變形狀態(tài)分析方法、樹(shù)脂成形體變形改善方法、以及樹(shù)脂成形體輕量化方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種分析方法，其在創(chuàng)建、設(shè)計(jì)樹(shù)脂成形體的變形對(duì)策方案(例如翹曲變形對(duì)策方案)時(shí)，能夠大幅縮短時(shí)間并且削減計(jì)算成本，創(chuàng)建更有效的對(duì)策方案。變形狀態(tài)分析方法針對(duì)變形的樹(shù)脂成形體，將樹(shù)脂成形體分割為微小區(qū)域，使用相位優(yōu)化法，在規(guī)定的約束條件、規(guī)定的制約條件下進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化，由此分析樹(shù)脂成形體的變形狀態(tài)，其中，將規(guī)定的約束條件設(shè)為樹(shù)脂成形體的變形量的趨勢(shì)，將規(guī)定的制約條件設(shè)為表示各微小區(qū)域的變形對(duì)樹(shù)脂成形體的變形產(chǎn)生貢獻(xiàn)的程度的貢獻(xiàn)率，在目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化中，以使樹(shù)脂成形體的剛度的降低最小的方式進(jìn)行優(yōu)化。
【專利說(shuō)明】變形狀態(tài)分析方法、樹(shù)脂成形體變形改善方法、以及樹(shù)脂成形體輕量化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種變形狀態(tài)分析方法、樹(shù)脂成形體變形改善方法、以及樹(shù)脂成形體
輕量化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為工業(yè)產(chǎn)品而廣泛使用了通過(guò)對(duì)熱可塑性樹(shù)脂、包含熱可塑性樹(shù)脂的樹(shù)脂組成物進(jìn)行注射成形等而得到的樹(shù)脂成形體。但是，往往要求這些樹(shù)脂成形體要求高尺寸精度。損害該尺寸精度的主要原因是被稱為翹曲變形的不良現(xiàn)象。
[0003]作為預(yù)測(cè)翹曲變形的方法，有使用利用了計(jì)算機(jī)的注射成形的CAE(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))的方法。該CAE被導(dǎo)入各種樹(shù)脂成形體的設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)，為了縮短樹(shù)脂成形體的設(shè)計(jì)的期間、降低試產(chǎn)費(fèi)用的目的而使用。例如，通過(guò)設(shè)定產(chǎn)品形狀、成形條件、材料物性值而進(jìn)行翹曲分析，能夠在計(jì)算機(jī)上研究肋的追加等形狀變更、門位置、注射速度等成形條件的變更、材料的變更。
[0004]在試產(chǎn)樹(shù)脂成形體前的設(shè)計(jì)階段，一般是以下的方法，即為了優(yōu)化產(chǎn)品形狀、成形條件、材料，在很多條件下進(jìn)行上述CAE的分析，決定與成為目的的產(chǎn)品的功能、制約條件對(duì)應(yīng)的規(guī)格。
[0005]在專利文獻(xiàn)1、2等中公開(kāi)了用于考慮到這樣的翹曲變形而決定形狀、成形條件等的方法。專利文獻(xiàn)I記載的方法是使用計(jì)算機(jī)分析對(duì)樹(shù)脂成形體的翹曲變形產(chǎn)生影響的區(qū)域的方法，將形狀模型至少劃分為兩個(gè)以上的區(qū)域，對(duì)其中的希望的區(qū)域賦予厚度、長(zhǎng)度等參數(shù)，分別進(jìn)行翹曲變形分析，根據(jù)所得到的翹曲變形量求出與翹曲變形量對(duì)應(yīng)的靈敏度，進(jìn)行優(yōu)化使得翹曲變形最小。
[0006]專利文獻(xiàn)2所記載的方法也同樣，作為參數(shù)而賦予板厚、樹(shù)脂填充門配置、門大小，通過(guò)優(yōu)化計(jì)算而對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化使得翹曲變形最小。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2004-268428號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2005-169766號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0012]但是，上述那樣的方法在將區(qū)域分割、板厚、形狀、門位置等作為參數(shù)而優(yōu)化時(shí)需要很長(zhǎng)時(shí)間。在只變更板厚的情況下，如果是二維元素模型(外殼元素)則容易進(jìn)行設(shè)定，但在二維元素模型中具有自由曲面的形狀等復(fù)雜形狀的情況下，難以創(chuàng)建模型。進(jìn)而，在二維元素模型中，翹曲變形自身的分析精度劣化的情況很多。通常的翹曲變形分析自身除了填充分析以外，還必須反復(fù)執(zhí)行翹曲變形分析，為了提高分析精度必須細(xì)化元素分割，因此分析執(zhí)行時(shí)間也很長(zhǎng)。進(jìn)而，任意的方法都需要對(duì)某種程度的區(qū)域、參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，但在設(shè)定區(qū)域粗的情況下，只能得到大致的形狀，在細(xì)化設(shè)定區(qū)域的情況下，為了進(jìn)行分割而需要很多勞力、時(shí)間，計(jì)算時(shí)間也變長(zhǎng)。由此，決定形狀時(shí)的計(jì)算所需要的成本也變大。
