DE3830571A1

DE3830571A1 - Berechnungsverfahren fuer die stroemungsanalyse beim spritzgiessen

Info

Publication number: DE3830571A1
Application number: DE3830571A
Authority: DE
Inventors: Susumu Harada; Shigeru Fujita
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1987-09-08
Filing date: 1988-09-08
Publication date: 1989-04-06
Also published as: KR970000927B1; KR900008266A; US5097431A

Description

Die Erfindung betrifft ein Berechnungsverfahren für die Strömungsanalyse beim Spritzgießen eines Gußmaterials, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, und insbesondere ein Berechnungsverfahren für das Festlegen der optimalen Bedingungen für das Erzeugen eines Formlings hoher Qualität beim Spritzgießen von Gußmaterial wie Harz, sowie für das Festlegen der optimalen Bereiche des maximalen Gußmaterialdrucks und der Formtemperatur bei einer vorgegebenen Temperatur des Gußmaterials.

Hierzu ist, wenn eine Analyse als Simulation eines Harzflusses in einer Form beim Spritzgießen von Harzmaterialien durchgeführt wurde, im allgemeinen ein Verfahren unter Verwendung von Bewegungs-, Fortsetzungs- und Energiegleichungen des Fluids durch Auflösen eines Formlingsmodells in Kleinelemente und numerische Analyse dieser, einschließlich der Berechnung von finiten Elementen, Grenzelementen, finiten Differenzen, FAN und dergl. angewendet worden, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.

Bei einer derartigen Analyse eines Harzflusses in einer Form werden die Auswahl eines verwendeten Harzes und die Betriebsbedingungen der Spritzgießmaschine, wie Harztemperatur, Formtemperatur und Beschickungsgeschwindigkeit für die Bearbeitung eingegeben, so daß die erforderlichen Gleichungen ausgeführt werden, um ein Beschickungsmuster gemäß Fig. 2, das einen Beschickungsprozeß oder die Beschickungszeit eines Harzes zeigt, eine Druckverteilung gemäß Fig. 3, eine Temperaturverteilung gemäß Fig. 4 und dergl., auszugeben.

Die übliche Harzflußanalyse, wie sie zuvor beschrieben wurde, erlaubt jedoch keine Feststellungen, ob die eingegebenen Bedingungen geeignet sind oder nicht, ob geeignetere Eingabe bedingungen bestehen oder nicht oder welches die beste unter den verfügbaren Eingabebedingungen ist. Dementsprechend mußten die Arbeitsergebnisse dadurch bestimmt werden, daß man sich auf experimentell erworbenes Know-how verlassen hat, das durch wiederholten Vergleich zwischen den analytisch ermittelten Ergebnissen und den tatsächlichen Formlingen erhältlich war.

Somit wurde das übliche Analysenverfahren durchgeführt, um die Harztemperatur, die Formtemperatur und die Beschickungsgeschwindigkeit einzugeben, die durch Experimente erhältlich waren, um die Eignung der Formgebung des Formlings, wie beispielsweise die Werkstückdicke, die Anordnung und Anzahl von Angußkegeln, die Größe des Eingusses und dgl., wobei jedoch noch nicht versucht wurde, die Eignung der Spritzgießparameter bzw. -bedingungen zu berechnen.

Ein derartiges Analysenverfahren zielt andererseits darauf ab, die Eignung und Schwierigkeit des Spritzgießens wegen der Arbeitsabläufe durch ein Programm festzulegen, bevor eine Form auf einer Stufe hergestellt wird, wenn ein Entwurf für ein Harz- Gußteil abgeschlossen wurde, um dadurch die erforderlichen Bedingungen für die Herstellung der Formlinge zu erfüllen. Mit einem derartigen Verfahren soll möglichst nicht nur die Eignung der Ausbildung der Form, wie die Gußteildicke, die Anordnung und Anzahl der Angußkegel bzw. -stege, die Abmessungen eines Angußkegels und eines Eingusses und dgl., festgelegt werden, sondern es soll auch ein geeigneter Bereich der Spritzgießbedingungen bzw. -parameters oder die optimale Spritzgießbedingung berechnet werden, um abschließend die Arbeitsbedingungen einer Spritzgießmaschine festzulegen.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Berechnungsverfahren für die Strömungsanalyse beim Spritzgießen eines Gußmaterials gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, bei welchem die optimalen Bereiche der Temperatur und der Beschickungszeit des Gußmaterials bei einer vorgegebenen Formtemperatur festlegbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Besonders günstig ist es, das erfindungsgemäße Berechnungsverfahren für die Strömungsanalyse beim Spritzgießen eines Gußmaterials in einem System vorzusehen, bei welchem eine Strömungsanalyse auf ein in einer Form befindliches Gußmaterial durch das Auflösen eines Formlingsmodells in Kleinelemente und die numerische Analyse dieser einschließlich der Berechnung von finiten Elementen, Grenzelementen, finiten Differenzen, FAN und dgl., durchgeführt wird. Hierbei sind eine oder mehrere Temperaturbedingungen des Gußmaterials je mit einer Mehrzahl von Beschickungszeiten oder Formtemperaturen zur Durchführung der Analyse vorgesehen. Aus dem erhaltenen Rechnungsergebnis der Druckverteilung des Gußmaterials nach dem Abschluß der Beschickung wird eine Funktion des maximalen Gußmaterialdrucks in jedem Element erzeugt. Die Funktion wird graphisch auf einer Anzeigevorrichtung zur Ermittlung geeigneter Bereiche des Gußmaterialdrucks und der Beschickungszeit bei einer vorgegebenen Gußmaterialtemperatur angezeigt.

