研　究　紹　介
Research Introduction

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* Current Research Items (in English)

* プラスチック射出成形金型の自動設計技術
* マシニングセンターにおける多軸加工システム
* 実験研究・高精度成形
* 3D デザイン・モデリング技術



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プラスチック射出成形金型の自動設計技術

プラスチック製品の品質および生産効率は， その製造機械である射出成形金型の設計妥当性に左右される． 特に溶融樹脂を冷却する際に， 金型内部の冷却状態は成形品の変形および固化速度に大きな影響を与える． CAE技術を基づく， 成形性と生産性を考慮した合理的な金型構造および冷却システムの設計方法は 今後の研究課題である．

過去の研究文献:

+ DESIGN OF THERMAL ENVIRONMENT IN PLASTIC INJECTION MOLD BASED ON EVALUATION OF RESIN COOLING UNIFORMITY
Feng Gao, Hiroshi Koresawa, Hiroyuki Narahara and Hiroshi Suzuki
Thermal state in plastic injection molds greatly influences the molding quality of products. This paper discusses the optimum design of thermal environment in the molds by observing and estimating the cooling uniformity of resin. Numerical analysis based on unsteady heat transfer is conducted to confirm the utility of the proposed evaluation method, and case studies show the comparison results of resin deformations under different cooling systems conditions and the improved designs.
参照: Proceedings of The Thirteenth Solid Freeform Symposium(2002), pp612-619. Austin, USA.

+ プラスチック射出成形金型におけるCu-Be合金インサート材形状の自動生成
Automatic Shape Generation of Cu-Be Alloy Inserts in Plastic Injection Molds
高　峰，是澤宏之，楢原弘之，鈴木　裕
本研究は， Cu-Be合金を冷却システムに用いて， キャビティ内の樹脂の冷却を均一化するための Cu-Be合金の形状および配置場所の自動生成を目的とする． 研究対象の射出成形金型の設計において， 冷却中の樹脂の温度分布は時間に伴って変化するため， 樹脂および金型の温度変化を非定常熱伝導として扱い， これを数値解析によって得る． 以下に手順を示す． まず， 冷却過程における キャビティ内の樹脂の表面温度分布 および冷却中の時間の変化から， 樹脂の均一な冷却に関する評価方法を提案する． この評価は， 新たに定義した評価関数によって行う． 次に， この評価関数によって得られる値が最小値となるまで， Cu-Be合金の形状を変化させることによって， 最も均一な冷却状態を実現する Cu-Be合金の形状，サイズおよび配置場所の探索および決定を行う． これらの処理に数値解析を用いて解析し， 本研究における自動生成手法の有用性を確認したので報告する．
参照: 精密工学会誌第68巻第6号，pp777-781，(2002年6月)

+ Evaluation of Thermal Environment in Plastic Injection Mold
Feng Gao, Hiroshi Koresawa, Hiroyuki Narahara and Hiroshi Suzuki
Thermal deformation is one of the major problems that affects a product's quality in plastic injection molding. It is very important to have an accurate evaluation of the thermal environment surrounding the injection mold, especially in the case of high precision or large product molding. This paper proposes an evaluation method of thermal environment with a consideration of both the effect of the resin solidification process and the product's geometric shape. With this method, the validity of the thermal environment in different cooling designs is discussed using numerical analysis.
参照: Society of Plastics Engineers, Technical papers Volume I, pp969-973, ANETC 2001, Dallas, USA

+ Cooling of Injection Mold by Using High Thermal Conductivity Material
Feng Gao, Hiroshi Koresawa, Hiroyuki Narahara and Hiroshi Suzuki
To apply high thermal conductivity material to plastic injection mold is an effective way to solve the problem of uneven cooling. This paper proposes an evaluation method of cooling uniformity of a resin product during mold cooling based on unsteady state heat transfer. By using the method, the cooling effect of an injection mold with high thermal conductivity material is confirmed. A procedure of optimizing the shape and size of the high thermal conductivity in injection mold is presented
参照: Proceedings of ICAMT, 1999, pp1196-1200, Xi'an, China




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マシニングセンターにおける多軸加工システム

マシニングセンタにおける切削加工を行う際に， 工具姿勢の制御は被削表面の形状精度，表面粗さ，加工能率に決定的な影響を与える． モデリング方式，データ構造，処理手法などの改善から， 如何に適切な工具経路を探索することは本研究室の一つの主な研究方向である．

過去の研究文献:

