Creoで金型設計

※本ブログは、Creo Chapter Webinarシリーズを記事化したものです。

①Creoで金型設計をする価値

1.Creoの3つの利点

Creo Parametricで金型設計を行う価値は、まずそのモデルジオメトリの高い精度にあります。これにより、作成したデータを後工程へ非常にスムーズに連携できます。

Creo Parametricにはダイレクトモデリング機能が搭載されています。この機能は、型を分割してキャビティ（凹型）とコア（凸型）に分けた後の微調整に活用できます。

また、Creoの豊富な効率化機能を型設計へ適用することで、リードタイムの短縮が可能です。今回のプレゼンテーションでご紹介する拡張機能や、時間制約上ご紹介しきれない他の効率化機能も活用すれば、さらなるリードタイム短縮を実現できます。

2.Creo Parametricの製造製品群

Creo Parametricには、多様な製造製品群が用意されています。これらは大きく3つの領域に分けられます。

• 金型設計
• CAM
• CAT

今回は、「金型設計」領域から、Creo Tool Design Extensionと、Creo Expert Moldbase Extensionについてご紹介します。

3.Creo Parametricのシステム構成

Creo Parametricは、単一のCADシステム内に様々な拡張機能を持つ構成です。例えば、CreoのCAM機能はCreo自体に組み込まれており、CAM機能のライセンスを購入することでその機能が有効になります。このように、金型設計機能もCreo内で動作し、Creo Parametricは完全に統合されたCAD、CAM、CAEシステムとして機能します。

この統合により、CADの生データを変換なしで利用できるため、データ変換に伴うロスや情報の欠落、エラーが発生しません。これにより、設計部品のサイズ公差（上限値、中間値、下限値）に合わせて形状を変更したり、幾何公差を適用したり、穴情報をCAMで利用したりといった作業がスムーズに行えるという大きな特徴があります。

②Creo 樹脂型・ダイカスト型 設計ソリューション

1.金型設計に利用できる2つの機能

Creo Parametricの標準機能や拡張機能を活用することで、金型設計に多くの利点をもたらします。今回は特に2つの機能について説明します。

継承フィーチャー: ダイカスト型や鋳造型の作成時、二次加工が必要な部分には加工代を製品形状に加えて設ける必要があります。このような部分を設計部品に追加し、継承部品として利用することで、設計部品に変更があっても、それが継承部品に自動で反映されます。これにより、2つのデータで個別に変更する手間やミスをなくせます。

サイズ公差設定: Creoでは、サイズ公差を設定できます。これにより、上限値、中間値、下限値、それぞれの値に合わせてモデル形状を変化させることが可能です。これは単にモデル上に寸法を表示するだけでなく、実際に形状が変更される機能です。

2.Creo Parametricのデータ互換性

Creo Parametricの標準機能により、各種CADデータを直接取り込むことが可能です。お使いのライセンスによって異なりますが、現在提供されているパッケージでは、Autodesk InventorやSolidWorksの生データを取り込めます。

さらに、CATIA、Siemens NX、Solid Edgeといった主要なCADの生データも取り込み可能です。他のPTC製CADデータとも生データで連携し、業界標準のIGESやSTEP AP242にも対応しています。

3.Creo Parametricの標準機能

Creoの標準機能には多様なツールが搭載されており、これらを活用して設計部品や製品部品の様々な解析を行えます。

具体的には、抜き勾配のチェックや厚みのチェックなどが実行可能です。さらに、部品の質量や面積といった物性値も簡単に確認できます。

4.金型設計機能のワークフロー

Creoの金型設計機能を使用する流れについて説明します。今回は、樹脂製の携帯カバーを例に挙げ、金型設計のプロセスをご紹介します。

まず、設計部品とワークピースを組み合わせ、アセンブリを作成します。ワークピースとは、キャビティとコアに分割される前の四角いブロック形状を指します。このアセンブリに対し、設計部品の収縮率や伸び率を設定します。

次に、部品の調査を行います。抜き勾配や厚みのチェックを実施し、必要に応じて樹脂流動解析オプションを使用します。なお、樹脂流動解析ツールはPTCパートナーから購入可能です。

その後、型要件の折り込みとして、パーティングラインやパーティングサーフェスの設定、抜き勾配や加工代の追加を行います。これらのパーティング面を利用して、型の分割を進めます。右側の図にあるように、湯道（ゲート）やランナーに樹脂が充填された状態でどのように成形されるか、成形品質の確認も実施します。そして、型構造部の設計もCreo内で行います。