Bei dem oben erwähnten Berechnungsverfahren bietet die Funktion Pn = f n ₁ (t) des maximalen Gußmaterialdrucks mit der Beschickungszeit als Variabler einen kritischen Wert für den Absolutwert des Differentialwerts dPn/dt, um die Funktion zu berechnen und die geeigneten Bereiche des Gußmaterialdrucks und der Beschickungszeit festzulegen.

Ferner schafft die Funktion Pn = f2n (Tm) des maximalen Gußmaterialdrucks mit der veränderlichen Formtemperatur einen kritischen Wert, wobei eine Formtemperatur Tm von der Erstarrungstemperatur Tc des Gußmaterials abhängig ist, um die Funktion zu berechnen und die geeigneten Schwankungsbereiche des Gußmaterialdrucks und der Formtemperatur festzulegen.

Darüber hinaus schafft die Funktion Pn = f n ₂ (Tm) des maximalen Gußmaterialdrucks mit der Formtemperatur als Variabler einen kritischen Wert für den Differentialwert dPn/dTm, um die Funktion zu berechnen und die geeigneten Schwankungsbereiche des Gußmaterialdrucks und der Formtemperatur festzulegen.

Bei dem zuvor erwähnten Berechnungsverfahren wird aus den erhaltenen Ergebnissen der Druckverteilung des Gußmaterials der maximale Gußmaterialdruck bei dem berechneten Bereich jedes Elements bei jeder Formtemperatur unter jeder Temperaturbedingung des Gußmaterials erzeugt.

Aus den Daten der Formtemperaturen Tn, Tn+1 an zwei benachbarten Punkten und den entsprechenden maximalen Gußmaterialdrücken Pn, Pn+1 werden Abweichungen ΔPn (= Pn+1 -Tn) und ΔPn (= Pn+1 -Pn) und das Abweichungsverhältnis ΔPn/ΔTn je durch aufeinanderfolgende Wiederholung erzeugt. Dann wird ein Zunahmegradient ΔSn (= ΔPn+1/ ΔTn+1- ΔPn/ΔTn) des Abweichungsverhältnisses nacheinander ausgerechnet, um eine Formtemperatur T _B zu berechnen, bei welcher die positiven und negativen Positionen des Zunahmegradienten ΔSn umgekehrt werden, so daß die Funktion des maximalen Gußmaterialdrucks mit der Formtemperatur als Variabler durch zwei unterschiedliche Funktionen Pmel = f ₁ (T) und Psol = f ₂ (T) wiedergegeben werden kann, die die berechnete Formtemperatur T _B als eine Grenze bestimmen.

In diesem Fall können zwei unterschiedliche Funktionen Pmel= f ₁ (T) und Psol = f ₂ (T) graphisch auf einer Anzeigevorrichtung derart angezeigt werden, daß die entsprechenden Schwankungsbereiche des Gußmaterialdrucks und der Formtemperatur bei einer vorgegebenen Gußmaterialtemperatur festgelegt werden.

Ferner wird ein kritischer Wert auf einen der Differentialwerte dPmel/dT und dPsol/dT der zwei unterschiedlichen Funktionen Pmel = f ₁ (T) und Psol = f ₂ (T) des maximalen Gußmaterialdrucks mit der Formtemperatur als Variabler angewendet, um die Funktion für die Bestimmung der geeigneten Schwankungsbereiche des Gußmaterialdrucks und der Formtemperatur zu berechnen.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Berechnungsverfahren kann - wegen der Ergebnisse der Druckverteilung des Gußmaterials relativ zu der Schwankung der Formtemperatur - der maximale Gußmaterialdruck jedes geteilten Elementes des Formlingsmodells durch eine Funktion wiedergegeben werden, die die Beschickungszeit oder die Formtemperatur als Variable aufweist. Diese Funktion kann graphisch auf der Anzeigevorrichtung angezeigt werden, um geeignete Bereiche des maximalen Gußmaterialdrucks und der Beschickungszeit oder der Formtemperatur zu ermitteln.

In diesem Fall kann ein Differentialwert der Funktion des maximalen Gußmaterialdrucks nach der Beschickung mit einem kritischen Wert versehen werden, um die geeigneten Bereiche des Gußmaterialdrucks und die Beschickungszeit in Anbetracht der Stabilität des Gußmaterialdrucks bei unterschiedlicher Beschickungsgeschwindigkeit festzulegen.

