要素，從而預(yù)測(cè)成形工藝中的成形制品、金屬模具的溫度歷程，能夠縮短計(jì)算時(shí)間。該注塑成形工藝中的溫度歷程預(yù)測(cè)裝置，通過數(shù)值分析預(yù)測(cè)注塑成形工藝的成形制品以及金屬模具的溫度歷程。將成形制品部分割為微小要素，并通過采用有限要素法、差分法、有限體積法、邊界要素法等數(shù)值計(jì)算方法解決非穩(wěn)定傳熱問題，從而可對(duì)應(yīng)每個(gè)要素計(jì)算出從成形制品向金屬模具的模穴表面排放的1個(gè)周期的平均熱量。將金屬模具部分割為微小要素，作為邊界條件在金屬模具模穴面的各要素，通過上述第1計(jì)算部計(jì)算出的各要素的成形制品向金屬模具排放的1個(gè)周期的平均熱量，在冷卻管的表面賦予冷卻介質(zhì)溫度、冷卻介質(zhì)與金屬模具之間的傳熱率，在與外部空氣接觸的金屬表面賦予與大氣溫度、外部空氣與金屬模具之間的傳熱率，并采用邊界要素法、有限要素法、有限體積法、差分法等數(shù)值計(jì)算方法來解決穩(wěn)定傳熱問題，由此計(jì)算出金屬模具的溫度和熱流速。根據(jù)所輸入的邊界條件以及通過上述第2計(jì)算部得出的溫度分布、熱流速，可計(jì)算出將從模穴表面至冷卻管的距離以及冷卻介質(zhì)與冷卻管之間的傳熱率轉(zhuǎn)換成一維模型的等價(jià)距離、等價(jià)傳熱率。利用求出的等價(jià)距離、等價(jià)傳熱率，將成形制品和從模穴表面至冷卻管的金屬模具，在板厚方向上分割為一維微小要素，通過使用有限要素法或差分法、有限體積法的數(shù)值計(jì)算反復(fù)解決非穩(wěn)定傳熱問題，由此計(jì)算出注塑成形加工工藝中的成形制品和金屬模具的溫度歷程。
在特開平10-278089號(hào)公報(bào)中，公開了一種注塑成形工藝的模擬方法，該方法能夠以更少的投資和分析作業(yè)時(shí)間計(jì)算出作為樹脂成形制品的最終狀態(tài)下的彎曲、收縮等引起的樹脂成形制品的變形量。在該樹脂部件的注塑成形工藝的模擬方法中，根據(jù)金屬模具和樹脂部件的形狀數(shù)據(jù)生成形狀模型，并將形狀模型分割為多個(gè)微小要素。輸入樹脂部件的設(shè)計(jì)參數(shù)，求出將從樹脂流入金屬模具的流入口到達(dá)上述多個(gè)微小要素中各要素的到達(dá)參數(shù)(x)作為變量的樹脂溫度的函數(shù)(t＝f[x])以及樹脂壓力的函數(shù)(p＝g[x])。根據(jù)在前一個(gè)工序中求出的到達(dá)參數(shù)、樹脂溫度、樹脂壓力以及函數(shù)，表示金屬模具內(nèi)的上述樹脂溫度和樹脂壓力的分散值。根據(jù)樹脂溫度以及樹脂壓力的分散值，對(duì)所輸入的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行。
在特開平2000-289076號(hào)公報(bào)中，公開了一種提高成形過程中樹脂的物理動(dòng)態(tài)的預(yù)測(cè)精度的樹脂成形模擬方法。在該樹脂成形模擬方法中，對(duì)樹脂注塑成形過程中的金屬模具內(nèi)的傳熱現(xiàn)象進(jìn)行模擬，并計(jì)算出金屬模具的溫度分布。根據(jù)計(jì)算出的金屬模具的溫度分布，參照金屬模具溫度和界面?zhèn)鳠崧手g的相關(guān)關(guān)系圖，計(jì)算出界面?zhèn)鳠崧?。?duì)從開始填充至脫模期間的熔融樹脂的動(dòng)態(tài)進(jìn)行模擬，計(jì)算出樹脂壓力和樹脂溫度的時(shí)效變化，從而對(duì)注塑成形制品達(dá)到常溫之前的應(yīng)力和變形進(jìn)行模擬。預(yù)測(cè)彎曲變形和收縮變形，并輸出計(jì)算出的金屬模具溫度分布、樹脂壓力以及樹脂溫度的時(shí)效變化、注塑成形制品的彎曲變形以及收縮變形。
在特開2003-326581號(hào)公報(bào)中，公開了求出樹脂收縮引起的變形量在容許值以內(nèi)的冷卻條件的方法以及求出將時(shí)效變化引起的變形量控制在容許值以內(nèi)時(shí)所需要的冷卻條件的方法。在基于該收縮率的注塑成形制品的模具內(nèi)冷卻條件的預(yù)測(cè)方法中，考慮成形制品、金屬模具的溫度以及成形制品的樹脂壓力、預(yù)測(cè)溫度的部分以及模具內(nèi)冷卻中的成形制品的粘彈性特性來進(jìn)行應(yīng)力模擬，并預(yù)測(cè)模具內(nèi)的殘余應(yīng)力，從而對(duì)成形制品脫離金屬模具的現(xiàn)象中的應(yīng)力進(jìn)行模擬。進(jìn)行考慮成形制品達(dá)到大氣溫度之前的成形制品的溫度以及粘彈性特性的應(yīng)力模擬，并考慮到從成形制品達(dá)到大氣溫度至經(jīng)過指定時(shí)間為止大氣中的成形制品的粘彈性特性進(jìn)行應(yīng)力模擬。對(duì)于冷卻條件而言，求出用于將時(shí)效變化引起的收縮率控制在容許值以下時(shí)所需的冷卻條件。
在想要通過數(shù)學(xué)分析求出由注塑成形形成的樹脂成形制品的、成形(冷卻)工序中的溫度歷程，并準(zhǔn)確預(yù)測(cè)彎曲、收縮等的變形量的情況下，需要除了考慮受到流經(jīng)金屬模具內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)流路的加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的影響(金屬模具的加熱、冷卻)以外，還考慮注射到金屬模具內(nèi)并到達(dá)模穴表面的樹脂所擁有的熱量的影響來分析模穴的表面溫度分布、歷程，并且，以這樣分析出的模穴表面溫度的分布、歷程為基礎(chǔ)，分析成形工藝(冷卻工序)中的樹脂成形制品的溫度歷程，并預(yù)測(cè)彎曲、收縮等的變形量，即需要進(jìn)行結(jié)合金屬模具分析和成形制品分析雙方的數(shù)值分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題在于，提供結(jié)合金屬模具分析和成形制品分析來計(jì)算通過注塑成形形成的成形制品的形狀的注塑成形模擬裝置和注塑成形模擬方法。
本發(fā)明的另一課題在于，提供結(jié)合金屬模具分析和成形制品分析更加準(zhǔn)確地計(jì)算通過注塑成形形成的成形制品的形狀的注塑成形模擬裝置和注塑成形模擬方法。
本發(fā)明的另一課題在于，提供能更迅速計(jì)算出通過注塑成形形成的成形制品的形狀的注塑成形模擬裝置和注塑成形模擬方法。
