この紹介記事は、[Journal Publication of International Research for Engineering and Management (JOIREM)]によって発行された論文["単一キャビティ圧力ダイカスト金型の設計：自動車部品用アルミニウム合金（AlSi-12）のCADツールとHPDC技術による製造"]の研究内容を紹介するものです。
1. 概要:
- タイトル: Design of Single Cavity Pressure Die Casting Die for Automotive Part of Aluminum Alloy (AlSi-12) Using CAD Tool & Its Manufacturing by HPDC Technology
- 著者: Rakesh Bandane, Vaibhav Bankar
- 出版年: 2022年5月
- 出版ジャーナル/学会: Journal Publication of International Research for Engineering and Management (JOIREM)
- キーワード: 単一キャビティ圧力ダイカスト金型, UNIGRAPHICS NX
2. 概要 / はじめに
概要
「製造業者は、高圧ダイカスト技術で説明される製造プロセスを使用して、金属部品のシャープで明確なテクスチャまたは滑らかな表面を作成できます。この技術のメカニズムは、溶融金属を27〜45 m/sの速度で再利用可能な金属ダイに強制的に注入します。製造業者は、部品を製造するために選択された金属の種類に基づいて、ホットチャンバー法またはコールドチャンバー法を使用して金属をダイに注入します。設計者は、経済的に成功する鋳物を製造するために、多数の製造性関連の要素をダイの設計に組み込む必要があります。この全体的な設計目標を達成するために、ダイは溶融金属で完全に満たされ、溶融金属の迅速かつ一貫した凝固、部品は損傷することなくダイから容易に排出され、部品は最小限のダイ構造とダイメンテナンスの困難さを必要とし、部品は顧客の公差要件を満たします。部品製造の適切な見積もりは、入札調達と製造リードタイムの短縮に不可欠です。このプロジェクトでは、単一キャビティ圧力ダイカスト金型の製造における設計上の考慮事項について簡単に紹介します。PDCツールの見積もりから出荷までのプロセスフローについて説明します。UNIGRAPHICS NXソフトウェアは、設計で行われる作業に使用されます。」
はじめに
本稿では、単一キャビティ圧力ダイカスト金型の設計と製造に関する考察を詳述し、アルミニウム合金（AlSi-12）製の自動車部品製造への応用を強調しています。金属金型に加圧溶融金属を射出成形するダイカストは、重力に依存する永久金型鋳造とは対照的に、高速金属流動により複雑な形状を製造できる能力が強調されています。プロセスには、金型の閉鎖とロック、プランジャーまたはポンプによる溶融金属の供給、および完全な金型充填とベントからの空気排出を確実にするための制御された射出速度が含まれます。凝固中は圧力が維持され、その後、金型が開かれ、鋳物が排出されます。サイクル的な金型洗浄と潤滑はプロセスに不可欠です。圧力ダイカスト（PDC）ツールの見積もりから出荷までの設計プロセスは、UNIGRAPHICS NXソフトウェアによって促進されます。
3. 研究背景:
研究トピックの背景:
本研究は、特に複雑な形状を必要とする部品の大量生産における高圧ダイカスト（HPDC）の重要な役割に取り組んでいます。従来の砂型鋳造は大量生産には非効率的であると見なされ、HPDCのようなプロセスが必要となります。HPDCの金型設計は、最適な設計構成を得るために金型レイアウトと流れシミュレーションを最適化するために、CADとCAEの専門知識を必要とする、重要かつ複雑なタスクとして特定されています。
既存研究の現状:
既存の製造プロセス（永久金型鋳造など）はダイカストと比較され、圧力によって誘導される高速金属流動による複雑な形状の製造におけるダイカストの利点が強調されています。本稿では、特定の用途向けの設計プロセスを最適化することに焦点を当てながら、ダイカスト技術の確立された性質を暗黙のうちに認めています。
研究の必要性:
本研究は、ダイカストの効率的かつ経済的な生産の必要性に動機付けられています。成功する鋳物を実現するために、金型設計における製造性関連の要素を考慮することの重要性を強調しています。適切な設計により、完全な金型充填、迅速かつ一貫した凝固、容易な部品排出、最小限の金型構造とメンテナンス、および顧客の公差要件の遵守が保証されます。正確な製造見積もりは、費用対効果の高い入札調達と製造リードタイムの短縮に不可欠です。
4. 研究目的と研究課題:
研究目的:
本研究の主な目的は以下のとおりです。
- 「金型のレイアウトを決定するためのプロセスの種類と性質を研究すること。」
- 「金型設計のパラメータを特定すること」
- 「凝固と充填のためのコンポーネントのフロー解析を実施すること」
- 「鋳造における潜在的な欠陥に関する懸念領域を特定すること」
- 「ゲート/ランナー/フィーダーシステムのタイプと場所を決定すること」
- 「良質な部品（欠陥なし）を実現するための金型を設計すること」
- 「設計を検証するための実験のための試行とテストを実施すること」
主な研究課題:
本研究は、単一キャビティ圧力ダイカスト金型設計に関連する主要な課題に取り組むことを目的としており、以下が含まれます。
