JP6949415B2 - 金型cadモデルデータ作成装置及び金型cadモデルデータ作成方法 - Google Patents
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Description
また、成形品の収縮変形の予測に基づき、予め金型モデルをその収縮変形量だけ見込んだ形状に生成(設計)シュミレートする成形品収縮変形予測装置、成形品収縮変形予測方法及び成形品収縮変形予測プログラムを提案した(特許文献2)。
また、点群データより形状再現性の高いモデルを作成する場合多くの点群データを用いる必要があったため、非常に多くの時間を要していた。
図1において、金型CADデータ作成装置1は、各種演算、計算、記録装置を備えたコンピュータ11に元データである形状モデルを指定する形状モデル指定部101、解析前形状モデルデータが収納される収納部201、解析前形状モデルデータに対して形状認識を行う形状認識部103、解析前形状モデル認識データが収納される収納部203、解析前解析モデル要素・節点情報抽出部105,解析前要素・節点情報データが収納される収納部205、解析前解析モデルデータが収納される収納部202、解析後解析モデル作成部104、解析後解析モデルデータが収納される収納部204、解析後解析モデル要素・節点情報抽出部108、解析後要素・節点情報データが収納される収納部208、要素・節点情報関連づけ部109、要素・節点情報関連づけデータが収納される収納部209、細分化データ作成部107,解析後モデルの細分化データが収納される収納部207、解析後形状モデルデータ作成部110、解析後形状モデルデータとして出力する解析後形状モデルデータ出力部210を有してなる。
これら各部で用いられるデータ、数値は、コンピュータに読み込まれ、その処理機能により算処理が行われる。
図6において、成形品そり変形予測装置1111は各種演算、計算、記録機能を備えたコンピュータ11111に、解析前解析モデルである第1の座標データ入力部1112、第2の座標データが収納される第2の座標データ収納部1113、変形メッシュデータ生成部1114、コントロールデータ部1115、第3の座標データ(<逆ぞり変形モード>解析モデル)収納部11116、第4の座標データ(<逆ぞり変形モードでのそり変形>)収納部1117、逆ぞり変形モードでのそり変形の元モデルに対する変形計算部(すなわち第4の座標データと第1の座標データとを比較して差異量を算出する変形計算部)1118、解析前解析モデルに対する逆ぞり変形モードのそり変形量データ収納部(第4の座標データと第1の座標データとの差異量データ収納部)1119を有してなる。これら各部で用いられるデータ、数値は、コンピュータ11111に読み込まれ、その処理機能により演算処理が行われる。
そのデータを用いて第1の座標データに逆ぞり変形を与えるために計算モード1のフローによって逆そり変形解析プロセスを行う。
ここで逆算する比率とは計算されたそり変形量を元モデルのメッシュデータから減じて逆ぞり変形モードのメッシュデータを生成する際にそり変形量に乗じる比率であり、逆ぞり変形モードのメッシュデータの節点座標(X、Y、Z)はこの比率を用いて次式によって計算する。
X=X0 −δx*Rx
Y=Y0 −δy*Ry
Z=Z0 −δz*Rz
X0、Y0、Z0:元モデルのメッシュの節点座標(第1の座標データファイルのデータ)
δx、δy、δz:x、y、z方向のそり変形量(第2の座標データファイルのデータ)
Rx、Ry、Rz:x、y、z方向の比率
計算モード1では、このようにして計算された節点座標(X、Y、Z)のメッシュデータが第3の座標データ収納部1116に出力される。
元モデルに対するそり変形(ΔX、ΔY、ΔZ)は、逆ぞり変形モードのメッシュデータで計算されたそり変形形状(XW、YW、ZW)と元モデルの形状(X0、Y0、Z0)を用い次式で計算する。
ΔX=XW −X0
ΔY=YW −Y0
ΔZ=ZW−Z0
計算された(ΔX、ΔY、ΔZ)はそり変形解析プロセスの計算結果ファイルの書式に従い、そり変形量として元モデルに対する逆ぞり変形モードのそり変形量データ1119に出力される。
先ず3Dモデルを解析可能なデータとするために点と点同士の関係を表現したメッシュモデルとして解析モデルである第1の座標データが得られる。