本發(fā)明的另一課題在于，提供能更加準(zhǔn)確并更迅速地計(jì)算出通過注塑成形形成的成形制品的形狀的注塑成形模擬裝置和注塑成形模擬方法。
在本發(fā)明的觀點(diǎn)中，注塑成形模擬裝置，包括金屬模具條件收集部，收集形成有模穴的金屬模具的金屬模具形狀、對(duì)金屬模具進(jìn)行加熱的加熱條件以及對(duì)金屬模具進(jìn)行冷卻的冷卻條件；金屬模具模擬部，根據(jù)金屬模具形狀、加熱條件和冷卻條件，計(jì)算出模穴的表面溫度；樹脂條件收集部，收集注射填充到模穴內(nèi)的樹脂的性質(zhì)；和樹脂模擬部，根據(jù)樹脂的性質(zhì)和模穴表面溫度，計(jì)算出將樹脂注射到模穴內(nèi)時(shí)的樹脂的動(dòng)態(tài)，并根據(jù)該樹脂的動(dòng)態(tài)，計(jì)算出由注射到模穴的樹脂形成的成形制品的形狀。這種注塑成形模擬裝置能夠模擬出對(duì)注射到加熱后的金屬模具中的樹脂進(jìn)行冷卻而形成的成形制品的形狀。樹脂在填充到模穴的中途就被冷卻，會(huì)對(duì)成形制品的形狀帶來影響。根據(jù)這種計(jì)算，注塑成形模擬裝置能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算出成形制品的形狀。
優(yōu)選的是，金屬模具模擬部根據(jù)樹脂的動(dòng)態(tài)計(jì)算出模穴表面溫度。模穴表面也會(huì)被樹脂加熱。根據(jù)這種計(jì)算，注塑成形模擬裝置能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算出模穴表面溫度。
優(yōu)選的是，金屬模具模擬部獨(dú)立于樹脂的動(dòng)態(tài)地計(jì)算出模穴表面溫度。一般情況下，金屬模具的比熱遠(yuǎn)大于樹脂，對(duì)于模穴表面溫度而言，能夠獨(dú)立于樹脂的動(dòng)態(tài)計(jì)算出模穴表面溫度。進(jìn)而優(yōu)選的是，這種注塑成形模擬裝置通過結(jié)合樹脂動(dòng)態(tài)來更加迅速地計(jì)算出模穴表面溫度。
模穴表面溫度表示多個(gè)時(shí)刻的模穴表面溫度。此時(shí)，進(jìn)而優(yōu)選的是，金屬模具模擬部進(jìn)一步根據(jù)該動(dòng)態(tài)中的從多個(gè)時(shí)刻抽取的時(shí)刻的動(dòng)態(tài)計(jì)算出模穴表面溫度。這種注塑成形模擬裝置，通過結(jié)合樹脂的動(dòng)態(tài)計(jì)算出模穴表面溫度，能迅速地進(jìn)行計(jì)算，并且通過獨(dú)立于樹脂的動(dòng)態(tài)地計(jì)算出模穴表面溫度，能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算出模穴表面溫度，能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算出成形制品的形狀。
優(yōu)選的是，金屬模具模擬部對(duì)在特定時(shí)刻瞬時(shí)填充全部樹脂的樹脂填充工序進(jìn)行模型化，從而計(jì)算出模穴表面溫度。進(jìn)而優(yōu)選的是，金屬模具模擬部將所注射填充的全部樹脂分割為多份，并對(duì)在各個(gè)特定時(shí)刻瞬時(shí)填充所分割的各個(gè)量的樹脂的樹脂填充工序進(jìn)行模型化，從而計(jì)算出模穴表面溫度。
金屬模具模擬部進(jìn)而計(jì)算出模穴表面變形的變形量。此時(shí)優(yōu)選的是，樹脂模擬部進(jìn)一步根據(jù)模穴表面的變形量，計(jì)算出成形制品的形狀。模穴表面因熱而變形。成形制品的形狀會(huì)影響模穴表面的變形。根據(jù)這種計(jì)算，注塑成形模擬裝置能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算出成形制品的形狀。
樹脂模擬部進(jìn)而計(jì)算出由樹脂施加在模穴表面上的壓力分布。此時(shí)優(yōu)選的是，金屬模具進(jìn)一步根據(jù)壓力分布計(jì)算出變形量。模穴表面因壓力而進(jìn)一步變形。根據(jù)這種計(jì)算，注塑成形模擬裝置能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算成形制品的形狀。
本發(fā)明的注塑成形模擬程序?yàn)橥ㄟ^作為計(jì)算機(jī)的注塑成形模擬裝置執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序，作為該計(jì)算機(jī)程序部分，其包括收集形成有模穴的金屬模具的金屬模具形狀、對(duì)金屬模具進(jìn)行加熱的加熱條件以及對(duì)金屬模具進(jìn)行冷卻的冷卻條件的步驟；根據(jù)金屬模具形狀、加熱條件和冷卻條件，計(jì)算出模穴的表面溫度的步驟；收集注射填充到模穴內(nèi)的樹脂的性質(zhì)的步驟；和根據(jù)樹脂的性質(zhì)和模穴表面溫度，計(jì)算出將樹脂注射到模穴內(nèi)時(shí)的樹脂的動(dòng)態(tài)，并根據(jù)該樹脂的動(dòng)態(tài)，計(jì)算出由注射到模穴的樹脂形成的成形制品的形狀的步驟。此時(shí)，能夠模擬出對(duì)注射到金屬模具的被加熱樹脂進(jìn)行冷卻而形成的成形制品的形狀。樹脂在填充到模穴的途中就被冷卻，會(huì)對(duì)成形制品的形狀帶來影響。根據(jù)這種計(jì)算，能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算出成形制品的形狀。
優(yōu)選的是，進(jìn)一步根據(jù)樹脂的動(dòng)態(tài)被計(jì)算出模穴表面溫度。模穴表面也會(huì)被樹脂加熱。根據(jù)這種計(jì)算，能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算出模穴表面溫度。
優(yōu)選的是，獨(dú)立于樹脂的動(dòng)態(tài)地計(jì)算出模穴表面溫度。一般情況下，金屬模具的比熱遠(yuǎn)大于樹脂，能夠獨(dú)立于樹脂的動(dòng)態(tài)地計(jì)算出模穴表面溫度。進(jìn)而優(yōu)選的是，通過結(jié)合樹脂動(dòng)態(tài)來更加迅速地計(jì)算出模穴表面溫度。
