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    • 专利摘要:
    Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zum Designen einer Form und ein Verfahren zum Herstellen eines Spritzgießformteils bereitgestellt, wobei eine Formschließkraft oder das Auftreten von Fließ- bzw. Bindenähten in einem Spritzgießprozeß für ein Harzprodukt exakter gesteuert werden können. Wenn ein Spritzgießprozeß unter Verwendung einer Form mit mehreren zu einem Formhohlraum CV führenden Harzzufuhrkanälen G1, G2 und G3 ausgeführt wird, wird durch eine Kombination aus einem numerischen Analyseverfahren zum Berechnen des Spritzgießprozesses und einem computerunterstützten Optimierungsverfahren ein Formdesignparameter bestimmt, der mit der Anordnung und/oder den Formen und/oder den Größen der Harzzufuhrkanäle in Beziehung steht, um eien bevorzugte Spritzgießbedinggung zu erhalten. Dadurch kann der Formdesignparameter ohne wiederholte manuelle empirisch-praktische Methoden direkt und exakt berechnet werden.
    公开号:DE102004015530A1
    申请号:DE200410015530
    申请日:2004-03-30
    公开日:2004-11-11
    发明作者:Tomoo Ichihara Hirota；Shinichi Ichihara Nagaoka；Yoshiaki Togawa
    申请人:Sumitomo Chemical Co Ltd；
    IPC主号:B29C33-38
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Designen einerForm zum Spritzgießenvon Harz, ein Programm, das einen Computer veranlaßt, denSpritzgießprozeß auszuführen, einVerfahren zum Herstellen eines Spritzgießformteils unter Verwendungder Form und eine Spritzgießvorrichtung.
    [0002] BeimSpritzgießensind in Abhängigkeitvon der Größe und derForm eines Produkts mehrere Harzzufuhrkanäle erforderlich. Für diesenFall sind, wie nachstehend beschrieben wird, mehrere Vorschläge zum Verbesserneines Gießprozessesoder der Produktqualität,z.B. eine Verminderung der erforderlichen Formschließkraft undeine Steuerung der Position von Fließ- bzw. Bindenähten, durchSteuern des Fließzustandes des über dieKanälezugeführtengeschmolzenen Materials unterbreitet worden.
    [0003] Beispielsweisewird in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2002-355866,Seite 2, ein Fall beschrieben, gemäß dem, wenn sich die Produktformin Längsrichtungerstreckt, mehrere Kanäle, über diegeschmolzenes Harz in einen Formenhohlraum eingespritzt wird, aufder Strecke von der Seite, an der der Harzeinfüllvorgang beginnt, zu der Seiteangeordnet sind, an der der Harzeinfüllvorgang endet, wobei dasgeschmolzene Harz, ausgehend von dem Kanal, der an der Positionangeordnet ist, an der der Einspritzvorgang beginnt, in einem vorgegebenenIntervall sequentiell in den Formenhohlraum eingespritzt wird, um einefür denGießprozeß erforderlicheFormschließkraftzu reduzieren.
    [0004] Inder offengelegten japanischen Patentveröffentlichung (Heisei) Nr. 8-118420,Seiten 2 bis 3, wird beschrieben, daß das Auftreten von Fließ- bzw.Bindenähtenverhindert werden kann, indem ein erweichtes Harzmaterial von einemzweiten Kanal etwa zum gleichen Zeitpunkt in den Formenhohlraumeingespritzt wird, zu dem das von einem ersten Kanal eingespritzteHarz den zweiten Kanal passiert, oder nachdem das vom ersten Kanaleingespritzte Harz den zweiten Kanal passiert hat.
    [0005] Inder offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2001-277308,Seiten 7 bis 9, wird eine Technik zum Vorhersagen der Position vonin einem Formteil erzeugten Fließ- bzw. Bindenähten durch eine Simulationdes Fließverhaltensin einem Gießprozeß beschrieben,wobei die Form des Formteils in feine Elemente geteilt und der Öffnungs-oder Schließzustandvon Ventilkanälenauf der Basis der derart vorhergesagten Fließ- bzw. Bindenähte eingestelltwird, um die Fließ-bzw. Bindenähtezu einer bevorzugten, modifizierten oder korrigierten Position zuverschieben.
    [0006] Gemäß dem inder vorstehend erwähntenoffengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2002-355866,Seite 2 oder dem in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung(Heisei) Nr. 8-118420, Seiten 2 bis 3 beschriebenen Verfahren müssen jedochwiederholt manuelle empirisch-praktischeMethoden angewendet werden, ist intuitives Wissen erforderlich odermuß aufErfahrungen zurückgegriffenwerden, um den Start- oder Anfangszeitpunkt des Einspritzvorgangs,eine Drosselung des Zuflusses oder eine Unterbrechung des Zuflussesvon einem Kanal zu bestimmen. Gemäß einem auf den Seiten 7 bis9 der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2001-277308beschriebenen Verfahren wird nicht die Gesamtposition der Fließ- bzw.Bindenähtegesteuert, sondern es wird nur an einem spezifischen Punkt einerFließ-bzw. Bindenaht ein Korrekturwert berechnet. Daher ist es schwierig,eine komplex geformte Fließ-bzw. Bindenaht zu steuern, wenn Harzflüsse von drei Richtungen zusammenfließen. Außerdem werdengemäß den Verfahren dieserPatentveröffentlichungenKanäleunter der vorgegebenen Bedingung der Kanalposition gesteuert, so daß nichtimmer optimale Ergebnisse erwartet werden können.
    [0007] Daherist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Designeneiner Form, ein Verfahren zum Herstellen eines Spritzgießformteils,ein Programm und eine Spritzgießvorrichtungbereitzustellen, das/die eine Formschließkraft oder das Auftreten vonFließ-bzw. Bindenähtenbeim Spritzgießeneines Harzprodukts geeignet steuern kann. Diese Aufgabe wird mitden Merkmalen der Patentansprüchegelöst.
    [0008] Umdie vorstehende Aufgabe zu lösen,wird erfindungsgemäß ein beieinem Spritzgießprozeß unter Verwendungeiner Form mit mehreren zu einem Formenhohlraum führendenHarzzufuhrkanälenzu implementierendes Verfahren zum Designen einer Form mit dem Schrittzum Bestimmen eines Formdesignparameters, der mit der Anordnungund/oder den Formen und/oder den Größen der Harzzufuhrkanäle in Beziehungsteht, durch eine Kombination aus einem numerischen Analyseverfahrenzum Berechnen eines Spritzgießprozesses undeinem computerunterstütztenOptimierungsverfahren bereitgestellt, um eine gewünschte Spritzgießbedingungzu erhalten.
    [0009] Daherkann der Formdesignparameter ohne wiederholte manuelle empirisch-praktischeMethoden berechnet werden, indem der Formdesignparameter bezüglich derAnordnung und/oder den Formen und/oder den Größen der Harzzufuhrkanäle unterVerwendung der Kombination aus einem numerischen Analyseverfahrenzum Berechnen eines Spritzgießprozessesund einem computerunterstütztenOptimierungsverfahren bestimmt wird. Für den Optimierungsprozeß wird einefür diepraktische Anwendung geeignete Zielfunktion zum Bewerten einer bevorzugtenSpritzgießbedingungdefiniert, die durch ein numerisches Analyseverfahren berechnetwird. Der Ausdruck Spritzgießensoll hierin in einem weiten Sinne verstanden werden und bezieht sichauf ein allgemeines Spritzgießverfahren,z.B. Einspritz-Preßformen,Einspritz-Formpressen und Schaumstoff-Spritzgießen.
    [0010] DerFormdesignparameter bezeichnet vorzugsweise die Anzahl und/oderdie Positionen der Kanäle, dieZuflußöffnungenzu einem Hohlraum der Form sind, und zusätzlich die Form, den Durchmesseroder den Weg bzw. die Längeeines Verteilerkanals, der ein Zuflußkanal von einer Düse zu denKanälenist, und außerdemkönnender Durchmesser, der Winkel oder ähnliche Parameter der Kanäle als Formdesignparameterverwendet werden.