次にその解析モデル及び製品の成形仕様や製品仕様(製品図)などの射出成形における製作開始情報を用いた成形シュミレーションを行う。成形シュミレーションは流動解析プロセスとそり変形解析プロセスによって行われ、そり変形解析結果が得られる。そり変形解析結果は第1の座標データにおける各点の座標データに移動量が加えられた第2の座標データとなる。
次にそり変形解析プロセスによるそり変形解析結果と、解析モデルとを検証すると、収縮によってそり変形解析結果は元の解析モデルより小さくなり、変形もする。
その逆算する比率は、例えば(x、y、z)=(1、1、1)の移動量が(0.1、0.15、0.09)の場合、100%なら(x、y、z)=1−0.1、1−0.15、1−0.09)、80%なら(x、y、z)=1−0.08、1−0.12、1−0.072となる。
その結果第2の座標データより掴めたそり変形の移動量を盛り込んで逆ぞり変形が与えられた第3の座標データである解析モデルが得られる。
次にその第3の座標データである解析モデルを用いた成形シュミレーションを行う。この場合、第1の座標データの解析モデルを用いた成形シュミレーションで既に流動解析プロセスは行っているので、その流動解析結果を用いることによって、流動解析プロセスを省略し、時間短縮を図ることができる。この第3の座標データである解析モデルを用いた成形シュミレーションでそり変形解析プロセスによってそり変形解析結果が得られる。そり変形解析結果は第3の座標データにおける各点の座標データに移動量が加えられた第4の座標データとなる。
先ず成形品形状、樹脂物性データ、成形条件(樹脂温度、金型温度、射出時間、保圧、保圧時間、冷却時間等)を入力することによって、流動解析を行う。この流動解析は射出成形過程における樹脂充填段階と保圧冷却段階における樹脂の流動解析である。その出力は樹脂流動パターン、型締力、製品重量、温度分布、圧力分布、流速、残留応力等である。これらの流動解析プロセスにおける出力を入力してそり変形解析を行う。このそり変形解析は射出成形過程における自然放冷段階における変化の解析であり、その出力はそり変形量、熱応力である。これによって製品のそり変形解析結果が得られる。
図示するように、逆そり変形解析プロセスにおける逆そり変形解析<計算モード1>において、第2の座標データより掴めたそり変形の移動量を逆算するにあたって、そり変形の移動量にそれぞれ0.2、0.4、0.6、0.8倍して逆算することによって、各第3の座標データである逆ぞり変形モードの解析モデルが得られる。
それによって、逆そり変形解析プロセスにおける逆そり変形解析<計算モード1>において、第2の座標データより掴めたそり変形の移動量を0.2倍して逆算するのが適正であると評価することができる。
なおこの評価結果は成形対象となる3Dモデルの形状その他によって異なり、異なる成形条件毎にそり変形の移動量を見込む逆そりの係数を設定することができる。
先ずファイルデータや逆ぞり変形比率などのコントロールデータを読込み、そのコントロールデータに基づいて計算モードの選択が行われる。計算モード1ではRDMESHステップにおいて元モデルのメッシュデータである第1の座標データの読込が行われる。次にRDDISPステップにおいて、元モデルのそり変形を示す第2の座標データの読込みを行う。次にCLREVMステップにおいて逆ぞり変形比率に基づく逆ぞり変形モードのメッシュデータである第3の座標データである解析モデルの計算を行う。それによって得られた計算結果をFOMESHステップにおいて逆ぞり変形モードのメッシュデータである第3の座標データの書出しを行う。
図11において、成形品収縮変形予測装置1121は各種演算、計算、記録機能を備えたコンピュータ11211に、解析モデルである第11の座標データ入力部1122、第12の座標データが収納される第12の座標データ収納部1123、変形メッシュデータ生成部1124、コントロールデータ部1125、第13の座標データ(<逆収縮変形モード>解析モデル)収納部1126、第14の座標データ(<逆収縮変形モードでの収縮変形>)収納部1127、逆収縮変形モードでの収縮変形の元モデルに対する変形計算部(すなわち第14の座標データと第11の座標データとを比較して差異量を算出する変形計算部)1128、元モデルに対する逆収縮変形モードの収縮変形量データ収納部(すなわち第14の座標データと第11の座標データとの差異量データ収納部)1129を有してなる。これら各部で用いられるデータ、数値は、コンピュータ11211に読み込まれ、その処理機能により演算処理が行われる。
