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    • 专利摘要:
    Durchdie vorliegende Erfindung wird ein optimales Harzproduktdesign auchdann realisiert, wenn ein Spritzgießvorgang zum Herstellen einesHarzprodukts mit einer beliebigen Form ausgeführt wird, wobei die zum Gießen erforderlicheFormschließkraftund die Kapazitäteiner verfügbarenSpritzgießvorrichtungberücksichtigt werden.Wenn ein durch Spritzgießenherzustellendes Harzprodukt designt wird, wird die zum Spritzgießen eines Harzproduktsmit einer beliebigen Form erforderliche Formschließkraft unterVerwendung eines computerunterstütztenOptimierungsverfahrens bestimmt, und dass wird das Design des Harzprodukts,basierend auf der erhaltenen Formschließkraft, bestimmt.
    公开号:DE102004015531A1
    申请号:DE102004015531
    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, ein Verfahren,eine Vorrichtung und eine Spritzgießvorrichtung zum Herstelleneines spritzgegossenen Harzprodukts.
    [0002] WennHarz unter Verwendung einer Spritzgießvorrichtung geformt wird,ist es notwendig, die Harztemperatur, die Formtemperatur, die Einspritzrateoder -geschwindigkeit und andere Parameter zu bestimmen, so daß die für den Gießvorgangerforderliche Formklemm- oder -schließkraft die Leistungsfähigkeitoder Kapazitätder Spritzgießvorrichtungnicht überschreitet.Normalerweise ist die Formschließkraft einer Vorrichtung nichtdie minimal erforderliche Formkraft, sondern es wird ein Wert verwendet,der einen Sicherheitsfaktor enthält.Die Formschließkraftwird durch den folgenden Ausdruck [(Harzdruck im Formenhohlraum) × (projizierte Fläche)] dargestellt.Beispielsweise wird in der offengelegten japanischen PatentveröffentlichungNr. 2002-355866, Seite 2, eine Technik zum Vermindern der Formschließkraft beschrieben.
    [0003] Inder vorstehend erwähntenPatentveröffentlichungwird eine Technik beschrieben, gemäß der, wenn das Produkt sichin der Längsrichtungerstreckt, mehrere Kanäle, über diedas geschmolzene Harz in den Formenhohlraum eingespritzt wird, aufder Strecke von der Position, an der der Harzeinfüllvorgangbeginnt, zu der Position angeordnet sind, an der der Harzeinfüllvorgangendet, wobei das geschmolzene Harz, ausgehend von dem Kanal, deran der Position angeordnet ist, an der der Einspritzvorgang beginnt,in einem vorgegebenen Intervall in den Formenhohlraum eingespritztwird. Gemäß dieserTechnik erreicht das in einer frühenStufe eingespritzte Harz einen nahezu abgekühlten und verfestigten Zustand,wenn es die Endeinfüllstufeerreicht. Infolgedessen wird die projizierte Fläche, die mit geschmolzenenHarz gefülltwerden sollte, das übereinen an der Endposition des Einfüllvorgangs angeordneten Kanaleingespritzt wird, im Vergleich zur projizierten Gesamtfläche desFormenhohlraums erheblich reduziert.
    [0004] Obwohlbei einem sich in Längsrichtungerstreckenden Formteil die Einspritzzeitintervalle leicht bestimmtwerden können,ist es schwierig, die Technik auf Formteile mit allgemeinen Formenanzuwenden. Daher waren wiederholte empirisch-praktische Methodenerforderlich, war intuitives Wissen erforderlich oder mußte aufErfahrungen zurückgegriffenwerden, um den Start- oder Anfangszeitpunkt des Einspritzvorgangs, eineDrosselung des Zuflusses oder eine Unterbrechung des Zuflusses voneinem Kanal zu bestimmen, Daher war es schwierig, durch das in dervorstehend erwähntenPatentveröffentlichungbeschriebene Verfahren ein optimales Design eines Harzprodukts hinsichtlichder zum Formen des Harzprodukts erforderlichen Formschließkraft zuerhalten.
    [0005] Daherist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Designen,ein Verfahren und eine Spritzgießvorrichtung zum Herstelleneines Harzprodukts bereitzustellen, die dazu geeignet sind, unterBerücksichtigungder fürden Gießvorgangerforderlichen Formschließkraftund der Kapazitäteiner verfügbaren Spritzgießvorichtungein optimales Harzproduktdesign auch für ein Harzprodukt mit einerbeliebigen Form zu realisieren.
    [0006] DieseAufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.
    [0007] Umdie vorstehende Aufgabe zu lösen,wird erfindungsgemäß ein Verfahrenzum Designen eines durch Spritzgießen herstellbaren Harzproduktsbereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bestimmeneiner zum Spritzgießeneines Harzprodukts mit einer spezifischen Form erforderlichen Formschließkraft unterVerwendung eines computerunterstützenOptimierungsverfahrens; und Bestimmen des Designs des Harzproduktesbasierend auf der bestimmten Formschließkraft. Durch dieses Verfahrenkann unter Berücksichtigungder be grenzten Kapazitäteiner verfügbarenSpritzgießvorrichtungein optimales Design erhalten werden. Der Ausdruck Spritzgießen sollin einem weiten Sinne verstanden werden und bezieht sich auf ein allgemeinesSpritzgießverfahren,z.B. Einspritz-Preßformen,Einspritz-Formpressen und Schaumstoff-Spritzgießen.
