JPH07152820A - 型設計方法および型設計支援システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】見切り面で複数の部分に分割される型を設計す
る方法において、コンピュータにより、型合わせ状態で
互いに対向する型合わせ面の間に適正なクリアランスが
確保されるように型合わせ面の形状を決定することによ
り、設計の品質および能率を向上させる。 【構成】分割前の型素材ソリッドモデルと製品ソリッド
モデルと基準見切り面サーフェスモデルをコンピュータ
に入力し（Ｓ１０〜３０）、コンピュータにより、それ
ら入力された情報に基づき、型合わせ状態で適正クリア
ランスが確保されることとなる一対の型合わせ面をサー
フェスモデルで作成し（Ｓ６０，７０）、その一対の型
合わせ面と型素材表面との交線を求めてそれを用いて型
素材を上型と下型とに分割することにより、上型ソリッ
ドモデルと下型ソリッドモデルとを求める（Ｓ８０〜１
００）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一平面でない見切り面
で複数の部分に分割される型の設計方法および設計支援
システムに関するものであり、特に、型合わせ時に型合
わせ面が相互に干渉することも余分な隙間が発生するこ
とも防止する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋳造，鍛造，射出成形等の成形加工にお
いては、例えば、一平面でない見切り面で複数の部分に
分割される型が使用される。

【０００３】この型はその使用中、加熱される場合があ
る。このような加熱が予定されている型を使用する場合
には、型の熱変形により、互いに対向する型合わせ面の
間に干渉が発生したり、過大なクリアランスが発生した
りすることがないように型設計・製造を行うことが大切
である。

【０００４】そして、従来は、設計者により製品形状と
型の見切り面とが描かれた型設計図に基づき、設計者が
型の各分割部ごとに互いに独立して型合わせ面の形状を
設計していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、設計者が型設
計図から型合わせ面を設計するのでは、設計に時間がか
かる上に、設計品質を一定に維持することが困難であ
る。

【０００６】また、設計者が型の各分割部の型合わせ面
を互いに独立するのでは、型設計段階において、型合わ
せ時に互いに対向する型合わせ面の間に発生することと
なるクリアランスを正確に予測することが困難である。
予測を行うためには設計者にとって比較的複雑な計算な
どが必要となるからである。そのため、従来の設計手法
では、型合わせ時に型合わせ面に適正なクリアランスが
確保されることとなるように、型完成後に型修正を何度
も行わなければならず、面倒である上に時間，費用がか
かる。

【０００７】このような事情を背景とし、請求項１の発
明は、コンピュータにより各型合わせ面の形状を相互間
に発生するクリアランスを考慮しつつ設計する方法を提
供することにより、型設計の品質向上および設計時間短
縮を図ることを課題としてなされたものである。

【０００８】また、請求項２の発明は、各型合わせ面の
形状を相互間に発生するクリアランスを考慮しつつ設計
する作業を支援するシステムを提供することにより、型
設計の品質向上および設計時間短縮を図ることを課題と
してなされたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】それぞれの課題を解決す
るために、請求項１の発明は、一平面でない見切り面で
複数の部分に分割される型を設計する方法であって、コ
ンピュータに対し、前記見切り面を入力し、コンピュー
タにより、入力された見切り面に基づき、その見切り面
で前記型を複数の部分に分割した場合の各分割部の型合
わせ面の形状を、それら分割部を互いに合わせると互い
に対向する型合わせ面の間に予め設定されたクリアラン
スが発生するように決定するものとされている。

【００１０】なお、ここに「一平面でない見切り面」と
は、見切り面が唯一の平面で構成される場合を除く意味
であって、平面の集合，一曲面，曲面の集合，平面と曲
面の集合等で構成される場合を含む意味である。

