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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Form. Genauer gesagt, bezieht sich die vorliegende Erfindung beispielsweise auf eine Form, die einen darin ausgebildeten Kühlkanal umfasst und eine in einer Formnestfläche ausgebildete Ausnehmung hat.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Beim Harzformen oder Gießformen kühlt Material ab und erstarrt, das in einen Formnestabschnitt zwischen einander gegenüberliegenden Formen gefüllt wird, indem Wärme aus dem Material abgeleitet wird. Im Allgemeinen hat jede Form, die zum Harzformen oder Gießformen verwendet wird, eine Kühlfunktion.
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Beispielsweise hat eine Form, die in der
japanischen ungeprüften Offenlegungsschrift der Patentanmeldung Nr. 2013-199010 gezeigt ist, eine Struktur, bei der ein Kühlkanal in der Form ausgebildet ist und Kühlwasser durch den Kühlkanal zugeführt wird, um dadurch die Form zu kühlen.
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Um die Herstellungskosten einer Form niedrig zu halten, ist es notwendig, das Volumen der Form (Formvolumen) zu reduzieren. Allerdings ist, wenn der Kühlkanal in der Form mit einem begrenzten Formvolumen ausgebildet ist, der Kühlkanal zwangsläufig in der Nähe einer Formnestfläche angeordnet. Insbesondere ist, wenn die Formnestfläche eine konvex-konkave Form hat, der Abstand zwischen dem Kühlkanal und der Bodenfläche einer in der Formnestfläche ausgebildeten Ausnehmung klein, sodass ein Abschnitt der Form in der Nähe der Bodenfläche der Ausnehmung in manchen Fällen unterkühlt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben genannten Umstände gemacht und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Form vorzusehen, die imstande ist, ein Unterkühlen zu verhindern.
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Ein beispielhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Form, die einen darin ausgebildeten Kühlkanal umfasst und eine in einer Formnestfläche ausgebildete Ausnehmung hat, wobei die Form umfasst: eine wärmedämmende Sperre, die zwischen dem Kühlkanal und einer Bodenfläche der in der Formnestfläche ausgebildeten Ausnehmung ausgebildet ist. Die wärmedämmende Sperre umfasst einen Raum, der zwischen dem Kühlkanal und der Bodenfläche der in der Formnestfläche ausgebildeten Ausnehmung ausgebildet ist. Der Raum ist mit einem Mittel gefüllt, das eine Wärmeleitfähigkeit hat, die niedriger ist als die anderer Abschnitte der Form.
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Diese Struktur ermöglicht es, ein Unterkühlen in der Nähe der Bodenfläche der in der Formnestfläche ausgebildeten Ausnehmung zu verhindern.
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Gemäß dem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass die Form durch additive Fertigung („additive manufacturing”) ausgebildet ist.
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Das erleichtert ein Ausbilden des Kühlkanals entlang der Formnestfläche und ein Ausbilden der wärmedämmenden Sperre.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Form vorzusehen, die imstande ist, ein Unterkühlen zu verhindern.
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Die oben genannten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden verständlicher durch die weiter unten aufgeführte ausführliche Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen, die lediglich der Veranschaulichung dienen, und daher nicht als die vorliegende Erfindung beschränkend betrachtet werden sollen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Schnittansicht, die eine Form gemäß einer beispielhaften Ausführungsform schematisch zeigt;
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2 ist eine Schnittansicht, die eine Form schematisch zeigt, die eine Struktur hat, bei der ein Kühlkanal an einer Stelle abseits einer Bodenfläche einer in einer Formnestfläche ausgebildeten Ausnehmung angeordnet ist;
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3 ist ein Diagramm, das eine Unterkühlungsverhinderungswirkung der Form gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt; und
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4 ist ein Entwurfsablaufdiagramm einer Form gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
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BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bestimmte beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden beispielhaften Ausführungsformen beschränkt. Der Klarheit der Erläuterung wegen sind die folgende Beschreibung und die Zeichnungen soweit erforderlich vereinfacht.