模穴表面溫度表示多個(gè)時(shí)刻的模穴表面溫度，優(yōu)選的是，進(jìn)一步根據(jù)該動(dòng)態(tài)中的從多個(gè)時(shí)刻抽取的時(shí)刻的動(dòng)態(tài)計(jì)算出模穴表面溫度。此時(shí)，通過結(jié)合樹脂的動(dòng)態(tài)計(jì)算出模穴表面溫度，能迅速地進(jìn)行計(jì)算，并且通過獨(dú)立于樹脂的動(dòng)態(tài)地計(jì)算出模穴表面溫度，能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算出模穴表面溫度，能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算出成形制品的形狀。
優(yōu)選的是，對(duì)在特定時(shí)刻瞬時(shí)填充全部樹脂的樹脂填充工序進(jìn)行模型化，從而計(jì)算出模穴表面溫度。進(jìn)而優(yōu)選的是，將所注射填充的全部樹脂分割為多份，并對(duì)在各個(gè)特定時(shí)刻瞬時(shí)填充所分割的各個(gè)量的樹脂的樹脂填充工序?qū)崿F(xiàn)模型化，從而計(jì)算出模穴表面溫度。
本發(fā)明的注塑成形模擬程序進(jìn)一步具有計(jì)算模穴表面變形的變形量的步驟。此時(shí)優(yōu)選的是，進(jìn)一步根據(jù)變形量計(jì)算出成形制品的形狀。模穴表面因熱而變形。成形制品的形狀會(huì)影響模穴表面的變形。根據(jù)這種計(jì)算，能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算成形制品的形狀。
本發(fā)明的注塑成形模擬程序進(jìn)一步具有計(jì)算由樹脂施加在模穴表面上的壓力分布的步驟。此時(shí)優(yōu)選的是，進(jìn)一步根據(jù)壓力分布計(jì)算出變形量。模穴表面因壓力而進(jìn)一步變形。根據(jù)這種計(jì)算，能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算出成形制品的形狀。
本發(fā)明的注塑成形模擬方法，包括收集形成有模穴的金屬模具的金屬模具形狀、對(duì)金屬模具進(jìn)行加熱的加熱條件以及對(duì)金屬模具進(jìn)行冷卻的冷卻條件的步驟；根據(jù)金屬模具形狀、加熱條件和冷卻條件，計(jì)算出模穴的表面溫度的步驟；收集注射填充到模穴內(nèi)的樹脂的性質(zhì)的步驟；和根據(jù)樹脂的性質(zhì)和模穴表面溫度，計(jì)算出將樹脂注射到模穴內(nèi)時(shí)的樹脂的動(dòng)態(tài)，并根據(jù)該樹脂的動(dòng)態(tài)，計(jì)算出由注射到模穴的樹脂形成的成形制品的形狀的步驟。此時(shí)，能夠模擬出對(duì)注射到加熱后的金屬模具內(nèi)的樹脂進(jìn)行冷卻而形成的成形制品的形狀。樹脂在填充到模穴的途中就被冷卻，會(huì)對(duì)成形制品的形狀帶來影響。根據(jù)這種計(jì)算，能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算出成形制品的形狀。
優(yōu)選的是，進(jìn)一步根據(jù)樹脂的動(dòng)態(tài)計(jì)算出模穴表面溫度。模穴表面也會(huì)被樹脂加熱。根據(jù)這種計(jì)算，能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算出模穴表面溫度。
優(yōu)選的是，獨(dú)立于樹脂的動(dòng)態(tài)地計(jì)算出模穴表面溫度。一般情況下，金屬模具的比熱遠(yuǎn)大于樹脂，能夠獨(dú)立于樹脂的動(dòng)態(tài)地計(jì)算出模穴表面溫度。進(jìn)而優(yōu)選的是，通過結(jié)合樹脂動(dòng)態(tài)來更加迅速地計(jì)算出模穴表面溫度。
模穴表面溫度表示多個(gè)時(shí)刻的模穴表面溫度，優(yōu)選的是，進(jìn)一步根據(jù)該動(dòng)態(tài)中的從多個(gè)時(shí)刻抽取的時(shí)刻的動(dòng)態(tài)計(jì)算出模穴表面溫度。此時(shí)，通過結(jié)合樹脂的動(dòng)態(tài)計(jì)算出模穴表面溫度，能迅速地進(jìn)行計(jì)算，并且通過獨(dú)立于樹脂的動(dòng)態(tài)地計(jì)算出模穴表面溫度，能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算出模穴表面溫度，能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算出成形制品的形狀。
優(yōu)選的是，對(duì)在特定時(shí)刻瞬時(shí)填充全部樹脂的樹脂填充工序進(jìn)行模型化，從而計(jì)算出模穴表面溫度。進(jìn)而優(yōu)選的是，將注射填充的全部樹脂分割為多份，并對(duì)在各個(gè)特定時(shí)刻瞬時(shí)填充所分割的各個(gè)量的樹脂的樹脂填充工序?qū)崿F(xiàn)模型化，從而計(jì)算出模穴表面溫度。
本發(fā)明的注塑成形模擬方法進(jìn)一步具有計(jì)算模穴表面變形的變形量的步驟。此時(shí)優(yōu)選的是，進(jìn)一步根據(jù)模穴的變形量計(jì)算出成形制品的形狀。模穴表面因熱而變形。成形制品的形狀會(huì)影響模穴表面的變形。根據(jù)這種計(jì)算，能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算出成形制品的形狀。
本發(fā)明的注塑成形模擬方法進(jìn)一步具有計(jì)算由樹脂施加在模穴表面上的壓力分布的步驟。此時(shí)優(yōu)選的是，進(jìn)一步根據(jù)壓力分布計(jì)算出變形量。模穴表面因壓力而進(jìn)一步變形。根據(jù)這種計(jì)算，能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算出成形制品的形狀。
本發(fā)明的金屬模具的制造方法是生產(chǎn)金屬模具的方法，優(yōu)選包括執(zhí)行本發(fā)明的注塑成形模擬方法的步驟；在成形制品的形狀不適合時(shí)，改變金屬模具形狀的步驟；和在成形制品形狀適合時(shí)，制造滿足金屬模具形狀的真正的金屬模具的步驟。
本發(fā)明的注塑成形方法是生產(chǎn)成形制品的方法，優(yōu)選包括本發(fā)明的注塑成形模擬方法的步驟；在成形制品形狀不適合時(shí)，改變加熱條件和冷卻條件的步驟；和在成形制品形狀適合時(shí)，利用滿足金屬模具形狀的真正的金屬模具，滿足加熱條件和冷卻條件地進(jìn)行注塑成形的步驟。