今回の範囲外ですが、型締め（金型を固定する機構）の作成もCreoの標準機能で可能です。キャビティとコアに分割されたモデルは、その後の加工データ作成に活用されます。

5.キャビコア設計

金型設計ソリューションには様々な機能があります。多数個取りの配置決定などが可能です。アンダーカットの検出やリフターの作成といった機能も搭載されています。

パーティングライン設定や自動でパーティングラインを取ることもできます。この機能は、製品データのエッジを利用して、サーフェスを自動で延長し、パーティング面として活用できます。また、穴の周囲の領域を選択するだけで、その穴を塞ぐことが可能です。これらの面を作成する際、通常のサーフェス機能を使用することもできますが、Creoにはより簡単にサーフェスを作成する機能も備わっています。例えば、L字に曲がったカットされた穴のある部分では、ループ状に周囲の緑色の面を選択するだけでサーフェスを生成できます。

さらに、食い切り部分も同様の機能で作成できます。複数のループがある場合でも、同様の方法で効率的にサーフェスを作成することが可能です。パーティングサーフェスを作成した後、それを利用して型を分割します。キャビティ、コア、スライド部分の分割です。今回のデモンストレーションでは、左下にある部品を使用してそのプロセスをご紹介します。

型分割の際に、例えば必要な面が全て作成されていないなど、何らかのエラーがある場合は、事前にトラブルシューティング機能によってその問題が通知されます。

金型設計では、必要なランナーを作成する機能が提供されています。ゲートに関して、専用コマンドはありませんが自身で形状を作成し、それを形状ライブラリとして登録・再利用できます。

湯だまりについても同様に、UDF（ユーザー定義フィーチャー）である形状ライブラリを活用して作成することが可能です。

6.樹脂型用とダイカスト型用のGUIの違い

金型設計のオプションは、樹脂型用と鋳造・ダイカスト用で一部メニューが異なりますが、機能の大部分は共通しています。そのため、どちらか一方を習得すれば、もう一方もスムーズに利用できます。

ただし、鋳造・ダイカスト型設計において大きく異なる点として、画面右下にある中子（なかご）の機能が挙げられます。

7.EMX

型分割が完了し、キャビティとコアに分かれた後、次は型構造物の設計に進みます。図中で赤く囲まれた「EMX」は、2次元のユーザーインタフェースを通じて3D設計を可能にする機能です。

8.モールドベース設計ソリューション

Creoでは、2次元のユーザーインタフェースを使用して、カット構造部やモールドベースの設計を行えます。

この機能には、モールドベースの設計に必要な様々なパーツが含まれています。ユーザーはカタログを開き、パーツを選択する感覚で部品を選んでいくだけで、3Dモデルがモールドベースに自動的に組み付けられ、必要な穴が自動で開けられ、最終的な3Dモデルとして完成します。

Creoは各種メーカーのモールドベースに対応しています。モールドパーツの作成は、一つの方法を習得すれば他のパーツにも応用できるため、ユーザーエクスペリエンス（UX）の観点からも非常に使いやすくなっています。

9.豊富な金型部品

スライドとリフターの部品も用意されています。ロックセットなどの部品も、自社でライブラリとして作成することが可能です。イジェクタピンも用意しております。

10.水穴の作成

Creoでは、水穴（冷却穴）の作成機能も利用できます。この機能では、各種の継手類やバッフル板を選択して配置することも可能です。

特に、水穴の作成機能内にある図（中央右下のカラフルな表示）は、水穴のモデルを作成することで、水穴同士の干渉や漏れをチェックできることを示しています。これにより、設計段階での問題発見と防止が可能になります。

11.ネジの配置機能

Creoには標準部品としてネジが含まれていますが、それ以外の場所にネジを追加したい場合にも、このネジ機能を使って配置できます。

12.図面と部品表の自動作成

図面はCreoの標準機能を使って作成できます。さらに、部品表（BOM）については、型構造部設計の拡張機能内で自動作成が可能です。

③金型設計のプロセス

1.部品解析～キャビティ・コア作成～型開きシミュレーション

OA機器の部品を例に金型設計のプロセスをご紹介します。まず、L字型で複数の穴を持つ部品を使用します。

1. 部品の解析とチェック

最初に、部品の解析として厚みチェックを行います。最小厚みと最大厚みを設定して計算すると、最小値を下回る箇所と最大値を超える箇所が色分けで表示されます。次に抜き勾配のチェックです。抜き方向を指定すると、抜き勾配がない部分が灰色（または白っぽい色）で表示されます。もし逆の色が表示されれば、そこがアンダーカットであることがわかります。

