VCADシステムの射出成形への適用 VCADシステムの射出成形への適用

理研シンポジウム
VCADシステム研究
−「ものつくり」のツール構築から、｢研究｣の基盤ツールへの展開−
ものつくり情報技術統合化研究(第５回)
2005年6月9, 10日 理化学研究所 和光研究所 鈴木梅太郎ホール
VCADシステムの射出成形への適用
VCADシステムの射出成形への適用
VCAD
VCADApplication
Applicationfor
forInjection
InjectionMolding
MoldingProcess
Process
株式会社プラメディア
技術本部 中原 裕介
2005/6/9,10 理研シンポジウム
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発表内容 (1)
1. 株式会社プラメディア紹介
2. PLANETS Tryshot の概要
3. 理論検証
4. 解析事例（有限要素法との比較）
5. まとめ
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(株)プラメディア紹介
設立
1988年12月21日
設立趣旨
プラスチックCAEの高度利用・普及を目指し、三井
物産株式会社合成樹脂部門、新日本製鉄株式会社、株
式会社構造計画研究所の共同事業として設立
国内唯一のプラスチックCAE専業企業
CAEなくして次代のプラスチック成形は語れない
(世界最先端のシミュレーション技術を目指す)
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(株)プラメディア : 事業内容
プラスチックCAEに関する
総合エンジニアリングサービス
CAE技術者教育サービス
樹脂物性測定サービス
ソフト開発
PRES −CAE研究会−
ユーザーコンファレンス
形状入力サービス
一貫した
責任体制で
事業推進
ソフト販売
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解析
コンサルティング
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(株)プラメディア : ソフト紹介(1)
高機能射出成形CAEシステム : PLANETS
・流動解析
・金型冷却解析
・そり解析
その他多くの機能
流動パターン
高機能
＆
高精度
金型温度分布
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そり変軽量
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(株)プラメディア : ソフト紹介(2)
次世代型押出成形CAOシステム : SUNDYXTRUD
・押出成形の流動解析
・最適化解析機能
・設計支援解析機能
・研究開発支援機能
圧力分布
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滞留時間分布
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(株)プラメディア : ソフト紹介(3)
ブロー成形・熱成形CAEシステム
: SIMBLOW
高粘性流体解析FEMプログラム
: SUNDYBASIC
回路基板／封止成形CAEシステム
: SUNDYCIRCUIT
流体／構造体連成解析用プログラム : SUNDYSTRUCT
Light CFD (FEM流体解析プログラム) : SUNDYTETRA
二軸スクリュー押出機内熱流動CAE : SCREWFLOW - MULTI
最先端プラスチック成形CAE専用プリ・ポストプロセッサー
: PLAMEDIA FEPartner
分子レオロジーシミュレータ−
: NAPLES
株式会社プラメディア
〒164-0012 東京都中野区本町4-44-18 中野Fビル
TEL : (03)5385-9211
FAX : (03)5385-9201
http://www.plamedia.co.jp
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発表内容 (2)
1. 株式会社プラメディア紹介
2. PLANETS Tryshot の概要
(1) システムの概要
(2) 基礎方程式
(3) メルトフロントアルゴリズム
3. 理論検証
4. 解析事例（有限要素法との比較）
5. まとめ
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システムの概要
有限要素法を用いたCAEシステム
・複雑な形状を表現可能
・計算精度良好
・メッシュ作成に手間・時間
・計算負荷(計算時間)大
計算精度よりもユーザーの負担低減を優先
プリプロセス(形状モデル作成、条件設定)
プリプロセス(形状モデル作成、条件設定)
3次元CADデータから早く・
簡単にメッシュを生成
ソルバー(差分法)
ソルバー(差分法)
ユーザーの負担・計算負荷低減
射出成形CAEの充填解析：PLANETS tryshot
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基礎方程式
質量・運動量・エネルギー保存式
質量・運動量・エネルギー保存式
∇ ⋅V = 0
非圧縮・非等温
対流項無視
∇ ⋅ τ = ∇p
 ∂T

