JP2012153045A

JP2012153045A - 金型設計システム及び金型設計方法

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Publication number: JP2012153045A
Application number: JP2011014872A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Abe; 信雄阿部; Mikako Shimamura; 三香子島村; Koji Kodaira; 浩志小平; Naoyuki Fujitani; 直之藤谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2012-08-16

Abstract

【課題】成形不良が発生しやすい部位では、補正を反映した形状を有し、成形不良が発生しやすい部位以外では、製品ＣＡＤデータに対する歪みが無い成形品を製造可能な修正金型を、簡易に得ることができる金型設計システム及び金型設計方法を提供する。
【解決手段】製品ＣＡＤデータから設計した金型ＣＡＤデータにより金型を製造し該金型により成形品を得て（Ｓ１）、成形品を解析し成形不良が発生しやすい部位に対し金型ＣＡＤデータを補正した補正金型ＣＡＤデータを作成し、この補正金型ＣＡＤデータを基に製造した補正金型で成形品を得て（Ｓ２）、補正金型ＣＡＤデータから補正を反映した補正製品ＣＡＤデータを得て（Ｓ３）、補正金型で製造された成形品の形状を測定し測定データを得て（Ｓ４）、測定データと補正製品ＣＡＤデータを比較し、測定データの歪みを反転し反転データを得て（Ｓ５）、反転データから修正金型を設計（Ｓ６）する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＡＤを用いた金型設計システム及び金型設計方法に関する。

一般に、金型鋳造や射出成形やプレス成形などに用いられる金型は、製品の設計形状（製品ＣＡＤデータ）に基づいて製造される。
しかし、製品の設計形状に基づいて製造された金型を用いても、金型の熱膨張や弾性変形等により、成形品に、例えば肉厚不足といった成形不良が発生する場合がある。この場合、成形不良を解消するために、成形不良が発生しやすい部位を製品ＣＡＤデータとは異なる形状とする金型補正が行われる。
また、製品の設計形状に基づいて製造された金型を用いても、材料収縮やスプリングバックなどにより成形品に歪みが生じて、成形品の形状が製品の設計形状と一致しなくなる場合がある。この場合には、成形品の歪みを見込んだ金型修正が行われる。
この種の金型修正技術として、従来、製品の設計形状である製品ＣＡＤデータから金型ＣＡＤデータを作成し、この金型ＣＡＤデータに基づいて金型を作成し、この金型で成形品を成形し、成形品の形状を測定して成形品測定データを得たうえで、成形品測定データと製品ＣＡＤデータとを比較し、成形品測定データを製品ＣＡＤデータに対して反転したデータに基づいて金型ＣＡＤデータを修正する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１６８４２４号公報

ところで、成形品に肉厚不足と歪みとの両方が発生している場合、成形品の歪みは肉厚に影響されるため、成形品の肉厚不足を解消する金型補正を行った後で、成形品の歪みを解消する金型修正を行うことが望ましい。
しかしながら、成形品の肉厚不足を解消する金型補正を行った後で、上記特許文献１に記載の技術により成形品の歪みを解消する金型修正を行うと、肉厚不足を解消するために意図的に製品ＣＡＤデータとは異なる形状とした部分が、金型修正の際に製品ＣＡＤデータに対して反転されてしまい、かえって肉厚が薄くなるという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、成形不良が発生しやすい部位では、成形不良を解消する補正を反映した形状を有し、成形不良が発生しやすい部位以外では、製品ＣＡＤデータに対する歪みが無い成形品を製造可能な修正金型を、簡易に得ることができる金型設計システム及び金型設計方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、製品ＣＡＤデータから設計した金型ＣＡＤデータにより金型を製造し該金型により成形品を得て、成形品を解析し成形不良が発生しやすい部位に対し金型ＣＡＤデータを補正した補正金型ＣＡＤデータを作成し、この補正金型ＣＡＤデータを基に製造した補正金型で成形品を得て、補正金型ＣＡＤデータから補正を反映した補正製品ＣＡＤデータを得て、補正金型で製造された成形品の形状を測定し測定データを得て、測定データと補正製品ＣＡＤデータを比較し、測定データの歪みを反転し反転データを得て、反転データから修正金型を設計することを特徴とする。
また、本発明は、製品ＣＡＤデータから設計した金型ＣＡＤデータにより金型を製造し該金型により成形品を得る工程と、成形品を解析し成形不良が発生しやすい部位に対し金型ＣＡＤデータを補正した補正金型ＣＡＤデータを作成し、この補正金型ＣＡＤデータを基に製造した補正金型で成形品を得る工程と、補正金型ＣＡＤデータから補正を反映した補正製品ＣＡＤデータを得る工程と、補正金型で製造された成形品の形状を測定し測定データを得る工程と、測定データと補正製品ＣＡＤデータを比較し、測定データの歪みを反転し反転データを得る工程と、反転データから修正金型を設計する工程とを備えたことを特徴とする。

