3D CADで金型のアンダーカットを発見する6つの解析方法

目次

• 3D CADによるアンダーカット解析が必要な理由

• アンダーカット解析を始める前の準備

• 解析方法1 抜き方向とドラフト角を確認する

• 解析方法2 抜き方向からの投影と可視性を確認する

• 解析方法3 断面表示で内部形状を確認する

• 解析方法4 パーティングラインの成立性を確認する

• 解析方法5 コアとキャビティを仮分割する

• 解析方法6 金型部品の動作と干渉を確認する

• 解析結果で起こりやすい誤判定

• アンダーカットを発見した後の設計変更

• 解析漏れを防ぐ実務フロー

• まとめ

3D CADによるアンダーカット解析が必要な理由

射出成形など、金型を開閉して成形品を離型する工程では、早い段階で確認しておきたい項目の一つがアンダーカットです。アンダーカットとは、設定した型開き方向や各可動部品の抜き方向に対し、成形品または金型部品が引っ掛かり、そのままでは離型できない形状を指します。

外観上は単純に見える部品でも、側面の穴、内側の爪、横向きの溝、折り返し形状、奥まったリブなどが含まれていると、アンダーカットが発生する可能性があります。アンダーカットを見落としたまま金型設計を進めると、金型を開いても成形品を取り出せない、無理な離型によって製品が変形する、金型部品が破損するといった問題につながります。

後工程でアンダーカットが判明した場合は、製品形状の変更だけでなく、パーティングラインの見直し、スライド機構や傾斜コアの追加、金型サイズの拡大、部品点数の増加などが必要になることがあります。加工用データや金型部品の設計が進んでいるほど修正範囲は広がり、設計期間や試作日程にも影響します。

そのため、3D CADを使った金型設計では、製品形状を受け取った直後からアンダーカットの有無を調べることが重要です。3D CAD上で抜き方向を設定し、ドラフト角、投影状態、断面、パーティングライン、型分割、可動部品の動作を段階的に確認すれば、目視だけでは気づきにくい形状も発見しやすくなります。

ただし、アンダーカット解析は一つの機能だけで完結するものではありません。ドラフト角解析で問題がないように見えても、内部の横穴や複雑な曲面に離型できない部分が残っている場合があります。反対に、解析画面で警告色が表示されても、パーティング面の設定によっては通常の二分割型で処理できることもあります。

重要なのは、解析結果を自動判定の答えとして受け取るのではなく、金型の開閉方向、製品の保持状態、成形品の変形しやすさ、金型部品の動作順序まで含めて判断することです。

なお、本記事で扱う6つの方法は、主に射出成形金型などのコアとキャビティを分割する型構造を想定しています。プレス金型や工程の異なる鋳造用金型では、同じアンダーカットという用語を使う場合でも、解析対象や型構造、離型方法が異なるため、各工法に応じた検討が必要です。本記事では、3D CADで金型のアンダーカットを発見するための代表的な6つの解析方法と、実務での確認手順を解説します。

アンダーカット解析を始める前の準備

アンダーカット解析の精度は、解析機能そのものだけでなく、解析を始める前の準備によって大きく変わります。最初に確認したいのは、受け取った3Dモデルが正しい形状として読み込まれているかどうかです。

外部から受け取った3Dデータには、面の欠落、微小な隙間、重複面、反転した面、極端に短いエッジなどが含まれる場合があります。ソリッドモデルとして成立していない状態で解析すると、実際には問題のない場所がアンダーカット候補として表示されたり、本来検出すべき形状が解析対象から外れたりする可能性があります。

まずはモデルが閉じた立体になっているかを確認し、必要に応じて形状修復を行います。製品の表面モデルしかない場合は、面の接続状態を確認し、解析に必要な範囲を一つの形状として扱える状態に整えます。微小な段差や穴が設計意図によるものか、データ変換時の誤差なのかも区別しなければなりません。

次に、製品の基準座標と金型の開閉方向を確認します。製品モデルの上下方向が、そのまま金型の開閉方向になるとは限りません。製品の外観面、ゲート位置、肉厚、成形時の樹脂流動、金型加工、エジェクタ配置などを考慮して、現実的な抜き方向を決める必要があります。

