型の設計：アンダーカットを理解する

型の設計：アンダーカットを理解する

製品形状と型の関係

物を造るには、材料を流し込んで固める型が必要です。この型は、完成品の形状を反転させたもので、材料を流し込んで固めた後に型から取り外して製品を完成させます。

型から製品をきれいに取り外すためには、型の設計が重要です。製品の形によっては、型から取り外すのが難しい場合があります。例えば、製品にくぼみや出っ張りがあると、型から外す際に引っかかってしまうことがあります。このような、型から製品を取り外す際に邪魔になる部分を「切り下げ」と呼びます。「切り下げ」があると、製品が型から外れなくなったり、製品や型が壊れたりする可能性があります。

製品の設計段階から「切り下げ」をなくす工夫をすることが大切です。「切り下げ」を避けるには、製品の形状を工夫する方法があります。例えば、出っ張りを小さくしたり、傾斜を緩やかにしたりすることで、「切り下げ」をなくすことができます。また、型の分割方法を工夫する方法もあります。型を複数のパーツに分割することで、「切り下げ」がある部分もスムーズに取り外せるようになります。例えば、複雑な形状の製品を造る場合は、型を上下左右のパーツに分割し、それぞれのパーツを組み合わせることで製品を成形します。

「切り下げ」をなくすことで、製品を型からスムーズに取り外すことができ、生産効率を高めることができます。また、製品や型の破損を防ぐことができ、高品質な製品を安定して供給することに繋がります。製品の設計段階で「切り下げ」を考慮することで、無駄なコストや時間を削減し、より良い製品を造ることができます。

アンダーカットとは何か

ものを型で作る工程で、『型抜き』がしづらい形状のことを『アンダーカット』と言います。型は、作りたいものの形を反転させた二つの部品でできています。この二つの部品の間に、溶かした材料を流し込んで固めることで、目的のものを作り出します。固まったら型を開いて、完成したものを取り出します。しかし、ものの形によっては、型を開いても、完成品が型に引っかかってしまい、うまく取り出せないことがあります。これがアンダーカットです。

例えば、瓶の形を想像してみてください。瓶の胴体部分には、たいていラベルを貼るためのちょっとしたへこみがあります。型で瓶を作る場合、このへこみは型を開く方向に引っかかってしまい、アンダーカットとなります。他にも、かばんの持ち手のように、曲がった形や、洋服をかけるためのかぎ状の形などもアンダーカットになりやすいです。

アンダーカットがあると、型からものを取り出すのが難しくなり、ものが壊れてしまう可能性があります。また、無理やり取り出そうとすると、型が傷んでしまうこともあります。そのため、ものを作る際には、アンダーカットをできるだけ避けるように設計することが重要です。どうしてもアンダーカットが必要な場合は、スライドコアといった、型を動かす特別な仕組みを使って、完成品を取り出しやすくする工夫が必要です。このような工夫によって、複雑な形のものも、型を使ってきれいに作ることができるのです。

アンダーカットが引き起こす問題

製品を作るための型に、製品の形状が型から外れにくくなるような引っ掛かりがあると、様々な問題が生じます。この引っ掛かりのことを、一般的にアンダーカットと呼びます。

まず、アンダーカットがあると、製品が型から抜けなくなることがあります。無理に引っ張って型から外そうとすると、製品に傷が付いたり、曲がったり、最悪の場合は壊れてしまうこともあります。型も同様に、無理な力によって傷ついたり、変形したりする可能性があります。製品と型、両方の破損は、大きな損失につながります。

また、アンダーカットがある部分を型で再現するためには、型の構造を複雑にする必要があります。通常は、型を開けば製品が簡単に外れますが、アンダーカットがある場合は、型の中にスライドする部品や、動く部品を組み込まなければなりません。このような複雑な構造の型を作るには、高度な設計技術と製造技術が必要となるため、型の製作費用が高くなります。

さらに、複雑な構造の型は、維持管理の手間も増えます。スライドする部品や動く部品は、摩耗したり、壊れたりする可能性が高いため、定期的な点検や部品交換が必要になります。このような維持管理作業が増えると、製品を作るための時間が余計にかかり、生産性が低下する可能性があります。

これらの問題を避けるためには、製品を設計する段階でアンダーカットをなくすことが重要です。製品の形を工夫したり、型を分割する方法を工夫したりすることで、アンダーカットを回避できます。そうすることで、製品をスムーズに、そして効率的に作ることができるようになります。

アンダーカットへの対策

製品を型から取り出す際に、製品の形状が邪魔をしてうまく取り出せない現象、これがアンダーカットと呼ばれる問題です。まるで製品が型に引っかかっているような状態です。アンダーカットを解消するためには、いくつかの対策を検討する必要があります。