【００１１】また、ここにおける「型」の用途には、例
えば、鋳造，鍛造、射出成形等がある。

【００１２】また、「設計者が入力する」行為とは、設
計者の意図に従って結果的にコンピュータに情報が供給
されることとなる行為すべてを意味しており、設計者が
入力手段を介して直接にコンピュータに情報を供給する
場合に限らず、例えば、設計者が入力手段を介してコン
ピュータに転送指令のみ入力し、コンピュータがそれに
応答して外部記憶装置からそれに予め記憶されている情
報を読み出してコンピュータ内に取り込む場合も含まれ
る。

【００１３】また、「クリアランス」は、主に型の熱に
よる変形に備えて設けられるが、それ以外の目的に設け
ることもできる。

【００１４】また、「クリアランス」は、設計者が直接
に設定するものとしたり、設計者から基本的な情報が入
力されればコンピュータが自動的に設定するものとする
ことができる。

【００１５】自動的に設定する場合の態様としては、例
えば、見切り面と型に予め設定された型合わせ基準面
（例えば、型に設けられる複数の型ずれ防止部材の各々
を通過しかつ型合わせ方向に平行に延びる少なくとも一
つの型合わせ中心面）とをそれぞれコンピュータに入力
し、コンピュータにより、それら見切り面と型合わせ基
準面とに基づき、見切り面上の各点について型合わせ基
準面との距離を求め、その距離が大きいほどその距離の
方向と同じ方向に大きくなるようにクリアランスを設定
する態様とすることができる。型合わせ面間に干渉が発
生する原因の一つに型の熱膨張があり、この熱膨張の量
は熱膨張が発生する部材の長さに応じて増加するという
性質があるからである。

【００１６】なお、この態様においては、熱膨張量は熱
膨張が発生する部材の長さのみならず型の各分割部間の
温度差の影響も受けるから、クリアランスは例えば、距
離が同じでも温度差が大きいほど大きくなるように設定
することが望ましい。また、熱膨張量は熱膨張が発生す
る部材の長さおよび温度差のみならず、型の材質すなわ
ち熱膨張率の影響も受けるから、クリアランスは例え
ば、距離および温度差が同じでも熱膨張率が大きいほど
大きくなるように設定することが望ましい。

【００１７】請求項２の発明は、一平面でない見切り面
で複数の部分に分割される型を設計する作業を支援する
システムであって、(a) 前記見切り面を入力可能な入力
手段と、(b) 入力された見切り面に基づき、その見切り
面で前記型を複数の部分に分割した場合の各分割部の型
合わせ面の形状を、それら分割部を互いに合わせると互
いに対向する型合わせ面の間に予め設定されたクリアラ
ンスが発生するように決定する処理手段と、(c) 入力結
果および処理結果を画面に表示する表示手段とを含むも
のとされている。

【００１８】

【作用】各型合わせ面をコンピュータにより設計すれ
ば、各型合わせ面ごとの設計ばらつきが解消されるとと
もに、型合わせ状態で互いに対向する型合わせ面の間に
発生することとなるクリアランスを予測して各型合わせ
面を簡単かつ正確に設定することができる。互いに対向
する型合わせ面間の関係を十分に考慮して設計すること
が可能となるのである。

【００１９】このような知見に基づき、請求項１の発明
に係る型設計方法においては、設計者により入力された
見切り面に基づき、コンピュータにより、型合わせ状態
で互いに対向する型合わせ面の間に予め設定されたクリ
アランスが発生するように、各分割部の型合わせ面の形
状が決定される。

【００２０】本発明において「入力された見切り面から
クリアランスを実現する一対の型合わせ面を求める手
法」としては、例えば、図８に示すように、設計者によ
り入力された見切り面を基準見切り面とし、その基準見
切り面をそのまま、型の各分割部の一方の型合わせ面と
し、その型合わせ面との関係でクリアランスが確保され
ることとなる面を作成し、それを他方の分割部の型合わ
せ面とする手法や、図９に示すように、設計者により入
力された見切り面を基準見切り面とし、その基準見切り
面に対して互いに逆向きにクリアランスの半値ずつずれ
た一対の面を作成し、それらを一対の型合わせ面とする
手法を採用することができる。