抜き方向が数度変わるだけでも、アンダーカットとして判定される範囲は変化します。初期モデルの座標軸を無条件に採用すると、実際の金型構造とは異なる解析結果になることがあります。解析前に主抜き方向の候補を複数検討し、それぞれの方向で問題箇所がどう変化するかを比較することが有効です。

製品に複数の構成部品が含まれている場合は、解析対象を整理することも欠かせません。完成品の組立データをそのまま解析すると、別部品との重なりや隙間が警告として表示され、金型上の問題と組立上の問題を混同しやすくなります。成形する部品ごとにモデルを分け、必要な形状だけを表示して解析します。

また、設計上無視してよい小さな形状をあらかじめ把握しておくことも大切です。刻印、微小な面取り、表面模様、識別用の文字などは、解析結果を細かく分断する原因になります。ただし、勝手に削除すると成形性や加工性に関わる形状まで見落とす可能性があるため、元データを保持したうえで解析用の簡略モデルを作成する方法が安全です。

準備段階では、解析目的も明確にしておきます。通常の二分割型で成立するかを確認したいのか、スライド機構が必要な部分を洗い出したいのか、既存の金型構想で製品を取り出せるかを検証したいのかによって、重点を置く解析方法が異なります。

この準備を省略して解析機能だけを実行すると、画面上には多くの警告が表示されても、どれが設計変更を必要とする問題なのか判断しにくくなります。解析の前提条件を整えることが、アンダーカットを効率よく発見するための第一歩です。

解析方法1 抜き方向とドラフト角を確認する

最初に行いたい解析が、抜き方向に対するドラフト角の確認です。ドラフト角とは、成形品を金型から抜きやすくするために、製品の側面へ設ける傾斜角度です。垂直な壁面や抜き方向と逆に傾いた面は、離型抵抗の増加や引っ掛かりの原因になります。

3D CADのドラフト角解析では、基準となる抜き方向を設定し、各面の法線方向と抜き方向との関係を計算します。結果は角度範囲ごとに色分けされることが多く、正方向に傾いている面、ほぼ垂直な面、逆方向に傾いている面を視覚的に確認できます。

ここで注意したいのは、負のドラフト角が表示された面をすべて同じ種類のアンダーカットと判断しないことです。パーティングラインを境に反対側の金型へ属する面は、主抜き方向から見ると逆向きに見えても、金型の開閉構造としては正常な場合があります。

たとえば、製品の外周を境に固定側と可動側へ分かれる形状では、一方の型に対して正のドラフト角となる面が、反対側の型に対しては負の角度として表示されます。そのため、ドラフト角解析では正負の色を見るだけでなく、面がどちらの金型側に属するのかを考えながら確認します。

アンダーカット候補として特に注意したいのは、一つの連続した壁面の途中で角度の符号が切り替わる場所です。抜き方向に対して途中から逆傾斜になっていると、その折れ曲がり部分が金型に引っ掛かる可能性があります。側面のくぼみ、爪の裏側、横向きの段差、内側へ張り出した形状などで起こりやすい状態です。

ドラフト角がほぼゼロの面も確認が必要です。ゼロ度に近い面は、必ずしも幾何学的なアンダーカットではありませんが、金型との接触面積が大きくなり、離型抵抗や擦れの原因になります。成形材料の収縮によってコア側へ強く抱き付く形状では、わずかなドラフト不足が製品変形や白化につながることがあります。

曲面では、面の中でドラフト角が連続的に変化します。曲面全体が一色に見えなくても異常とは限りません。重要なのは、設定した許容角度を下回る範囲がどこにあり、その範囲が離型時にどのような抵抗を生むかを確認することです。

解析時には、最低限必要と考えるドラフト角を一つだけ設定するのではなく、複数の角度範囲で確認すると判断しやすくなります。わずかに不足している面と、明確に逆勾配になっている面を分けて表示すれば、製品設計の微調整で対応できる場所と、金型構造の変更が必要な場所を整理できます。

