金型製作の設計と製造プロセスを圧縮

最新の CAD/CAM および CAE ソフトウェアにより、金型メーカーは設計を大幅にスピードアップし、高品質の金型と金型の製造サイクルを短縮できます

金型メーカーは、金型製作プロセスをスピードアップし、生産性を高めながらプロセスと製品品質を改善するというプレッシャーに常にさらされています。目標を達成するために、金型メーカーは最新の金型製作ソフトウェアを採用し、CAD/CAM および CAE の新しい技術を活用し、コンフォーマル冷却や金型製造におけるその他の重要な機能のシミュレーションを大幅に改善しています。

金型プロセスで使用されるアプリケーションは、ほとんどの主要なソフトウェア開発者による CAD/CAM ソフトウェアから、製品の適合性と仕上げ、熱性能、主要な差別化要因の詳細なシミュレーションと分析を提供する高度な CAE ソフトウェアにまで及びます。これらの金型作成パッケージの中には、設計者のメインの CAD/CAM ソフトウェア内で実行できる統合パッケージがあり、設計からシミュレーション、および部品の可能性の分析に簡単に移行できます。

迅速かつ正確に

マスターカム CAD/CAM ソフトウェアの開発者であり、CNC Software Inc. (コネチカット州トーランド) のシニア マーケット アナリストである Ben Mund 氏は、金型メーカーの主要なソフトウェア要件はここ数年一貫しており、主に生産性の向上に重点を置いています。 「その必要性はプロセス全体に広がり、CAD/CAM ソフトウェア開発で見られるトレンドを推進しています。つまり、マシン上で高速化、マシン外で高速化、可能な限り高い品質を実現することです。

「もう 1 つの成長傾向は、製造業におけるコネクティビティです。ソフトウェア、機械、製造現場のプロセスがすべて相互に通信できるようにすることです」と Mund 氏は述べています。 「CAM を使用すると、ツーリング ライブラリ、検査、ショップ モニタリング、およびその他の項目への接続でそれがわかります。これはすべて、店舗がデジタル マニュファクチャリングへの移行に向けて準備が整っていることを確認するための一部です。」

Mund 氏によると、生産性の追求の鍵は効率的な CAD/CAM システムであり、ユーザーが作業を迅速かつ簡単に行うための多数のツールを提供するものです。 「それは CAD から始まります。ショップでは、コンセプト モデルやパーツ モデルを生産金型に変換するのに役立つ特殊な CAD ツールの必要性が高まっています」と Mund 氏は述べています。 「これは、モデルの準備、ソリッド モデルの修復、ギャップの充填、治具の作成、および電極、コア/キャビティ モデルの分離、パーティング ラインの作成などの高度に焦点を絞ったニーズのための設計ツールを意味します。すべてのことは、ツールが金属に触れる前に行う必要があります。」

在庫が機械に搭載されると、ショップはサイクルタイムの短縮を積極的に推進し続ける、と彼は付け加えた。 「金型メーカーが注目する最大の領域の 1 つは、バルク材料をニアネット シェイプに除去する最も効率的な方法です。 「スマート」荒加工ツールパスの進歩により、加工時間が劇的に短縮され続けています。もちろん、最終的な金型の精度と品質が最も重要です。ここでは、ショップは新しいツールパス モーションだけでなく、プログラミング ソフトウェアでサポートする必要がある新しいツールにも注目しています。」

CNC Software の「CAD for CAM」準備ツールのような機能は引き続き注目されていると Mund 氏は述べ、同社は今後の Mastercam リリースで、金型メーカーがモデルを迅速かつきれいに修正し、穴をパッチし、CAD モデルのエラーを修正するのに役立つ新しいツールを提供する予定であると述べました。それらが与えられます。 「これらの問題は長い遅延を引き起こす可能性があり、それらを最小限に抑えることで、金型をできるだけ早くマシンに乗せることができます。」

Mastercam の Dynamic Motion エンジンに加えて、ソフトウェアには Accelerated Finishing と呼ばれる新しい NC プログラミング技術もある、と Mund 氏は付け加えた。 「これにより、ショップは新しい形状のツールを意図したとおりに使用できます。工具メーカーと緊密に協力して、楕円形カッター、バレルミル、テーパーカッター、レンズ型カッターなどを対象とした切削戦略を開発しています」と彼は言いました。 「これらのカッターを正しくプログラムすると、小径工具の有効切削半径が大きくなり、サイクル タイムの短縮、表面仕上げの向上、またはその両方が可能になります。」