    [0008] DasHarzprodukt mit einer spezifischen Form bezeichnet ein Harzprodukt,das innerhalb eines vorläufigenDesignbereichs, der unter Einschränkungen des Produkts hinsichtlichseiner Form und Abmessungen festgelegt ist, verschiedenartig seinkann. Beispielsweise kann das Harzprodukt hinsichtlich seiner Dickeoder der Materialauswahl verschiedenartig sein, wobei entsprechenddem Verwendungszweck des Produkts im voraus Einschränkungenbezüglichder Form und der Abmessungen in zwei Dimensionen festgelegt sind.
    [0009] Erfindungsgemäß können derHarzkomponente ein oder mehrer Zusatzstoffe hinzugefügt werden,vorausgesetzt, daß dieseden erfindungsgemäßen Zwecknicht beeinträchtigen.Zusatzstoffe sind beispielsweise faserförmige Verstärkungsmaterialien, z.B. Glasfasern,Silika-Aluminiumoxidfasern, Aluminiumoxidfasern, Kohlenstofffasern,aus Hanf und Kenaf gewonnene organische Fasern und synthetischeFasern; nadelförmige Verstärkungsmaterialien,z.B. Aluminiumboratwhiskerkristalle und 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.
    [0010] 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.
    [0011] Einanderes geeignetes Harzmaterial ist beispielsweise ein für Automobilteileverwendetes Polypropylenharz mit geringem Fließvermögen. Das Fließvermögen einesHarzes wird durch den Schmelzindex (MFR, Einheit: g/10 min) dargestellt,der gemäß dem inJIS-K7210 beschriebenen Verfahren gemessen wird. In Verbindung mitder vorliegenden Patentanmeldung ist ein Harz mit geringem Fließvermögen einHarz, das, gemessen durch das vorstehend erwähnte Verfahren, bei einer Temperaturvon 230°Cund unter einer Last von 2,16 kg einen MFR-Wert von 0,5 – 20, vorzugsweise von 1,0 – 10, aufweist.Unter allgemeinen Polypropylen-Thermoplastharzen haben Materialienmit einer ausgezeichneten Schlagfestigkeit im geschmolzenen Zustandtendenziell ein geringes Fließvermögen, wobei,um die Schlagfestigkeit des Produkts zu verbessern, vorzugsweiseein Harz mit dem geringstmöglichenFließvermögen ausge wählt wird.Für Harzemit einem MFR-Wert von weniger als 0,5 ist das Fließvermögen zu gering,so daß einFormungsverfahren durch eine Spritzgießtechnik für diese Materialien als unpraktischbetrachtet wird. Wenn der MFR-Wert dagegen größer ist als 20, ist es unwahrscheinlich,daß diefür denFormungsvorgang erforderlich Formschließkraft sehr groß sein wird.
    [0012] Wenndas vorstehend beschriebene Harz mit geringem Fließvermögen unterBedingungen fürein Harz mit hohem Fließvermögen geformtwird, wird die erforderliche Formschließkraft extrem groß und überschreitetdie Kapazitätder Spritzgießvorrichtung.Daher kann ein Harz mit geringem Fließvermögen in der Produktdesignstufenicht als Material ausgewähltwerden, wenn die Kapazitätder Spritzgießvorrichtungvorgegeben ist. Trotzdem wird die für das Spritzgießen erforderlicheFormschließkraftdurch ein computerunterstütztes Optimierungsverfahrenvermindert, wodurch der Auswahlbereich für die Harzmaterialien erweitertwird. Dadurch kann die Dicke des Produkts bei gleicher Schlagfestigkeitvermindert werden.
    [0013] Alsein variabler Parameter zum Bestimmen der Formschließkraft kannbeispielsweise ein Prozeßparametereingeführtwerden, der den Zufluß desHarzmaterials durch den Harzzuflußkanal bestimmt. Durch Bestimmendes Prozeßparametersunter Verwendung eines computerunterstützten Optimierungsverfahrenskönnenexakte Parameter ohne manuelles Wiederholen einer empirisch-praktischenMethode unmittelbar berechnet werden.
    [0014] Einals Prozeßparameterbevorzugter Parameter ist ein Parameter zum Steuern der Betätigung vonin mehreren Harzzufuhrkanälenangeordneten Zuflußregelventilen.Unabhängigoder in Kombination mit dem Parameter zum Steuern der Regelventilekönnenauch andere Durchflußmengenregeleinrichtungenverwendet werden, z.B. eine Einrichtung zum Regeln des Gesamtzuflusseszur Form. In Abhängigkeitvom gewünschtenProdukt und von Herstellungsbedingungen können verschiedenartige Harzeals Harzmaterial fürein Formteil verwendet werden, wobei ein Thermoplastharz bevorzugtist. Im Fall von Thermoplastharz ist die Durchflußmengenregelungsehr einfach, wenn ein Heißkanalmit einer wärmespeicherndenEinrichtung im Harzzufuhrkanal verwendet wird. Das Zuflußregelventilkann als sogenanntes Schieberventil konfiguriert sein.
