(57)【要約】【課題】鋳物及びダイカスト鋳造用金型の変形量に基づくシミュレーションの解析結果をダイカスト鋳造用金型の製作に反映させるダイカスト鋳造用金型の製作方法を提供することを課題とする。【解決手段】ダイカスト鋳造用金型の製作方法１は、試作鋳造を行う試作鋳造工程Ｓ１と、熱履歴データ２を取得する熱履歴データ取得工程Ｓ２、金型変形データ３を取得する金型変形データ取得工程Ｓ３と、鋳物変形データ４を取得する鋳物変形データ取得工程Ｓ４と、ダイカスト鋳造をシミュレーションする鋳造シミュレーション工程Ｓ５と、熱解析工程Ｓ６と、金型解析工程Ｓ７と、鋳物解析工程Ｓ８と、金型解析結果を判定する金型判定工程Ｓ９と、鋳物解析結果を判定する鋳物判定工程Ｓ１０と、判定結果に基づいてダイカスト鋳造用金型を製作する金型製作工程Ｓ１１と、判定結果に基づいて金型モデルのキャビティ形状等を修正するモデル修正工程Ｓ１２とを具備する。【選択図】図１
2013193089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型設計図面及びマシン設計図面に基づいて、金型モデル及びダイカストマシンモデルを仮想鋳造空間上に三次元モデルとして構築するとともに、前記ダイカストマシンモデルにセットされた前記金型モデルを用いてダイカスト鋳造を前記仮想鋳造空間でシミュレーションする鋳造シミュレーション工程と、
前記鋳造シミュレーション工程における前記金型モデルの熱挙動を前記金型モデルに対応する熱履歴データに基づいて解析する熱解析工程と、
前記鋳造シミュレーション工程における前記金型モデルの変形量を前記ダイカストマシンモデルによる前記金型モデルの型締圧力及び前記金型モデルに対する溶湯の射出圧力に基づく金型変形データ及び前記熱解析工程の熱解析結果に基づいて解析する金型解析工程と、
前記鋳造シミュレーション工程によるシミュレーション結果によって形成された鋳物モデルの変形量を前記鋳物モデルに対応する鋳物変形データ、前記熱解析結果、及び前記金型解析工程の解析結果に基づいて解析する鋳物解析工程と、
前記鋳物解析工程による鋳物解析結果を判定する鋳物判定工程と、
前記鋳物判定工程によって前記鋳物モデルの変形量が予め規定された許容範囲にあ場合、ダイカスト製品を鋳造するためのダイカスト鋳造用金型を製作する金型製作工程と、
前記鋳物判定工程によって前記鋳物モデルの変形量が前記許容範囲から外れる場合、構築された前記金型モデルのキャビティ形状及び前記ダイカストマシンモデルの鋳造条件の少なくとも一方を前記仮想鋳造空間で修正するモデル修正工程と
を具備することを特徴とするダイカスト鋳造用金型の製作方法。
【請求項２】
金型設計図面及びマシン設計図面に基づいて、金型モデル及びダイカストマシンモデルを仮想鋳造空間上に三次元モデルとして構築するとともに、前記ダイカストマシンモデルにセットされた前記金型モデルを用いてダイカスト鋳造を前記仮想鋳造空間でシミュレーションする鋳造シミュレーション工程と、
前記鋳造シミュレーション工程における前記金型モデルの熱挙動を前記金型モデルに対応する前記熱履歴データに基づいて解析する熱解析工程と、
前記鋳造シミュレーション工程における前記金型モデルの変形量を前記ダイカストマシンモデルによる前記金型モデルの型締圧力及び前記金型モデルに対する溶湯の射出圧力に基づく金型変形データ及び前記熱解析工程の熱解析結果に基づいて解析する金型解析工程と、
前記金型解析工程による金型解析結果を判定する金型判定工程と、
前記金型判定工程によって前記金型モデルの変形量が予め規定された許容範囲にある場合、ダイカスト製品を鋳造するためのダイカスト鋳造用金型を製作する金型製作工程と、
前記金型判定工程によって前記金型モデルの変形量が前記許容範囲から外れる場合、構築された前記金型モデルのキャビティ形状及び前記ダイカストマシンモデルの鋳造条件の少なくとも一方を前記仮想鋳造空間で修正するモデル修正工程と
を具備することを特徴とするダイカスト鋳造用金型の製作方法。
【請求項３】
試作用金型をダイカストマシンにセットし、前記試作用金型のキャビティに溶湯を鋳込んで試作鋳造を行う試作鋳造工程と、
前記試作鋳造工程における前記試作用金型の金型温度分布に係る熱履歴データを、前記試作用金型に対して正面水平位置に設置された放射温度計を用いて取得する熱履歴データ取得工程と、
前記試作鋳造工程における前記試作用金型の金型形状の三次元的な変形を示す金型変形データを非接触式の三次元デジタイザを用いて取得する金型変形データ取得工程と、
前記試作鋳造工程によって試作鋳造され、前記試作用金型から取出しされた試作鋳物の取出し直後から常温に達するまでの鋳物形状の三次元的な変形を示す鋳物変形データを前記三次元デジタイザを用いて取得する鋳物変形データ取得工程と
をさらに具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のダイカスト鋳造用金型の製作方法。
【請求項４】
前記金型解析工程は、
前記金型モデルを構成する固定型モデル及び可動型モデルを型締した際の隙間量を解析する隙間量解析工程を具備し、
前記金型判定工程は、
