(57)【要約】【課題】            ゲートバランスのとれた方案形状を設計者が容易に決定することができ、高品質な成形品の製造を可能とする鋳型方案簡易設計方法を提供する。【解決手段】        金属射出成形に使用し、溶湯の経路としてメインランナ５、複数のサブランナ６ａ、６ｂおよび各サブランナ６ａ、６ｂ毎に形成したゲート３ａ、３ｂとを有する鋳型の方案設計において、メインランナ５、サブランナ６ａ、６ｂ、ゲート３ａ、３ｂの形状を規定する構成要素を方案設計パラメータとし、想定される溶湯の射出速度を成形条件パラメータとし、方案設計パラメータおよび成形条件パラメータを実験計画法の直交表にわりつけ、その組み合わせにおいて成形実験あるいはＣＡＥによる流動解析を行って、溶湯が各ゲートに到達するまでのゲート到達時間差と方案設計パラメータとの関係を応答曲面法によるｎ次多項式近似式によって目的関数として定式化し、前記目的関数を用いてゲート到達時間差を最小とする各種パラメータを決定する。【選択図】          図２
2005254308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属射出成形に使用し、溶湯の経路としてメインランナ、複数のサブランナおよび各サブランナ毎に形成したゲートとを有する鋳型の方案設計において、メインランナ、サブランナ、ゲートの形状を規定する構成要素を方案設計パラメータとし、想定される溶湯の射出速度を成形条件パラメータとし、方案設計パラメータおよび成形条件パラメータを実験計画法の直交表にわりつけ、その組み合わせにおいて成形実験あるいはＣＡＥによる流動解析を行って、溶湯が各ゲートに到達するまでのゲート到達時間差と方案設計パラメータとの関係を応答曲面法によるｎ次多項式近似式によって目的関数として定式化し、前記目的関数を用いてゲート到達時間差を最小とする各種パラメータを決定することを特徴とする鋳型方案簡易設計方法。
【請求項２】
二つのサブランナおよび二つのゲートを有し、メインランナの流路断面形状、サブランナの流路断面形状およびゲートの開口形状が方形をなす鋳型の方案設計において、
メインランナの全流路長：Ｘ１
メインランナの流路断面形状の高さ：Ｘ６
メインランナの流路断面形状の幅：Ｘ７
メインランナの先端側に位置する第１のサブランナの流路長：Ｘ４
メインランナの基端側に位置する第２のサブランナの流路長：Ｘ５
サブランナ間の距離：Ｘ３
メインランナの先端から第１のサブランナまでの流路長：Ｘ２
第１のサブランナのゲートの開口形状の高さ：Ｘ８
第１のサブランナのゲートの開口形状の幅：Ｘ９
第２のサブランナのゲートの開口形状の高さ：Ｘ１０
第２のサブランナのゲートの開口形状の幅：Ｘ１１
溶湯の射出速度：Ｘ１２
として、定式化された目的関数が下式をなす
【数１】
2005254308.tif 000007
ことを特徴とする請求項１に記載の鋳型方案簡易設計方法。
【請求項３】
金属射出成形に使用し、溶湯の経路としてメインランナ、サブランナおよびサブランナに形成したゲートとを有する鋳型の方案設計において、メインランナ、サブランナ、ゲートの形状を規定する構成要素を方案設計パラメータとし、想定される溶湯の射出速度を成形条件パラメータとし、方案設計パラメータおよび成形条件パラメータを実験計画法の直交表にわりつけ、その組み合わせにおいて成形実験あるいはＣＡＥによる流動解析を行って、溶湯がゲートに到達するまでのゲート到達時間と方案設計パラメータとの関係を応答曲面法によるｎ次多項式近似式によって目的関数として定式化し、前記目的関数を用いてゲート到達時間を最小とする各種パラメータを決定することを特徴とする鋳型方案簡易設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋳型方案簡易設計方法に関し、ダイキャスト成形及びチクソ成形などにおいて鋳型方案を簡易に設計する技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来は図４に示すように、鋳型方案設計にあたっては、設計者が金型設計あるいは成形現場で培った長年の勘や経験に基づいて試行錯誤的に方案設計を行い、方案設計パラメータおよび成形条件パラメータを定義して設計変数を決定している。
【０００３】
その後に、基本モデルを作成して流動解析を実施し、あるいは金型を作成して実際に成形実験を行って湯流れ現象を確認することで、成形方案の良否を判定している。そして、良好な結果を得るまで、基本モデルの修正と流動解析の実施、もしくは金型の修正と成形実験を繰り返し行うことで成形方案の改良を行い、設計変数および成形条件（方案設計・成形条件）を決定している。
【０００４】
しかし、基本モデルの修正や流動解析の計算の実行には時間がかかり即時に設計者の意図する方案設計を行うには多大な時間を要した。
また、近年ではコンピュータシミュレーション技術の発達により樹脂成形をはじめ、ダイキャストやチクソモールド成形などの金属成形分野においても流動解析が行われ、事前にシミュレーション上で湯流れ現象を予測することで成形方案が行われるようになってきた。
