JP4670600B2 - 設計支援方法 - Google Patents

Description

本発明は、設計支援方法に関する。

近年、鋳型の設計、特に金型の設計にはＣＡＤシステムが広く採用されている。すなわち、製品設計部門にてＣＡＤシステムを用いて作成された製品モデルに対して、生産技術部門（鋳型設計部門）において、鋳造のための生産要件を加えて鋳型モデルが作成されている。その生産要件とは、型割、取り代、割型同士の合わせ面に設ける型割クリアランス、巾木、型本体部の構造（鋳抜き、冷却等に必要な構造）等である。製品形状に設計変更がある場合は、生産技術部門において、製品設計部門で修正された製品モデルの設計変更部分を切り出し、これを鋳型モデルに埋め込むという作業が行なわれる。

一方、上記設計変更に関し、特許文献１には、製品形状と金型形状との位置関係を関連付けておき、この位置関係に関する情報を用いることにより、製品の設計変更部分の形状のみを金型形状に反映させる手法が開示されている。
特開２００１−７６０１５号公報

しかし、上記設計変更のやり方では、生産技術部門の担当者が製品の設計変更部分を判断して切り出し範囲を定めることから、位置関係に関する情報があっても、変更箇所の判断ミス、切り出し洩れによる、設計変更箇所の鋳型モデルへの織り込み洩れを生ずる可能性がある。また、設計変更箇所毎に、切り出し範囲の決定及び埋め込み作業を行うことから、作業工数が多くなり、鋳型の設計変更に多大な時間を要する。特に、上記織り込み洩れが鋳型製作・素材造形後に発覚すると、鋳型を再度修正する必要があり、多大な手間とコストがかかる。また、製品形状の設計変更が鋳造品の取り代に影響する場合は、その取り代を考慮して生産技術部門で鋳型モデルの形状部分を修正する必要があり、形状修正が二度手間になる。

そこで、本発明は、製品形状の変更を鋳型モデルに簡単に且つ確実に織り込むことができる設計支援方法を提供する。

本発明は、このような課題を解決するために、取り代要件を加味した型別形状モデルデータを作成し、この型別形状モデルデータから履歴情報を削除し、残る型別形状モデルを用いて鋳型モデルを構築するようにした。

請求項１に係る発明は、第１の入力手段の指示に応じて、第１の制御部が、製品の形状に関する情報と、当該製品を鋳造するための型割り、抜け勾配及び取り代を含む生産要件情報とに基いて、型別に鋳型空隙部を構成する型別形状モデルを構築する設計処理を行ない、そのモデル作成過程に関する履歴情報を含む型別形状モデルデータを第１のデータベースに登録する工程と、
第２の入力手段の指示に応じて、第２の制御部が、上記第１のデータベースから上記型別形状モデルデータを受け取り、該型別形状モデルデータから上記履歴情報を削除し、残る型別形状モデルと、各割型の型本体部の構造に関する情報とに基いて、鋳型モデルを構築する設計処理を行ない、該構築履歴を含む鋳型モデルデータを第２のデータベースに登録する工程とを備え、
上記製品形状を変更する設計変更時に、上記第１の入力手段の指示に応じて、上記第１の制御部が、上記型別形状モデルデータを変更して当該設計変更に係る履歴情報を含む設計変更後の型別形状モデルデータを上記第１のデータベースに登録し、
上記第２の入力手段の指示に応じて、上記第２の制御部が、上記第１のデータベースから上記設計変更後の型別形状モデルデータを受け取り、該型別形状モデルデータから、当該設計変更に係る履歴情報を含めそのモデル作成過程に関する履歴情報を削除し、残る設計変更後の型別形状モデルを、上記第２のデータベースの鋳型モデルの構築履歴内に存する設計変更前の型別形状モデルに置き換えて当該構築履歴を適用することにより、設計変更後の鋳型モデルを得ることを特徴とするＣＡＤシステムを用いる設計支援方法である。

