CN102567564B - 模具设计装置以及模具设计方法 - Google Patents

Abstract

模具设计装置、方法、系统及程序。本发明通过计算铸造条件下的模具合模面的接触面压力分布并根据所计算的接触面压力分布设定模具合模面的加工量，来设计模具。

Description

模具设计装置以及模具设计方法

技术领域

本发明涉及有效抑制铸件中的飞边产生的技术。

背景技术

关于铸造技术，例如在专利文献1中记载了如下的方法：考虑模具的温度分布及制品的温度分布，通过分析来求出制品为室温时的变形，并设计已将变形量预计在内的模具。

【专利文献1】

JP-A-H07-236942

但是，发现了在铸件上产生飞边的现象。

首先，在铸造时模具受到来自金属液的热而膨胀。该膨胀并非均匀的，其由于模具的局部形状的差异、从金属液受到的压力、成型机的合模压力、从金属液吸取的热量等而局部地不同。因此，在模型的合模面上作用的接触面压力不均匀。结果，在铸造时接触面压力相对小的部分的模具合模面打开，从该部分漏出金属液，从而产生飞边。

当铸件产生飞边时，需要通过后处理去除飞边的作业。这导致伴随工序增加的成本上升。另外，有时飞边粘在模具上，在此情况下，在下一铸造工序中不能进行适当的合模，从而导致进一步产生飞边。另外当在模具上粘有飞边时，需要将其去除的作业。在去除该飞边的作业期间，不能进行铸造，另外因为在此期间模具会变冷，所以需要再次进行预热（捨てうち）工序，从而生产性降低。

发明内容

本发明的实施例提供可抑制由于模具变形而引起的飞边产生的技术。

根据本发明的实施例，通过计算在铸造条件下的模具合模面的接触面压力的分布并根据所计算的接触面压力的分布设定模具合模面的加工量，来设计模具。

附图说明

图1是铸造装置的概念图。

图2的(A)～(G)是示出飞边产生的原理以及抑制飞边产生的原理的概念图。

图3是典型实施例的装置的框图。

图4是示出典型实施例中的处理过程的流程图。

图5是从PL面观察的模具的正面图。

图6是从PL面观察的模具的正面图。

图7是示出间隙量分布的曲线图。

图8是示出接触面压力分布的曲线图。

标号说明

100 铸造装置

101、102 成对的模具

101a、102a 冷期间时的PL面

101b、102b 热期间时的PL面

101c、102c 反转面

101d、102d 考虑了PL面变形的情况下的热期间时的PL面

103 可动部

104 固定部

105、106 间隙

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的典型实施例。此外，典型实施例是发明的例示，不限定发明，典型实施例所记述的全部特征及其组合不一定是发明的本质。

(铸造装置)

首先，说明采用了典型实施例的模具的铸造装置的一例。图1示出了可利用应用了典型实施例的模具的铸造装置100。图1示出在铸造装置100上安装有一对模具101、102的状态。铸造装置100具有保持一个模具的可动部103、保持另一个模具的固定部104。通过可动部103接近于固定部104，来使模具101与模具102接触，并在此状态下固定。此时，通过预定值的合模力，使模具101和102成为相互按压的状态。此外，在模具101或102上设置有用于在模具101与102组合的状态下向其内部形成的型腔(空洞)内注入金属液的注液口(省略图示)。

(原理)

以下，说明飞边产生的原理以及抑制飞边产生的原理。在图1所示的铸造装置100中，在模具101与102接触并组合的状态下向内部的型腔注入金属液进行铸造。图2示意地示出了模具101与102的PL面(分型面)的状态。所谓PL面就是成组的模具彼此接触的面。PL面是与构成型腔的凹部或凸部周围部分的相对模具接触的面。在成组的模具中，当具有该PL面的接触状态差的间隙时，从这里泄漏金属液(或者浸透)，产生飞边。

