[4] 知識ベースのゲート・システム設計と解析の連携鹿取事務所鹿取貞夫はじめに Cast-Designer は有限要素法（FEM）による、精度の高い、複数の方案を短時間に作成して比較検討し、ダイカスト設計と解析を高速化するソフトウエアである。設計初期段階で、下流工程の情報をゲート・システム設計に反映できる。Cast-Designer はそれを可能にする設計と解析の連携システムを持つ、業界唯一のソフトウエアである。 Cast-Designer は①ゲート・システムを設計する CAD 機能「Cast-Designer Basic」と、②高度のダイカスト解析機能「Cast-Designer CPI」の 2 つのプログラムから成る。それぞれを別々に提供することも可能である。 Cast-Designer “Basic”は高圧ダイカスティングのゲート面積と配分を知識ベースに基いて自動的に計算する。次いで、オーバフロー、ベント、ランナ、スプルーの設計を行う。今回はこのゲート・システム設計機能について説明する。設計の基本的な手順 Cast-Designer Basic による、ゲート・システム（ゲート、ランナ、スプルー、オーバフロー、ベント）設計は、次の基本的な基準と手順に従う。作成された初回のゲート・システム方案を、解析システム Cast-Designer CPI で高速に解析する。結果を Cast-Designer Basic に再帰して修正を加える。この時、後工程で予想される問題の解消を図る。その連携を実際に可能にするため、複数回の解析を短時間で遂行できる高速のファスト・メッシュ解析法が Cast-Designer にある。ダイカスト・システム解析の目的は最適加工条件の探索にある。それは結局、加工設定とゲート・システム設計の間でする試行錯誤のプロセスなのである。ゲート・システムを設計するカスティングの重量、肉厚からインナゲート（湯口）の面積が自動的に算出され、分岐に従って適正配分される。材質、マシン、プランジャ直径、肉厚にもとづく速度が考慮されている。オーバフロー、ベントは標準モデルを修正して配置する。ランナ、スプルーには線描のドラフト設計、および、断面サイズ、形状等を自在に修正、移動できる弾力的な CAD 機能がある。以上の設計は初心者も 10 分以内で完了できる。既存方案のテンプレート集を利用すれば数分で全ての設計を完了する。別途提供されているワンボタン設計テンプレート集は、新規方案を瞬時に試作するツールである。パラメトリックに修正して数分で方案を完成する。ランナ・システムを設計するランナ・デザインは、プランジャ、ショット・スリーブ、圧力を参照する。ホットチャンバの場合はノズル・サイズを参照する。マシン条件の適否検討またはマシンの選択は P-Q プロット（図 1）を利用して「プロセス・ポイント（赤線ボックス内）」を求める。殆んどのメーカーのマシンのデータがライブラリにある。無い場合は、類似マシンから数値を利用する。 Cast-Designer は P-Q プロットによる速度、圧力、マシンの検討を推奨する。カステスティング図形形を考慮: カススティング・シスステムの設計は、コア・スライド、冷なカステ却チャャネル、特に肉肉厚、形状と位置が微妙なィンググ・フィーチャ、キキャビティ数、取出しのそれれぞれを考慮する必要があある。カスティンング終了後のの、操作、バリ除除去、ゲート外外しも考慮する必要があるる。このため、設設計と解析の間を迅速に往往復する必要要がある。にこれらの往復復と調整 Caast-Designer には短時間にの完了了する十分なな速度がある。。設計者はここの時、次のこことに留意するる必要があるる。ランンナは均一なフロー・レートトを確実にするる。ベストの加圧圧、安定的ななメタル圧およよび速度を維持することを目目指す。ベンントとオーバフフローは充填状状態に直接影影響するので設設計段階で十十分検討するる。コストにも影影響する。図 1 PQ プロロットマシンンの制御特性性を考慮してエエアとガスのコンントロールをははかる必要があある。これらのの全てを Castt-Designer CPI C で解析しして設計に反映映する。ーザーは、製品品の外観またたは機械的特特性のいずれかか、またはそのの間の比重をを考慮し、たとえば、ユー ①でききるだけ高い金金型温度、② ②できるだけ高高い鋳造温度度、③できるだだけ速い射出出速度を試行行し、関連するゲート・シシステム、たとええば、ゲートのの厚さを即刻変更する。ああるいは、加工工条件の一部部を再検討することになるる。特特色あるドララフト設計機機能これれは他の CAD D システムにはは無い、Castt-Designer の新しいコンセのセプトでである。設計者はアイデデアの線を紙のの上に描き、ススキャンしてココンピュータに送るかか、ペイント・ソソフトを使っててコンセプトを Cast-Design ner に送る。（図 22） Bittmap またはベベクタで作成ししたドラフトを C CAD ベクタとしてシステムにに読み込込んだ後は自自由変形、移移動、ズーム/パパンなどを実行する。ラフト・デザインンをベ図 2：ドラクタでローードして CAD D 部品に変換ゲゲート・システテム・アドバイイザート・システムム設計インタフェース（図 3）には、メイン・インタフェーススと、いくつかののサブ・メニューーがあゲーる。