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技術 鍛造品の前工程での形状決定方法および鍛造用金型の設計方法

出願人 中小企業総合事業団
発明者 山田浩幸酒井良仁
出願日 1996年2月29日 (24年4ヶ月経過) 出願番号 1996-042298
公開日 1997年9月9日 (22年9ヶ月経過) 公開番号 1997-234535
状態 特許登録済
技術分野 金型の交換、取付、製造 鍛造
主要キーワード 途中形状 選択個数 体積配分 仕上げ型 型割線 周長比 Y座標 ソリッド形状
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1997年9月9日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

鍛造品の前工程での断面形状を、容易にかつ短時間に求め得る形状決定方法を提供する。

解決手段

所定工程での形状が新規な新鍛造品における前工程での形状を決定する方法であって、まず所定工程に対応する形状が既知である複数の既鍛造品の形状およびそれぞれにおける前工程での形状を予め求めてデータベース11に記憶しておき、次に新鍛造品と、各既鍛造品との類似度類似度評価式に基づきそれぞれ求め、次にこの類似度が高い既鍛造品における前工程での形状を、新鍛造品における前工程での形状として選択し、かつこの既鍛造品における前工程での形状を選択する際に、複数の形状を選択するとともに、この選択された複数の既鍛造品における前工程での形状を合成することにより、新鍛造品における前工程での形状を求める方法である。

概要

背景

通常、鍛造により製品製作する場合、その中間工程における中間形状金型を用いて、段階を追って鍛造作業が行われている。

そして、従来、中間形状は、製品形状すなわち鍛造終了後の最終形状から、熟練技術者の経験とに基づき想定されていた。勿論、中間形状から、さらにその前工程における中間形状を想定する場合も同様である。

具体的に説明すれば、鍛造作業においては、ビレットからの体積配分を容易にする潰し鍛造、荒地型を用いて予備的な成形を行う荒打ちおよび仕上げ型を用いて最終的な成形を行う仕上げ打ちとが順番に行われる。したがって、前工程での形状、例えば仕上げ形状(仕上げ打ち後の形状)から荒地形状(荒打ち後の形状、すなわち仕上げ打ち前の形状)を正しく求める必要がある。

そして、中間工程における各鍛造品の形状を決定する場合、最終製品の最終形状を、所定の方向例えば鍛造品の延びる方向に沿って複数に分割した場合の各分割部毎に、設計者鍛造後の断面形状と鍛造前(前工程)の断面形状との間に成立する関係から鍛造前の断面形状を求め、この求められた各分割部毎の断面形状を用いて鍛造前での全体形状が求められていた。

概要

鍛造品の前工程での断面形状を、容易にかつ短時間に求め得る形状決定方法を提供する。

所定工程での形状が新規な新鍛造品における前工程での形状を決定する方法であって、まず所定工程に対応する形状が既知である複数の既鍛造品の形状およびそれぞれにおける前工程での形状を予め求めてデータベース11に記憶しておき、次に新鍛造品と、各既鍛造品との類似度類似度評価式に基づきそれぞれ求め、次にこの類似度が高い既鍛造品における前工程での形状を、新鍛造品における前工程での形状として選択し、かつこの既鍛造品における前工程での形状を選択する際に、複数の形状を選択するとともに、この選択された複数の既鍛造品における前工程での形状を合成することにより、新鍛造品における前工程での形状を求める方法である。

目的

そこで、本発明は、鍛造品の前工程での断面形状を、容易にかつ短時間に求め得る形状決定方法および鍛造用金型設計方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

所定工程での形状が新規な新鍛造品における前工程での形状を決定する方法であって、まず所定工程に対応する形状が既知である複数の既鍛造品の形状およびそれぞれにおける前工程での形状を予め求めておき、次に上記新鍛造品と、各既鍛造品との類似度類似度評価式に基づきそれぞれ求め、次にこの類似度が高い既鍛造品における前工程での形状を、新鍛造品における前工程での形状として選択することを特徴とする鍛造品の前工程での形状決定方法

請求項2

類似度の高い既鍛造品における前工程での形状を選択する際に、複数の形状を選択するとともに、この選択された複数の既鍛造品における前工程での形状を合成することにより、新鍛造品における前工程での形状を求めることを特徴とする請求項1記載の鍛造品の前工程での形状決定方法。

請求項3

複数の既鍛造品における前工程での形状を合成する際に、異なる工程での形状を合成することを特徴とする請求項2記載の鍛造品の前工程での形状決定方法。

請求項4

類似度評価式を、面積比で表される特徴量と、図形の周長比で表される特徴量と、面積周長との比で表される特徴量と、重心を考慮した特徴量と、鍛造型型割線類似性を考慮した評価値とを加えた式としたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の鍛造品の前工程での形状決定方法。

