模具設計裝置、方法、系統及程序的制作方法

專利名稱：模具設計裝置、方法、系統及程序的制作方法
技術領域：
本發明涉及有效抑制鑄件中的飛邊產生的技術。
背景技術：
關于鑄造技術，例如在專利文獻1中記載了如下的方法考慮模具的溫度分布及制品的溫度分布，通過分析來求出制品為室溫時的變形，并設計已將變形量預計在內的模具。專利文獻1JP-A-H07-236942但是，發現了在鑄件上產生飛邊的現象。首先，在鑄造時模具受到來自金屬液的熱而膨脹。該膨脹并非均勻的，其由于模具的局部形狀的差異、從金屬液受到的壓力、成型機的合模壓力、從金屬液吸取的熱量等而局部地不同。因此，在模型的合模面上作用的接觸面壓力不均勻。結果，在鑄造時接觸面壓力相對小的部分的模具合模面打開，從該部分漏出金屬液，從而產生飛邊。當鑄件產生飛邊時，需要通過后處理去除飛邊的作業。這導致伴隨工序增加的成本上升。另外，有時飛邊粘在模具上，在此情況下，在下一鑄造工序中不能進行適當的合模， 從而導致進一步產生飛邊。另外當在模具上粘有飛邊時，需要將其去除的作業。在去除該飛邊的作業期間，不能進行鑄造，另外因為在此期間模具會變冷，所以需要再次進行預熱(捨 ” h)工序，從而生產性降低。

發明內容
本發明的實施例提供可抑制由于模具變形而引起的飛邊產生的技術。根據本發明的實施例，通過計算在鑄造條件下的模具合模面的接觸面壓力的分布并根據所計算的接觸面壓力的分布設定模具合模面的加工量，來設計模具。


圖1是鑄造裝置的概念圖。圖2的(A) (G)是示出飛邊產生的原理以及抑制飛邊產生的原理的概念圖。圖3是典型實施例的裝置的框圖。圖4是示出典型實施例中的處理過程的流程圖。圖5是從PL面觀察的模具的正面圖。圖6是從PL面觀察的模具的正面圖。圖7是示出間隙量分布的曲線圖。圖8是示出接觸面壓力分布的曲線圖。標號說明100鑄造裝置
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101a、10 冷期間時的PL面101b、l(^b熱期間時的PL面101c、102c 反轉面101d、102d考慮了 PL面變形的情況下的熱期間時的PL面103可動部104固定部105、106 間隙
具體實施例方式以下，參照附圖來說明本發明的典型實施例。此外，典型實施例是發明的例示，不限定發明，典型實施例所記述的全部特征及其組合不一定是發明的本質。(鑄造裝置)首先，說明采用了典型實施例的模具的鑄造裝置的一例。圖1示出了可利用應用了典型實施例的模具的鑄造裝置100。圖1示出在鑄造裝置100上安裝有一對模具101、102 的狀態。鑄造裝置100具有保持一個模具的可動部103、保持另一個模具的固定部104。通過可動部103接近于固定部104，來使模具101與模具102接觸，并在此狀態下固定。此時， 通過預定值的合模力，使模具101和102成為相互按壓的狀態。此外，在模具101或102上設置有用于在模具101與102組合的狀態下向其內部形成的型腔(空洞)內注入金屬液的注液口(省略圖示)。(原理)以下，說明飛邊產生的原理以及抑制飛邊產生的原理。在圖1所示的鑄造裝置100 中，在模具101與102接觸并組合的狀態下向內部的型腔注入金屬液進行鑄造。圖2示意地示出了模具101與102的PL面(分型面)的狀態。所謂PL面就是成組的模具彼此接觸的面。PL面是與構成型腔的凹部或凸部周圍部分的相對模具接觸的面。在成組的模具中， 當具有該PL面的接觸狀態差的間隙時，從這里泄漏金屬液(或者浸透)，產生飛邊。在鑄造工藝中，模具101、102由于金屬液的熱而膨脹。模具101與102通過合模力而相互壓緊，但由于上述膨脹而導致PL面突起。此時，產生間隙105、106。圖2(A)夸張地示出此狀態。圖2 (A)示出模具101本來的PL面101a、由于膨脹而鼓起的PL面101b、模具102本來的PL面102a，由于膨脹而鼓起的PL面102b。