【1970年創業】株式会社髙井金型工作所

３次元活用の変遷

zoroya-takai — Mon, 05 Dec 2022 15:32:48 +0000

｜3次元活用の変遷

時代背景・PC環境・CAD自体の進化により、我々の3D/CADの活用方法も変化してきました。
弊社においての活用の変遷を以下に簡単にまとめています。

1994．3	ユーザーニーズの多様化に対応　　　－3次元CAD／CAM　U－Ghaph　導入－
	外観意匠に自由曲面を使ったものが増えはじめ、従来の2次元、2次元半のシステムでは対応しきれなくなったことをきっかけに、サーフェイスモデル最終版であるv9を導入し、3次元化に着手した。

1995	3次元設計・製作がメインとなる
	輪郭ごとに断面を定義して、単面ごとに加工する2次元半から、画面ですべての形状を確認でき、全体を最適化して加工できる3次元に集約・一本化していった。2次元で出来る簡単なもの以外は3次元を基本としての設計・製作に切り替えていった。

1999	3次元データ支給の受注が増加
	3次元データ支給が増加してきたが、弊社の古いハード環境の演算能力不足、サーフェイスオンリーの効率の悪いモデリング、中間ファイルのエラー多発等の問題が生じるようになってきた。

2000．3	効率化を図る為のツールとして活用　　　－VISI-CAD & WORK NC導入－
2000．3	自動化3次元CAMの導入によりＮＣデータ作成時間の短縮が出来るようになった。また、CADもソリッドベースになり設計の効率が上がった。すなわち、3次元化することにより設計から加工までのリードタイムを飛躍的短縮する事が可能となった。　簡単なものであればモデリング完了した後、翌日からの加工も可能。

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CAD支給データについて

zoroya-takai — Mon, 05 Dec 2022 15:24:32 +0000

｜CADデータ支給について

金型製作においても製品のCADデータを受け渡しして行うケースが増えてきました。
この手法をうまく活用出来れば、金型設計時の工数削減に繋がり、コスト削減、納期短縮等のメリットが生まれてきます。

しかし我々にとって「そのままで使えるデータ」ばかりではなく、データの修正・手直しを加えてから製作にかかる場合が少なくありません。以下にデータを支給頂く場合に配慮して頂きたいポイントを挙げました。
御参考にして頂ければ幸いです。

Point１　抜き勾配を必ずつける　

・抜き勾配がついていないデータは修正又は新たに作成が必要。
・3次元の場合は抜き勾配を反映・修正した結果、形状自体に矛盾が生じてエラーになる場合もある

Point２　実際に欲しい寸法で設計

・実際に欲しい寸法、勘合等のクリアランスも含めた数値でのデータで作成。
・呼び寸法でモデリングしてある場合はそのままで製作すると干渉する恐れあり。（公差を考慮していない為）
・実際に欲しい寸法にしておけば、テキストは必要ない。
　互いにサポートしていない形式の場合はエラーになるだけで全く意味がない。

Point３　ボスやリブは他の形状とは別に

・通常、コアの形状面を加工する場合はボス、リブを外してから切削パスを出す為。（3次元データの場合）
・特にソリッドの場合は一旦ボス、リブを含めてしまうと取り外すのが非常に難しい。したがってボスやリブは分けて出す方が安全。

Point４　製品基準を決めておく

・修正・改造などで部分的にデータを差し込む場合解りにくい。
・特に自由曲面が多く含む3次元形状の場合、製品形状から基準出しする事は難しい。

Point５　許容値は出来る限り精度をあげる

・最終的にはCAMに渡す元データとして使うので精度は高く設定。・粗いデータは金型形状に反映し、ジオメトリエラー等のトラブル発生率が高くなる。

Point６　中間ファイル出力状態の確認

・IGESなどの中間ファイルを通す場合、うまく取り込めないケースがある。
　主にCAD同士の相性、中間ファイルバージョンの違いによって起こる事が多い。
・一旦出力したファイルは再度読んでみてどのように出力されているか確認が必要。
　出力時の設定を変えるだけで解決する場合もある。

