专利名称：金属模具设计方法、注射成形品制造方法、程序及注射成形装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于树脂注射成形的金属模具的设计方法、通过计算机实现该工序的程序、使用上述金属模具制造注射成形品的注射成形品制造方法以及注射成形装置。
背景技术：
在注射成形时，根据制品的尺寸及形状，需要设置多个浇口。在这种情况下，如下所示，建议通过控制从多个浇口流入的熔融材料的流动状态，减小必需的合模压力或控制熔接(ウエルド)位置，从而实现在成形工艺方面、制品质量方面的改进。
例如，在日本的特开2002-355866号公报的第2页中，记载了这样的技术，即当制品的形状是沿纵向延伸时，从充填开始处向充填结束处设置多个向模腔内注射熔融树脂的浇口，同时，熔融树脂从充填开始处的浇口开始注射后，按一定的时间差依次向模腔内注射，从而使成形时必需的合模压力减小。
此外，在日本的特开平8-118420号公报的第2～3页中，记载了这样的技术，即当从第1个浇口注射的树脂通过第2个浇口时或通过之后，从该第2个浇口向模腔内注射软化的树脂材料，从而防止熔接的发生。
此外，在日本的特开2001-277308号公报的第7～9页中，披露了这样的技术，即将成形品的形状分割成微小元素，进行成形品的成形工序流动摸拟，预测在成形品中产生的熔接线的产生位置。并记载了根据预测的熔接线再调整阀门浇口的开闭，使其移动到希望的修正位置。
但是，在上述特开2002-355866号公报的第2页或特开平8-118420号公报的第2～3页中记载的方法中，为了判断从浇口开始注射或减少流入量或停止的时机，必需依赖于人的感觉或经验进行反复的试验操作。此外，在上述的特开2001-277308号公报的第7～9页中记载的方法中，由于不是对熔接的全体位置进行控制，而是由熔接上特定的一点计算修正值，因此，例如，难以控制三方树脂流合流的具有复杂形状的熔接。此外，在这些专利文献中的方法中，由于在预定的浇口配置的条件下调整浇口，所以不一定能获得最好的结果。
发明内容
为了解决以上课题，本发明的目的在于提供在树脂制品注射成形时，可以更好地对合模压力及熔接的产生进行控制的金属模具的设计方法、注射成形品的制造方法、程序以及注射成形装置。
本发明涉及的金属模具的设计方法，是为了达到上述目的的方法，其特征在于，在利用具有多个朝向模腔的树脂流入通道的金属模具进行注射成形时，以获得恰当的注射成形条件为目的，通过计算注射成形过程的数值分析方法和由计算机支援的最优化方法的组合，获得与上述树脂流入通道的配置、形状及尺寸中至少1个相关的金属模具设计参数。
这样，使用计算注射成形过程的数值分析方法和依赖计算机支援的最优化方法的组合，通过获得与树脂流入通道的配置、形状及尺寸中至少1个相关的金属模具设计参数，不会反复出现因人工造成的试验错误，便可以迅速、正确地计算出金属模具的设计参数。为了实现最优化，需要确定评价合当的注射成形条件的适当的评价函数，通过数值分析方法计算使用。这里的注射成形是指广义上的所有注射成形，例如，包括注射加压成形、注射压缩成形、发泡注射成形等。
作为金属模具的设计参数，虽然最好是作为朝向金属模具模腔的流入口的浇口的个数以及/或者浇口的位置，但是还可以采用从喷嘴到浇口的流道的形状、直径或者路径、以及浇口的直径、角度等。
在上述金属模具设计方法的发明中，可以将获得能够减小成形时必需的合模压力的成形条件作为前面所述的目的。例如，在聚丙烯系热敏树脂中，冲击强度优良的材料具有熔融时流动性变低的倾向，为了提高制品的耐冲击性，最好选择流动性低的树脂。但是，当流动性低的树脂在流动性高的树脂成形的条件下成形时，必需的合模压力变大，可能会超过成型机的合模能力，从而增大装置成本或运行成本。对于这样的树脂，也可以探索通过数值分析方法计算出成形必需的合模压力、通过最优化方法获得可使其减小的成形条件的金属模具设计参数。由于这样可以减小必需的合模压力，因此，即使合模力较小的成形机也可以成形，或者可以降低用于成形的能耗费用等。
