ホットランナー定常解析(HRS)の応用:マルチキャビティ金型成形のバランス改善

Moldex3D R14.0に、ホットランナーシステムの解析に使用するホットランナー定常解析(Hot Runner Steady/HRS)が実装されました。複雑なホットランナーシステムの定常解析を素早く実行することで、設計に要する時間の短縮と加速に貢献します。キャビティが大きなランナーの金型設計では解析時間が長くなりがちですが、HRS解析の導入によって解析時間の大幅な短縮が望めます。さらに、ホットランナーのレイアウトデザインにおけるバランス比の取得、サイクルごとの粘性加熱予測の改善による現実的な温度分布の確認にも役立ちます。

以下は、HRS解析の作業手順例です。

1. HRS解析を用いて、キャビティ充填を行わなずにホットランナーデザインを最適化する場合。

HRS解析では、複数のキャビティをもつモデルのホットランナー設計について、ホットランナーチャネルにおける充填挙動を解析して流速やバランス比などの情報を取得します。キャビティの充填挙動を解析しないため反復計算効率が良く、HRS解析はホットランナーデザインの最適化を素早く行えます。

Step 1. Injection Molding Projectをインレット、キャビティ、ホットランナーを含むメッシュモデルで作成します。キャビティはHRS解析の計算中に考慮されませんが、メッシュモデルにはキャビティをもたせる必要があります。

:ホットランナー定常解析(HRS)を実行するにはAdvanced Hot Runnerモジュールのライセンスが必要です。解析機能の利用設定はComputation Parameter and Analysis Sequenceから行います。

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Step 2. HRS解析の詳細を設定します。Computation ParameterのHot Runner Steadyタブを開き、流入速度、関連エラーに対する収束条件、ホットランナーゲートの圧力を入力します。

1:CAEモードの場合:流入速度のデフォルト値は、キャビティ体積を充填時間で除したものです。マシンモードの場合:流入速度のデフォルト値は、キャビティ体積をストローク時間で除したものです。

2:ホットランナーゲートにおける圧力は、各ゲートにおける(メルトの)流出に対する抵抗を表します(デフォルト値:0MPa)。HRS解析実行前に、単一キャビティの(メルト流入口をひとつもち、ランナーシステムをもたない)金型を用いて解析を行ってください。この解析によって、HRS解析における、キャビティをもたない場合のホットランナー出口の圧力を予測できます。また、ホットランナーシステムに付帯するすべてのキャビティを解析する時間も省略できます。

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Step 3.Analysis sequence settingHot Runnner Steady – HRSを選択(または、Hot Runner Steadyのみを選択)し、解析を実行します。

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Step 4. HRSログファイルを開き、各ホットランナーゲートにおける流速とランナーのバランス比予測を確認します。この2つの結果を参考にして、必要に応じてランナー径や特定の領域の長さなど、ホットランナーのレイアウト形状を修正し、バランスの改善を図ります。

:HRS解析では様々な結果を確認できますが、特に重要なのが流速とランナーのバランス比の予測です。

Step 5. ホットランナーデザインを修正し、適切なデザインとなるまでStep 1~4を繰り返します。

hot-runner-steady-hrs-analysis-an-optimal-solution-to-simulate-a-high-cavitation-hot-runner-mold-system-4hot-runner-steady-hrs-analysis-an-optimal-solution-to-simulate-a-high-cavitation-hot-runner-mold-system-5                                   流動バランス比                                                                                                圧力分布

2. HRS解析後に充填解析を行い、より現実的なホットランナーの初期情報を取得する場合。

充填解析とは異なり、HRS解析は解析開始から数サイクル(定常状態に達するまで)後に、ホットランナーシステムにおける非均等または非対称の温度分布などの累積せん断発熱効果を考慮します。このため、HRS解析後に充填解析を行った場合には、より正確なホットランナー初期情報を得ることができ、充填予測の精度が向上します。

手順は以下の通りです:

Step 1. 前述のStep 1とStep 2を繰り返します(ここでは、別のモデルを例に説明します)。

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Step 2. 解析順序設定を行います:HRS解析実行後に充填解析を実行。

:この解析順序は、以下のように手動で設定する必要があります:

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Step 3. 充填解析の結果を確認します。

:温度とメルトフロント時間の結果を比較し、さらに充填ログファイルを確認すると、充填解析前にHRS解析を実行したことによる結果の差を確認できます。

                      充填解析                                                            HRS解析-充填解析

充填解析結果ログファイル
(HRS解析から初期ホットランナー情報を受けると、このように表示されます)

              hot-runner-steady-hrs-analysis-an-optimal-solution-to-simulate-a-high-cavitation-hot-runner-mold-system-8hot-runner-steady-hrs-analysis-an-optimal-solution-to-simulate-a-high-cavitation-hot-runner-mold-system-9

初期充填温度

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                       初期ホットランナー温度:均等・対称分布                   初期ホットランナー分布:非均等・非対称分布

初期ホットランナー分布:非均等・非対称分布

                hot-runner-steady-hrs-analysis-an-optimal-solution-to-simulate-a-high-cavitation-hot-runner-mold-system-12hot-runner-steady-hrs-analysis-an-optimal-solution-to-simulate-a-high-cavitation-hot-runner-mold-system-13

        メルトフロント時間

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                                              均等な充填パターン                                          正確な初期ホットランナー温度を用いた場合。
                                                                                                                                                 非均等な充填パターン

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