すなわち、本発明は、製品形状が設計変更されたときは、型別形状モデルを変更し、これを鋳型モデルの構築履歴内において変更前の型別形状モデルと入れ替えるようにしたものである。これにより、設計変更部分の織り込み洩れを生ずることなく、簡単に且つ短時間で鋳型モデルを変更することかできる。

このような型別形状モデルの入れ替えによって鋳型モデルの簡単な変更が可能になるのは、型別形状モデルに型割り及び抜け勾配の要件だけでなく、取り代に関する要件を予め加味しているからである。つまり、型別形状モデルに取り代要件が加味されていない場合、この型別形状モデルを設計変更しても、鋳型モデルの変更にあたっては、その設計変更された型別形状モデルに対してさらに取り代についての検討を加えて型別形状モデルを再構築する必要があり、単純な入れ替えはできない。

また、型別形状モデルの入れ替えで鋳型モデルを変更できるのは、生産要件を加味した型別形状モデルデータから履歴情報を削除し、残る型別形状モデルを出発的として鋳型モデルを構築しているからである。つまり、履歴情報を含む型別形状モデルデータから鋳型モデルを構築している場合、設計変更後の型別形状モデルデータの履歴情報は変更前の型別形状モデルデータの履歴情報とは同じでないため、データの入れ替えはできない。

請求項２に係る発明は、請求項１において、
上記第１の入力手段の指示に応じて、上記第１の制御部が、上記型別形状モデルデータの型別形状モデルに基いて、当該製品の素材となる素材モデルを形成し、該素材モデルから加工によって除去すべき加工形状モデルをカットすることにより、当該製品モデルデータを作成し、該製品モデルデータを上記第１のデータベースに登録することを特徴とする。

すなわち、上記型別形状モデルには取り代要件が付加されているため、複数の割型の型別形状モデルを組み合わせれば、つまりは、直方体モデルから型別形状モデル部分をカットすれば、実際に鋳造して得られる取り代付きの素材モデル（鋳造品モデル）が得られる。従って、この素材モデルから加工形状モデル（取り代）をカットすれば、製品モデルを得ることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１において、
上記鋳型モデルを構築する設計処理においては、上記第２の入力手段の指示に応じて、上記第２の制御部が、上記型別形状モデルの型割面と交差するスケッチ平面を設定し、該型割面とスケッチ平面とが交差するエッジラインを当該平面上で一方の割型の方へ所定距離オフセットさせたオフセットラインを作成し、該オフセットラインで上記型別形状モデルを上記型割面に沿ってカットすることにより、型割クリアランスを設定することを特徴とする。

すなわち、型別形状モデルの設計変更後の型割面と設計変更前の型割面とは、互いに位置的な関連性がない。従って、型割面自体をオフセットさせて型割クリアランスを設定する方法を採用した場合、設計変更の度に、型割面のオフセットによる型割クリアランスの設定作業が必要になる。

これに対して、本発明の場合、上記スケッチ平面は、製品形状とは関係がない面であるため、製品形状の設計変更が行なわれても、変更する必要がない。従って、設計変更を行なうべく、鋳型モデル構築履歴内で型別形状モデルの入れ替えを行なったとき、型割面とスケッチ平面とが交差するエッジラインが自動的に変更され、これに追従してオフセットラインが変更されることになり、型割クリアランスの設定作業は不要になる。

以上のように、本発明によれば、製品の形状に関する情報と、取り代を含む生産要件情報とに基いて、型別形状モデルを構築する設計作業を行うことにより、型別形状モデルデータを作成し、該型別形状モデルデータから履歴情報を削除して残る型別形状モデルと、型本体部の構造に関する情報とに基いて鋳型モデルを構築するようにし、設計変更時には、上記型別形状モデルデータを変更して設計変更後の型別形状モデルデータを作成し、この設計変更後の型別形状モデルデータから履歴情報を削除して残る設計変更後の型別形状モデルを、上記鋳型モデルの構築履歴に含まれる設計変更前の型別形状モデルに置き換えるようにしたから、設計変更部分の織り込み洩れを生ずることなく、簡単に且つ短時間で鋳型モデルを変更することができる。