    [0015] ZumSteuern der Betätigungeines Zuflußregelventilskann eine variable Durchflußmengenregelung verwendetwerden. In einer realen Anwendung ist jedoch eine Einstellung desVentils auf einen vollständigoffenen oder vollständiggeschlossenen Zustand ausreichend. In der Praxis ist es bevorzugt,den Prozeßparameterunter der Bedingung zu optimieren, daß zu jedem Zeitpunkt während derEinfüllphasemindestens ein Ventilkanal offen gehalten wird. Für eineneffizienten Optimierungsvorgang kann, wenn in jedem von mehreren Harzzufuhrkanälen einZuflußregelventilangeordnet ist, ein Ventilkanal als zeitgesteuerter Ventilkanalausgewähltwerden, währenddie anderen Ventilkanälebeliebig betätigtwerden können,wobei der zeitgesteuerte Ventilkanal derart gesteuert werden kann,daß während derEinfüllphasezu jedem Zeitpunkt mindestens ein Ventilkanal offen gehalten wird.
    [0016] Einvariabler Parameter zum Bestimmen der Formschließkraft unter Verwendung desOptimierungsverfahrens kann ein Produktdesignparameter sein, dermit dem vorläufigenDesignbereich (z.B. dem Material und der Dickenverteilung) in Beziehungsteht, der hinsichtlich den Einschränkungen eines Harzproduktshinsichtlich seiner Form und seiner Abmessungen vorgegeben ist.Beispielsweise wird, wenn das Produkt mehrere vorgegebene Dickenverteilungsmusteraufweist, das Optimierungsverfahren verwendet, um die Verminderungder Formschließkraftfür jedesMuster zu prüfen,wodurch unter den mehreren Dickenverteilungsmustern ein spezifischesDickenverteilungsmuster ausgewähltwerden kann. Außerdemkann untersucht werden, wie weit die Dicke bezüglich der begrenzten Formschließkraft vermindertwerden kann, indem die Produktdickenverteilungen als variabler Paramterverwendet werden. Gemäß einemanderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann durch Spritzgießen unterder optimierten Bedingung (inner halb eines erforderlichen Formschließkraftbereichs)ein Harzprodukt hergestellt werden, das durch das vorstehend beschriebeneVerfahren zum Designen eines Harzprodukts designt wird.
    [0017] Gemäß einemweiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Spritzgießvorrichtungbereitgestellt, mit: einem Gießvorrichtungshauptkörper zumZuführenvon geschmolzenem Harz zu einer Form, in der mehrere zu einem FormenhohlraumführendeHarzzufuhrkanäleausgebildet sind, überdie Harzzufuhrkanäle; einemSpeicherabschnitt zum Speichern von Gießparametern, die durch eincomputerunterstütztesOptimierungsverfahren bestimmt werden; und einem Steuerabschnittzum Ausführeneines Spritzgießvorgangs,währendder Gießvorrichtungshauptkörper basierendauf den Gießparameternfür dievorgegebene Formschließkraftgesteuert wird.
    [0018] 1 zeigt einen Formenhohlraumund die Position von Kanälenzum Erläuterneiner Ausführungsformder vorliegenden Erfindung;
    [0019] 2 zeigt einen Formenhohlraumund einen Harzzufuhrkanal zum Erläutern einer Ausführungsform dervorliegenden Erfindung;
    [0020] 3 zeigt ein Ablaufdiagrammzum Erläuterneiner Ausführungsformeines erfindungsgemäßen Verfahrenszum Bestimmen eines Prozeßparametersfür einenSpritzgießvorgang;
    [0021] 4 zeigt ein exemplarischesVentilbetätigungsmusterfür eineAusführungsformeines erfindungsgemäßen Verfahrenszum Bestimmen eines Prozeßparametersfür einenSpritzgießvorgang;
    [0022] 5 zeigt ein anderes exemplarischesVentilbetätigungsmusterfür eineAusführungsformeines erfindungsgemäßen Verfahrenszum Bestimmen eines Prozeßparametersfür einenSpritzgießvorgang;
    [0023] 6 zeigt ein weiteres exemplarischesVentilbetätigungsmusterfür eineAusführungsformeines erfindungsgemäßen Verfahrenszum Bestimmen eines Prozeßparametersfür einenSpritzgießvorgang;
    [0024] 7 zeigt ein noch anderesexemplarisches Ventilbetätigungsmusterfür eineAusführungsformeines erfindungsgemäßen Verfahrenszum Bestimmen eines Prozeßparametersfür einenSpritzgießvorgang;
    [0025] 8 zeigt ein in einer Ausführungsformeines erfindungsgemäßen Verfahrenszum Bestimmen eines Prozeßparametersfür einenSpritzgießvorgangerhaltenes Ventilbetätigungsmuster;und
    [0026] 9 zeigt eine exemplarischeKonfiguration einer erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung.
    [0027] Nachstehendwerden bevorzugte Ausführungsformender vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.Die Ausführungsformenstellen ein Designverfahren fürden Fall der Herstellung eines sich in eine Richtung erstreckendenplattenförmigenElements (VerhältnisLänge/Breite= 16/3) (vergl. 1) durchein Spritzgießverfahrenunter Verwendung eines vorgegebenen Harzmaterials dar. Wie in 2 dargestellt ist, weistein Formenhohlraum 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.
    [0028] Zunächst wurdenvorläufigeDesigns (1) bis (3) vorbereitet, die bezüglich einerzweidimensionalen Form und zweidimensionalen Abmessungen gleich,bezüglichdes Harzmaterials und der Plattendicke jedoch verschieden waren.Die Breite betrug 1600 mm, die Längebetrug 300 mm und die Dicke betrug 3 mm und 2,5 mm. Der Schmelzindex(MFR, Einheit: g/10 min) wurde bei einer Temperatur von 230°C und einerLast von 2,16 kg gemäß dem durchJIS-K7210 spezifizierten Verfahren gemessen.