2. キャビティ・コアの作成と配置

キャビティとコアの作成に入ります。先ほどの部品をワークピースとなるブロック内に配置します。この配置は1個取りだけでなく、小さな部品の場合には多数個取りを行うことも可能です。長方形や円形での配置が可能で、デフォルトの縦横2列配置だけでなく、あらかじめ設定を調整し保存しておくことで、繰り返し同じ配置を簡単に再利用できます。

3. 自動ワークピースとパーティングサーフェスの作成

その後、部品をキャビティとコアに分かれる前のブロックに埋め込みます。自動ワークピース機能を使用すると、部品から均一にオフセットさせ、その後にZ方向（厚み方向）を調整してブロックのサイズを最適化できます。

次に、パーティング面を作成します。ブロックを非表示にし、部品のエッジを利用して「延長カーブ」で作成します。延長カーブは、選択したエッジから接線でつながる部分を自動で選択し、さらにパーティング面として追加したいエッジ（非接線部分も含む）を選択して作成していきます。

4. シャットオフとアンダーカット処理

部品の中央に開いている穴など、各種穴のシャットオフを行います。穴の周囲を選択すると、薄いオレンジ色で面が作成され穴が塞がれます。ただし、分割位置が変わる手前の4つの穴は別の手順で処理します。これらの穴も「シャットオフ」機能で穴の底面に面を作成し塞ぎます。

次に、ボールドボリュームアンダーカットのチェックを行います。「アンダーカット評価や計算」を実行すると、アンダーカットがある箇所が表示されます。アンダーカットがあるため、その部分の処理が必要です。

5. スライド形状の作成と型の分割

モデルのエッジをスケッチのベースとして利用し、必要な形状で仕上げていきます。このようにスライド形状を一発で作成できますが、複数の形状を重ねて作成することも可能です。

必要なスライドとパーティング面が作成できたら、ブロックから製品形状部分だけを抜き取り、その空洞になった部分をパーティングサーフェスで分割します。まず作成したスライドエリアを抜き取り、残りの部分をパーティングサーフェスで分割します。

6. 部品の抽出と型開きシミュレーション

モデルツリーでまだ部品単体として存在していない場合は、「抽出」機能で部品単体として存在させます。

次に、型開きのシミュレーションを行います。可動側を裏のスライドと一緒に動かします。固定側も少し移動させることで内部部品を確認できます。このシミュレーションでは、型開きの動きだけでなく、動いた状態でのアンダーカットチェックや抜き勾配チェックも可能です。

7. ランナー作成と成形品確認

この後、ランナーを作成します。中心線を描くだけで、指定したランナー形状に応じて丸い円形の穴が作成されます。型開きシミュレーションを行うと、ランナーが作成されたことが確認できます。

ランナー作成後、成形品質の最終確認を行う機能があります。これにより、この部品を使ってチェックを進めることができます。

2.EMXを用いた型構造部の自動設計と設計変更への対応

型構造部の設計に入ります。これはExpert Moldbase Extension（略してEMX）と呼ばれる機能を用いて、Creo内で型構造部の設計を直接行います。現在、2次元で型構造部設計を行っているお客様は多いですが、EMXを使うことで、せっかく3Dで作成したキャビティとコアのモデルをそのまま活用できます。

1. キャビティのレイアウトとモールドベースの組み込み

2個取りを行うため、キャビティのレイアウトを設定します。オフセット値を指定し、プレビューで確認すると、中央の赤緑の矢印（センター）に対し、対称位置に2個配置されていることが確認できます。ただし、ランナー位置を考慮すると手前側が逆向きになるため、下側のモデルを180度回転させてレイアウトを変更します。

次に、モールドベースを組み込みます。ミスミ製のSタイプ、サイズは650x700のSCタイプを選択します。右側の2次元ユーザーインタフェースで設定すると、左側で3Dモデルに選択したサイズのモールドベースが自動で適用され、各種部品も一緒に配置されます。標準的なモールドベースであれば、ここまで全て自動で行われます。

2. ポケットカットとロケートリング・スプルーブシュの配置

この後、キャビティとコアが収まるポケットのカットを作成します。さらに、コーナー部の逃げやR（丸み）も同時に作成されます。プレビューではわずかにずれて見えることがありますが、OKボタンを押せば正確に反映されます。これで適切に逃げが入り、ワイヤーフレーム表示に切り替えると内部構造が見やすくなります。