前記隙間量解析工程によって解析された前記隙間量が予め規定された許容隙間量にあるか否かを判定する隙間量判定工程を具備することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のダイカスト鋳造用金型の製作方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４に記載されたダイカスト鋳造用金型の製作方法によって製作され、鋳造シミュレーションの解析結果に基づいてキャビティ形状を修正して製作されることを特徴とするダイカスト鋳造用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイカスト鋳造用金型の製作方法、及びダイカスト鋳造用金型に関するものであり、特に、高精度の鋳物を鋳造可能なダイカスト鋳造用金型の製作方法、及びダイカスト鋳造用金型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダイカスト鋳造用金型は、互いに分離可能に形成された固定型及び可動型を有し、鋳物形状と一致するキャビティ、キャビティに高温の溶湯を導く湯道（ランナー）及び湯口（ゲート）がそれぞれ型彫りされて形成されている。そして、固定型及び可動型の型合せ面同士を当接させ、互いに密着するように双方向から力を加えて型締めした状態でキャビティに溶湯を高圧で鋳込み、当該キャビティ内で凝固させることにより所望の鋳物を鋳造することができる。
【０００３】
ここで、キャビティに溶湯が鋳込まれ、鋳物の取出し時の金型温度による金型の熱膨張に対応し、かつ取り出し後の鋳物の取出し温度より室温に下がるまでの熱収縮量に対応して鋳物の出来ばえ寸法が決定される。そのため、この収縮量（縮代）を見込んだ上で、設計上の寸法に所定の値（伸尺）を掛けた数値を算出し、得られた数値に基づいてキャビティが型彫りされている。縮代は、鋳物の形状、溶湯の種類及び温度、鋳物の位置及び肉厚、或いは鋳物をダイカスト鋳造用金型から取出しする取出し温度等の種々の要因及び鋳造条件によって影響されることが知られている。縮代は、これまでの経験値に基づいて設定されることがほとんどであり、それぞれの鋳物の形状等の鋳造条件を十分に考慮して設定されるものではなかった。そのため、ダイカスト鋳造用金型の製作においてダイカストマシンを用いて試作鋳造を行った試作鋳物の実寸値と、設計上の製品寸法との差を計測し、その結果に基づいてダイカスト鋳造用金型のキャビティ形状を修正する型修正作業を行っている。そして、試作鋳物の実寸値と設計上の製品寸法とが一致するまで試作鋳造を繰返す必要があった。そのため、鋳物が複雑な形状の場合や修正箇所が多岐に亘る場合等は、上記の試作鋳造及び型修正作業の回数が増えることになり、ダイカスト鋳造用金型を短い納期で製作することが困難であった。
【０００４】
さらに、ダイカスト鋳造用金型から取出しされた鋳物は、まだ高温の状態にあり熱が残存している。そして、常温に冷やされるまでの間に収縮し、鋳物の各部位で変形または歪みが生じ、設計上要求される十分な寸法精度の鋳物を得られないことがある。この場合、取出された鋳物に対し、変形または歪みを解消するために、鋳物の一部を削ったりする修正作業が必要となり、一個当たりの鋳物を生産するための生産時間が長くなる傾向があり、効率的な生産が行えないことがある。
【０００５】
加えて、鋳造工程においてキャビティに溶湯が鋳込まれた場合、溶湯の熱により金型が一時的に膨張し、さらに当該溶湯が凝固過程で熱を消失することで膨張した金型が収縮に転じる熱変形が起こる。これにより、鋳造時のダイカスト鋳造用金型及びその内部のキャビティ形状に変形が生じることがある。その結果、変形したキャビティに溶湯が鋳込まれて鋳造された鋳物は、取出し直後から変形しているとともに、上述した熱応力により常温に達するまでの間にその変形量が著しく大きくなる。そのため、上述した鋳物の修正作業に多くの時間を要することがあった。これらの問題を解消するため、型修正作業及び取出し後の鋳物の修正作業の回数及び時間を少なくすることを意図して、金型の熱変形に起因する変形量をシミュレーション解析によって予測し、当該熱解析の結果に基づいて、ダイカスト鋳造用金型の製作に反映させる試みが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した金型の製作方法は、下記に掲げるような問題を生じることがあった。すなわち、キャビティに溶湯を高圧で鋳込む鋳造時には、高温の溶湯に起因する熱変形以外に、ダイカスト鋳造用金型及び鋳物を変形させる要因が存在し、これらの変形量を考慮したダイカスト鋳造用金型の製作は行われていなかった。
【０００７】
すなわち、固定型及び可動型を互いに密着させるようにして強く押付ける力（型締圧力）がダイカスト鋳造時にダイカスト鋳造用金型に加わっていた。この型締圧力により、ダイカスト鋳造用金型及びその内部のキャビティが僅かに変形する可能性があった。さらに、キャビティに高温の溶湯を高圧で射出し鋳込んだ場合、溶湯の射出圧力によってキャビティ及びダイカスト鋳造用金型が一時的に変形し、さらに鋳込みが完了し射出圧力の圧力伝達が小さくなった場合に変形したキャビティが元の状態に復帰しようとすることがあり、これらのダイカスト鋳造時におけるキャビティに加わる鋳造圧力もダイカスト鋳造用金型を変形させる要因ともなっていた。しかしながら、上記型締圧力及び鋳造圧力によるダイカスト鋳造用金型の変形量を勘案してダイカスト鋳造用金型を製作した例はなく、特に高い精度の要求される鋳物（例えば、寸法誤差が５０μｍ以下等）では、上述の変形量がダイカスト製品の製品性能に大きく影響を及ぼすことが考えられる。さらに、型締圧力によってダイカスト鋳造用金型に変形を生じた場合、固定型及び可動型の型合せ面に局所的に隙間が発生することがあり、ダイカスト鋳造の際にキャビティに鋳込まれた溶湯の一部が当該隙間に侵入することで、取出し後の鋳物に所謂“バリ”が大きく形成されることがあった。そのため、鋳物からバリを削りとって鋳物の形状を整える作業が必要となり、鋳物の鋳造に要する工数を増加させることがあった。