在铸造工艺中，模具101、102由于金属液的热而膨胀。模具101与102通过合模力而相互压紧，但由于上述膨胀而导致PL面突起。此时，产生间隙105、106。图2(A)夸张地示出此状态。图2(A)示出模具101本来的PL面101a、由于膨胀而鼓起的PL面101b、模具102本来的PL面102a，由于膨胀而鼓起的PL面102b。由于在该间隙105及106中漏出金属液，从而产生PL面的飞边。

因此，在典型实施例的飞边抑制方法中，通过实施以下处理来抑制由于上述原因而产生的飞边。以下，举模具101的PL面为例，简单说明基本的原理。首先，通过采用了热分析模型的计算机仿真，通过计算来预测模具101的PL面的膨胀。图2(B)示出通过计算求出的膨胀时的PL面101b。膨胀虽然还有模具的合模力等其它因素，但热膨胀为主要原因。另外，实际产生的膨胀受到相对面之间作用的压力的制约，所以，考虑相对模具102的PL面之间作用的面压力来计算膨胀(突起)程度的评价。即，认为在面压力大的部分，PL面的突起相对大、在面压力小的部分，PL面的突起相对小。

计算PL面的突起101b后，以其没有变形时的PL面101a为中心进行反转，计算反转面101c。然后，设定PL面，使冷期间时(即，没有温度上升的状况)的PL面成为反转面101c(图2(C)。即，预计由于金属液导致的温度上升所引起的膨胀量，将PL面设为凹面。这里，计算用于形成作为该凹面的反转面101c的加工量。

图2(D)示意地示出在此状态下使模具101与102组合的状态的PL面的情况。并且，向在图2(D)的状态下未图示的型腔内注入金属液进行铸造。此时，观察膨胀，在凹模上形成的PL面101c由于从金属液受热而如图2(F)所示意示出地那样膨胀，如图2(G)所示，成为在热期间时(由于金属液而成为高温的状态)相对的PL面之间不产生间隙(或者抑制了间隙的形成)的状态。图2(G)示出抑制了间隙产生的PL面101d与PL面102d。于是，通过这样抑制相对的PL面之间产生的间隙，抑制了由于相对PL面之间的间隙而产生的飞边。

(模具设计装置)

以下，说明进行基于图2所示原理的模具设计的装置的一例。图3示出典型实施例的模具设计装置300。在此例中，模具设计装置300在计算机上以软件的方式构成。在该计算机上安装有构成模具设计装置300并用于使其工作的程序。此外，还可以另外准备与部分工作相关的程序，例如形成模具模型的三维CAD软件或进行热分析的程序等。另外，可以从外部经由适当的存储介质或线路来提供这些程序。另外，还可以通过采用ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)、FPGA(FieldProgrammable Gate Array：现场可编程门阵列)等的PLD(Programmable Logic Device：可编程逻辑器)等形成的专用硬件来构成模具设计装置300。

模具设计装置300具有：模具模型生成部301、模具温度计算部302、模具模型分析部303、间隙量判定部307、接触面压力区域设定部308、反转比例设定部309以及加工量设定部310。

模具模型生成部301具有进行模具设计的三维CAD功能。模具模型生成部301根据作为基础的模具数据来生成模具的三维模型数据。另外，模具模型生成部301根据加工量设定部310所设定的加工量来修正模具模型。模具温度计算部302计算在模具内浇注金属液时的模具温度分布。根据市售的热计算仿真软件来进行此计算。

模具模型分析部303通过仿真来分析从金属液接收的热对模具的影响。这里，模具模型分析部303包含接触面压力计算部304、热膨胀量计算部305、间隙量计算部306。接触面积计算部304计算在接收到金属液的热而温度上升的状态下模具合模面(组合成对的模具时的接触面：PL面)的面压力。此面压力主要由模具的热膨胀引起(另外，还有金属液压力的影响)，利用该面压力来评价PL面的膨胀程度。另外，关于该面压力，还计算每一部位的分布状态。热膨胀量计算部305计算PL面中的热膨胀量。间隙量计算部306计算由于模具的膨胀而在相对的PL面上产生的间隙尺寸。