Ferner kann die Funktion des maximalen Gußmaterialdrucks mit der Formtemperatur als Variabler mit einem kritischen Wert versehen werden, wobei die Formtemperatur von der Erstarrungstemperatur des Gußmaterials abhängt, oder es kann ein Differentialwert der Funktion mit einem kritischen Wert versehen werden, um geeignete Bereiche der Gußmaterialtemperatur und der Formtemperatur in Anbetracht der Stabilität des maximalen Gußmaterialdrucks bei Änderung der Formtemperatur festzulegen.

Andererseits wird die Formtemperatur, die eine Grenze zwischen einem geschmolzenen und einem festen Bereich des Gußmaterials nach dem Beschicken bestimmt, berechnet, um die Funktion als unterschiedliche Funktionen im Verhältnis zu jedem Bereich anzuzeigen, oder ein Differentialwert der Funktion wird mit einem kritischen Wert für das Festlegen geeigneter Bereiche der Gußmaterialtemperatur und der Formtemperatur in Anbetracht der Stabilität des maximalen Gußmaterialdrucks bei Änderung der Formtemperatur versehen.

Ferner sind die folgenden Spritzgießbedingungen im allgemeinen als Beurteilungskriterien für die Strömungsanalyse beim Spritzgießen von Gußmaterialien wie Harzmaterialien erforderlich:

(1) Die Beschickungszeit ist vorzugsweise kurz.
(2) Der Beschickungsdruck ist vorzugsweise niedrig.
(3) Die Harztemperatur ist vorzugsweise niedrig.
(4) Die Formtemperatur ist vorzugsweise niedrig.

Da nämlich ein Gußharz bei einer hohen Temperatur in eine Form mit einer niedrigen Temperatur während des Beschickungsprozesses eingebracht wird, wird das Harz beim Beschicken gekühlt, so daß seine Temperatur sich vermindert und seine Viskosität sich erhöht. Dies führt zur Verminderung der Fließfähigkeit, und demtentsprechend bewirkt eine geringe Beschickungsgeschwindigkeit eine unzureichende Druckübertragung, wobei mit einiger Wahrscheinlichkeit eine unzureichende Formausbildung entsteht. Beispielsweise ist die unebene Oberfläche, die durch das Fließen in der Nähe des Endes des Formhohlraums entsteht, nicht einer unmittelbaren Anlage an der Oberfläche des Formhohlraums unterworfen, so daß Fließmarkierungen verbleiben, oder das Schrumpfen während des Kühlens kann nicht durch das Ausbilden von Mulden korrigiert werden, oder ein unzureichendes Nachschweißen des Schweißbereichs, bei dem der Harzstrom sich vereinigt, bringt unerwünschte Schweißlinien und Festigkeitsnachteile in diesem Schweißbereich mit sich.

Es ist erwünscht, den Beschickungsvorgang nach Möglichkeit in kurzer Zeit abzuschließen. Die erheblich schnellere Beschickung bewirkt jedoch verschiedene Unzuträglichkeiten, wie die Verschlechterung, die durch die teilweise Erwärmung des Harzes durch die exothermische Reaktion beim Abscheren während des Fließens entsteht, Silberschlieren, die auf der Oberfläche des Formlings durch Vergasen von flüchtigen Anteilen ausgebildet werden, Gasmarken, die dadurch entstehen können, daß der Harzfluß die Luft einschließt, die in einem Formhohlraum für die Kompression mit Wärmeisolierung verbleibt, und Turbulenzen, die entstehen, wenn ein Strömungskanal nicht vollständig in einem Bereich gefüllt wird, an welchem der Querschnitt sich schnell vergrößert, was zur Ausbildung einer Strömung in Streifen mit Falten führt.

Es ist ein Steuersystem für das Programmieren einer Beschickungsgeschwindigkeit in mehreren Stufen entsprechend der Änderung der Querschnittsfläche des Strömungskanals in einem Formhohlraum derart vorgesehen, daß nicht ein Bereich, an welchem die Strömungsgeschwindigkeit in der Form besonders hoch ist, ausgebildet wird, sondern die Beschickung in möglichst kurzer Zeit ohne die zuvor erläuterten Fehler abzuschließen.

Ferner wird der Beschickungsdruck im allgemeinen als ein Beschickungswiderstand erzeugt, wenn ein Gußmaterial mit einer bestimmten Viskosität in eine Form mit einer bestimmten Temperatur und einer bestimmten Geschwindigkeit eingefüllt wird, und kann durch einen Öldruck eines Spritzgießzylinders für das Füllen oder durch den Druck eines Gußharzes, der tatsächlich in einer Form gemessen wird, wiedergegeben werden. Der Beschickungsdruck ist nämlich ein Parameter zur Anzeige, wie leicht das Füllen vonstatten geht. Beispielsweise stellt ein niedriger Fülldruck eine gute Füllung als eine gewünschte Bedingung sicher. Im Falle eines kontinuierlichen Spritzgießens zeigt ein konstanter Fülldruckwert bei jedem Spritzgießvorgang, daß die Produktion mit einer unveränderlichen und gleichbleibenden Qualität stattfindet.