- HPDCにおける金型レイアウトと設計に影響を与える重要なパラメータは何ですか？
- フロー解析は、金型内の部品の凝固と充填を最適化するためにどのように効果的に利用できますか？
- ダイカストにおける潜在的な欠陥領域は何ですか？また、金型設計はこれらをどのように軽減できますか？
- 単一キャビティ金型に最適なゲート、ランナー、およびフィーダーシステムの構成は何ですか？
- 最適化された金型設計を通じて、欠陥のない高品質の部品をどのように実現できますか？
- 実験による設計検証は、金型の性能と鋳造品質をどのように保証できますか？
5. 研究方法
研究デザイン:
本研究では、単一キャビティ圧力ダイカスト金型の設計と製造プロセスに焦点を当てた設計ベースのアプローチを採用しています。UNIGRAPHICS NXソフトウェアを使用したCADモデリングを統合し、自動車部品（カバーCJ 145 mm LEFT & RIGHT）用の金型を設計します。設計プロセスは、部品仕様の理解からプロセス検証まで、構造化されたアプローチに従います。
データ収集方法:
データ収集は設計プロセスに暗黙的に含まれており、主に部品仕様（「部品名：カバーCJ 145 mm LEFT & RIGHT」、「129500 & 129520」）、材料選択（「材料：アルミニウム合金」）、および運用パラメータ（「作業指示番号：1023005」、「顧客名：Akar Industries Pvt. Ltd., Nagpur。」）が含まれます。本研究では、確立されたダイカスト設計原則とガイドラインもデータソースとして使用しています。
分析方法:
分析方法には以下が含まれます。
- フロー解析: 「凝固と充填のためのコンポーネントのフロー解析を実施すること」が目的としてリストされており、計算流体力学（CFD）または同様のシミュレーション技術が使用されている可能性を示唆していますが、提供されたテキストでは明示的に詳述されていません。
- 設計計算: ゲート設計、ランナー設計、締付力、およびダイカスト機選定の計算は、確立された公式と経験的データに基づいて実行されます。
- 設計検証: 「設計を検証するための実験のための試行とテストを実施すること」は、設計された金型の性能を検証するために、設計された金型の物理的な実験とテストを示唆しています。
研究対象と範囲:
本研究は、アルミニウム合金（AlSi-12）製の特定の自動車部品「カバーCJ 145 mm LEFT & RIGHT」用の単一キャビティ圧力ダイカスト金型の設計に焦点を当てています。範囲は、概念化から製造上の考慮事項と検証まで、設計プロセス全体を網羅し、UNIGRAPHICS NXソフトウェアを主要なCADツールとして利用しています。本研究は単一キャビティ金型設計に限定されており、多キャビティ金型やその他のダイカストのバリエーションは明示的に調査していません。
6. 主な研究成果:
主な研究成果:
本稿では、単一キャビティ圧力ダイカスト金型の設計プロセスと計算について詳述しています。主な成果は「3. 設計計算」セクションに示されており、以下が含まれます。
- 金型データ: 材料（アルミニウム合金（AlSi-12））、収縮率（0.6％）、突き出しストローク（43mm）、金型サイズ（620x580x392mm）。
- ゲート計算: ゲート横断重量（588g）、最小肉厚（2.50mm）、充填時間（0.06秒）、ゲート速度（4000cm/秒）、ゲート面積（0.98mm²）、ゲート長（302mm）、ゲート厚さ（0.83mm）、オーバーフロー開口面積（100％）。計算されたゲート面積は後に41.85 mm²に修正され、ゲート厚さは1 mmに修正されました。
- ダイカスト機選定: 機械タイプ（400T）。
- ランナー計算: ランナー面積（125mm²）、ランナー厚さ（8 mm）。
- 材料計画: 部品、寸法、材料、および数量を詳述した部品表（表1）。
- プロセスフロー（フローチャート）: 「設計入力」から「設計変更」までの7段階のプロセスフロー（図は明示的に名前が付けられていませんが、「プロセスフロー（フローチャート）」として説明されています）。
- 組立図: 固定側組立図、可動側組立図、エジェクタ組立図、供給システム、および分解組立図の図（図7.1.3、7.1.4、7.1.5、7.1.6、7.1.7）。
提示されたデータの分析:
設計計算セクションでは、金型パラメータを決定するための体系的なアプローチを示しています。ゲートとランナーの計算は、流体力学の原理と経験的な比率に基づいています。機械の選定は、投影面積と射出圧力から導き出された締付力要件に基づいています。部品表は、金型組立に必要な部品の包括的なリストを提供し、製造と調達に不可欠です。プロセスフローチャートは、設計レビュー、検証、および妥当性確認の段階を組み込んだ構造化された設計プロセスを概説しています。組立図は、金型設計を視覚的に表現し、その構造と動作の理解を助けます。
図の名前リスト:
- 図 7.1.1 固定インサート
- 図 7.1.2 可動インサート
- 図 7.1.3 固定側組立図
- 図 7.1.4 可動側組立図
- 図 7.1.5 エジェクタ組立図
- 図 7.1.6 供給システム
- 図 7.1.7 分解組立図
7. 結論:
主な調査結果の要約:
本研究では、CADツールを使用して自動車部品用の単一キャビティ圧力ダイカスト金型を設計し、製造上の考慮事項を詳細に説明しました。主な調査結果には、ゲート、ランナー、締付力、および機械選定のために計算されたパラメータ、構造化された設計プロセスフロー、および包括的な部品表が含まれます。本研究は、UNIGRAPHICS NXの金型設計への応用を強調し、アルミニウム合金（AlSi-12）自動車部品用の金型設計の実用的な例を提供します。