[0013]另外，現(xiàn)狀是即使能夠通過(guò)翹曲分析預(yù)測(cè)產(chǎn)品的翹曲狀態(tài)，對(duì)產(chǎn)品的哪個(gè)區(qū)域怎樣實(shí)施對(duì)降低翹曲有效的形狀變更等對(duì)策是有效的判斷也依賴于技術(shù)人員的直覺(jué)、經(jīng)驗(yàn)。在上述專利文獻(xiàn)1、2所記載的法中，只要能夠某種程度地預(yù)測(cè)應(yīng)該設(shè)定參數(shù)的區(qū)域即成為翹曲的原因的區(qū)域，就都能夠削減計(jì)算成本和縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，但現(xiàn)狀是沒(méi)有判斷它的合理的手段、方法。
[0014]本發(fā)明就是為了解決以上那樣的問(wèn)題而提出的，其目的在于:提供一種分析方法，其在創(chuàng)建、設(shè)計(jì)樹(shù)脂成形體的變形對(duì)策方案(例如翹曲變形對(duì)策方案)時(shí)，能夠大幅縮短時(shí)間并且削減計(jì)算成本，創(chuàng)建更有效的對(duì)策方案。
[0015]用于解決問(wèn)題的方案
[0016]本發(fā)明人等為了解決上述問(wèn)題而著重進(jìn)行了銳意研究。其結(jié)果是發(fā)現(xiàn)通過(guò)以下的變形狀態(tài)分析方法能夠解決上述問(wèn)題，而完成了本發(fā)明，即是一種變形狀態(tài)分析方法，其針對(duì)變形的樹(shù)脂成形體，將樹(shù)脂成形體分割為微小區(qū)域，使用相位優(yōu)化法，在規(guī)定的約束條件及規(guī)定的制約條件下進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化，由此分析樹(shù)脂成形體的變形狀態(tài)，該變形狀態(tài)分析方法的特征在于，上述規(guī)定的約束條件是樹(shù)脂成形體的變形量的趨勢(shì)，上述規(guī)定的制約條件是表示各微小區(qū)域的變形對(duì)樹(shù)脂成形體的變形產(chǎn)生貢獻(xiàn)的程度的貢獻(xiàn)率，上述目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化以使樹(shù)脂成形體的剛度的降低最小的方式進(jìn)行優(yōu)化。更具體地說(shuō)，本發(fā)明提供以下的方法。
[0017](I)是一種變形狀態(tài)分析方法，其針對(duì)變形的樹(shù)脂成形體，將樹(shù)脂成形體分割為微小區(qū)域，使用相位優(yōu)化法，在規(guī)定的約束條件及規(guī)定的制約條件下進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化，由此分析樹(shù)脂成形體的變形狀態(tài)，其中，上述規(guī)定的約束條件是樹(shù)脂成形體的變形量的趨勢(shì)，上述規(guī)定的制約條件是表示各微小區(qū)域的變形對(duì)樹(shù)脂成形體的變形產(chǎn)生貢獻(xiàn)的程度的貢獻(xiàn)率，上述目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化以使樹(shù)脂成形體的剛度的降低最小的方式進(jìn)行優(yōu)化。
[0018](2)是(I)記載的變形狀態(tài)分析方法，其中，使用有限元素法導(dǎo)出上述變形量。
[0019](3)是(I)記載的變形狀態(tài)分析方法，其中，上述變形量是實(shí)測(cè)值。
[0020](4)是⑴?(3)的任意一個(gè)記載的變形狀態(tài)分析方法，其中，根據(jù)將各微小區(qū)域中的變形量乘以超過(guò)I的系數(shù)而計(jì)算出的值和上述材料的物性之間的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)行上述貢獻(xiàn)率導(dǎo)出步驟。
[0021](5) 一種樹(shù)脂成形體變形改善方法，其對(duì)包含通過(guò)(I)?(4)的任意一個(gè)記載的變形狀態(tài)分析方法導(dǎo)出的貢獻(xiàn)率為平均值以上的微小區(qū)域的范圍的形狀進(jìn)行變更，從而抑制樹(shù)脂成形體的變形。