Die Temperatur des geschmolzenen Harzes und die Temperatur einer Form schaffen die Spritzgießbedingungen, die mit der auftretenden Viskosität zur Anzeige der Fließfähigkeit des Harzes in Beziehung stehen. Je höher beide Temperaturen sind, desto niedriger ist die auftretende Viskosität, was zu einem günstigen Füllverlauf führt. Andererseits wird im Fall einer zyklischen Durchführung des Spritzgießens, bei welchem ein Formling zunächst abgekühlt wird und dann aus der Form entfernt wird, der Spritzgießzyklus durch die hohen Temperaturen verlangsamt.

Wenn dementsprechend die Viskosität des Harzes auf einem bestimmten Wert gehalten wird, um der Größe und Stabilität des Fülldrucks zu genügen, können die thermischen Parameter des Harzes und der Form vorzugsweise niedrig gehalten werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine graphische Ansicht eines Zustands, bei welchem ein Formlingsmodell in dreidimensionale Kleinelemente aufgeteilt ist;

Fig. 2 eine Gleichzeitlinien-Ansicht des Beschickungsmusters des Formlingsmodells gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Gleichdrucklinien-Ansicht des Beschickungsmusters des Formlingsmodells gemäß Fig. 1;

Fig. 4 eine Gleichtemperaturlinien-Ansicht des Beschickungsmusters des Formlingsmodells gemäß Fig. 1;

Fig. 5 eine Kennkurvenansicht des maximalen Harzdrucks über der Beschickungszeit mit der Harztemperatur als Parameter, zur Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Berechnungsverfahrens für die Strömungsanalyse beim Spritzgießen von Gußmaterial;

Fig. 6 eine Kennkurvenansicht des maximalen Harzdrucks über der Beschickungszeit wie gemäß Fig. 5, jedoch unter Verwendung von kristallinem Harzmaterial;

Fig. 7 eine Kennkurvenansicht des maximalen Harzdrucks über der Formtemperatur, unter Verwendung der Harzmaterialtemperatur als Parameter zur Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Berechnungsverfahrens; und

Fig. 8 eine Kennkurvenansicht des maximalen Harzdrucks über der Formtemperatur, unter Verwendung der Harzmaterialtemperatur als Parameter zur Darstellung noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Berechnungsverfahrens.

Bei der Erfindung wird das Verfahren für das Ausführen einer Harzströmungsanalyse in einer Form für ein gewünschtes Formlingsmodell im wesentlichen gleich wie bei den üblichen Simulationsverfahren durchgeführt. Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, wird nämlich zur Erzeugung der Harzströmungsanalyse in der Form ein Formlingsmodell in Elemente zur Anwendung der Berechnung der finiten Elemente aufgeteilt (das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt dreieckige Elemente, wobei auch rechteckige Elemente verwendet werden können). Das Formlingsmodell, die Anordnung und Anzahl des Angußkegels G sind zusammen ggf. mit einem Einguß vorgesehen, um die Ausgestaltung der Form für die Strömungsanalyse festzulegen. Dann wird ein zu verwendendes Harz ausgewählt, um die verfügbaren Informationen über die Harzeigenschaften eingeben zu können. Daraufhin werden die Spritzgießbedingungen, wie die Harztemperatur, die Formtemperatur und die Beschickungsgeschwindigkeit, für den Übergang in die Analyse eingegeben, wie sie gleichermaßen bei dem üblichen Verfahren für die Harzströmungsanalyse bei der in den Fig. 2 und 4 dargestellten Form ausgeführt wird.

Beispiel 1

Die Formtemperatur wird auf 60°C gehalten, während eine oder mehrere Harztemperaturen oder Harztemperaturen des Düsenbereichs zu 200°C, 220°C und 260°C gewählt werden. Dann werden fünf Spritzgießbedingungen der Beschickungszeit, wie 0,2, 0,5, 1,2 und 3 s, bei jeder Harztemperatur vorgesehen, um die anschließenden analytischen Berechnungen durchzuführen. Unter den sich ergebenden Berechnungsdaten wird der maximale Harzdruck aller Elemente bei einer Durchschnittstemperatur oder einer mittleren Schichttemperatur jedes Elements des Modells über die Harztemperatur- Verteilungsdaten herausgenommen, wenn die Beschickung abgeschlossen ist, um die Daten für die Beschickungszeit zu erzeugen. Die Vorgänge werden wiederholt, um einen Graph von Daten als Kennkurvenansicht zu erzeugen, wie sie in Fig. 5 mit einer Harztemperatur in einem vorgegebenen Zustand für die Formtemperatur als Parameter, unter Auftragung der Beschickungszeit auf der Abszisse und der maximalen Harztemperatur auf der Ordinate dargestellt ist.

Dann wird die Kennkurve, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, durch die folgende Formel wiedergegeben:

Pn = F n ₁ (t) (n = 1, 2, 3) (1)

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 stellt Pm eine obere Grenze der Harztemperatur dar, die bei einer zu verwendenden Spritzgießmaschine möglich ist, während tm eine Beschickungszeit bei einer oberen Grenze der Beschickungszeit wiedergibt, die bei der zu verwendenden Spritzgießmaschine möglich ist. Dementsprechend wird der spritzgießfähige Bereich durch den Harzdruck Pn ≦ωτ Pm und die Beschickungszeit t ≦λτ tm angegeben.