此外，在上述金属模具设计方法的发明中，可以将获得能够抑制或控制成形品中熔接产生的成形条件作为前面所述的目的。成形品中熔接的产生量或位置对制品的外观及强度有很大的影响。在本发明中，通过将由数值分析方法算出的对象区域中熔接的产生量作为评价函数进行最优化处理，探索出可以最有效抑制或控制熔接产生的金属模具设计参数。因此，可以形成美观、强度性良好的成形制品。作为熔接的产生量，例如可以计算熔接数量或者长度，在计算时，可计算判断在有限元素法中发生熔接的节点数、或者连接这些连续节点的连线长度。
此外，在金属模具设计方法的发明中，最好采用的形式为将抑制或控制熔接产生的对象区域划分为多个区域，将这些区域中的熔接产生量重叠后计算的合计值作为熔接评价值，从而将熔接的产生诱导到特定的区域者避开特定区域。在从多个浇口注入树脂材料的情况下，不可避免会产生某种程度的熔接。但是在制品中，可分为熔接的产生会大大影响制品价值的区域和在一定程度上可允许熔接产生的区域。采用这种形式，可以降低熔接的产生量，同时，可避免在前一区域产生熔接并将其诱导到后一区域，从而实现良好制品的成形。
此外，在金属模具设计方法的发明中，可以将兼顾减小成形必需的合模压力以及抑制或控制成形品中熔接产生的成形条件作为前面所述的目的。在这种情况下，可以通过在最优化中设定多个目的，探索到可以同时实现几个目的的金属模具的设计参数。
此外，在金属模具设计方法的发明中，最好采用的形式为将成形时必需的合模压力和评价熔接产生的熔接评价值重叠计算的合计值作为实现最优化的评价函数。在这种形式中，2个目的的平衡通过重叠计算进行设定。
此外，在金属模具设计方法的发明中，最好采用的形式为所述金属模具设计参数包含作为上述朝向金属模具模腔的流入口的浇口的数量以及/或浇口的位置。在这种形式中，可以探索到与为获得适当注射成形条件的浇口配置相关的参数。
此外，在金属模具设计方法的发明中，最好采用的形式为所述金属模具设计参数中包含作为上述朝向金属模具模腔的流入口的浇口的尺寸以及/或者形状。在这种形式中，可以探索到与为获得适当注射成形条件的浇口尺寸·形状相关的参数。
此外，在金属模具设计方法的发明中，最好采用的形式为在求得所述金属模具设计参数时，同时求得设定成形过程中树脂流入量的过程参数。在这种形式中，为了获得适当注射成形条件，应探索成形过程中树脂流入量的设定。
此外，在金属模具设计方法的发明中，最好采用的形式为所述过程参数是对设置于上述多个树脂流入通道中的流入量调整阀的动作进行控制的参数。在这种形式中，为了获得适当注射成形条件，应探索控制设置于多个树脂流入通道的流入量调整阀的动作的参数。
此外，在金属模具设计方法的发明中，最好采用的形式为在充填工序中的同一时刻至少有一个流入量调整阀打开的条件下，使上述过程参数达到最优。在这种形式中，在至少有一个流入量调整阀是打开的实际条件下，可以探索最合适的参数。
本发明的另一方面涉及一种注射成形品的制造方法，其特征在于在利用具有多个朝向模腔的树脂流入通道的金属模具进行注射成形时，以获得适当的注射成形条件为目的，通过计算注射成形过程的数值分析方法和由计算机支援的最优化方法的组合，求得与上述树脂流入通道的配置、形状及尺寸中至少1个相关的金属模具设计参数，根据求得的金属模具设计参数制作金属模具，利用制作的金属模具进行注射成形。在本发明中，通过利用根据通过最佳化获得的金属模具设计参数制作的金属模具，在根据目的的最佳注射成形条件下进行注射成形，从而能够获得良好的成形效果。
本发明的另一方面涉及一种程序，该程序在利用具有多个朝向模腔的树脂流入通道的金属模具进行注射成形时，以获得适当的注射成形条件为目的，通过计算注射成形过程的数值分析方法和由计算机支援的最优化方法的组合，由计算机执行求得与上述树脂流入通道的配置、形状及尺寸中至少1个相关的金属模具设计参数的工序。在本发明中，不会重复出现因人工造成的试验错误，并且通过计算机可迅速、正确地计算出金属模具的设计参数。
本发明的另一方面涉及一种注射成形装置，其特征在于具有通过上述树脂流入通道向具有多个朝向模腔的树脂流入通道的金属模具供给树脂材料的成形机主体；存储通过计算注射成形过程的数值分析方法和由计算机支援的最优化方法的组合求得的过程参数的存储部；以及控制部，其根据与所使用的金属模具对应的过程参数控制上述成形机主体，按时序控制从上述树脂流入通道流入上述金属模具的树脂材料的流入量并实现注射成形。