さらに、抜き方向を少しずつ変更して解析結果を比較する方法も有効です。製品全体をわずかに傾けることで、一方の面のドラフト角は改善しますが、反対側の面では不足することがあります。複数の候補方向を比較し、重要な外観面や寸法面への影響も考慮して、最もバランスのよい方向を選定します。

ドラフト角解析はアンダーカット確認の入口として非常に有効ですが、内部の穴や奥まった形状まですべて判断できるわけではありません。色分け結果だけで完了とせず、次の投影解析や断面確認と組み合わせることが重要です。

解析方法2 抜き方向からの投影と可視性を確認する

二つ目の方法は、設定した抜き方向から製品を投影し、どの面が見えるかを確認する解析です。金型から成形品を直線的に抜く場合、抜き方向から見てほかの形状に隠れる部分や、視線方向に対して奥へ回り込む部分は、アンダーカット候補になります。

投影による確認では、製品を抜き方向に沿って平行投影し、外形線や面の重なりを調べます。上から見たときに外周より内側へ入り込んでいる形状や、ある高さで外形が急に広がっている形状は、そのままでは金型から抜けない可能性があります。

たとえば、製品側面に横向きの溝がある場合、溝の入口側は見えても、溝の上側や下側が抜き方向から隠れます。この隠れた領域は、通常の二分割型では形成できず、横方向へ動く金型部品が必要になる可能性があります。

投影解析は、ドラフト角だけでは判断しにくい段差や張り出しを見つけるのに役立ちます。ドラフト角解析では個々の面の角度を確認しますが、投影解析では製品全体の輪郭変化を把握できます。面の角度自体は適切でも、別の形状が抜け道をふさいでいる場合には、投影状態の確認が有効です。

実務では、主抜き方向だけでなく、その反対方向からも確認します。固定側から見える面と可動側から見える面を分け、どちらからも直接見えない部分がないかを調べます。両方向から隠れている面が存在する場合、その面は横方向の分割や可動コアなどを必要とする可能性があります。

ただし、見えない面がすべてアンダーカットになるわけではありません。製品内部の底面や閉じた空間の面は、投影上では隠れていても、コアによって形成できる場合があります。また、パーティングラインの位置を変更すれば、隠れていた形状を別の型側へ割り当てられることもあります。

投影解析では、単に隠れた面を探すのではなく、その面を形成する金型部品がどの方向へ移動すれば離型できるかを考えます。主抜き方向と直交する方向へ動けば抜けるのか、斜め方向へ移動する必要があるのか、複数の方向から囲まれているのかを確認すると、必要な金型構造を早い段階で想定できます。

輪郭の変化を確認するときは、製品を複数の高さで切り分けて投影する方法もあります。高さごとの外形を比較すると、上部より下部が広い場所や、途中で内側へ入り込む場所を見つけやすくなります。複雑な自由曲面を持つ製品では、一方向からの外観確認だけで判断せず、回転させながら輪郭の連続性を確認します。

また、穴の軸方向にも注目します。抜き方向と平行な穴は通常のコアピンで形成しやすい一方、抜き方向と直交する横穴は側方からのコアが必要になることがあります。斜め穴の場合は、金型部品を抜く方向と周囲形状の干渉を確認しなければなりません。

投影と可視性の確認は、製品の大まかな金型構造を考えるうえでも役立ちます。隠れた領域を色分けし、側方へ抜く必要がある範囲を整理すれば、スライド機構の数や配置を検討しやすくなります。ドラフト角解析の結果と重ねて確認することで、角度不足による問題と、形状の重なりによる問題を区別できます。

解析方法3 断面表示で内部形状を確認する

三つ目の方法は、3Dモデルを断面表示して内部形状を確認する解析です。アンダーカットは製品の外側だけでなく、内側の爪、穴の奥、ボスの根元、リブの裏側、二重壁の間などにも発生します。外観表示だけでは見えないため、断面を切り替えながら確認する必要があります。

断面解析では、抜き方向と平行な断面、抜き方向に直交する断面、問題が疑われる形状を通る局所断面を使い分けます。最初は製品中心を通る代表断面を確認し、その後、複雑な内部形状がある位置へ断面を移動すると効率的です。