また、上記鋳型モデルを構築する設計処理において、上記型別形状モデルの型割面と交差するスケッチ平面を設定し、該型割面とスケッチ平面とが交差するエッジラインを当該平面上で一方の割型の方へ所定距離オフセットさせたオフセットラインを作成し、該オフセットラインで上記型別形状モデルを上記型割面に沿ってカットすることにより、型割クリアランスを設定するようにすれば、鋳型モデル構築履歴内で型別形状モデルの入れ替えを行なうと、自動的に上記オフセットラインが変更されることになり、型割クリアランスの設定作業は不要になる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る設計支援方法に用いるＣＡＤシステムを示す。同図に示すように、このシステムは、製品設計部門の設計支援装置１と生産技術部門の設計支援装置２とがネットワーク３によって接続されている。また、このネットワーク３には製品設計部門用の第１のデータベース４と生産技術部門用の第２のデータベース５とが接続されている。

設計支援装置１，２は、基本的には、製品設計部門用の第１の制御部（ＣＰＵ）１１及び生産技術部門用の第２の制御部（ＣＰＵ）２１と、各種処理結果を一時記憶する製品設計部門用の第１の記憶部１２及び生産技術部門用の第２の記憶部２２と、製品形状の補正処理や、金型形状の設計支援処理を行なうプログラム等を記憶する製品設計部門用の第１の外部記憶装置１３及び生産技術部門用の第２の外部記憶装置２３と、製品設計部門用の第１のディスプレイ１４及び及び生産技術部門用の第２ディスプレイ２４と、設計作業等を行なう製品設計部門用の第１の入力手段１５及び生産技術部門用の第２の入力手段２５とによって構成されている。制御部１１，２１は、設計用のウインドウ画面を表示し、設計作業を処理する。そして、この設計作業により得られる三次元モデルを作業履歴情報と共にモデルデータとしてデータベース４，５に登録する。

以下、設計支援方法について具体的に説明する。この設計支援方法の特徴的なところは、ＣＡＤシステムを利用し製品設計部門と生産技術部門（鋳型設計部門）とで連携して製品及び鋳型の設計を行なう点、生産要件（特に取り代）と関連付けて製品設計を行なう点、並びに係る設計手法を採用したことにより、ソリッドモデリングのＣＡＤシステムがもつモデル構築履歴の機能を活用し、製品形状の設計変更があるときは、鋳型モデルの構築履歴において設計変更後の型別形状モデルを入れ替えるというＣＡＤ上の作業のみで鋳型モデルを最新の状態にできるようにした点にある。

図２の上段は製品設計作業の流れを示し、下段は生産技術部門での鋳型設計作業の流れを示す。本実施形態は鋳型としてダイカスト金型を設計する例である。

＜製品設計作業＞
図３は製品設計作業のステップを示す。そのステップＫ１〜Ｋ５は図２のＫ１〜Ｋ５に対応する。

まず、ステップＫ１では、製品設計部門と生産技術部門とで、製品検討用モデル（例えば、既存の類似製品）に基づき、製品形状及び生産要件について打合せを行なう。ここに、生産要件とは、その製品形状を鋳造するためのに必要となる要件であり、この段階で、型割、抜け勾配及び取り代の詳細寸法について決定する。しかる後に製品設計部門で製品の設計に入る。

すなわち、続くステップＫ２では、割型別に上記生産要件を織り込んで鋳型空隙部（キャビティ）を構成する型別形状モデル（レベル１）を作成する設計作業を行なう。図２は上型モデル３１と下型モデル３２の例を示す。各型３１，３２には必要な抜け勾配が付けられ、上型３１には取り代３３が設けられている。続くステップＫ３において、型別形状モデル（レベル１）にフィレット（Ｒ）を付加することにより、型別形状モデル（レベル２）３４，３５を作成する。このように、製品設計において、最初から型別で製品形状を設計していくことにより、これを生産技術部門で利用できるようにして、製品設計部門と生産技術部門とが別々に形状設計を行なうという二度手間をなくすものである。