圖1是表示現(xiàn)有的金屬模具的透視剖視圖。
圖2是表示現(xiàn)有的注塑成形中冷卻水的溫度變化的圖表。
圖3是表示在本發(fā)明的注塑成形中使用的金屬模具的透視剖視4是表示本發(fā)明的注塑成形中的冷卻水的溫度變化的圖表。
圖5是表示填充到模穴內(nèi)的熔融樹脂的透視圖。
圖6是表示本發(fā)明第1實(shí)施例的注塑成形模擬裝置的框圖。
圖7是表示在本發(fā)明第1實(shí)施例中設(shè)計(jì)金屬模具和運(yùn)轉(zhuǎn)條件的動(dòng)作的流程圖。
圖8是表示在本發(fā)明第1實(shí)施例中驗(yàn)證運(yùn)轉(zhuǎn)條件的動(dòng)作的流程圖。
圖9是表示在本發(fā)明第1實(shí)施例中對(duì)金屬模具的模穴表面的動(dòng)態(tài)進(jìn)行模擬的動(dòng)作的流程圖。
圖10是表示在本發(fā)明第1實(shí)施例中對(duì)樹脂的動(dòng)態(tài)進(jìn)行模擬的動(dòng)作的流程圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的注塑成形模擬裝置進(jìn)行說明。如圖3所示，作為該注塑成形模擬裝置的模擬對(duì)象的金屬模具10，由移動(dòng)側(cè)金屬模具11和固定側(cè)金屬模具12構(gòu)成。在注射填充塑性熔化的樹脂材料，并使其冷卻而形成成形制品的注塑成形機(jī)中，使用金屬模具10。固定側(cè)金屬模具12固定在注塑成形機(jī)的殼體(未圖示)上。移動(dòng)側(cè)金屬模具11可向固定側(cè)金屬模具12進(jìn)退地支撐在殼體(未圖示)上。
移動(dòng)側(cè)金屬模具11包括外部模具14和內(nèi)部模具15。在外部模具14上形成有凹部，內(nèi)部模具15配置在形成于外部模具14上的凹部中而受到支承。在內(nèi)部模具15中，在與外部模具14接觸的表面形成有多個(gè)槽，在將內(nèi)部模具15支承在外部模具14上時(shí)，這些槽形成多個(gè)流路21。在外部模具14中還形成有上游側(cè)流路和下游側(cè)流路(未圖示)。其上游側(cè)流路使流路21的上游側(cè)端與外部的加熱冷卻介質(zhì)供給源(未圖示)的排出側(cè)或吸入側(cè)中的任一側(cè)相連，其下游側(cè)流路使流路21的下游側(cè)端與上述外部的加熱冷卻介質(zhì)供給源的排出側(cè)或吸入側(cè)中的另一側(cè)相連。
固定側(cè)金屬模具12包括外部模具16和內(nèi)部模具17。在外部模具16中形成有凹部，內(nèi)部模具17配置在形成于外部模具17上的上述凹部中而受到支承。在內(nèi)部模具17中，在與外部模具16接觸的表面形成有多個(gè)槽，當(dāng)內(nèi)部模具17支承在外部模具16時(shí)，這些槽形成多個(gè)流路22。在外部模具16中，還形成有上游側(cè)流路和下游側(cè)流路(未圖示)。其上游側(cè)流路使流路22的上游側(cè)端與外部的加熱冷卻介質(zhì)供給源(未圖示)的排出側(cè)或吸入側(cè)中的任一側(cè)相連，其下游側(cè)流路使流路22的下游側(cè)端與上述外部的加熱冷卻介質(zhì)供給源的排出側(cè)或吸入側(cè)中的另一側(cè)相連。
在內(nèi)部模具15的不與外部模具14接觸的表面形成有凹部，在內(nèi)部模具17的不與外部模具16接觸的表面也形成凹部。在移動(dòng)側(cè)金屬模具11與固定側(cè)金屬模具12緊密貼合時(shí)，這些凹部形成模穴18。在金屬模具10中還形成有澆口(未圖示)。模穴18通過該澆口與注塑成形機(jī)的注射缸(未圖示)連通。
使用金屬模具10的注塑成形機(jī)包括未圖示的可塑化機(jī)構(gòu)、注射機(jī)構(gòu)、合模機(jī)構(gòu)以及加熱冷卻機(jī)構(gòu)?？伤芑瘷C(jī)構(gòu)，熔融作為原料的塑性樹脂而生成熔融樹脂。注射機(jī)構(gòu)，將由可塑化機(jī)構(gòu)生成的熔融樹脂注入模穴18中。合模機(jī)構(gòu)，使移動(dòng)側(cè)金屬模具11向固定側(cè)金屬模具12進(jìn)退而對(duì)模具進(jìn)行開閉，并且能夠使移動(dòng)側(cè)金屬模具11與固定側(cè)金屬模具12合模。加熱冷卻機(jī)構(gòu)，具有生成冷水的冷水供給源、生成熱水的熱水供給源以及將該冷水或熱水中的一方供給到流路21、22的閥，使冷水在流路21、22中流動(dòng)而對(duì)模穴18的表面進(jìn)行冷卻，并使熱水在流路21、22中流動(dòng)而對(duì)模穴118的表面進(jìn)行加熱。
圖4表示使用金屬模具10的注塑成形方法，表示供給到流路21、22中的加熱冷卻介質(zhì)(水)的溫度變化。在該注塑成形方法中，重復(fù)執(zhí)行將樹脂材料熔融，并將其注射填充到金屬模具模穴內(nèi)，進(jìn)行冷卻而形成成形制品后取出之前的注塑成形的1個(gè)周期Δt。注塑成形的1個(gè)周期Δt包含金屬模具加熱期間Δt1、樹脂填充期間Δt2、金屬模具冷卻期間Δt3以及成形制品取出期間Δt4。在金屬模具加熱期間Δt1，通過加熱冷卻機(jī)構(gòu)向流路21、22供給熱水，從而對(duì)模穴18的模穴表面進(jìn)行加熱。在樹脂填充期間Δt2，通過注射機(jī)構(gòu)將由可塑化機(jī)構(gòu)生成的熔融樹脂注射填充到模穴18。在金屬模具冷卻期間Δt3，通過加熱冷卻機(jī)構(gòu)向流路21、22供給冷水，從而對(duì)模穴118的模穴表面進(jìn)行冷卻。在成形制品取出期間Δt4，通過合模機(jī)構(gòu)使移動(dòng)側(cè)金屬模具11向遠(yuǎn)離固定側(cè)金屬模具12的方向移動(dòng)，由此開模而從模穴18取出成形制品，取出成形制品后，使移動(dòng)側(cè)金屬模具11向固定側(cè)模具12移動(dòng)，從而使移動(dòng)側(cè)金屬模具11與固定側(cè)模具12閉模、合模而準(zhǔn)備下一個(gè)注塑成形周期。
加熱冷卻機(jī)構(gòu)，將熱水或冷水持續(xù)供給到流路21、22。即，加熱冷卻機(jī)構(gòu)在金屬模具加熱期間Δt1和樹脂填充期間Δt2向流路21、22供給熱水；而在金屬模具冷卻期間t3和成形制品取出期間Δt4向流路21、22供給冷水。