抜き方向と平行な断面では、製品の壁面が金型開閉方向に対してどのように変化しているかを確認できます。断面の途中で幅が広がる形状、入口より奥側が大きい穴、内側へ返った爪などがあれば、直線的には抜けない可能性があります。

特に注意したいのが、内側に設けられたスナップ形状です。組立時には部品を固定するために必要な形状ですが、爪の裏側が抜き方向と反対へ張り出していると、金型側では明確なアンダーカットになります。製品の弾性変形を利用して無理抜きできる場合もありますが、変形量や材料特性、肉厚、爪の長さを考慮せずに採用すると、成形品の破損や寸法ばらつきにつながります。

袋形状の内部も断面で確認します。開口部より内部が広くなっている場合、通常の一体コアは抜けません。分割コア、可動コア、折りたたみ機構などが必要になる可能性があります。入口だけを見て成立すると判断せず、奥側の最大寸法とコアの移動経路を比較することが大切です。

断面解析では、製品形状だけでなく、想定しているコアやキャビティの形状も重ねて確認すると効果的です。製品から金型形状を逆算し、コアが抜き方向へ移動したときに、製品の内壁や突起と接触しないかを調べます。

一つの断面だけで判断すると、断面から外れた位置にある局所的なアンダーカットを見落とします。そのため、断面位置を一定間隔で移動しながら確認する方法が有効です。複雑な製品では、縦方向と横方向の両方から連続断面を確認し、断面形状が急変する場所を重点的に調べます。

曲面が多い製品では、平面断面だけでなく、曲線に沿った断面や局所的な切り欠き表示も役立ちます。奥まった形状を一時的に非表示にし、内側の面を直接確認することで、面の向きや抜け方向を判断しやすくなります。

断面表示で見つけた問題は、寸法測定と組み合わせて評価します。単に引っ掛かりが存在するかどうかだけでなく、引っ掛かり量、変形に必要な距離、コアの移動量、周囲の肉厚を測定します。ごく小さな段差であっても硬い材料や厚肉形状では無理抜きが難しく、逆に柔軟な薄肉部であれば製品設計上の検討によって対応できる場合があります。

内部形状のアンダーカットは、金型設計が進んでから発見すると修正が大きくなりやすい問題です。断面解析を初期段階で行い、外観からは見えない離型経路を確認しておくことが重要です。

解析方法4 パーティングラインの成立性を確認する

四つ目の方法は、パーティングラインの成立性を解析することです。パーティングラインとは、金型を開いたときに固定側と可動側が分かれる境界線です。製品のどこにパーティングラインを設定するかによって、同じ形状でもアンダーカットになる範囲が変わります。

3D CADでは、抜き方向に対する面の向きや輪郭線から、パーティングラインの候補を抽出できます。一般には、面の向きが固定側と可動側で切り替わる境界や、抜き方向から見た外形の稜線が候補になります。

候補線が製品の外周を連続して一周していれば、基本的な二分割構造を検討しやすくなります。一方、候補線が途中で途切れる、複数に分岐する、内部へ入り込む場合は、その部分に複雑な面構成やアンダーカットが含まれている可能性があります。

パーティングライン解析では、線が自動生成されたことだけで成立と判断してはいけません。実際の金型では、パーティング面を加工できるか、型締め時に十分な接触面を確保できるか、樹脂漏れを防げるか、製品外観に段差や線が残っても問題ないかを確認する必要があります。

自由曲面に沿って複雑にうねるパーティングラインは、理論上は型分割できても、加工や型合わせが難しくなる場合があります。できるだけ連続性があり、急激な方向変化が少ない位置へ調整することが望まれます。ただし、外観面や機能面との兼ね合いもあるため、単純な線にすることだけを優先するのは適切ではありません。

段差や穴の周囲では、パーティングラインが複数の候補に分かれることがあります。穴を固定側と可動側のどちらで形成するかによって、パーティング面の形状やバリの発生位置が変わります。製品の使用時に見える面、組立基準となる面、寸法精度を求める面を考慮して選定します。