より簡単でスマートなソリューションを見つける

Moldex3D CAE スイートの金型製作の開発者である CoreTech System Co. Ltd. (Farmington Hills, MI, and Hsinchu, Taiwan) の社長兼共同設立者である Anthony Yang 氏は、金型設計者とビルダーの間でソフトウェアの使いやすさがトップにランクされていると述べています。シミュレーション アプリケーション

コンフォーマルクーリングなどの機能により、プラスチック射出成形の製造プロセスがより簡単かつ効率的になりますが、ユーザーははるかに使いやすいソフトウェアを求めているとヤン氏は述べています。 「現在の傾向は、DFM [Design for Manufacturability] を使用した事前シミュレーションです」と彼は付け加えました。「もう 1 つの主な傾向は、ソフトウェアをよりスマートにすることです。」

今日のソフトウェアでは、ユーザーは境界条件をより簡単に設定してメッシュを作成できます。 「金型がどのように反応するかをシミュレートし、熱がどこから来ているかを特定する必要があります。設計するのは簡単ではありません。」ソフトウェアが使いやすくなればなるほど、より迅速で効率的な金型設計プロセスを可能にする優れたユーザー インターフェイスを探している金型製作者にとって有利になります。

CoreTech の Moldex3D ソフトウェアは、主にエンジニアリング部門で使用されていますが、部品設計者によっても使用されています。 Moldex3D ソフトウェアは、Siemens PLM の NX Mold などのソフトウェアと統合されており、同社は、Dassault Systèmes の Solidworks や PTC の Creo CAD/CAM ソフトウェアなどの主要な開発者の製品とも連携しています。

フォルシア インテリア システム インディア Pvt. Ltd. (インド、プネー) は、自動車のシートとインテリアの設計を行う会社で、Moldex3D シミュレーションを使用して、プラスチック射出成形されたインテリア パーツの反りを低減し、寸法精度を向上させました。同社はダッシュボード センター コンソール フェイシアの 1 つでこのソフトウェアを使用し、次のような結果をもたらしました。部品のたわみを減らして、ギャップと面一を部品アセンブリの公差内に十分に維持します。ツールのチューニング コストを 68% 削減。伝統的に高いスクラップ率を無視できる数まで下げる。これは、Moldex3D の反り予測シミュレーションによって部分的に可能になりました。

複雑さがプロセスを推進

複雑な製品のためのツールが増加するにつれて、金型工場は他の製造業者とともに高度な製造プロセスに目を向けています。 Siemens PLM Software (テキサス州プラノ) の NX 製品マーケティング マネージャーである Himanshu Iyer 氏は、次のように述べています。製造業者にとって最も重要なことは、「エラーがあったとしても、設計サイクルのできるだけ早い段階で確実に把握することです。プロセスの後半でそれらに対処するのにどれだけ費用がかかるかは誰もが知っており、プロセスをより効率的にする必要があります。」

OEM とサプライヤ間のコミュニケーション不足は、製品開発の過程で苦痛をもたらすことがよくあります。 「問題の 1 つは、設計段階の早い段階でお客様が関与することです」と、NX Mold Wizard のプロダクト マネージャーである Daks Azagappan 氏は述べています。 「製造可能性の問題をすべて検討する必要があります。彼らが非常に密接に働かない限り、時間とお金がかかります。多くのお客様、ほとんどのツール ショップから、早い段階で OEM とどのように連携すればよいか尋ねられます。」

Moldex3D エンジンを搭載した NX の CAE ツールを使用すると、ユーザーはメッシュを改善して全体的な設計を改善できます。 「過去には、トライアウトを経験することがありました」とアザガパンは言いました。 「彼らが直面している問題は反りです。 1 つのことは、設計に戻って冷却を変更することです。 NX 10 に追加されたメッシュ トランスフォーマーにより、ユーザーはメッシュを最適化し、その情報を CAD 環境に取り込むことができます。

最新のツールを使用すると、ユーザーは設計段階と CAE ソフトウェアの 2 段階でメッシュ変換を行うことができます。 Moldex3D のモールドフロー解析により、「多くの機能が NX に統合されています」と Azhagappan 氏は付け加えました。

NX CAM の高速加工技術は、金型製作の生産性を向上させ、高速技術で加工時間を短縮する上でも大きな役割を果たしていると、Siemens のプロダクト マーケティング マネージャー、製造ソリューションおよび NX CAM である Sashko Kurciski 氏は述べています。 「場合によっては、加工時間を 60% 短縮しています」と彼は言います。 「[また] 工具寿命を 4 倍に延ばすことができます。」