圖5表示注射到模穴18內(nèi)的樹脂的動(dòng)態(tài)。通過形成于金屬模具10上的澆口33，將該樹脂31注射到模穴18內(nèi)。該樹脂31的表面由在將樹脂31填充到模穴18之前不與模穴18的模穴表面接觸的熔融前部32和與模穴表面接觸的接觸面34形成。通過澆口33將樹脂31注射到模穴18內(nèi)時(shí)，熔融前部32從模穴表面中接近澆口33的區(qū)域向模穴表面中遠(yuǎn)離澆口33的區(qū)域移動(dòng)，最終消失。接觸面34的面積隨著樹脂31注射到模穴18而增大，最終與模穴表面相一致。樹脂31從接觸面34向金屬模具10放熱。
圖6表示本發(fā)明的注塑成形模擬裝置。該注塑成形模擬裝置1為包括未圖示的CPU、存儲(chǔ)裝置、輸入裝置以及輸出裝置的信息處理裝置(計(jì)算機(jī))。作為這種信息處理裝置，例如有個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站。輸入裝置為由使用者操作來將生成的信息輸入到注塑成形模擬裝置1的裝置，例如有記錄介質(zhì)的讀取裝置、鍵盤。作為輸出裝置，例如有顯示器、打印機(jī)。在該注塑成形模擬裝置1中，金屬模具條件收集部2、金屬模具模擬部3、樹脂條件收集部4和樹脂模擬部5通過計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)。
金屬模具條件收集部2，從輸入裝置收集使用者利用該輸入裝置輸入的金屬模具條件。該金屬模具條件表示金屬模具的結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)條件。上述金屬模具的結(jié)構(gòu)表示模穴18的形狀、流路21，22的剖面形狀以及流路21，22的布置。上述運(yùn)轉(zhuǎn)條件包含加熱條件和冷卻條件。該加熱條件表示由流路21，22供給的熱水的溫度和流量。該冷卻條件表示由流路21，22供給的冷水的溫度和流量。
金屬模具模擬部3，根據(jù)通過金屬模具條件收集部2收集的金屬模具條件，形成金屬模具10的數(shù)學(xué)模型，并利用該數(shù)學(xué)模型計(jì)算出模穴表面的溫度分布、溫度變化和熱變形。溫度分布分別表示將模穴18的模穴表面分割成的多個(gè)微小區(qū)域的某一時(shí)刻的溫度。溫度變化表示各微小區(qū)域在以規(guī)定時(shí)間間隔對(duì)時(shí)間進(jìn)行劃分的多個(gè)時(shí)刻的溫度。熱變形表示在上述多個(gè)時(shí)刻的該微小區(qū)域的移動(dòng)量。作為這種數(shù)值計(jì)算方法，例如有例將金屬模具10分割為微小要素后進(jìn)行計(jì)算的方法，例如有限要素法、差分法、有限體積法、邊界要素法等。此時(shí)，金屬模具模擬部3不使用由樹脂模擬部5計(jì)算出的結(jié)果而獨(dú)立工作。
樹脂條件收集部4，從輸入裝置收集使用者利用輸入裝置輸入的樹脂條件。該樹脂條件表示注射到模穴18內(nèi)的樹脂的物性和成形條件。該物性表示出顯示各溫度下的粘度的粘度特性和顯示傳熱率與壓力、體積、溫度的關(guān)系的PVT特性。該成形條件表示澆口33的位置以及將樹脂注射到模穴18內(nèi)的注射速度和注射到模穴18內(nèi)時(shí)的樹脂溫度。
樹脂模擬部5，根據(jù)由樹脂條件收集部4收集的樹脂條件，生成樹脂31的數(shù)學(xué)模型，并利用該數(shù)學(xué)模型，根據(jù)由金屬模具模擬部3計(jì)算出的模穴表面的溫度分布、溫度變化和熱變形計(jì)算出樹脂31的動(dòng)態(tài)和成形制品的形狀。該動(dòng)態(tài)表示將樹脂31分割成的多個(gè)微小要素的位置、溫度、壓力。作為這種樹脂計(jì)算方法，例如有將樹脂31分割為微小要素后進(jìn)行計(jì)算的方法，例如有限要素法、差分法、有限體積法、邊界要素法等。
本發(fā)明的金屬模具制造方法的實(shí)施例具有設(shè)計(jì)金屬模具及運(yùn)轉(zhuǎn)條件的動(dòng)作和驗(yàn)證運(yùn)轉(zhuǎn)條件的動(dòng)作。
圖7表示設(shè)計(jì)金屬模具和運(yùn)轉(zhuǎn)條件的動(dòng)作。設(shè)計(jì)者首先根據(jù)目標(biāo)成形制品的形狀，適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)金屬模具的結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)條件(步驟S1)。設(shè)計(jì)者將所設(shè)計(jì)出的該金屬模具的結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)條件輸入到注塑成形模擬裝置1，并將形成目標(biāo)成形制品的樹脂的樹脂條件輸入到注塑成形模擬裝置1。注塑成形模擬裝置1，根據(jù)所輸入的信息，對(duì)金屬模具的動(dòng)態(tài)和樹脂的動(dòng)態(tài)進(jìn)行模擬，從而計(jì)算出成形制品的形狀(步驟S2)。在計(jì)算出的成形制品的形狀與目標(biāo)形狀之間的誤差超出容許范圍而不適合時(shí)(步驟S3，否)，設(shè)計(jì)者參照計(jì)算出的成形制品的形狀，重新設(shè)計(jì)金屬模具的形狀和運(yùn)轉(zhuǎn)條件，以使成形制品形成目標(biāo)形狀(步驟4S1)。重復(fù)執(zhí)行步驟S1、S2的動(dòng)作，直至計(jì)算出的成形制品的形狀與目標(biāo)形狀之間的誤差包含在容許范圍內(nèi)。
圖8包括驗(yàn)證運(yùn)轉(zhuǎn)條件的動(dòng)作。設(shè)計(jì)者根據(jù)通過圖7的動(dòng)作設(shè)計(jì)出的金屬模具的結(jié)構(gòu)制造金屬模具(步驟S10)。設(shè)計(jì)者還根據(jù)通過圖7的動(dòng)作設(shè)計(jì)出的運(yùn)轉(zhuǎn)條件，利用該金屬模具進(jìn)行注塑成形(步驟S11)。設(shè)計(jì)者測(cè)量所成形的成形制品的形狀，判斷所成形的成形制品的形狀與目標(biāo)形狀之間的誤差是否超出容許范圍(步驟S12)。
在誤差超出容許范圍時(shí)(步驟S12，否)，設(shè)計(jì)者改變運(yùn)轉(zhuǎn)條件以使誤差不超出容許范圍(步驟S13)。當(dāng)設(shè)計(jì)者判斷通過運(yùn)轉(zhuǎn)條件的改變?cè)撜`差必定不會(huì)超出容許范圍時(shí)(步驟S14，否)，執(zhí)行圖5的操作，重新設(shè)計(jì)金屬模具的形狀和運(yùn)轉(zhuǎn)條件，以防止產(chǎn)生缺陷(步驟S15)。