【００２１】また、本発明を、型形状等をソリッドモデ
ルを用いて表現する態様で実施すれば、型合わせ面に対
してクリアランスを付与することが一層容易となり、さ
らに、部品相互間の干渉，アンダーカット，包含関係等
のチェックを容易かつ正確に行うことも一層容易とな
る。

【００２２】請求項２の発明に係る型設計支援システム
においては、入力手段により入力された見切り面に基づ
き、処理手段により、型合わせ状態で互いに対向する型
合わせ面の間に予め設定されたクリアランスが発生する
ように、各分割部の型合わせ面の形状が決定される。ま
た、表示手段により入力結果および処理結果が画面に表
示される。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、各請求
項の発明によれば、コンピュータにより各型合わせ面が
設計されるため、設計品質が向上するとともに設計時間
が短縮され、しかも、コンピュータにより各型合わせ面
が相互の関係を十分に考慮して設計されるため、型設計
の品質が一層向上し、型修正にかかる時間や手間を容易
に省略可能となって、製品の設計から生産までの期間を
容易に短縮し得るという効果が得られる。

【００２４】

【実施例】以下、請求項１または２の各発明を図示の実
施例に基づいて具体的に説明する。

【００２５】図２には、成形型の一例である鋳型の設計
を支援するシステムのハードウェア機器構成が示されて
いる。この設計支援システムは、入出力装置と処理装置
と表示装置とを含むように構成されている。入出力装置
は、例えば、キーボード１０，マウス１２，ライトペン
（またはデジタイザのスタイラスペン）１４，ジョイス
ティック１６，ダイアル（ファンクション選択手段）１
８等の入力装置２０や、ハードコピー２２，プロッタ２
４等の出力装置３０や、磁気ディスク装置３２，磁気テ
ープ装置３４，ＣＤ−ＲＯＭ装置３６等の補助記憶装置
４０等を含むように構成されている。表示装置５０は、
コンピュータを主体とするグラフィックコントローラ５
２，ＣＲＴ装置５４等を含むように構成されている。

【００２６】この設計支援システムを利用すれば、設計
者は、ＣＲＴ装置５４の画面上に表示された製品形状等
を見ながら入力装置２０を操作することによって型設計
を行うことができる。また、設計された鋳型形状はデー
タとして補助記憶装置４０に格納して保存したり、ハー
ドコピー２２またはプロッタ２４により紙の上に出力す
ることができる。

【００２７】なお、この設計支援システムは、伝送路６
０を経て図示しない他のシステムに接続されており、互
いに共同してネットワークを構成している。

【００２８】処理装置７０は、図３に示すように、ＣＰ
Ｕ７２，ＲＯＭ７４およびＲＡＭ７６を含むコンピュー
タ７８を主体として構成されている。ＲＯＭ７４に設計
支援のためのプログラムが予め記憶されており、ＣＰＵ
７２は設計者からの指令に従いこの設計支援プログラム
を実行する。なお、設計支援プログラムをＲＯＭ７４に
ではなく補助記憶装置４０に保存しておき、必要に応じ
てそこから読み出してＲＡＭ７６に格納し、そこからＣ
ＰＵ７２が読み出して実行するようにしてもよい。

【００２９】この設計支援プログラムの中に、型合わせ
面設計プログラムが含まれており、以下、このプログラ
ムの内容を図１のフローチャートに基づいて説明する。
なお、図４に示す製品に対して同図に示す見切り面を設
定して型形状を設計する場合を例にとり、図５〜７を参
照しつつ説明する。

【００３０】まず、概念的に説明すれば、設計者により
設定された見切り面をサーフェスモデルで表現し、それ
を基準として、型合わせ状態で適正クリアランスを有す
ることとなる一対の型合わせ面を作成してそれぞれサー
フェスモデルで表現し、それら一対の型合わせ面で型素
材を上型と下型とに二分割する。

