專利名稱：注塑品的制造參數確定方法和制造方法、注塑裝置及程序的制作方法
技術領域：
本發明涉及注塑樹脂時制造參數的確定方法、使用該制造參數的注塑成品的制造方法、注塑裝置及程序。
背景技術：
在使用注塑機注塑樹脂時，希望使注塑時必要的合模力盡可能地小。通常，因裝置上設定的合模力采用與注塑時必要合模力的安全率相符的值，如果注塑必要的合模力小，則注塑機加壓驅動系統輸出力也小，在可以換成小型裝置的情況下就能降低運行成本。另外，即使使用同一裝置，如果必要的合模力小，因設定的合模力小而省電力，有利于保護金屬模具等。
由于合模力可以用“模腔內樹脂壓×投影面積”來表示，為了降低注塑必要的最低限合模力(最大合模力)，可以控制這二個因素或其中任一因素。模腔內的樹脂壓是以所使用的樹脂流動性、注入速度、溫度、包含橫澆口的注入流路中的壓損等為參數進行變化的。但是，為了穩定地注塑制品，把各個參數確定在最適當的范圍，對這些參數的調整必須在其限定范圍內進行。另一方面，投影面積是以取決于制品形狀為原則而決定的。不過制品形狀實質上會減小投影面積。
例如，日本國的特開2002-355866號公報第2頁記載的技術中，制品形狀縱向延長時，從充填開始側向充填完成側配置多個把熔融樹脂注入模腔內的的注入口，同時從前述充填開始側的注入口的注射開始，按規定的時間差前述熔融樹脂依次注入前述模腔內，從而在充填最終階段先注入的樹脂呈基本冷卻、固化狀態，所以，最終注入口射出的熔融樹脂理應充填的實質投影面積比模腔的整個投影面積要小。
另外，在注塑中，必須要根據制品的尺寸和形狀設置多個注入口，在使用多個注入口時，在從各注入口流入的熔融樹脂的合流部內會發生熔接現象。在熔接發生部雖熔融樹脂呈合流狀，但擔心外觀會變差或降低強度。因此，希望可以把有限的熔接移動到不產生外觀或強度問題的位置。
例如，日本國的特開平8-118420號公報第2～3頁記載的技術，讓從第一注入口射出的樹脂與通過第二注入口的樹脂基本同時或通過后，把來自該第二注入口的軟化樹脂材料注入前述模腔內，從而能防止產生熔接。另外，日本國的特開2001-277308號公報第7～9頁公開的技術，把注塑品形狀劃分成微小的要素，注塑品的注塑工藝進行流動模擬，預測在注塑品上產生的熔接線的發生位置。并且記載內容包括，根據預測的熔接線再調整活門注入口的開閉，使樹脂移動到希望的校正位置。
發明內容
但是，根據前述特開2002-355866號公報第2頁記載的技術，對縱狀制品容易按注入時間差進行計時判斷，但該技術難以用于一般形狀的制品。因為對一般形狀來說，無論如何錯開注入計時，都很難預測是否達到所希望的效果。因此，為了判斷注入口注入開始及流入量減少或停止進行時間，必須依賴直覺或經驗由人手反復嘗試。
另外，即使采用前述特開平8-118420號公報第2～3頁記載的方法，為了判斷注入口注入開始及流入量減少或停止進行時間，必須依賴直覺或經驗由人手反復嘗試。或者，即使采用特開2001-277308號公報第7～9頁記載的方法，由于不但要控制熔接整體位置，還要計算熔接上特定一點的補正值，難以控制熔接來維持例如三方樹脂流合流的復雜形狀。
發明內容本發明鑒于上述技術問題，其目的在于提供注塑品的制造參數確定方法、注塑品的制造方法、注塑裝置及程序，在注塑樹脂制品時不用人工反復嘗試，能迅速計算出適當的制造參數，能降低注塑必要的合模力和控制熔接現象發生等，適當進行注塑。
本發明是為達到上述目的而進行的，所以，注塑品的制造參數確定方法的特征在于，在使用具有流向模腔的多個樹脂流入路徑的金屬模具進行注塑時，把計算注塑過程的數值解析法與由計算機支援的優化方法相結合，計算使從前述樹脂流入路徑至模腔的樹脂材料流入量按時間序列設定的制造參數。
本發明在例如控制注塑時必要的合模力時非常有效。
即，利用計算注塑過程的數值解析法與計算機輔助優化方法相結合，計算使從前述樹脂流入路徑至模腔的樹脂材料流入量按時間序列設定的制造參數，從而不用人工反復嘗試，就能迅速計算出適當的制造參數，能有效地控制注塑工藝中發生的最大合模力。另外，所謂注塑是指廣義的注塑整個概念，例如，包括注壓注塑、注擠注塑、發泡注塑等。
制造參數可以是對配置于多個樹脂流入路徑上的流入量調節活門動作進行控制的參數。可以把涉及用于調節給模具的所有樹脂流入量的部件之其他流量調節部件的參數單獨使用，或者與調節活門控制參數結合使用。注塑所用樹脂材料可以根據要形成對象制品或制造條件采用多種類型，但優選熱可塑樹脂。在這種情況下，因前述樹脂流入路徑成為具有保溫部件的熱流道，能順利地進行流量調節。流入量調節活門也可以作為所謂的活門注入口(valve gate)。