[0022](6)是(5)記載的樹(shù)脂成形體變形改善方法，其中，預(yù)先導(dǎo)出樹(shù)脂成形體的包含上述貢獻(xiàn)率為平均值以上的微小區(qū)域的范圍的形狀的變更的形態(tài)和根據(jù)上述變更的形態(tài)而變化的樹(shù)脂成形體的變形的形態(tài)之間的多個(gè)關(guān)系，根據(jù)上述多個(gè)關(guān)系，對(duì)包含貢獻(xiàn)率為平均值以上的微小區(qū)域的范圍的形狀進(jìn)行變更。
[0023](7) 一種樹(shù)脂成形體變形改善方法，包括:對(duì)包含通過(guò)(I)?⑷的任意一個(gè)記載的變形狀態(tài)分析方法導(dǎo)出的貢獻(xiàn)率為平均值以上的微小區(qū)域的范圍的形狀進(jìn)行變更的形狀變更步驟；確認(rèn)步驟，在上述形狀變更步驟后，制造樹(shù)脂成形體并確認(rèn)變形狀態(tài)；在樹(shù)脂成形體的變形量為規(guī)定的值以上的情況下，直到上述變形量成為規(guī)定的值以下為止，改變上述形狀的變更的形態(tài)來(lái)反復(fù)進(jìn)行上述形狀變更步驟和上述確認(rèn)步驟。
[0024](8) 一種樹(shù)脂成形體輕量化方法，其削減包含通過(guò)(I)?(4)的任意一個(gè)記載的變形狀態(tài)分析方法導(dǎo)出的貢獻(xiàn)率為平均值以下的微小區(qū)域的范圍的至少一部分，從而使樹(shù)脂成形體輕量化。
[0025]發(fā)明的效果
[0026]根據(jù)本發(fā)明，能夠短時(shí)間地進(jìn)行樹(shù)脂成形體的變形對(duì)策方案(例如翹曲變形對(duì)策方案)的創(chuàng)建、樹(shù)脂成形體的設(shè)計(jì)，并且能夠大幅削減變形對(duì)策方案的創(chuàng)建、樹(shù)脂成形體的設(shè)計(jì)所需要的計(jì)算成本。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是表示本發(fā)明的變形狀態(tài)分析方法的一個(gè)例子的流程圖。
[0028]圖2是表示本發(fā)明的樹(shù)脂成形體變形改善方法的一個(gè)例子的流程圖。
[0029]圖3是表示本發(fā)明的樹(shù)脂成形體輕量化方法的一個(gè)例子的流程圖。
[0030]圖4是不意地表不容納齒輪的外殼(參考例子I的外殼)的圖，(a)是表面?zhèn)鹊牧Ⅲw圖，(b)是背面?zhèn)鹊牧Ⅲw圖。
[0031]圖5是示意地表示比較例子I的外殼的圖。
[0032]圖6是表示容納齒輪的外殼的通過(guò)注射成形CAE計(jì)算而導(dǎo)出的與底的邊緣面垂直的方向(Z方向)的變形量的圖，(a)是參考例子I的外殼的結(jié)果，(b)是比較例子I的外殼的結(jié)果。
[0033]圖7是表示各微小區(qū)域的變形對(duì)樹(shù)脂成形體的變形貢獻(xiàn)的程度的貢獻(xiàn)率的分布的圖，(a)是參考例子I的貢獻(xiàn)率的分布，(b)是比較例子I的貢獻(xiàn)率的分布。
[0034]圖8是示意地表示實(shí)施例1的外殼的圖。
[0035]圖9是表示實(shí)施例1的外殼的通過(guò)注射成形CAE計(jì)算而導(dǎo)出的與底的邊緣面垂直的方向(Z方向)的變形量的圖。
[0036]圖10是不意地表不立方體狀的容器的圖，(a)是平面圖，(b)是AA截面圖，(C)是BB截面圖。
[0037]圖11是導(dǎo)出貢獻(xiàn)率的分布時(shí)的作為約束條件的變形量的趨勢(shì)的圖。
[0038]圖12是表示各微小區(qū)域的變形對(duì)樹(shù)脂成形體的變形貢獻(xiàn)的程度的貢獻(xiàn)率的分布的圖，(a)是平面圖的貢獻(xiàn)率的分布，(b)是圖10的AA截面圖的貢獻(xiàn)率的分布，(c)是圖10的BB截面的貢獻(xiàn)率的分布。
【具體實(shí)施方式】
[0039]以下，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。此外，本發(fā)明并不限于以下的實(shí)施方式。
[0040]<變形狀態(tài)分析方法>
[0041]使用圖1的流程圖說(shuō)明本發(fā)明的變形狀態(tài)分析方法的一個(gè)例子。如圖1的流程圖所示那樣，本實(shí)施方式的變形狀態(tài)分析方法具備變形量取得步驟(Si)、相位優(yōu)化法用的模型創(chuàng)建步驟(S2)、制約條件和材料物性的設(shè)定步驟(S3)、以及基于相位優(yōu)化法的計(jì)算步驟(S4)。
[0042][變形量取得步驟(SI)]
[0043]在本實(shí)施方式中，在基于相位優(yōu)化法的計(jì)算步驟(S4)中使用的約束條件是樹(shù)脂成形體的變形量的趨勢(shì)(表示變形的趨勢(shì)的分布)。變形量的趨勢(shì)是指變形的趨勢(shì)，除了變形量以外，例如能夠列舉變形量乘以系數(shù)所得的結(jié)果等。在本步驟中，為了取得變形量的趨勢(shì)而導(dǎo)出變形量。
[0044]變形量的導(dǎo)出方法并沒(méi)有特別限定，變形量能夠使用通過(guò)CAE分析等導(dǎo)出的變形量。另外，也可以使用通過(guò)實(shí)測(cè)導(dǎo)出的變形量。