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Als Erstes wird die Struktur einer Form gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist eine Schnittansicht, die eine Form gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt. 2 ist eine Schnittansicht, die eine Form schematisch zeigt, die eine Struktur hat, bei der ein Kühlkanal an einer Stelle abseits einer Bodenfläche einer in der Formnestfläche ausgebildeten Ausnehmung angeordnet ist.
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Eine Form 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Form, die zum Harzformen oder Gießformen verwendet wird. Wie in 1 gezeigt ist, wird eine Fläche der Form 1, die einer anderen Form (nicht gezeigt) gegenüberliegt, die der Form 1 während des Formens gegenüberliegt, als eine Formnestfläche 2 bezeichnet. Die Form 1 umfasst eine Vielzahl von Vorsprüngen 4, die aus einem Grundabschnitt 3 vorstehen.
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Daher hat die Formnestfläche 2 eine konvex-konkave Form und umfasst eine Fläche 3a des Grundabschnitts 3, die einer anderen Form während des Formens gegenüberliegt, und eine Fläche 4a jedes Vorsprungs 4. Anders gesagt, steht jeder Vorsprung 4 aus der Fläche 3 vor. Eine Ausnehmung 5 ist aus einer oberen Fläche 4a1 jedes Vorsprungs 4 ausgespart und die Fläche 3a des Grundabschnitts 3 dient als eine Bodenfläche 5a der Ausnehmung 5. In diesem Fall ist die Bodenfläche 5a der Ausnehmung 5 eine Bodenfläche eines Bereichs, der niedriger ist als die obere Fläche 4a1 jedes Vorsprungs 4.
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In der Form 1, die die oben genannte Struktur hat, ist ein Kühlkanal 6 in der Nähe der Formnestfläche 2 angeordnet, um das Formvolumen zu reduzieren und die Kühlleistung der Form 1 zu verbessern, und ein Kühlmittel, wie etwa Kühlwasser, wird durch den Kühlkanal 6 zugeführt. Mit dieser Struktur kann Material abkühlen und erstarren, indem Wärme aus dem Material während des Formens wirksam abgeleitet wird, während das Formvolumen reduziert ist. Der Kühlkanal 6 gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform ist entlang der Formnestfläche 2 in einem im Wesentlichen gleichen Abstand von der Formnestfläche 2 angeordnet. Allerdings kann der Abstand zwischen der Formnestfläche 2 und dem Kühlkanal 6 nach Bedarf geändert werden. Der Abstand kann an einem bestimmten Punkt geändert werden.
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Allerdings wird, wenn der Kühlkanal 6 in der Nähe der Formnestfläche 2, wie oben beschrieben angeordnet ist, nicht nur ein Abschnitt der Form gekühlt, der gekühlt werden soll, sondern auch ein Abschnitt der Form, der nicht gekühlt werden soll, was dazu führt, dass dieser Abschnitt unterkühlt wird. Insbesondere ist es vorzuziehen, dass ein Abschnitt der Form in der Nähe der Fläche 3a des Grundabschnitts 3 nicht unterkühlt wird, sodass sich das Material über die Nähe des Grunds jedes Vorsprungs 4 während des Formens ausbreiten kann und ein auf dem Boden der Ausnehmung 5 verbliebenes Trennmittel verdunsten kann.
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Dementsprechend umfasst die Form 1 gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform eine wärmedämmende Sperre 7, die zwischen dem Kühlkanal 6 und der Fläche 3a des Grundabschnitts 3 (das heißt, zwischen dem Kühlkanal 6 und der Bodenfläche 5a der Ausnehmung 5 in der Formnestfläche 2) ausgebildet ist, um zu verhindern, dass sich die Kälte aus dem Kühlkanal 6 zu der Bodenfläche 5a der Ausnehmung 5 ausbreitet.
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Die wärmedämmende Sperre 7 umfasst einen Raum 7a, der zwischen dem Kühlkanal 6 und der Bodenfläche 5a der Ausnehmung 5 in der Formnestfläche 2 ausgebildet ist. Der Raum 7a ist mit Luft 7b gefüllt, die eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit hat als die anderer Abschnitte (das heißt, Metallabschnitte, die nach einem Schmelzen erstarrt sind, um die Form 1 auszubilden) der Form 1. Obwohl der Raum 7a in dieser beispielhaften Ausführungsform mit der Luft 7b gefüllt ist, kann der Raum 7a mit jedem Mittel gefüllt ist, das eine Wärmeleitfähigkeit hat, die niedriger ist als die anderer Abschnitte der Form 1. Anders gesagt, ist es lediglich notwendig, dass die wärmedämmende Sperre 7 ausgebildet ist, um eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit zu haben als die der Abschnitte, die von der wärmedämmenden Sperre 7 in der Form 1 verschieden sind.