続くステップＫ４では、型別形状モデル（レベル２）より素材モデル（鋳造品モデル）を作成する。すなわち、図２に示すように、直方体モデル３６から上型モデル３４及び下型モデル３５をカット（引き算）することにより、素材モデル３７を作成する。続くステップＫ５では、素材モデル３７から加工によって除去すべき加工形状モデル３８をカット（引き算）することにより、製品モデル３９を作成する。

以上の設計作業により得られる各モデルは作業履歴情報と共にモデルデータとしてデータベース４に登録する。

＜鋳型設計作業＞
図４は鋳型設計作業のステップを示す。そのステップＳ３〜Ｓ１０は図２のＳ３〜Ｓ１０に対応する。

生産技術部門では、まず、鋳型構造部の外枠モデルを作成する（ステップＳ１）。鋳型構造部とは鋳型空隙部の形状を除く型本体の構造部を意味する。図５はスライド中子の外枠モデル４１を示し、鋳型空隙部形状と製品形状に関わる型割とを除いたモデルである。続くステップＳ２では、鋳型の穴関係のモデルを作成する。すなわち、図６に示すように、鋳抜きピンによって鋳抜き穴を形成するための鋳抜きピン穴、冷却用穴、ネジ穴、エジェクタピン用穴のモデル４２を作成する。これらはフィーチャとしてまとめる。続くステップＳ３では、ステップＳ１の外枠モデルとステップＳ２の穴関係モデルとを合体させて図２に示すような鋳型構造部モデル４３を作成する。

続くステップＳ４では、製品設計部門で作成された型別形状モデル（レベル２）のデータを同部門のデータベース４から受け取る（図２参照）。この型別形状モデルデータには形状に関する情報の他、そのモデル作成過程に関する履歴情報が含まれている。続くステップＳ５では上記型別形状モデルデータから履歴情報を削除する。この履歴情報の削除により、モデル作成過程が消え、位置情報や面・エッジ情報が残る。つまり、作成された型別形状モデルが残る。図７は得られた型別形状モデルをスライド中子モデル４４の例で示している。

続くステップＳ６では、鋳型モデルには不要な鋳抜き形状（図７に示す鋳抜きピン４５の部分）を削除する。次いでステップＳ７においては、型別形状モデルと鋳型構造部モデルとの位置合わせを行なう。すなわち、図２に示すように、製品設計部門から受け取った型別形状モデル３４，３５と生産技術部門で作成した鋳型構造部モデル４３とでは互いの原点が異なるために、両者の位置合わせを行なうものである。

続くステップＳ８では、型別形状モデル３４，３５の鋳造による縮み代を設定する。次いでステップＳ９において、型割クリアランス及び巾木形状の設定を行なう。この点については後述する。そうして、ステップＳ９を経た型別形状モデル３４，３５とステップＳ３の鋳型構造部モデル４３とを合体して鋳型モデル４７を作成する。図８はスライド中子モデル４８の例を示している。

鋳型モデルを構築した後は、そのモデルに基づいて実際に鋳型（金型）を作成するためのＮＣパスの作成工程へ進む。

＜型割クリアランスの設定＞
型別形状モデル（レベル２）では型割面自体は設定されているが、それは割型同士の境界面に過ぎず、実際の割型では型合わせのために、その合わせ面に例えば１０の−２乗ｍｍオーダの微小クリアランス、すなわち、型割クリアランスを設ける必要がある。本実施形態ではその型割クリアランスの設定にワイヤーフレームオフセット法を採用している。以下、具体的に説明する。

図９に示すように、ステップＡ１において型別形状モデルの型割面の輪郭が現れる面をスケッチ平面として選択する。すなわち、図１０にスライド中子モデル４８の例で示すように、型割面５１と垂直に交差する型面（鋳型空隙部を構成しない平面）をスケッチ平面５２として選択する。