【００３１】具体的に説明すれば、まず、図１のステッ
プＳ１０（以下、単にＳ１０という。他のステップにつ
いても同じ）において、設計者による入力装置２０の操
作に基づき、分割前の型である型素材の形状が入力され
る（図５のＳ１０における正面断面図参照）。型素材形
状を表現するソリッドモデルデータが作成されるのであ
る。次に、Ｓ２０において、鋳型により製造されるべき
製品の形状が入力される（図５のＳ２０における正面断
面図参照）。製品形状を表現するソリッドモデルデータ
が作成されるのである。

【００３２】その後、Ｓ３０において、型素材を上型と
下型とに分割する際に用いる見切り面が基準見切り面と
して入力される（図５のＳ３０における正面断面図参
照）。表示装置５０の画面上に表示される製品形状を参
照しながら、その製品形状に適した見切り面が入力され
るのであり、この場合、その見切り面は先の型素材形状
および製品形状の場合とは異なり、サーフェスモデルで
表現される。

【００３３】続いて、Ｓ４０において、設計者による操
作に基づき、型素材ソリッドモデル内に製品ソリッドモ
デルおよび基準見切り面サーフェスモデルが配置される
（図５のＳ４０における正面断面図参照）。図形として
結合されるわけではなく、単に仮想的に重なり合うよう
にデータが格納される。その後、Ｓ５０において、型素
材ソリッドモデルから、それにおいて製品モデルが占め
る部分、すなわち製品ソリッドモデルとの共通部分
（積）が除去されて、型素材ソリッドモデル内に中空部
が形成される（図５のＳ５０における正面断面図参
照）。

【００３４】続いて、Ｓ６０において、設計者による操
作に基づき、入力された基準見切り面上の各点について
適正クリアランスが設定される（図６のＳ６０における
正面断面図参照）。

【００３５】適正クリアランスの設定は設計者が見切り
面上の各点についていちいち行うものとすることができ
るが、前記のように自動的に行うこともできる。

【００３６】その後、Ｓ７０において、入力された基準
見切り面がそのまま第一型合わせ面とされ、その第一型
合わせ面から適正クリアランスだけ離れた面が第二型合
わせ面とされる（図８および図６のＳ７０における正面
断面図参照）。

【００３７】なお、第二型合わせ面については、第一型
合わせ面の断面を予め定められた方向にたどった場合に
その型合わせ面に対して左側または右側のうち予め定め
られた側に必ず位置するように決定される。その結果、
図８に示すように、第一型合わせ面の傾斜面の間隔の方
が第二型合わせ面の傾斜面の間隔より広くなるように第
一および第二型合わせ面が決定されることとなる。

【００３８】その後、Ｓ８０において、中空部を有する
型素材ソリッドモデルの表面とそれら第一および第二型
合わせ面サーフェスモデルとがそれぞれ互いに交差する
複数の線（閉じたループ）が求められる（図６のＳ８０
における正面断面図および平面断面図参照）。

【００３９】続いて、Ｓ９０において、設計者による操
作に基づき、各型合わせ面ごとに、求められた複数の閉
じた交線により規定される複数の面分（平面または曲面
上における閉領域）のうち型素材に包含されるものが選
択される（図６のＳ９０における正面断面図および平面
図参照）。

【００４０】その後、Ｓ１００において、中空部を有す
る型素材ソリッドモデルを第一型合わせ面に対応する上
記面分により分割した場合の上部と下部とのうち上部
が、上型ソリッドモデルとして求められる（図７参
照）。また、型素材ソリッドモデルを第二型合わせ面に
対応する上記面分によって分割した場合の上部と下部と
のうち下部が、下型ソリッドモデルとして求められる
（図７参照）。以上でこのプログラムの一回の実行が終
了する。