流入量調節活門的作動控制方法可以采用可變控制流量的方式。實際上只有能進行全開或全閉任一種就足夠了。實際制約條件可以是充填工藝中同時刻至少一個活門注入口開放條件下最適合的制造參數。并且，為了提高最適合的作業效率，在多個樹脂流入路徑分別配置活門注入口的情況下，設定一個活門注入口為計時調節用注入口而任意設定了其他活門注入口動作時，同時刻至少一個活門注入口以開放的方式就可以控制前述計時調節用注入口的動作。
在本發明中，在不影響本發明目的范圍內，可以給樹脂成分添加一種以上常用的添加劑，如玻璃纖維、硅鋁纖維、鋁纖維、碳纖維、麻、槿麻等來自植物的有機纖維、合成纖維等纖維加強材料；硼酸鋁須晶、鈦酸鋁須晶等針狀加強材料；玻璃珠、滑石、云母、石墨、硅灰石、白云石等無機填充材料；氟樹脂、堿金屬類等離型改良劑；染料、顏料等著色劑；防氧化劑；熱穩定劑；紫外線吸收劑；防靜電劑；表面活性劑等。本發明可使用的熱可塑性樹脂是泛指一般所稱的熱可塑性樹脂，例如，可以是無定形聚合物、半結晶性聚合物、結晶性聚合物、液晶聚合物等。并且，熱可塑性樹脂可以是一種，也可以是數種聚合物成分的混合物。
具體來說，例如，低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、丙烯類樹脂、乙烯丙烯共聚體等烯烴類樹脂；聚苯乙烯、高沖擊強度聚苯乙烯、ABS樹脂等苯乙烯樹脂；聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸類樹脂；聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯等聚酯類樹脂；聚碳酸酯、變性聚碳酸酯等聚碳酸酯類樹脂；聚酰胺66、聚酰胺6、聚酰胺46等聚酰胺類樹脂；聚氧化甲烯聚合物、聚氧化甲烯同質聚合物等聚縮醛類樹脂；聚醚砜、聚醚酰亞胺、熱可塑性聚酰胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚苯撐硫化酯等工程塑料、強力工程塑料；醋酯纖維素、醋酸纖維素丁酯、乙基纖維素等纖維素電介質；液晶聚合物、液晶芳族聚酯等液晶類聚合物；熱可塑性聚胺脂合成橡膠、熱可塑性丁苯合成橡膠、熱可塑性氯乙烯合成橡膠、熱可塑性聚胺合成橡膠等熱可塑性合成橡膠等。
較合適的樹脂材料如用于大型汽車部件等上的低流動性聚丙烯類樹脂。以采用JIS-K7210中規定的方法測定的熔流速率(MFR，單位g/10分)為例表示樹脂的流動性。該申請中想設定的低流動性樹脂采用上述方法在溫度230℃、載荷2.16kg下測定的值在0.5～20或多或1.0～10范圍內。通用的聚丙烯類熱可塑性樹脂中沖擊強度優良的材料，熔融時流動性傾向于降低，為了提高制品的耐沖擊強度，可以選擇流動性盡可能低的樹脂。MFR小于0.5的材料流動性太低，用注塑法注塑沒有實用性；而MFR值超過2.0的材料，會導致注塑必要合模力過大的問題。
另外，合適的樹脂材料以聚丙烯類熱可塑性樹脂為例。聚丙烯類熱可塑性樹脂如同質聚丙烯、聚丙烯與其他烯烴的成塊共聚體或隨機共聚體，或者這些混合物等。
即使如此，本發明在控制熔接發生方面也是非常有效的。
也就是說，利用計算注塑過程的數值解析法與計算機輔助優化方法相結合，計算制造參數為從前述樹脂流入路徑按時間序列設定的樹脂材料流入量，從而不用人工反復嘗試，就能迅速計算出適當的制造參數，所以，能防止或控制注塑品熔接的發生。另外，所謂注塑是指廣義的注塑整個概念，例如，包括注壓注塑、注擠注塑、發泡注塑等。
在計算上述制造參數時，也可以根據注塑品特定領域來評價熔接的發生狀態。所以，能根據制品的使用目的等對相應的熔接發生狀態進行控制。例如，把控制熔接發生的對象區域劃分成多個區域，使用與這些區域熔接發生量相對應的合計值作為熔接評價值，就能在特定區域誘導熔接發生或回避特定區域。在計算上述制造參數時，增加對熔接發生的控制，也有助于降低必要合模力等。特定區域也可以是離散的多個區域。另外，也可以根據不同區域發生允許度程度分別賦予優先度，從而能進行更精細的控制。
本發明的另一形式是注塑品的制造方法，其特征在于，在使用具有朝向模腔的多個樹脂流入路徑的金屬模具進行注塑的情況下，利用計算注塑過程的數值解析法與計算機輔助優化方法相結合，計算制造參數為從前述樹脂流入路徑按時間序列設定的樹脂材料流入量，根據該制造參數，在按時間序列控制來自前述樹脂流入路徑的樹脂材料流入量的同時，進行注塑。
本發明再一形式是注塑裝置，其特征在于，具有注塑機主體、存儲器、控制器，注塑機主體把樹脂材料通過金屬模具具有的朝向模腔的多個樹脂流入路徑供應給金屬模具；存儲器對利用計算注塑過程的數值解析法與計算機輔助優化方法相結合計算出的制造參數進行存儲；控制器根據該制造參數對前述注塑機主體進行控制，并在按時間序列控制來自前述樹脂流入路徑的樹脂材料流入量的同時，進行注塑。上述注塑品的制造方法及注塑裝置的形式中，在用上述制造參數按時間序列控制來自前述樹脂流入路徑的樹脂材料流入量的情況下，還可以包括在相應于裝置特性對上述制造參數進行修正(補正)的基礎上，用該修正(補正)的制造參數按時間序列控制來自前述樹脂流入路徑的樹脂材料流入量的情況。