【０００８】
さらに、従来の熱変形解析の場合、鋳造工程において繰返される固定型及び可動型の型開閉操作の邪魔にならないように、例えば、ダイカスト鋳造用金型に対して斜め位置に金型温度等を計測するための放射温度計が設置されることが多く、キャビティ内の溶湯の挙動や金型温度等を精度良く測定できないことがあった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記実情に鑑み、鋳物の歪み及びダイカスト鋳造用金型の変形量を三次元情報として把握し、鋳造時に得られた各種データに基づいたシミュレーション解析を行うことにより、ダイカスト鋳造用金型の設計及び製作にこれをフィードバックさせ、高精度のダイカスト製品を鋳造可能なダイカスト鋳造用金型の製作方法、及びダイカスト鋳造用金型の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題と解決するため、本発明のダイカスト鋳造用金型の製作方法は、「金型設計図面及びマシン設計図面に基づいて、金型モデル及びダイカストマシンモデルを仮想鋳造空間上に三次元モデルとして構築するとともに、前記ダイカストマシンモデルにセットされた前記金型モデルを用いてダイカスト鋳造を前記仮想鋳造空間でシミュレーションする鋳造シミュレーション工程と、前記鋳造シミュレーション工程における前記金型モデルの熱挙動を前記金型モデルに対応する熱履歴データに基づいて解析する熱解析工程と、前記鋳造シミュレーション工程における前記金型モデルの変形量を前記ダイカストマシンモデルによる前記金型モデルの型締圧力及び前記金型モデルに対する溶湯の射出圧力に基づく金型変形データ及び前記熱解析工程の熱解析結果に基づいて解析する金型解析工程と、前記鋳造シミュレーション工程によるシミュレーション結果によって形成された鋳物モデルの変形量を前記鋳物モデルに対応する鋳物変形データ、前記熱解析結果、及び前記金型解析工程の解析結果に基づいて解析する鋳物解析工程と、前記鋳物解析工程による鋳物解析結果を判定する鋳物判定工程と、前記鋳物判定工程によって前記鋳物モデルの変形量が予め規定された許容範囲にある場合、ダイカスト製品を鋳造するためのダイカスト鋳造用金型を製作する金型製作工程と、前記鋳物判定工程によって前記鋳物モデルの変形量が前記許容範囲から外れる場合、構築された前記金型モデルのキャビティ形状及び前記ダイカストマシンモデルの鋳造条件の少なくとも一方を前記仮想鋳造空間で修正するモデル修正工程と」を主に具備している。
【００１１】
したがって、本発明のダイカスト鋳造用金型の製作方法によれば、熱履歴データ、金型変形データ、鋳物変形データ及び仮想鋳造空間に構築された金型モデル等を用いてダイカスト鋳造のシミュレーションが行われる。そして、シミュレーションに基づく解析結果をから鋳物モデルと設計図面上の鋳物のサイズの判定が行われ、判定結果に基づいてダイカスト鋳造用金型の作成若しくはダイカスト鋳造用金型のキャビティ形状の修正を行い、ダイカスト鋳造用金型の製作に反映させることが行われる。
【００１２】
一方、本発明のダイカスト鋳造用金型の製作方法は、「金型設計図面及びマシン設計図面に基づいて、金型モデル及びダイカストマシンモデルを仮想鋳造空間上に三次元モデルとして構築するとともに、前記ダイカストマシンモデルにセットされた前記金型モデルを用いてダイカスト鋳造を前記仮想鋳造空間でシミュレーションする鋳造シミュレーション工程と、前記鋳造シミュレーション工程における前記金型モデルの熱挙動を前記金型モデルに対応する前記熱履歴データに基づいて解析する熱解析工程と、前記鋳造シミュレーション工程における前記金型モデルの変形量を前記ダイカストマシンモデルによる前記金型モデルの型締圧力及び前記金型モデルに対する溶湯の射出圧力に基づく金型変形データ及び前記熱解析工程の熱解析結果に基づいて解析する金型解析工程と、前記金型解析工程による金型解析結果を判定する金型判定工程と、前記金型判定工程によって前記金型モデルの変形量が予め規定された許容範囲にある場合、ダイカスト製品を鋳造するためのダイカスト鋳造用金型を製作する金型製作工程と、前記金型判定工程によって前記金型モデルの変形量が前記許容範囲から外れる場合、構築された前記金型モデルのキャビティ形状及び前記ダイカストマシンモデルの鋳造条件の少なくとも一方を前記仮想鋳造空間で修正するモデル修正工程と」を主に具備している。
【００１３】
したがって、本発明のダイカスト鋳造用金型の製作方法によれば、熱履歴データ、金型変形データ、鋳物変形データ及び仮想鋳造空間に構築された金型モデル等を用いてダイカスト鋳造のシミュレーションが行われる。そして、シミュレーションに基づく解析結果を利用して金型モデルの判定が行われ、判定結果に基づいてダイカスト鋳造用金型の製作に反映させることが行われる。
【００１４】
さらに、本発明のダイカスト鋳造用金型の製作方法は、上記構成に加え、「試作用金型をダイカストマシンにセットし、前記試作用金型のキャビティに溶湯を鋳込んで試作鋳造を行う試作鋳造工程と、前記試作鋳造工程における前記試作用金型の金型温度分布に係る熱履歴データを、前記試作用金型に対して正面水平位置に設置された放射温度計を用いて取得する熱履歴データ取得工程と、前記試作鋳造工程における前記試作用金型の金型形状の三次元的な変形を示す金型変形データを非接触式の三次元デジタイザを用いて取得する金型変形データ取得工程と、前記試作鋳造工程によって試作鋳造され、前記試作用金型から取出しされた試作鋳物の取出し直後から常温に達するまでの鋳物形状の三次元的な変形を示す鋳物変形データを前記三次元デジタイザを用いて取得する鋳物変形データ取得工程と」を具備するものであっても構わない。