由于在該間隙105及106中漏出金屬液，從而產生PL面的飛邊。因此，在典型實施例的飛邊抑制方法中，通過實施以下處理來抑制由于上述原因而產生的飛邊。以下，舉模具101的PL面為例，簡單說明基本的原理。首先，通過采用了熱分析模型的計算機仿真，通過計算來預測模具101的PL面的膨脹。圖2(B)示出通過計算求出的膨脹時的PL面101b。膨脹雖然還有模具的合模力等其它因素，但熱膨脹為主要原因。另外，實際產生的膨脹受到相對面之間作用的壓力的制約，所以，考慮相對模具102的 PL面之間作用的面壓力來計算膨脹(突起)程度的評價。即，認為在面壓力大的部分，PL 面的突起相對大、在面壓力小的部分，PL面的突起相對小。計算PL面的突起IOlb后，以其沒有變形時的PL面IOla為中心進行反轉，計算反
4轉面101c。然后，設定PL面，使冷期間時(即，沒有溫度上升的狀況)的PL面成為反轉面 IOlc(圖2(C)。即，預計由于金屬液導致的溫度上升所引起的膨脹量，將PL面設為凹面。這里，計算用于形成作為該凹面的反轉面IOlc的加工量。圖2⑶示意地示出在此狀態下使模具101與102組合的狀態的PL面的情況。并且，向在圖2(D)的狀態下未圖示的型腔內注入金屬液進行鑄造。此時，觀察膨脹，在凹模上形成的PL面IOlc由于從金屬液受熱而如圖2(F)所示意示出地那樣膨脹，如圖2(G)所示， 成為在熱期間時(由于金屬液而成為高溫的狀態)相對的PL面之間不產生間隙(或者抑制了間隙的形成)的狀態。圖2(G)示出抑制了間隙產生的PL面IOld與PL面102d。于是，通過這樣抑制相對的PL面之間產生的間隙，抑制了由于相對PL面之間的間隙而產生的飛邊。(模具設計裝置)以下，說明進行基于圖2所示原理的模具設計的裝置的一例。圖3示出典型實施例的模具設計裝置300。在此例中，模具設計裝置300在計算機上以軟件的方式構成。在該計算機上安裝有構成模具設計裝置300并用于使其工作的程序。此外，還可以另外準備與部分工作相關的程序，例如形成模具模型的三維CAD軟件或進行熱分析的程序等。另外，可以從外部經由適當的存儲介質或線路來提供這些程序。另外，還可以通過采用 ASIC (Application Specific Integrated Circuit 專用集成電路)、 FPGA(FieldProgrammable Gate Array 現場可編程門陣列)等的PLD(Programmable Logic Device 可編程邏輯器)等形成的專用硬件來構成模具設計裝置300。模具設計裝置300具有模具模型生成部301、模具溫度計算部302、模具模型分析部303、間隙量判定部307、接觸面壓力區域設定部308、反轉比例設定部309以及加工量設定部310。模具模型生成部301具有進行模具設計的三維CAD功能。模具模型生成部301根據作為基礎的模具數據來生成模具的三維模型數據。另外，模具模型生成部301根據加工量設定部310所設定的加工量來修正模具模型。模具溫度計算部302計算在模具內澆注金屬液時的模具溫度分布。根據市售的熱計算仿真軟件來進行此計算。模具模型分析部303通過仿真來分析從金屬液接收的熱對模具的影響。這里，模具模型分析部303包含接觸面壓力計算部304、熱膨脹量計算部305、間隙量計算部306。接觸面積計算部304計算在接收到金屬液的熱而溫度上升的狀態下模具合模面(組合成對的模具時的接觸面PL面)的面壓力。此面壓力主要由模具的熱膨脹引起(另外，還有金屬液壓力的影響)，利用該面壓力來評價PL面的膨脹程度。另外，關于該面壓力，還計算每一部位的分布狀態。熱膨脹量計算部305計算PL面中的熱膨脹量。間隙量計算部306計算由于模具的膨脹而在相對的PL面上產生的間隙尺寸。間隙量判定部307判定間隙量計算部306所計算的間隙尺寸是否是所設定的閾值以下。在此例中，設定0.2mm作為閾值。