    [0011] Imerfindungsgemäßen Formdesignverfahrenkann die vorstehend beschriebene Aufgabe das Bestimmen einer Gießbedingungbeinhalten, durch die eine fürden Gießvorgangerforderliche Formschließkraftreduziert werden kann. Beispielsweise hat unter Thermoplastharzenauf Polypropylenbasis ein Material mit einer guten Schlagfestigkeitim geschmolzenen Zustand tendenziell ein geringeres Fließvermögen, sodaß vorzugsweiseein Harz mit dem geringstmöglichenFließvermögen ausgewählt wird,um die Schlagfestigkeit eines Produkts zu erhöhen. Wenn ein Harz mit einemgeringen Fließvermögen jedochunter Bedingungen fürein Harz mit hohem Fließvermögen gegossenwird, wird die erforderliche Formschließkraft extrem groß und überschreitetdie Kapazitätder Spritzgießvorrichtung,so daß dieVorrichtungskosten und die laufenden Kosten der Vorrichtung zunehmen.Auch fürein derartiges Harz wird eine fürden Gießprozeß erforderlicheFormschließkraft durchein numerisches Analyseverfahren berechnet, und der Formdesignparameterwird derart bestimmt, daß durchein Optimierungsverfahren eine Gießbedingung zum Reduzieren derberechneten Formschließkrafterhalten wird. Weil die erforderliche Formschließkraft durch eine derartigeGießbedingungvermindert wird, kann auch durch eine Formvorrichtung mit einerkleinen Formschließkraftein geeigneter Gießprozeß ausgeführt werden,oder die Energiekosten fürden Gießprozeß können gesenktwerden.
    [0012] Daserfindungsgemäße Verfahrenkann das Bestimmen einer Gießbedingungaufweisen, durch die das Auftreten von Fließ- bzw. Bindenähten im Formteil unterdrückt odergesteuert wird. Das Maß desAuftretens oder die Position der Fließ- bzw. Bindenähte in einem Formteil hat einenwesentlichen Einfluß aufdas Erscheinungsbild und die Festigkeit eines Produkts. In der vorliegendenErfindung wird ein Formdesign parameter durch Optimieren des Maßes desAuftretens von Fließ-bzw. Bindenähtenin einem Zielbereich als eine Zielfunktion durch ein numerischesAnalyseverfahren derart bestimmt, daß das Auftreten von Fließ- bzw.Bindenähtenoptimal unterdrücktoder gesteuert werden kann. Dadurch kann ein Produkt mit einem gutenErscheinungsbild und einer geeigneten Festigkeit gegossen werden.Hinsichtlich des Maßesdes Auftretens von Fließ- bzw.Bindenähtenwird beispielsweise die Anzahl und die Länge der Fließ- bzw.Bindenähtebestimmt, und bei der Berechnung wird die Anzahl von Knoten, beidenen festgestellt wird, daß eineFließ-bzw. Bindenaht auftritt, oder die Länge einer derartige sequentielleKnoten verbindenden Fließ-bzw. Bindenaht durch eine Finite-Elemente-Methodebestimmt.
    [0013] Erfindungsgemäß ist eshinsichtlich eines Verfahrens zum Designen einer Form bevorzugt,wenn der Bereich, in dem das Auftreten von Fließ- bzw. Bindenähten unterdrückt odergesteuert werden soll, in mehrere Bereiche geteilt ist, wobei eingewichtetes Maß für das Auftretenvon Fließ-bzw. Bindenähtenin den mehreren Bereichen als Fließ- bzw. Bindenahtbewertungswertverwendet wird, wodurch veranlaßtoder vermieden wird, daß Fließ- bzw.Bindenähtein einem spezifizierten Bereich auftreten. Beim Einspritzen einesHarzmaterials von mehreren Kanälenist das Auftreten von Fließ-bzw. Bindenähtenin gewissem Grad unvermeidbar. Hinsichtlich eines Harzprodukts existiereneinige Bereiche, in denen das Auftreten von Fließ- bzw. Bindenähten einengroßenEinfluß aufdie Produktqualitäthat, währenddas Auftreten von Fließ-bzw. Bindenähtenin einigen anderen Bereichen in einem gewissem Grad tolerierbarist. Gemäß diesemAspekt der vorliegenden Erfindung wird das Maß für das Auftreten von Fließ- bzw.Bindenähtenin Kombination damit vermindert, daß das Auftreten von Fließ- bzw.Bindenähtenin Bereichen, in dem das Auftreten von Fließ- bzw. Bindenähten einengroßen Einfluß auf dieProduktqualitäthat, vermieden und veranlaßtwird, daß Fließ- bzw.Bindenähtein einem Bereich erzeugt werden, in dem das Auftreten von Fließ- bzw.Bindenähtento lerierbar ist, so daß einhochwertiges Produkt gegossen werden kann.
    [0014] Erfindungsgemäß hat einVerfahren zum Designen einer Form den Zweck, eine Gießbedingungzu erhalten, gemäß der sowohleine fürden Gießprozeß erforderlicheFormschließkraftreduziert als auch das Auftreten von Fließ- bzw. Bindenähten ineinem Gießproduktunterdrücktoder gesteuert wird. In diesem Fall werden in der Optimierungsverarbeitungmehrere Ziele berücksichtigt,wodurch ein Formdesignparameter bestimmt wird, der es ermöglicht,die jeweiligen Ziele zu erreichen.
    [0015] Imerfindungsgemäßen Verfahrenzum Designen einer Form weist eine Zielfunktion für die Optimierungsverarbeitungvorzugsweise eine Summe aus einer gewichteten Formschließkraft für den Gießprozeß und einemgewichteten Fließ-oder Bindenahtbewertungswert zum Bewerten des Auftretens von Fließ- bzw.Bindenähtenauf. Gemäß diesemAspekt wird ein Gleichgewicht zwischen den beiden Zielen durch Gewichtung eingestellt.
    [0016] Imerfindungsgemäßen Verfahrenzum Designen einer Form weist der Formdesignparameter vorzugsweisedie Anzahl und/oder die Positionen von Kanälen auf, die Zuflußöffnungenzum Formenhohlraum darstellen. Gemäß diesem Aspekt wird der Parameterbezüglichder Position der Kanälefür einegewünschteSpritzgießbedingungbestimmt.
    [0017] Imerfindungsgemäßen Verfahrenzum Designen einer Form weist der Formdesignparameter vorzugsweisedie Größen und/oderFormen der Kanäleauf, die Zuflußöffnungenzum Formenhohlraum darstellen. Gemäß diesem Aspekt wird der Parameterbezüglichden Größen undFormen der Kanälefür einegewünschte Spritzgießbedingungbestimmt.
    [0018] Imerfindungsgemäßen Verfahrenzum Designen einer Form wird bei der Bestimmung des Formdesignparametersvorzugsweise zusammen mit dem Formdesignparameter ein Prozeßparameterzum Setzen eines Harzzuflusses in einem Gießprozeß gesetzt. Gemäß diesemAspekt wird der bestimmte Parameter des Harzzu flusses im Gießprozeß für die gewünschte Spritzgießbedingungbestimmt.
    [0019] Imerfindungsgemäßen Verfahrenzum Designen einer Form ist der Prozeßparameter vorzugsweise einParameter, der die Betätigungvon in mehreren Harzzufuhrkanälenangeordneten Harzzuflußregelventilen steuert.Gemäß diesemAspekt wird der Parameter zum Steuern der Betätigung der in den mehrerenHarzzufuhrkanälenangeordneten Harzzuflußregelventilebestimmt.
    [0020] Imerfindungsgemäßen Verfahrenzum Designen einer Form werden die Prozeßparameter vorzugsweise untereiner Bedingung optimiert, daß zueinem bestimmten Zeitpunkt währendeines Harzeinfüllprozessesmindestens ein Zuflußregelventilgeöffnetist. Gemäß diesemAspekt wird ein optimaler Parameter unter der praktischen Bedingungbestimmt, daß mindestensein Zuflußregelventilgeöffnetist.