続くステップＡ２において、型割面５１とスケッチ平面５２とが交差するエッジライン（ワイヤーフレーム）５３を、スケッチ平面５２上で一方の割型の方へ、この場合はスライド中子の内側へ、つまり鋳型空隙部形状が存する方へ、所定距離（型割クリアランス分）オフセットさせることにより、型割ライン（オフセットライン）５４を作成する。続くステップＡ３で、その型割ライン５４にて当該型別形状モデル（スライド中子モデル）４８を上記型割面５１に沿ってカットすることにより、その型別形状モデル（スライド中子モデル）４８の型合わせ面を作成する。相手方の割型の型合わせ面は当初の型割面５１で規定されることになる。

巾木に関しても、型割クリアランスと同じ手法によって、巾木と割型側の中子受け部との嵌合部のクリアランスを設定する。

＜設計変更＞
次に製品形状に設計変更が行われた場合の鋳型モデルの更新について説明する。その設計変更にあたっては、まず、製品設計部門において上記型別形状モデルデータに必要な変更を加える。それは、割型の鋳型空隙部形状の変更であり、型割面の変更や巾木位置の変更を伴うことがある。そうして、その設計変更後の型別形状モデル（レベル２）に基づいて、先に説明したステップＫ４，Ｋ５により設計変更後の製品モデルが作成される。鋳型モデルの更新は次のようにして行なう。

図１１に示すように、ステップＢ１において、生産技術部門は設計変更された型別形状モデル（レベル２）を製品設計部門から受け取る。続くステップＢ２において、その型別形状モデルデータから履歴情報を削除し、設計変更後の型別形状モデルを得る。このステップＢ１，Ｂ２は、先に説明したステップＳ４，Ｓ５と同じである。しかる後、ステップＢ３において、履歴削除が行なわれた設計変更後の型別形状モデルを鋳型モデル構築履歴内で更新前の型別形状モデルに入れ替える。これにより、鋳型モデルの更新が行なわれる。

すなわち、図１２に示すように、鋳型モデルデータには外枠モデルの構築履歴６１、穴関係モデルの構築履歴６２及び型別形状モデルの構築履歴６３が情報として存在する。鋳型モデルを構成するステップＳ９の型別形状モデルは、製品設計部門で作成された型別形状モデルデータから履歴情報を削除してなる型別形状モデル（レベル２）Ｍ（図２でいうところの符号３４，３５のモデル）を出発点として構築されている。そこで、この型別形状モデルＭを設計変更後の型別形状モデルで置き換えるものである。その置き換えを容易にするために、先のステップＳ５では履歴情報を削除しており、これに対応させて設計変更後の型別形状モデルも履歴情報を削除している。

そうして、鋳型モデルデータにおける型別形状モデル構築履歴の出発点Ｍが設計変更後の型別形状モデルで置き換わることにより、この設計変更後の型別形状モデルに対して先の型別形状モデル構築履歴がそのまま適用されて、自動的に鋳型モデルが更新されることになる。上記出発点に置き換えられた設計変更後の型別形状モデルに型割面の変更があった場合でも、先の履歴情報の適用により、その型割面の変更に追従して型割ラインが自動的に変更されて新たな型合わせ面が設定される。これは、型割面が変更されても、製品形状に関係のないスケッチ平面５２自体は変更されることがないためである。つまり、型割面の変更に伴って、エッジライン（ワイヤーフレーム）５３が変更され、このエッジライン５３が自動的に型割クリアランス分オフセットされることになる。よって、型割クリアランスを改めて設定する必要はない。巾木に関しても同様である。

以上のように、本発明によれば、鋳型モデル構築履歴内で設計変更後の型別形状モデルを変更前のものに置き換えることによって鋳型モデルを更新するようにしているから、生産技術部門では製品の設計変更部分を判断して切り出し範囲を定める必要はなく、設計変更箇所の鋳型モデルへの織り込み洩れを生ずることはなく、しかも、短時間で鋳型モデルの更新を行なうことができる。