次に、ロケートリングを配置します。ミスミ製のLRBS、直径100mmのものを選択し、プレビューを確認すると、部品が配置されるだけでなく、ロケートリングの穴も自動的にカットされます。続いてスプルーブシュです。ミスミのSBBFタイプを使用し、ノズル直径と長さを選択して配置します。これらの部品配置は、スケッチや穴あけの手間をかけずに簡単に行えるため、設計ミスを防ぐことにつながります。

3. イジェクタピンの配置

イジェクタピンデザイナー機能を使ってイジェクタピンを配置します。今回はミスミの角型イジェクタピンを選択し、サイズや寸法を設定します。タイプを選択した後、「＋」記号を押すと、マウスポインターの先端にイジェクタピンの形状が表示されます。この形状は、部品の最外形（緑色で薄く表示）のエリア内のみに配置可能であり、単純なミスを防止します。必要な箇所をクリックしていくと、次々とイジェクタピンが配置されていきます。現在マウスで仮配置していますが、後で正確な寸法に修正することが可能です（今回は寸法変更のデモは省略）。角型だけでなく丸ピンのイジェクタピンも同様に配置できます。いくつかのイジェクタピンを配置した後、「3Dで更新」ボタンを押すと、イジェクタピンがすべてモデルに反映されます。今回は平面形状のため先端カットは行っていませんが、長さ合わせや先端カットを行う機能も備わっています。イジェクタピンの修正は、EMX内で点の位置を選択して行います。

4. 水穴とネジの追加

次に水穴を作成します。水穴を開けたいプレートを選択すると、そのプレートのみが表示されます。簡単なスケッチで水穴を開け、継手類や継手のタイプを選択して配置できます。継手の部分には矢印が表示され、プラグも配置可能です。また、縦に開いている穴を貫通穴ではなく止まり穴にする場合は、目のアイコンをバツにする（表示を消す）ことで設定できます。3D上でプレートに穴が開き、継手やプラグも適切に配置されます。

標準部品としてネジが含まれていますが、それ以外の箇所にネジを追加したい場合も、ネジ機能を使って配置できます。

5. 型部品の表示と部品表（BOM）の作成

可動側と固定側の表示も、EMX内に用意されたオプションで切り替えられます。全体表示や片側のみの表示も可能です。

部品表（BOM）については、3Dモデルに含まれる全ての部品を表示できます。今回はキャビティとコアの部分をリストから除外していますが、このように必要なリストを作成し、Excel形式で出力することも可能です。これらのBOMの機能は、後ほどデモで詳細をご紹介します。

6. 設計変更への対応

一通り金型を作成しましたが、次に部品側で変更があった場合の対応を見ていきます。今回のモデルはCreoでゼロから作成したものではなく、インポートしたモデルです。そのためパラメトリックな情報はありませんが、ダイレクトモデリング機能を使って形状を変更します。単純なドラッグだけでなく、寸法を指定して正確に移動させることもできます。ここでは、わずかに内側にフィレットを追加します。

このような変更を行った際、作成済みの型がどうなるかというと、再計算を実行します。型を開くと、左側が設計変更前、右側が変更後で、幅が短くなり正方形に近づいた形状になっていることが確認できます。その後、モールドベースを積み上げていくと、キャビティやコアの変更がモールドベースにも自動的に反映されていることが分かります。このように、Creoの金型設計機能を使うことで、型分割からモールドベースの作成まで効率的に行えます。

④導入事例

1.チャムンディ・ダイキャスト

インドの企業から2社ご紹介します。

まず、チャムンディ・ダイキャストです。ダイカスト製品を製造している企業で、Creoの金型設計を導入しています。彼らは鋳造設計において、設計コラボレーションの実現や、異機種CADデータの有効活用といった取り組みを行っています。

チャムンディ・ダイキャストのムラリ・クリシュナ氏からコメントをいただいています。同氏は、今回ご紹介したPTCのツールデザインオプションを活用することで、高い生産性の実現とエラーの削減ができた点を高く評価しています。

2.Sahil Tech

次に、Sahil Techの事例をご紹介します。先ほどの事例はダイカストでしたが、今回は樹脂型に関するものです。写真の左側にあるように、スライド構造を持つ樹脂型の部品を設計・製造しています。