本發明又一種形式是在計算機上執行用于計算制造參數的過程的程序，在用具有朝向模腔的多個樹脂流入路徑之金屬模具的情況下，利用計算注塑過程的數值解析法與計算機輔助優化方法相結合，按時間序列設定從前述樹脂注入路徑到模腔中的樹脂材料流入量。
圖1是表示用于說明本發明一實施形式的注塑用模腔與注入口位置的示圖。
圖2是表示用于說明本發明一實施形式的注塑用模腔和樹脂流路徑的示圖。
圖3是說明本發明注塑品制造參數決定方法的一實施形式的流程圖。
圖4是表示本發明注塑品制造參數決定方法的一實施形式中注入口操作模式的一實施例。
圖5是表示本發明注塑品制造參數決定方法的一實施形式中注入口操作模式的另一實施例。
圖6是表示本發明注塑品制造參數決定方法的一實施形式中注入口操作模式的再一實施例。
圖7是表示本發明注塑品制造參數決定方法的一實施形式中注入口操作模式的又一實施例。
圖8是表示本發明注塑品制造參數決定方法的一實施例中的注入口操作模式。
圖9是說明本發明一實施形式的流程圖。
圖10是說明本發明一實施形式中控制熔接方法的示圖。
圖11是說明本發明一實施形式中控制熔接方法的示圖。
圖12是說明本發明另一實施形式中控制熔接方法的示圖。
圖13是表示本發明注塑裝置的構成實施例。
具體實施例方式
下面，參照附圖對本發明第一種實施形式和第二種實施形式進行詳細說明。在這些實施形式中，如圖1所示，表示用預定的樹脂材料采用注塑模法制造單向縱長伸展的(縱橫比＝16/3)平板狀部件時的實施例。如圖2所示，在模腔CV的平板狀一側端中央及左右設置共3個注入口(G1、G2、G3)。在本發明中注入口數優選2個以上，可以相應于樹脂制品的形狀及尺寸進行適當設定。
在第一種實施形式中，至少有一個注入口設置成能通過活門可開閉的活門注入口，通過調節該活門注入口的開張度就能以合模力最小的方式進行注塑。另外，在后述的第二種實施形式中，至少有一個注入口設置成能通過活門可開閉的活門注入口，通過調節該活門注入口的開張度就能以熔接在任意位置上的方式進行注塑。在這些實施形式中，如圖2所示，3個注入口中的任一個都可以設為活門注入口，在后述的最適結果中，任何一個全開或全閉時，實際機器上不需活門注入口。各注入口通過流道R連接到噴嘴N前端，把規定溫度控制為流道R中樹脂不固化的程度，成為所謂的熱流道。
圖13表示第一種實施形式和第二種實施形式的注塑裝置構成實例。如圖13所示，注塑裝置10具有從圖2所示噴嘴N供給熔融樹脂的注塑機主體11、存儲有根據計算注塑過程的數值解析法與計算機輔助優化方法相結合計算出的制造參數之存儲器12、根據該制造參數控制注塑機主體11并在按時間序列控制來自圖2所示注入口G1～G3的熔融樹脂流入量的同時進行注塑的控制器13。
第一種實施形式在第一種實施形式中，利用計算注塑過程的數值解析與計算機輔助優化方法相結合，計算出最大合模力最小時各活門注入口的開閉時間。近年來實用的計算注塑過程的數值解析法，以有限要素法為基礎，根據注塑中要素間的作用關系，用計算式解析樹脂的舉動。在該實施形式中，使用模內流動塑料可視2.0回轉器1(Moldflow Plastics Insight 2.0 revl)(商品名，模內流動公司(MoldflowCorporation)制造)。計算機輔助優化方法同樣開發有多種方式。在該實施形式中，軟件使用iSIGHT 6.0(商品名，Engineous軟件有限公司(Software Inc)制)，因要處理非線性強的問題，所以，使用了SA(退火法)，該方法能在大區域內探索解析空間，陷入局部最適解值(Local Optimum)的危險小，容易找到整個區域的最適值(Global Optimum)。下面，按圖3流程圖說明解析全過程。
(1)制作解析模型首先，在步驟2中制作解析用模型，用于對注塑過程的樹脂流動進行解析。在該實施形式中，使用了下述的長平板模型。
尺寸寬1600mm、長度300mm、厚度3mm要素數2862、節點數1558、側面3個注入口流道直徑6mm(熱流道)注入口4mm×7.5mm長(活門注入口)(2)設定注塑條件在步驟3中對用于注塑的條件進行設定。首先，必須輸入所選擇材料的樹脂物理性等資料。在本實施形式中，如表1所示，使用的樹脂是聚丙烯類樹脂住友ノ一ブレンNP156(商品名，住友化學工業株式會社制，以下同樣)、住友ノ一ブレンAH561、住友ノ一ブレンAZ564。表1中，MFR是熔融流速(單位g/10分)，按照JIS-K7210中的規定，指標表示溫度230℃、載荷2.16kg下測定的樹脂流動性。以住友ノ一ブレンAH561為低流動性樹脂的示例。理應輸入的物理性值如熱傳導率、比熱、流動停止濕度、粘度等。
表1