Ferner zeigt der Gradient jeder Kennkurve, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, oder der Differentialwert dPn/dt der Beschickungszeit der Funktion, die den maximalen Harzdruck mit der Beschickungszeit als Variabler wiedergibt, eine Stabilität gegenüber der Schwankung der Harztemperatur, wenn das Beschicken abgeschlossen ist, wobei die Beschickungszeit verändert wird. Es ist erwünscht, daß dieser Wert in diesem Fall klein ist.

Andererseits ist die Stabilität dPn/dt des Harzdrucks nach dem Abschluß des Beschickens gegenüber den Schwankungen der Beschickungszeit entsprechend den Eigenschaften des zu verwendenden Harzes und der Stärke und Ausgestaltung des Formlings verändertlich, so daß keine absolute Berechnung verfügbar ist, um einen absoluten Wert, weniger als einen bestimmten Wert, anzugben. Um geeignetere Spritzgießbedingungen zu erhalten, ist es jedoch wichtig, den Trend der Schwankung zu erfassen, wenn die Harztemperatur oder die Beschickungszeit geändert wird.

Dementsprechend ist eine graphische Anzeige des Graphs gemäß Fig. 5 auf der Anzeigevorrichtung, wie beispielsweise einer Flüssigkeitskristallanzeige, einem Bildschirm, einer Plasmaanzeige und einer Elektrolumineszenzanzeige wirksam, um die geeigneten Bedingungen festzulegen. Ferner stellt eine Anzeige des Graphs gemäß Fig. 1 auf der Anzeigevorrichtung sicher, daß die Trends der Schwankungen dPn/dt, wie es zuvor beschrieben wurde, erfaßt werden, während ein numerischer Ausdruck dieser Funktionen einen geeigneten Bereich der Harztemperatur bei der Anzeige der Anzeigevorrichtung durch eine dialogartige Eingabe unter Eingabe des kritischen Werts für dPn/dt beschränkt.

Eine Kurve Fa, die durch strichpunktierte Linien in Fig. 5 dargestellt ist, stellt den Fall dar, bei welchem der Differentialwert dPn/dt mit einem vorgegebenen kritischen Wert versehen ist. Dadurch wird die Toleranzgrenze der Beschickungszeit für die Kennlinie bei jedem maximalen Harzdruck dargestellt.

Beispiel 2

In diesem Ausführungsbeispiel wird ein kristallines Harz verwendet, und eine Formtemperatur wird auf 60°C festgelegt, während drei Harztemperaturen 200°C, 220°C und 260°C ausgewählt werden. Dann werden sechs Beschickungszeiten, nämlich 0,5, 1, 1,5, 2, 3 und 4 s für jede ausgewählte Harztemperatur vorgesehen, um eine sequentielle Analyse wie bei Beispiel 1 durchzuführen. Die Kennkurven, die auf den ermittelten Ergebnissen basieren, sind in Fig. 6 dargestellt. Somit kann in diesem Ausführungsbeispiel die Kennkurve wie in Fig. 5 ebenfalls ermittelt werden. In diesem Fall sind infolge der Unterschiede bei den verwendeten Harzen die Kennkurven gemäß Fig. 6 unterschiedlich gegenüber denjenigen gemäß Fig. 5, und jede Kurve weist einen nach unten konvexen Bereich auf, so daß der Differentialwert dPn/dt der Funktion Pn = f n ₁ (t) des maximalen Harzdrucks zur Anzeige der Stabilität des maximalen Harzdrucks, wenn die Beschickungszeit geändert wird, positive und negative Grenzen erfordert, so daß ein kritischer Wert von dPn/dt als Absolutwert erzeugt wird. Dementsprechend wird ein vorgegebener kritischer Wert für den Differentialwert dPn/dt für die Erzeugung der Kurven Fb und Fc zuvor festgelegt, der die Toleranzgrenze für die Beschickungszeit für jede Kurve des maximalen Harzdrucks wie bei den Kennkurven gemäß Fig. 5 anzeigt.

Beispiel 3

In diesem Ausführungsbeispiel werden zwei Harztemperaturen 220°C und 260°C ausgewählt, und die Formtemperatur wird in dem Bereich zwischen 10°C und 240°C für jede gewählte Harztemperatur verändert, um eine Mehrzahl von Spritzgießbedingungen für das Durchführen der darauffolgenden Analyse zu schaffen. Durch die Ergebnisdaten der Harzdruckverteilung nach dem Beenden des Beschickungsvorgangs wird der maximale Harzdruck bei jedem Element des Modells als Datum bei der Formtemperatur aufgenommen. Diese Vorgänge werden wiederholt, um die gewünschten Daten in Form eines Graphs bzw. einer Kurve zu erhalten und dann eine Kennkurve, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, mit der Harztemperatur als Parameter zu schaffen, wobei die Formtemperatur auf der Abszisse und die maximale Harztemperatur auf der Ordinate aufgetragen ist.