在该发明中，在不影响本发明目的的范围内，树脂成分中可以添加1种以上的玻璃纤维、硅氧化铝纤维、氧化铝纤维、碳纤维、麻、洋麻等来自植物的有机纤维、合成纤维等纤维状加固材料；硼酸铝晶须、钛酸钾晶须等针状增强材料；玻璃珠、滑石、云母、石墨、硅灰石、白云母等无机充填材料；氟树脂、金属肥皂类等脱模改良剂；染料、颜料等着色剂；防氧化剂；热稳定剂；紫外线吸收剂；静电防止剂；表面活性剂等通常的添加剂。
非常适合用于本发明的树脂有热可塑性树脂。此处所指的热可塑性树脂是指一般被称为热可塑性树脂的全部，例如，不定形聚合物、半结晶性聚合物、结晶性聚合物、液晶聚合物等。此外，热可塑性树脂可以是一种，也可以是多种聚合物成份的掺合物。具体的有低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物等烯烃系树脂；聚苯乙烯、高碰撞聚苯乙烯、ABS树脂等苯乙烯系树脂；聚甲基丙烯酸甲脂等丙烯系树脂；聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等聚酯系树脂；聚碳酸酯、变性聚碳酸酯等聚碳酸酯系树脂；聚酰胺66、聚酰胺6、聚酰胺46等聚酰胺系树脂；聚甲醛聚合物、聚甲醛均聚物等聚甲醛树脂；聚醚砜、聚醚亚胺、热可塑性聚酰亚胺，聚醚酮、聚醚酮醚、对聚苯氧等工程塑料、超级工程塑料；纤维素乙酸酯、纤维素乙酸丁酸酯、乙基纤维素等纤维素诱导体；液晶共聚物、液晶芳烃聚酯等液晶系共聚物；热可塑性聚尿烷橡胶、热可塑性苯乙烯丁二烯橡胶、热可塑性聚烯烃橡胶、热可塑性聚酯橡胶、热可塑性氯乙烯橡胶、热可塑性聚酰胺橡胶等热可塑性橡胶等。
更合适的树脂材料还有聚丙烯系热可塑性树脂。作为聚丙烯系热可塑性树脂，包括均聚丙烯、聚丙烯与其它烯烃的异分子聚合物或者无规共聚物、以及它们的混合物等。
图1为显示用于说明本发明第1实施例的成形用模腔与浇口位置的附图。
图2为显示用于说明本发明第1实施例的成形用模腔与树脂流道的附图。
图3为说明本发明的树脂制品成形方法的第1实施例的流程图。
图4为显示本发明的树脂制品成形方法的第1实施例中熔接控制工序的附图。
图5为显示用于说明本发明第2实施例的成形用模腔与浇口位置的附图。
图6为放大显示图5中浇口流道部分的附图。
图7A为放大显示图5的中央浇口部的附图。
图7B为放大显示图5的侧浇口侧部浇口部的附图。
图8为说明本发明的树脂制品成形方法的第2实施例的流程图。
图9A为显示本发明的第2实施例中侧部浇口的移动范围的附图。
图9B为显示本发明的第2实施例中熔接评价用区域的附图。
图10A为显示本发明的树脂制品成形方法的第2实施例中始终处于初始条件的情况下(未实现最优化的情况)的熔接控制结果的附图。
图10B为显示本发明的树脂制品成形方法的第2实施例中实现最优化的情况下的熔接控制结果的附图。
图11为显示本发明中注射成形装置的结构例的附图。
具体实施例方式
下面参照附图对本发明的第1实施例进行详细说明。在该实施例中，给出了使用预定的树脂材料、通过注射成形法制造图1所示的向一个方向延伸(长宽比＝3/16)的平板状部件。如图2所示，在模腔CV中，平板的1个侧端的中央和左右设有3个浇口(G1，G2，G3)。在本发明中，浇口的数量可以为2个以上，可以根据树脂制品的形状、尺寸适当地设定。
在本发明中，使至少有1个浇口形成可通过阀门开闭的阀门浇口结构，通过调整该阀门浇口的开度，进行可以使熔接处于任意位置的注射成形。在该实施例中，虽然如图2所示，采用了3个浇口均为阀门浇口的结构，但是，作为后面所述的最佳结果，当完全打开或完全关闭某一个的情况下，实际的金属模具中并不需要阀门浇口。各个浇口通过流道R与喷嘴N相连，流道R被控制在一定的温度以使树脂不会在其中固化，成为所谓的热流道。这些流道R与浇口G1，G2，G3构成了树脂流入通道。