其他注塑條件中，把樹脂溫度/熱流道溫度/金屬模具溫度分別設定為200～240℃/200～240℃/50℃，注塑速度設定成等速，注塑時間設定為約6～8秒。
(3)計算機輔助優化工藝步驟4后的工藝是計算輔助優化工藝。
即，在步驟4中，把呼應的設計變量設定為理應計算的參數(此處指活門注入口的開閉時間)初期值，在步驟5中計算樹脂的注入過程，在步驟6中輸出其結果文件。并且，在步驟7中根據其結果文件計算作為評價系數的合模力，在步驟8中評價該計算值是否收集為最適解值。而且，在不收集的情況下，在步驟9中根據最優化方式的算法校正設計變量，反復進行從步驟5至步驟9的過程。在步驟8中判斷為評價系數收集為最適解值時，結束優化過程。
在本實施形式中，優化方式的算法采用退火法。在金屬退火中，緩慢冷卻，各分子從高能狀態回落到一樣的低能狀態。退火法以這種狀態為模型，不僅能迅速進行最適解探索，還能產生部分解值允許不良的多種解值，是可以進行大區域探索的方法。進行規定次數的計算后就能判斷最適解值的收集。
(4)開閉時間設定中的制約條件的附加本實施形式中具有3個活門注入口，開閉時間也可以以單獨操作所有這些注入口為前提。不過，這些活門注入口因實際作業中的制約不能完全單獨操作，通過預先排除不需要的解值，有效地在更嚴格條件下進行優化作業。因此，設定了以下制約條件。
首先，在該實施形式中，不能連續或階段性地調節各活門注入口的開度本身，從實用性上來考慮，只采用開和閉二種位置。在本實施形式中，要考慮各注入口在注塑過程中所采用的作動模式。因樹脂在熱流道中不固化，各活門注入口即使在注塑開始后也能處于關閉狀的待機狀態，能在隨后的任意時間進行開張作動。另外，也可以關閉一度張開流過了樹脂的活門注入口。不過也可以根據一度張開后又關閉了的活門注入口再張開和關閉的時間來確定，但存在活門注入口前端樹脂進一步固化的可能性，擔心會產生外觀變差等注塑不良現象。所以，沒有采用開→閉→開的操作模式。考慮到1個活門注入口的操作模式有①常開、②常閉、③閉→開、④開→閉、⑤閉→開→閉5種操作模式。把這些操作模式作為第一種制約條件。
另外，在實際注塑中，要考慮所有注入口同時關閉時流道和活門注入口異常壓力作用，解析上也容易產生軟件所致誤差。為此，在本實施形式中，把注塑中最低一個注入口張開作為第二制約條件。
第一和第二制約條件組合結果導出涉及活門注入口的以下制約條件。即，3個注入口中2個活門注入口能在第一制約條件下的5種模式內任意操作，但在雙方都關閉的時間內第3個活門注入口必須張開。在本實施形式中，能任意動作的活門注入口中的任意控制注入口、接受另一注入口動作約束的注入口與調節用注放口相呼應。下面，對把一個活門注入口選擇作調節用注入口并在該條件下使設計變量變化的方法進行說明。
(5)開閉時間設定中的案例分析例如在活門注入口A、B、C內，把活門注入口A、B選作任意控制注入口，把活門注入口C選作調節用注入口，把各活門注入口的時間設定為變量，下面具體說明其過程。
1)在第一種條件下對任意控制注入口A、B的開閉時間任意設定。
2)使設定的注入口A、B的開閉時間與注放開始至注入結束的開張時間重合，判斷有無二個注入口都關閉的時間。
3)如果有注入口A、B同時關閉的時間，能在無制約條件下任意設定調節用注入口C的開閉時間(參照圖4中的案例1)。
4)如果存在注入口A、B同時關閉，在該時間段內開張注入口C。在開張時間段為多個情況下，按第一種條件(沒有采用開→閉→開的模式)，在張開時間段中把計算的關閉時間段變更續接到張開時間段。這時注入口C的開閉時間可能只設定成在前后延長方向中變動上述張開時間(參照圖5中的案例2)。在圖6所示的案例3中，由于注塑初期和終期均存注入口同時關閉，所以，必須在注塑初期和終期張開注入口C。另外，根據第一種條件，因不能采用開→閉→開的模式，所以注入口C總是張開的。
結論如下，在調節用注入口選C的情況下，注入口A、B的開閉時間在第一種條件下能任意設定，注入口C可以約束為象案例1那樣能自由設定，或者象案例2那樣能在規定范圍內開放，或者象案例3那樣在整個范圍內開放。在該實施形式中，在步驟4和步驟9中，注入口控制用程序對這些案例分析判斷后，優化輔助軟件在各種制約條件范圍內把活門注入口的開閉時間設定為設計變量，進行優化。在把1個注入口作為調節用注入口C的情況下，即使不能判斷，也能進行把其他注入口選成調節用注入口進行同樣過程，能提高解析精度。另外，調節用注入口的選擇不必重復進行相關的等價過程。例如，如圖2所示的活門注入口G1和活門注入口G3處于對稱位置而在注塑條件上沒有差異的情況下，可以把一方注入口選作調節用注入口。在本實施形式中，例示了活門注入口有3個的情況，但活門注入口有4個以上的情況也是一樣的。
(6)作為設計變量的開閉時間設定以上述案例分析為前提，對作為設計變量的開閉時間設定方法再進一步具體說明。在該實施形式中，設計變量按如下方式設定，參照說明設計變量。