    [0021] Gemäß einemanderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zumHerstellen eines Spritzgießformteilsbereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bestimmeneines Formdesignparameters füreinen Spritzgießprozeß, in demeine Form mit mehreren zu einem Formenhohlraum führenden Harzzufuhrkanälen verwendetwird, bezüglichder Anordnung und/oder den Formen und/oder den Größen der Harzzufuhrkanäle durchKombinieren eines numerischen Analyseverfahrens zum Berechnen einesSpritzgießprozessesund eines computerunterstütztenOptimierungsverfahrens zum Bestimmen einer gewünschten Spritzgießbedingung;Herstellen der Form basierend auf dem bestimmten Formdesignparameter;und Ausführeneines Spritzgießprozessesunter Verwendung der hergestellten Form. Erfindungsgemäß wird derSpritzgießprozeß unterVerwendung einer Form ausgeführt,die basierend auf einem durch die Optimierungsverarbeitung erhaltenenFormdesignparameter unter der gewünschten Spritzgießbedingunghergestellt wurde, so daß gewünschte Ergebnissedes Gießprozesseserhalten werden.
    [0022] Gemäß einemweiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Programm zumBestimmen einer gewünschtenSpritz gießbedingungbereitgestellt, gemäß dem ineinem Spritzgießprozeß, in demeine Form mit mehreren zu einem Formenhohlraum führenden Harzzufuhrkanälen verwendetwird, eine Verarbeitung zum Bestimmen eines Formdesignparametersbezüglichder Anordnung und/oder den Formen und/oder den Größen derHarzzufuhrkanäledurch Kombinieren eines numerischen Analyseverfahrens zum Berechneneines Spritzgießprozessesund eines computerunterstütztenOptimierungsverfahrens zum Bestimmen einer gewünschten Spritzgießbedingungdurch einen Computer ausgeführtwird. Erfindungsgemäß kann derFormdesignparameter durch einen Computer direkt und exakt berechnetwerden, ohne daß wiederholtemanuelle empirisch-praktische Methoden erforderlich sind.
    [0023] Gemäß einemweiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Spritzgießvorrichtungbereitgestellt, mit: einem Gießvorrichtungshauptkörper zumZuführenvon Harzmaterial zu einer Form, in der mehrere zu einem FormenhohlraumführendeHarzzufuhrkanäleausgebildet sind, überdie Harzzufuhrkanäle;einem Speicherabschnitt zum Speichern von Prozeßparametern, die durch Kombiniereneines numerischen Analyseverfahrens zum Berechnen eines Spritzgießprozessesund eines computerunterstütztenOptimierungsverfahrens bestimmt werden; und einem Steuerabschnittzum Steuern des Gießvorrichtungshauptkörpers basierendauf Prozeßparameterngemäß der zuverwendenden Form und zum Ausführendes Spritzgießprozesses durchSteuern des zeitlichen Ablaufs des Zuflusses von Harzmaterial vonden Harzzufuhrkanälenzur Form.
    [0024] Erfindungsgemäß können derHarzkomponente ein oder mehrere Zusatzstoffe hinzugefügt werden, vorausgesetzt,daß dieseden erfindungsgemäßen Zwecknicht beeinträchtigen.Zusatzstoffe sind beispielsweise faserförmige Verstärkungsmaterialien, z.B. Glasfasern,Silika-Aluminiumoxidfasern, Aluminiumoxidfasern, Kohlenstofffasern,aus Pflanzen, wie beispielsweise Hanf und Kenaf, gewonnene organischeFasern und synthetische Fasern; nadelförmige Verstärkungsmaterialien, z.B. Aluminiumboratwhiskerkristalleund Kaliumtitanatwhiskerkristalle; anorganische Füllstoffe,z.B. Glasperlen, Talk, Mika, Grafit, Wollastonit und Dolomit; Formentrennmittel,z.B. Fluorharze und Metallseifen; Färbungsmittel, z.B. Farbstoffeund Pigmente; Oxydationsinhibitoren; Wärmestabilisatoren; UV-Lichtabsorptionsmittel;Antistatikmittel; und grenzflächenaktiveStoffe.
    [0025] Daserfindungsgemäß verwendeteHarzmaterial ist vorzugsweise ein Thermoplastharz. Das Thermoplastharzkann ein beliebiges allgemein als Thermoplastharz bezeichnetes Materialsein, wie beispielsweise ein amorphes Polymer, ein halbkristallinesPolymer, ein kristallines Polymer und ein Flüssigkristallpolymer. Das Thermoplastharzkann aus einem Polymertyp oder aus einer Mischung aus mehreren Polymerkomponenten bestehen.Insbesondere kann das Thermoplastharz ein Olefinharz sein, wie beispielsweiseein Polyethylen mit niedriger Dichte, ein Polyethylen mit hoherDichte, ein Propylenharz und ein Ethylen-Propylen-Copolymer; Styrolharz,z.B. Polystyrol, hochschlagfestes Polystyrol und ABS-Harz; ein Acrylharz,z.B. Polymethylmethacrylat; Polyesterharz, z.B Polyethylenterephthalatund Polybutylenterephthalat; Polycarbonatharz, z.B. Polycarbonat undmodifiziertes Polycarbonat; Polyamidharz, z.B. Polyamid 66, Polyamid6 und Polyamid 46; Polyacetalharz, z.B. Polyoxymethylen-Copolymerund Polyoxymethylen-Homopolymer; ein technischer Kunststoff (engineeringplastics) und ein technischer Hochleistungskunststoff (super engineeringplastics), z.B. Polyethersulfon, Polyetherimid, thermoplastischesPolyimid, Polyetherketon, Polyetheretherketon und Polyphenylensulfid;ein Zellulosederivat, z.B. Zelluloseacetat, Zelluloseacetatbutyratund Ethylzellulose; ein flüssigkristallförmiges Polymer,z.B. Flüssigkristallpolymerund aromatisches Flüssigkristallpolyester;und ein thermoplastisches Elastomer, z.B. thermoplastisches Polyurethanelastomer,thermoplastisches Styrol-Butadien-Elastomer,thermoplastisches Polyolefinelastomer, thermoplastisches Polyesterelastomer,thermoplastisches Vinylchloridelastomer und thermoplastisches Polyamidelastomer.
    [0026] Dasbevorzugte Harzmaterial beinhaltet auch ein Thermoplastharz aufPolypropylenbasis, Beispiele von Thermoplast harzen auf Polypropylenbasissind Homo-Polypropylen, ein Blockcopolymer oder ein beliebiges Copolymervon Polypropylen mit einem anderen Olefin oder ein Gemisch davon.
    [0027] 1 zeigt einen Formenhohlraumund die Position von Kanälenfür einenSpritzgießprozeß zum Erläutern einerersten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung;
    [0028] 2 zeigt einen Formenhohlraumund Harzzufuhrkanälefür einenSpritzgießprozeß zum Erläutern derersten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung;
    [0029] 3 zeigt ein Ablaufdiagrammzum Erläuterneiner ersten Ausführungsformeines erfindungsgemäßen Verfahrenszum Gießeneines Harzprodukts;
    [0030] 4 zeigt einen in der erstenAusführungsformdes erfindungsgemäßen Verfahrenszum Gießeneines Harzprodukts vorgesehenen Fließ- oder Bindenahtsteuerungsprozeß;
    [0031] 5 zeigt einen Formenhohlraumund die Position von Kanälenzum Erläuterneiner zweiten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung;
    [0032] 6 zeigt eine vergrößerte Ansichteines Verteilerkanalabschnitts in 5;
    [0033] 7A zeigt eine vergrößerte Ansichteines Mittenkanalabschnitts in 5;
    [0034] 7B zeigt eine vergrößerte Ansichteines Seitenkanalabschnitts in 5;
    [0035] 8 zeigt ein Ablaufdiagrammzum Erläuternder zweiten Ausführungsformdes erfindungsgemäßen Verfahrenszum Gießeneines Harzprodukts;
    [0036] 9A zeigt einen Verschiebungsbereichdes Seitenkanals in der zweiten Ausführungsform der vorliegendenErfindung;
    [0037] 9B zeigt den Fließ- oderBindenahtbewertungsbereich in der zweiten Ausfürhungsform der vorliegendenErfindung;
    [0038] 10A zeigt ein Fließ- oderBindenahtsteuerungsergebnis füreine Anfangsbedingung (fürden Fall, daß keineOptimierung vorgenommen wurde) in der zweiten Ausführungs formdes erfindungsgemäßen Verfahrenszum Gießeneines Harzprodukts;
    [0039] 10B zeigt ein Fließ- oderBindenahtsteuerungsergebnis fürden Fall, daß inder zweiten Ausführungsformdes erfindungsgemäßen Verfahrenszum Gießeneines Harzprodukts eine Optimierung vorgenommen wurde; und
    [0040] 11 zeigt ein Beispiel einerKonfiguration einer erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung.