根據(jù)這種金屬模具制造方法，能夠更容易且更可靠地設(shè)計(jì)出所成形的成形制品的形狀與目標(biāo)形狀之間的誤差不會(huì)超出容許范圍的金屬模具的結(jié)構(gòu)與運(yùn)轉(zhuǎn)條件。
本發(fā)明的注塑成形方法的實(shí)施例由如下動(dòng)作形成在圖7的動(dòng)作中，利用根據(jù)計(jì)算出的成形制品的形狀與目標(biāo)形狀之間的誤差包含在容許范圍內(nèi)時(shí)設(shè)計(jì)出的金屬模具的結(jié)構(gòu)制成的金屬模具，并滿足此時(shí)設(shè)計(jì)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件地進(jìn)行注塑成形。根據(jù)這種注塑成形方法，成形制品容易形成目標(biāo)形狀，因而優(yōu)選。這種注塑成形方法還可以滿足在圖6的動(dòng)作中設(shè)計(jì)出的運(yùn)轉(zhuǎn)條件地進(jìn)行注塑成形，從而能夠更容易且更可靠地使成形制品形成目標(biāo)形狀。
本發(fā)明的注塑成形模擬方法的實(shí)施例由本發(fā)明的注塑成形模擬裝置1來執(zhí)行，并且，其為圖7中所示動(dòng)作中的步驟S2的處理。該注塑成形模擬方法具有對(duì)金屬模具的模穴表面的動(dòng)態(tài)進(jìn)行模擬的動(dòng)作和對(duì)樹脂的動(dòng)態(tài)進(jìn)行模擬的動(dòng)作。
圖9表示對(duì)金屬模具的模穴表面的動(dòng)態(tài)進(jìn)行模擬的動(dòng)作。首先，設(shè)計(jì)者將設(shè)計(jì)出的該金屬模具的結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)條件輸入到注塑成形模擬裝置1(步驟S21)。注塑成形模擬裝置1根據(jù)該金屬模具的結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)條件，生成金屬模具10的數(shù)學(xué)模型，并利用該數(shù)學(xué)模型計(jì)算出模穴表面的溫度分布、溫度變化和熱變形(步驟S22)。該溫度分布分別表示分割模穴18的模穴表面的多個(gè)微小區(qū)域的某一時(shí)刻的溫度。溫度變化表示各微小區(qū)域在以規(guī)定時(shí)間間隔對(duì)時(shí)間進(jìn)行劃分的多個(gè)時(shí)刻的溫度。熱變形表示該微小區(qū)域在上述多個(gè)時(shí)刻的移動(dòng)量。
圖10表示對(duì)樹脂的動(dòng)態(tài)進(jìn)行模擬的動(dòng)作。首先，設(shè)計(jì)者將形成目標(biāo)成形制品的樹脂的樹脂條件輸入到注塑成形模擬裝置1(步驟S31)。該樹脂條件表示注射到模穴18的樹脂的物性和成形條件。該物性表示顯示了各溫度下的粘度的粘度特性和顯示了傳熱率與壓力、體積、溫度的關(guān)系的PVT特性。該成形條件表示澆口33的位置、將樹脂注射到模穴18中的注射速度以及注射到模穴18時(shí)的樹脂溫度。注塑成形模擬裝置1還收集通過圖9的動(dòng)作計(jì)算出的模穴表面的溫度分布、溫度變化與熱變形(步驟S32)。
注塑成形模擬裝置1，根據(jù)所輸入的樹脂條件生成熔融樹脂31的數(shù)學(xué)模型，并利用該數(shù)學(xué)模型，根據(jù)通過圖9的動(dòng)作計(jì)算出的模穴表面的溫度分布、溫度變化與熱變形，計(jì)算出熔融樹脂31的動(dòng)態(tài)和成形制品的形狀(步驟S33)。該動(dòng)態(tài)表示將熔融樹脂31分割成的多個(gè)微小要素的位置、溫度、壓力。注塑成形模擬裝置1將所計(jì)算出的熔融樹脂31的動(dòng)態(tài)和成形制品的形狀顯示在顯示器中，并將它們打印在紙張上，以使設(shè)計(jì)者能夠識(shí)別(步驟S34)。
根據(jù)這種注塑成形模擬方法，能夠模擬出通過對(duì)注射到加熱后的金屬模具10中的樹脂31進(jìn)行冷卻而形成成形制品的注塑成形形成的成形制品的形狀。一般情況下，金屬模具10的比熱遠(yuǎn)大于樹脂31，因而對(duì)于模穴表面溫度而言，即使獨(dú)立于樹脂31的動(dòng)態(tài)地計(jì)算出模穴表面溫度，其誤差也非常小。根據(jù)這種計(jì)算，通過結(jié)合樹脂31的動(dòng)態(tài)能夠更加迅速地計(jì)算出模穴表面溫度。
在本發(fā)明的注塑成形模擬裝置的第2實(shí)施例中，上述實(shí)施例中的金屬模具模擬部3被換成另一金屬模具部。該另一金屬模具模擬部根據(jù)由金屬模具條件收集部2收集的金屬模具條件，生成金屬模具10的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)由樹脂模擬部5計(jì)算出的結(jié)果，利用該數(shù)學(xué)模型計(jì)算出模穴表面的溫度分布、溫度變化和熱變形。即，該金屬模具模擬部考慮到樹脂31會(huì)加熱金屬模具10而計(jì)算出模穴表面的溫度分布、溫度變化和熱變形。
在本發(fā)明的注塑成形模擬方法的第3實(shí)施例中，通過應(yīng)用該金屬模具模擬部的注塑成形模擬裝置1執(zhí)行，同時(shí)進(jìn)行對(duì)上述實(shí)施例中的金屬模具的模擬表面的動(dòng)態(tài)進(jìn)行模擬的動(dòng)作以及對(duì)樹脂的動(dòng)態(tài)進(jìn)行模擬的動(dòng)作。即，在圖9的動(dòng)作的步驟S21中，注塑成形模擬裝置1根據(jù)該金屬模具的結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)條件，生成金屬模具10的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)通過圖10的動(dòng)作的步驟33計(jì)算出的結(jié)果，利用該數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出模穴表面的溫度分布、溫度變化和熱變形。即，注塑成形模擬裝置1是考慮到樹脂31會(huì)加熱金屬模具10而計(jì)算出模穴表面的溫度分布、溫度變化和熱變形的。