パーティングラインの候補を変更しながらドラフト角解析を行うと、アンダーカットの解消可能性を評価できます。最初の候補では負のドラフト角となる面でも、パーティングラインをその面の境界へ移動することで、反対側の金型に割り当てられる場合があります。

ただし、パーティングラインを移動すると別の場所に新たな問題が生じることがあります。製品の一部を固定側へ移すと、周辺のリブやボスが可動側から抜けなくなることもあります。変更前後の解析結果を比較し、製品全体で成立するかを確認します。

パーティング面を仮作成し、製品との隙間や重なりを確認することも有効です。平面だけで閉じられない場合は、製品形状に沿った面を延長して金型を分割します。このとき、延長面が自己交差していないか、金型外周まで連続しているかを確認します。

パーティングラインの成立性を調べる工程は、単なるアンダーカット検出にとどまりません。金型の加工性、耐久性、型合わせ、バリ対策、製品外観まで含めて検討する出発点です。解析で得られた線をそのまま採用するのではなく、設計意図に合う位置へ調整しながら確認することが重要です。

解析方法5 コアとキャビティを仮分割する

五つ目の方法は、製品形状を使ってコア側とキャビティ側の金型形状を仮分割する解析です。ドラフト角やパーティングラインの確認では問題がないように見えても、実際に金型を分割すると、閉じた領域や抜けない部分が現れることがあります。

仮分割では、製品形状を金型ブロックへ配置し、パーティング面を使って固定側と可動側を分けます。その後、製品形状を差し引いて、コアとキャビティに相当する形状を作成します。この状態で各金型部品を開閉方向へ移動させ、製品から離れるかを確認します。

主分割として成立する場合は、固定側と可動側の形状が明確に分かれ、それぞれが想定した方向へ製品から離れます。一方、アンダーカットが残っている場合は、金型形状の一部が製品を抱え込んだ状態になったり、分割後のボディに意図しない残存部や分割不能な領域が生じたりします。

仮分割は、微小なアンダーカットの発見にも有効です。製品表面を見ているだけでは気づきにくい小さな凹部でも、金型形状へ変換すると突起として現れます。その突起が開閉方向と逆向きに張り出していれば、抜けないことを視覚的に理解しやすくなります。

また、閉じ面の作成に失敗する場所も重要な確認点です。パーティング面で金型ブロックを完全に分けられない場合、製品形状に隙間があるか、パーティング面が不足しているか、分割方向だけでは処理できない形状が含まれている可能性があります。ただし、分割処理の失敗だけでアンダーカットと断定せず、モデル品質や面の接続状態も併せて確認します。

コアとキャビティを仮作成したら、製品との接触面を色分けして確認します。どの面が固定側で形成され、どの面が可動側で形成されるかを明確にすると、型開き後に製品がどちら側へ残るかを検討できます。

成形品をエジェクタで押し出すには、型開き後に製品が想定した側へ保持されている必要があります。アンダーカットがなくても、製品が固定側へ残る形状では、取り出し機構や表面形状の見直しが必要になる場合があります。そのため、仮分割では抜けるかどうかだけでなく、型開き時の保持状態も確認します。

側方コアが必要な場所では、その部分を別部品として分割します。横穴や側面の爪を形成する形状を抽出し、主型から独立した金型部品として作成します。その部品をどの方向へ移動させれば製品から離れるかを調べることで、スライド機構の方向や必要な移動量を検討できます。

斜め方向へ抜く部品では、移動経路の周囲に十分な空間があるかも確認します。製品から離れる方向だけを考えると、金型本体や別の可動部品と干渉する可能性があります。仮分割した段階から周囲の構造を含めて検討すると、後工程での配置変更を減らせます。

コアとキャビティの仮分割は、製品設計者と金型設計者の認識を合わせるうえでも役立ちます。アンダーカット候補を製品面の色だけで説明するよりも、実際に抜けない金型形状を示したほうが、設計変更の必要性を共有しやすくなります。

製品形状が変更された場合も、仮分割を更新して比較します。わずかな形状変更によって、以前は成立していたパーティング面が閉じなくなることがあります。設計変更のたびに金型形状を最初から完成させる必要はありませんが、簡易的な分割モデルで成立性を再確認することが重要です。