顯然，該閾值根據鑄件所要求的精度、尺寸、材質而不同，所以還可以采用其它值。接觸面壓力區域設定部308根據接觸面壓力計算部304所計算的接觸面壓力的分布狀態，按照某一范圍來區分接觸面壓力的區域，并設定多個面壓力區域。反轉比例設定部309根據該區域中的面壓力來計算接觸面壓力區域設定部308所設定的各個區域中的反轉比例(例如，圖2(B)的標號IOlc所示出的反轉形狀的程度)。加工量設定部310根據模具模型分析部303所計算的熱膨脹量以及反轉比例設定部309所計算的反轉比例，計算PL面的加工量(例如，參照圖2(C)的標號109)。根據該加工量來修正模具模型生成部301所生成的模具模型。在模具模型生成部301中進行該修正。(處理的一例)以下，說明在圖3所示的模具設計裝置300中進行的處理的一例。圖4是示出在模具設計裝置300中進行的模具設計所涉及的處理一例的流程圖。當開始處理時(步驟 S401)，在圖3的模具模型生成部301中進行模具模型的生成(步驟S4(^)。在此階段進行的作業是與通常的模具模型生成相同的作業，并采用通常的三維CAD功能來進行。接著，通過計算機仿真來計算步驟S402中得到的模具模型在實際的鑄造條件下成為怎樣的溫度狀態(步驟S40;3)。該處理是采用市售的熱分析仿真軟件在圖3的模具溫度計算部302中進行的。計算出模具的溫度后，根據此溫度來分析因溫度上升而在模具中產生的變化(熱對模具的影響)(步驟404)。該處理也是采用市售的熱分析仿真軟件來進行的。在圖3的模具模型分析部303中進行此處理。在步驟S404中，進行在鑄造時成對的模具接觸面(PL面)的面壓力分布狀態的計算、鑄造時的模具熱膨脹狀態的計算、在相對的 PL面間產生的間隙尺寸的計算。接著，進入步驟S405，判定在步驟S404中計算的PL面的間隙尺寸是否是設定值 (這里為0.2mm)以下(步驟S405)。將所產生的間隙的最大值作為對象進行此判定。如果在步驟S404中計算的間隙量是設定值以下，則結束模具的設計(步驟S409)。另外，當在步驟S404中計算的間隙量是超過設定值的值時，進入步驟S406。在步驟S406中，根據在步驟S404中計算的PL面的接觸面壓力的分布狀態，將接觸面壓力的最大值作為100%，對面壓力的分布狀態進行歸一化。在圖3的接觸面壓力區域設定部308中進行此處理。圖5示出PL面中的面壓力分布狀態的一例。圖5示出從PL 面側觀察成組的模具一側的狀況。這里，斜線部分是作為PL面的區域。并且作為一例，圖 5示出圖3的模具模型分析部303所計算的PL面的3個點處的面壓力。另外，圖中的％所顯示的值是計算點處的面壓力值相對于所計算的面壓力最大值的比例(歸一化值)。圖5 作為一例示出了 3點的面壓力及其歸一化值，但實際上，在格狀劃分的多個交點中計算面壓力及其歸一化值。在步驟S406之后進入步驟S407。在步驟S407中根據在步驟S406設定的歸一化的接觸面壓力的分布狀態，來設定在圖2(B)示出其原理的反轉面設定所需的反轉比例。此時，以步驟S308中設定的面壓力為100%的區域為基準，在各個區域中進行與該區域的面壓力歸一化值成比例的反轉比例的設定。在圖3的反轉比例設定部309中進行此處理。圖 6示出該設定的具體一例。圖6與圖5相對應，示出了根據面壓力的不同將反轉率分成3 組，根據各個區域相對于面壓力最大值的比例來設定反轉率的狀態。S卩，相對于面壓力最大的區域的反轉率，面壓力74%的區域為反轉率最大的區域的74%。另外，相對于面壓力最大的區域的反轉率，面壓力的區域為反轉率最大的區域的M%。以下，說明這樣的理由。首先，面壓力大的部分表示模具彼此間按壓的力相應地大。這意味著該部分的PL面更為膨脹鼓起(例如，參照圖2)。因此，作用了較大面壓力的部分相對地增大反轉率，作用了較小面壓力的部分相對地減小反轉率，由此總體上均勻地獲得基于圖2(F)所示原理的間隙產生抑制作用。