    [0029] Inder vorliegenden Ausführungsformwird ein Fall beschrieben, in dem mindestens ein Kanal ein Ventilkanalist, der durch Bewegen eines Ventils geöffnet und geschlossen werdenkann, wobei der Spritzgießvorgangderart ausgeführtwird, daß durchRegeln des Öffnungsgradesdes Ventilkanals die minimale Formschließkraft erhalten wird. Wennals Ergebnis des späterbeschriebenen Optimierungsvorgangs festgelegt wird, daß mindestenseiner der in 2 dargestelltendrei KanäleG1, G2 und G3 vollständiggeöffnetoder geschlossen gehalten wird, muß dieser Kanal für einenrealen Gießvorgangnicht notwendigerweise ein Ventil aufweisen. Jeder der Öffnungskanäle G1, G2und G3 ist übereinen Verteilerkanal R mit dem vorderen Ende einer Düse N verbunden.Der Verteilerkanal R ist als sogenannter Heißkanal konstruiert, der sogesteuert wird, daß ereine vorgegebene Temperatur beibehält, um zu verhindern, daß das Harzsich im Verteilerkanal R verfestigt.
    [0030] 9 zeigt ein Konfigurationsbeispieleiner Ausführungsformeiner Spritzgießvorrichtung.Wie in 9 dargestelltist, weist die Spritzgießvorrichtung 10 auf:einen Gießvorrichtungshauptkörper 11 zumZuführenvon geschmolzenem Harz von der in 2 dargestelltenDüse N;einen Speicherabschnitt 12 zum Speichern von Gießbedingungen(Gießparametern),die durch ein computerunterstütztesOptimierungsverfahren bestimmt werden; und einen Steuerabschnitt 13 zumAusführeneines Spritzgießvorgangs,währendder Gießvorrichtungshauptkörper 11 basierendauf den bestimmten Gießbedingungen(Gießparametern)für einevorgegebene Formschließkraftgesteuert wird.
    [0031] Gemäß dieserAusführungsformwird fürdie vorläufigenDesigns (2) und (3) ein Fall, in dem eine minimaleerforderliche Formschließkrafterreicht wird, unter Verwendung einer Kombination aus einem numerischenAnalyseverfahren zum Berechnen des Spritzgießprozesses und einem computerunterstützten Optimierungsverfahrenbestimmt, wobei in der Kombination die Öffnungs-/Schließzeit jedesVentilkanals als Variable verwendet wird. Außerdem wurde für die vorläufigen Designs(1) und (2) die Formschließkraft, die unter der Bedingungerforderlich ist, daß alleKanäleoffen gehalten werden, fürverschiedene Temperaturbedingungen berechnet. Hinsichtlich des numerischenAnalyseverfahrens zum Berechnen des Spritzgießprozesses wurde in den letztenJahren ein Verfahren in die Praxis umgesetzt, in dem das Verhaltendes 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 SA-(Simulated Annealing) 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.
    [0032] Zunächst wirdin Schritt (st) 2 das Simulationsmodell zum Analysierendes Harzflusses währenddes Spritzgießprozesseserzeugt. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein nachstehendspezifiziertes Modell einer breiten, flachen Platte verwendet. Abmessungen:Breite 1600 mm, Länge300 mm, Dicke 3 bzw. 2,5 mm; Anzahl der Elemente: 2862; Anzahlder Knoten: 1558; Drei Kanälean einer Seite. Verteilerkanaldurchmesser: ∅ 6 mm(Heißkanal) Kanal: ∅ 4mm × Länge 7,5mm (Ventilkanal)
    [0033] EsmüssenDaten eingegeben werden, z.B, die physikalischen oder mechanischenEigenschaften des als Material ausgewählten Harzes. Die verwendetenHarze sind Harze mit der Handelsbezeichnung Sumitomo Noblen AH561und AZ564 (hergestellt durch Sumitomo Chemical Co., Ltd.; MFR =3 für AH561und MFR = 30 fürAZ564). Die einzugebenden physikalischen Eigenschaften sind beispielsweisedie Wärmeleitfähigkeit,die spezifische Wärmekapazität, die Temperaturfür dennicht fließfähigen Zustandund die Viskosität.Hinsichtlich anderer Gießbedingungenwurden die Harztemperatur, die Temperatur des Heißkanalsund die Formtemperatur auf 220°C,220°C bzw.50°C eingestellt,die Einspritzrate wurde auf einen konstanten Wert eingestellt und dieEinspritzzeit betrug etwa 6 Sekunden.
    [0034] InSchritt (st) 4 werden der Anfangswert des erforderlichenParameters bestimmt (auch als variabler Parameter bezeichnet, imvorliegenden Fall stellt der Parameter die Öffnungs-/Schließzeit desVentilkanals dar). In Schritt 5 wird der Harzeinspritzprozeß berechnet.In Schritt 6 wird die Ergebnisdatei ausgegeben. In Schritt 7 wirddie Formschließkraftals Zielfunktion basierend auf der Ergebnisdatei berechnet. In Schritt 8 wird entschieden,ob der berechnete Wert zu einer optimalen Lösung hin konvergiert. Wenndies nicht der Fall ist, wird in Schritt 9 die Designvariableba sierend auf dem Algorithmus des Optimierungsverfahrens korrigiert,und die Schritte 5 bis 9 werden wiederholt. Wennin Schritt 8 festgestellt wird, daß die Zielfunktion zur optimalen Lösung hinkonvergiert, wird die Optimierungsstufe beendet.