【００１５】
したがって、本発明のダイカスト鋳造用金型の製作方法によれば、上述した鋳造シミュレーション及び各解析を行う際の熱履歴データ、金型変形データ、及び鋳物変形データが実際の試作鋳造の結果に基づいて取得される。その結果、シミュレーション精度が高くなり、高精度のダイカスト鋳造用金型の製作が可能となる。
【００１６】
さらに、本発明のダイカスト鋳造用金型の製作方法は、上記構成に加え、「前記金型解析工程は、前記金型モデルを構成する固定型モデル及び可動型モデルを型締した際の隙間量を解析する隙間量解析工程を具備し、前記金型判定工程は、前記隙間量解析工程によって解析された前記隙間量が予め規定された許容隙間量にあるか否かを判定する隙間量判定工程」を具備するものであっても構わない。
【００１７】
したがって、本発明のダイカスト鋳造用金型の製作方法によれば、仮想鋳造空間に構築された金型モデルの固定型モデル及び可動型モデルが型締め状態にあるときの隙間量を解析し、解析された隙間量に基づく判定が行われる。ここで、固定型及び可動型の隙間量は、キャビティに鋳込まれた溶湯の侵入によって、取出し後の試作鋳物にバリが発生する大きな要因となる。そのため、シミュレーション解析の結果に基づいて、バリの発生量及び大きさ等を予め予測することができ、これに基づいてダイカスト鋳造用金型の製作が決定される。
【００１８】
一方、本発明のダイカスト鋳造用金型は、「上記のダイカスト鋳造用金型の製作方法によって製作され、鋳造シミュレーションの解析結果に基づいてキャビティ形状を修正して製作される」ものから主に構成されている。
【００１９】
したがって、本発明のダイカスト鋳造用金型によれば、鋳造シミュレーションの解析結果に基づいてキャビティ形状が決定されている。これにより、取出し後の変形量の小さい鋳物を鋳造可能なダイカスト鋳造用金型とすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の効果として、試作鋳造工程の際に取得した複数のデータに基づいて、試作用金型及び試作鋳物の変形量をシミュレーション解析することができ、当該シミュレーション解析の結果に基づいて、最終的に鋳造される鋳物に歪みや変形が生じることがない条件を求め、これに基づいてダイカスト鋳造用金型を製作することで、高精度のダイカスト製品を鋳造することができる。さらに、試作鋳造及び型修正作業の回数を減らすことにより、従来に比べて短い期間でダイカスト鋳造用金型を製作することができ、顧客からの短納期の要求に応えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態のダイカスト鋳造用金型の製作方法の流れの一例を示すフローチャートである。
【図２】ダイカスト鋳造用金型の製作方法の鋳造シミュレーションに使用する金型モデル及びダイカストマシンモデルを模式的に示した説明図である。
【図３】（ａ）金型モデルの金型温度分布のシミュレーション結果を示す説明図、（ｂ）試作鋳造時の試作用金型の金型温度分布の熱画像を示す説明図、及び金型モデル及び試作用金型のそれぞれの測定ポイントにおける金型温度の比較を示すグラフである。
【図４】（ａ）解析結果反映前の金型モデルの金型変形量、及び（ｂ）解析結果反映後の金型モデルの金型変形量のそれぞれのシミュレーション結果を示す説明図である。
【図５】鋳物モデルの鋳物変形量シミュレーション結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態のダイカスト鋳造用金型の製作方法１について、図１乃至図５に基づいて説明する。ここで、本実施形態のダイカスト鋳造用金型の製作方法１は、高温で加熱されたアルミニウムの溶湯を用い、アルミダイカスト製品を鋳物として鋳造するためのダイカスト鋳造用金型の製作に関するものについて例示するものとする。また、図１等において、鋳造シミュレーションによる金型モデルの変形量及び鋳物モデルの変形量についてそれぞれ判定を行うものについて例示するものとする。
【００２３】
本実施形態のダイカスト鋳造用金型の製作方法１は、主に試作鋳物の試作鋳造を実際に行い、試作鋳造における熱履歴データ２、金型変形データ３、及び鋳物変形データ４をそれぞれ取得する試作鋳造段階Ａと、取得した各データ２，３，４及び鋳造シミュレーションプログラムを用い、仮想鋳造空間ＶＳでダイカスト鋳造の鋳造シミュレーション及びシミュレーション結果の解析及び判定処理を行う解析段階Ｂとに大別することができる。ここで、ダイカスト鋳造用金型の製作方法１は、試作鋳造段階Ａを実施するために、固定型及び可動型を有する試作鋳造用の金型（試作用金型）と、試作鋳造を行うために試作用金型がセットされたダイカストマシンと、試作鋳造時の試作用金型及び試作用金型の内部に形成されたキャビティにおける溶湯の挙動及び凝固温度分布等に係る熱履歴データ２を取得するための放射温度計と、試作鋳造時の試作用金型の三次元的な変形量に係る金型変形データ３及び試作用金型から取出しされた高温の試作鋳物が常温に到達するまでの間の鋳物形状の変形量に係る鋳物変形データ４をそれぞれ取得するための非接触式の三次元デジタイザとが主に用いられる。