【００４１】なお、以上のようにして作成された上型ソ
リッドモデルと下型ソリッドモデルにつき、型合わせ時
に干渉が発生するか否か，発生するクリアランスがいく
つか，アンダーカットが発生しないか否か等のチェック
を行った後に、最終的な上型ソリッドモデルと下型ソリ
ッドモデルとをそれぞれ作成するようにすることができ
る。

【００４２】また、本実施例においては、型のうちキャ
ビティの部分（製品形状を成形する部分）の形状と型合
わせ面の形状とが同時に求められるようになっていた
が、それぞれの取得を異なる時期に行うことができる。
例えば、まず、型合わせ面の形状を求め、次に、キャビ
ティの部分の形状を求めることができるのである。

【００４３】また、本実施例においては、型合わせ面の
うちの傾斜面にのみ適正クリアランスが設定されるよう
になっていたが、傾斜しない面にも適正クリアランスを
設定するようにすることができる。

【００４４】以上の説明から明らかなように、本実施例
においては、図１の型合わせ面設計プログラムによって
請求項１の発明に係る設計方法が実施されるのである。
また、入力装置２０が処理装置７０のうち図１の１０〜
３０を実行する部分と共同して請求項２の発明における
「入力手段」の一例を構成し、同図のＳ４０〜１００を
実行する部分が「処理手段」の一例を構成し、表示装置
５０が「表示手段」の一例を構成しているのである。

【００４５】図１０〜１３には別の実施例が記載されて
いる。図１０のプログラムは、図１の型合わせ面設計プ
ログラムと一対の型合わせ面を作成する手法のみが異な
っている。すなわち、図１のプログラムにおいては、図
８に示すように、設計者により入力された基準見切り面
を基準にして一対の型合わせ面が直接に求められるのに
対し、この図１０のプログラムにおいては、図１１に示
すように、発生させるべき適正クリアランスが占める空
間の形状がソリッドモデルで表現され、基準見切り面サ
ーフェスモデルとクリアランスソリッドモデルとの集合
演算により一対の型合わせ面が求められるのである。

【００４６】以下、この図１０のプログラムの内容を詳
しく説明する。なお、図１のプログラムの場合と同様
に、図４に示す製品に対して同図に示す見切り面を設定
して型形状を設計する場合を例にとり、図１２および１
３を参照しつつ説明する。また、図１のプログラムと共
通する部分については詳細な説明を省略し、異なる部分
についてのみ詳細に説明する。

【００４７】まず、Ｓ２１０〜２４０が、図１のプログ
ラムにおけると同様に実行され、型素材ソリッドモデル
の作成，製品ソリッドモデルの作成，基準見切り面サー
フェスモデルの作成および型素材ソリッドモデル内にお
ける製品モデルおよび基準見切り面サーフェスモデルの
配置が行われる。

【００４８】その後、Ｓ２５０において、図１のＳ６に
おけると同様に、基準見切り面上の各点について適正ク
リアランスが設定される（図１２のＳ２５０における正
面断面図参照）。続いて、Ｓ２６０において、その適正
クリアランスが占める空間の形状がソリッドモデルとし
て作成される（図１２のＳ２６０における正面断面図参
照）。その後、Ｓ２７０において、型素材ソリッドモデ
ルから、製品ソリッドモデルおよびクリアランスソリッ
ドモデルとの共通部分が除去され、中空部を有する型素
材ソリッドモデルが作成される（図１２のＳ２７０にお
ける正面断面図参照）。

【００４９】続いて、Ｓ２８０において、その中空部を
有する型素材ソリッドモデルの表面と前記基準見切り面
サーフェスモデルとの交線が求められる（図１２のＳ２
８０における正面断面図および平面断面図参照）。その
後、Ｓ２９０において、設計者による操作に基づき、求
められた複数の閉じた交線により規定される複数の面分
のうち型素材に包含されるものが選択される（図１３の
Ｓ２９０における正面断面図および平面図参照）。