    [0035] 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 Herleiten der optimalen Lösung, sondern ein Verfahren,durch das durch Erzeugen unterschiedlicher Lösungen eine allgemeine Untersuchungermöglichtwird, währendeine lokale Verschlechterung der Lösung zulässig ist. Die Konvergenz zuroptimalen Lösunghin wird nach vorgegebenen Iterationen des Rechenvorgangs beurteilt.
    [0036] 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,um diesen Typ einer unnötigenLösungvon vornherein auszuschließen.Zu diesem Zweck wurden die folgenden Zwangsbedingungen festgelegt.
    [0037] Zunächst wirdin der vorliegenden Ausführungsformder Öffnungsgradjedes Ventilkanals nicht kontinuierlich oder schrittweise eingestellt,sondern hinsichtlich der praktischen Anwendung werden lediglichzwei Stellungen, "offen" und "geschlossen", verwendet. Hierinwerden die anwendbaren Betätigungsmusterfür jedenVentilkanal währenddes Spritz gießprozessesbetrachtet. Weil das Harz sich im Heißkanal nicht verfestigt, kannjeder Ventilkanal auch nach Beginn des Spritzgießvorgangs geschlossenen bleibenund zu einem beliebigen Zeitpunkt danach geöffnet werden. Außerdem kannein Ventilkanal, der einmal geöffnetwurde, um Harz durchzulassen, geschlossen werden. Wenn ein Ventilkanal,der einmal geöffnetwar und dann geschlossen wurde, erneut geöffnet wird, kann sich das Harzströmungsabwärtsseitigvom Ventil jedoch in Abhängigkeitvon der Zeitdauer des geschlossenen Zustands verfestigen, so daß das ProduktSchmelzdefekte aufweisen kann, beispielsweise kann sein Erscheinungsbildbeeinträchtigtsein. Daher wurde das Betätigungsmuster[offen → geschlossen → offen]nicht verwendet. Infolgedessen ergeben sich insgesamt fünf Betätigungsmusterfür einen einzelnenVentilkanal: (1) permanent offen; (2) permanent geschlossen; (3)geschlossen → offen;(4) offen → geschlossen;und (5) geschlossen → offen → geschlossen.Diese Möglichkeitenwurden als erste Zwangsbedingung definiert.
    [0038] Beieinem realen Gießvorgangsollten, wenn alle Kanälegleichzeitig geschlossen sind, die Verteilerkanäle und Ventile einem abnormalhohen Druck ausgesetzt werden, so daß die Analyse aufgrund derProgrammeigenschaften Fehler induziert. Als Gegenmaßnahme für diesesProblem wurde in der vorliegenden Ausführungsform als eine zweiteBedingung festgelegt, daß immermindestens ein Kanal währenddes Gießprozessesoffen gehalten wird.
    [0039] Durcheine Kombination aus der ersten und der zweiten Bedingung wird diefolgende Zwangsbedingung fürdie Betätigungder Ventile hergeleitet. D.h.; zwei der drei Ventile können entsprechendden gemäß der erstenBedingung definierten fünfMustern beliebig betätigtwerden. Es muß jedochgewährleistetsein, daß zumZeitpunkt, an dem zwei Ventile geschlossen sind, das dritte Ventilgeöffnetist. Nachstehend wird ein Ventil bzw. Ventilkanal, der beliebigmanipulierbar ist, als beliebig oder unabhängig regelbarer Ventilkanalbezeichnet, und ein Kanal, der in Abhängigkeit vom geschlossenen/offenenZustand eingestellt wird, wird als abhängiger Ventilkanal bezeichnet.Nachstehend wird ein Verfahren beschrieben, gemäß dem der variable Parameterunter der Bedingung geändertwird, daß einVentilkanal als abhängigerVentilkanal ausgewähltwird.
    [0040] Nachstehendwird als Beispiel ein Verfahren zum Bestimmen der Öffnungs-/Schließzeit jedesVentilkanals als die Variable beschrieben, wobei unter den Ventilkanälen A, Bund C die VentilkanäleA und B als unabhängigregelbare Ventilkanäleausgewähltwerden und der Ventilkanal C als abhängiger Ventilkanal ausgewählt wird. 1) Fürdie unabhängigregelbaren VentilkanäleA und B wird der Öffnungs-/Schließzeitpunktgemäß der erstenBedingung beliebig festgelegt. 2) Hinsichtlich der fürdie VentilkanäleA und B bestimmten Öffnungs-/Schließzeit sinddie in der Zeitdauer vom Beginn des Einspritzvorgangs bis zum Endedes Einspritzvorgangs enthaltenen Öffnungzeiten der Ventilkanäle einander überlagert,und es wird entschieden, wann beide Ventilkanäle geschlossen sind. (3) Wenn kein Zeitpunkt vorhanden ist, zu dem beide Ventilkanäle A undB gleichzeitig geschlossen sind, kann die Öffnungs-/Schließzeit für den abhängigen VentilkanalC ohne Zwangsbedingungen beliebig ausgewählt werden (vergleiche Fall 1 von 4). (4) Wenn eine Zeitdauer existiert, in der sowohl der VentilkanalA als auch der Ventilkanal B gleichzeitig geschlossen sind, wirdder Ventilkanal C in diesem spezifischen Zeitraum offen gehalten.Wenn mehrere Öffnungszeitenexistieren, wird die zwischen den Öffnungszeiten eingeschlosseneSchließzeitin eine Öffnungszeitgeändert,um den entsprechenden Ventilkanal offen zu halten und die ersteBedingung zu erfüllen(d.h. nicht das Muster [offen → geschlossen → offen]zu verwenden). In diesem Fall kann die Öffnungs-/Schließzeit desVentilkanals C nur derart variieren, daß die vorstehend beschriebene Öffnungszeit sichnach hinten oder vorne erstreckt (vergl. Fall 2 von 5). Für den Fall 3 von 6 muß, weil der Ventilkanal A undder Ventilkanal B in der Anfangsphase und in der Endphase des Gießvorgangsgleichzeitig geschlossen sind, der Ventilkanal C in der Anfangs-und in der Endphase des Gießvorgangsgeöffnetsein. Andererseits ist, weil gemäß der erstenBedingung das Muster [offen → geschlossen → offen]nicht zulässig ist,der Ventilkanal C immer offen.