【００２４】
一方、解析段階Ｂを実施するために、仮想鋳造空間ＶＳに金型モデル５及びダイカストマシンモデル６を構築するとともに、取得された各データ２，３，４に基づいてダイカスト鋳造のシミュレーションを行い、シミュレーション結果（解析結果）の応じて金型モデル５及び鋳物モデル７の変形量が許容範囲か否かを判定処理する解析用コンピュータが主に用いられている。
【００２５】
試作鋳造段階Ａで使用される試作用金型は、固定型及び可動型の内側にそれぞれ鋳物形状に略一致するキャビティが型彫りされており、係るキャビティに高温の溶湯を流込んで充填する（鋳込む）ことにより、試作鋳物を鋳造することができるものである。なお、試作用金型に型彫りされたキャビティのキャビティ形状は、鋳物の図面設計上の鋳物寸法にこれまでの経験値に基づく伸尺を掛合わせて算出された数値に基づいて決定されている。また、試作用金型は、ダイカストマシンを用いて通常のダイカスト鋳造と同様の鋳造工程が行われるために、一般的な金型と同じく、キャビティに連通する湯口や湯道等のその他の構成が型彫りされている。また、ダイカストマシンは、湯口から高温の溶湯を所定の鋳造圧力で射出するための射出ピストン等の溶湯射出機構と、互いに分離可能な固定型及び可動型の型開閉動作を行うとともに、試作鋳造時に固定型及び可動型の型合せ面同士を強固に密着させた“型締状態”にするための型締圧力を発生可能な型開閉機構等を備えている。
【００２６】
さらに、熱履歴データ２を取得する放射温度計は、試作用金型から放射される赤外線の強度を計測することで、試作用金型等の温度等を非接触の状態で測定することが可能なものである。なお、放射温度計によって得られる熱履歴データ２には、試作用金型のキャビティ内の溶湯の挙動を示す温度変化、溶湯の鋳込（充填）が完了した後の溶湯が凝固する様子を示す凝固温度分布、及び試作用金型の金型温度分布等の熱挙動を試作鋳造工程の開始から終了まで時系列に沿って逐次記録したものが含まれる。ここで、放射温度計は、本実施形態の場合、試作用金型から放射される赤外線をロスなく測定するために、試作用金型の正面水平位置に設けられている。本発明において、正面水平位置とは、固定型及び可動型のそれぞれ型合せ面に直交し、かつ試作鋳造後に試作鋳物を型出する側（ダイカストマシンの正面側）にある位置をいう。
【００２７】
一方、金型変形データ３及び鋳物変形データ４をそれぞれ取得するための三次元デジタイザは、物体の三次元形状を非接触で測定するものであり、本実施形態の場合、試作用金型及び試作鋳物の三次元形状の時間的変化を測定することにより、それぞれの変形量を認識するものである。ここで、本実施形態では、三次元デジタイザとして、カメラ式（レーザー光方式）のものが使用され（ジーオーエム社製ＡＴＯＳ）、試作用金型または試作用鋳物に投影されたフリンジパターンのパターン画像を左右一対に設けられたＣＣＤカメラを用いて光学的に撮影し、個々のピクセル上の三次元座標位置を高精度に認識することで、対象物（試作用金型）の表面にポリゴンメッシュを生成するものである。これにより、試作用金型及び試作鋳物の三次元形状のデータが変形量として時系列に沿って記録される。
【００２８】
さらに、解析用コンピュータは、仮想鋳造空間ＶＳに構築された試作用金型に対応する金型モデル５等を用いてダイカスト鋳造のシミュレーション及び解析結果に基づく判定処理等を行うものであり、ＣＰＵ、ハードディスクドライブ及び半導体メモリ等の記憶装置、画像出力用のグラフィックボード等の周知のハードウェア構成からなる市販のパーソナルコンピュータが使用される。なお、解析用コンピュータは、上述の放射温度計及び三次元デジタイザとそれぞれ電気的に接続され、取得した熱履歴データ２等を解析用コンピュータに直接取込むようにするものであってもよい。さらに、記憶装置には、ダイカスト鋳造のシミュレーションを行うための鋳造シミュレーションプログラム（茨城日立情報サービス株式会社製ＡＤＳＴＥＦＡＮ及びＡＮＳＹＳ）がインストールされており、係るプログラムを起動することで鋳造シミュレーションを実行することができる。
【００２９】
本実施形態のダイカスト鋳造用金型の製作方法１は、図１乃至図５に示されるように、試作用金型のキャビティに溶湯を鋳込み、試作鋳物の試作鋳造を行う試作鋳造工程Ｓ１と、試作鋳造時の試作用金型及び溶湯に係る熱履歴データ２を取得する熱履歴データ取得工程Ｓ２と、試作鋳造時の試作用金型の三次元的な変形量に係る金型変形データ３を取得する金型変形データ取得工程Ｓ３と、試作用金型から取出しされた試作鋳物の鋳物形状の変形量に係る鋳物変形データ４を取得する鋳物変形データ取得工程Ｓ４とを具備している。ここで、熱履歴データ取得工程Ｓ２及び金型変形データ取得工程Ｓ３は、試作用金型のキャビティに溶湯の鋳込みを開始してから試作用金型の型締めを解除し、試作鋳物を取出しするまでの時間の熱履歴及び金型変形を時系列に沿って記憶するものであり、試作鋳造工程Ｓ１の一部と並行してそれぞれ実行されるものである。一方、鋳物変形データ取得工程Ｓ４は、試作用金型からの試作鋳物の取出し直後から常温に冷却されるまでの時間における鋳物形状の変形量を時系列に沿って記憶するものであり、熱履歴データ取得工程Ｓ２等の後に、試作鋳造工程Ｓ１の一部と並行して実行されるものである。なお、試作鋳造工程Ｓ１乃至鋳物変形データ取得工程Ｓ４が先に述べた試作鋳造段階Ａに相当する。
【００３０】