    [0041] Nachstehendwird eine erste Ausführungsformder vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.Diese Ausführungsformbezieht sich auf die Herstellung eines sich in eine Richtung erstreckendenplattenförmigenElements (VerhältnisLänge/Breite= 3/16) (vergl. 1) durchein Spritzgießverfahrenunter Verwendung eines vorgegebenen Harzmaterials. Wie in 2 dargestellt ist, weist einFormenhohlraum CV in der Mitte, rechts und links auf einer Seiteder Platte drei Kanäle(G1, G2 und G3) auf. Erfindungsgemäß muß die Anzahl der Kanäle lediglichzwei oder mehr betragen und kann in Abhängigkeit von der Form und denAbmessungen eines Harzprodukts geeignet festgelegt werden.
    [0042] Inder vorliegenden Erfindung ist die Konfiguration derart, daß mindestensein Kanal ein Ventilkanal ist, der durch Bewegen eines Ventils geöffnet undgeschlossen werden kann, wobei der Spritzgießvorgang derart ausgeführt wird,daß durchRegeln des Öffnungsgradesder VentilkanäleFließ- oder Bindenähte an gewünschtenPositionen erzeugt werden. Diese Ausführungsform ist derart konfiguriert,daß alledrei KanäleVentilkanälesind, wie in 2 dargestelltist. Wenn als Ergebnis des späterbeschriebenen Optimierungsvorgangs festgelegt wird, daß mindestenseiner der Kanälevollständiggeöffnetoder geschlossen gehalten wird, muß dieser Kanal für einenrealen Gießvorgangnicht notwendigerweise ein Ventil aufweisen. Jeder der Kanäle ist über einenVerteilerkanal R mit dem vorderen Ende einer Düse N verbunden. Der VerteilerkanalR ist als sogenannter Heißkanalkonstruiert, der so gesteuert wird, daß er eine vorgegebene Temperaturaufrechterhält, umzu verhindern, daß dasHarz sich im Verteilerkanal R verfestigt. Der Verteilerkanal R unddie KanäleG1, G2 und G3 bilden Harzzufuhrkanäle.
    [0043] 11 zeigt ein Konfigurationsbeispieleiner Spritzgießvorrichtunggemäß dieserAusführungsform. Wiein 11 dargestellt ist,weist die Spritzgießvorrichtung 10 auf:einen Gießvorrichtungshauptkörper 11 zumZuführenvon geschmolzenem Harz von der in 2 dargestelltenDüse N;einen Speicherabschnitt 12 zum Speichern von Prozeßparametern,die durch eine Kombination aus einem numerischen Analyseverfahren zumBerechnen eines Spritzgießprozessesund einem computerunterstütztenOptimierungsverfahren bestimmt werden; und einen Steuerabschnitt 13 zumAusführeneines Spritzgießvorgangs,währendder Gießvorrichtungshauptkörper 11 basierendauf den bestimmten Prozeßparameterngemäß der zuverwendenden Form gesteuert wird, und zum Steuern des zeitlichenAblaufs des Zuflusses des geschmolzenen Harzes.
    [0044] Inder vorliegenden Ausführungsformwird ein Formdesignparameter zum Erhalten der bevorzugten Einspritzbedingung,der mit der Anordnung und/oder den Formen und/oder den Größen derHarzzufuhrkanäle inBeziehung steht, durch eine Kombination aus einem numerischen Analyseverfahrenzum Berechnen eines Spritzgießprozessesund einem computerunterstütztenOptimierungsverfahren bestimmt, und zusammen damit wird ein Prozeßparameterzum Festlegen des Harzzuflusses im Spritzgießprozeß bestimmt. Wenn, wie in derspäterbeschriebenen zweiten Ausführungsform,kein Ventilkanal verwendet wird, kann auch nur der Formdesignparameterbestimmt werden.
    [0045] Hinsichtlichdes numerischen Analyseverfahrens zum Berechnen des Spritzgießprozessesist in den letzten Jahren ein Verfahren in die Praxis umgesetztworden, in dem das Verhalten des Harzes basierend auf einer Finite-Elemente-Methode unter Verwendungvon Gleichungen auf der Basis der während des Gießvorgangszwischen Elementen wirkenden Beziehung analysiert wird. In der vorliegendenAusführungsformwird ein durch Moldflow Corporation hergestelltes Material mit derHandelsbezeichnung Moldflow Plastics Insight 2.0 rev1 verwendet.Es sind viele ähnlichecomputerunterstützteOptimierungsverfahren entwickelt worden. In der vorliegenden Ausführungsformwurde ein durch Engineous Software Inc. hergestelltes Programm mitder Handelsbezeichnung iSIGHT 6.0 verwendet. Weil bei der Analyseein Problem hinsichtlich einer wesentlichen Nichtlinearität auftritt,wurde ein Simulated-Annealing-(SA-)Verfahren verwendet, das denDesignraum in einer globalen Basis untersuchen konnte und daherals leicht erreichbares globales Optimum betrachtet wurde, ohnedaß dieGefahr besteht, daß dasVerfahren in einem lokalen Optimum endet. Nachstehend wird das gesamteAblaufschema der Analyse unter Bezug auf das Ablaufdiagramm von 3 beschrieben.
    [0046] Zunächst wirdin Schritt (st) 2 das Simulationsmodell zum Analysierendes Harzflusses währenddes Spritzgießprozesseserzeugt. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein nachstehendspezifiziertes Modell einer breiten und flachen Platte verwendet. Abmessungen:Breite 1600 mm, Länge300 mm, Dicke 3 mm; Anzahl der Elemente: 2862; Anzahlder Knoten: 1558; Drei Kanälean einer Seite. Verteilerkanaldurchmesser: ∅ 6 mm(Heißkanal)Kanal: ∅ 4 mm × Länge 7,5mm (Ventilkanal)
    [0047] InSchritt 3 werden die Bedingungen für den Spritzgießprozeß festgelegt.ZunächstmüssenDaten eingegeben werden, z.B. die physikalischen oder mechanischenEigenschaften des als Material ausgewählten Harzes. Das hierin verwendeteHarz ist ein Harz auf Polypropylenbasis mit der HandelsbezeichnungSumitomo Noblen NP156 von Sumitomo Chemical Co., Ltd. (Stapel- oderSchnittfasern GFPP, GF 30 Gew.-%). Die erforderlichen physikalischenEigenschaften sind beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit, die spezifische Wärmekapazität, die Temperaturfür dennicht fließfähigen Zustandund die Viskosität.
    [0048] Hinsichtlichanderer Gießbedingungenwurden die Harztemperatur, die Temperatur des Heißkanals unddie Formtemperatur auf 230°C,230°C bzw.50°C eingestellt,die Einspritzrate wurde auf einen konstanten Wert eingestellt, unddie Einspritzzeit wurde auf etwa 8 Sekunden eingestellt.
    [0049] Schritt(st) 4 und die folgenden Schritte stellen die computerunterstützte Optimierungsstufedar. In Schritt 4 wird der Anfangswert der erforderlichenParameter definiert (im vorliegenden Fall stellen die Parameterdie Öffnungs-/Schließzeit derVentilkanäleund die Anzahl und die Position der Kanäle dar), die als Designvariablenbezeichnet werden. In Schritt 5 werden die entsprechendenAbschnitte eines Simulationsmodells gemäß den anfangs gesetzten Wertender Designvariablen korrigiert. In Schritt 6 wird ein Zuflußprozeß für das Harzberechnet, und in Schritt 7 wird die Ergebnisdatei ausgegeben.In Schritt 8 wird basierend auf der Ergebnisdatei eineZielfunktion bezüglicheiner Formschließkraftund des Auftretens von Fließ-bzw. Bindenähtenberechnet. In Schritt 9 wird entschieden, ob der berechneteWert zu einer optimalen Lösunghin konvergiert. Wenn dies nicht der Fall ist, werden in Schritt 10 dieDesignvariablen basierend auf dem Algorithmus des Optimierungsverfahrenskorrigiert, und die Schritte 5 bis 10 werden wiederholt.Wenn in Schritt 9 festgestellt wird, daß die Zielfunktion zur optimalenLösunghin konvergiert, wird die Optimierungsstufe beendet.