在步驟S407之后進入步驟S408。在步驟S408中，根據步驟S407中設定的反轉率來設定模具的加工量。在此處理中，計算步驟S404中計算的熱膨脹量與步驟S407中設定的反轉比例之積作為加工量。由此，即使假設在步驟S404計算的熱膨脹量相同，也以較大的反轉量加工面壓力較大的部分，以較小的反轉量加工面壓力較小的部分。在圖3的加工量設定部310中進行該步驟S408的處理。在步驟S408之后，再次進行步驟S403以下的處理。這樣，反復步驟S403-S408的處理，直至鑄造時(熱期間時)產生的相對PL面之間的間隙成為設定值(這里為0. 2mm)以下。(評價)圖7示出了 PL面的區域A、區域B、區域C、區域D、區域E、區域F中的間隙量的實測值數據。如圖7所示，通過進行本實施方式所說明的根據面壓力設定反轉量的設計，與不進行反轉的情況相比可大幅抑制間隙量。另外，圖7還示出了完全一律地根據最大值的面壓力使反轉量相同時的數據。在此情況下，與區域F中沒有實施任何對策的情況(沒有反轉的情況)相比，間隙量急劇增大。這表示加工量相對于面壓力過大(即對凹模加工過大)， 所以反而形成較大的間隙。圖8示出了對格狀地設定測定點時的接觸面壓力值進行標繪后的數據。由圖8可知，通過采用本發明，與“沒有反轉”的情況相比接觸面壓力大的點減少。另外，圖8示出了未接觸的部分(即，面壓力是0的部分)大大減少，且在鑄造時以IOOMPa附近的值均勻地進行接觸的情況。另外，圖8示出了在全部100%反轉時面壓力不足的點增大，在獲得均勻接觸狀態這方面效果較差的情況。(優越性)可通過根據PL面的接觸面壓力設定預計了變形的反轉面，來抑制鑄造時相對PL 面之間產生的間隙。由此，能夠抑制因該間隙的產生而導致產生飛邊。另外，根據接觸面壓力的分布來調整反轉面的反轉比例，由此能夠進行與變形程度相對應的反轉面設定，抑制反轉過度而導致新產生間隙，可在鑄造時獲得更均勻的鑄造模具接觸狀態，另外，根據反轉率來劃分區域，由此與全體一律地設定加工量的情況相比可減少加工量，從而能夠縮短模具加工所需的時間。另外，通過考慮面壓力而設定反轉形狀的加工量，可抑制加工量過大而產生新的間隙的現象。假設不進行基于接觸面壓力分布的反轉面反轉比例的調整時，計算出相同熱膨脹量的部分與面壓力是否不同無關地都設定相同的加工量。這里，面壓力較大的部分是具有進一步熱膨脹的潛力的部分，面壓力較小的部分相反。因此，在相同熱膨脹量的2個部分中，當未考慮面壓力的不同而設定加工量時，面壓力較小的部分與面壓力較大的部分相比加工量過大，成為新間隙的發生原因。與此相對，通過考慮面壓力來設定反轉形狀的加工量，可抑制面壓力較小的部分中加工量過大的現象。(其它)可在反轉率的設定中反映金屬液的粘性及半凝固狀態的參數。在此情況下，在進行反轉率設定的計算中導入考慮了金屬液的粘性及半凝固狀態的系數，并利用該系數進行反轉率的調整。由此，在計算中考慮由金屬液的粘性及半凝固狀態引起的對PL面之間的間隙的影響，從而能夠成為可進一步抑制間隙產生的模具設計。也可以是分散圖3所示的各個功能以及圖4所示的各個處理后的結構。例如，也可以在連接多個計算機并利用第1計算機生成模具模型、利用第2計算機計算模具溫度的系統中實施本發明。在此情況下，本發明作為模具設計系統。根據上述典型實施例，模具設計裝置可具有計算部，其計算鑄造條件下的模具合模面的接觸面壓力的分布；以及設定部，其根據上述接觸面壓力的分布來設定上述模具的上述合模面的加工量。根據此構造，為了抑制組合起來的成對模具的相對PL面因鑄造時的變形而產生的間隙，計算在鑄造時相應的PL面上作用的面壓力，并根據該面壓力使PL面成型為凹形形狀。由此，即使在鑄造時PL面變形也能夠抑制由于凹模形狀膨脹、PL面成為凸模形狀而在模具合模面上產生間隙。另外，上述模具的加工量可以在上述接觸面壓力較大的區域較大，在上述接觸面壓力較小的區域較小。