解析方法6 金型部品の動作と干渉を確認する

六つ目の方法は、金型部品の動作を再現し、製品やほかの部品との干渉を確認する解析です。静止状態の形状確認だけでは、型開きの途中やスライド移動中に発生する干渉を見落とすことがあります。

動作解析では、固定側、可動側、スライド、傾斜コア、入れ子、エジェクタなどに移動方向と移動量を設定します。型開きから製品取り出しまでの順序を再現し、各段階で接触や重なりが発生しないかを確認します。

最初に確認したいのは、主型が開く前に側方コアを後退させる必要があるかどうかです。横穴や側面の凹部を形成するコアが製品に残ったまま主型を開くと、製品が引き裂かれたり、コアが曲がったりする可能性があります。

反対に、側方コアを早く動かしすぎると、別の金型部品と干渉する場合があります。金型の動作順序は形状だけでなく、駆動機構や安全距離を含めて決めなければなりません。3D CAD上で動きを確認すれば、静止画では把握しにくい干渉を発見できます。

動作解析では、最終位置だけでなく移動途中を確認することが重要です。開始位置と終了位置で重なりがなくても、斜め移動や回転移動の途中で製品へ接触することがあります。移動量を細かく分割し、経路全体を連続的に確認します。

スライド機構では、製品形状から完全に離れるまでに必要な移動量を測定します。アンダーカットの深さと同じ距離だけ移動すればよいとは限りません。製品の抜き勾配、コア先端の形状、組付け誤差、安全余裕を考慮する必要があります。

傾斜コアでは、型開き方向の移動に伴って横方向の変位が同時に生じます。一般的なガイド構造ではコア自体は斜め方向の直線軌跡を取りますが、その途中で周囲のリブやボスへ接触することがあります。軌跡を表示し、コアの各部が製品内部やほかの金型部品を通過しないかを確認します。

成形品の変形を利用して離型する場合も、単純な干渉解析だけでは十分ではありません。3D CAD上で形状が重なっていても、実際には製品が弾性変形して抜ける設計もあります。ただし、その成立性を判断するには、材料の変形特性、肉厚、応力集中、離型時の製品温度などを別途検討する必要があります。

無理抜きを採用するときは、変形量を測定し、爪や突起が通過するために必要な広がり量を確認します。周囲に十分な変形スペースがあるか、離型後に元の形状へ戻るか、残留変形や白化、割れが生じないかも考慮します。

エジェクタの動作もアンダーカットと関係します。製品がコアへ抱き付いた状態で押し出すと、局所的な変形や白化が発生することがあります。エジェクタ位置を仮配置し、押し出し方向と製品の保持形状が一致しているかを確認します。

複数の可動部品がある金型では、それぞれの動作範囲を同時に確認します。一つのスライドだけを表示して問題がなくても、反対側のスライドやエジェクタ機構と空間が重なる可能性があります。金型を閉じた状態、型開き途中、製品取り出し状態を切り替えながら全体を確認します。

動作と干渉の解析まで行うことで、形状上のアンダーカットを発見するだけでなく、検討した金型構造で本当に離型できるかを確認できます。六つの解析方法の中でも、最終的な成立性を確かめる工程として重要な位置付けになります。

解析結果で起こりやすい誤判定

3D CADの解析結果は有力な判断材料ですが、表示された警告をそのまま設計不良と決めつけると、不要な形状変更や過剰な金型構造につながることがあります。反対に、警告が少ないからといって、離型上の問題がないとは限りません。

よくある誤判定の一つは、抜き方向の設定間違いです。製品データの座標軸をそのまま抜き方向へ設定すると、実際の金型構想とは異なる結果になります。解析前に基準方向を明示し、モデル上にも方向を示す形状や座標系を配置しておくと確認しやすくなります。

パーティングラインを考慮せず、負のドラフト角をすべてアンダーカットと判断することもあります。固定側と可動側の境界を設定すれば通常の型分割で処理できる面まで、問題として数えてしまいます。角度解析の結果は、型分割の構想と組み合わせて判断する必要があります。