[0045]如果變形的分布或變形的趨勢(shì)再現(xiàn)樹(shù)脂成形體的變形狀態(tài)，則后述的貢獻(xiàn)率與通過(guò)分析導(dǎo)出的變形量無(wú)關(guān)地為固定的值。因此，能夠與基于CAE分析的變形量絕對(duì)值的分析精度無(wú)關(guān)地進(jìn)行更正確的分析。
[0046]特別地如果使用將變形量乘以超過(guò)I的系數(shù)的值來(lái)表示變形量的趨勢(shì)，則變形的趨勢(shì)變得更清楚。因此，即使是包含微小的變化的趨勢(shì)，也能夠考慮該微小的變化，分析的精度提高。
[0047]此外，本發(fā)明的樹(shù)脂成形體的變形還包含對(duì)樹(shù)脂成形體施加外力而樹(shù)脂成形體變形的情況和由于包含在樹(shù)脂成形體中的樹(shù)脂的收縮和膨脹而樹(shù)脂成形體變形的情況(翹曲變形等)的任意一個(gè)。
[0048]另外，變形狀態(tài)的分析既可以對(duì)樹(shù)脂成形體整體進(jìn)行，也可以只對(duì)一部分進(jìn)行。在只對(duì)一部分進(jìn)行的情況下，針對(duì)該一部分導(dǎo)出變形量的趨勢(shì)，進(jìn)行以下的步驟即可。
[0049][相位優(yōu)化法用的模型創(chuàng)建步驟(S2)]
[0050]相位優(yōu)化法用的模型創(chuàng)建步驟(S2)將樹(shù)脂成形體分割為微小的區(qū)域，創(chuàng)建實(shí)施相位優(yōu)化法所需要的模型。例如，首先利用CAD接口等，將樹(shù)脂成形體的形狀取入到個(gè)人電腦等，或者通過(guò)CAD系統(tǒng)創(chuàng)建樹(shù)脂成形體的形狀，設(shè)定模型化范圍。接著，通過(guò)元素分割預(yù)處理器等進(jìn)行有限元素法等的元素分割，將樹(shù)脂成形體分割為多個(gè)區(qū)域，創(chuàng)建分析用的模型。
[0051]元素的形狀能夠選擇四面體一次元素、二次元素、六面體一次元素、二次元素等。在變形量取得步驟(Si)中通過(guò)分析求出變形量的情況下，必須與優(yōu)先元素法軟件的規(guī)格、進(jìn)行計(jì)算的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的規(guī)格、計(jì)算成本對(duì)應(yīng)地選擇元素。另外，如果元素分割數(shù)不充分細(xì)致，則無(wú)法得到高的計(jì)算精度。另一方面，在相位優(yōu)化中使用的優(yōu)先元素模型中，必須反復(fù)多次進(jìn)行計(jì)算，因此元素?cái)?shù)要求少。因此，考慮計(jì)算精度、計(jì)算時(shí)間等，適當(dāng)采用理想的分割數(shù)。
[0052]作為用于相位優(yōu)化法中的計(jì)算的模型，以有限元素模型為例子進(jìn)行了說(shuō)明，但為了得到上述那樣的模型，也可以使用有限差分分析、或無(wú)網(wǎng)分析等其他類型的CAE分析的結(jié)果。
[0053][制約條件和材料物性的設(shè)定步驟(S3)]
[0054]在制約條件和材料物性的設(shè)定步驟(S3)中，針對(duì)表示各微小區(qū)域的變形對(duì)樹(shù)脂成形體的變形貢獻(xiàn)的程度的貢獻(xiàn)率(是本實(shí)施方式的制約條件)，設(shè)定具體的閾值的值。另夕卜，設(shè)定在基于相位優(yōu)化法的計(jì)算步驟(S4)中的貢獻(xiàn)率的計(jì)算中使用的物性值。此外，在此，貢獻(xiàn)率是[1-(滿足制約條件并且能夠刪除的體積/原始的形狀的體積)]X 100 (%)。[0055]貢獻(xiàn)率的具體閾值并沒(méi)有特別限定，能夠與所求取的分析的精度等對(duì)應(yīng)地適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。例如，如果將閾值設(shè)定得過(guò)高，則有可能與實(shí)際對(duì)變形的貢獻(xiàn)無(wú)關(guān)地判斷為閾值以下，因此難以高精度地分析變形的狀態(tài)。另一方面，如果閾值的值過(guò)低，則有可能實(shí)際對(duì)變形幾乎沒(méi)有貢獻(xiàn)而判斷為閾值以上，因此，在該情況下也難以高精度地分析變形的狀態(tài)。此夕卜，如果是任意程度的閾值，則對(duì)于是否能夠區(qū)分對(duì)實(shí)際的變形產(chǎn)生貢獻(xiàn)的情況和不產(chǎn)生貢獻(xiàn)的情況，根據(jù)構(gòu)成樹(shù)脂成形體的材料的種類等也不同。
[0056]另外，貢獻(xiàn)率的計(jì)算所需要的物性是與樹(shù)脂成形體的變形有關(guān)的物性，是泊松比、彈性率。此外,也可以考慮泊松比、彈性率以外的物性。
[0057]此外，如上述那樣，如果變形的分布或變形的趨勢(shì)再現(xiàn)樹(shù)脂成形體的變形狀態(tài)，則后述的貢獻(xiàn)率與通過(guò)分析得到的變形量無(wú)關(guān)地為固定的值。因此，即使彈性率與實(shí)際的值不同，也能夠?qū)嵤└_的變形對(duì)策。但是，在所使用的材料由于高次組織、填充材料的影響而在彈性率中存在各向異性、分布等的情況下，優(yōu)選考慮該情況而賦予物性值。