そのデータを用いて第1121の座標データに逆収縮変形を与えるために計算モード1のフローによって逆収縮変形解析プロセスを行う。
第12の座標データにおける収縮率計算のサンプル位置とは可及的に収縮のみに起因する変形位置を対象とするために変形が少ないと経験的に予測される位置を特定する。例えば図12(a)(b)に示す成形品であれば、図上破線で示す領域中の点である。
計算の対象となる収縮率計算のサンプル位置が例えば図上ABCDの4点であれば、その各座標位置の変位を用いて図2(a)上仮想線で示す収縮変形における収縮率(rABX,rABY,rABZ)及び収縮率(rCDX,rCDY,rCDZ)を取得する。さらにX方向、Y方向、Z方向それぞれにおける収縮率平均値(rX)、(rY)、(rZ)を取得する。
AB={(XA1−XB1)2+(YA1−YB1)2+(ZA1−ZB1)2}1/2と表される。
また第2座標のデータ四角形A´B´C´D´の線分A´B´の距離は
A´B´={(XA´1−XB´1)2+(YA´1−YB´1)2+(ZA´1−ZB´1)2}1/2と表される。
第2座標のデータ四角形A´B´C´D´の線分A´、B´点のX座標は第1の座標と移動量δを用いると以下のように表される。
XA´1=XA1+δAX
XB´1=XB1+δBX
A´B´={((XA1+δAX)−(XB1+δBX))2+((YA1+δAY)−(YB1+δBY))2+((ZA1+δAZ)−(YB1+δBZ))2}1/2
={((XA1−XB1)+(δAX−δBX))2+((YA1−YB1)+(δAY−δBY))2+((ZA1−ZB1)+(δAZ−δBZ))2}1/2
また修正比率Rは移動量の項に掛けるものとし、修正比率Rを掛けた線分A´B´を(A´B´)とすると
(A´B´)={((XA1−XB1)+(δAX−δBX)RX)2+((YA1−YB1)+(δAY−δBY)RY)2+((ZA1−ZB1)+(δAZ−δBZ)RZ)2}1/2
となる。
となる。
同様に線分CD についても
rCDX=縮み代/第1の座標の距離={CD−(C´D´)}/CD
となる。
この場合、線分ABに対しても線分CD に対しても同一の値の修正比率Rを掛けるものとする。
よって、X方向の収縮率の平均値(rX)は
(rX)=(rABX+rCDX)/2
となる。
同様にy方向は
(rY)=(rABY+rCDY)/2
Z方向は
(rZ)=(rABZ+rCDZ)/2
となる。
X=X0/(rX)
Y=Y0/(rY)
Z=Z0/(rZ)
として求めることができる。
rABX:元モデルのメッシュデータ(第1の座標データファイルのデータ)におけるAB間の収縮率
rCDX:元モデルのメッシュデータ(第1の座標データファイルのデータ)におけるCD間の収縮率
X0:元モデルのメッシュデータ(第1の座標データファイルのデータ)におけるX座標データ
Y0:元モデルのメッシュデータ(第1の座標データファイルのデータ)におけるY座標データ
Z0:元モデルのメッシュデータ(第1の座標データファイルのデータ)におけるZ座標データ
δAX:元モデルのメッシュデータ(第1の座標データファイルのデータ)におけるA点のX座標データの変位量
δBX:元モデルのメッシュデータ(第1の座標データファイルのデータ)におけるB点のX座標データの変位量
δAY:元モデルのメッシュデータ(第1の座標データファイルのデータ)におけるA点のY座標データの変位量
δBY:元モデルのメッシュデータ(第1の座標データファイルのデータ)におけるB点のY座標データの変位量
δAZ:元モデルのメッシュデータ(第1の座標データファイルのデータ)におけるA点のZ座標データの変位量
δBZ:元モデルのメッシュデータ(第1の座標データファイルのデータ)におけるB点のZ座標データの変位量
X0、Y0、Z0:元モデルのメッシュデータの節点座標(第1の座標データファイルのデータ)
(rX)、(rY)、(rZ):収縮率平均値
Rx,Ry,Rz:逆算する修正比率
計算モード1では、このようにして計算された節点座標(X、Y、Z)のメッシュデータが第13の座標データ収納部1126に出力される。