Dann kann die Formel der Kennkurve gemäß Fig. 7 durch folgende Formel wiedergegeben werden:

Pn = f n ₂ (Tm) (n = 1, 2, 3) (2)

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 stellt T _L einen kritischen Wert dar, der in Beziehung auf die Erstarrungstemperatur Tc des zu verwendenden Harzes erzeugt wird. Die Temperatur über dieser Temperatur wird als ein Bereich betrachtet, bei dem das Spritzgießen unter stabilen Produktionsbedingungen unmöglich wird.

Ferner zeigt der Gradient jeder Kennkurve, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, oder der Differentialwert dPn/dTm der Formtemperatur der Funktion, die den Gußharzdruck mit der Formtemperatur als Variabler anzeigt, Stabilität der Schwankung des Harzdrucks, wenn die Formtemperatur geändert wird. Daher sollte dieser Wert vorzugsweise klein sein.

Andererseits sind der kritische Wert T _L, der auf der Erstarrungstemperatur Tc des verwendeten Harzes beruht, und die Stabilität dPn/dTm des maximalen Harzdruckes gegenüber der Schwankung der Formtemperatur entsprechend den Eigenschaften des verwendeten Harzes und der Ausbildung des Formlings veränderlich, so daß keine absolute Berechnung verfügbar ist, um den Absolutwert festzulegen. Um jedoch geeignetere Spritzgießparameter zu erhalten, ist es wichtig, den Trend der Schwankung zu erfassen, wenn sich der Harzdruck oder die Formtemperatur ändert.

Dementsprechend wirkt eine Anzeige des in Fig. 7 dargestellten Graphs auf der Anzeigevorrichtung, wie beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige, einem Bildschirm, einer Plasmaanzeige und einer Elektrolumineszenzanzeige so, daß die geeigneten Bedingungen festgelegt werden können. Ferner ist eine Anzeige des Graphs gemäß Fig. 7 auf einer Anzeigevorrichtung dazu wirksam. Trends der Schwankungen des kritischen Werts T _L oder von dPn/dTm, wie es zuvor beschrieben wurde, zu erfassen, während die numerische Formel der Funktionen es ermöglicht, die geeigneten Bereiche der Formtemperatur bei der Anzeige auf der Anzeigevorrichtung mit einer dialogartigen Bedienung durch Vorgabe des kritischen Werts für den kritischen Wert T _L oder für dPn/dTm zu beschränken.

Beispiel 4

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden zwei Harztemperaturen von 220°C und 260°C ausgewählt. Dann wird die Formtemperatur im Bereich zwischen 10°C und 240°C bei jeder ausgewählten Harztemperatur verändert, um eine Mehrzahl von Spritzgießbedingungen für die folgende Analyse zu schaffen. Durch die Ergebnisdaten der Harzdruckverteilung beim Abschluß des Beschickungsvorgangs wird der maximale Harzdruck in jedem Element des Modells als Wert für die Formtemperatur aufgenommen. Diese Verfahren werden wiederholt, um die gewünschten Daten in Form eines Graphs zu ermitteln und eine Kennkurvenansicht zu erzeugen, wie es in Fig. 8 dargestellt ist, wobei die Harztemperatur als Parameter dient und die Formtemperatur auf der Abszisse und die maximale Harztemperatur auf der Ordinate aufgetragen ist.

Dann werden unter Bezugnahme auf die Kennkurven gemäß Fig. 8 die Formtemperaturen zweier benachbarter Punkte und die entsprechenden maximalen Harzdrücke hierzu ausgearbeitet. Beispielsweise sind die Formtemperaturen durch Tn und Tn+1 wiedergegeben, während die entsprechenden maximalen Harzdrücke durch Pn und Pn+1 wiedergegeben sind. Aus den sich ergebenden Daten wird die Abweichgung ΔTn der Formtemperatur und die Abweichung ΔPn des maximalen Harzdrucks anhand folgender Formeln ausgearbeitet:

ΔTn = Tn+1 - Tn (3)
ΔPn = Pn+1 - Pn (4)

Ferner werden aus den Ergebnissen obiger Formeln (3) und (4) die Abweichung ΔPn des maximalen Harzdrucks, die Abweichung ΔTn der Formtemperatur und das Verhältnis ΔPn/ΔTn dieser Abweichungen ermittelt.

In ähnlicher Weise werden aus den Daten der nächsten benachbarten Formtemperaturen (Tn+1, Tn+2) und die entsprechenden maximalen Harztemperaturen (Pn+1, Pn+2) die Abweichung ΔTn+1 der Formtemperatur, die Abweichung ΔPn+1 der maximalen Harztemperatur und das Verhältnis ΔPn+1/ΔTn+1 dieser Abweichungen nacheinander ermittelt.