[0058][基于相位優(yōu)化法的計(jì)算步驟(S4)]
[0059]在基于相位優(yōu)化法的計(jì)算步驟中，將在變形量取得步驟(SI)中驅(qū)動(dòng)的變形量的趨勢(shì)應(yīng)用于在相位優(yōu)化法用的模型創(chuàng)建步驟(S2)中創(chuàng)建的模型，使用在上述設(shè)定的物性參數(shù)，將貢獻(xiàn)率的閾值設(shè)為制約條件，進(jìn)行優(yōu)化使得目標(biāo)函數(shù)最小。在本發(fā)明中，進(jìn)行優(yōu)化使得樹(shù)脂成形體的剛度的降低最小。
[0060]在以上說(shuō)明中，對(duì)于相位優(yōu)化的具體計(jì)算方法，使用了基于現(xiàn)有公知的數(shù)理編程法(Mathematical Programming)的、均化設(shè)計(jì)法(HDM:homogenization Design Method)、密度法(Density Approach)、遺傳算法、退火法、格狀自動(dòng)機(jī)法等。能夠通過(guò)Altair公司制OPTI STRUCT、株式會(huì)社< V tv i制OPTISHAPE、FE-design公司制TOSCA等市場(chǎng)銷售的軟件來(lái)實(shí)施它們。
[0061]在本實(shí)施方式中，將貢獻(xiàn)率的閾值設(shè)為制約條件，但除了是否滿足閾值的評(píng)價(jià)，還對(duì)何種程度地滿足閾值、何種程度地不滿足閾值進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)進(jìn)行這樣的評(píng)價(jià)，能夠正確地掌握貢獻(xiàn)率，能夠進(jìn)行更正確的變形狀態(tài)的分析。另外，在通過(guò)上述的計(jì)算對(duì)何種程度地滿足閾值、何種程度地不滿足進(jìn)行評(píng)價(jià)的情況下，即使將閾值設(shè)定為任意的值，都能夠確認(rèn)各微小區(qū)域中的貢獻(xiàn)率，因此能夠任意地選擇閾值的值。
[0062]通過(guò)上述那樣導(dǎo)出各微小區(qū)域的貢獻(xiàn)率，能夠?qū)С鰳?shù)脂成形體中的上述貢獻(xiàn)率的分布。如上述那樣，貢獻(xiàn)率表示各微小區(qū)域的變形對(duì)樹(shù)脂成形體的變形貢獻(xiàn)的程度。貢獻(xiàn)率大的區(qū)域是對(duì)樹(shù)脂成形體的變形產(chǎn)生大的影響的部分，貢獻(xiàn)率小的區(qū)域是對(duì)樹(shù)脂成形體的變形不產(chǎn)生影響的部分。因此，通過(guò)導(dǎo)出貢獻(xiàn)率的分布，能夠容易地識(shí)別與樹(shù)脂成形體的變形有很大關(guān)聯(lián)的區(qū)域和與樹(shù)脂成形體的變形幾乎不關(guān)聯(lián)的區(qū)域。
[0063]即使在只對(duì)不滿閾值、閾值以上進(jìn)行評(píng)價(jià)的情況下，如果閾值的設(shè)定適當(dāng)，則也能夠確認(rèn)通過(guò)上述的計(jì)算而設(shè)為閾值以上的區(qū)域是與樹(shù)脂成形體的變形幾乎不關(guān)聯(lián)的區(qū)域的情況，另外，能夠確認(rèn)通過(guò)上述的計(jì)算而設(shè)為閾值以上的區(qū)域是與樹(shù)脂成形體的變形有很大關(guān)聯(lián)的區(qū)域的情況。因此，在該情況下，也能夠求出樹(shù)脂成形體中的與樹(shù)脂成形體的變形關(guān)聯(lián)的區(qū)域和不關(guān)聯(lián)的區(qū)域的分布。
[0064]另外，既可以只針對(duì)不滿閾值的情況，通過(guò)計(jì)算來(lái)評(píng)價(jià)何種程度地不滿足閾值，也可以只針對(duì)閾值以上的情況，通過(guò)計(jì)算來(lái)評(píng)價(jià)何種程度地超過(guò)閾值。也能夠這樣只針對(duì)一部分詳細(xì)地評(píng)價(jià)貢獻(xiàn)率。
[0065]<樹(shù)脂磁性體變形改善方法>
[0066]本發(fā)明的改善樹(shù)脂成形體的變形的方法能夠在樹(shù)脂成形體由于外力而變形的情況下變更樹(shù)脂成形體的形狀而使得難以變形，或者在由于翹曲變形等樹(shù)脂成形體的膨脹、收縮而變形的情況下變更樹(shù)脂成形體的形狀使得難以變形。
[0067]特別地本發(fā)明的改善樹(shù)脂成形體的變形的方法使用上述的變形狀態(tài)分析方法的分析結(jié)果，因此能夠高效地進(jìn)行變形的改善。具體地說(shuō)，通過(guò)使用上述分析結(jié)果，能夠容易地判斷為了樹(shù)脂成形體的改善而需要改進(jìn)的部分。
[0068]以下，使用圖2所示的流程圖，說(shuō)明本發(fā)明的樹(shù)脂成形體變形改善方法的一個(gè)例子。如圖2的流程圖所示那樣，本實(shí)施方式的樹(shù)脂成形體改善方法具備變形量取得步驟