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３次元CADってなに？

zoroya-takai — Mon, 05 Dec 2022 15:13:05 +0000

｜3次元ＣＡＤってなに？

つい一昔までは、CAD（Computer Aided Design）といえば2次元が主流でした。
しかし、最近では金型業界だけでなく幅広い設計の分野で3次元が普及してきています。
ここでは、3次元CADについての概論について述べたいと思います。

2次元と3次元の違い

マウスのモデリング例

まず、2次元は「製図」(drawing)の延長上にあるものであり、投影法による三面図で立体を平面上、XY軸に表現します。「製図」と同様に、ライン・円弧･自由曲線･点で形状を表現します。

一方、3次元は、空間、XYZ.軸の中に立体(モデル）そのものを表現します。形状の確認は、モデルを回転させたり、断面を発生させたりして行ないます。形状表現にはサーフェイス･ソリッド等を使い、2次元では全く使わない手法をとります。

見た感じは、立体のコンピュータグラフィックと言ったところです。

3次元の普及

3次元CADが使われ始めた当初は、2次元では表現しにくい複合曲面を使うデザインが増えた為、付加価値を高める目的で導入されていました。当時は、面（サーフェイス）しか使えず、１面づつ貼りつけていく効率の悪い作業でした。

しかし、ソリッド（立体）が使えるようになると、これまでは意匠面のためにだけ使われていた3次元が、設計作業の効率化に役立てるようになりました。金型設計においては、製品から型に展開する際には、ソリッドで行なうと飛躍的な時間短縮が出来るようになりました。
今や3次元は、加工までのリードタイム短縮に使う効率的なツールという認識をもっています。

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ゲートについて

zoroya-takai — Mon, 05 Dec 2022 15:05:46 +0000

｜ゲートについて

ゲートの形状・位置は、外観に出したくない、重要な寸法位置にはつけない等、製品の仕様にて制限されることが多いですが、ゲートの位置は、金型設計時にレイアウト決定の要素でもあり、一度位置を決めると後で簡単に変更できません。

また、成形の良し悪しを決定してしまう重要な要素です。出来れば、製品設計段階からの配慮がほしい項目です。

ゲート位置

■ウェルドラインの発生位置に配慮

ゲートの位置はウェルドラインの発生位置と因果関係があります。ウェルドラインは樹脂が充填時にぶつかってできるものなので、通常はゲートの反対側に出来ます。
また、穴のゲートの反対側、肉薄部にもウェルドラインは発生しやすいので注意が必要です。

■外観部のガス溜りに注意

外観部にガスの溜まり易い形状（袋小路になる箇所）がある場合は、ゲートの位置を考慮するだけで解決できる場合もあるので注意が必要。
通常ガスは深いリブ・ボスの底・ウェルドライン終点に発生しますが、これらは外観に出てこない箇所であれば対策はとりやすいが、外観部はブッシングライン等を出したくないので対策がとりにくい。

■樹脂の流動を考慮

樹脂の流動が良い位置につける方が良い。例として、薄肉部は避ける、製品の長手方向から入れる等があげられる。ピンゲートの樹脂溜りは樹脂の流動を良くする為に必ずつける。流動性が悪くなると成形の充填に影響し、保圧がかかりにくく、ヒケ、ソリ問題の原因になる。

ゲート形状

■樹脂の流動を考慮

樹脂の流動の悪い形状（小さい、細い）と成形の充填に影響し、保圧がかかりにくく、ヒケ、ソリ、フローマーク等の原因になる。

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寸法交差・製品肉厚

zoroya-takai — Mon, 05 Dec 2022 15:01:18 +0000

｜寸法公差について

通　　　　常	交差の真中若しくは実際に欲しい寸法にて設計
成形時の変形大厳しい勘合	ファーストトライ後の修正代を見込んで金型を削る方向（製品では肉付け方向）に設計する場合もある。

・修正時に肉盛り溶接又は入れ子の新調が必要で、非常に手間がかかる。
　一方金型を削る方向にしておけば、修正が簡単に済む。

｜製品肉厚について

肉厚が厚過ぎる	成形時の収縮が通常より大きくなり金型製作寸法が決めにくい。量産後の成形サイクルが長くなりコストアップの要因となる。
肉厚が薄過ぎる	樹脂の流動が妨げられて充填不良が起こりやすい。
肉厚が不均一	冷却時に均一に冷えにくくなり、ヒケや変形の原因になる。