+ 簡易５軸加工システムの開発
―　ゴルフボール用金型の加工例　―
Development of Simplified 5-axis Manufacturing System
-- The Applied Case for Machining A Mold of Golf Balls --
高　　峰,　 吉川　浩一, 水垣　善夫, 七條　数基
マシニングセンタを用いた同時５軸加工は，工具姿勢の制御，工具経路の生成において非常に複雑な処理作業が必要である．同時に５軸の連続動作の代わりに，回転軸となるＢ，Ｃ軸の動作を断続的に固定し，３軸制御で加工を簡単化する方法 ― 簡易５軸加工の方法が開発されている． 　設定した回数のＢ，Ｃ軸の回転角を変更することによって，工具姿勢を変更し，従来同時５軸加工で完成するほとんどの形状は，簡易５軸加工で実現することは可能である[1]．適切な工具姿勢系列の決定の研究[2]と共に，この手法を用いた加工システムによる実際の加工での検証が重要である． 　本報は，ゴルフボール用金型の加工を例として，簡易５軸加工を利用したシステムを開発した．５軸マシニングセンタで加工実験を行い，本手法の実用性を検証したのでその結果を報告する．
参照: 九州工業大学 SVBL H16年度年報第８号,研究成果報告

+ 簡易５軸加工を効率化する工具姿勢系列の自動決定法
七條数基, 吉川浩一，水垣善夫，高　峰, 福田幸一
Automatic Determination of Effective Series of Intermittent Tool Orientation in Simplified 5-Axes Ball End Milling
簡易5 軸加工は、回転割り出し機構によ る２軸の回転運動と、同時3 軸制御による加工である。本 研究では、割り出し台の2 軸回転角度を工具姿勢角度と 定義する。簡易5 軸加工は5 軸マシニングセンタの加工 と比較して、導入コストを削減できるという利点がある が、工具姿勢変更時に手間がかかるという欠点がある。 　本研究は、簡易5 軸加工を効率化する工具姿勢系列を、 自動決定するシステムの開発を行うことを目的としてい る。
参照: 精密工学会２００４年春季学術講演会論文集, pp1325-1326



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実験研究・高精度成形

検証実験は研究における重要な手段の一つである． シミュレーション結果の正確性と適用性を確認し， 実際の応用への基礎データをとる． 本研究室は実験系の研究を重視し， 加工，プレス成形，射出成形などの実験を計画している．

過去の研究文献:

+ Investigation of Cooling Effects in Corner Areas of Mold Cores Applied with Copper Alloy Inserts and Cooling Channels
Feng Gao, Akira Oniki, Hiroshi Koresawa, Hiroyuki Narahara and Hiroshi Suzuki
Heat concentration in corner areas of mold cores is one of the stubborn problems that cause the deformation of molding products. Arranging cooling channels near the core corner areas or using copper alloy inserts in the corners are used to deal with this problem in practical mold technology.
In this paper, based on numerical analysis and molding experiment, the investigation of cooling effects in core corner areas was done in different cases of using copper alloy insert, cooling channels and their combination. Results and differences in resin cooling uniformity, temperature distribution and deformation of molding parts were demonstrated.
参照: Proceedings of The 6th ICMT, pp272-276, (2002)

+ Verification Experiment on Cooling Effects of Cu-Be Alloy Inserts in Plastic Injection Molds
Feng Gao, Akira Oniki, Hiroshi Koresawa, Hiroyuki Narahara and Hiroshi Suzuki
In plastic injection molding process, poor mold cooling conditions will cause the molding defects such as deformation, warpage of the products. As a typical high thermal conductivity material, Cu-Be alloy has been applied to plastic injection molds to solve the hot spots problems in practical molding production. The alloy can quickly transfer the heat from the heat-concentrated area, and its even cooling effect has been discussed by numerical simulations and related researches.
In this experiment, rectangle Cu-Be inserts are fixed in the corners of a mold core, the cooling effects of the alloy are investigated by analyzing the cooling uniformity of the resin in the mold cavity, and measuring the products deformation and the resin surface temperature.
参照:Technical paper of AWPP,(2002), pp(P-22-1)-(P-22-4), Singapore



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3D デザイン・モデリング技術

２００４度から本研究室が着手した新しい課題である． 同時に，本学が今年度に設置した情報デザイン学科の 教育研究方向の一つとして計画し， 三次元の形状設計，データ処理，モデリング加工などの内容を開発する． 主なソフト・設備：3D-CAD SolidWorks. モデリング加工機：MDX 200, MDX 650, レザー加工機. 光造形機.


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