(SI)、相位優(yōu)化法用的模型創(chuàng)建步驟(S2)、制約條件和材料物性的設(shè)定步驟(S3)、基于相位優(yōu)化法的計(jì)算步驟(S4)、變形原因分析和改善方案創(chuàng)建步驟(S5)、以及改善方案的驗(yàn)證步驟(S6)。
[0069]在此，對(duì)于變形量取得步驟(SI)、相位優(yōu)化法用的模型創(chuàng)建步驟(S2)、制約條件和材料物性的設(shè)定步驟(S3)、以及基于相位優(yōu)化法的計(jì)算步驟(S4)，與在變形狀態(tài)分析方法中說(shuō)明的步驟相同，因此省略與這些步驟有關(guān)的說(shuō)明。
[0070][變形原因分析和改善方案創(chuàng)建步驟(S5)]
[0071]在變形原因分析中，根據(jù)在上述的變形狀態(tài)分析方法中得到的分析結(jié)果，確定成為變形的原因的部分。如上述那樣，在分析結(jié)果中表示出與變形有很大關(guān)聯(lián)的部分，因此將關(guān)聯(lián)大的區(qū)域(通常是多個(gè)微小區(qū)域的集合)確定為有可能成為變形的原因的區(qū)域。接著，從所確定的區(qū)域中，考慮到該區(qū)域中的樹(shù)脂成形體的厚度、形狀等地推測(cè)成為變形的原因的位置?！芭c變形有很大關(guān)聯(lián)的部分”一般是指包含在變形狀態(tài)分析方法中導(dǎo)出的貢獻(xiàn)率為平均值以上的微小區(qū)域的范圍。
[0072]在推測(cè)出成為變形的原因的位置后，研究用于抑制變形的改善方法。在本發(fā)明中，能夠容易地看清對(duì)變形貢獻(xiàn)的區(qū)域，因此通過(guò)改進(jìn)對(duì)變形貢獻(xiàn)的區(qū)域，能夠決定容易抑制變形的形狀。在本實(shí)施方式中，對(duì)包含樹(shù)脂成形體中的貢獻(xiàn)率為平均以上的微小區(qū)域的范圍的形狀進(jìn)行變更。
[0073]既可以根據(jù)技術(shù)常識(shí)決定變更為怎樣的形狀，也可以根據(jù)過(guò)去研究的樹(shù)脂成形體的變形的趨勢(shì)和改善策略之間的關(guān)系來(lái)決定變更為怎樣的形狀。在過(guò)去研究的對(duì)樹(shù)脂成形體的變形的改善中，特別優(yōu)選預(yù)先導(dǎo)出包含樹(shù)脂成形體中的貢獻(xiàn)率為平均以上的微小區(qū)域的范圍的形狀的變更的形態(tài)和由于該變更的形態(tài)而變化的樹(shù)脂成形體的變形的形態(tài)之間的多個(gè)關(guān)系，根據(jù)這些多個(gè)關(guān)系，決定變更為怎樣的形狀。這是因?yàn)楦纳频目赡苄愿摺?br>
[0074][改善方案的驗(yàn)證步驟(S6)]
[0075]在改善方案的驗(yàn)證步驟中，針對(duì)在變形原因分析和改善方案創(chuàng)建步驟(S5)中創(chuàng)建的改善方案是否是適當(dāng)?shù)母纳品桨高M(jìn)行驗(yàn)證。例如，針對(duì)實(shí)施了改進(jìn)的樹(shù)脂成形體，能夠以下的方法進(jìn)行驗(yàn)證步驟，即進(jìn)行CAE分析等分析而通過(guò)分析確認(rèn)改善的效果的方法、實(shí)際進(jìn)行成形來(lái)確認(rèn)樹(shù)脂成形體的變形抑制的效果的方法。
[0076]在進(jìn)行驗(yàn)證的結(jié)果是樹(shù)脂成形體的變形量是能夠容許的范圍的情況下，結(jié)束本發(fā)明的變形改善方法。在此，能夠容許的變形量的范圍根據(jù)樹(shù)脂成形體的形狀、用途等而不同，因此根據(jù)狀況適當(dāng)設(shè)定希望的范圍。
[0077]另一方面，在進(jìn)行驗(yàn)證的結(jié)果是樹(shù)脂成形體的變形量超過(guò)能夠容許的范圍的情況下，返回到相位優(yōu)化法用的模型創(chuàng)建步驟(S2)，反復(fù)進(jìn)行相位優(yōu)化法用的模型創(chuàng)建步驟
(S2)?改善方案的驗(yàn)證步驟(S6)。如果變形量成為能夠容許的范圍，則本發(fā)明的改善方法結(jié)束。
[0078]〈樹(shù)脂成形體輕量化方法〉
[0079]本發(fā)明的樹(shù)脂成形體的輕量化方法是不使樹(shù)脂成形體變形而從樹(shù)脂成形體中除去多余的部分的輕量化的方法。
[0080]特別地本發(fā)明的樹(shù)脂成形體的輕量化方法使用上述的變形狀態(tài)分析方法的分析結(jié)果，因此能夠大幅抑制由于輕量化而在樹(shù)脂成形體中產(chǎn)生變形的情況。具體地說(shuō)，通過(guò)使用上述分析結(jié)果，對(duì)樹(shù)脂成形體的變形貢獻(xiàn)的區(qū)域是清楚的，因此通過(guò)除去而在樹(shù)脂成形體中產(chǎn)生變形的區(qū)域和不產(chǎn)生變形的區(qū)域之間的區(qū)別是明確的，因此能夠降低由于輕量化而在樹(shù)脂成形體中產(chǎn)生變形的可能性。