元モデルに対する収縮変形(ΔX、ΔY、ΔZ)は、逆収縮変形モードのメッシュデータで計算された収縮変形形状(XW、YW、ZW)と元モデルの形状(X0、Y0、Z0)を用い次式で計算する。
ΔX=XW−X0
ΔY=YW−Y0
ΔZ=ZW−Z0
計算された(ΔX、ΔY、ΔZ)は収縮変形解析プロセスの計算結果ファイルの書式に従い、収縮変形量として元モデルに対する逆収縮変形モードの収縮変形量データ1129に出力される。
先ず3Dモデルを解析可能なデータとするために点と点同士の関係を表現したメッシュモデルとして解析モデルである第11の座標データが得られる。
次にその解析モデル及び製品の成形仕様や製品仕様(製品図)などの射出成形における製作開始情報を用いた成形シュミレーションを行う。成形シュミレーションは流動解析プロセスと収縮変形解析プロセスによって行われ、収縮変形解析結果が得られる。収縮変形解析結果は第11の座標データにおける各点の座標データに移動量が加えられた第12の座標データとなる。
次に収縮変形解析プロセスによる収縮変形解析結果と、解析モデルとを検証すると、収縮によって収縮変形解析結果は元の解析モデルより小さくなり、変形もする。
その結果第12の座標データから取得された収縮率平均値に予め準備された各種の修正比率を乗じて逆算して逆収縮変形が与えられた第13の座標データである解析モデルが得られる。
次にその第13の座標データである解析モデルを用いた成形シュミレーションを行う。この場合、第1の座標データの解析モデルを用いた成形シュミレーションで既に流動解析プロセスは行っているので、その流動解析結果を用いることによって、流動解析プロセスを省略し、時間短縮を図ることができる。この第13の座標データである解析モデルを用いた成形シュミレーションで収縮変形解析プロセスによって収縮変形解析結果が得られる。収縮変形解析結果は第13の座標データにおける各点の座標データに移動量が加えられた第14の座標データとなる。
先ず成形品形状、樹脂物性データ、成形条件(樹脂温度、金型温度、射出時間、保圧、保圧時間、冷却時間等)を入力することによって、流動解析を行う。この流動解析は射出成形過程における樹脂充填段階と保圧冷却段階における樹脂の流動解析である。その出力は樹脂流動パターン、型締力、製品重量、温度分布、圧力分布、流速、残留応力等である。これらの流動解析プロセスにおける出力を入力して収縮変形解析を行う。この収縮変形解析は射出成形過程における自然放冷段階における変化の解析であり、その出力は収縮変形量、熱応力である。これによって製品の収縮変形解析結果が得られる。
図示するように、逆収縮変形解析プロセスにおける逆収縮変形解析<計算モード1>において、第2の座標データより取得された収縮変形量を逆算するにあたって、収縮変形の収縮率平均値にそれぞれ0.2、0.4、0.6、0.8倍して逆算することによって、各第3の座標データである逆収縮変形モードの解析モデルが得られる。
それによって、逆収縮変形解析プロセスにおける逆収縮変形解析<計算モード1>において、第12の座標データより取得された収縮変形の収縮率平均値を0.2倍して逆算するのが適正であると評価することができる。
なおこの評価結果は成形対象となる3Dモデルの形状その他によって異なり、異なる成形条件毎に逆収縮変形修正比率を設定することができる。
先ずファイルデータや逆収縮変形修正比率などのコントロールデータを読込み、そのコントロールデータに基づいて計算モードの選択が行われる。計算モード1ではRDMESHステップにおいて元モデルのメッシュデータである第11の座標データの読込が行われる。次にRDDISPステップにおいて、元モデルの収縮変形を示す第12の座標データの読込みを行う。次にCLREVMステップにおいて逆収縮変形修正比率に基づく逆収縮変形モードのメッシュデータである第13の座標データである解析モデルの計算を行う。それによって得られた計算結果をFOMESHステップにおいて逆収縮変形モードのメッシュデータである第13の座標データの書出しを行う。
ここで、前記第3の座標データ又は前記第13の座標データは、節点番号を座標(x、y、z)として表した場合の変位量(Δx、Δy、Δz)である。そして、この変位量と解析前の節点番号とを加えることにより解析後の座標(x+Δx、y+Δy、z+Δz)が得られる。