【０００５】
しかし、コンピュータシミュレーションによる流動解析においても、成形方案の基本モデルの形状は前述した方案設計者のアイデアによるものであり、基本モデルの解析評価を行いながらコンピュータ上で成形予測を行い、不具合があれば基本モデルの形状を修正するという設計を繰り返し行うことが多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、金属射出成形においてゲートを複数設けた成形方案や多数個取りの成形方案を設計する場合には、ゲートに溶湯が到達するタイミングの予測やゲートに送り込む溶湯の流量配分の予測が求められる。この溶湯の流量配分の予測は、溶湯が合流する箇所における成形不良の原因となりやすい空気の巻き込みを防止することを目的として溶湯を所定のオーバーフローで押し流すために必要である。
【０００７】
しかし、金属射出成形では慣性流れの影響が強く、射出された湯が先走りやすいので、ゲートに溶湯が到達するタイミングの予測やゲートに送り込む溶湯の流量配分の予測は難しく、方案設計に非常に多大の時間がかかるという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、実験計画法に基づいた成形実験あるいはＣＡＥ（computer aided engineering）による流動解析結果から、溶湯がゲートに到達する時間あるいは複数のゲートを有する多点ゲートの場合は各ゲートに到達する時間の差と方案設計パラメータとの関係を定式化した簡易設計方法を用いることで、ゲートバランスのとれた方案形状を設計者が容易に決定することができ、高品質な成形品の製造を可能とする鋳型方案簡易設計方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る本発明の鋳型方案簡易設計方法は、金属射出成形に使用し、溶湯の経路としてメインランナ、複数のサブランナおよび各サブランナ毎に形成したゲートとを有する鋳型の方案設計において、メインランナ、サブランナ、ゲートの形状を規定する構成要素を方案設計パラメータとし、想定される溶湯の射出速度を成形条件パラメータとし、方案設計パラメータおよび成形条件パラメータを実験計画法の直交表にわりつけ、その組み合わせにおいて成形実験あるいはＣＡＥによる流動解析を行って、溶湯が各ゲートに到達するまでのゲート到達時間差と方案設計パラメータとの関係を応答曲面法によるｎ次多項式近似式によって目的関数として定式化し、前記目的関数を用いてゲート到達時間差を最小とする各種パラメータを決定するものである。
【００１０】
請求項２に係る本発明の鋳型方案簡易設計方法は、二つのサブランナおよび二つのゲートを有し、メインランナの流路断面形状、サブランナの流路断面形状およびゲートの開口形状が方形をなす鋳型の方案設計において、
メインランナの全流路長：Ｘ１
メインランナの流路断面形状の高さ：Ｘ６
メインランナの流路断面形状の幅：Ｘ７
メインランナの先端側に位置する第１のサブランナの流路長：Ｘ４
メインランナの基端側に位置する第２のサブランナの流路長：Ｘ５
サブランナ間の距離：Ｘ３
メインランナの先端から第１のサブランナまでの流路長：Ｘ２
第１のサブランナのゲートの開口形状の高さ：Ｘ８
第１のサブランナのゲートの開口形状の幅：Ｘ９
第２のサブランナのゲートの開口形状の高さ：Ｘ１０
第２のサブランナのゲートの開口形状の幅：Ｘ１１
溶湯の射出速度：Ｘ１２
として、定式化された目的関数が下式をなす
【００１１】
【数１】
2005254308.tif 000003
ものである。
【００１２】
請求項３に係る本発明の鋳型方案簡易設計方法は、金属射出成形に使用し、溶湯の経路としてメインランナ、サブランナおよびサブランナに形成したゲートとを有する鋳型の方案設計において、メインランナ、サブランナ、ゲートの形状を規定する構成要素を方案設計パラメータとし、想定される溶湯の射出速度を成形条件パラメータとし、方案設計パラメータおよび成形条件パラメータを実験計画法の直交表にわりつけ、その組み合わせにおいて成形実験あるいはＣＡＥによる流動解析を行って、溶湯がゲートに到達するまでのゲート到達時間と方案設計パラメータとの関係を応答曲面法によるｎ次多項式近似式によって目的関数として定式化し、前記目的関数を用いてゲート到達時間を最小とする各種パラメータを決定するものである。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明の鋳型簡易設計方法によれば、ゲートに到達する溶湯のタイミング、あるいは溶湯流量のバランスを考慮したうえで、メインランナ、サブランナ、ゲートの形状を規定する構成要素である方案設計パラメータの最適値を容易に決定して設計することが可能となり、その設計に基づく金型によって早期に成形品質の高い成形品を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態における鋳型方案簡易設計方法のフローチャートである。本実施の形態では、図２に示すような２分岐ランナ方案の設計を例に本発明の手順を述べる。