[0081]以下，使用圖3所示的流程圖說(shuō)明使本發(fā)明的樹(shù)脂成形體輕量化的方法的一個(gè)例子。如圖3的流程圖所示，本實(shí)施方式的樹(shù)脂成形體輕量化方法具備變形量取得步驟(SI)、相位優(yōu)化法用的模型創(chuàng)建步驟(S2)、制約條件和材料物性的設(shè)定步驟(S3)、基于相位優(yōu)化法的計(jì)算步驟(S4)、輕量化方案創(chuàng)建步驟(S7)、以及輕量化驗(yàn)證步驟(S8)。
[0082]在此，對(duì)于變形量取得步驟(SI)、相位優(yōu)化法用的模型創(chuàng)建步驟(S2)、制約條件和材料物性的設(shè)定步驟(S3)、以及基于相位優(yōu)化法的計(jì)算步驟(S4)，與在變形狀態(tài)分析方法中說(shuō)明的步驟相同，因此省略與這些步驟相關(guān)的說(shuō)明。
[0083][輕量化方案創(chuàng)建步驟(S7)]
[0084]根據(jù)在上述的變形狀態(tài)分析方法中得到的分析結(jié)果，能夠高精度地區(qū)別與樹(shù)脂成形體的變形關(guān)聯(lián)大的區(qū)域(通常是多個(gè)微小區(qū)域的集合)、關(guān)聯(lián)小的區(qū)域。利用它，創(chuàng)建削減與樹(shù)脂成形體的變形關(guān)聯(lián)小的區(qū)域的至少一部分的輕量化方案。在此，與變形有很大關(guān)聯(lián)的區(qū)域一般是指包含在變形狀態(tài)分析方法中導(dǎo)出的貢獻(xiàn)率為平均值以上的微小區(qū)域的范圍。
[0085][輕量化驗(yàn)證步驟(S8)]
[0086]在輕量化驗(yàn)證步驟中，針對(duì)在輕量化方案創(chuàng)建步驟(S7)中創(chuàng)建的輕量化方案是否是適當(dāng)?shù)妮p量化方案進(jìn)行驗(yàn)證。例如，能夠通過(guò)以下的方法進(jìn)行輕量化驗(yàn)證步驟(S8)，即針對(duì)根據(jù)輕量化方案削減了一部分的樹(shù)脂成形體進(jìn)行CAE分析等分析而通過(guò)分析確認(rèn)是否由于輕量化產(chǎn)生變形的方法、實(shí)際進(jìn)行成形而確認(rèn)在樹(shù)脂成形體中是否產(chǎn)生變形的方法。
[0087]在進(jìn)行驗(yàn)證的結(jié)果是樹(shù)脂成形體的變形量是能夠容許的范圍的情況下，結(jié)束本發(fā)明的樹(shù)脂成形體輕量化方法。在此，能夠容許的變形量的范圍根據(jù)樹(shù)脂成形體的形狀、用途等而不同，因此與狀況對(duì)應(yīng)地適當(dāng)?shù)卦O(shè)定希望的范圍。
[0088]另一方面，在進(jìn)行驗(yàn)證的結(jié)果是樹(shù)脂成形體的變形量超過(guò)能夠容許的范圍的情況下，返回到相位優(yōu)化法用的模型創(chuàng)建步驟(S2)，反復(fù)進(jìn)行相位優(yōu)化法用的模型創(chuàng)建步驟
(S2)?改善方案的驗(yàn)證步驟(S8)。如果變形量成為能夠容許的范圍，則本發(fā)明的輕量化方法結(jié)束。[0089]實(shí)施例
[0090]以下表示實(shí)施例和比較例子，具體說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
[0091]在圖4中，示意地表示容納齒輪的外殼(參考例子I)。圖4(a)是上面?zhèn)鹊牧Ⅲw圖，圖4(b)是底面?zhèn)鹊牧Ⅲw圖。在參考例子I的外殼中，要求圖4(b)所示的環(huán)狀的邊緣面(圖中的涂黑的部分)是平面。在此，上述外殼是樹(shù)脂成形體，構(gòu)成樹(shù)脂成形體的熱可塑性樹(shù)脂的彈性率是2500MPa，泊松比是0.35。
[0092]在圖4所示的齒輪外殼中產(chǎn)生翹曲變形，為了防止圖4(b)所示的部分的平面性受損，而制作了在上面的邊緣形成肋的外殼(比較例子I的外殼)。在圖5中表示出比較例子I的外殼的上面?zhèn)鹊牧Ⅲw圖。
[0093]針對(duì)參考例子I的外殼、比較例子I的外殼，通過(guò)注射成形CAE計(jì)算，將與上述邊緣面垂直的方向設(shè)為Z方向，求出Z方向的翹曲變形。在圖6中表示出結(jié)果。
[0094]針對(duì)參考例子I的外殼、比較例子I的外殼，以普通的翹曲變形對(duì)策為基準(zhǔn)創(chuàng)建了相位優(yōu)化法用的模型。使用該模型，將圖6記載的變形量作為約束條件，將表示各微小區(qū)域的變形對(duì)樹(shù)脂成形體的變形貢獻(xiàn)的程度的貢獻(xiàn)率作為制約條件，對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化使得樹(shù)脂成形體的剛度的降低最小。通過(guò)每5%地表示出貢獻(xiàn)率為50%以上的部分的方法，導(dǎo)出貢獻(xiàn)率的分布。在圖7中表示導(dǎo)出結(jié)果。
[0095]根據(jù)該貢獻(xiàn)率的分布，能夠區(qū)別對(duì)參考例子I的外殼的變形產(chǎn)生貢獻(xiàn)的區(qū)域和對(duì)變形不產(chǎn)生貢獻(xiàn)的區(qū)域。另外，根據(jù)比較例子I的外殼的貢獻(xiàn)率的分布，確認(rèn)了用于抑制翹曲變形的肋對(duì)翹曲變形的抑制沒(méi)有效果。