さらに、本実施形態のダイカスト鋳造用金型の製作方法１は、上記構成に加え、試作用金型の金型設計図面及びダイカストマシンのマシン設計図面に基づいて、それぞれ試作用金型に対応する金型モデル５及びダイカストマシンに対応するダイカストマシンモデル６を三次元モデルとして仮想鋳造空間ＶＳ上に構築するとともに、金型モデル５及びダイカストマシンモデル６を用いてダイカスト鋳造を仮想鋳造空間ＶＳ上でシミュレーションする鋳造シミュレーション工程Ｓ５と、鋳造シミュレーション工程Ｓ５における金型モデル５の仮想キャビティの溶湯の挙動や凝固温度分布等を取得した熱履歴データ２に基づいて解析する熱解析工程Ｓ６と、鋳造シミュレーション工程Ｓ５における金型モデル５の変形量を取得した金型変形データ３及び熱解析工程Ｓ６の熱解析結果に基づいて解析する金型解析工程Ｓ７と、鋳造シミュレーション工程Ｓ５によって仮想鋳造された鋳物モデル７の変形量を取得した鋳物変形データ４及び熱解析結果に基づいて解析する鋳物解析工程Ｓ８と、金型解析工程Ｓ７の金型解析結果及び鋳物解析工程Ｓ８の鋳物解析結果に基づいて、金型モデル５及び鋳物モデル７の変形量が予め設定された許容範囲内かをそれぞれ判定する金型判定工程Ｓ９及び鋳物判定工程Ｓ１０と、各金型判定工程Ｓ９，Ｓ１０によって上記変形量がいずれも許容範囲にある場合、鋳物を鋳造するための金型を鋳造シミュレーション工程Ｓ５で構築された金型モデル５のキャビティ形状に合わせて製作する金型製作工程Ｓ１１と、上記変形量の少なくとも一方が許容範囲外にある場合、金型モデル５のキャビティ形状を修正するモデル修正工程Ｓ１２とをさらに具備している。ここで、金型解析工程Ｓ７は、金型モデル５の固定型モデル５ａ及び可動型モデル５ｂの互いの仮想型合せ面の隙間量を解析する隙間量解析工程Ｓ７ａを備え、金型判定工程Ｓ９は、隙間量解析工程Ｓ７ａによって解析された隙間量が許容隙間量の範囲内か否かを判定する隙間量金型判定工程Ｓ９ａを備えている。ここで、金型製作工程Ｓ１１を除く鋳造シミュレーション工程Ｓ５乃至モデル修正工程Ｓ１２が解析段階Ｂに相当し、いずれも解析用コンピュータを用いてコンピュータ上で実行される。
【００３１】
本実施形態のダイカスト鋳造用金型の製作方法１の流れ及び各工程の詳細について説明すると、試作鋳造工程Ｓ１は、ダイカストマシンにセットされた固定型及び可動型を有する試作用金型を用い、通常と同様のダイカスト鋳造を行うものであり、ダイカストマシンの型開閉機構を用いて固定型及び可動型の型合せ面同士を当接させ、型締め状態にした後、内部のキャビティに溶湯を高圧で鋳込む。これにより、試作用金型のキャビティは溶湯が充填された状態になる。そして、この充填された状態を保持することにより、高温の溶湯は徐々に熱を消失し、液相から固相へと相転移する。そして、相転移が完了し溶湯が凝固した後、固定型及び可動型の型締め状態を解除し、型開閉機構により型開動作を行う。そして、試作鋳造された試作鋳物を試作用金型から取出し、常温に冷却されるまで静置する。これにより、試作用金型を用いた試作鋳造工程Ｓ１が完了する。なお、ダイカストマシンによる試作用金型の型開閉動作、溶湯の鋳込み、及び試作鋳物の試作用金型からの取出しまでの一連の動きは、ダイカストマシンに予めプログラミングされており、各動作毎に規定されたタイムチャートに基づいて実行される。ここで、試作鋳造工程Ｓ１は、一回に限定されるものではなく、溶湯の温度や取出し温度等の種々の鋳造条件を変化させてそれぞれ試作鋳物を鋳造するものであってもよい。これにより、後述する熱履歴データ取得工程Ｓ２乃至鋳物変形データ取得工程Ｓ４によって、個々の鋳造条件に対応する複数の熱履歴データ２等を取得することができ、解析段階Ｂにおける鋳造シミュレーション及び各解析による解析結果の精度を高めることができる。
【００３２】
熱履歴データ取得工程Ｓ２は、上記試作鋳造工程Ｓ１と同一タイミングで実行され、試作鋳造時の試作用金型から放射される赤外線の強度を放射温度計を用いて時系列に沿って記憶し取得するものである。これにより、試作用金型の金型温度分布等に係る熱履歴データ２として取得することができる（図３（ｂ）参照）。
【００３３】
金型変形データ取得工程Ｓ３は、熱履歴データ取得工程Ｓ２と同様に試作鋳造工程Ｓ１と同一タイミングで実施され、非接触式の三次元デジタイザを用い、試作鋳造時の試作用金型の金型形状の変形量を外部から認識し時系列に沿って記憶するものである。ここで、試作鋳造工程Ｓ１が行われる試作用金型には、固定型及び可動型を互いに密着させるように押付け合う力（型締圧力）が加わるとともに、ダイカストマシンによってキャビティ内に高圧で射出された溶湯によるキャビティのキャビティ形状の一時的な変形を含む鋳造圧力、及び高温の溶湯をキャビティに鋳込むことによる金型の温度上昇による圧力が加わっており、上記の圧力によって試作用金型自体が複雑に変形している（図４（ａ）参照）。そのため、試作用金型の外観形状の変化を精細に把握するため、三次元デジタイザによる金型変形データ３の取得が行われる。なお、上記三つの力が試作用金型に加わることによって、試作用金型のキャビティも当然に変形が認められ、キャビティ自体も変形していることにより、上記試作鋳造工程Ｓ１によって試作鋳造された試作鋳物も当初設計図面上の鋳物形状と比べ、僅かな歪みや変形を伴っている。
【００３４】