    [0050] Inder vorliegenden Ausführungsformwird das Simulated-Annealing-Verfahrenals Algorithmus des Optimierungsverfahrens verwendet. Beim langsamenAbkühlenvon Metall wird die Energie der einzelnen Moleküle von einem hohen Niveau aufein niedriges Niveau gebracht. Das Simulated-Annealing-Verfahren verwendetdies als Modell. D.h., das Simulated-Annealing-Verfahren ist kein Verfahrenzum schnellen Herlei ten der optimalen Lösung, sondern ein Verfahren,das durch Erzeugen unterschiedlicher Lösungen eine allgemeine Untersuchungermöglicht,währendeine lokale Verschlechterung der Lösung zulässig ist. Die Konvergenz zuroptimalen Lösunghin wird nach vorgegebenen Recheniterationen beurteilt.
    [0051] Inder vorliegenden Ausführungsformwerden drei Ventilkanäleverwendet. Es kann vorausgesetzt werden, daß die Öffnungs-/Schließzeit für jedeneinzelnen Ventilkanal unabhängigbestimmt wird. In einigen Fällenkönnendiese Ventilkanälejedoch aufgrund von Einschränkungenbezüglichdes realen Betriebs nicht unabhängigvoneinander manipuliert werden. Es ist effizient, die Optimierungunter weiter eingeschränktenBedingungen auszuführen.Zu diesem Zweck wurden die folgenden Zwangsbedingungen festgelegt.
    [0052] Zunächst wirdin der vorliegenden Ausführungsformder Öffnungsgradjedes Ventilkanals nicht kontinuierlich oder schrittweise eingestellt,sondern hinsichtlich der praktischen Anwendung werden lediglichzwei Stellungen, "offen" und "geschlossen", verwendet. Weildas Harz sich im Heißkanalnicht verfestigt, kann jeder Ventilkanal auch nach Beginn des Spritzgießvorgangsim geschlossenen Zustand verharren und zu einem beliebigen Zeitpunktdanach geöffnetwerden. Außerdemkann ein Ventilkanal, der einmal geöffnet wurde, um Harz durchzulassen,geschlossen werden. Wenn ein Ventilkanal, der einmal geöffnet warund dann geschlossen wurde, erneut geöffnet wird, kann sich das Harzströmungsabwärtsseitigvom Ventil jedoch in Abhängigkeit vonder Zeitdauer des geschlossenen Zustands verfestigen, so daß das ProduktGießdefekteaufweisen kann, beispielsweise kann sein Erscheinungsbild beeinträchtigt sein.Infolgedessen ergeben sich insgesamt fünf Betätigungsmuster für eineneinzelnen Ventilkanal: (1) permanent offen; (2) permanent geschlossen;(3) geschlossen → offen;(4) offen → geschlossen;und (5) geschlossen → offen → geschlossen.Diese Möglichkeiten wur denals erste Zwangsbedingung definiert. Als einfachere Zwangsbedingungist eine Modifikation denkbar, die nicht das Muster (offen → geschlossen]verwendet. D.h., eine Modifikation mit den drei Mustern: (1) permanentoffen; (2) permanent geschlossen; (3) geschlossen → offen wirdals Zwangsbedingung 1b definiert.
    [0053] Beieinem realen Gießvorgangsollten, wenn alle Kanälegleichzeitig geschlossen sind, die Verteilerkanäle und Kanäle und Ventile einem abnormalhohen Druck ausgesetzt werden, so daß durch die Analyse aufgrundder Programmeigenschaften Fehler induziert werden. Als Gegenmaßnahme für diesesProblem wurde als Zwangsbedingung 2a festgelegt, daß während desGießprozessesimmer mindestens ein Kanal offen gehalten wird. Als einfachere Zwangsbedingungkann ein Ventilkanal permanent offen gehalten werden, was als Zwangsbedingung 2b definiertwird.
    [0054] Durcheine Kombination aus der Zwangsbedingung 1a oder 1b undder Zwangsbedingung 2a oder 2b werden verschiedeneZwangsbedingungen fürVentilbetätigungenerhalten. Hierin wurde die einfachste Kombination der Zwangsbedingungen 1b und 2b verwendet.D.h., zunächstwird unter den drei Kanälenein Kanal als abhängigerKanal ausgewählt,der immer offen gehalten wird, und dann werden die anderen beidenKanäle alsunabhängigregelbare Kanälebestimmt, und die Öffnungszeitender beiden Kanälewerden als unabhängigeVariablen optimiert. In der vorliegenden Ausführungsform wurde die Optimierungsowohl fürden Fall, daß KanalG1 permanent offen gehalten wird, als auch für den Fall ausgeführt, daß KanalG2 permanent offen gehalten wird.
    [0055] Hierbeiwurden die x-Koordinaten einer Kanalposition als Designvariable(reale Zahl) festgelegt. Weil ein Kanalabschnitt und ein Produktabschnittverbunden sein (einen ge meinsamen Knoten aufweisen) mußten, wurdeder gesamte Kanalabschnitt parallel verschoben, so daß der Kanalzu einer Position (x-Koordinate nach der Korrektur) versetzt wurde,der die berechnete Knotenposition des Produktabschnitts darstellt,die nach der Versetzung oder Verschiebung am nähesten zur Kanalposition angeordnetist. Nach dem Versetzen des Kanalabschnitts wurde jeder Verteilerkanaldurch Verschieben des Knotens des Vertteilerkanals zur entsprechendenPosition erweitert/bewegt.
    [0056] Inder vorliegenden Ausführungsformwird [(das Auftreten von Fließ-bzw. Bindenähten+ die zum Spritzgießenerforderliche Formschließkraft)]als Zielfunktion verwendet. Das Steuern des Auftretens von Fließ- bzw.Bindenähtenist fürdas Erscheinungsbild und die Festigkeit eines Produkts wesentlich.Eine Verminderung der Formschließkraft führt zu einer Reduktion derGröße einerVorrichtung, zu Energieeinsparungen und zum Schutz einer Form, wodurchdie Kosten gesenkt werden. Jeder dieser Punkte wird nachstehend beschrieben.
    [0057] DerWinkel, unter dem die Fronten des zusammenfließenden Harzmaterials aufeinandertreffen,wird fürjeden Knoten eines Simulationsmodells berechnet, und basierend daraufwerden die Fließ-bzw. Bindenähtebeurteilt.
    [0058] Für einigeFormprodukte muß lediglichverhindert werden, daß Fließ- bzw.Bindenähtein spezifizierten Bereichen auftreten (indem die Fließ- bzw.Bindenähtezu anderen Bereichen verschoben werden). Um diese Anforderung zuerfüllen,wurde ein Programm bereitgestellt, das Fließ- bzw. Bindenähte nurin spezifizierten Bereichen erfaßt (vergl. 4). Das Programm zählt die Punkte, an denen Fließ- bzw.Bindenähteauftreten, nur in vorgegebenen Bereichen (rechteckige Bereiche mitder gleichen Mitte und der gleichen Längsausrichtung wie das Produkt,wobei die Bereiche ein Abschnitt mit einer Breite von 400 mm undeiner Längevon 100 mm und ein Abschnitt mit einer Breite von 800 mm und einerLänge von100 mm sind), und gibt den Zählwert aneine Datei aus. Hinsichtlich der Bestimmung eines spezifiziertenBereichs kann beispielsweise durch Ungleichungen oder auf ähnlicheWeise unter Verwendung von Koordinaten ein Polygonbereich definiertwerden. Ein Bereich mit einer beliebigen Form kann durch ein Verfahrenzum Speichern der Knoten im Bereich definiert werden.
    [0059] DieFormschließkraftwird durch Multiplizieren des unter Verwendung eines Simulationsmodellserhaltenen Harzdrucks im Formenhohlraum mit der projizierten Fläche bestimmt.