图11显示了本实施例中注射成形装置的结构例。如图11所示，注射成形装置10包括由图2的喷嘴N供给熔融树脂的成形机主体11；存储部12，其存储有通过计算注射成形过程的数值分析方法和依赖计算机支援的最优化方法的组合求得的过程参数；以及控制部13，其根据与使用的金属模具对应的过程参数控制成形机主体11，按时序控制对熔融树脂的流入量，从而实现注射成形。
在本实施例中，通过计算注射成形过程的数值分析和依赖计算机支援的最优化方法的组合，同时计算可获得恰当成形条件的与树脂流入通道的配置、形状及尺寸中至少1个相关的金属模具设计参数以及设定成形过程中树脂流入量的过程参数。如后面所述的第2实施例那样，在不使用阀门浇口的情况下，只需要计算金属模具的设计参即可。
作为计算注射成形过程的数值分析的方法，近些年来，以有限因素法作为基础，根据成形中元素间的作用关系，使用计算式对树脂的动态进行分析的方法已经实用化。在本实施例中，采用了Moldflow Plastics Insight2.0revl(商品名Moldflow Corporation生产)。同样，由计算机支援的最优化方法也开发出了多种。在此，使用了iSIGHT 6.0(商品名Engineous Software Inc.生产)。由于需要处理非线性性较强的问题，因此，使用了可广域探索解空间、陷入局部最优解(Local Optimum)的危性很小，易于找到广域最优值(Global Optimum)的SA(退火法)。下面，按照图3的流程图对分析的整个流程进行说明。
(1)分析用模型的制作首先，在步骤2中，制作用于分析注射成形过程中树脂流动的分析用模型。在本实施例中，采用了以下的长平板模型。
尺寸宽1600mm、长300mm、厚3mm元素数2862，节点数1558，侧面3个浇口流道直径6mmΦ(热流道)、浇口4mmΦ×7.5mmL(阀门浇口)(2)成形条件的设定在步骤3中，进行注射成形条件的设定。首先，必需输入选择作为材料的树脂的物理参数等数据。在此，作为树脂，采用了聚丙烯系热可塑性树脂的住友ノ—ブレンNP156(商品名、住友化学工业株式会社生产、短纤维GFPP、GF30wt％)。作为必要的物理参数，有例如热传导率、比热、流动停止温度、粘度等。
作为其它的成形条件，将树脂温度/热流道温度/金属模具温度分别设定为230℃/230℃/50℃，注射速度设定为等速，将注射时间设定为约8秒。
(3)由计算机支援的最优化工序步骤4之后的工序是由计算机支援的最优化工序。即，在步骤4中，设定作为设计变量的必须求得的参数(此处为阀门浇口的开闭定时和浇口数量及位置)的初始值，在步骤5中，根据初期设定的设计变量的值对分析用形状模型的适当位置进行修正。之后，在步骤6中，计算树脂的流入工序，在步骤7中，输出其结果文件。之后，在步骤8中，根据该结果文件，计算合模压力及与熔接产生相关的评价函数，在步骤9中，评价该计算值是否收敛到最优解。在没有收敛到最优解的情况下，在步骤10中根据最优化方法的算法对设计变量进行修正，重复步骤5至步骤10的工序。在步骤9中判断出评价函数收敛到最优解时，结束最优化工序。
在本实施例中，采用了退火法作为最优化方法的算法，在金属的退火中，通过慢慢冷却，使处于高状态的各分子能同样稳定在低状态。退火法是以此为模型，不是急速地探索最优解，而是部分允许解的改恶以产生解的多样性，从而能够进行广域探索的方法。在进行了规定次数的计算之后，再判断是否实现了向最优解的收敛。
(4)开闭定时设定中的制约条件本实施例中阀门浇口有3个，开闭定时可以以对它们全部进行独立操作作为前提。但是，由于实际操作时的制约，这些阀门浇口有时不能够完全独立操作。此外，通过在节流条件下进行最优化操作，可以提高最优化操作的效率。为此，设立了以下的制约条件。
首先，在本实施例中，考虑到其实用性，对各阀门浇口的开度本身不进行连续或者阶段性的调整，而是仅采用打开和关闭的2个位置。由于在热流道中树脂不会固化，各阀门浇口即使在注射成形开始后也可以在关闭状态下待机，在这之后的任意时间进行打开动作。此外，还可以使曾经打开让树脂通过后的阀门浇口关闭。另一方面，还存在这样的可能性，即如果将曾经打开又关闭的阀门浇口再次打开，根据关闭的时间，从阀门浇口首先进行树脂的固化，从而担心造成外观恶化等成形不良。因此，应考虑作为1个阀门浇口的操作类型，可以采用①常开、②常闭、③闭→开、④开→闭、⑤闭→开→闭这5种形式。将它们作为制约条件1a。此外，作为更简略的制约条件，可以考虑不使用开→闭的形式。即，将①常开、②常闭、③闭→开这3种形式作为制约条件1b。