    [0041] Zusammengefaßt kann,wenn der Ventilkanal C als abhängigerVentilkanal ausgewähltwird, die Öffnungs-/Schließzeit derVentilkanäleA und B gemäß der erstenBedingung beliebig ausgewähltwerden. Für denVentilkanal C kann jedoch die Öffnungs-/Schließzeit wiein Fall 1 frei gewähltwerden, oder er kann wie in Fall 2 in einer spezifiziertenPeriode zwangsweise offen gehalten werden oder wie in Fall 3 während dergesamten Periode offen gehalten werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsformbestimmt das Ventilsteuerungsprogramm in Schritt 4 oderSchritt 9 die vorstehend beschriebene Fallauswahl, unddann wähltdas Optimierungsunterstützungsprogrammdie Öffnungs-/Schließzeit derVentilkanäleals variable Parameter innerhalb eines Bereichs jeweiliger Zwangsbedingungenaus und führtdie Optimierungsverarbeitung aus. Auch wenn ein Ventilkanal alsabhängigerVentilkanal C ausgewähltist und nicht beurteilt werden kann, kann durch ähnliche Verarbeitungen, diedurch Auswähleneines anderen Ventilkanals als abhängiger Ventilkanal ausgeführt werden,die Analysegenauigkeit in einigen Fällen erhöht werden. Die Auswahl desabhängigenVentilkanals muß für äquivalenteVentilkanälenicht wiederholt ausgeführtwerden. Beispielsweise kann, wie in 2 dargestelltist, fürden Fall, in dem die VentilkanäleG1 und G3 symmetrisch angeordnet sind, so daß hinsichtlich der Spritzgießbedingungkein Unterschied dazwischen vorhanden ist, nur einer dieser Ventilkanäle als abhängiger Ventilkanalausgewähltwerden. Obwohl die vorliegende Ausführungsform als Beispiel für den Fall vondrei Ventilkanälenbeschrieben worden ist, sind die Fälle für vier oder mehr Ventilkanäle ähnlich.
    [0042] Unterder Voraussetzung der vorstehend beschriebenen Fallauswahl werdennachstehend Verfahren zum Bestimmen der Öffnungs-/Schließzeit alsvariable Parameter ausführlicherbeschrieben. Variable Parameter sind folgendermaßen definiert, und die Beschreibungbezieht sich auf diese Definition.
    [0043] Öffnungszeitder VentilkanäleA bis C (in Sekunden) .. ta1, tb1, tc1
    [0044] Daueröffnungszeitder VentilkanäleA bis C (in Sekunden) .. dta, dtb, dtc
    [0045] Änderungskoeffizientder Öffnungszeitdes Ventilkanalss C .. α
    [0046] Änderungskoeffizientder Schließzeitdes Ventilkanals C .. β
    [0047] ta1,tb1 und tc1 betragen zu Beginn des Einspritzvorgangs null.
    [0048] Zunächst wirdder Ventilkanal C als abhängigerVentilkanal ausgewählt.Dann wird das Ventilsteuerungsprogramm angewendet, um abhängige Variablender Öffnungszeitenta1 und tb1 und die Daueröffnungszeitdta und dtb fürdie unabhängigregelbaren VentilkanäleA und B zu bestimmen und die vorstehend beschriebene Fallauswahlverarbeitungauszuführen.Für denFall 1 wird außerdemdie Öffnungs-/Schließzeit des VentilkanalsC unabhängigbestimmt, so daß alleWerte ta1, tb1, tc1, dta, dtb, dtc als unabhängige Variablen verwendet werden.Für denFall 2 werden die kritischen Werte der Öffnungs-/Schließzeit desVentilkanals C, to und tc (die Minimalwerte zum Erfüllen derZwangsbedingung), von den Werten ta1, tb1, dta und dtb berechnet,wie in 7 dargestelltist. Wenn der Fall betrachtet wird, in dem der Öffnungsbereich sich nach vorne undhinten erstreckt, werden die Öff nungs-und Schließzeitendes Ventilkanals C, tca und tcc, durch tco =to × α bzw. tcc= tc + (te – tc) × βberechnet,wobei to den Endzeitpunkt des Einspritzvorgangs bezeichnet. α und β sind beliebigeWerte, die die Beziehung 0 ≤ α ≤ 1 bzw. 0 ≤ β ≤ 1 erfüllen. Durch Ändern dieserWerte kann die Öffnungs-/Schließzeit des VentilkanalsC beliebig geändertwerden. Hinsichtlich der variablen Parameter in der vorliegendenAusführungsformsind die in Schritt 4 bestimmten Anfangsbedingungen unddie in Schritt 9 angewendeten Zwangsbedingungen folgendermaßen definiert:
    [0049] Gemäß der Rechenverarbeitungist die Einspritzzeit etwas kleiner als 6 Sekunden (in Abhängigkeit vonBedingungen variabel) , so daß derobere Grenzwert von ta1, tb1, tc1, dta, dtb und dtc als 6 (Sekunden) gewählt wird.