    [0060] DieZielfunktion ist gegeben durch: Zielfunktion= A × δ + B,wobeiA die Anzahl von innerhalb eines spezifizierten Bereichs gebildetenFließ-bzw. Bindenähten(Anzahl von Knoten), B (Tonnen) die für den Gießprozeß erforderliche Formschließkraft und δ einen Gewichtungsfaktor bezeichnen.Wenn dem Auftreten von Fließ-bzw. Bindenähteneine hohe Prioritätoder Wichtigkeit zugeordnet werden soll, sollte der Wert von δ erhöht werden.In der vorliegenden Ausführungsformwurde δ =1000 verwendet, um der Vermeidung des Auftretens von Fließ- bzw.BindenähtenPrioritätzu geben. Obwohl die Fließ- bzw.Bindenahtbewertung einfach wird, wenn die vorstehend beschriebeneAnzahl von Knoten verwendet wird, ist es bevorzugt, daß, wenndie Knotenintervalle im Simulations modell ungleich sind, die Anzahlder Knoten in eine Fließ- bzw. Bindenahtlänge umgewandeltwird. Wenn auch die Fließ- bzw. Bindenahtfestigkeitin die Bewertung eingehen soll, wird, wenn zusätzlich auch die Temperaturund der Druck des zusammenfließenden Harzesberücksichtigtwerden, ein exakteres Ergebnis erhalten.
    [0061] DieKanalpositionen und die Kanalöffnungs-/Schließzeitenwährendeines Spritzgießprozessesfür das in 1 dargestellte Produkt wurdenunter Anwendung der folgenden Anfangsbedingungen und Zwangsbedingungenoptimiert.
    [0062] DerKanal G1 wird permanent offen gehalten, und die Öffnungszeiten der Kanäle G2 undG3 sind variabel. Zwangsbedingung: 1100 ≤ x1 ≤ 1500; 600 ≤ x2 ≤ 1000; 100 ≤ x3 ≤ 500, 0 ≤ t2 ≤ 8,0s; 0 ≤ t3 ≤ 8,0s Anfangsbedingung:x1 = 1300; x2 = 800; x3 = 300; t2 = 4,0s; t3 = 4,0 s
    [0063] DerKanal G2 wird permanent offen gehalten, und die Öffnungszeiten der Kanäle G1 undG3 sind variabel. Zwangsbedingung: 1100 ≤ x1 ≤ 1500; 600 ≤ x2 ≤ 1000; 100 ≤ x3 ≤ 500, 0 ≤ t1 ≤ 8,0s; 0 ≤ t3 ≤ 8,0s Anfangsbedingung:x1 = 1300; x2 = 800; x3 = 300; t1 = 4,0s; t3 = 4,0 s
    [0064] Hierinbezeichnen x1, x2 und x3 (mm) die x-Koordinaten des Kanals G1, desKanals G2 bzw. des Kanals G3, und t1, t2 und t3 bezeichnen die Öffnungszeitendes Kanals G1, des Kanals G2 bzw. des Kanals G3.
    [0065] DieErgebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 dargestellt.
    [0066] Inden Tabellen ist unter (1) – (8)ein herkömmlichesVerfahren dargestellt, und in jedem dieser Verfahren sind die Positionender Kanälefest. Hinsichtlich der Kanalöffnungszeitbeziehen sich (1) und (6) auf einen Einpunktkanal und (2) und (7)auf eine sogenannte "Kaskadensteuerung", gemäß der, wennHarz, das über denKanal zugeführtwird, der zuerst geöffnetworden ist, einen anderen Kanal erreicht, der Kanal geöffnet wird. Gemäß (3) werdenzwei Kanälepermanent offen gehalten, und gemäß (4) werden drei Kanäle permanentoffen gehalten. Die Optimierung wurde für (5) und (8) ausgeführt, wobeibeabsichtigt war, das Auftreten von Fließ- oder Bindenähten im Mittenbereich 1 zuvermeiden, der ein Bereich ist, der schmaler ist als unter den BedingungenA, B der Ausführungsform,wobei nur die Öffnungszeitender Kanäleoptimiert wurden. Anhand dieser Ergebnisse konnten Gießbedingungen,gemäß denenkeine Fließ-oder Bindenähteim Mittenbereich 2 eines Produkts auftreten und die Formschließkraft geringwar, nicht erhalten werden.
    [0067] Andererseitswurde in der Ausführungsformder vorliegenden Erfindung durch Steuern der Kanalpositionen undder Kanalöffnungszeitendas Auftreten von Fließ-oder Bindenähtenim gewünschtenBereich (Mittenbereich 2) unterdrückt, und außerdem wurde die Formschließkraft aufeinem niedrigen Wert gehalten. Insbesondere wurde im Fall der BedingungA für dieerste Hälftedes Gießprozessesdas Harz von den Kanälen G1,G3 auf beiden Seiten eingespritzt, und für die zweite Hälfte desGießprozesseswurde der Mittenkanal G2 geöffnet,wodurch das Auftreten von Fließ-oder Bindenähtenunterdrücktund die Formschließkraftvermindert werden konnte. Daher kann durch dieses Verfahren eineForm basierend auf einer Produktgestalt und einem Spritzgießprozeß designtwerden, und außerdemkann unter Verwendung des Designergebnisses ein praktisches Gießverfahrenbereitgestellt werden.
    [0068] Inder vorstehenden Ausführungsformist nur ein einzelner Bereich als Zielbereich zum Unterdrücken desAuftretens von Fließ-oder Bindenähtendefiniert. Verteilte Bereiche könnenjedoch auf ähnlicheWeise behandelt werden, indem die Zielfunktion als Summe einzelnererzeugter Fließ-oder Bindenähtestrukturiert wird. Außerdemkönnendurch die gewichtete Summe in jedem Bereich mehrere Teilbereichegehandhabt werden, denen verschiedene Prioritäten zugeordnet sind. Wie vorstehendbeschrieben wurde, könnendie Positionen, an denen Fließ-bzw. Bindenähteauftreten, durch Steuern des Auftretens von Fließ- bzw. Bindenähten ineinzelnen Bereichen feiner gesteuert werden.
    [0069] Nachstehendwird die zweite Ausführungsformder vorliegenden Erfindung erläutert.Die in 5 dargestelltezweite Ausführungsformstellt einen Fall dar, in dem ein nahezu quadratischer, trapezförmiger flacher Artikel(VerhältnisLänge/Breite= 8/10) mit einer Öffnungim Inneren durch ein Spritzgießverfahrenhergestellt wird. Wie in den 5 und 6 dargestellt ist, ist einerster Kanal (Mittenkanal) G4 im Mittenabschnitt des flachen Artikelsin einem Formenhohlraum CV angeordnet, und ein zweiter Kanal (Seitenkanal)G5 ist an einer Seite quer überdie Öffnungangeordnet.
    [0070] Indieser Ausführungsformist keiner der Kanäleein Ventilkanal, sondern die Kanälesind normale Kanäle,die permanent offen gehalten werden, und die Optimierungsverarbeitungwurde unter Verwendung der Größen oderPositionen der Kanäleals Designvariablen ausgeführt.Der Mittenkanal G4 ist vertikal zum Formenhohlraum CV ausgebildet,und der Seitenkanal G5 ist senkrecht zur Seitenlinie in der gleichenEbene wie der Formenhohlraum CV ausgebildet. Wie in 7A dargestellt ist, ist der MittenkanalG4 so konstruiert, daß einEnde des HeißkanalsHR übereinen EingußkanalSR, der einen kleineren Durchmesser hat als das Ende, mit dem Formenhohlraumverbunden ist. In dieser Ausführungsformist der EingußkanalSR konisch ausgebildet, wobei sich sein Durchmesser von der Seitedes Heißkanalszur Formenhohlraumseite hin erweitert. Der Seitenkanal G5 ist, wiein 7B dargestellt ist,so konstruiert, daß amEnde des HeißkanalsHR ein konischer EingußkanalSR ausgebildet ist, und das vordere Ende des EingußkanalsSR bildet einen Kaltkanal CR, der entlang der Fläche des Formenhohlraums CVgebogen ist und einen stegförmigenoder Stegabschnitt LD mit einem rechteckigen Querschnitt an einemEnde aufweist. Der HeißkanalHR wird auf eine vorgegebene Temperatur geregelt, so daß das Harzsich in seinem Inneren nicht verfestigt, während ein Abschnitt hinterdem EingußkanalSR eine Temperatur aufweist, die niedriger ist als der Schmelzpunktund der Formtemperatur ähnlichist. Ein Harzzufuhrkanal besteht aus dem Heißkanal HR und den Kanälen G4,G5 und schließtden EingußkanalSR, den Kaltkanal CR und den Stegabschnitt LD ein.