根據此構造，根據面壓力的不同來設定加工量。面壓力大的部分表示模具彼此間按壓的力相應地大。這表示該部分的PL面更為膨脹鼓起。因此，對于作用了較大面壓力的部分相對地增大加工量，對于作用了較小面壓力的部分相對地減少加工量， 由此總體上能夠均勻地獲得間隙產生抑制作用。另外，可根據作為對象的區域中的面壓力相對于上述接觸面壓力的最大值的比例來計算上述模具的加工量。根據此構造，設定反映了面壓力差異的加工量，所以總體上能夠均勻地獲得間隙產生抑制作用。另外，模具設計裝置可具有熱膨脹量計算部，其計算鑄造條件下的模具合模面的熱膨脹量。可根據上述熱膨脹量計算部所計算的熱膨脹量與上述接觸面壓力的分布設定上述模具的加工量。根據此構造，可進行考慮了面壓力大的部分與面壓力小的部分的熱膨脹狀態差異的加工量設定，所以能夠防止過大設定加工量的問題。另外，根據上述典型實施例，模具設計方法可具有計算步驟，計算鑄造條件下的模具合模面的接觸面壓力的分布；以及設定步驟，根據上述接觸面壓力的分布來設定上述模具的上述合模面的加工量。另外，根據上述典型實施例，模具設計系統可具有計算部，其計算鑄造條件下的模具合模面的接觸面壓力的分布；以及設定部，其根據上述接觸面壓力的分布來設定上述模具的上述合模面的加工量。另外，根據上述典型實施例，模具設計程序是計算機讀取并執行的程序，該程序可以使計算機作為以下進行動作計算部，其計算鑄造條件下的模具合模面的接觸面壓力的分布；以及設定部，其根據上述接觸面壓力的分布來設定上述模具的上述合模面的加工量。根據典型實施例，可抑制由于模具變形而產生飛邊。本發明可利用于鑄造技術。
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權利要求
1.一種模具設計裝置，其具有計算部(304)，其計算鑄造條件下模具的合模面的接觸面壓力的分布；以及設定部(310)，其根據上述接觸面壓力的分布來設定上述模具的上述合模面的加工量。
2.根據權利要求1所述的模具設計裝置，其中，上述設定部(310)將上述模具的合模面的加工量設定為，在上述接觸面壓力相對較大的區域，該加工量相對較大，在上述接觸面壓力相對較小的區域，該加工量相對較小。
3.根據權利要求2所述的模具設計裝置，其中，上述設定部(310)根據作為對象的區域中的面壓力相對于上述接觸面壓力的最大值的比例來設定上述模具的合模面的加工量。
4.根據權利要求3所述的模具設計裝置，其中，該模具設計裝置還具有熱膨脹量計算部(305)，該熱膨脹量計算部(30 計算在鑄造條件下模具的合模面的熱膨脹量，上述設定部(310)根據上述熱膨脹量計算部(30 所計算的熱膨脹量與上述接觸面壓力的分布來設定上述模具的合模面的加工量。
5.一種模具設計方法，該方法具有計算步驟，計算在鑄造條件下模具的合模面的接觸面壓力的分布；以及設定步驟，根據上述接觸面壓力的分布來設定上述模具的上述合模面的加工量。
6.一種模具設計系統，其具有計算部(304)，其計算在鑄造條件下模具的合模面的接觸面壓力的分布；以及設定部(310)，其根據上述接觸面壓力的分布來設定上述模具的上述合模面的加工量。
7.一種模具設計程序，其是計算機讀取并執行的程序，使計算機作為以下進行動作 計算部(304)，其計算在鑄造條件下模具的合模面的接觸面壓力的分布；以及設定部(310)，其根據上述接觸面壓力的分布來設定上述模具的上述合模面的加工量。
全文摘要
模具設計裝置、方法、系統及程序。本發明通過計算鑄造條件下的模具合模面的接觸面壓力分布并根據所計算的接觸面壓力分布設定模具合模面的加工量，來設計模具。
文檔編號G06F17/50GK102567564SQ201110319260
公開日2012年7月11日 申請日期2011年10月19日 優先權日2010年10月25日
發明者佐藤好一, 棚橋俊雄, 田島武, 阿部信雄 申請人:本田技研工業株式會社