    [0050] AlsZielfunktion wird die maximale Formschließkraft berechnet. Die Formschließkraft wirddurch Berechnen des Harzdrucks im Formenhohlraum unter Verwendungeines Simulationsprogramms und anschließendes Multiplizieren des Innendrucksmit der projizierten Flächeberechnet.
    [0051] DasErgebnis der Optimierungsverarbeitung unter Verwendung des vorstehendbeschriebenen Simulationsmodells ist unter Punkt (2)-2 und (3) inTabelle 2 dargestellt. Die Punkte (1) und (2)-1 zeigen Vergleichsbeispiele.Für (2)-1wurde die Berechnung fürAH561 ohne Ventilöffnungs-/schließsteuerung(permanent offen), unter Temperaturbedingungen, gemäß denendie Harztemperatur, die Temperatur des Heißkanals und die Formtemperatur220°C, 220°C bzw. 50°C betrugen,oder alternativ unter Temperaturbedingungen, gemäß denen die Harztemperatur,die Temperatur des Heißkanalsund die Formtemperatur 240°C,240°C bzw.50°C betrugen.Für dieBedingung (1) wurde die Berechnung für AZ564 (ein Harz mit hohemFließvermögen, MFR =30), wie in Tabelle 1 dargestellt, ohne Ventilöffnungs-/-schließsteuerung(permanent offen) unter Temperaturbedingungen ausgeführt, gemäß denendie Harztemperatur, die Temperatur des Heißkanals und die Formtemperatur200°C, 200°C bzw. 50°C betrugen,und unter Temperaturbedingungen, gemäß denen die Harztemperatur,die Temperatur des Heißkanalsund die Formtemperatur 220°C,220°C bzw.50°C betrugen.Die Öffnungs-/Schließzeit desVentilkanals währenddes Betriebs ist in der Tabelle dargestellt.
    [0052] Gemäß Tabelle2 kann das Harz mit hohem Fließvermögen mitdem vorläufigenDesign (1) mit einer Formschließkraft von 1000 Tonnen oderweniger auch ohne Ventilbetätigunggeformt werden, wenn die Temperatur des Harzes 220°C beträgt und dieTemperatur des Heißkanals220°C beträgt. DasHarz mit geringem Fließvermögen kannfür denFall (2) nicht mit einer Formschließkraft von 1000 Tonnen oderweniger geformt werden, auch wenn sowohl die Temperatur des Harzesals auch die Temperatur des Heißkanalsauf 240°C erhöht werden.Durch eine Ventilbetätigungkann jedoch auch das Harz mit geringem Fließvermögen für den Fall (2) miteiner Formschließkraftvon 500 Tonnen oder weniger geformt werden. Dadurch kann für ein Produkt,für dasAH561 als Harzmaterial geeigneter ist als AZ654, das vorläufige Design(2) als Enddesign verwendet werden. Durch eine Ventilbetätigung kannauch im Fall des vorläufigenDesigns (3) der Gießvorgang miteiner Formschließkraftvon 500 Tonnen oder weniger ausgeführt werden. Dadurch kann, wenndie Dicke des Produkts aufgrund der Festigkeit oder anderer Bedingungendes Harzes AH561 mit geringem Fließvermögen vermindert werden kann,das vorläufigeDesign (3) als Enddesign verwendet werden.
    [0053] Außerdem wurdefür denFall, in dem vorzugsweise AH561 als Harzmaterial verwendet wird,die Optimierungsverarbeitung ausgeführt, um zu bestimmen, wie weitdie Dicke des Produkts hinsichtlich der begrenzten Formschließkraft vermindertwerden könnte.Die Optimierungsverarbeitung war derjenigen für den in 3 erläutertenFall grundsätzlich ähnlich.Die Zielfunktion wird jedoch derart bestimmt, daß die Dicke innerhalb des Bereich,in dem die Formschließkraftdie vorgegebene Zwangsbedingung erfüllt, so weit wie möglich vermindertwird. Hierbei wurde als Zwangsbedingung bestimmt, daß die Formschließkraft einschließlich eines Sicherheitsfaktors800 Tonnen beträgt,wenn die Formschließkraftkapazität der Spritzgießvorrichtung1000 Tonnen beträgt.