最新の NX 12 CAM により、シーメンスは、コンポーネント技術を使用する社内開発の高速荒加工戦略を追加しました。 「これは私たちにとって新しい技術で、Volumill に似ていますが、場合によってはより優れています」と Kurciski 氏は述べています。 「これはアドオンではありません。」

アディティブ技術も重要な要素です。 「私たちの意見では、ツール業界にいくつかの影響を与えるでしょう。それらの領域の 1 つは等角冷却です」と Iyer 氏は述べています。 「付加的な手法により、顧客はすでに物事について別の考え方をしていることがわかります。」

市場に出回っているハイブリッドのサブトラクティブ/アディティブ マシンの利点は、マシンのいずれかの側、およびそれらの側の間でプロセスを自動化できることです、と Kurciski 氏は述べています。ショップは、内部冷却チャネルを備えた添加剤側で金型を構築できます。その後、「同じマシンを使用して、金型に必要な高品質の表面を実現できます。」

加工の高速化、AM の追加

金型製作者にとって加工の高速化は重要であり、CAD/CAM 開発者はそれを達成するための複数の方法を提供しています。 Autodesk Inc. (カリフォルニア州サンラファエル) の PowerMill のプロダクト マーケティング マネージャーである Clinton Perry は、次のように述べています。 「彼らは顧客の期待に応えるという課題に日々直面しています。納期の短縮、部品の品質の維持または向上、コストの最小化など、すべて [高] レベルの顧客サービスを提供するためです。同時に、金型メーカーは、競争力を高める可能性のある新しい技術の種類に注意を払う必要があります。」

これらの要求を満たすために、金型メーカーは、顧客の設計を高品質の金型に迅速に変換するソフトウェアを必要としています。 「スピードは間違いなくここでの最大の課題です。 CAD/CAM/CAE ソフトウェアは、設計、シミュレーション、および製造ワークフロー全体を合理化して、市場投入までの全体的な時間を短縮する必要があります」と Perry 氏は述べています。 「ハードウェア機能の向上 (64 ビット プロセッサ、マルチコア、クラウド コンピューティングなど) は確かに役に立ちましたが、もっと根本的なものがあります。オートデスクおよびその他のソフトウェア企業は、顧客モデルをインポートし、それらを使用可能なツールに迅速に変換するのに役立つモデリング ツールの開発を続けています。このプロセスでは、インポートされたデータの障害を修正するために、ある程度のモデル修復作業が必要になることがよくあります。」

Autodesk PowerShape などの CAD モデリング製品は、修理が遅れるのを防ぐためのツールを提供している、と彼は付け加えた。最も有能なモデリング ソフトウェアは、インポートされた CAD ファイルを分析して、ダウンストリームの製造を複雑にする可能性のある問題を特定して (自動的に) 修正することができ、サーフェス、ソリッド、およびダイレクト モデリング ツールを使用すると、金型メーカーは顧客の設計をツールに迅速に変換できます。

もう 1 つの主要なトレンドは、物理ベースのシミュレーションです、と Autodesk シミュレーション ビジネス ライン マネージャの Mark Hennebique 氏は述べています。シミュレーションにより、鋼のブロックを機械加工する前に設計を「承認」することができます。

Autodesk Moldflow の解析ツールのようなシミュレーション ソフトウェアを開発プロセスで使用すると、設計の初期段階で部品設計の製造可能性と金型ツールのパフォーマンスを最適化することができます、と Hennebique 氏は述べています。 「シミュレーションにより、成形サイクルと部品の品質への影響を確認するための迅速なフィードバックにより、複数の設計を試してテストすることができます。ゲート位置、肉厚、成形プロセス、冷却回路の設計、材料特性などの変数はすべて、迅速なフィードバックを使用して修正できるため、金型が最初の成形サイクルで期待どおりの結果をもたらすという確信を得ることができます。」

Moldflow の最新リリースでは、ユーザーは公開材料データベースで 10,000 を超える材料にアクセスできるようになりました。 「より多くの材料にアクセスできるようになると、ユーザーは製造プロセスが最終部品の形状と製造可能性に与える影響を確認できるようになり、プロジェクトのニーズを満たすために適切なプロセスと材料の組み合わせを選択できるようになります。ユーザーは、ソルバーの速度から操作速度に至るまで、その他のパフォーマンスの向上も確認できるため、ソリューションへの移行がさらに容易になります。」さらに、Moldflow には Autodesk Fusion 360 が付属しており、相互運用性が改善され、CAD/CAE 機能にアクセスして設計を反復し、データを共有できるなど、さまざまなメリットがあります。