まず、製品の設計段階で形状を工夫することが最も効果的です。型に引っかかりやすい、くぼみや出っ張り、鋭い角などをなくすことで、アンダーカットを防ぐことができます。例えば、どうしても必要な凹凸がある場合は、その部分を浅くしたり、角を滑らかに丸めることで、型から外しやすくできます。製品の機能を損なわない範囲で、できる限りシンプルな形状にすることが重要です。

製品の形状変更が難しい場合は、型の分割線を工夫する方法があります。型は通常、いくつかのパーツに分かれており、この分割線を適切な位置に設定することで、アンダーカットを回避できる場合があります。製品の形状に合わせて、分割線を複数個所に設けたり、ジグザグに配置するなど、複雑な分割方法を採用することもあります。

さらに、スライドコアや可動式の型芯といった機構を型に組み込む方法もあります。スライドコアとは、型の中に組み込まれた、製品の形状に合わせて動く部品のことです。製品が成形された後、スライドコアを動かすことで、アンダーカット部分を型からスムーズに離すことができます。可動式の型芯も同様に、型の中で動く部品で、複雑な形状の製品を成形する際に役立ちます。ただし、これらの機構を型に組み込むと、型の構造が複雑になり、製作費用や日々の手入れにかかる費用が増加する可能性があります。

最適な対策方法は、製品の形状や材質、生産量、そして許容できる費用など、様々な要素を考慮して決定する必要があります。それぞれの対策方法の利点と欠点を理解し、状況に応じて最適な方法を選ぶことが重要です。

設計段階での検討の重要性

車の設計は、完成した車の性能や品質、そして生産効率を大きく左右する重要な工程です。特に、部品の形状や配置などを決める設計段階で、製造工程における様々な課題を予測し、対策を練ることが欠かせません。

例えば、部品の形状によっては、金型から成形品を取り出す際に、金型の形状が引っかかってしまい、うまく取り出せない場合があります。これを「アンダーカット」と呼びます。もし、設計段階でアンダーカットに気付かず、製造工程に入ってから問題が発覚した場合、金型の設計変更や再製作が必要になり、多大な時間と費用がかかってしまいます。

アンダーカットへの対策は、設計段階で検討することが非常に重要です。設計段階でアンダーカットになりそうな部分がないかを確認し、必要に応じて部品の形状を変更したり、金型の構造を工夫することで、後工程での問題発生を未然に防ぐことができます。

具体的には、３次元模型作成用の道具などを活用して金型の動きを模擬することで、アンダーカットの有無を事前に確認することが可能です。設計者は、画面上で金型が開閉する様子を再現し、部品がスムーズに取り出せるかどうかを確認します。もしアンダーカットが発生する場合は、部品の形状を修正したり、スライドコアと呼ばれる金型部品を追加するなどの対策を検討します。

また、設計者は金型の構造や製造工程に関する知識を持つことが重要です。金型の構造や製造工程を理解することで、アンダーカットが発生しやすい箇所を予測し、設計段階で適切な対策を講じることができます。

設計段階での入念な検討は、高品質な車を効率的に生産するための鍵となります。設計段階でしっかりと検討することで、後工程での手戻りを減らし、開発期間の短縮やコスト削減にも繋がります。熟練した設計者は、豊富な経験と知識に基づき、様々な課題を予測し、最適な設計を導き出すことができます。そして、その積み重ねが、より良い車作りへと繋がっていくのです。

まとめ

物を型で作る際には、『抜き勾配』という型から物を取り出しやすくする傾斜が重要です。この抜き勾配が不十分であったり、逆勾配になっている部分を『アンダーカット』と言います。アンダーカットがあると、作った物が型からきれいに外れず、様々な問題を引き起こします。

例えば、無理に型から取り外そうとすると、製品に傷が付いたり、変形したりすることがあります。最悪の場合、製品が破損してしまうこともあります。また、型自体も傷ついたり、壊れたりする可能性があります。これは、製造コストの増加に直結します。

さらに、アンダーカットがある型は、構造が複雑になりがちです。複雑な構造は、型の製作コストを上げ、メンテナンスの手間も増やします。定期的な清掃や部品交換などの作業が煩雑になり、時間も費用もかかります。

このような問題を避けるためには、製品の設計段階からアンダーカットを考慮することが非常に大切です。製品の形状を工夫することで、アンダーカットを無くすことができます。例えば、出っ張っている部分をなくしたり、形状を滑らかにしたりするなどが考えられます。また、型を分割する位置を変えることで、アンダーカットを回避できる場合もあります。分割線を工夫することで、製品をスムーズに取り出せるようになります。

近年のコンピューター技術を活用することも有効です。３次元模型を作るための様々な道具が開発されており、これらを使えば、型から物を取り出す様子を画面上で再現できます。これにより、アンダーカットの有無や型の動きなどを事前に確認できます。

製品の設計者と、実際に物を作る製造現場が密に連携し、アンダーカットに対する認識を共有することも重要です。お互いに協力し合うことで、アンダーカットによる問題を未然に防ぎ、高品質な製品を無駄なく効率的に作ることができるようになります。