鋳物変形データ取得工程Ｓ４は、熱履歴データ取得工程Ｓ２及びこれと並行して実行される金型変形データ取得工程Ｓ３の後に実行され、試作用金型から取出しされた試作鋳物の鋳物形状の変形量を鋳物変形データ４として取得するものであり、金型変形データ取得工程Ｓ３と同様に、三次元デジタイザが用いられる。ここで、試作用金型から取出しされた直後の試作鋳物は、上述した三つの力が加わり、変形した試作用金型のキャビティ形状と略一致している。このとき、取出し直後の試作鋳物は、溶湯の凝固が完了した固体ではあるものの、依然として高温の熱が残存した状態にある。そのため、常温に冷却されるまでの間に収縮し試作鋳物の鋳物形状が変形する可能性がある。そこで、鋳物変形データ取得工程Ｓ４により、鋳物の変形量を把握し、取出し後の試作鋳物においてどの部位が変形するのか等のデータを取得することができる（図５参照）。
【００３５】
一方、解析コンピュータを用いて実行される鋳造シミュレーション工程Ｓ５は、試作用金型及びダイカストマシンの設計図面上のデータに基づいて金型モデル５及びダイカストマシンモデル６をそれぞれ三次元モデルとして仮想鋳造空間ＶＳに構築するとともに、これを用いてダイカスト鋳造をシミュレーションするものである。ここで、鋳造シミュレーション工程Ｓ５は、前述した鋳造シミュレーションプログラムを起動することで実行され、構築された金型モデル５及びダイカストマシンモデル６を用いて仮想鋳造空間ＶＳ上で種々の鋳造条件を設定することでダイカスト鋳造のシミュレーションを行うことができる。なお、本実施形態のダイカスト鋳造用金型の製作方法１の場合、鋳造シミュレーション工程Ｓ５による鋳造シミュレーションを行う場合、取得した熱履歴データ２等を用いた補正処理が鋳造条件の初期設定の際に行われる。すなわち、試作鋳造工程Ｓ１と同一の鋳造条件でダイカスト鋳造のシミュレーションを行った場合、上述の試作用金型及び試作鋳物の変形を初期条件では考慮していないため、シミュレーション結果の鋳物モデル７と試作鋳造による試作鋳物との形状及び寸法等が相違している。そこで、上記熱履歴データ２等に基づいて鋳物モデル７及び試作鋳物が同一形状となるような設定が行われる。これにより、金型モデル５及びダイカストマシンモデル６を用いたダイカスト鋳造のシミュレーションの結果と実際の試作鋳造の結果とが同一となる。この状態で種々の鋳造条件に基づくシミュレーションが行われる。
【００３６】
熱解析工程Ｓ６、金型解析工程Ｓ７、及び鋳物解析工程Ｓ８は、それぞれ仮想鋳造空間ＶＳでシミュレーションされるダイカスト鋳造において、実際の試作鋳造工程Ｓ１の際に取得した熱履歴データ２、金型変形データ３、及び鋳物変形データ４をそれぞれ用いて解析を行うものである。すなわち、上述した初期設定の補正に加え、仮想鋳造空間ＶＳで設定された鋳造条件に応じてシミュレーション結果が実際の鋳造結果と一致するようにするものである。ここで、金型変形データ３の変形量には、高温の溶湯が鋳込まれたことによる試作用金型の熱変形の相当分も含まれている。また、鋳物変形データ４は、取出し温度によって鋳物モデル７の変形量が異なるため、図１に示すように、始めに熱解析工程Ｓ６を実行し、熱変形量の把握及び取出しされた直後の鋳物モデル７の温度（＝取出し温度に相当）を把握し、次工程の解析に当該結果が用いられる。
【００３７】
ここで、金型モデル５を用いた熱解析工程Ｓ６の結果の一例を示す。これによると、取得した熱履歴データ２に基づいてシミュレーション解析した金型温度分布（図３（ａ）参照）と、実際に熱履歴データ２に基づく熱画像（図３（ｂ）参照）とがほぼ同じ傾向を示す。これにより、熱解析工程Ｓ６による熱解析結果の精度が高いことが示される。さらに、図３（ｃ）に示されるように、シミュレーション解析した金型モデル５の複数の測定点における金型温度と実際の試作用金型の測定点における実測の金型温度を比較した場合でも、シミュレーション結果及び実測値がほぼ同一の値を示すことが実証され、本実施形態の鋳造シミュレーション工程Ｓ５及び熱解析工程Ｓ６による解析精度が高いことが示される。さらに、本実施形態の場合、試作用金型に対して正面水平位置に放射温度計を設置したことで、従来の斜め方向に設置したものと比べ、測定対象の赤外線を遮蔽する要因を最小限に抑えることができ、正確な温度測定が可能となっている。金型モデル５の各測定点での金型温度を正確にシミュレーションすることで、金型モデル５の熱変形量を精細に把握することができる。
【００３８】
次に、金型解析工程Ｓ７による解析結果の一例を図４（ａ）に示す。三次元デジタイザを利用して取得された金型変形データ３に基づく鋳造シミュレーションを行うことにより、試作鋳造時の試作用金型が前述した型締圧力、鋳造圧力、及び熱変形によって大きく歪んでいることが確認される。なお、図４（ａ）に示した金型モデル５及びダイカストマシンモデル６は、変形量を３００倍にして変形の視認を容易にしたものを図示している。また、本実施形態では、金型解析工程Ｓ７において、型締め時における金型モデル５の固定型モデル５ａ及び可動型モデル５ｂのそれぞれの型合せ面の隙間量についても金型変形量から解析している（隙間量解析工程Ｓ７ａ）。また、鋳物解析工程Ｓ８による解析結果の一例を図５に示す。これによると、三次元デジタイザを利用して取得された鋳物変形データ４に基づく鋳造シミュレーションを行うことにより、試作鋳造後の鋳物が試作用金型からの取出し直後から変形することが鋳物モデル７によって明らかとなる。さらに、鋳物モデル７の部位で著しく変形する箇所等を把握することが可能となる。
【００３９】