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Auf diese Weise umfasst die Form 1 gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform die wärmedämmende Sperre 7 zwischen dem Kühlkanal 6 und der Bodenfläche 5a der Ausnehmung 5 in der Formnestfläche 2, die es ermöglicht, ein Unterkühlen in der Nähe der Bodenfläche 5a der Ausnehmung 5 zu verhindern. Dementsprechend kann sich das Material während des Formens vorteilhafterweise über den Boden der Ausnehmung 5 ausbreiten, und zusätzlich kann vorteilhafterweise das auf dem Boden der Ausnehmung 5 verbliebene Trennmittel verdunsten.
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Außerdem kann, verglichen mit einem Fall, in dem der Kühlkanal 6 an einer Stelle abseits der Bodenfläche 5a der Ausnehmung 5 angeordnet ist, wie in 2 gezeigt ist, um ein Unterkühlen in der Nähe der Bodenfläche 5a der Ausnehmung 5 zu verhindern, die Form 1 verkleinert werden und der Pfad des Kühlkanals 6 kann vereinfacht werden. Das ermöglicht es, die Herstellungskosten der Form 1 niedrig zu halten.
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In diesem Fall ist die Form 1 vorzugsweise durch additive Fertigung ausgebildet. Beispielsweise wird eine Metallpulverschicht auf einem Bodenabschnitt 3b ausgebildet, der einen Teil des Grundabschnitts 3 bildet, und wird mit einem Laserstrahl bestrahlt, um dadurch das Metallpulver an einer gewünschten Stelle zu schmelzen und erstarren zu lassen. Dann wird ein verbleibender Abschnitt 3c des Grundabschnitts 3 und die Vorsprünge 4 auf dem Bodenabschnitt 3b ausgebildet, in dem ein Vorgang wiederholt ausgeführt wird, bei dem eine weitere Metallpulverschicht auf einer Metallschicht ausgebildet wird, die einen Abschnitt, bei dem Metallpulver an einer gewünschten Stelle erstarrt ist, und einen Abschnitt umfasst, bei dem Metallpulver nicht erstarrt ist, und mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, um dadurch das Metallpulver an einer gewünschten Stelle zu schmelzen und erstarren zu lassen, wodurch die Form 1 mit der oben beschriebenen Struktur erhalten wird.
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Diese Struktur erleichtert ein Ausbilden des Kühlkanals 6 entlang der Formnestfläche 2 und ein Ausbilden der wärmedämmenden Sperre 7. Außerdem sind eine Verminderung der Kosten und eine Verminderung der Herstellungszeit in Übereinstimmung mit einer Verminderung des Formvolumens bei der additiven Fertigung bemerkenswert, im Vergleich mit einem Fall, bei dem eine Form durch beispielsweise Abschälen („shaving”) ausgebildet ist. Dementsprechend sind die Vorteile wegen einer Reduktion des Formvolumens der Form 1, wie oben beschrieben, groß.
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Wenn der Kühlkanal 6 an einer Stelle abseits der Bodenfläche 5a der Ausnehmung 5 angeordnet ist, wie in 2 gezeigt ist, erhöht sich das Formvolumen eines mehrschichtigen Abschnitts mit steigender Höhe des mehrschichtigen Abschnitts, sodass die Menge des zu verwendenden Metallpulvers größer wird. In dieser beispielhaften Ausführungsform allerdings, kann das Formvolumen der Form 1, wie oben beschrieben, reduziert werden. Dementsprechend kann die Menge des zu verwendenden Metallpulvers reduziert werden und dadurch können die Herstellungskosten der Form 1 niedrig gehalten werden.