Sahil Techはもともと2D CADを使用していましたが、3D CADへの移行に加え、Creo内で型構造部まで設計を行っています。

Sahil Techも、時間とコストを大幅に削減できる自動金型作成を実現しました。ここでいう自動化とは、Creo内でパーティングラインやパーティング面が自動で作成されたことにより、エラーが減少したことを指します。2D CADからの移行において、このような自動化の恩恵が大きいことは容易に理解できます。

⑤まとめ

1.Creoで金型設計を行うメリット

今回はCreoで金型設計を行うメリットについて解説しました。メリットとしては、設計品質の向上、リードタイムの短縮、手戻りの防止が挙げられます。

Creoモデルの高精度なジオメトリは、後工程でのデータ活用において大きな利点をもたらします。例えば、型分割後にキャビティデータを利用してパスを作成する際、モデルが正確であるため、微小な隙間が3Dデータに残り、パスが途切れるといった問題を未然に防ぐことができます。

また、Creoのダイレクトモデリング機能も強力なメリットです。設計製品から型を分割した後、成形時の収縮による歪みや抜きにくさといった問題が発生した場合でも、ダイレクトモデリングを使用して抜き勾配を後から追加するなど、柔軟な対応が可能です。

さらに、Creoの効率化機能、特にEMX（Expert Moldbase Extension）の活用は重要です。2次元のユーザーインタフェースで3Dモデルを作成するといった効率化により、リードタイムの大幅な短縮を実現できます。

Creoの金型設計機能は、設計品質の向上、リードタイム短縮、手戻り防止に繋がり、結果として収益性の向上に貢献します。

⑥Q&A

Q: EMXの構成部品の更新や新規追加は適宜実施されるのでしょうか？それともバージョンアップに依存するのでしょうか？

A: EMXの構成部品、特にライブラリ部品はバージョンごとに追加されることがあります。ただし、すべてのメーカーで一斉に追加されるわけではなく、少しずつ進行します。ユーザーが利用しているパーツメーカーの数に基づき、優先度が決まって追加される仕組みです。また、ライブラリは自分で作成することも可能で、その方法についての文書が公開されています。現在公開されている文書は英語ですが、PTCジャパンで提供するために、ライブラリ作成方法の和訳をしたものがあります。

Q: Creo以外で設計した部品に関しても金型設計を行えるとのことですが、Creoモデルじゃないとできないことはありますか？

A: はい、あります。Creoでゼロから作成したモデルにはフィーチャーとパラメトリックな寸法情報が含まれており、それを利用して形状を作成したり寸法を調整したりすることができます。したがって、これらの機能を利用するにはCreoで作成したモデルが必要です。ただし、金型設計については、デモで示したようにパラメトリック情報がなくても問題なく進めることができます。パラメトリック情報があれば、成形時にショットを打った後、寸法を変更することも可能ですが、必須ではなく、Creo以外のモデルでも金型設計は行えます。

また、Unite機能を利用すれば、金型設計後に元の設計データの更新が必要な場合でも、Creo以外で設計されたモデルでも十分に対応できます。

Q: Creoで金型を設計した場合、CAMもCreoにした方がいいのでしょうか？

A: CreoのCAMを使用すると、Creo内で全て完結するため、データ変換の必要がなく、エラーやデータの破損も発生しません。これは非常に理想的な状態ですが、他のCAMを使用しても問題ありません。多くのお客様が別のCAMを使っています。ただし、Creo内で行うと、例えば精度穴やタップ情報など、モデルに入力されたパラメータを活用して、加工パスの自動生成が可能になります。これがCreoのCAMを使用する最大のメリットです。

さらに、Creoの新しいバージョンでは「モールドマシニング」という機能も利用でき、高速加工に対応したCAM機能を提供しています。この機能では他のCAMエンジンも採用されており、効率的な加工パスを生成します。興味がある場合は、PTCジャパンに問い合わせていただければと思います。

Q: 3Dプリンターで作成するような水穴を作成することはできますか？

A: はい、できます。今回ご紹介した金型成形オプション内ではなく、Creoの基本機能を使って自由に水穴を作成できます。例えば、螺旋状の水穴も、Creoの基本機能を利用して螺旋形状を作り、その中に穴を作成することで実現可能です。

さらに、最近のバージョンにはマルチボディ機能があり、これを活用すると水穴部分を先に作り、その後で形状を変更することや、穴を引くこともできます。これにより、見た目にもわかりやすく、水穴の形状を調整することができます。