本発明では、成形不良が発生しやすい部位を補正した補正金型ＣＡＤデータから補正製品ＣＡＤデータを得て、補正金型ＣＡＤデータを基に製造した補正金型で成形品を得て、成形品の形状を測定し測定データを得るので、成形不良が発生しやすい部位では、補正を反映して、補正製品ＣＡＤデータは測定データと一致し、成形不良が発生しやすい部位以外では、補正製品ＣＡＤデータは製品ＣＡＤデータと一致し、測定データは成形品の製品ＣＡＤデータに対する歪みを反映する。
ついで、測定データと補正製品ＣＡＤデータを比較し、測定データの歪みを反転し反転データを得るので、成形不良が発生しやすい部位では、反転データは補正を反映した測定データと一致し、成形不良が発生しやすい部位以外では、反転データは成形品の歪みを反映する。
そして、この反転データを用いて修正金型を設計するため、成形不良が発生しやすい部位では、成形不良を解消する補正を反映した形状を有し、成形不良が発生しやすい部位以外では、製品ＣＡＤデータに対する歪みが無い成形品を製造可能な修正金型を、簡易に得ることができる。

本発明では、成形不良が発生しやすい部位を補正した補正金型ＣＡＤデータから補正製品ＣＡＤデータを得て、補正金型ＣＡＤデータを基に製造した補正金型で成形品を得て、成形品の形状を測定し測定データを得た後に、測定データと補正製品ＣＡＤデータを比較し、測定データの歪みを反転し反転データを得るので、成形不良が発生しやすい部位では、反転データは補正を反映した測定データと一致し、成形不良が発生しやすい部位以外では、反転データは成形品の歪みを反映する。そして、この反転データを用いて修正金型を設計するため、成形不良が発生しやすい部位では、成形不良を解消する補正を反映した形状を有し、成形不良が発生しやすい部位以外では、製品ＣＡＤデータに対する歪みが無い成形品を製造可能な修正金型を、簡易に得ることができる。

本発明の実施形態に係るミッションケース鋳造用の金型の製造手順を示す図である。ミッションケース鋳造素材の肉厚管理箇所近傍の正面図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図３の要部拡大図である。補正製品ＣＡＤデータの図４対応図である。測定データの図４対応図である。修正ミッションケース鋳造素材の図４対応図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下の説明では、本発明に係る一態様として、自動車用トランスミッションのミッションケースをダイカスト鋳造するための金型の設計手順について説明する。

図１は、ミッションケース鋳造用金型の設計手順を示す図である。
＜ステップＳ１＞
ミッションケース鋳造用金型により成形品を得る。
この際の金型は以下の手順で作成される。
まずミッションケースの製品設計形状を示す製品ＣＡＤデータに基づいて金型ＣＡＤデータを作成し、金型ＣＡＤデータからミッションケース鋳造用金型を加工するための数値制御プログラムを作成する。ついで数値制御プログラムにより工作機械を動作させて予め準備した金型用材料を機械加工することでミッションケース鋳造用金型を製造する。この金型ＣＡＤデータは、ミッションケースの材料であるアルミ合金の収縮と金型の熱膨張などを見込んで、例えば所定の割合で製品ＣＡＤデータに基づいて拡大して作成されると共に、鋳造後の機械加工に用いるための、取り付け面やボルト穴などを加工する加工データを参照して作成される。
そして、このミッションケース鋳造用金型を用いて鋳造を行い、成形品であるミッションケース鋳造素材を得る。