间隙量判定部307判定间隙量计算部306所计算的间隙尺寸是否是所设定的阈值以下。在此例中，设定0.2mm作为阈值。显然，该阈值根据铸件所要求的精度、尺寸、材质而不同，所以还可以采用其它值。接触面压力区域设定部308根据接触面压力计算部304所计算的接触面压力的分布状态，按照某一范围来区分接触面压力的区域，并设定多个面压力区域。反转比例设定部309根据该区域中的面压力来计算接触面压力区域设定部308所设定的各个区域中的反转比例(例如，图2(B)的标号101c所示出的反转形状的程度)。加工量设定部310根据模具模型分析部303所计算的热膨胀量以及反转比例设定部309所计算的反转比例，计算PL面的加工量(例如，参照图2(C)的标号109)。根据该加工量来修正模具模型生成部301所生成的模具模型。在模具模型生成部301中进行该修正。

(处理的一例)

以下，说明在图3所示的模具设计装置300中进行的处理的一例。图4是示出在模具设计装置300中进行的模具设计所涉及的处理一例的流程图。当开始处理时(步骤S401)，在图3的模具模型生成部301中进行模具模型的生成(步骤S402)。在此阶段进行的作业是与通常的模具模型生成相同的作业，并采用通常的三维CAD功能来进行。

接着，通过计算机仿真来计算步骤S402中得到的模具模型在实际的铸造条件下成为怎样的温度状态(步骤S403)。该处理是采用市售的热分析仿真软件在图3的模具温度计算部302中进行的。计算出模具的温度后，根据此温度来分析因温度上升而在模具中产生的变化(热对模具的影响)(步骤404)。该处理也是采用市售的热分析仿真软件来进行的。在图3的模具模型分析部303中进行此处理。在步骤S404中，进行在铸造时成对的模具接触面(PL面)的面压力分布状态的计算、铸造时的模具热膨胀状态的计算、在相对的PL面间产生的间隙尺寸的计算。

接着，进入步骤S405，判定在步骤S404中计算的PL面的间隙尺寸是否是设定值(这里为0.2mm)以下(步骤S405)。将所产生的间隙的最大值作为对象进行此判定。如果在步骤S404中计算的间隙量是设定值以下，则结束模具的设计(步骤S409)。另外，当在步骤S404中计算的间隙量是超过设定值的值时，进入步骤S406。

在步骤S406中，根据在步骤S404中计算的PL面的接触面压力的分布状态，将接触面压力的最大值作为100%，对面压力的分布状态进行归一化。在图3的接触面压力区域设定部308中进行此处理。图5示出PL面中的面压力分布状态的一例。图5示出从PL面侧观察成组的模具一侧的状况。这里，斜线部分是作为PL面的区域。并且作为一例，图5示出图3的模具模型分析部303所计算的PL面的3个点处的面压力。另外，图中的%所显示的值是计算点处的面压力值相对于所计算的面压力最大值的比例(归一化值)。图5作为一例示出了3点的面压力及其归一化值，但实际上，在格状划分的多个交点中计算面压力及其归一化值。

在步骤S406之后进入步骤S407。在步骤S407中根据在步骤S406设定的归一化的接触面压力的分布状态，来设定在图2(B)示出其原理的反转面设定所需的反转比例。此时，以步骤S308中设定的面压力为100%的区域为基准，在各个区域中进行与该区域的面压力归一化值成比例的反转比例的设定。在图3的反转比例设定部309中进行此处理。图6示出该设定的具体一例。图6与图5相对应，示出了根据面压力的不同将反转率分成3组，根据各个区域相对于面压力最大值的比例来设定反转率的状态。