注入口A～注入口C的開放時間(秒)ta1、tb1、tc1注入口A～注入口C的開放持續時間(秒)dta、dtb、dtc注入口C的開放時間變動系數α注入口C的關閉時間變動系數β其中，ta1、tb1、tc1注射開始時間為0。
首先，把注入口C選作調節用注入口后，用注入口控制用程序，把涉及任意控制注入口A、B開放時間ta1、tb1及開放持續時間dta、dtb設定為獨立變量，進行上述案例分析。在案例1的情況下，因注入口C的開閉時間也能獨立設定，結果ta1、tb1、tc1及dta、dtb、dtc全都用作獨立變量。在案例2的情況下，如圖7所示，根據ta1、tb1、dta、dtb5計算注入口C開閉時間界限值to、tc(用于滿足制約條件的必要最低界限值)。并且，要考慮在前后延長該開放范圍的情況，在注入口C的開閉時間為tco、tcc的情況下，設定為tco＝to×αtcc＝tc×(te-tc)×β在此，te是注射結束的時間。α、β是滿足0≤α≤1、0≤β≤1的任意值，使這些值變化就能任意變動注入口C的開閉時間。
(7)評價系數把計算出的最大合模力作為評價系數。用解析軟件計算出模腔內的樹脂壓，根據該樹脂壓對投影面積的影響，計算出合模力。
(8)實施例1下面說明計算實例，其中在用表1中稱為NP156的材料進行注塑的情況下，用上述解析模型及方法對注塑圖1所示制品注射成形時開閉時間進行了優化。調節用注入口選擇圖2所示的活門注入口G3進行了實施。作為注塑條件，樹脂溫度/流道溫度/金屬模具溫度分別設定為230℃/230℃/50℃，注射時間約8秒，設計變量中在步驟4設定的初期條件及步驟9中使用的制約條件如下公式所示①制約條件0≤ta1≤8、0≤tb1≤8、0≤tc1≤8、0≤dta≤8、0≤dtb≤8、0≤dtc≤80≤α≤1、0≤β≤1通過計算，在注射時間約不足8秒時完成，所以ta1～tc1、dta～dtc的上限定為8(秒)。
② 初期條件ta1＝tab1＝tac1＝0、dta＝8、dtb＝dtc＝0、α＝β＝0.5表2表示結果。
表2
* 1 ○常開、×常閉* 2 為避免同時刻所有注入口關閉而調節用注入口(9)分析結果表2中，①～④是采用現有技術中注塑中途不進行活門注入口開閉的結果，⑤是把端側注入口選作調節用注入口的結果。圖8中表示出⑤的情況下注入口開放時間。如圖8所示，注入口1注射開始至5.6秒關閉，5.6秒后至注射結束使其開放。注入口2從注射開始至2.4秒后關閉，2.4秒至4.5秒后使其開放，4.5秒后至注射結束使其關閉。注入口3從注射開始至6.2秒后使其開放，6.2秒后至注射結束使其關閉。如上述表2所示，雖在不進行注入口操作的情況下需要大于1000噸合模力，但通過這些注入口開放和關閉操作組合，能大幅度地降低合模力，結果能使必要合模力降低至200噸以下。
(10)實施例2下面說明計算實例，該實例中，在用表1中稱為AH561的低流動性樹脂為材料進行注塑的情況下，用上述解析模型及方法對注塑圖1所示制品時開閉時間進行了優化。作為注塑條件，樹脂溫度/流道溫度/金屬模具溫度分別設定為220℃/220℃/50℃，注射時間約6秒，設計變量中除了在步驟4設定的初期條件dta＝6外，其他都與實施例1相同。步驟9中使用的制約條件中，除了ta1～tc1、dta～dtc上限為6(秒)外，其他都相同。另外，作為比較實施例，對材料AH561，在樹脂溫度/流道溫度/金屬模具溫度分別設定為220℃/220℃/50℃的溫度條件下以及樹脂溫度/流道溫度/金屬模具溫度分別設定為240℃/240℃/50℃的溫度條件下，對注入口沒有進行開閉控制的情況(常開)進行了計算。另外，對表1中的材料AZ564(高流動性樹脂、MFR＝30)，在樹脂溫度/流道溫度/金屬模具溫度分別設定為200℃/200℃/50℃的溫度條件下以及樹脂溫度/流道溫度/金屬模具溫度分別設定為220℃/220℃/50℃的溫度條件下，對注入口沒有進行開閉控制的情況(常開)進行了計算。
結果表示在表3中。
表3
*1○常開表3中，表示對高流動性樹脂AZ564和低流動性樹脂AH561采用現有技術方法中的不進行注入口操作的解析結果為比較例的結果。根據比較結果，在現有技術方法中，雖然高流動性樹脂的樹脂溫度及流道溫度采用220℃時可注塑的合模力小于1000噸，但對低流動性樹脂即使樹脂溫度及流道溫度采用240℃，也不能在小于1000噸的合模力下進行注塑。不過，通過進行優化活門注入口操作，即使低流動性樹脂采用220℃且合模力小于500噸，也能進行注塑。因此，用與高流動性樹脂注塑裝置相同的裝置能對低流動性樹脂進行低成本注塑。另外，采用低流動性樹脂來替換高流動性樹脂還可以根據條件來加厚制品。