ところで、ミッションケースには、成形不良が発生しやすい部位である肉厚管理箇所３（図２参照）が存在する。肉厚管理箇所３は、例えば内部に鋳抜き穴が存在する部分であり、強度不足や圧漏れを防止するため、鋳抜き穴周囲に所定の肉厚が必要とされる。この肉厚管理箇所３では、外形形状が製品ＣＡＤデータと同等であることよりも、製品ＣＡＤデータと同等の肉厚が確保されていることが重要である。ミッションケースにおいて、肉厚管理箇所３以外の箇所は、歪み管理箇所５であり、外形形状が製品ＣＡＤデータと同等であることが重要である。

＜ステップＳ２＞
成形品（ミッションケース鋳造素材）を解析し成形不良が発生しやすい部位に対し金型ＣＡＤデータを補正した補正金型ＣＡＤデータを作成し、この補正金型ＣＡＤデータを基に製造した補正金型で成形品を得る。
本ステップでは、まず、ステップＳ１で得られたミッションケース鋳造素材の肉厚管理箇所を切断し、肉厚を測定する。
図２は、ミッションケース鋳造素材１の肉厚管理箇所３近傍の正面図である。図中、ハッチングを付した領域は肉厚管理箇所３を示し、肉厚管理箇所３以外の部分は歪み管理箇所５を示す。
図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
肉厚管理箇所３において、ミッションケース鋳造素材１の内部には、鋳抜き穴６が形成されている。鋳抜き穴６の周囲には、一般に、強度不足や圧漏れを防止するため十分な肉厚が必要とされている。

図４は、図３の要部拡大図である。
図中、実線はミッションケース鋳造素材１の断面の輪郭を示し、鎖線は製品ＣＡＤデータ７を示す。肉厚管理箇所３では、ミッションケース鋳造素材１の表面９は、製品ＣＡＤデータ７の表面１１と一致している。ミッションケース鋳造素材１の鋳抜き穴側壁１３は、製品ＣＡＤデータ７の鋳抜き穴側壁１５と一致せず、ミッションケース鋳造素材１の表面９に近い位置に存在している。
これは、鋳造時の溶湯圧力により、鋳抜き穴６を形成するための鋳抜きピン（不図示）が表面９側に弾性変形し、溶湯がそのまま凝固したためである。すなわち、肉厚管理箇所３では、ミッションケース鋳造素材１の肉厚１７は、製品ＣＡＤデータ７の肉厚１９より薄く、肉厚不足が生じている。

ここで、溶湯圧力を低下させて鋳抜きピンの弾性変形を防止すれば、肉厚管理箇所３における成形品の肉厚を製品ＣＡＤデータ７の肉厚１７と同等とできる。
しかし、溶湯圧力の低下は湯廻り不良などの種々の問題を引き起こすため、溶湯圧力を低下させることはできない。そこで、本実施形態では、肉厚管理箇所３において、成形品の表面を製品ＣＡＤデータ７の外側に位置させることで、成形品の肉厚を製品ＣＡＤデータ７の肉厚１７と同等とする。

まず、金型ＣＡＤデータに、肉厚不足を解消する補正を加えて補正金型ＣＡＤデータを作成する。具体的には、金型ＣＡＤデータにおいて、肉厚管理箇所３に相当する部位を、所定の厚さだけ凹むように変形させ、補正金型ＣＡＤデータを作成する。
この所定の厚さは、製品ＣＡＤデータ７の肉厚１９とミッションケース鋳造素材１の肉厚１７との差に、製品ＣＡＤデータから金型ＣＡＤデータを作成する際の拡大割合（ステップ１参照。）と同じ割合を乗算した厚さである。
次いで、上記補正金型ＣＡＤデータから補正金型を加工するための数値制御プログラムを作成し、この数値制御プログラムにより工作機械を動作させて上述した金型を機械加工することにより補正金型を製造する。
そして、この補正金型を用いて鋳造を行い、所謂成形品である補正ミッションケース鋳造素材を得る。

＜ステップＳ３＞
次に、ステップＳ２で作成した補正金型ＣＡＤデータから補正を反映した補正製品ＣＡＤデータ２１を得る。
具体的には、補正金型ＣＡＤデータを所定の割合で縮小して、補正製品ＣＡＤデータ２１を得る。この所定の縮小割合は、製品ＣＡＤデータ７から金型ＣＡＤデータを作成する際の拡大割合の逆数である。
図５は、図４に対応し、上記補正製品ＣＡＤデータ２１を、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に対応する線で切断した断面図である。図中、実線は補正製品ＣＡＤデータ２１を示し、鎖線は製品ＣＡＤデータ７を示す。