此外，在实际成形中，当所有的浇口同时关闭时，在流道或者阀门浇口上将会作用异常的压力，在分析上也易因软件上的问题而发生错误。作为对策，在成形时，将最少有一个浇口处于开的状态作为制作条件2a。作为更简易的条件，可以考虑始终打开一个特定的浇口。将此条件作为制约条件2b。
(5)作为设计变量的开闭定时的设定通过组合制约条件1a，1b的任一个条件和制约条件2a，2b的任一个条件，可以得到与阀门的动作相关的各种制约条件。此外采用了最简易的组合，即1b，2b的组合。总之，在3个浇口中，首先选择常开的浇口作为调整用浇口，之后，将其它2个浇口作为任意控制浇口，将打开它们的定时作为独立的设定变量进行最优化处理。在本实施例中，在浇口G1常开的情况和浇口G2常开的情况这两种情况下进行。
(6)作为设计参数的浇口位置在此，将浇口位置的x坐标作为设计变量(实数)。由于必须接合浇口部与制品部(使节点实现共有化)，因此，算出离移动后的浇口位置最近的制品部节点，使浇口部全体平行移动以使浇口移到该位置(修正后的x坐标)。浇口部移动后，通过移动流道部的节点，使各流道移动？伸缩到对应位置。
(7)评价函数作为评价函数，在本实施例中使用了(熔接产生+成形时必需的合模压力)。控制熔接的产生对制品的外观或制造强度来说是必须的。此外，减小合模压力与装置的小型化、节能、模具保护等均有关系，从而可以降低成本。下面对它们分别进行说明。
(7-1)与熔接的产生相关的评价①熔接的判定在分析模型的各个节点，计算流体—前部(フロ—フロント)合流角，并根据结果进行判断。
②特定区域内的熔接检测由于成形品要求只要能够避免在特定的区域中产生熔接(使熔接移动到其它的区域)即可，因此制作了仅检测特定区域中熔接的程序(参照图4)。在该程序中，只计算在预先指定的区域(在制品以及中央及纵方向相同的长方形的区域内，宽400mm×长100mm以及宽800mm×长100mm的部分)内存在的熔接产生点的数量，并将所述数量输出到文件中。特定区域的设定，例如如果是多角形区域，则可以通过使用了坐标值的不等式指定范围，也可以通过记忆了区域中所有节点的方法指定任意形状的区域。
(7-2)成形时必需的合模压力合模压力可通过分析软件计算模腔内的树脂压力，将其乘以投影面积求得。
(7-3)最终的评价函数在特定区域内的熔接产生数量(节点数量)为A[个]、成形时必需的合模压力为B[ton]的情况下，评价函数为评价函＝A×δ+Bδ为重叠因子，在重视熔接产生的情况下，使其增大。在本实施例中，δ＝1000，优先防止熔接产生。另外，虽然使用上述的产生节点数量对熔接进行评价比较简单，但是在分析模型的节点间隔不均匀时，最好换算成熔接的长度。另外，在对熔接的强度进行评价的情况下，通过加进树脂合流时的温度、压力等，可以获得高精度的结果。
(8)最优化计算例设定注射成形图1所示的制品时的浇口位置与开闭定时，以下的初始条件与制约条件，以使它们达到最佳。
(条件A)当浇口G1常开，浇口G2、G3的打开定时变化时，制约条件1100≤x1≤1500，600≤x2≤1000，100≤x3≤5000≤t2≤8.0s，0≤t3≤8.0s初始条件x1＝1300，x2＝800，x3＝300，t2＝4.0s，t3＝4.0s(条件B)当浇口G2常开，浇口G1、G3的打开定时变化时，制约条件1100≤x1≤1500，600≤x2≤1000，100≤x3≤5000≤t1≤8.0s，0≤t3≤8.0s初始条件x1＝1300，x2＝800，x3＝300，t1＝4.0s，t3＝4.0s此处，x1、x2、x3(mm)分别是浇口G1、浇口G2、浇口G3的x坐标，t1，t2，t3(秒)分别是将注射开始时设为0秒的浇口G1、浇口G2、浇口G3的开放的定时。
结果如表1及表2所示。