如上所述，根據第一種實施形式，利用計算注塑過程的數值解析法與計算機輔助優化方法相結合，計算制造參數為從前述樹脂流入路徑至模腔按時間序列設定的樹脂材料流入量，從而不用人工反復嘗試，就能迅速計算出適當的制造參數。因此，在注射注塑任意形狀樹脂制品時，通過控制降低最大合模力，就能提供注塑品制造的決定方法，達到縮小裝置、降低制造成本的目的。
第二種實施形式在第二種實施形式中，利用計算注塑過程的數值解析與計算機輔助優化方法相結合，計算出最大合模力最小時各活門注入口的開閉時間。近年來實用的計算注塑過程的數值解析法，以有限要素法為基礎，根據注塑中要素間的作用關系，用計算式解析樹脂的舉動。在該實施形式中，使用模內流動塑料可視2.0回轉器1(Moldflow Plastics insight 2.0 revl)(商品名，模內流動公司(MoldflowCorporation)制造)。計算機輔助優化方法同樣開發有多種方式。在該實施形式中，軟件使用iSIGHT 6.0(商品名，Engineous軟件有限公司(Software Inc)制)，因要處理非線性強的問題，所以，使用了SA(退火法)，該方法能在大區域內探索解析空間，陷入局部最適解值(Local Optimum)的危險小，容易找到整個區域的最適值(Global Optimum)。下面，按圖9流程圖說明解析全過程。
(1)制作解析模型首先，在步驟12中制作解析用模型，用于對注塑過程的樹脂流動進行解析。在該實施形式中，使用了下述的長平板模型。
尺寸寬1600mm、長度300mm、厚度3mm要素數2862、節點數1558、側面3個注入口流道直徑6mm(熱流道)注入口4mm×7.5mm長(活門注入口)(2)設定注塑條件在步驟13中對用于注塑的條件進行設定。首先，必須輸入所選擇材料的樹脂物理性等資料。在本實施形式中，使用的樹脂是聚丙烯類熱可塑性樹脂住友ノ一ブレンNP156(商品名，住友化學工業株式會社制，短纖維GFPP、GF30wt％)。必要的物理性值包括如熱傳導率、比熱、流動停止濕度、粘度等。其他注塑條件中，把樹脂溫度/熱流道溫度/金屬模具溫度分別設定為230℃/230℃/50℃，注塑速度設定成等速，注塑時間設定為約8秒。
(3)計算輔助優化工藝步驟14后的工藝是計算輔助優化工藝。即，在步驟14中，設定理應計算的參數(與設計變量相呼應此處指活門注入口的開閉時間)的初期值，在步驟15中計算樹脂的注入過程，在步驟16中輸出其結果文件。并且，在步驟17中根據其結果文件計算與熔接相關的評價系數，在步驟18中評價該計算值是否收集為最適解值。而且，在不收集的情況下，在步驟19中根據最優化方式的算法校正設計變量，反復進行從步驟15至步驟19的過程。在步驟18中判斷為評價系數收集為最適解值時，結束優化過程。
在本實施形式中，優化方式的算法采用退火法。在金屬退火中，緩慢冷卻，各分子從高能狀態回落到一樣的低能狀態。退火法以這種狀態為模型，不僅能迅速進行最適解探索，還能產生部分解值允許不良的多種解值，是可以進行大區域探索的方法。進行規定次數的計算后就能判斷最適解值的收集。
(4)開閉時間設定中的制約條件的附加本實施形式中具有3個活門注入口，開閉時間也可以以單獨操作所有這些注入口為前提。不過，這些活門注入口因實際作業中的制約不能完全單獨操作，通過在更嚴格條件下進行優化作業就能有效地進行優化作業。因此，設定了以下制約條件。
首先，在該實施形式中，不能連續或階段性地調節各活門注入口的開度本身，從實用性上來考慮，只采用開和閉二種位置。因樹脂在熱流道中不固化，各活門注入口即使在注塑開始后也能處于關閉狀的待機狀態，能在隨后的任意時間進行開張作動。另外，也可以關閉一度張開流過了樹脂的活門注入口。不過雖可以根據一度張開后又關閉了的活門注入口再張開和關閉的時間來確定，但存在活門注入口先端樹脂進一步固化的可能性，擔心會產生外觀變差等注塑不良現象。所以，因1個活門注入口的操作模式有①常開、②常閉、③閉→開、④開→閉、⑤閉→開→閉5種操作模式。把這些操作模式作為制約條件1a。另外，要考慮更簡單的制約條件是不使用開→閉模式。即，把①常開、②常閉、③閉→開3種模式構成的方式作為制約條件1b。
另外，在實際注塑中，要考慮所有注入口同時關閉時流道和活門注入口異常壓力作用，解析上也容易產生軟件所致誤差。為此，把注塑中最低一個注入口張開作為第二制約條件2a。并且，考慮最簡單的條件是規定一個注入口時常開放著，以此為制約條件2b。
(5)作為設計變量的開閉時間設定通過使制約條件1a、1b任一個與制約條件2a、2b任一個組合，就能推導出涉及活門注入口動作的種種制約條件。本實施形式中采用第一種最簡單的組合即1b、2b給合。也就是說，在3個注入口中，先把常開放的注入口選作調節用注入口，再把另外2個注入口選作任意控制注入口，把開放這些注入口的時間作為獨立設定變量進行優化。在本實施形式中，對注入口G1常開放情況和注入口G2常開放的情況雙方進行優化。