第5のデータ収納部(204)には、前記解析後解析モデル作成部(104)で得られたデータを、解析後解析モデルデータ(第5のデータ)として、収納する。図17に解析後解析モデルデータの一例を示す。
なお、第一の中点の挿入は形状モデルのライン(稜線)に対してのみ行うものではなく、形状モデルを構成する面に対しても行う。面に第一の中点を挿入した場合において、図20の意味するところはその面についての断面図に対して第一の中点を挿入したものである。
この処理により、第5のデータ収納部(204)に収納された解析後解析モデルデータに、第1のデータ収納部(201)に収納された解析前形状モデルデータと第2のデータ収納部(203)に収納された解析前解析モデルデータとから算出されたベクトル量を加えた解析後モデルの細分化データを作成する。
Claims (10)
- 形状モデル指定部(101)と、
解析前形状モデルデータが収納される第1のデータ収納部(201)と、
解析前形状モデルデータの形状が認識される解析前形状モデルデータ形状認識部(103)と、
解析前形状モデルデータのメッシュデータが作成される解析前形状モデルデータメッシュ作成部(102)と、
前記解析前形状モデルデータメッシュ作成部(102)で得られるデータを解析前形状モデル認識データとして収納する第2のデータ収納部(203)と、
前記解析前形状モデルデータメッシュ作成部(102)で得られるデータを解析前解析モデルデータとして収納する第3のデータ収納部(202)と、
前記第2のデータ収納部(203)のデータに対して、要素・節点情報を抽出する解析前解析モデル要素・節点情報抽出部(105)と、
前記解析前解析モデル要素・節点情報抽出部(105)で得られるデータを収納する第4のデータ収納部(205)と、
前記第3のデータ収納部(202)のデータに対して、反り変形予測及び/又は収縮変形予測の解析を行う解析後解析モデル作成部(104)と、
前記解析後解析モデル作成部(104)で得られるデータを収納する第5のデータ収納部(204)と、
前記第5のデータ収納部(204)に対して、要素・節点情報を抽出する解析後解析モデル要素・節点情報抽出部(108)と、
前記解析後解析モデル要素・節点情報抽出部(108)で得られるデータを収納する第6のデータ収納部(208)と、
前記第4のデータ収納部(205)及び前記第6のデータ収納部(208)それぞれに収納された要素・節点情報を関連づける要素・節点情報関連づけ部(109)と、
前記要素・節点情報関連づけ部(109)で得られるデータを収納する第7のデータ収納部(209)と、
前記第2のデータ収納部(203)、前記第5のデータ収納部(204)及び前記第7のデータ収納部(209)それぞれに収納されたデータを用いて、細分化データを作成する細分化データ作成部(107)と、
前記細分化データ作成部(107)で得られるデータを収納する第8のデータ収納部(207)と、
前記第8のデータ収納部(107)のデータから、解析後形状モデルデータを作成する解析後形状モデルデータ作成部(110)と、を有し、
前記解析後形状モデルデータ作成部(110)から、解析後形状モデルデータとして、出力する金型CADモデルデータ作成装置であって、
前記細分化データ作成部(107)には、
任意のGAP値を指定するGAP指定値入力部(301)と、
第2のデータ収納部(203)に収納されたデータから算出された中点を第1のデータ収納部(201)に収納された形状モデルに挿入する中点挿入部(302)と、
形状モデルに挿入された第一の中点と形状モデルの稜線及び/又は面とのGAP計測を行うGAP計測部(303)と、
前記GAP計測部から得られたGAP値からベクトル量を算出するベクトル算出部(305)と、
前記ベクトル量が解析後解析モデルの第二の中点に挿入される解析後解析モデル挿入部(308)と、
前記ベクトル量が解析前解析モデルに挿入される解析前解析モデル挿入部(306)と、を有することを特徴とする金型CADモデルデータ作成装置 - 前記解析前解析モデル挿入部(306)は、前記第一の中点と前記ベクトル量との交点に第一の節点番号を付与する処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の金型CADモデルデータ作成装置