微小な面やデータ誤差も誤判定の原因です。外部データを変換した際にできた非常に小さな面が、逆勾配として表示される場合があります。実際の製品形状として残す必要があるのか、単なる変換誤差なのかを確認します。

解析の表示精度が粗い場合は、小さなアンダーカットを見落とす可能性があります。曲面を近似表示している状態では、細い溝やわずかな段差が画面上で滑らかに見えることがあります。必要に応じて表示精度や解析精度を上げ、問題箇所を拡大して確認します。

フィレットや面取りの周辺も判断が難しい場所です。角を滑らかにつなぐ曲面では、局所的に負のドラフト角が表示されることがあります。その範囲が離型に影響する大きさなのか、加工上必要な修正なのかを寸法と合わせて評価します。

また、製品の弾性変形を考慮しない解析では、無理抜き可能な形状もアンダーカットとして表示されます。これは解析の誤りではなく、剛体として評価した結果です。無理抜きで対応する場合は、形状解析に加えて変形と応力の検討が必要です。

反対に、ドラフト角が正であっても、表面粗さや模様によって離型抵抗が高くなる場合があります。3D CADの形状解析だけでは、表面状態や成形条件による抵抗までは判断できません。解析結果を絶対視せず、材料、表面仕上げ、肉厚、収縮方向なども含めて評価します。

最終的には、異なる解析方法で同じ場所を確認することが誤判定を減らします。ドラフト角で警告された面を断面で確認し、パーティングラインを設定し、仮分割した金型を動かして検証するという流れが有効です。

アンダーカットを発見した後の設計変更

アンダーカットを発見したら、すぐに複雑な可動機構を追加するのではなく、まず製品形状の変更で解消できないかを検討します。初期段階で形状を調整できれば、金型構造を単純化し、加工や組立、保守の負担を抑えられる可能性があります。

代表的な対応は、逆勾配となっている面へドラフト角を追加することです。外観や組立への影響が少ない範囲で面を傾け、抜き方向に対して正の角度へ変更します。変更後は周囲の肉厚や寸法が変わるため、製品機能への影響も確認します。

側面の穴は、抜き方向へ開く形状へ変更できないかを検討します。完全な穴が必要でなければ、切り欠き形状へ変更することで、横方向のコアを不要にできる場合があります。穴の用途や組立方法を確認し、必要な機能を保ちながら形状を簡略化します。

内側の爪やフックは、貫通部を設けて金型部品を主抜き方向から配置できる形状へ変更する方法があります。外観面へ開口を設けられない場合は、爪の位置や向きを変更し、別の方向から形成できないかを検討します。

深い溝や張り出しは、複数の浅い形状へ分割することでアンダーカット量を減らせる場合があります。製品の強度や組立性を保ちながら、金型が直線的に抜ける輪郭へ整えます。

製品形状を変更できない場合は、スライドや傾斜コアなどの可動機構を検討します。このとき、アンダーカット部分だけでなく、駆動スペース、移動量、部品強度、冷却経路、金型外形への影響まで確認します。

複数の小さなアンダーカットが近接している場合は、一つのスライドでまとめて形成できる可能性があります。ただし、スライド先端が細長くなると強度や加工性に影響します。アンダーカットごとに部品を増やす方法と、一体化する方法を比較します。

金型構造で対応する場合も、製品側へわずかなドラフト角や逃げを追加すると、可動部品の負荷を減らせます。製品設計と金型設計を分けて考えず、双方を少しずつ調整することが合理的です。

設計変更後は、変更箇所だけでなく製品全体を再解析します。一つのアンダーカットを解消するために面を移動すると、隣接する面に新しい逆勾配が発生することがあります。パーティングラインや金型部品の移動量も変わるため、六つの解析方法を必要に応じて繰り返します。

変更履歴を残すことも大切です。どの形状が問題だったのか、どの抜き方向で解析したのか、どのような対策を採用したのかを記録します。製品設計者と金型設計者が同じ3Dモデルを見ていても、解析条件が異なれば判断がずれるため、条件と結果をセットで共有します。