(6)評價系數在本實施形式中，把發生熔接的注塑(熔接+注塑)中的合模力作為評價系數。由于只在熔接發生時評價會獲得多個最適解值，所以把合模力的降低作為次級評價系數。降低合模力不僅能縮小裝置、節能、保護模具等，還能達到降低成本的目的。下面分別進行說明。
(6-1)關于熔接發生的評價①熔接的判定對解析模型每個節點計算流動工作面合流角，根據該合流角進行了判斷。
②特定區域內熔接的檢測按注塑品特定區域內能避免熔接(把熔接移動到其他區域)的良好案例，制作成只檢測特定區域內熔接的程序(參照圖10)。在該程序中，如圖11所示，只對預定區域S(中心及縱向與制品相同的長方形區域處，制品中央寬400mm×長100mm的部分)內存在的熔接發生點計數，把其個數輸出到文件中。以多角形區域為例，特定區域的設定可以用座標值按不等式等指定范圍，也能用存儲區域內節點的方法指定任意形狀的范圍。
(6-2)注塑的必要合模力用解析軟件計算出模腔內的樹脂壓，根據該樹脂壓對投影面積的影響，計算出合模力。
(6-3)最終的評價系數特定區域內熔接發生數(節點數)為A(個)、注塑必要合模力為B(ton)的情況下，根據評價系數＝A×δ+B計算出評價系數。δ是重視程度因子，在重視熔接發生的情況下，該δ值要大。在本實施形式中，δ＝1000，優先防止熔接發生。另外，熔接的評價雖用前述節點發生數簡化，但在解析模型中的節點間隔不均勻時，可以采用換算成熔接長度的方式。在熔接發生量基礎上，或者替換發生量也能評價強度，通過附加樹脂合流時的溫度、壓力或合流角度等條件，能獲得精度更高的結果。
(7)開閉時間優化計算例設定下面的初期條件和制約條件，對注塑圖1所示制品時的開閉時間進行了優化。下面，t1、t2、t3分別是各注入口G1、注入口G2、注入口G3的開放時間，注射開始定為0秒。
(條件A)注入口G1常開、注入口G2、G3開放時間變動的情況下制約條件10.0s≥t2≥0s、10.0s≥t3≤0s
初期條件t2＝5.0s、t3＝5.0s(條件B)注入口G2常開、注入口G1、G3開放時間變動的情況下制約條件10.0s≥t1≥0s、10.0s≥t3≤0s初期條件t1＝5.0s、t3＝5.0s表4及表5中表示結果。
表4
* 1 ○常開、×常閉、△流動工作面到達后開放(活門控制)表5
* 1 ○常開、×常閉、△流動工作面到達后開放(活門控制)
(8)分析結果表4和表5中，①～⑥是采用現有技術方法的結果，其中①、④是一點注入口的情況；②、⑤是從最初開放的的注入口流來的樹脂到達另一注入口時另一注入口開放或進行活門控制的情況；③常開有二點注入口的情況下；⑥是常開有三點注入口的情況。如表4、表5所示這些情況，在本實施形式中，只控制注入口開放時間就能在期望區域內控制熔接發生同時，維持低水平的合模力，能提供與注塑制品的使用目的相應的實用注塑方法。
另外，在上述實施形式中，雖對控制熔接發生的區域只處理了一處，但即使在數個分散區域的情況下，也以利用把評價系數構建成各個發生數之和進行同樣處理。此外，對任何區域通過計算其各自重視程度之和，也能對重要程度不同的數個區域進行處理。通過控制這類任意區域熔接的發生，能更精細地控制熔接發生位置。
例如，把圖1所示平板狀部件劃分成圖12所示寬向16個區域，對其中區域5、11中誘導熔接的情況進行說明。即，根據想防止或想讓各區域熔接發生的程度，設定重視程度系數As。并且，把熔接評價值定義為各區域所檢測出的熔接發生數與重視程度系數乘積的總和。
熔接評價值＝∑As*Wss區域號(S＝1～16)、As各區域重視程度系數Ws各區域內發生的熔接數(節點數)對于重視程度系數來說，例如，想讓發生熔接的區域系數為1，距該區域最遠區域的系數為2500，各區域按以下步進狀賦予系數值1～2500。
A5、A111A4、A6、A10、A12 500A3、A7、A9、A131000A2、A8、A141500A1、A152000A162500這種情況下，由于各重視程度系數As是相對合模力B(ton)當時所指重視程度來決定的，所以評價系數計算式如下評價系數＝∑As*Ws+B
根據這種設定，因在重視程度系數As大的區域中評價的熔接發生數大，在小的區域中評價熔接發生數小，所以，在重視程度系數As小的區域誘導熔接。這種重視程度系數As的賦予值可以根據狀況適當設定。
另外，在設定上述每區域重視程度系數且考慮把評價值定為其總和的方法，同樣也適用于不用節點數而用連接連續節點長度來評價熔接發生量的情況。并且，同樣也適用于在熔接發生量基礎上或替換熔接發生量，在附加樹脂合流時的溫度、壓力或合流角度等條件下，評價強度的情況。
此外，在本實施形式中，雖把合模力用作次級評價系數，但也能使用各個相應條件下的適宜的參數。此外，在本實施形式中，雖把評價系數構建成各要素的評價系數和，但也能用相應狀況的適宜計算式。