*1··○常开，×常闭，△流体—前部(フロ—フロント)到达后开放(浇口控制)*2··在中央部1避免产生熔接条件下的浇口打开定时的最优结果
*1··○常开，×常闭，△流体一前部(フロ—フロント)到达后开放(浇口控制)*2··在中央部1避免产生熔接条件下的浇口打开定时的最优结果
(9)讨论结果在这些表中，①～⑧使用了以往的方法，浇口的位置均是固定的。关于浇口打开定时，①、⑥是一个浇口的情况，②、⑦是从最初打开的浇口流入的树脂到达其它浇口时打开其它浇口，即浇口控制的情况，③是常开的2个浇口的情况，④是常开的3个浇口的情况。进行了最优化的是⑤、⑧，这两种情况是通过实施例的条件A、B以避免在作为陕小区域的中央部1产生熔接为目的，仅使浇口的打开定时实现了最优化。其结果是，未获得制品中央部2中熔接产生数量为0且合模压力较低的成形条件。
另一方面，在本发明的实施例中，通过控制浇口位置和浇口打开定时，能够抑制所希望的区域(中央部2)中熔接的产生并使合模压力维持在较低水平。特别是在条件A的情况下，前半程从两侧的浇口G1、G3注入，中央的浇口G2在成形的后半程打开，从而可以抑制熔接并降低合模压力。因此，通过这种方法，可以设计出考虑了制品的形状及成形过程的金属模具，并且可以提供使用了该设计结果的实用的成形方法。
在上面的实施例中，抑制熔接产生的区域仅为1个，即使在多个分散的区域的情况下，也可使用各区域熔接产生数量之和构筑评价函数进行同样的处理。此外，如下述第2实施例那样，通过在各个区域分别重叠的和，也可以处理重要程度不同的多个区域。这样，通过抑制各个区域中熔接的产生，可以对熔接产生位置进行更加精细的控制。
下面，对本发明的第2实施例进行说明。在该实施例中，如图5所示，举出了通过注射成形法制造内部具有开口的近似于正方形的梯形(长宽比＝8/10)平板状部件的情况。如图5及图6所示，在模腔CV中，在平板的中央部设有第1浇口(中央浇口)G4，在与该浇口一起夹持开口部的一个边上设有第2浇口(侧部浇口)G5。
在本实施例中，每个浇口均不是阀门浇口，而是常开的普通浇口，将这些浇口的尺寸、位置作为设计变量进行最优化处理。中央浇口G4与模腔CV垂直相交，侧部浇口G5与模腔CV在同一面内沿与边垂直相交的方向形成。如图7A所示，中央浇口G4的形成方式为其热流道HR的顶端通过小直径的主流道SR与模腔CV相连。在本实施例中，主流道SR形成从热流道HR向模腔CV扩大直径的锥形。此外，如图7B所示，侧部浇口G5在热流道HR的顶端形成了带锥度的主流道SR，其顶端是沿模腔CV的表面弯曲的冷流道CR，其先端顶端形成剖面为长方形的凸缘部LD。将热流道HR控制在一定温度，以使其中的树脂不会固化。另一方面，主流道SR在以后与金属模具一样处于融点以下的温度。由包含这些热流道HR、以及主流道SR、冷流道CR、凸缘部LD的浇口G4、G5构成树脂流入通道。
在本实施例中，由于没有采用阀门浇口，因此，不必将在成形过程中变化的过程参数作为设计变量，通过计算注射成形过程的数值分析和由计算机支援的最优化方法的组合，便能够计算获得理想成形条件的与树脂流入通道的配置、形状及尺寸主机中至少1个相关的金属模具设计参数。在计算注射成形过程的数值分析中，采用了Moldflow Plastics Insight 2.0 revl(商品名MoldflowCorporation生产)，作为由计算机支援的最优化软件，使用iSIGHT 6.0(商品名Engineous Software Inc.生产)，而作为最优化方法，使用了SA(退火法)。下面，按照图8的流程图对分析的流程进行说明。
(1)分析用模型的制作首先，在步骤22中，将以下的平板模型制造为分析用模型。
尺寸宽1000mm、长800mm、厚2.0～3.5mm开口部宽400mm、长100mm元素数量8136、节点数4053浇口中央及侧面的2个浇口流道直径16mmΦ(热流道部)、8mmΦ(冷流道部)侧部浇口凸缘形状剖面长方形，长10mm中央浇口形状4.8mmΦ(顶端)→8.0mmΦ(制品部)(2)成形条件的设定在步骤23中，进行注射成形条件的设定。首先，必需输入选择作为材料的树脂的物理参数等数据。在此，树脂采用了作为聚丙烯系热可塑性树脂的住友ノ一ブレンAZ564(商品名、住友化学工业株式会社生产)。作为必须的物理参数，有热传导率、比热、流动停止温度、粘度等。作为其它的成形条件，将树脂温度/热流道温度/金属模具温度分别设定为210℃/210℃/40℃，将注射速度设为等速，注射时间约为2秒。