ρC p 
+ V ⋅ ∇T  = ∇ ⋅ (λ∇T ) + Q

 ∂t
構成方程式
構成方程式
τ = 2ηD
η = η(γ , T )
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(非ニュートン流体、材料モデル)
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メルトフロント
メルトフロント：流動している樹脂の到達位置(界面)
完全充填
されたセル
未充填の
セル
セル面でのフラックスを
計算し、流量を考慮
∆y
速度
Uij
∆z
∆t間に未充填セルに流入する
樹脂の(体積流量)
z
Qij = (∆y∆z) x Uij x ∆t
y
x
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発表内容 (3)
1. 株式会社プラメディア紹介
2. PLANETS Tryshot の概要
3. 理論検証
(1) 円管内定常流動
(2) 一次元非定常熱伝導
(3) 一次元定常熱伝達
4. 解析事例（有限要素法との比較）
5. まとめ
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理論検証 : 円管内定常流動
Outlet P=0
60
R
50
Vz(r)
40
(Newtonian Fluid)
Calculation(A-A')
Calculation(B-B')
Eq.(6)
30
20
z
10
0
-1
r
0
r/R
1
3
Inlet
B
A
r
A’
Vz(r)
2
y
(Non-newtonian Fluid)
Calculation(A-A')
Calculation(B-B')
Eq.(7)
1
x
0
-1
B’
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0
r/R
1
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理論検証 : 一次元非定常熱伝導
T (0, t ) = 0
∂T
( L, t ) = 0
∂x
L
初期条件・境界条件
T ( x ,0 ) = 1
T (0, t ) =
x
1
T(x,t)
0.8
∂T
(L, t ) = 0
∂x
t = 0.1
Calculation
Eq.(8)
t = 0.2
0.6
0.4
t = 0.5
0.2
t = 1.0
0
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0.2
0.4
x/L
0.6
0.8
1
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理論検証 : 一次元定常熱伝達
T(0) = 100
T(L) = 0
L
Inlet
Pe = 1, 10, 100
Outlet
x
Pe大 → 熱対流効果大
Pe小 → 熱伝導効果大
Pe=100
100
T(x)
80
Pe=10
Pe=1
60
40
20
0
Calculation
Eq.(9)
0.2
0.4
x/L
0.6
0.8
1
流動場・温度場の計算結果の妥当性を確認
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発表内容 (4)
1. 株式会社プラメディア紹介
2. PLANETS Tryshot の概要
3. 理論検証
4. 解析事例(有限要素法との比較)
(1) 厚肉成形品(歯車)
(2) 薄肉成形品(ゲーム機コントローラ)
5. まとめ
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解析事例 : 歯車
z
y
CADデータ
ボクセル(128x128x16)
流動パターン
圧力分布
x
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解析事例 : 歯車(FEMとの比較)
3次元FEM
(PLANETS 3D)
PLANETS
Tryshot
メッシュ数
メッシュ生成
時間 (min.)
解析時間
(min.)
36412
60
35
78504
5
15
メッシュ
流動パターン
3次元FEM
(PLANETS 3D)
PLANETS
Tryshot
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解析事例 : コントローラ
成形品(表)
成形品(裏)
中立面
シェルメッシュ
流動解析
(充填)
四面体ソリッドメッシュ
ボクセルメッシュ
CADデータ
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解析事例 : コントローラ(FEMとの比較)
メッシュ
流動パターン
圧力分布
2次元FEM
(PLANETS 2.5D)
3次元FEM
(PLANETS 3D)
PLANETS
Tryshot
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解析事例 : コントローラ(FEMとの比較)
メッシュ数
ジオメトリ
編集 (min.)
メッシュ生成
時間 (min.)
解析時間
(min.)
7110
240
30
8
113316
-
10
459 (7h/39)
175570
-
17
196 (3h/16)
2次元FEM
(PLANETS 2.5D)
3次元FEM
(PLANETS 3D)
PLANETS
Tryshot
500
400
解析時間
メッシュ生成
ジオメトリ編集
300
200
100
0
2次元FEM 3次元FEM
2005/6/9,10 理研シンポジウム
Tryshot
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発表内容 (5)
1. 株式会社プラメディア紹介
2. PLANETS Tryshot の概要
3. 理論検証
4. 解析事例（有限要素法との比較）
5. まとめ
2005/6/9,10 理研シンポジウム
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まとめ＆課題
VCADを利用した充填解析CAEシステムを開発
・非定常・非圧縮・非等温条件における金型
内溶融樹脂の充填解析
・有限要素法のシステムと比べ、解析所要時
間(メッシュ作成＆計算)の低減が可能
・Octree版への対応、KittaCubeの利用
・圧縮性の考慮、保圧・金型冷却への応用
2005/6/9,10 理研シンポジウム
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