ゲゲート設計、ラランナ設計、ススプルー・ランナナ設計、ショッック・アブソーババ設計、プロジジェクト管理オオプションおおよびワンボタンン設計モジューールである。ここれら全部を使使う必要はなないが、設計アアドバイザは全全ての点である。新規設計の開始点設計アドバイザは充填時間とゲート断面面積計算に使う。また、ショット・マシン選択と P-Q 評価を支援する。充填時間決定の計算は良く知られている J.F.Wallace と E.A.Herman の NADCA 充填時間方程式である。最終設計結果は（図 4）の設計シートに抽出される。キャビティ数と各ランナに対する速度比率はさらに調整できる。（左）図 3：ゲート設計インタフェースとウィザード（右）図 4：アドバイザの結果を示す設計シートカスト・ゾーン定義カスト・ゾーン定義は便利なツールである。カスティング図形の詳細を必要とせず、充填パターンを表わす。複数ゲートまたは複数キャビティの充填バランスを検討できる。（図 5）図 5：カスト・ゾーン定義 (左) カスト・ゾーン設計テーブル（中）メッシュ・モデル（右）ユーザー定義のカス・ゾーン色分けランナ設計一つのカスティング・システムに複数のランナを付けることができる。ランナはゲート・ランナと複数のメイン・ランナを結合することができる。（図 6）を参照。たとえば、一つのランナに 6 個のセグメントがある（色分け表示）。各セグメントには多数の断面がある。これらは次のように樹状に構成される：コントロール点/断面/セグメント/ランナ/ランナ・システム/ ゲート・システム/カスティング・システム。全ての断面のパラメタは図形テーブルでコントロールできる。ランナ設計のインタフェース（図 7）はフル・パラメトリックで設計されている。最初のテーブルは複数ランナ設計をサポートするためのランナのリストである。ユーザーは以下の操作ができる。移動/回転/ミラー/押出、ランナを結合、ランナを分割、セグメントを結合。図 6 のランナ構造表示 Cast-Designer は四辺形と台形の 2 種類の断面プロファイルをサポートしている。さらに複雑な形状に調整できる。点のリストにランナ断面の全てのパラメタがある。これは Excel 表のように自由に編集できる（図 8）。図 8 ランナの断面プロファイル図7 ランナ設計インタフェースワンボタン・ゲート・システム以上の説明はゲート・システムの標準設計法である。これに対して、Cast-Designer は別途、全く新しい設計方法を提供する。ワンボタン設計である。豊富なゲート・システム・テンプレート・ライブラリがあり、ここから最も近いデザインをピップアップして設計を開始する。主要寸法を入力するとゲート・システムが自動的に生成される。設計は非常に簡単、迅速に完了する。通常の 5 倍から 10 倍速い。設計されたシステムは標準設計と全く同質である。テンプレート・ライブラリワンボタン設計用のテンプレート・ライブラリ（図 9）は CDGL (Cast-Designer Gating system Language)で作成されている。Cast-Designer ユーザーが通常の操作結果を再使用のため保存しておくテンプレートとは別であることに注意。 HPDC と重力カスティングの両方が用意されている。 Step 1: 設計ウィザードを使うゲート面積、ピストン直径、一般的加速比を標準設計インタフェースで定義する（図 10）。 Step 2: ライブラリからテンプレートを選択適切なゲート・システムをライブラリから選択。複数の案を選択して、それぞれを Cast-Designer CPI（解析機能）で検討評価する。非常に複雑なゲート・システムには、複数のゲート・システムまたはテンプレートを結合することができる。 Step 3: 図形パラメタを修正寸法を編集する方法は普通の CAD と全く同じ。リアルタイムのプレビューができる（図 11）。 Step 4: 結果を一般設計環境に送ってさらに修正これはオプションである。そのゲート・システムが特殊か、特別な修正が必要な場合、クリック一つで標準設計環境に送ることができる。図 9 ワンスボタン設計用の HPDC ゲート・システム・テンプレート図 10 ワンボタン設計パラメタ図 11 ワンボタン設計パラメタ・テーブルおわりに現在、殆どのユーザーがゲート・システムを自社所有の CAD で行っている。その CAD システムにはダイカスト・ゲート・システム設計の支援機能は無い。CAD データには多くの欠陥があって、再三の手戻りを要し、解析への準備時間を延々と長引かせる。これを Cast-Designer による設計に置き換えれば、時間と労力を大きく節減できる。初心者が設計し、熟練者がその先に進めれば、人員の養成と効率化を図れる。電卓片手の設計ははるか前時代のものとなった。鹿取事務所：〒222-0002 横浜市港北区師岡町 1062-3 メール：[email protected] 開発元（資料提供）： C3P International Software Co., Ltd. USA, Hong Kong, Quanzhou