肉厚管理箇所３において、補正製品ＣＡＤデータ２１の鋳抜き穴側壁２３は、製品ＣＡＤデータ７の鋳抜き穴側壁１５と一致している。補正製品ＣＡＤデータ２１の表面２５は、製品ＣＡＤデータ７の表面１１と一致せず、製品ＣＡＤデータ７の外側に位置している。また、補正製品ＣＡＤデータ２１の肉厚２７は、製品ＣＡＤデータ７の肉厚１９より厚い。補正製品ＣＡＤデータ２１の肉厚２７と製品ＣＡＤデータ７の肉厚１９との差は、ミッションケース鋳造素材１の肉厚１９と製品ＣＡＤデータ７の肉厚１７との差に等しい。
歪み管理箇所５では、補正製品ＣＡＤデータ２１の表面２５は、製品ＣＡＤデータ７の表面１１と一致している。

＜ステップＳ４＞
次に、ステップＳ２で得られた補正ミッションケース鋳造素材の形状を測定し、測定データ２９（図６参照）を得る。補正ミッションケース鋳造素材の形状測定は、例えば３次元形状測定装置（不図示）を用いて行われ、測定データ２９（図６参照）は点群データとして得られる。

＜ステップＳ５＞
本ステップでは、測定データと補正製品ＣＡＤデータを比較し、測定データの歪みを反転し反転データ３１（図６参照）を得る。
まず、測定データ２９と、補正製品ＣＡＤデータ２１とを位置合わせする。すなわち、測定データ２９のクランプ位置およびノック穴が、補正製品ＣＡＤデータ２１のクランプ位置およびノック穴と一致するように、測定データ２９を補正製品ＣＡＤデータ２１に重ね合わせるように移動させる。
図６は、図４に対応し、ステップＳ４の形状測定により得られる測定データ（点群データ）２９を、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に対応する線で切断した断面図である。図中、実線は測定データ２９を示し、鎖線は補正製品ＣＡＤデータ２１を示し、破線は後述する反転データ３１を示す。

肉厚管理箇所３において、測定データ２９の鋳抜き穴側壁３３は、補正製品ＣＡＤデータ２１の鋳抜き穴側壁２３と一致せず、補正製品ＣＡＤデータ２１の表面２５に近い位置に存在している。
測定データ２９の表面３５は、補正製品ＣＡＤデータ２１の表面２５と一致している。測定データ２９の肉厚３７は、補正製品ＣＡＤデータ２１の肉厚２７より薄く、製品ＣＡＤデータ７の肉厚１７に等しくなっており、肉厚不足は解消されている。
歪み管理箇所５では、測定データ２９の表面３５は、補正製品ＣＡＤデータ２１の表面２５と一致せず、補正製品ＣＡＤデータ２１の外側に位置している。

次に、測定データ２９を、補正製品ＣＡＤデータ２１に対して反転する。具体的には、測定データ２９の各点から、補正製品ＣＡＤデータ２１の面に対して垂線を伸ばして交点を求める。次に、測定データ２９の各点を、前記各交点に対して点対称の位置に移動させる。これにより、測定データ２９の各点が補正製品ＣＡＤデータ２１に対して反転された反転データ３１（破線示）が得られる。
このとき、肉厚管理箇所３では、測定データ２９は補正製品ＣＡＤデータ２１に一致しているので、例えば測定データ２９に含まれる点３９が移動することはない。
一方、歪み管理箇所５では、測定データ２９は補正製品ＣＡＤデータ２１に一致しないので、例えば測定データ２９に含まれる点４１は、測定データ２９の補正製品ＣＡＤデータ２１に対する歪み、すなわち測定データ２９の製品ＣＡＤデータ７に対する歪みを反映して点４３に移動する。
すなわち、反転データ３１は、肉厚管理箇所３では、肉厚不足を解消する補正が反転されること無く測定データ２９と一致する形状となり、歪み管理箇所５では、測定データ２９の製品ＣＡＤデータ７に対する歪みが反転された形状となる。

＜ステップＳ６＞
次に、反転データ３１から修正金型を設計する。
具体的には、まず、反転データ３１を所定の拡大割合で拡大して変形目標データを作成する。この拡大割合は、金型ＣＡＤデータを作成する際の拡大割合と同じである。次に、この変形目標データに向かって補正金型ＣＡＤデータを変形させ修正金型ＣＡＤデータを得る。そして、この修正金型ＣＡＤデータに基づいて作成した修正金型により、成形品である修正ミッションケース鋳造素材４５を得る。