【００１５】
図２において、ランナ１は製品部（鋳型のキャビティ）２に対して２つのゲート３ａ、３ｂで溶湯４の充填を行うものであり、溶湯４を導くメインランナ５とメインランナ５から各ゲート３ａ、３ｂへ溶湯を導くサブランナ６ａ、サブランナ６ｂで構成されている。
【００１６】
各ゲート３ａ、３ｂに溶湯４が到達するタイミングが大きくずれる（時間差が大きい）場合は、例えば先に一方のゲート３ａから製品部２に入った溶湯４が冷えて他方のゲート３ｂを塞ぎ、他方のゲート３ｂから溶湯４が流入することを阻害し、成形不良が発生しやすくなる。このために、できる限り各ゲート３ａ、３ｂに到達する溶湯のタイミングを同時となるようメインランナ５、サブランナ６ａ、６ｂの形状を決定する必要がある。
【００１７】
本発明の方案設計では、図１に示すように、はじめにメインランナ５、サブランナ６ａ、６ｂ、ゲート３ａ、３ｂの形状を規定する構成要素を方案設計パラメータとし、想定される溶湯の射出速度を成形条件パラメータとして定義する。方案設計パラメータおよび成形条件パラメータは以下のものである。
メインランナの全流路長Ｄ：Ｘ１
メインランナの流路断面形状の高さｈ０：Ｘ６
メインランナの流路断面形状の幅Ｌ０：Ｘ７
メインランナの先端側に位置する第１のサブランナの流路長ｃ１：Ｘ４
メインランナの基端側に位置する第２のサブランナの流路長ｃ２：Ｘ５
サブランナ間の距離ｂ：Ｘ３
メインランナの先端から第１のサブランナまでの流路長ａ：Ｘ２
第１のサブランナのゲートの開口形状の高さｈ１：Ｘ８
第１のサブランナのゲートの開口形状の幅Ｌ１：Ｘ９
第２のサブランナのゲートの開口形状の高さｈ２：Ｘ１０
第２のサブランナのゲートの開口形状の幅Ｌ２：Ｘ１１
溶湯の射出速度Ｖ：Ｘ１２
このとき各パラメータについては想定される最大幅で設計値を想定しておくことが望ましい。
【００１８】
次に、実験計画法にもとづきＬ２７直交表の割付を行う。ここでは３水準の設計および成形条件パラメータを等幅に設定し、２７条件の成形解析パターンを決定する。
次に、それぞれＣＡＥによる湯流れ解析を行い、溶湯４が各ゲート３ａ、３ｂに到達する時間を求め、求めた溶湯到達時間と設計変数との関係をチェビシェフの直交多項式に当てはめることで、各方案設計パラメータと溶湯到達時間との近似式（この場合２次式となる）を作成する。
【００１９】
【数２】
2005254308.tif 000004
【００２０】
【数３】
2005254308.tif 000005
今回の設計の目的では２つのゲート３ａ、３ｂにおける到達時間Ａ、Ｂの差を最小にするため、各ゲート３ａ、３ｂにおける近似式の差をとり、その絶対値の最小化問題として目的関数Ｆを設定する。
【００２１】
【数４】
2005254308.tif 000006
この目的関数Ｆに対して当初の設計・成形条件パラメータを上・下限値を制約条件とする最適化計算を行うことで方案設計およびそれに適した成形条件パラメータを決定することができる。
【００２２】
ただし制約条件範囲以外のパラメータ領域では、近似式の精度範囲外のため満足する解として結果が得られてもその信頼性はなく注意が必要である。本実施の形態では図２および図３に示すような２分岐ランナを用いて説明を行ったが、２分岐以上の多点ゲートにおいても設計方法は同様に可能であり、１点ゲートにおいても評価したい溶湯到達ポイントでの到達時間をパラメータにすることで、設計者の意図する溶湯充填バランスを実現する設計が容易に可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の鋳型方案簡易設計方法によれば、任意の設計変数に対してゲートに到達する溶湯のタイミング、あるいは溶湯流量のバランスを考慮した設計が容易に可能となり、その設計に基づく金型によって早期に成形品質の高い成形品を提供することができ、ダイキャスト成形及びチクソ成形などの鋳造成形分野のほか、樹脂成形分野の用途においても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態における鋳型方案簡易設計方法を示すフローチャート図
【図２】同実施の形態における鋳型方案簡易設計方法に係る基本モデルを示し、（ａ）は上方斜めから見た斜視図、（ｂ）は下方斜めから見た斜視図、（ｃ）はランナの斜視図
【図３】同実施の形態における鋳型方案簡易設計方法に係る基本モデルの模式図
【図４】従来の鋳型方案設計方法のフローチャート図
【符号の説明】
【００２５】
１    ランナ
２    製品部（鋳型のキャビティ）
３ａ、３ｂ  ゲート
４    溶湯
５    メインランナ
６ａ、６ｂ  サブランナ
【図１】
2005254308.tif 000008
【図２】
2005254308.tif 000009
【図３】
2005254308.tif 000010
【図４】
2005254308.tif 000011