    [0071] Inder vorliegenden Ausführungsformwerden, weil kein Ventilkanal verwendet wird, als Designvariablenkeine Prozeßparameterverwendet, die sich währenddes Gießprozesses ändern, sonderndurch eine Kombination aus einem numerischen Analyseverfahren zumBerechnen eines Spritzgießprozessesund einem computerunterstütztenOptimierungsverfahren werden nur Formdesignparameter bestimmt, diemit der Anordnung und/oder den Formen und/oder den Größen derHarzzufuhrkanälein Beziehung stehen, um eine bevorzugte Gießbedingung bereitzustellen.Für dasnumerisches Analyseverfahren zum Berechnen des Spritzgießprozesseswurde ein durch Moldflow Corporation hergestelltes Material mitder Handelsbezeichnung Moldflow Plastics Insight 2.0 rev1 verwendet,und fürdas computerunterstützteOptimierungsverfahren wurde ein durch Engineous Software Inc. hergestelltesProgramm mit der Handelsbezeichnung iSIGHT 6.0 verwendet. Der Ablaufder Analyse wird nachstehend in Verbindung mit dem Ablaufdiagrammvon 8 erläutert.
    [0072] Zunächst wirdin Schritt (st) 22 ein nachstehend spezifiziertes flachesModell verwendet. Abmessungen: Breite 1000 mm, Länge 800mm, Dicke 2,0 mm und 3,5 mm; Öffnung: Breite 400 mm, Länge 100mm Anzahl der Elemente: 8136; Anzahl der Knoten: 4053; Kanäle: ZweiKanälein der Mitte und an einer Seite. Verteilerkanaldurchmesser: ∅ 16mm (Heißkanal); ∅ 8mm (Kaltkanal) Stegform des Seitenkanals: rechteckiger Querschnitt; Länge 10 mm Formdes Mittenkanals: ∅ 4,8 mm (Ende) → ∅ 8,0 mm (Produkt)
    [0073] InSchritt 23 werden die Bedingungen für den Spritzgießprozeß festgelegt.ZunächstmüssenDaten eingegeben werden, z.B. die physikalischen oder mechanischenEigenschaften des als Material ausgewählten Harzes. Die hierin verwendetenHarze sind Thermoplastharze auf Polypropylenbasis mit der HandelsbezeichnungSumitomo Noblen AZ564. Die physikalischen Eigenschaften sind beispielsweisedie Wärmeleitfähigkeit, diespezifische Wärmekapazität, die Temperaturfür dennicht fließfähigen Zustandund die Viskosität.Hinsichtlich anderer Gießbedingungenwurden die Harztemperatur, die Temperatur des Heißkanalsund die Formtemperatur auf 210°C,210°C bzw.40°C eingestellt,die Einspritzrate wurde auf einen konstanten Wert eingestellt, unddie Einspritzzeit wurde auf etwa 2 Sekunden eingestellt.
    [0074] Schritt(st) 24 und die folgenden Schritte stellen die computerunterstützte Optimierungsstufedar. In Schritt 24 werden die Anfangswerte der Designvariablen(die Position des Seitenkanals G5 und die Größen beider Kanäle) bestimmt.In Schritt 25 wird ein Simulationsmodell in Abhängigkeitvon den Anfangswerten der bestimmten Designvariablen korrigiert.In Schritt 26 wird ein Harzzuflußprozeß berechnet, und in Schritt 27 wirddie Ergebnisdatei ausgegeben. In Schritt 28 wird eine Zielfunktionbezüglichder Formschließkraftund des Auftretens von Fließ-bzw. Bindenähtenbasierend auf der Ergebnisdatei berechnet, und in Schritt 29 wirdentschieden, ob der berechnete Wert zu einer optimalen Lösung hinkonvergiert. Wenn dies nicht der Fall ist, werden in Schritt 30 dieDesignvariablen basierend auf dem Algorithmus des Optimierungsverfahrenskorrigiert, und die Schritte 25 bis 30 werdenwiederholt. Wenn in Schritt 29 festgestellt wird, daß die Zielfunktionzur optimalen Lösunghin konvergiert, wird die Optimierungsstufe beendet.
    [0075] Hierinwerden die folgenden Parameter bezüglich zwei Kanälen alsDesignvariablen definiert. (1) Eine Positiondes Seitenkanals G5 an der unteren Seitenlinie des FormenhohlraumsCV in 5. Wenn der Punktder linken unteren Ecke als Koordinatenursprung betrachtet wird,wird, wenn die x-Koordinaten (sx) sich ändern, der Seitenkanal G5 wiein 9A dargestellt verschoben. (2) Stegbreite (sw) des Seitenkanals G5; (3) Stegdicke (st) des Seitenkanals G5; (4) Kaltkanaldurchmesser (sd) des Seitenkanals G5; (5) Kanaldurchmesser (cd) des Mittenkanals G4 (5) Zielfunktion
    [0076] DieZielfunktion besteht wie bei den vorangehenden Ausführungsformenaus einer Summe aus einer durch die Spritzgießanalyse erhaltenen Formschließkraft unddem Fließ-bzw. Bindenahtbewertungswert, bei der vorliegenden Ausführungsformist jedoch beabsichtigt, zu veranlassen, daß Fließ- bzw. Bindenähte in einem Umfangsabschnittder Öffnungzu einem spezifizierten Bereich auftreten. D.h., wie in 9B dargestellt ist, istein Umfangsabschnitt der Öffnungeines Gießkörpers in20 Bereiche geteilt, die jeweils einen Öffnungsrand mit der gleichenLänge aufweisen.Diese Bereiche werden als Bereiche (1, 3–9, 11, 13–19) bezeichnet, die in einemRandabschnitt der Öffnungangeordnet sind, und als Bereiche (2, 10, 12, 20), die an den vier Eckendavon angeordnet sind. Fürjeden Bereich wird ein Gewichtungsfaktor gesetzt, und ein Fließ- bzw.Bindenahtbewertungswert wird als Summe des Produkts der in jedemBereich erfaßtenAnzahl von Fließ-bzw. Bindenähtenund dem Gewichtungsfaktor definiert. Der Gewichtungsfaktor 1 wurdedem Bereich zugeordnet, in denen das Auftreten von Fließ- bzw.Bindenähtenerwünschtist, und der Gewichtungsfaktor 2500 wurde dem Bereich zugeordnet,der am weitesten vom Bereich entfernt ist, in denen das Auftretenvon Fließ-bzw. Bindenähtenerwünschtist. Die Gewichtungsfaktoren im Bereich von 1 bis 2500 wurden diesenBereichen schrittweise zugewiesen.
    [0077] Fließ-bzw. Bindenahtbewertungswert = ΣAs·Wswobeis die Bereichnummer (s = 1 bis 20) in einem Umfangsabschnitt der Öffnung,As den Gewichtungsfaktor fürden entsprechenden Bereich und Ws die Anzahl von in jedem Bereichauftretenden Fließ-bzw. Bindenähten(Anzahl von Knoten) bezeichnen. Die Summe aus dem vorstehend dargestelltenFließ- bzw. Bindenahtbewertungswertund der fürden Gießprozeß erforderlichenFormschließkraftwurde als Gesamtzielfunktion verwendet.