Somit werden dann aus den Arbeitsergebnissen die Zunahmegradienten ΔSn des Verhältnisses obiger Abweichungen über die folgende Formel ausgearbeitet:

ΔSn = ΔPn+1/ΔTn+1 - ΔPn/ΔTn (5)

Durch ähnliches Ausführen der Rechenvorgänge entsprechend der Formel (5) wird die Formtemperatur T _B an dem Punkt berechnet, an welchem positive und negative Punkte des Gradienten ΔSn bestehen. Die Formtemperatur T _B bezieht sich auf den Zustand nicht-flüssiger Matrizen- bzw. Bettausbildung, wenn das Gießharzmaterial in die Form gefüllt wird. Der Bereich höherer Temperatur als die Formtemperatur T _B verbleibt nämlich als ein geschmolzener Bereich, wobei weniger an nicht-flüssiger Matrize bzw. nicht-flüssigem Bett ausgebildet wird, während der Teil niedrigerer Temperatur als die Formtemperatur T _B als fester Bereich bleibt, wo mehr nicht-flüssige Betten ausgebildet werden.

Die Kennkurve, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist, kann durch folgende Formel wiedergegeben werden:

Pn = f (T) (6)

Die Kennkurve, wie sie durch die obige Formel (6) dargestellt ist, kann durch die folgenden Formeln als zwei unterschiedliche Funktionen dargestellt werden, die zu einem geschmolzenen Bereich bzw. einem festen Bereich gehören, wobei eine Grenze der Formtemperatur T _B besteht.

Pmel = f ₁ (T) (T≦λτT _B) (7)
Psol = f ₂ (T) (T≦ωτT _B) (8)

Somit können entsprechend diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der geeignete Gußmaterialdruck bei einer vorgegebenen Gußmaterialtemperatur und die Schwankungsbereiche der Formtemperatur in dem geschmolzenen Bereich und dem festen Bereich getrennt berechnet werden. Beispielsweise kann beim üblichen Spritzgießen eine Berechnung mit Ausnahme des geschmolzenen Bereichs verfügbar sein, während bei dem vollständig geschmolzenen Bereich, wie beispielsweise dem heißen Einguß, eine Berechnung mit Ausnahme des festen Bereichs verfügbar sein kann.

Ferner zeigen die Differenzwerte dPmel/dT und dPsol/dT der Formtemperatur T der Funktionen, die durch die Formeln (7) bzw. (8) wiedergegeben sind, eine Stabilität der Schwankung des Harzdrucks nach Beendigung des Beschickens, wenn die Formtemperatur geändert wird. Daher sollte der Wert vorzugsweise klein sein.

Andererseits sind die Formen der Kurven der Funktionen Pmel = f ₁ (T) und Psol = f ₂ (T), die auf den Formeln (7) und (8) des maximalen Harzdrucks mit der Formtemperatur als Variabler beruhen, wie es in Fig. 8 dargestellt ist, entsprechend den Eigenschaften des zu verwendenden Harzes und der Ausbildung des Formlings veränderlich, so daß die Vorbereitung des Berechnungsstandards mit den kritischen Werten der Differentialwerte dPmel/dT und dPsol/dT als vorgegebene Absolutwerte schwierig zu sein scheint. Zu erfassen, wie der maximale Harzdruck sich in Abhängigkeit von der Formtemperatur ändert und wie der geschmolzene Bereich und der feste Bereich aufgeteilt sind, ist jedoch wichtig, um besser geeignete Spritzgießbedingungen zu ermitteln.

Dementsprechend ist eine Anzeige des Graphs, wie er in Fig. 8 dargestellt ist, auf der Anzeigevorrichtung, wie einem Bildschirm, einer Plasmaanzeige oder eine Elektrolumineszenzanzeige, wirksam, um die geeigneten Bedingungen festzulegen. Ferner vereinfacht eine Anzeige des Graphs, wie er in Fig. 8 dargestellt ist, auf der Anzeigevorrichtung es, die Trends der Schwankungen der Formtemperatur T _B zu erfassen, die die Grenze zwischen dem geschmolzenen Bereich und dem festen Bereich, dPmel/dT und dPsol/dT, wie es zuvor beschrieben wurde, anzeigen, während die numerische Formel dieser Funktionen es ermöglicht, den geeigneten Bereich auf der Anzeige der Anzeigevorrichtung über eine dialogartige Bedienung durch Angabe der kritischen Werte für dPmel/dT und dPsol/dT zu beschränken.

Wie es aus den verschiedenen Ausführungsbeispielen, wie sie zuvor beschrieben wurden, ersichtlich ist, können erfindungsgemäß die Bereiche der Harztemperatur und der Formtemperatur günstig und exakt unter der passenden Bedingung festgelegt werden, die Viskosität des Gußharzes auf einem vorgegebenen Wert zu halten und der Stabilität des maximalen Harzdrucks gegenüber Schwankungen der Formtemperatur zu genügen.

Dementsprechend können in der erfindungsgemäßen Harzströmungsanalyse des Formlingsmodells die Spritzgießbedingungen für das Erzeugen eines Formlings mit hoher Qualität günstig über einfache graphische Anzeigen und aus vorteilhaften erhaltenen Ergebnissen festgelegt werden. Verschiedene geeignete Spritzgießbedingungen können mit beträchtlichen Wirkungen auf die Vorbereitung des Spritzgießprogramms des Gußharzes ausgewählt werden.