図７は、図４に対応し、上記修正金型により製造した修正ミッションケース鋳造素材４５を、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に対応する線で切断した断面図である。図中、鎖線は製品ＣＡＤデータ７を示す。
肉厚管理箇所３では、修正ミッションケース鋳造素材４５の鋳抜き穴側壁４７は、製品ＣＡＤデータ７の鋳抜き穴側壁１５とは一致せず、製品ＣＡＤデータ７の表面１１側に位置している。また、修正ミッションケース鋳造素材４５の表面４９は、肉厚不足を解消するための補正を反映して、製品ＣＡＤデータ７の表面１１より外側に位置している。
これにより、修正ミッションケース鋳造素材４５の肉厚５１は、製品ＣＡＤデータ７の肉厚１９と同じとなっている。歪み管理箇所５では、修正ミッションケース鋳造素材４５の表面４９は、製品ＣＡＤデータ７の表面１１と一致している。

以上の説明から明らかなように、本実施形態では、製品ＣＡＤデータ７を拡大して金型ＣＡＤデータを作成し、この金型ＣＡＤデータに、肉厚管理箇所３における肉厚確保のための補正を加えて補正金型ＣＡＤデータを作成し、この補正金型ＣＡＤデータに基づいて作成した補正金型により補正ミッションケース鋳造素材を製造し、補正ミッションケース鋳造素材の形状を測定して測定データ２９を得るので、測定データ２９の表面３５は、肉厚管理箇所３では肉厚確保のための補正を反映して製品ＣＡＤデータ７の外側に位置する。また、補正金型ＣＡＤデータを縮小して補正製品ＣＡＤデータ２１を得るので、補正製品ＣＡＤデータ２１の表面は、肉厚管理箇所３では肉厚確保のための補正を反映して測定データ２９と一致し、歪み管理箇所５では製品ＣＡＤデータ７と一致する。
そして、測定データ２９を補正製品ＣＡＤデータ２１に対して反転させて反転データ３１を得るので、反転データ３１は、肉厚管理箇所３では、肉厚確保のための補正が反転されること無く測定データ２９と一致する形状となり、歪み管理箇所５では、測定データ２９の製品ＣＡＤデータ７に対する歪みが反転された形状となる。
そして、この反転データ３１から修正金型を設計するため、肉厚管理箇所３では製品ＣＡＤデータ７と同等の肉厚を有し、歪み管理箇所５では歪みが無く製品ＣＡＤデータ７通りの形状を有する成形品を製造可能な修正金型を、簡易に得ることができる。

１ミッションケース鋳造素材（成形品）
３肉厚管理箇所（成形不良が発生しやすい部位）
５歪み管理箇所
７製品ＣＡＤデータ
２１補正製品ＣＡＤデータ
２９測定データ
３１反転データ

Claims

製品ＣＡＤデータから設計した金型ＣＡＤデータにより金型を製造し該金型により成形品を得て、
成形品を解析し成形不良が発生しやすい部位に対し金型ＣＡＤデータを補正した補正金型ＣＡＤデータを作成し、この補正金型ＣＡＤデータを基に製造した補正金型で成形品を得て、
補正金型ＣＡＤデータから補正を反映した補正製品ＣＡＤデータを得て、
補正金型で製造された成形品の形状を測定し測定データを得て、
測定データと補正製品ＣＡＤデータを比較し、測定データの歪みを反転し反転データを得て、
反転データから修正金型を設計する
ことを特徴とする金型設計システム。
製品ＣＡＤデータから設計した金型ＣＡＤデータにより金型を製造し該金型により成形品を得る工程と、
成形品を解析し成形不良が発生しやすい部位に対し金型ＣＡＤデータを補正した補正金型ＣＡＤデータを作成し、この補正金型ＣＡＤデータを基に製造した補正金型で成形品を得る工程と、
補正金型ＣＡＤデータから補正を反映した補正製品ＣＡＤデータを得る工程と、
補正金型で製造された成形品の形状を測定し測定データを得る工程と、
測定データと補正製品ＣＡＤデータを比較し、測定データの歪みを反転し反転データを得る工程と、
反転データから修正金型を設計する工程と
を備えたことを特徴とする金型設計方法。