解析漏れを防ぐ実務フロー

アンダーカット解析を担当者の経験だけに任せると、製品の種類や作業時間によって確認範囲に差が出ます。解析漏れを防ぐには、確認順序を標準化し、設計変更のたびに同じ流れで再確認できるようにすることが重要です。

最初に受領データの状態を確認し、面の欠落や隙間を修復します。次に製品の用途と外観条件を確認し、主抜き方向の候補を設定します。この段階では一つの方向に決めつけず、複数の候補を比較します。

続いてドラフト角解析を行い、逆勾配、角度不足、ゼロ度に近い面を抽出します。解析画面の色だけで判断せず、問題箇所へ識別情報を付け、後の工程でも追跡できるようにします。

次に、主抜き方向と反対方向から投影状態を確認します。両方向から見えない面、途中で輪郭が広がる形状、横穴、側面の溝などを抽出します。側方へ動く金型部品が必要と思われる場所は、想定する移動方向も記録します。

その後、代表断面と局所断面を使って内部形状を確認します。内側の爪、ボス、リブ、袋形状、折り返し部など、外観から見えない場所を重点的に調べます。断面位置を移動しながら、入口より奥が広い形状がないかを確認します。

パーティングラインの候補を作成したら、線の連続性とパーティング面の成立性を確認します。製品外観、加工性、型合わせ、バリの位置も考慮し、必要に応じて候補を修正します。

コアとキャビティを仮分割し、それぞれの型が製品から想定方向へ離れるかを確認します。側方コアが必要な場所は別部品として分割し、移動方向と必要量を設定します。

最後に、金型部品を動かして干渉を確認します。主型、スライド、傾斜コア、エジェクタなどの動作順序を再現し、移動途中を含めて接触がないかを調べます。

解析結果は、問題の位置だけでなく、対応方法と判断状態も記録します。製品形状を変更するのか、金型機構で対応するのか、追加検討が必要なのかを区別します。未決定の項目を明確にしておけば、設計が進んだ後に問題が埋もれるのを防げます。

製品形状が更新された際は、変更部分だけを確認するのではなく、少なくとも抜き方向、ドラフト角、パーティングライン、仮分割への影響を再確認します。変更箇所から離れた位置でも、座標や基準面の変更によって解析条件が変わる場合があります。

設計審査では、3Dモデルだけでなく解析条件も共有します。抜き方向、許容ドラフト角、パーティングライン、可動部品の方向、動作順序を画面上で確認できる状態にすると、参加者間の認識を合わせやすくなります。

まとめ

3D CADで金型のアンダーカットを発見するには、ドラフト角解析だけに頼らず、複数の視点から製品形状と金型構造を確認することが重要です。

まず抜き方向に対するドラフト角を調べ、逆勾配や角度不足の面を抽出します。次に抜き方向からの投影と可視性を確認し、輪郭の内側へ入り込む形状や隠れた面を探します。外観から判断できない部分は断面表示で確認し、内側の爪、袋形状、横穴などの離型経路を検討します。

さらに、パーティングラインの成立性を確認し、固定側と可動側へ適切に分けられるかを評価します。コアとキャビティを仮分割すれば、金型形状が製品を抱え込んでいないかを具体的に確認できます。最後に可動部品の動作と干渉を解析し、型開きから製品取り出しまでの一連の動作が成立するかを検証します。

解析結果に警告が表示されても、必ずしも設計不良とは限りません。抜き方向、パーティングライン、製品の変形、材料特性、表面状態などを考慮し、実際の金型構造に沿って判断する必要があります。

アンダーカットを早期に発見できれば、製品形状の変更で対応するのか、スライドや傾斜コアを採用するのかを、設計初期の段階で比較できます。金型設計が進んでから大幅に修正する事態を避けるためにも、3Dモデルを受け取った時点で解析を開始し、設計変更のたびに再確認する運用が有効です。

3D CADによる解析は、設計データ上の離型問題を検討するための手段です。LRTK Phoneは、金型の微細形状や精密寸法を検査する測定機の代替ではありません。一方、要求精度と対象サイズが適合する現場で、周辺設備や大型対象物、設置状況を点群として記録し、設計データと現場情報を結び付けたい場合には、3次元データ取得の選択肢として検討できます。