Obwohl die Erfindung vorstehend mit Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele, insbesondere für das Berechnungsverfahren der Fließanalyse beim Spritzgießen des Gußharzes beschrieben wurde, sind vielfältige Abänderungen und Abwandlungen unter Beibehaltung verschiedener Vorteile, wie sie zuvor beschrieben wurden, möglich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann die Erfindung auch bei dem Spritzgießen von anderen Gußmaterialien als Harz durch eine Spritzgießmaschine, insbesondere beim Metall-Spritzgießen, eingesetzt werden. Außerdem kann das erfindungsgemäße Berechnungsverfahren auch beim Formpressen angewendet werden.

Claims

1. Berechnungsverfahren für die Strömungsanalyse beim Spritzgießen eines Gußmaterials in einem System, bei welchem eine Strömungsanalyse für ein in einer Form befindliches Gußmaterial durch Auflösen eines Formlingsmodells in Kleinelemente und die numerische Analyse dieser einschließlich der Berechnung von finiten Elementen, Grenzelementen, finiten Differenzen, FAN und dgl., durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Temperaturbedingungen des Gußmaterials je mit einer Mehrzahl von Beschickungszeiten oder Formtemperaturen zur Durchführung der Analyse vorgesehen sind und aus dem erhaltenen Rechnungsergebnis der Druckverteilung des Gußmaterials nach dem Abschluß der Beschickung eine Funktion des maximalen Gußmaterialdrucks an jedem Element erzeugt wird, wobei die Funktion graphisch auf einer Anzeigevorrichtung, um geeignete Bereiche des Gußmaterialdrucks und der Beschickungszeit bei einer vorgegebenen Gußmaterialtemperatur zu ermitteln, angezeigt wird.

2. Berechnungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion Pn = f n ₁ (t) des maximalen Gußmaterialdrucks mit der Beschickungszeit als Variabler einen kritischen Wert für den Absolutwert des Differentialwerts dPn/dt desselben schafft, um die Funktion zu ermitteln und geeignete Bereiche des Gußmaterialdrucks und der Beschickungszeit festzulegen.

3. Berechnungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion Pn = f n ₂ (Tm) des maximalen Gußmaterialdrucks mit der Formtemperatur als Variabler einen kritischen Wert erzeugt, wobei eine Formtemperatur Tm von einer Erstarrungstemperatur Tc des Gußmaterials abhängt, um die Funktion zu berechnen und geeignete Schwankungsbereiche des Gußmaterialdrucks und der Formtemperatur festzulegen.

4. Berechnungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion Pn = f n ₂ (Tm) des maximalen Gußmaterialdrucks mit der Formtemperatur als Variabler einen kritischen Wert für den Differentialwert dPn/dTm derselben erzeugt, um die Funktion zu berechnen und geeignete Schwankungsbereiche des Gußmaterialdrucks und der Formtemperatur festzulegen.

5. Berechnungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den erhaltenen Ergebnissen der Druckverteilung des Gußmaterials der maximale Gußmaterialdruck auf jedem der Berechnung unterliegenden Bereich jedes Elements bei jeder Formtemperatur unter jeder Temperaturbedingung des Gußmaterials erzeugt wird und aus den Daten der Formtemperaturen Tn, Tn+1 bei zwei benachbarten Punkten und den entsprechenden Gußmaterialdrücken Pn, Pn+1 Abweichungen ΔTn (= Tn+1- Tn) und ΔPn (= Pn+1 - Pn) und ein Abweichungsverhältnis ΔPn/ΔTn je zur aufeinanderfolgenden Wiederholung erzeugt wird und ein Zunahmegradient ΔSn (= ΔPn+1/ΔTn+1-ΔP/ΔTn) des Abweichungsverhältnisses nachfolgend ausgerechnet wird, um eine Formtemperatur T _B zu berechnen, wobei positive und negative Positionen des Zunahmegradienten ΔSn umgekehrt werden, so daß die Funktion des maximalen Gußmaterialdrucks mit der Formtemperatur als Variabler durch zwei unterschiedliche Funktionen Pmel= f ₁ (T) und Psol = f ₂ (T) wiedergegeben wird, die die berechnete Formtemperatur T _B als Grenze festlegen.

6. Berechnungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei unterschiedliche Funktionen Pmel = f ₁ (T) und Psol = f ₂ (T) graphisch auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt werden, so daß die entsprechenden Schwankungsbereiche des Gußmaterialdrucks und die Formtemperatur bei einer vorgegebenen Gußmaterialtemperatur festlegbar sind.

7. Berechnungsverfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein kritischer Wert auf einen der Differentialwerte dPmel/dT und dPsol/dT mit zwei unterschiedlichen Funktionen Pmel = f ₁ (T) und Psol = f ₂ (T) des maximalen Gußmaterialdrucks mit der Formtemperatur als Variabler angewendet wird, um die Funktion zur Festlegung der geeigneten Schwankungsbereiche des Gußmaterialdrucks und der Formtemperatur zu berechnen.