・使用する樹脂の流動特性を考慮した上で肉厚を設定（通常1～3mm程度）
・できる限り均一な肉厚にする事が必要。
・強度が必要な場合はリブをつけて対処する事が多い。

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抜き勾配について

zoroya-takai — Mon, 05 Dec 2022 14:45:36 +0000

｜抜き勾配の必要性

射出成形品の抜き勾配は成形性（離型）、金型加工（変則パート）において必ず必要です。

製品形状としては抜き勾配を小さくしたい場合が多いですが、抜き勾配が小さ過ぎる場合は、以下のトラブルが発生しやすくなります。

成形性	製品のカジリ、ワレ、白化、変形
金　型	変則パートが焼きつきやすく、耐久性が低下

したがって成形性、金型加工だけで考えれば出来るだけ大きな抜き勾配が安全です。また、製品形状や表面処理により許容できる抜き勾配の大きさは異なりますので、必要に応じて抜き勾配を使い分けます。

製品の形状	抜き勾配
キャビの外周（通常）	1°以上
キャビの外周（シボ加工・透明部品）	2°以上　但しシボの深さ・荒さにより異なる。大きく設定するほうが安全。
コアの外周（通常）	1°以上
コア側のボス（スリーブ突き出し）	0.1°以上（場合によりストレートも可）
コア側のリブ（突出しが無い場合）	0.5°以上（理想は1°以上）
コア側のリブ（突出しが有る場合）	0.2°以上
変則パート	1°以上　　　出来るだけ大きく設定するほうが安全。

※実際には製品全体の離型バランスや大きさ、樹脂の特性を考慮して判断する場合が多いので、上記の値はあくまで参考値です。

｜抜き勾配の寸法指示について

一般に抜き勾配の加工はテーパーエンドミルを使う事が多く、こちらの方が金型加工の効率が良くなります。

角度については市販のエンドミルは0.25°～0.5°刻みで販売されていますから中途半端な角度は好ましくありません。また、先端寸法と根元寸法で指示した場合は、中途半端な角度になります。

そして、基準寸法が曖昧な表現ですと形状の解釈が数通りできますので、基準寸法は先端なのか根元なのかを明確にする必要があります。

また、抜き勾配を考慮しないで設計した場合、指示寸法から必ず勾配分ズレが生じてきますので他部品と干渉、勘合が合わないなどのトラブルが発生する恐れがあります。

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３次元活用の変遷

｜3次元活用の変遷

CAD支給データについて

｜CADデータ支給について

Point１ 抜き勾配を必ずつける

Point２ 実際に欲しい寸法で設計

Point３ ボスやリブは他の形状とは別に

Point４ 製品基準を決めておく

Point５ 許容値は出来る限り精度をあげる

Point６ 中間ファイル出力状態の確認

３次元CADってなに？

｜3次元ＣＡＤってなに？

2次元と3次元の違い

3次元の普及

ゲートについて

｜ゲートについて

ゲート位置

■ウェルドラインの発生位置に配慮

■外観部のガス溜りに注意

■樹脂の流動を考慮

ゲート形状

■樹脂の流動を考慮

寸法交差・製品肉厚

｜寸法公差について

・修正時に肉盛り溶接又は入れ子の新調が必要で、非常に手間がかかる。 一方金型を削る方向にしておけば、修正が簡単に済む。

｜製品肉厚について

・使用する樹脂の流動特性を考慮した上で肉厚を設定（通常1～3mm程度） ・できる限り均一な肉厚にする事が必要。 ・強度が必要な場合はリブをつけて対処する事が多い。

抜き勾配について

｜抜き勾配の必要性

｜抜き勾配の寸法指示について

Point１　抜き勾配を必ずつける　

Point２　実際に欲しい寸法で設計

Point３　ボスやリブは他の形状とは別に

Point４　製品基準を決めておく

Point５　許容値は出来る限り精度をあげる

Point６　中間ファイル出力状態の確認

・修正時に肉盛り溶接又は入れ子の新調が必要で、非常に手間がかかる。
　一方金型を削る方向にしておけば、修正が簡単に済む。

・使用する樹脂の流動特性を考慮した上で肉厚を設定（通常1～3mm程度）
・できる限り均一な肉厚にする事が必要。
・強度が必要な場合はリブをつけて対処する事が多い。