なお、上記実施形態は金型に関するが、砂型の設計にも本発明は適用することができる。

ＣＡＤシステムの構成図である。 製品モデル及び鋳型モデルの設計の流れを示す説明図である。 製品設計作業のフロー図である。 鋳型設計作業のフロー図である。 スライド中子の外枠モデルを示す斜視図である。 鋳型の穴関係モデルを示す斜視図である。 型別形状モデルとしてのスライド中子モデルを示す斜視図である。 鋳型モデルとしてのスライド中子モデルを示す斜視図である。 型割クリアランスの設定作業のフロー図である。 型割クリアランスの設定を示す斜視図である。 設計変更時の鋳型モデル更新作業のフロー図である。 鋳型モデルの構築履歴に関する説明図である。

１ 製品設計部門の設計支援装置
２ 生産技術部門の設計支援装置
３ ネットワーク
４ 第１のデータベース
５ 第２のデータベース
１１ 第１の制御部
１５ 第１の入力手段
２１ 第２の制御部
２５ 第２の入力手段
３３ 取り代
３４，３５ 型別形状モデル
３７ 素材モデル
３９ 製品モデル
４３ 鋳型構造部モデル
４７ 鋳型モデル
５１ 型割面
５２ スケッチ平面
５３ エッジライン（ワイヤーフレーム）
５４ 型割ライン（オフセットライン）

Claims (3)

1. 第１の入力手段の指示に応じて、第１の制御部が、製品の形状に関する情報と、当該製品を鋳造するための型割り、抜け勾配及び取り代を含む生産要件情報とに基いて、型別に鋳型空隙部を構成する型別形状モデルを構築する設計処理を行ない、そのモデル作成過程に関する履歴情報を含む型別形状モデルデータを第１のデータベースに登録する工程と、
   第２の入力手段の指示に応じて、第２の制御部が、上記第１のデータベースから上記型別形状モデルデータを受け取り、該型別形状モデルデータから上記履歴情報を削除し、残る型別形状モデルと、各割型の型本体部の構造に関する情報とに基いて、鋳型モデルを構築する設計処理を行ない、該構築履歴を含む鋳型モデルデータを第２のデータベースに登録する工程とを備え、
   上記製品形状を変更する設計変更時に、上記第１の入力手段の指示に応じて、上記第１の制御部が、上記型別形状モデルデータを変更して当該設計変更に係る履歴情報を含む設計変更後の型別形状モデルデータを上記第１のデータベースに登録し、
   上記第２の入力手段の指示に応じて、上記第２の制御部が、上記第１のデータベースから上記設計変更後の型別形状モデルデータを受け取り、該型別形状モデルデータから、当該設計変更に係る履歴情報を含めそのモデル作成過程に関する履歴情報を削除し、残る設計変更後の型別形状モデルを、上記第２のデータベースの鋳型モデルの構築履歴内に存する設計変更前の型別形状モデルに置き換えて当該構築履歴を適用することにより、設計変更後の鋳型モデルを得ることを特徴とするＣＡＤシステムを用いる設計支援方法。
2. 請求項１において、
   上記第１の入力手段の指示に応じて、上記第１の制御部が、上記型別形状モデルデータの型別形状モデルに基いて、当該製品の素材となる素材モデルを形成し、該素材モデルから加工によって除去すべき加工形状モデルをカットすることにより、当該製品モデルデータを作成し、該製品モデルデータを上記第１のデータベースに登録することを特徴とする設計支援方法。
3. 請求項１において、
   上記鋳型モデルを構築する設計処理においては、上記第２の入力手段の指示に応じて、上記第２の制御部が、上記型別形状モデルの型割面と交差するスケッチ平面を設定し、該型割面とスケッチ平面とが交差するエッジラインを当該平面上で一方の割型の方へ所定距離オフセットさせたオフセットラインを作成し、該オフセットラインで上記型別形状モデルを上記型割面に沿ってカットすることにより、型割クリアランスを設定することを特徴とする設計支援方法。

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