- 前記交点は、解析前形状モデル上にあることを特徴とする請求項2に記載の金型CADモデルデータ作成装置
- 前記解析後解析モデル挿入部は、前記第二の中点と前記ベクトル量の先端に第二の節点番号を付与する処置を行うことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一に記載の金型CADモデルデータ作成装置
- 前記第7のデータ収納部(209)に、請求項2に記載の第一の節点番号と請求項4に記載の第二の節点番号とが同一である情報を収納する処理を行うことを特徴とする金型CADモデルデータ作成装置
- 前記解析後解析モデル作成部(104)で得られるデータは、そり変形の移動量を盛り込んで逆ぞり変形が与えられた第3の座標データ、又は収縮率平均値に予め準備された各種の修正比率を乗じて逆算して逆収縮変形が与えられた第13の座標データであることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一に記載の金型CADモデルデータ作成装置
- 成形品の3次元CADデータを第1のデータである解析前形状モデルデータとし、
その解析前形状モデルデータの形状認識を行い、形状認識データとし、
形状認識データに対して、メッシュ作成を行い得られたデータを第2のデータである解析前形状モデルデータと、第3のデータである解析前解析モデルデータとし、
前記第2のデータから、要素・節点番号を抽出し、これを第4のデータとし、
前記第3のデータから、反り変形予測及び/又は収縮変形予測の解析を行い、これを第5のデータである解析後解析モデルデータとし、
前記第5のデータから、要素・節点番号を抽出し、これを第6のデータとし、
前記第4のデータ及び前記第6のデータから、解析前後の要素・節点情報を関連づけ、これを第7のデータとし、
前記第2のデータ、前記第5のデータ及び前記第7のデータのそれぞれを用いて、細分化データを作成し、これを第8のデータとし、
次いで、前記第8のデータから、解析後形状モデルデータを作成する金型CADモデルデータ作成方法であって、
前記細分化データの作成は、
任意のGAP値を指定し、
前記第2のデータから、算出された第一の中点を第1のデータの形状モデルに挿入し、
前記第一の中点と解析前形状モデルの稜線及び/又は面とのGAP計測を行い、
前記指定したGAP値よりも小さい場合には、細分化データの作成を終了し、
前記指定したGAP値よりも大きい場合には、
前記GAP計測を行ったGAP値からベクトル量を算出し、
前記ベクトル量を解析前解析モデルの第一の中点に挿入し、解析前形状モデル上に第一の節点番号を付与し、
前記ベクトル量を解析後解析モデルの第二の中点に挿入し、前記ベクトル量の先端に、第二の節点番号を付与し、
次いで、前記第一の節点番号と前記第二の節点番号が同一である情報を、前記第7のデータに収納することを特徴とする金型CADモデルデータ作成方法 - 前記第7のデータに収納した後に、
前記第一の節点番号と当初の節点番号との前記第一の中点を挿入し、
前記第一の中点と解析前形状モデルの稜線及び/又は面とのGAP計測を行い、
前記指定したGAP値よりも小さい場合には、細分化データの作成を終了し、
前記指定したGAP値よりも大きい場合には、
前記GAP計測を行ったGAP値からベクトル量を算出し、
前記ベクトル量を解析前解析モデルの第一の中点に挿入し、解析前形状モデル上に第一の節点番号を付与し、
前記ベクトル量を解析後解析モデルの第二の中点に挿入し、前記ベクトル量の先端に、第二の節点番号を付与し、
次いで、前記第一の節点番号と前記第2の節点番号が同一である情報を、前記第7のデータに収納することを特徴とする請求項7に記載の金型CADモデルデータ作成方法 - 指定したGAP値よりも小さくなるまで、細分化データの作成を行うことを特徴とする請求項8に記載の金型CADモデルデータ作成方法
- 前記第5のデータは、そり変形の移動量を盛り込んで逆ぞり変形が与えられた第3の座標データ、又は収縮率平均値に予め準備された各種の修正比率を乗じて逆算して逆収縮変形が与えられた第13の座標データであることを特徴とする請求項7〜請求項9のいずれか一に記載の金型CADモデルデータ作成方法
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