[0096]首先，根據(jù)圖7的貢獻(xiàn)率的分布，存在于外殼的表面的階差的根部的兩端局部地貢獻(xiàn)率高。因此，制造了在該部分追加了三角肋的實(shí)施例1的外殼。另外，在實(shí)施例1的外殼中，以圍住上面的邊緣的方式設(shè)置肋。在圖8中示意地表示出實(shí)施例1的外殼。
[0097]針對(duì)圖8的改善方案的形狀，通過(guò)注射成形CAE計(jì)算，將與上述邊緣面垂直的方向設(shè)為Z方向，求出Z方向的翹曲變形。在圖9中表示出結(jié)果。如從圖9可知的那樣，確認(rèn)了翹曲變形被改善了。
[0098]另外，根據(jù)(Z方向翹曲變形最大值)-(Z方向翹曲變形最小值)，導(dǎo)出參考例子I的外殼的翹曲量、比較例子I的外殼的翹曲量、以及實(shí)施例1的外殼的翹曲量。另外，使用在CAD軟件中集成的功能，求出參考例子I的外殼的體積、比較例子I的外殼的體積、以及實(shí)施例1的外殼的體積。在表1中表不出翅曲量和體積的結(jié)果。
[0099]表1
【權(quán)利要求】
1.一種變形狀態(tài)分析方法，其針對(duì)變形的樹(shù)脂成形體，將樹(shù)脂成形體分割為微小區(qū)域，使用相位優(yōu)化法，在規(guī)定的約束條件及規(guī)定的制約條件下進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化，由此分析樹(shù)脂成形體的變形狀態(tài)，該變形狀態(tài)分析方法的特征在于， 上述規(guī)定的約束條件是樹(shù)脂成形體的變形量的趨勢(shì)， 上述規(guī)定的制約條件是表示各微小區(qū)域的變形對(duì)樹(shù)脂成形體的變形產(chǎn)生貢獻(xiàn)的程度的貢獻(xiàn)率， 上述目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化以使樹(shù)脂成形體的剛度的降低最小的方式進(jìn)行優(yōu)化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變形狀態(tài)分析方法，其特征在于， 使用有限元素法導(dǎo)出上述變形量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變形狀態(tài)分析方法，其特征在于， 上述變形量是實(shí)測(cè)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3的任意一項(xiàng)所述的變形狀態(tài)分析方法，其特征在于， 將各微小區(qū)域中的變形量乘以超過(guò)I的系數(shù)而計(jì)算出的值用作上述樹(shù)脂成形體的變形量。
5.—種樹(shù)脂成形體變形改善方法，其對(duì)包含通過(guò)權(quán)利要求1?4的任意一項(xiàng)所述的變形狀態(tài)分析方法導(dǎo)出的貢獻(xiàn)率為平均值以上的微小區(qū)域的范圍的形狀進(jìn)行變更，從而抑制樹(shù)脂成形體的變形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的樹(shù)脂成形體變形改善方法，其特征在于， 預(yù)先導(dǎo)出樹(shù)脂成形體的包含上述貢獻(xiàn)率為平均值以上的微小區(qū)域的范圍的形狀的變更的形態(tài)和根據(jù)上述變更的形態(tài)而變化的樹(shù)脂成形體的變形的形態(tài)之間的多個(gè)關(guān)系， 根據(jù)上述多個(gè)關(guān)系，對(duì)包含貢獻(xiàn)率為平均值以上的微小區(qū)域的范圍的形狀進(jìn)行變更。
7.一種樹(shù)脂成形體變形改善方法，其特征在于，包括: 形狀變更步驟，對(duì)包含通過(guò)權(quán)利要求1?4的任意一項(xiàng)所述的變形狀態(tài)分析方法導(dǎo)出的貢獻(xiàn)率為平均值以上的微小區(qū)域的范圍的形狀進(jìn)行變更； 確認(rèn)步驟，在上述形狀變更步驟后，制造樹(shù)脂成形體并確認(rèn)變形狀態(tài)； 在樹(shù)脂成形體的變形量為規(guī)定的值以上的情況下，直到上述變形量成為規(guī)定的值以下為止，改變上述形狀的變更的形態(tài)來(lái)反復(fù)進(jìn)行上述形狀變更步驟和上述確認(rèn)步驟。
8.一種樹(shù)脂成形體輕量化方法，其削減包含通過(guò)權(quán)利要求1?4的任意一項(xiàng)所述的變形狀態(tài)分析方法導(dǎo)出的貢獻(xiàn)率為平均值以下的微小區(qū)域的范圍的至少一部分，從而使樹(shù)脂成形體輕量化。
【文檔編號(hào)】B29C45/76GK103826825SQ201280047377
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月29日
【發(fā)明者】青木現(xiàn) 申請(qǐng)人:寶理塑料株式會(huì)社