模穴表面也會(huì)被樹脂31加熱。根據(jù)這種計(jì)算，雖然注塑成形模擬裝置1計(jì)算較慢，但與獨(dú)立于樹脂的動(dòng)態(tài)地計(jì)算金屬模具的模穴表面的動(dòng)態(tài)相比，能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算出模穴表面溫度。
在本發(fā)明的注塑成形模擬裝置的第4實(shí)施例中，上述實(shí)施例中的金屬模具模擬部3被換成另一金屬模具模擬部。該金屬模具模擬部在通過樹脂模擬部5計(jì)算出的熔融樹脂31的動(dòng)態(tài)中，抽取在將填充熔融樹脂31的時(shí)間分割為1次或多次的時(shí)刻的動(dòng)態(tài)。該金屬模具模擬部根據(jù)所抽取的該動(dòng)態(tài)，利用其數(shù)學(xué)模型計(jì)算出模穴表面的溫度分布、溫度變化和熱變形。
金屬模具模擬部作為瞬時(shí)將樹脂31中的一塊填充在模穴18內(nèi)的裝置，計(jì)算出模穴表面的溫度分布、溫度變化和熱變形?；蛘?，該金屬模具模擬部作為將由樹脂31分割成的多塊(5，6塊)分幾次填充到模穴18中的裝置，計(jì)算出模穴表面的溫度分布、溫度變化和熱變形。
在本發(fā)明的注塑成形模擬方法的第5實(shí)施例中，其通過應(yīng)用該金屬模具模擬部的注塑成形模擬裝置1來執(zhí)行，可同時(shí)執(zhí)行上述實(shí)施例中的對(duì)金屬模具的模擬表面的動(dòng)態(tài)進(jìn)行模擬的動(dòng)作和對(duì)樹脂的動(dòng)態(tài)進(jìn)行模擬的動(dòng)作。即，在圖9的動(dòng)作的步驟S21中，注塑成形模擬裝置1，根據(jù)該金屬模具的結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)條件，生成金屬模具10的數(shù)學(xué)模型。注塑成形模擬裝置1在通過圖10的操作步驟33計(jì)算出的熔融樹脂31的動(dòng)態(tài)中，抽取在將填充熔融樹脂31的時(shí)間分割為1次或多次的時(shí)刻的動(dòng)態(tài)。注塑成形模擬裝置1根據(jù)所抽取的動(dòng)態(tài)，利用其數(shù)學(xué)模型計(jì)算出模穴表面的溫度分布、溫度變化和熱變形。即，注塑成形模擬裝置1作為瞬時(shí)將樹脂31中的一塊填充到模穴18中的裝置，計(jì)算出模穴表面的溫度分布、溫度變化和熱變形?；蛘?，注塑成形模擬裝置1作為將由樹脂31分割成的多塊(5，6塊)分幾次填充到模穴18的裝置，計(jì)算出模穴表面的溫度分布、溫度變化和熱變形。
根據(jù)這種計(jì)算，注塑成形模擬裝置1，與獨(dú)立于樹脂的動(dòng)態(tài)地計(jì)算金屬模具的模穴表面的動(dòng)態(tài)的情況相比，能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算出模穴表面溫度，并且，與具體模擬樹脂的流動(dòng)而計(jì)算模穴表面溫度的情況相比，計(jì)算更快。
根據(jù)本發(fā)明的注塑成形模擬裝置和注塑成形模擬方法，能夠模擬出通過將塑性熔化的樹脂材料注射填充到被加熱冷卻的金屬模具中，并在冷卻后作為成形制品取出的注塑成形形成的成形制品的特性。
權(quán)利要求
1.一種注塑成形模擬裝置，其包括金屬模具條件收集部，收集形成有模穴的金屬模具的金屬模具形狀、對(duì)所述金屬模具進(jìn)行加熱的加熱條件以及對(duì)所述金屬模具進(jìn)行冷卻的冷卻條件；金屬模具模擬部，根據(jù)所述金屬模具形狀、所述加熱條件和所述冷卻條件，計(jì)算出所述模穴的表面溫度；樹脂條件收集部，收集注射填充到所述模穴內(nèi)的樹脂的性質(zhì)；和樹脂模擬部，根據(jù)所述樹脂的性質(zhì)和所述模穴表面溫度計(jì)算出將所述樹脂注射到所述模穴時(shí)的樹脂的動(dòng)態(tài)，并根據(jù)所述樹脂的動(dòng)態(tài)計(jì)算出由注射到模穴內(nèi)的樹脂形成的成形制品的特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注塑成形模擬裝置，其中，所述金屬模具模擬部進(jìn)而根據(jù)所述樹脂的動(dòng)態(tài)計(jì)算出所述模穴表面溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注塑成形模擬裝置，其中，所述金屬模具模擬部，獨(dú)立于所述樹脂的動(dòng)態(tài)地計(jì)算出所述模穴表面溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注塑成形模擬裝置，其中，所述金屬模具模擬部，對(duì)在特定時(shí)刻瞬時(shí)填充全部樹脂的樹脂填充工序進(jìn)行模型化，從而計(jì)算出所述模穴表面溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注塑成形模擬裝置，其中，所述金屬模具模擬部，將所注射填充的全部樹脂分割為多份，并對(duì)在各個(gè)特定時(shí)刻瞬時(shí)填充所分割成的各個(gè)量的樹脂的樹脂填充工序進(jìn)行模型化，從而計(jì)算出所述模穴表面溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的注塑成形模擬裝置，其中，所述金屬模具模擬部進(jìn)而計(jì)算出所述模穴表面變形的變形量；所述樹脂模擬部，根據(jù)所述模穴表面的變形量計(jì)算出所述成形制品特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的注塑成形模擬裝置，其中，所述樹脂模擬部進(jìn)而計(jì)算出由所述樹脂施加在所述模穴表面上的壓力分布；所述金屬模具模擬部進(jìn)而根據(jù)所述壓力分布計(jì)算出所述變形量。