請求項5

請求項1ないし4のいずれかに記載の鍛造品の前工程での形状決定方法により決定された形状に基づき、新鍛造品における前工程での鍛造用金型凹面形状を求めることを特徴とする鍛造用金型の設計方法

技術分野

0001

本発明は、鍛造品の最終形状(または中間工程における途中形状)から、それ以前の工程における中間形状を求める鍛造品の形状決定方法および鍛造用金型設計方法に関する。

背景技術

0002

通常、鍛造により製品製作する場合、その中間工程における中間形状の金型を用いて、段階を追って鍛造作業が行われている。

0003

そして、従来、中間形状は、製品形状すなわち鍛造終了後の最終形状から、熟練技術者の経験とに基づき想定されていた。勿論、中間形状から、さらにその前工程における中間形状を想定する場合も同様である。

0004

具体的に説明すれば、鍛造作業においては、ビレットからの体積配分を容易にする潰し鍛造、荒地型を用いて予備的な成形を行う荒打ちおよび仕上げ型を用いて最終的な成形を行う仕上げ打ちとが順番に行われる。したがって、前工程での形状、例えば仕上げ形状(仕上げ打ち後の形状)から荒地形状(荒打ち後の形状、すなわち仕上げ打ち前の形状)を正しく求める必要がある。

0005

そして、中間工程における各鍛造品の形状を決定する場合、最終製品の最終形状を、所定の方向例えば鍛造品の延びる方向に沿って複数に分割した場合の各分割部毎に、設計者鍛造後の断面形状と鍛造前(前工程)の断面形状との間に成立する関係から鍛造前の断面形状を求め、この求められた各分割部毎の断面形状を用いて鍛造前での全体形状が求められていた。

発明が解決しようとする課題

0006

しかし、鍛造品の各分割部ごとに、設計者が、鍛造後と鍛造前との断面の関係から、鍛造前の形状を求める作業は非常に面倒であり熟練を要するもので、かつ多くの時間を要し、設計能率を向上させるにも限界があるという問題があった。

0007

そこで、本発明は、鍛造品の前工程での断面形状を、容易にかつ短時間に求め得る形状決定方法および鍛造用金型の設計方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

上記課題を解決するため、本発明の第1の手段は、所定工程での形状が新規な新鍛造品における前工程での形状を決定する方法であって、まず所定工程に対応する形状が既知である複数の既鍛造品の形状およびそれぞれにおける前工程での形状を予め求めておき、次に上記新鍛造品と、各既鍛造品との類似度類似度評価式に基づきそれぞれ求め、次にこの類似度が高い既鍛造品における前工程での形状を、新鍛造品における前工程での形状として選択する鍛造品の前工程での形状決定方法である。

0009

また、本発明の第2の手段は、上記第1の手段の構成において、類似度の高い既鍛造品における前工程での形状を選択する際に、複数の形状を選択するとともに、この選択された複数の既鍛造品における前工程での形状を合成することにより、新鍛造品における前工程での形状を求める鍛造品の前工程での形状決定方法である。

0010

また、本発明の第3の手段は、上記第2の手段の構成において、複数の既鍛造品における前工程での形状を合成する際に、異なる工程での形状を合成する鍛造品の前工程での形状決定方法である。

0011

また、本発明の第4の手段は、上記第1ないし第3の手段の構成において、類似度評価式を、面積比で表される特徴量と、図形の周長比で表される特徴量と、面積周長との比で表される特徴量と、重心を考慮した特徴量と、鍛造型型割線類似性を考慮した評価値とを加えた式とした鍛造品の前工程での形状決定方法である。

0012

さらに、本発明の第5の手段は、上記第1ないし第4のいずれかの手段における鍛造品の前工程での形状決定方法により決定された形状データに基づき、鍛造用金型の凹面形状を求める鍛造用金型の設計方法である。

0013

上記各手段における形状処理方法によると、新鍛造品の形状が与えられると、予め記憶されている既鍛造品の形状とが比較されて、類似度が高い既鍛造品における前工程での形状が、新鍛造品の前工程での形状とされ、または類似度が高い複数の既鍛造品における前工程での形状が選択されるとともに、これらの形状が合成されて、新鍛造品の前工程での形状とされるため、非常に容易にかつ短時間で、所定の新鍛造品の前工程での形状を決定することができる。

0014

また、上記鍛造用金型の設計方法によると、上記各形状決定方法により求められた新鍛造品の前工程での形状データを使用することにより、特にコンピュータ装置および三次元CADソフトウエアを使用して、形状データを求めることにより、複雑な形状であっても、非常に簡単に金型を設計することができる。

