ダウンロード - PACE Simulations

射出成形の
シミュレーションとその最適化プロセス
ペース シミュレーションズ Inc.
モントリオール, ケベック州, カナダ
ペースシミュレーションズ と NRCC
•ペース (Process Assisted and Controlled Engineering
– プロセス補助及び制御工学) シミュレーションズ 社
は カナダ国立研究委員会 ）NRCCにより設立され
た企業です
• NRCC はカナダ政府による優れた研究開発機関です
• カナダ全体で18もの最先端の研究機関が存在します
• 従業員 3000人以上; 予算 約650億円
ペース シミュレーションズの研究開発
工業材料研究所 (IMI)はNRCCの研究一機関であり、
メーカー向けに製造工程のシミュレーション及びモデ
リングツールの技術の開発を行っています。
• 材料加工及び成形産業を専門とした国際的に
認知された研究開発所
• 開発研究部門の人員30名
• 1990年以来研究開発への投資は延べ30億円
以上
ペース シミュレーションズの顧客対象
ペース シミュレーション は 押出吹込成形 及び 延伸吹込成形に適応した、パリソン
／プリフォームの変形を予測可能な有限要素法を用いた解析ツールです。
シミュレーションに加え、押出し吹込成形に対応した最適化モジュールも組み込まれてい
ます。
• エンジニア
• テクニシャン
• 金型メーカー
• レジンメーカー
の方々に有益と思われます。
ペース シミュレーションズの競合他社に対する優位性
-
低肉厚の部品にも対応可能な射出成形ソフトウェア (2.5D)
高肉厚の部品に対応した射出成形ソフトウェアの開発及びサービス (3D)
工業生産における日常的な問題の解決
モデル化の際、材料特性を考慮に入れることによるデジタル成形・最
適化
材料加工と成形産業界において国際的に認知された革新的な研究開発
所による、16年間におよぶ開発
30以上もの北米・ヨーロッパにおける産業界のリーダーでの長年にわた
る使用・検証
成形工程
射出成形
- 電子部品事業、輸送機器事業、輸送容器事業、建造物事業
- TVパネル、モニター、 携帯電話のカバー、 モーターカバー、 キャップ、ハン
ドル、台所用品等
製品開発プロセスシミュレーション
製品仕様
試験製造
シミュレーションによる初期設定:
• 金型
• 部品
• 材料
検証
修正
装置と製造条件の最適化:
• 製造コスト
• 製品の品質
製品
射出成形による製品例
射出成形 :
加工ステージ
• プラスチック溶融
• キャビティ注入
• ポリマー充填
• 冷却
Kennedy, P. “Flow analysis in injection molds”,
Hanser, 237 p., 1995
• 排出
シミュレーションを用いる利点
以下の事柄によりコスト削減が可能:
1. サイクル時間短縮
2. 重量削減
3. 製品品質の向上 (歩留まりの向上)
4. 開発時間の短縮
5. 新製品開発に関わるリスクの減少
6. 仮想空間上での加工工程トラブルシューティング
射出成形シミュレーションの主要目的
ゲート
ゲート
„
„
„
„
„
キャビティ注入中の流体の挙動(圧力、温度、溶接線の位置 及び ショート・ショッ
トの可能性)の予測;
ゲート位置とキャビティ内の流体の均衡性の最適化;
製造条件の最適化: 射出圧力 及び 流量;
注入時間の最小化;
反りの最小化 並びに 均一な収縮の達成
2種類のシミュレーション技術
1. 肉厚が小さい部品(プラスビュー2.5D)
従来の 射出成形
ゲート
ゲート
2. 肉厚が大きい部品 (フル 3D)
– 共射出
– ガス補助射出成形
– 粉体射出成形
– 複雑な3Dの製品
射出成形の事例研究
複数のゲートを用いた
自動車ライト用金型のキャビティ への注入
ランプの形状
有限要素法による計算結果
注入解析
複数のゲートを用いた
自動車ライト用金型のキャビティ への注入
解析により得られる項目 :
– 速度
– 圧力
– 温度
– 溶接線の位置
注入中の連続的なフローフロント
ゲート 1
ゲート 2
ゲート 3
MP
a
溶接線
注入終了時点における圧力分布
+4.883E+01
+4.578E+01
+4.273E+01
+3.967E+01
+3.662E+01
+3.357E+01
+3.052E+01
+2.747E+01
+2.442E+01
+2.136E+01
+1.831E+01
+1.526E+01
+1.221E+01
+9.156E+00
+6.104E+00
+3.052E+00
+0.000E+00
端面に存在する単一ゲートを用いた
ATMキーボードのカバーへの注入
注入工程中におけるフローフロントパターン
部品の形状
注入時間 (s)
正面図
背面図
+5.096E-02
+4.778E-02
+4.459E-02
+4.141E-02
+3.822E-02
+3.504E-02
+3.185E-02
+2.867E-02
+2.548E-02
+2.230E-02
+1.911E-02
+1.593E-02
+1.274E-02
+9.555E-03
+6.370E-03
+3.185E-03
+3.053E-07
U軸
ゲート位置
ゲート位置
最後に注入された箇所 (赤い部分)
Pressure_(Mpa)
Max = +4.462E+01
Min = +0.000E+00
Temperature_(oC)
Max = +2.900E+02
Min = +2.479E+02
+4.462E+01
+4.184E+01
+2.900E+02