【００５０】続いて、Ｓ３００において、中空部を有す
る型素材ソリッドモデルが、選択された面分で上部ソリ
ッドモデルと下部ソリッドモデルとに分割され、上型ソ
リッドモデルと下型ソリッドモデルとがそれぞれ作成さ
れる（図１３のＳ３００における正面断面図参照）。以
上でこのプログラムの一回の実行が終了する。

【００５１】以上の説明から明らかなように、本実施例
においては、図１０の型合わせ面設計プログラムによっ
て請求項１の発明に係る設計方法が実施されるのであ
る。また、入力装置２０が処理装置７０のうち図１０の
２１０〜２３０を実行する部分と共同して請求項２の発
明における「入力手段」の一例を構成し、同図のＳ２４
０〜２９０を実行する部分が「処理手段」の一例を構成
し、表示装置５０が「表示手段」の一例を構成している
のである。

【００５２】以上、各請求項の発明を図示のいくつかの
実施例に基づいて具体的に説明したが、これらの他に
も、特許請求の範囲を逸脱することなく、当業者の知識
に基づいて種々の変形，改良を施した態様で各請求項の
発明を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】各請求項の発明に共通の一実施例に係る型合わ
せ面設計プログラムを示すフローチャートである。

【図２】その型合わせ面設計プログラムを実行するため
の設計支援システムのハードウェア機器構成を示す図で
ある。

【図３】図２における処理装置の構成を概念的に示す図
である。

【図４】図１の型合わせ面設計プログラムの内容を説明
するために用いる鋳型および鋳造品を示す正面断面図で
ある。

【図５】図１の型合わせ面設計プログラムの実行内容を
ステップに関連付けて説明するための図である。

【図６】図１の型合わせ面設計プログラムの実行内容を
ステップに関連付けて説明するための図である。

【図７】図１の型合わせ面設計プログラムの実行内容を
ステップに関連付けて説明するための図である。

【図８】基準見切り面から適正クリアランスを実現する
一対の型合わせ面を作成する手法の一例を説明するため
の断面図である。

【図９】基準見切り面から適正クリアランスを実現する
一対の型合わせ面を作成する手法の別の例を説明するた
めの断面図である。

【図１０】別の実施例における型合わせ面設計プログラ
ムを示すフローチャートである。

【図１１】図１０の型合わせ面設計プログラムにおいて
基準見切り面から適正クリアランスを実現する一対の型
合わせ面を作成する手法の一例を説明するための断面図
である。

【図１２】図１０の型合わせ面設計プログラムの実行内
容をステップに関連付けて説明するための図である。

【図１３】図１０の型合わせ面設計プログラムの実行内
容をステップに関連付けて説明するための図である。

【符号の説明】

２０ 入力装置 ３０ 出力装置 ４０ 補助記憶装置 ５０ 表示装置 ７０ 処理装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一平面でない見切り面で複数の部分に分割
   される型を設計する方法であって、 コンピュータに対し、前記見切り面を入力し、コンピュ
   ータにより、入力された見切り面に基づき、その見切り
   面で前記型を複数の部分に分割した場合の各分割部の型
   合わせ面の形状を、それら分割部を互いに合わせると互
   いに対向する型合わせ面の間に予め設定されたクリアラ
   ンスが発生するように決定することを特徴とするコンピ
   ュータを用いた型設計方法。
2. 【請求項２】一平面でない見切り面で複数の部分に分割
   される型を設計する作業を支援するシステムであって、 前記見切り面を入力可能な入力手段と、 入力された見切り面に基づき、その見切り面で前記型を
   複数の部分に分割した場合の各分割部の型合わせ面の形
   状を、それら分割部を互いに合わせると互いに対向する
   型合わせ面の間に予め設定されたクリアランスが発生す
   るように決定する処理手段と、 入力結果および処理結果を画面に表示する表示手段とを
   含むことを特徴とする型設計支援システム。