製造ツールとしての 3D プリントの出現により、金型メーカーは金型の設計と製造方法を変更する機会が得られる、と Perry 氏は付け加えました。 「1 つの優れた例として、3D プリントを使用して、成形されるフォームにより近い冷却回路を含む金型を設計しています。これらのコンフォーマル冷却回路により、成形サイクル時間を短縮できます。」 Perry 氏によると、Fado のような金型メーカーは現在、オートデスクの設計および製造ソフトウェアを使用して、ますます多くの金型にコンフォーマル冷却を追加しています。

新しい金型モジュール

Vero Software からのもう 1 つの新しいアップデートは VISI 2018 R1 で、VISI の Assembly-Ng テクノロジに基づく新しいモールド ツール モジュールが導入されています。この再開発されたモジュールは、サプライヤーおよび非標準のツール構成を構築する際の柔軟性を高めます。ブランクおよびドリル加工済みのプレートの管理を含むカスタマイズ可能なテンプレートにより、ツールのレイアウトを簡単に作成し、どの設計段階でも編集を強化できます。

「新しいモールド ツールは、ツールの作成と高度な編集の両方において、より高いレベルの柔軟性を提供します。これにより、ツール設計のどの段階でも調整が可能になります。プレートの調整が行われると、コンポーネント キャビティの製造データを含め、すべてのアセンブリ コンポーネントが自動的に更新されます。

プラスチック フローの反り予測モジュール内で機能強化が行われ、複雑なテクニカル ポリマーの結果の精度が向上しました。これらの改善は、保有フェーズのアルゴリズムを完全に見直したことによって達成されたと同社は述べています。圧力と流量の計算調整を新しい形状ソルバーと組み合わせることで、プロセスの計算時間を最大 40% 短縮できます。

シミュレーションの検証

金型設計者は公差が厳しいため、小さなエラーやガウジを防ぐことが重要であると、CGTech (カリフォルニア州アーバイン) の Vericut プロダクト マネージャーである Gene Granata 氏は述べています。 「通常、金型プログラムは多数かつ大規模であるため、機械を稼働させ続けるにはオフライン検証が重要です。ユーザーはバッチ プロセスでシミュレーションを実行して、[すべての] NC プログラムが期待どおりの最終金型を作成することを確認できます。また、金型の作成に利用できる製造方法が増えることで (機械加工、AM、EDM 型彫りなど)、シミュレーション ソフトウェアは貴重な情報を提供し、ショップが製造時間を予測し、最適な生産速度を維持するのに役立ちます。」

圧縮されたタイム スケジュールは、金型メーカーがより効率的かつ迅速に作業する方法を探していることを意味します、と彼は付け加えました。 「Vericut Force は物理ベースの NC プログラムモジュールで、切削条件をマイクロ分析し、プログラムの送り速度を最適化して理想的な切りくずの厚さを実現しますが、工具の力の限界や機械のスピンドル出力を超えることはありません。力の最適化は、特定の切削工具、素材、および加工条件に対して可能な限り最も効果的な NC プログラムを作成します。その結果、大幅な時間の節約、より優れた表面仕上げによる高品質の部品、および切削工具と機械の寿命の改善が実現します」と彼は言いました。

金型メーカーの間で AM への関心が高まっていると Granata 氏は述べています。また、新しい Vericut Additive Module は、新しいハイブリッド CNC マシンでの追加材料の堆積と従来の機械加工機能の両方をシミュレートします。 「ハイブリッド マシンで AM を使用すると、特定の精密金型の作成と金型の修理をより簡単かつ迅速に行うことができます。そして、アディティブ プログラミング ソフトウェアの機能が向上するにつれて、新しい傾向が見られます。意図した最終部品を作成するという信頼を得るために、任意の製造プロセスを任意の順序でシミュレートしたいという欲求です」と Granata 氏は述べています。 「ユーザーは当社のソフトウェアを利用して、すべての NC プログラムが CNC マシン上で正しく最適に実行されるようにしています。最高の仕事をするために、ユーザーは、マシンを駆動するのと同じ NC コードで駆動されるシミュレーション ソフトウェアを選択する必要があります。これにより、可能な限り最高レベルの検証が保証されます。