即，相对于面压力最大的区域的反转率，面压力74%的区域为反转率最大的区域的74%。另外，相对于面压力最大的区域的反转率，面压力54%的区域为反转率最大的区域的54%。以下，说明这样的理由。首先，面压力大的部分表示模具彼此间按压的力相应地大。这意味着该部分的PL面更为膨胀鼓起(例如，参照图2)。因此，作用了较大面压力的部分相对地增大反转率，作用了较小面压力的部分相对地减小反转率，由此总体上均匀地获得基于图2(F)所示原理的间隙产生抑制作用。

在步骤S407之后进入步骤S408。在步骤S408中，根据步骤S407中设定的反转率来设定模具的加工量。在此处理中，计算步骤S404中计算的热膨胀量与步骤S407中设定的反转比例之积作为加工量。由此，即使假设在步骤S404计算的热膨胀量相同，也以较大的反转量加工面压力较大的部分，以较小的反转量加工面压力较小的部分。在图3的加工量设定部310中进行该步骤S408的处理。在步骤S408之后，再次进行步骤S403以下的处理。这样，反复步骤S403-S408的处理，直至铸造时(热期间时)产生的相对PL面之间的间隙成为设定值(这里为0.2mm)以下。

(评价)

图7示出了PL面的区域A、区域B、区域C、区域D、区域E、区域F中的间隙量的实测值数据。如图7所示，通过进行本实施方式所说明的根据面压力设定反转量的设计，与不进行反转的情况相比可大幅抑制间隙量。另外，图7还示出了完全一律地根据最大值的面压力使反转量相同时的数据。在此情况下，与区域F中没有实施任何对策的情况(没有反转的情况)相比，间隙量急剧增大。这表示加工量相对于面压力过大(即对凹模加工过大)，所以反而形成较大的间隙。

图8示出了对格状地设定测定点时的接触面压力值进行标绘后的数据。由图8可知，通过采用本发明，与“没有反转”的情况相比接触面压力大的点减少。另外，图8示出了未接触的部分(即，面压力是0的部分)大大减少，且在铸造时以100MPa附近的值均匀地进行接触的情况。另外，图8示出了在全部100%反转时面压力不足的点增大，在获得均匀接触状态这方面效果较差的情况。

(优越性)

可通过根据PL面的接触面压力设定预计了变形的反转面，来抑制铸造时相对PL面之间产生的间隙。由此，能够抑制因该间隙的产生而导致产生飞边。另外，根据接触面压力的分布来调整反转面的反转比例，由此能够进行与变形程度相对应的反转面设定，抑制反转过度而导致新产生间隙，可在铸造时获得更均匀的铸造模具接触状态，另外，根据反转率来划分区域，由此与全体一律地设定加工量的情况相比可减少加工量，从而能够缩短模具加工所需的时间。

另外，通过考虑面压力而设定反转形状的加工量，可抑制加工量过大而产生新的间隙的现象。假设不进行基于接触面压力分布的反转面反转比例的调整时，计算出相同热膨胀量的部分与面压力是否不同无关地都设定相同的加工量。这里，面压力较大的部分是具有进一步热膨胀的潜力的部分，面压力较小的部分相反。因此，在相同热膨胀量的2个部分中，当未考虑面压力的不同而设定加工量时，面压力较小的部分与面压力较大的部分相比加工量过大，成为新间隙的发生原因。与此相对，通过考虑面压力来设定反转形状的加工量，可抑制面压力较小的部分中加工量过大的现象。

(其它)

可在反转率的设定中反映金属液的粘性及半凝固状态的参数。在此情况下，在进行反转率设定的计算中导入考虑了金属液的粘性及半凝固状态的系数，并利用该系数进行反转率的调整。由此，在计算中考虑由金属液的粘性及半凝固状态引起的对PL面之间的间隙的影响，从而能够成为可进一步抑制间隙产生的模具设计。

也可以是分散图3所示的各个功能以及图4所示的各个处理后的结构。例如，也可以在连接多个计算机并利用第1计算机生成模具模型、利用第2计算机计算模具温度的系统中实施本发明。在此情况下，本发明作为模具设计系统。