(3)由计算机支援的最优化工序在步骤24之后的工序中，在步骤24，设定设计变量(侧部浇口G5的位置以及两个浇口的尺寸)的初始值，在步骤25中，根据设定的初始值对分析用形状模型进行修正，在步骤26中，计算树脂的流入工序，在步骤27中输出其结果文件。之后，在步骤28中，根据该结果文件，计算合模压力以及与熔接的产生相关的评价函数，在步骤29中，评价该计算值是否收敛到最优解。如果没有收敛到最优解，在步骤30中根据最优化方法的算法对设计变量进行修正，重复步骤25至步骤30的工序。在步骤29中判断出评价函数收敛到最优解时，结束最优化工序。
(4)设计变量在此，将与2个浇口相关的以下的参数作为设计变量。
①侧部浇口G5在模腔CV的下边上的位置，在图5中，是以左下端为原点的x坐标(sx)，当其变化时，侧部浇口G5如图9A所示那样移动。
②侧部浇口G5的凸缘宽(sw)③侧部浇口G5的凸缘厚(st)④侧部浇口G5的冷流道直径(sd)⑤中央浇口G4的浇口直径(cd)(5)评价函数作为评价函数，与前面的实施例一样，为由注射成形分析获得的合模压力与熔接评价值的合计和。本实施例的目的在于将开口部周围产生的熔接诱导到特定区域。即，如图9B所示，将成形体的开口部周边的区域划分为分别具有同样长度的开口边缘的20个区域。将它们分类为位于开口部边上的区域(1、3～9、11、13～19)和位于四个角的区域(2、10、12、20)。对每个区域分别设定重叠系数，用在各区域检测的熔接产生数量与重叠系数的积的总和定义熔接评价值。希望产生熔接的区域的重叠系数设为1，离该区域最远的区域的系数设为2500，各区域的系数从1～2500呈阶梯状排列。
熔接评价值＝∑As*Wss开口部周边的区域号(s＝1～20)、As各区域的重叠系数Ws各区域产生的熔接数(节点数)全体的评价函数为上述熔接评价值与成形时必需的合模压力[ton]之和。
评价函数＝熔接评价值+合模压力
(6)最优化计算例以上述设定为基础，设定以下的初始条件和制约条件以及重叠，以实现最优化。
初始条件[mm]··sx＝400、sw＝5、st＝1、sd＝8、cd＝8制约条件[mm]··300≤sx≤700、3≤sw≤15、1≤st≤3、4≤sd≤12、4≤cd≤12对于重叠计算，为了将熔接诱导到区域10、20，如以下那样，分别赋予各个区域的重叠系数AsA10，A20 ··1A1，A9，A11，A19，··500A2，A8，A12，A18，··1000A3，A7，A13，A17，··1500A4，A6，A14，A16，··2000A5，A15， ··2500结果如表3、图10A及图10B所示。
图10A中显示了初始条件不变状态下的结果，图10B中显示了最优化的结果。前者在区域10、20以外的地方产生了熔接WD，后者仅在区域20中存在很短的熔接。本实施形态实施例的目的在于使左侧的熔接WD仍在区域20中产生，使右侧的熔接WD移至区域10内，结果在将右侧的熔接产生位置向区域10方向移动的过程中，右侧的熔接消失。从这一结果我们发现，通过使浇口位置与浇口流道直径同时实现最优化，可以在区域10、20之外不会产生熔接，同时将合模压力降低到初期的6成以下。
在上述实施例中，虽然采用了合模压力作为追加的评价函数，但是也可以根据各自条件采用适当的参数作为评价函数。此外，在该实施例中，虽然使用了多个因素的评价函数的和作为评价函数，但是也可以根据情况选择适当的算式。
如上所述，根据本发明，由于不会反复出现因人工造成的试验错误，便可以迅速、正确地计算出与树脂流入路径的配置、形状及尺寸中至少1个相关的金属模具设计参数，因此，即使在注射成形任意形状的树脂制品的情况下，仍可以获得可控制熔接产生并降低合模压力的金属模具设计结果。通过使用该设计结果，可以在降低装置、操作成本的同时，形成符合使用目的的性能良好的制品。