8.一種注塑成形模擬程序，其包括收集形成有模穴的金屬模具的金屬模具形狀、對(duì)所述金屬模具進(jìn)行加熱的加熱條件以及對(duì)所述金屬模具進(jìn)行冷卻的冷卻條件的步驟；根據(jù)所述金屬模具形狀、所述加熱條件和所述冷卻條件，計(jì)算出所述模穴的表面溫度的步驟；收集注射填充到所述模穴內(nèi)的樹脂的性質(zhì)的步驟；和根據(jù)所述樹脂的性質(zhì)和所述模穴表面溫度，計(jì)算出將所述樹脂注射到所述模穴內(nèi)時(shí)的樹脂的動(dòng)態(tài)，并根據(jù)所述樹脂的動(dòng)態(tài)計(jì)算出由注射到模穴的樹脂形成的成形制品的特性的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的注塑成形模擬程序，其中，根據(jù)所述樹脂的動(dòng)態(tài)計(jì)算出所述模穴表面溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的注塑成形模擬程序，其中，獨(dú)立于所述樹脂的動(dòng)態(tài)地計(jì)算出所述模穴表面溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的注塑成形模擬程序，其中，對(duì)在特定時(shí)刻瞬時(shí)填充全部樹脂的樹脂填充工序進(jìn)行模型化，從而計(jì)算出所述模穴表面溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的注塑成形模擬程序，其中，將所注射填充的全部樹脂分割為多份，并對(duì)在各個(gè)特定時(shí)刻瞬時(shí)填充所分割成的各個(gè)量的樹脂的樹脂填充工序進(jìn)行模型化，從而計(jì)算出所述模穴表面溫度。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中的任一項(xiàng)所述的注塑成形模擬程序，其中，還包括計(jì)算所述模穴表面變形的變形量的步驟；進(jìn)而根據(jù)所述變形量計(jì)算出所述成形制品的形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的注塑成形模擬程序，其中，還包括計(jì)算從所述樹脂施加在所述模穴表面上的壓力分布的步驟；進(jìn)而根據(jù)所述壓力分布計(jì)算出所述變形量。
15.一種注塑成形模擬方法，其包括收集形成有模穴的金屬模具的金屬模具形狀、對(duì)所述金屬模具進(jìn)行加熱的加熱條件以及對(duì)所述金屬模具進(jìn)行冷卻的冷卻條件的步驟；根據(jù)所述金屬模具形狀、所述加熱條件和所述冷卻條件，計(jì)算出所述模穴的表面溫度的步驟；收集注射填充到所述模穴內(nèi)的樹脂的性質(zhì)的步驟；和根據(jù)所述樹脂的性質(zhì)和所述模穴表面溫度計(jì)算出將所述樹脂注射到所述模穴內(nèi)時(shí)的樹脂的動(dòng)態(tài)，并根據(jù)所述樹脂的動(dòng)態(tài)計(jì)算出由注射到模穴內(nèi)的樹脂形成的成形制品的特性的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的注塑成形模擬方法，其中，進(jìn)而根據(jù)所述樹脂的動(dòng)態(tài)計(jì)算出所述模穴表面溫度。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的注塑成形模擬方法，其中，獨(dú)立于所述樹脂的動(dòng)態(tài)地計(jì)算出所述模穴表面溫度。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的注塑成形模擬方法，其中，對(duì)在特定時(shí)刻瞬時(shí)填充全部樹脂的樹脂填充工序進(jìn)行模型化，從而計(jì)算出所述模穴表面溫度。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的注塑成形模擬方法，其中，將所注射填充的全部樹脂分割為多份，并對(duì)在各個(gè)特定時(shí)刻瞬時(shí)填充所分割成的各個(gè)量的樹脂的樹脂填充工序進(jìn)行模型化，從而計(jì)算出所述模穴表面溫度。
20.根據(jù)權(quán)利要求15至19中的任一項(xiàng)所述的注塑成形模擬方法，其中，還包括計(jì)算所述模穴表面變形的變形量的步驟；進(jìn)而根據(jù)所述變形量計(jì)算出所述成形制品的形狀。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的注塑成形模擬方法，其中，還包括計(jì)算由所述樹脂施加在所述模穴表面上的壓力分布的步驟；進(jìn)而根據(jù)所述壓力分布計(jì)算出所述變形量。
22.一種金屬模具制造方法，其包括執(zhí)行權(quán)利要求15至21中的任一項(xiàng)所述的注塑成形模擬方法的步驟；在所述成形制品形狀不適合時(shí)，改變所述金屬模具形狀的步驟；和在所述成形制品形狀適合時(shí)，制造滿足所述金屬模具形狀的真正的金屬模具的步驟。
23.一種注塑成形方法，其包括執(zhí)行權(quán)利要求15至21中的任一項(xiàng)所述的注塑成形模擬方法的步驟；在所述成形制品形狀不適合時(shí)，改變所述加熱條件和所述冷卻條件的步驟；和在所述成形制品形狀適合時(shí)，利用滿足所述金屬模具形狀的真正的金屬模具，滿足所述加熱條件和所述冷卻條件地進(jìn)行注塑成形的步驟。
全文摘要
一種注塑成形模擬方法，其包括金屬模具條件收集部，收集形成有模穴(18)的金屬模具(10)的金屬模具形狀、對(duì)金屬模具(10)進(jìn)行加熱的加熱條件和對(duì)金屬模具(10)進(jìn)行冷卻的冷卻條件；金屬模具模擬部(3)，根據(jù)金屬模具形狀、加熱條件和冷卻條件，計(jì)算出模穴(18)的模穴表面的模穴表面溫度；樹脂條件收集部，收集樹脂(31)的性質(zhì)；和樹脂模擬部(5)，根據(jù)樹脂的性質(zhì)和模穴表面溫度，計(jì)算出將樹脂(31)注射到模穴(18)時(shí)的樹脂(31)的動(dòng)態(tài)，并根據(jù)樹脂(31)的動(dòng)態(tài)，計(jì)算出由注射到模穴(18)中的樹脂(31)形成的成形制品的特性。通過這種注塑成形模擬裝置和注塑成形模擬方法，能夠準(zhǔn)確地模擬出注射到加熱后的金屬模具(10)內(nèi)的樹脂(31)冷卻而得到的成形制品的特性。
文檔編號(hào)B29C45/76GK101080717SQ20058004348
公開日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2005年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者上地哲男, 別所正博, 西村涉 申請(qǐng)人:三菱重工塑膠科技股份有限公司