    [0054] DasErgebnis ist in Tabelle 3 dargestellt. 8_ zeigt die Öffnungs-/Schließzeit für diesenFall. Wie in 8 dargestelltist, wird Kanal 1 vom Beginn des Einspritzvorgangs biszu einer Zeit von 4,1 Sekunden geschlossen gehalten und dann vonder Zeit 4,1 Sekunden bis zum Ende des Einspritzvorgangs offen gehalten. Kanal 2 wirdvom Beginn des Einspritzvorgangs bis zu einer Zeit von 2,6 Sekundengeschlossen gehalten und dann von der Zeit 2,6 Sekunden bis zu einerZeit von 3,9 Sekunden offen gehalten und dann von der Zeit 3,9 Sekundenbis zum Ende des Einspritzvorgangs geschlossen gehalten. Kanal 3 wirdvom Beginn des Einspritzvorgangs bis zu einer Zeit von 4,2 Sekundenoffen gehalten und von der Zeit 4,2 Sekunden bis zum Ende des Einspritzvorgangsgeschlossen gehalten. Es hat sich gezeigt, wie in Tabelle 3 dargestelltist, daß durchdie vorstehend beschriebene Kombination von Öffnungs-/Schließvorgängen derKanäleunter den vorstehend beschriebenen Bedingungen Harz mit geringemFließvermögen miteiner Dicke von 1,9 mm geformt werden kann. Dadurch wurde verifiziert,daß erfindungsgemäß ein optimalesProduktdesign innerhalb bestimmter Einschränkungen, wie beispielsweisebezüglichder tatsächlichenGießvorrichtung,durch Untersuchen der Formschließkraft für einen breiteren Bereich vorläufiger Designsals bisher möglichwar ausgewähltwerden kann. [Tabelle3]
    [0055] Inder vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Formschließkraft durchein Optimierungsverfahren bestimmt, anschließend erfolgt die Harzmaterialauswahlund dann wird die Dicke des Produkts bestimmt. Wenn jedoch das Harzmaterialvorgegeben ist, kann die Produktdicke direkt als variabler Parameter spezifiziertund durch das Optimierungsverfahren direkt bestimmt werden. Außerdem kann,obwohl in der vorliegenden Ausführungsformdas Design eines plattenförmigenProdukts betrachtet worden ist, die Dickenverteilung auch derartsein, daß einProdukt mit einer nicht gleichmäßigen Dickespezifiziert wird.
    [0056] Wievorstehend beschrieben wurde, kann erfindungsgemäß eine optimale erforderlicheFormschließkraftdurch Bestimmen der fürden Spritzgießvorgangerforderlichen Formschließkraftdurch das computerunterstützteOptimierungsverfahren berechnet werden. Dadurch kann, auch wennein Harzprodukt mit einer beliebigen Form durch Spritzgießen hergestelltwird, ein optimales Produktdesign erhalten werden, indem die Formschließkräfte bezüglich einesbreiteren Designbereichs mit der Kapazität verfügbarer Spritzgießvorrichtungenverglichen werden.
    权利要求:
    Claims (14)
    [1] Verfahren zum Designen eines durch Spritzgießen herzustellendenHarzprodukts mit den Schritten: Bestimmen einer zum Spritzgießen einesHarzprodukts mit einer spezifischen Form erforderlichen Formschließkraft unterVerwendung eines computerunterstütztenOptimierungsverfahrens; und Bestimmen des Designs des Harzproduktsbasierend auf der erhaltenen Formschließkraft.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Prozeßparameterzum Bestimmen eines Zuflusses eines Harzmaterials von mehreren miteinem Formenhohlraum verbundenen Harzzufuhrkanälen als ein variabler Parameterzum Bestimmen der Formschließkraftverwendet wird.
    [3] Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Prozeßparameterein Parameter ist, der die Betätigungenvon an den mehreren Harzzufuhrkanälen angeordneten Zuflußregelventilensteuert.
    [4] Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Zuflußregelventilein Schieberventil ist.
    [5] Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Schieberventildurch Auswähleneines vollständigoffenen oder eines vollständiggeschlossenen Zustands gesteuert wird.
    [6] Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei Prozeßparameterunter der Bedingung optimiert werden, daß mindestens eines der Schieberventilewährendder Einfüllphasezu einem beliebigen Zeitpunkt geöffnetwird.
    [7] verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das zu formendeHarzmaterial ein Thermoplastharz ist.
    [8] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das zu formendeHarzmaterial ein Harz auf Polypropylenbasis ist.
    [9] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das zu formendeHarzmaterial ein Harz mit geringem Fließvermögen ist.
    [10] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Materialdes Produkts basierend auf der durch ein Optimierungsverfahren bestimmtenFormschließkraftbestimmt wird.
    [11] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Dickenverteilungdes Produkts basierend auf auf der durch ein Optimierungsverfahrenbestimmten Formschließkraftbestimmt wird.
    [12] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Dickenverteilungdes Produkts durch ein Optimierungsverfahren unter Zwangsbedingungenfür dieFormschließkraftbestimmt wird.
    [13] Verfahren zum Herstellen eines Harzprodukts miteinem Schritt zum Formen eines Harzprodukts, das gemäß dem Verfahrenzum Designen eines Harzprodukts nach einem der Ansprüche 1 bis12 designt wurde, durch Spritzgießen unter einer optimiertenBedingung.
    [14] Spritzgießvorrichtungmit: einem Gießvorrichtungshauptkörper zumZuführenvon geschmolzenem Harz zu einer Form, in der mehrere zu einem FormenhohlraumführendeHarzzufuhrkanäleausgebildet sind, überdie Harzzufuhrkanäle; einemSpeicherabschnitt zum Speichern von Gießparametern, die durch eincomputerunterstütztesOptimierungsverfahren bestimmt werden; und einem Steuerabschnittzum Ausführeneines Spritzgießvorgangs,währendder Gießvorrichtungshauptkörper basierendauf Gießparameternfür einevorgegebene Formschließkraftgesteuert wird.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US20050046061A1|2005-03-03|
    CN1550313A|2004-12-01|
    CN1550313B|2010-12-15|
    US7521008B2|2009-04-21|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-04-21| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: SUMITOMO CHEMICAL CO. LTD., TOKIO/TOKYO, JP |
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