Multi-objective design optimization of process parameters in plastic injection molding using mold temperature control

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K06114
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 北山 哲士 金沢大学, 設計製造技術研究所, 教授 (90339698)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 最適設計 / プラスチック射出成形 / 多目的最適化

Outline of Annual Research Achievements

本年度は，品質の中でも特に外観や強度に影響を与えるウェルドライの抑制に焦点を絞り，ウェルドラインの抑制を狙いつつサイクルタイムも短くするようなプロセスパラメータの多目的最適設計に取り組んだ．プロセスパラメータの中でも特に，ウェルドラインに影響を与えるものとして，溶融温度や射出速度，保圧力，金型温度があるが，特に射出時間中に射出速度を変化させる可変射出速度による成形法を重点的に研究した．射出速度が高いとウェルドラインは抑えられるが溶融樹脂が充填しないショートショットが発生し，射出速度が低いとショートショットは抑えられるがウェルドラインは長くなる．このトレードオフの関係に着目し，はじめに高い射出速度で成形し，徐々に射出速度を低くすることでショートショットを抑える可変射出速度プロファイルによる成形法を考えた．しかし，そのプロファイルは不明であるため，ウェルドラインとサイクルタイムを目的関数として考え，可変射出速度プロファイルに加え，いくつかのプロセスパラメータを設計変数とし，ショートショットを制約条件として扱い，多目的最適設計問題として定式化した．そして，逐次近似最適化を用いてパレート最適解を同定した．シミュレーションで得られた結果の妥当性を検証するため，実験を行った．その結果，可変射出速度による成形法は，ウェルドラインの抑制に効果があることが判明した．同時に，複雑水管を用いた場合，部品を一様に冷却できることが判り，サイクルタイムの抑制に効果があることがわかった．

Research Products

• [Journal Article] Simultaneous optimization of variable injection velocity profile and process parameters in plastic injection molding for minimizing weldline and cycle time (2020)
  • Author(s): Hashimoto, S., Kitayama, S., Takano, M., Kubo, Y., Aiba, S.
  • Journal Title: Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing Volume: 14 Pages: 1-10
  • DOI: jamdsm.2020jamdsm0029
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Optimization of mold temperature profile and process parameters for weld line reduction and short cycle time in rapid heat cycle molding (2019)
  • Author(s): Kitayama, S., Ishizuki, R., Takano, M., Kubo, Y., Aiba, S.
  • Journal Title: International Journal of Advanced Manufacturing Technology Volume: 103 Pages: 1735-1744
  • DOI: 10.1007/s00170-019-03685-3
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Optimization of mold temperature profile and process parameters for minimizing weldline and cycle time in rapid heating cycle molding (2019)
  • Author(s): Ishizuki, R., Kitayama, S., Takano, M., Kubo, Y., Aiba, S.
  • Organizer: 8th International Conference on Manufacturing, Machine Design and Tribology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optimization of variable injection velocity for weldline reduction in plastic injection molding (2019)
  • Author(s): Hashimoto, S., Kitayama, S., Takano, M., Kubo, Y., Aiba, S.
  • Organizer: 8th International Conference on Manufacturing, Machine Design and Tribology
  • Int'l Joint Research