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Es ist vorzuziehen, dass ein Loch (nicht gezeigt), das mit dem Raum 7a verbunden ist, ausgebildet ist, um das Metallpulver zu entfernen, das während der additiven Fertigung der Form 1 durch das Loch in den Raum 7a gefüllt wird. Allerdings kann das Metallpulver in dem Raum 7a verbleiben. Das liegt daran, dass auch wenn das Metallpulver in dem Raum verbleibt, die Wärmeleitfähigkeit der wärmedämmenden Sperre 7 kleiner ist als die in dem Zustand, in dem der Raum 7a mit einem nach dessen Schmelzen erstarrten Metall gefüllt ist.
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Als Nächstes wird die Unterkühlungsverhinderungswirkung der Form gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform beschrieben. 3 ist ein Diagramm, das die Unterkühlungsverhinderungswirkung der Form gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform zeigt. Eine Form („A” in 3) mit einer Struktur, bei der der Kühlkanal in der Nähe der Formnestfläche angeordnet ist, eine Form („B” in 3) mit einer Struktur, bei der der Kühlkanal an einer Stelle (10 mm) abseits der Bodenfläche der Ausnehmung in der Formnestfläche angeordnet ist, und die Form 1 („C” in 3) dieser beispielhaften Ausführungsform wurden als Formen vorbereitet, die miteinander verglichen werden sollen, und die Temperatur der Bodenfläche der Ausnehmung in der Formnestfläche jeder Form wurde gemessen.
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Wie in 3 gezeigt ist, kann die Form 1 gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform eine Unterkühlungsverhinderungswirkung erlangen, die im Wesentlichen dieselbe ist wie die der Form mit einer Struktur, bei der der Kühlkanal an einer Stelle (10 mm) abseits der Bodenfläche der Ausnehmung in der Formnestfläche angeordnet ist.
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Als Nächstes wird ein Verfahren zum Entwerfen der Form gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform beschrieben. 4 ist ein Entwurfsablaufdiagramm der Form gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform. Das folgende Formentwurfsverfahren kann verwirklicht werden, indem beispielsweise ein Computer ein Programm ausführt. Als Erstes wird ein Abschnitt der Form, der gekühlt werden soll, durch den Computer festgelegt, basierend beispielsweise auf Informationen über die Form der Form und das zu formende Material (S1).
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Als Nächstes leitet der Computer die Ausführung der wärmedämmenden Sperre und des Pfads des Kühlkanals in der Form basierend auf Informationen über den bestimmten Abschnitt der Form ab, der gekühlt werden soll (S2). Dann analysiert der Computer den Zustand, in dem das Material erstarrt, das heißt, die Wärmeleitung des Materials während des Formens des Materials unter Verwendung der Form, für die die abgeleitete Ausführung der wärmedämmenden Sperre und des Pfads des Kühlkanals angewandt wird, und analysiert auch eine in der Form erzeugte Wärmespannung (S3).
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Als Nächstes bestimmt der Computer ob die Wärmeleitung des Materials angemessen ist oder nicht, und bestimmt auch, ob die in der Form erzeugte Wärmespannung angemessen ist oder nicht. Wenn die Wärmeleitung des Materials und die in der Form erzeugte Wärmespannung nicht angemessen sind (NEIN in S4), kehrt das Verfahren zu Schritt S2 zurück und der Computer leitet die Ausführung der wärmedämmenden Sperre und des Pfads des Kühlkanals ab.
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Andererseits, wenn die Wärmeleitung des Materials und die in der Form erzeugte Wärmespannung angemessen sind (JA in S4), führt der Computer einen genauen Entwurf durch (beispielsweise Entwurf in Verbindung mit einer anderen Form) und steuert eine additive Fertigungsvorrichtung, beispielsweise basierend auf Koordinatendaten des ausführlichen Entwurfs, wodurch die Form ausgebildet wird (S5).
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Aus der oben beschriebenen Erfindung ist offensichtlich, dass die Ausführungsformen der Erfindung auf verschiedene Weisen verändert werden können. Solche Veränderungen sollen nicht als abweichend von dem Gedanken und dem Bereich der Erfindung angesehen werden und alle diese Veränderungen, die einem Fachmann offensichtlich sind, sollen in dem Bereich der folgenden Ansprüche enthalten sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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