研究の学術的意義:
本研究は、単一キャビティ金型設計の詳細なケーススタディを提供することにより、ダイカスト設計原則の実用的な応用に貢献しています。実際の設計シナリオにおけるCADツールと工学計算の統合を示しています。本稿で提示された金型設計とプロセス計画への構造化されたアプローチは、工学部の学生や実務ダイカスト設計者にとって参考になる可能性があります。
実際的な意義:
本研究は、単一キャビティ圧力ダイカスト金型を設計するための実用的なガイドラインとステップバイステップのアプローチを提供します。詳細な計算、プロセスフロー、および部品表は、金型製造と生産計画に役立つ情報を提供します。UNIGRAPHICS NXの使用と設計検証の重視は、効率的で高品質なダイカスト生産のための業界関連の実践を強調しています。設計（セクション2.2）とプロセス計画（セクション5）のガイドラインは、金型設計と製造プロセスを改善するための実用的な洞察を提供します。
研究の限界と今後の研究分野:
本研究は、特定の自動車部品と材料用の単一キャビティ金型の設計に限定されています。フロー解析の方法論と実験的検証結果に関する明示的な詳細が欠落しています。今後の研究では、この研究を以下のように拡張できます。
- 設計性能を検証するための詳細なフロー解析シミュレーションと実験的検証データを含める。
- 多キャビティ金型設計を調査し、単一キャビティ設計との性能を比較する。
- 金型性能と鋳造品質をさらに向上させるために、設計最適化技術の応用を探求する。
- ダイカスト用途向けのさまざまなアルミニウム合金およびその他の材料を調査する。
- 生産コストと効率を含む、設計された金型の経済的側面を分析する。
8. 参考文献:
- [1] Bharat Sharma, Hidden Parameter in High Pressure Die Casting, International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET) e-ISSN: 2395-0056 Volume: 07 Issue: 10 | Oct 2020.
- [2] A. Nouri-Borujerdi, J. A. Goldak, Modeling of Air Venting in Pressure Die Casting Process , Journal of Manufacturing Science and Engineering AUGUST 2004, Vol. 126 Copyright © 2004 by ASME.
- [3] Raimo Helenius a, *, Otto Lohne a, Lars Arnberg a, Hans I. Laukli b, The heat transfer during filling of a high-pressure die-casting shot sleeve, Received in revised form 21 July 2005, Materials Science and Engineering A 413-414 (2005) 52–55.
- [4] Paul Robbins, Plunger Design-A Key to the Successful Die Casting System, 11the Metal Casting Congress, May 15-18, 2007, Houston, Texas , NADCA, 241 Holbrook, Wheeling, Illinois, 60090.
- [5] Bing Zhou, Yonglin Kang *, Mingfan Qi, Huanhuan Zhang and Guoming Zhu, R-HPDC Process with Forced Convection Mixing Device for Automotive Part of A380 Aluminum Alloy, Materials 2014, 7, 3084-3105; doi:10.3390/ma7043084, Received: 24 March 2014; in revised form: 4 April 2014 / Accepted: 4 April 2014 / Published: 15 April 2014.
- [6] Acceptance Criteria's, Book, author IGTR, AURANGABAD.
- [7] Steel Solutions, Author, STEEL-DEAL.
- [8] Industrial Steels (Reference Book), Author, S.N.Bagachi, Kuldip Prakash.
9. 著作権:
- この資料は、"Rakesh Bandane, Vaibhav Bankar"の論文："単一キャビティ圧力ダイカスト金型の設計：自動車部品用アルミニウム合金（AlSi-12）のCADツールとHPDC技術による製造"に基づいています。
- 論文ソース: [DOI URL] (DOI URLは論文に記載されていません。)
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