根据上述典型实施例，模具设计装置可具有：计算部，其计算铸造条件下的模具合模面的接触面压力的分布；以及设定部，其根据上述接触面压力的分布来设定上述模具的上述合模面的加工量。

根据此构造，为了抑制组合起来的成对模具的相对PL面因铸造时的变形而产生的间隙，计算在铸造时相应的PL面上作用的面压力，并根据该面压力使PL面成型为凹形形状。由此，即使在铸造时PL面变形也能够抑制由于凹模形状膨胀、PL面成为凸模形状而在模具合模面上产生间隙。

另外，上述模具的加工量可以在上述接触面压力较大的区域较大，在上述接触面压力较小的区域较小。根据此构造，根据面压力的不同来设定加工量。面压力大的部分表示模具彼此间按压的力相应地大。这表示该部分的PL面更为膨胀鼓起。因此，对于作用了较大面压力的部分相对地增大加工量，对于作用了较小面压力的部分相对地减少加工量，由此总体上能够均匀地获得间隙产生抑制作用。

另外，可根据作为对象的区域中的面压力相对于上述接触面压力的最大值的比例来计算上述模具的加工量。根据此构造，设定反映了面压力差异的加工量，所以总体上能够均匀地获得间隙产生抑制作用。

另外，模具设计装置可具有热膨胀量计算部，其计算铸造条件下的模具合模面的热膨胀量。可根据上述热膨胀量计算部所计算的热膨胀量与上述接触面压力的分布设定上述模具的加工量。根据此构造，可进行考虑了面压力大的部分与面压力小的部分的热膨胀状态差异的加工量设定，所以能够防止过大设定加工量的问题。

另外，根据上述典型实施例，模具设计方法可具有：计算步骤，计算铸造条件下的模具合模面的接触面压力的分布；以及设定步骤，根据上述接触面压力的分布来设定上述模具的上述合模面的加工量。

另外，根据上述典型实施例，模具设计系统可具有：计算部，其计算铸造条件下的模具合模面的接触面压力的分布；以及设定部，其根据上述接触面压力的分布来设定上述模具的上述合模面的加工量。

另外，根据上述典型实施例，模具设计程序是计算机读取并执行的程序，该程序可以使计算机作为以下进行动作：计算部，其计算铸造条件下的模具合模面的接触面压力的分布；以及设定部，其根据上述接触面压力的分布来设定上述模具的上述合模面的加工量。

根据典型实施例，可抑制由于模具变形而产生飞边。

本发明可利用于铸造技术。

Claims (3)

1.一种模具设计装置，其具有：

接触面压力计算部(304)，其计算铸造条件下模具的合模面的接触面压力的分布；

热膨胀量计算部(305)，其计算在上述铸造条件下模具的合模面的热膨胀量；以及

设定部(310)，其根据上述接触面压力的分布和上述热膨胀量来设定上述模具的上述合模面的反转的形状的加工量，

上述加工量是上述热膨胀量与上述合模面的反转的比例之积，

在上述接触面压力相对较大的区域，上述合模面的反转的比例相对较大，在上述接触面压力相对较小的区域，上述合模面的反转的比例相对较小。

2.根据权利要求1所述的模具设计装置，其中，

上述设定部(310)根据作为对象的区域中的面压力相对于上述接触面压力的最大值的比例来设定上述模具的合模面的加工量。

3.一种模具设计方法，该方法具有：

接触面压力计算步骤，计算在铸造条件下模具的合模面的接触面压力的分布；

热膨胀量计算步骤，计算在上述铸造条件下模具的合模面的热膨胀量；以及

设定步骤，根据上述接触面压力的分布和上述热膨胀量来设定上述模具的上述合模面的反转的形状的加工量，

上述加工量是上述热膨胀量与上述合模面的反转的比例之积，

在上述接触面压力相对较大的区域，上述合模面的反转的比例相对较大，在上述接触面压力相对较小的区域，上述合模面的反转的比例相对较小。