如上所述，根據第二種實施形式，不用人工反復嘗試，就能迅速計算出適當的制造參數，該制造參數為從前述樹脂流入路徑至模腔按時間序列設定的樹脂材料流入量。因此，在即使注射注塑任意形狀樹脂制品，都能防止或控制熔接的發生。另外，把評價系數作為任何區域各自重視程度的和，就能對重要程度不同的區域進行處理，能更精細地控制熔接的發生。此外，把注塑必要的合模力用作次級評價系數，能達到縮小裝置、降低成本的目的。
權利要求
1.一種注塑品的制造參數確定方法，其特征在于，在使用具有朝向模腔的多個樹脂流入路徑的金屬模具進行注塑時，把計算注塑過程的數值解析法與計算機輔助優化方法相結合，計算將從前述樹脂流入路徑至模腔的樹脂材料流入量按時間序列設定的制造參數。
2.根據權利要求1所述的注塑品的制造參數確定方法，其特征在于為控制注塑必要的合模力而計算前述制造參數。
3.根據權利要求1所述的注塑品的制造參數確定方法，其特征在于前述制造參數是對配置于前述多個樹脂流入路徑上的流入量調節活門動作進行控制的參數。
4.根據權利要求1所述的注塑品的制造參數確定方法，其特征在于注塑用樹脂材料是熱可塑性樹脂。
5.根據權利要求1所述的注塑品的制造參數確定方法，其特征在于注塑用樹脂材料是聚丙烯類樹脂。
6.根據權利要求1所述的注塑品的制造參數確定方法，其特征在于注塑用樹脂材料是低流動性樹脂。
7.根據權利要求1所述的注塑品的制造參數確定方法，其特征在于前述樹脂流入路徑是具有保溫部件的熱流道。
8.根據權利要求3所述的注塑品的制造參數確定方法，其特征在于前述流入量調節活門是活門注入口。
9.根據權利要求8所述的注塑品的制造參數確定方法，其特征在于前述活門注入口的動作控制方法是前述活門注入口全開或全閉的任一種。
10.根據權利要求8所述的注塑品的制造參數確定方法，其特征在于在充填工藝中，在同時刻至少有一個活門注入口開放的條件下優化制造參數。
11.根據權利要求10所述的注塑品的制造參數確定方法，其特征在于在多個樹脂流入路徑上配置各自的活門注入口，并將一個活門注入口設定為計時調節用注入口，在任意設定其他活門注入口時，以同時刻至少一個活門注入口開放的方式制約前述計時調節用注入口。
12.根據權利要求1所述的注塑品的制造參數確定方法，其特征在于前述制造參數包含有對給金屬模具的所有樹脂流入量進行調節的的部件動作進行設定的參數。
13.根據權利要求1所述的注塑品的制造參數確定方法，其特征在于為了控制熔接的發生而計算前述制造參數。
14.根據權利要求13所述的注塑品的制造參數確定方法，其特征在于前述控制熔接的發生是對發生位置進行控制。
15.根據權利要求13所述的注塑品的制造參數確定方法，其特征在于計算前述制造參數時，對注塑品特定區域內的熔接發生狀態進行評價。
16.根據權利要求13所述的注塑品的制造參數確定方法，其特征在于通過將控制熔接發生的對象區域劃分成多個區域，并把這些區域中熔接發生量重視程度合計值用作熔接評價值，就能在特定區域誘導熔接發生或避免特定區域發生熔接。
17.根據權利要求13所述的注塑品的制造參數確定方法，其特征在于在計算前述制造參數時，附加控制熔接發生是附屬目的。
18.一種注塑品的制造方法，其特征在于，在使用具有朝向模腔的多個樹脂流入路徑的金屬模具進行注塑的情況下，利用計算注塑過程的數值解析法與計算機輔助優化方法相結合，計算制造參數為從前述樹脂流入路徑按時間序列設定的樹脂材料流入量，根據該制造參數，在按時間序列控制來自前述樹脂流入路徑的樹脂材料流入量的同時，進行注塑。
19.一種注塑裝置，其特征在于，具有注塑機主體、存儲器、控制器，注塑機主體把樹脂材料通過金屬模具具有的朝向模腔的多個樹脂流入路徑進行供應；存儲器對利用計算注塑過程的數值解析法與計算機輔助優化方法相結合計算出的制造參數進行存儲；控制器根據該制造參數對前述注塑機主體進行控制，并在按時間序列控制來自前述樹脂流入路徑的樹脂材料流入量的同時，進行注塑。
20.一種在計算機上執行計算制造參數過程的程序，在用具有朝向模腔的多個樹脂流入路徑之金屬模具進行注塑的情況下，利用計算注塑過程的數值解析法與計算機輔助優化方法相結合，從而把按時間序列設定從前述樹脂注入路徑到模腔中的樹脂材料流入量作為制造參數。
全文摘要
本發明的目的在于，在注塑樹脂制品時，不用人工反復嘗試，就能迅速計算出適當的制造參數，并能降低注塑必要的合模力和防止熔接發生等，實現注塑的優化。在使用具有朝向模腔CV的多個樹脂流入路徑N、R、G1、G2、G3的金屬模具進行注塑時，利用計算注塑過程的數值解析法與計算機輔助優化方法相結合，從而把按時間序列設定從前述樹脂注入路徑到模腔中的樹脂材料流入量作為制造參數。
文檔編號B29C45/28GK1539619SQ20041004302
公開日2004年10月27日 申請日期2004年3月31日 優先權日2003年3月31日
發明者永岡真一, 廣田知生, 東川芳晃, 晃, 生 申請人:住友化學工業株式會社