上記熱解析工程Ｓ６乃至鋳物解析工程Ｓ８の解析結果に基づいて、金型モデル５及び鋳物モデル７の変形量、及び金型モデル５の隙間量が求められる。ここで、鋳物モデル７の変形量の値が予め設定された許容範囲（例えば、設計図面上の鋳物寸法との差が５０μｍ以下）であるか否かが判定される（鋳物判定工程Ｓ１０）。このとき、鋳物モデル７に対して予め規定された複数の測定点における変形量が鋳物寸法に対して許容範囲（例えば変形量が５０μｍ以下）である場合（Ｓ１０におけるＹＥＳ）、かつ隙間量解析工程Ｓ７ａによって解析された金型モデル５の隙間量が規定された隙間許容量（例えば、５０μｍ以下）である場合（Ｓ９におけるＹＥＳ）、鋳造シミュレーションに用いた金型モデル５のキャビティ形状に基づいてダイカスト製品を鋳造するためのダイカスト鋳造用金型の製作を行う（金型製作工程Ｓ１１）。上記許容量の判定基準が鋳物モデル７及び金型モデル５の少なくとも一方が逸脱している場合（ステップＳ１０においてＮＯ及び／またはステップＳ９においてＮＯ）、金型モデル５のキャビティ形状若しくはダイカストマシンモデル６の鋳造条件（仮想鋳造空間ＶＳにおける型締圧力等）を修正する（モデル修正工程Ｓ１２）。なお、キャビティ形状の修正等を行った場合には、再び、解析段階Ｂの鋳造シミュレーション工程Ｓ５乃至鋳物判定工程Ｓ１０の処理を繰返し、鋳造シミュレーション及び解析を実行する。そして、最終的に、金型モデル５及び鋳物モデル７の変形量を許容範囲内に収めた最適化された鋳造条件及び金型モデル５のキャビティ形状に関するデータを取得することができ、これに基づいてダイカスト鋳造用金型の製作を行うことができる。これにより、鋳造シミュレーションの開始段階では、図４（ａ）に示すような金型モデル５の変形量が著しいシミュレーション結果を示すものに対し、鋳造シミュレーションを繰返し、金型モデル５のキャビティ形状及び鋳造条件の最適化を行うことにより、金型モデル５の変形量がほとんどない状態のシミュレーション結果を得ることができる（図４（ｂ）参照）。
【００４０】
これにより、試作用金型及び試作鋳物の変形量に係るデータ３，４を三次元デジタイザを用いて取得し、さらに放射温度計を用いて試作用金型の金型温度分布等に係る熱履歴データ２を取得し、仮想鋳造空間ＶＳでの鋳造シミュレーションに反映させることにより、従来のダイカスト鋳造用金型の製作に比べ、試作鋳造に要する時間及びコストを低減することができ、かつ仮想鋳造空間ＶＳ上での金型モデル５のキャビティ形状の修正等によって、高精度のダイカスト鋳造用金型を短期間で製作することができる。
【００４１】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００４２】
例えば、本実施形態のダイカスト鋳造用金型の製作方法１において、金型判定工程Ｓ９において、主に固定型モデル５ａ及び可動型モデル５ｂの型締時の隙間量に基づいて判定を行うものを示したが、これに限定されるものではなく、金型モデル５のその他の変形部位に注視して判定を行うものであっても構わない。鋳造シミュレーション工程Ｓ５は、複数の鋳造条件を変化させて取得した複数の熱履歴データ２等を用いて種々のシミュレーション条件で実行するものであっても構わない。さらに、本実施形態のダイカスト鋳造用金型の製作方法１において、熱履歴データ２、金型変形データ３、及び鋳物変形データ４を、鋳造シミュレーションを行う解析段階Ｂの前の試作鋳造段階Ａでそれぞれ取得するものを示したが、これに限定されるものではなく、試作鋳造段階Ａを行わないで解析段階Ｂを行うものであっても構わない。すなわち、これまでに蓄積された各種データに基づいて金型モデル５に対応する熱履歴データ２等を抽出し、これらを用いて鋳造シミュレーションを行うものであっても構わない。さらに、本実施形態のダイカスト鋳造用金型の製作方法１において、金型モデル５の変形量及び鋳物モデル７の変形量をそれぞれ判定するものを示したが、これに限定されるものではなく、金型モデル５及び鋳物モデル７のいずれか一方の変形量に係る判定を行うものであってもよい。ここで、鋳造シミュレーションにおいて、金型モデル５の変形量及び鋳物モデル７の変形量は、それぞれ異なるタイミングで判断されるものである。そのため、いずれか一方の変形量に基づいてダイカスト鋳造用金型の製作可否を決定するものでもよい。但し、金型モデル５の変形量に基づいて、取出し直後の鋳物モデル７が設計図面上の寸法に対して歪んでいることもあるため、本実施形態で示したように、双方のパラメータに基づいてダイカスト鋳造用金型の製作の可否を決定することが特に好適と思われる。
【符号の説明】
【００４３】
１  ダイカスト鋳造用金型の製作方法
２  熱履歴データ
３  金型変形データ
４  鋳物変形データ
５  金型モデル
５ａ  固定型モデル
５ｂ  可動型モデル
６  ダイカストマシンモデル
７  鋳物モデル
Ａ  試作鋳造段階
Ｂ  解析段階
Ｓ１  試作鋳造工程
Ｓ２  熱履歴データ取得工程
Ｓ３  金型変形データ取得工程
Ｓ４  鋳物変形データ取得工程
Ｓ５  鋳造シミュレーション工程
Ｓ６  熱解析工程
Ｓ７  金型解析工程
Ｓ７ａ  隙間量解析工程
Ｓ８  鋳物解析工程
Ｓ９  金型判定工程
Ｓ９ａ  隙間量判定工程
Ｓ１０  鋳物判定工程
Ｓ１１  金型製作工程
Ｓ１２  モデル修正工程
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４４】
【特許文献１】特開平０７−２３６９４２号公報
【図１】
2013193089.tif 000003
【図２】
2013193089.tif 000004
【図３】
2013193089.tif 000005
【図４】
2013193089.tif 000006
【図５】
2013193089.tif 000007