权利要求
1.一种金属模具的设计方法，其特征在于，在利用具有多个朝向模腔的树脂流入通道的金属模具进行注射成形时，以获得恰当的注射成形条件为目的，通过计算注射成形过程的数值分析方法和由计算机支援的最优化方法的组合，获得与上述树脂流入通道的配置、形状及尺寸中至少1个相关的金属模具设计参数。
2.根据权利要求1所述的金属模具的设计方法，其特征在于所述目的为可以获得能够减小成形时必需的合模压力的成形条件。
3.根据权利要求1所述的金属模具的设计方法，其特征在于所述目的为可以获得能够抑制或控制成形品中熔接产生的成形条件。
4.根据权利要求3所述的金属模具的设计方法，其特征在于将抑制或控制熔接产生的对象区域划分为多个区域，将这些区域中的熔接产生量重叠后计算的合计值作为熔接评价值，从而将熔接的产生诱导到特定的区域者避开特定区域。
5.根据权利要求1所述的金属模具的设计方法，其特征在于所述目的为兼顾减小成形必需的合模压力以及抑制或控制成形品中熔接产生的成形条件。
6.根据权利要求5所述的金属模具的设计方法，其特征在于作为实现最优化的评价函数，采用成形时必需的合模压力和评价熔接产生的熔接评价值重叠计算的合计值。
7.根据权利要求1～5中任意一项所述的金属模具的设计方法，其特征在于所述金属模具设计参数包含作为上述朝向金属模具模腔的流入口的浇口的数量以及/或浇口的位置。
8.根据权利要求1～6中任意一项所述的金属模具的设计方法，其特征在于所述金属模具设计参数中包含作为上述朝向金属模具模腔的流入口的浇口的尺寸以及/或者形状。
9.根据权利要求1～6中任意一项所述的金属模具的设计方法，其特征在于在求得所述金属模具设计参数时，同时求得设定成形过程中树脂流入量的过程参数。
10.根据权利要求9所述的金属模具的设计方法，其特征在于所述过程参数是对设置于上述多个树脂流入通道中的流入量调整阀的动作进行控制的参数。
11.根据权利要求10所述的金属模具的设计方法，其特征在于在充填工序中的同一时刻至少有一个流入量调整阀打开的条件下，使上述过程参数达到最优。
12.一种注射成形品的制造方法，其特征在于在利用具有多个朝向模腔的树脂流入通道的金属模具进行注射成形时，以获得适当的注射成形条件为目的，通过计算注射成形过程的数值分析方法和由计算机支援的最优化方法的组合，求得与上述树脂流入通道的配置、形状及尺寸中至少1个相关的金属模具设计参数，根据求得的金属模具设计参数制作金属模具，利用制作的金属模具进行注射成形。
13.一种程序，该程序在利用具有多个朝向模腔的树脂流入通道的金属模具进行注射成形时，以获得适当的注射成形条件为目的，通过计算注射成形过程的数值分析方法和由计算机支援的最优化方法的组合，由计算机执行求得与上述树脂流入通道的配置、形状及尺寸中至少1个相关的金属模具设计参数的工序。
14.一种注射成形装置，其特征在于具有通过上述树脂流入通道向具有多个朝向模腔的树脂流入通道的金属模具供给树脂材料的成形机主体；存储通过计算注射成形过程的数值分析方法和由计算机支援的最优化方法的组合求得的过程参数的存储部；以及控制部，其根据与所使用的金属模具对应的过程参数控制上述成形机主体，按时序控制从上述树脂流入通道流入上述金属模具的树脂材料的流入量并实现注射成形。
全文摘要
本发明的目的在于提供在注射成形树脂制品时，可以更好地对合模压力或熔接的产生进行控制的金属模具的设计方法及注射成形品的制造方法。当使用具有流向模腔(CV)的多个树脂流入通道(G1、G2、G3、R)的金属模具进行注射成形时，以获得恰当的注射成形条件为目的，通过计算注射成形过程的数值分析方法由计算机支援的最优化方法的组合，获得与上述树脂流入通道的配置、形状及尺寸中至少1个相关的金属模具设计参数。因此，不会出现由人工造成的试验错误，并能够迅速、正确地计算出金属模具的设计参数。
文档编号B29C33/38GK1539615SQ20041004772
公开日2004年10月27日 申请日期2004年3月31日 优先权日2003年3月31日
发明者永冈真一, 广田知生, 生, 东川芳晃, 晃 申请人:住友化学工业株式会社