    [0078] Zielfunktion= (Fließ-bzw. Bindenahtbewertungswert-Formschließkraft)
    [0079] DieOptimierungsverarbeitung wurde ausgeführt, nachdem die Anfangsbedingungen,die Zwangsbedingungen und die Gewichtung wie nachstehend dargestelltfestgelegt wurden. Anfangsbedingungen [mm] : sx = 400, sw =5, st = 1, sd = 8, cd = 8 Zwangsbedingungen: 300 ≤ sx ≤ 700; 3 ≤ sw ≤ 15; 1 ≤ st ≤ 3; 4 ≤ sd ≤ 12 ; 4 ≤ c d ≤ 12
    [0080] Hinsichtlichder Gewichtung wurde der Gewichtungsfaktor As folgendermaßen zugewiesen,um in den Bereichen 10 und 20 Fließ- bzw. Bindenähte zu induzieren. A10,A20 ..1 A1, A9, A11, A19 ..500 A2, A8, A12, A18 ..1000 A3,A7, A13, A17 ..1500 A4, A6, A14, A16 ..2000 A5, A15 ..2500
    [0081] DieErgebnisse sind in Tabelle 3 und in den 10A und 10B dargestellt. [Tabelle3]
    [0082] 10A zeigt das Ergebnis für die Anfangsbedingungen,und 10B zeigt das Ergebnisnach der Optimierung. Im erstgenannten Fall tritt eine Fließ- bzw.Bindenaht an einer anderen Position auf als in den Bereichen 10,20, und im letztgenannten Fall tritt lediglich im Bereich 20 eineFließ-bzw. Bindenaht mit kurzer Längeauf. Die Ausführungsformhat den Zweck, die rechte Fließ-bzw. Bindenaht in den Bereich 10 zu versetzen, während die linke Fließ- bzw.Bindenaht im Bereich 20 verbleibt, beim Versetzen der Position derrechten Fließ-bzw. Bindenaht in den Bereich 10 ist die rechte Fließ- bzw.Bindenaht jedoch verschwunden. Dadurch ist ersichtlich, daß das Auftretenvon Fließ-bzw. Bindenähtenin von den Bereichen 10, 20 verschiedenen Bereichen durch gleichzeitigesOptimieren der Kanalposition und des Kanal-/Kaltkanaldurchmessersvermieden und die Formschließkraftauf weniger als 60% des Anfangswertes reduziert werden konnte.
    [0083] Inder vorstehenden Ausführungsformwird zwar die Formschließkraftals zusätzlicheZielfunktion verwendet, als Zielfunktion können jedoch auch entsprechendden einzelnen Bedingungen geeignete Parameter verwendet werden.In der vorliegenden Ausführungsformist die Zielfunktion als Summe mehrerer elementarer Zielfunktionenstrukturiert, in Abhängigkeitvon Situationen kann jedoch eine geeignete Berechnung verwendet werden.
    [0084] Wievorstehend beschrieben wurde, kann erfindungsgemäß ein Formdesignparameter,der mit der Anordnung, und/oder den Formen und/oder den Größen derHarzzufuhrkanälein Beziehung steht, direkt und exakt berechnet werden, ohne daß wiederholtemanuell empirisch-praktische Methoden angewendet werden müssen. Dadurchkann auch beim Spritzgießeneines Harzprodukts mit einer beliebigen Form das Designergebniseiner Form erhalten werden, gemäß der dasAuftreten von Fließ- bzw. Bindenähten gesteuertund die Formschließkraftreduziert werden kann. Unter Verwendung eines derartigen Designergebnisseskann ein Produkt mit einem guten Leistungsvermögen hinsichtlich seines Anwendungszwecksgegossen werden, so daß Vorrichtungskostenund der Arbeitsaufwand zum Herstellen des Produkts gesenkt bzw.reduziert werden können.
    权利要求:
    Claims (14)
    [1] Verfahren zum Designen einer Form für einenSpritzgießprozeß unterVerwendung einer Form mit mehreren zu einem Formenhohlraum führendenHarzzufuhrkanälen,mit: einem Schritt zum Bestimmen eines Formdesignparameters,der mit der Anordnung und/oder den Formen und/oder den Größen derHarzzufuhrkanälein Beziehung steht, durch eine Kombination aus einem numerischenAnalyseverfahren zum Berechnen eines Spritzgießprozesses und einem computerunterstützten Optimierungsverfahren,um eine gewünschteSpritzgießbedingungzu erhalten.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Spritzgießbedingungdarin besteht, die füreinen Gießprozeß erforderlicheFormschließkraftzu reduzieren.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Spritzgießbedingungdarin besteht, das Auftreten von Fließ- bzw. Bindenähten ineinem Gießprozeß zu unterdrücken oderzu steuern.
    [4] Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein Bereich, indem das Auftreten von Fließ-bzw. Bindenähtenunterdrücktoder gesteuert werden soll, in mehrere Bereiche geteilt wird, undwobei ein gewichtetes Maß für das Auftretenvon Fließ-bzw. Bindenähtenin den mehreren Bereichen als Fließ- bzw. Bindenahtbewertungswert verwendetwird, um Fließ-bzw. Bindenähtein einem spezifizierten Bereich zu induzieren oder zu unterdrücken.
    [5] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spritzgießbedingungdarin besteht, eine füreinen Gießprozeß erforderlicheFormschließkraftzu reduzieren und das Auftreten von Fließ- bzw. Bindenähten ineinem Gießproduktzu unterdrückenoder zu steuern.
    [6] Verfahren nach Anspruch 5, wobei eine für eine Optimierungverwendete Zielfunktion eine gewichtete Summe aus der für einenGießprozeß erforderlichenFormschließkraftund einem Fließ-bzw. Bindenahtbewertungswert zum Bewerten des Auftretens von Fließ- bzw.Bindenähtenist.
    [7] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der FormdesignparameterAnzahlen und/oder Positionen von Kanälen aufweist, die Zufuhrkanäle zum Formenhohlraumsind.
    [8] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Formdesignparameterdie Größen und/oder Formenvon Kanälenaufweist, die Zufuhrkanälezum Formenhohlraum sind.
    [9] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei bei derBestimmung des Formdesignparameters zusammen mit dem Formdesignparameterein Prozeßparameterzum Festlegen des Harzzuflusses bestimmt wird.
    [10] Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Prozeßparameterein Parameter zum Steuern von Betätigungen von Zuflußregelventilenist, die in mehreren Harzzufuhrkanälen angeordnet sind.
    [11] Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Prozeßparameterunter der Bedingung optimiert werden, daß während des Harzeinfüllvorgangszu einem beliebigen Zeitpunkt mindestens ein Zuflußregelventilgeöffnetist.
    [12] Verfahren zum Herstellen eines Spritzgießformteilsin einem Spritzgießprozeß unterVerwendung einer Form, in der mehrere zu einem Formenhohlraum führende Harzzufuhrkanäle ausgebildetsind, mit den Schritten: Bestimmen eines Formdesignparameters,der mit der Anordnung und/oder den Formen und/oder den Größen derHarzzufuhrkanälein Beziehung steht, durch Kombinieren eines numerischen Analyseverfahrenszum Berechnen eines Spritzgießprozessesmit einem computerunterstütztenOptimierungsverfahren, um eine gewünschte Spritzgießbedingungzu erhalten; Herstellen einer Form basierend auf dem bestimmtenFormdesignparameter; und Ausführen des Spritzgießprozessesmit der hergestellten Form.
    [13] Programm zum Erhalten einer gewünschten Spritzgießbedingungfür einenSpritzgießprozeß unter Verwendungeiner Form mit mehreren zu einem Formenhohlraum führendenHarzzufuhrkanälen,wodurch eine Verarbeitung zum Bestimmen eines Formdesignparameters,der mit der Anordnung und/oder den Formen und/oder den Größen derHarzzufuhrkanälein Beziehung steht, durch Kombinieren eines numerischen Analyseverfahrenszum Berechnen eines Spritzgießprozessesund eines computerunterstütztenOptimierungsverfahren durch einen Computer ausgeführt wird.
    [14] Spritzgießvorrichtungmit: einem Gießvorrichtungshauptkörper zumZuführenvon Harzmaterial zu einer Form, in der mehrere zu einem FormenhohlraumführendeHarzzufuhrkanäleausgebildet sind, überdie Harzzufuhrkanäle; einemSpeicherabschnitt zum Speichern von Prozeßsparametern, die durch eineKombination aus einem numerischen Analyseverfahren zum Berechneneines Spritzgießprozessesund einem computerunterstützten Optimierungsverfahrenbestimmt werden; und einem Steuerabschnitt zum Steuern desGießvorrichtungshauptkörpers basierendauf den derart erhaltenen Prozeßparameterngemäß der zuverwendenden Form und zum Ausführeneines Spritzgießprozessesdurch Steuern des zeitlichen Ablaufs des Zuflusses von Harzmaterialvon den Harzzufuhrkanälenzur Form.
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