+2.874E+02
+2.847E+02
+2.821E+02
+2.795E+02
+2.768E+02
+2.742E+02
+2.716E+02
+2.689E+02
+2.663E+02
+2.637E+02
+2.611E+02
+2.584E+02
+2.558E+02
+2.532E+02
+2.505E+02
+2.479E+02
温度
+3.905E+01
+3.626E+01
+3.347E+01
+3.068E+01
+2.789E+01
+2.510E+01
+2.231E+01
+1.952E+01
+1.673E+01
+1.395E+01
+1.116E+01
+8.367E+00
+5.578E+00
+2.789E+00
+0.000E+00
温度
ゲート位置
ゲート位置
自動車部品への注入: 不均衡な注入例
注入時間 (s)
フローフロント (注入率80%)
+4.892E+00
+4.586E+00
+4.280E+00
+3.975E+00
+3.669E+00
+3.363E+00
+3.057E+00
+2.752E+00
+2.446E+00
+2.140E+00
+1.834E+00
+1.529E+00
ゲート 2
ゲート 1
+1.223E+00
+9.172E-01
他の残りの部分よりも
先に、この先端部分の
注入が完了している
+6.115E-01
+3.057E-01
+1.000E-06
キャビティ内での注入が不均衡な例。注入率が 80 %の時点で、右端の部分の注入は完了して
おり、 ゲート 2 が意味をなしていません(悪い位置に存在)。従いまして、残留しているキャビティ
空隙部を埋めるために、圧力が急上昇してしまいます。 ゲート2の最適な位置 を求める必要が
あります。
自動車部品への注入:
最適化モジュールを用いた最適な注入例
注入時間 (s)
最適なゲート位置
+9.259E-02
+8.680E-02
+8.102E-02
+7.523E-02
+6.944E-02
+6.366E-02
+5.787E-02
+5.208E-02
+4.630E-02
+4.051E-02
+3.472E-02
+2.893E-02
+2.315E-02
+1.736E-02
両端が同時に注入を完了
+1.157E-02
+5.787E-03
+2.661E-10
圧力 (MPa)
+1.400E+02
+1.312E+02
+1.225E+02
+1.138E+02
+1.050E+02
+9.625E+01
+8.750E+01
より均一な圧力分布と その結果、部品
の反りが抑制
+7.875E+01
+7.000E+01
+6.125E+01
+5.250E+01
+4.375E+01
+3.500E+01
+2.625E+01
+1.750E+01
+8.750E+00
+0.000E+00
最適化モジュール
プラスビューを用いる事で、 注入時間を最小限に抑える為に 最適なゲート位置 を、
射出圧力プロファイルのような加工条件の最適値と同時に予測可能です。
最適化された結果をもとに、金型のデザインや、以下に述べる加工条件を最適化す
ることが可能です:
• 注入時間,
• 必要最低限の圧力,
• ゲート位置とそのデザイン
• ショート・ショットの排除
• 過度の剪断応力による材料劣化の抑制
順序に追った具体的な説明例
1. 部品の設計
¾ Draw the past CAD ソフトウェアを用いて部品を設計します
（Unigraphics, Catia, ProEngineer, Ideas, Amira, Ansys, AutoCAD, Solid Edge,
SolidWorks, Cimatron)
¾ 部品の中央平面をメッシュ解析し、プラスビューにインポートします
¾ メッシュ要素は三角形である必要があります。
¾ 注入充填工程のシミュレーションにおける、三角形メッシュ要素の最大数は40000です
¾ 反りのシミュレーションにおける三角形メッシュ要素の最大数は30000です
2. CAD ファイルの変換
Unigraphics上の部品
メッシュ解析
*.pat
*.vrml
*.geo
*.fem
*.stl
*.dat
プラスビューによる
シミュレーション
CAD ソフトウェア
メッシュソフトウェア
プラスビュー
Ansys
Ansys,
ProEngineer,…
変換されたファイル
フォーマット
AutoCAD,
ProEngineer,
Unigraphics,…
オリジナルの
ファイルフォーマット
*.prt
Patran (*.pat)
エクスポートされた
ファイルフォーマット
3. 材料特性
¾ 選択した材料がデータベース上に存在するか、手動で材料特性を入力する必要があ
るかどうか確認してください
4. 製造条件
¾ 射出地点の位置を決定します
¾ 各工程 (注入および充填工程)の時間
Very easy to use interface
5. シミュレーションの実行
¾ 全ての要求された情報を入力します
¾ シミュレーションを実行します
6. シミュレーション結果
フローフロントの位置
圧力分布
温度分布
密度分布
速度分布
7. 実験による検証
¾ シミュレーションと同様の条件で部品作製を行います
¾ 実験によって得られた部品をシミュレーションのものと比較しますCompare the
¾ 部品を最適化します (必要な場合のみ)
部品と金型
部品のシミュレーション
結果
8. 作製
¾ 部品を作成します
¾ 部品の欠陥及び反りを検証します
¾ 小さな構成部品を組み立て、部品を完成させます