発明を実施するための最良の形態

0015

以下、本発明の実施の形態における鍛造品の前工程での形状決定方法を、図1図8に基づき説明する。

0016

本発明の要旨は、形状が既知である既鍛造品の前工程での形状を決定する方法であり、より具体的には、最終製品である鍛造品(以下、最終鍛造品と称す)の形状から、その前工程すなわち中間工程での鍛造品の形状および初期工程でのビレット(以下、中間鍛造品と称し、これにはビレットをも含むものとする)の形状を、コンピュータ装置(図8に示す)を使用して、演算により求める方法である。すなわち、ある鍛造品とその前工程での中間鍛造品との間には、ある種の幾何学的関係があり、この関係を利用することにより、前工程での中間鍛造品の形状が求められることに基づくものである。なお、この形状決定方法は、鍛造品の形状が軸対称物品である場合に適している。

0017

以下、鍛造品の前工程での形状決定方法を、図1フローチャートに基づき説明する。本実施の形態においては、最終鍛造品の形状からビレットまでの途中の中間鍛造品、すなわち仕上げ工程での形状(以下、仕上げ品と称す)、荒打ち工程での形状(以下、荒打ち品と称す)、潰し工程での形状(以下、潰し品と称す)および初期工程での形状(ビレットの形状)のデータをそれぞれ求める場合について説明する。なお、ここで扱う最終鍛造品の形状としては軸対称物品とする。

0018

まず、最終鍛造品をソリッドモデル化した後(ステップ1)、M=1(このMは、各工程の段階を示し、その具体的な値とそれに対応する工程を、図1中のデータベース11内に記述しておく(ステップ2)。

0019

次に、所定の形状処理を行う(ステップ3)。この形状処理としては、大きく分けて、無次元化処理および2値化処理があり、以下これらの処理について説明する。

0020

まず、最終鍛造品を、対称の中心である中心軸を通る断面で切断して、二次元断面を得る。次に、この二次元断面の形状データの内、径方向すなわち対称軸幅方向については、外径寸法で割って無次元化し、その外径(直径)を1.0とする。

0021

また、同様に、二次元断面の形状データの内、高さ方向についても、外径寸法で割って無次元化する。そして、次に形状データの細かい凹凸または模様などについては、その中間工程にあってはあまり重要でないため、2値化処理を施して単純化する。例えば、切断した断面を、縦×横=80×50程度のメッシュに分割し、このメッシュ部分オンオフ状態にて形状を表す。なお、図2に2値化処理を施した鍛造品の形状データの一例を示す(オン・オフ状態を、1と0とで示す)。

0022

次に、K=1とおいた後(ステップ4)、類似度の計算が行われる(ステップ5)。なお、このKは、後述するデータベース内に記憶される鍛造品の個数、すなわち事例数である。

0023

ここで、類似度の処理内容を具体的に説明する。この類似度は、上述の2値化処理されたデータと、データベース11に予め記憶されている形状データとが、類似度評価式Se (後述する)に基づくもので、所定の換算式(後述する)により換算された値Sで表される。

0024

この類似度を、分かり易く説明すると、鍛造品同士を比較する際に、まずそれぞれの形状データを無次元化処理および2値化処理した後、複数個(例えば十数個の小領域に分割し、これら各小領域での幾何学的特徴量、例えば面積比、周長比、周長/面積の比、重心位置の比などについて計算を行い、鍛造品の各小領域での幾何学的類似性を数値化したものである。

0025

すなわち、データベース11内には、複数(本実施の形態では5個)の最終鍛造品(M=1の場合)、およびこれに対応する前工程である中間工程での各形状(M=2〜5)のデータのソリッドデータおよび形状処理された形状処理データがそれぞれ記憶されており、この形状処理された既鍛造品の形状と、新鍛造品の形状との類似度が求められる。

0026

上述した類似度評価式Se は、二次元断面における鍛造品(以下、この説明中において、部品と称す)の形状と、この形状を囲む矩形図形とにより求められるものであり、基本的には、面積比に相当する特徴量αと、図形の周長比に相当する特徴量βと、面積と周長との比である特徴量γと、重心を考慮した特徴量λと、部品の断面積に関する値と、部品の周長Sに関する値と、鍛造型の型割線の類似性を考慮した評価値ψとを加えた値として求められる。

0027

ここで、類似度評価式Se を具体的に示すと、下記(1) 式で表される。

0028

0029

なお、上記(1) 式中、各係数の持つ意味は、下記の[表1]に示す通りである。

0030

0031

ここで、上記(1) 式中の内、部品の特徴量α,β,γ,λおよびψを、図面に基づき詳細に説明する。まず、図3に示すように、部品21を囲む矩形図形22を考え、この矩形図形22を、さらに部品21の特徴に合わせて縦横に分割し、この分割された個々の領域(波線で示す)を小領域23と称し、この小領域23毎に、部品21の特徴量を抽出する。
特徴量αについて
小領域23内をさらに複数のピクセル画素ともいう)に分割し、この小領域23内のピクセル総数(0と1で示した部分)と、小領域23内のピクセル数(1の記号で示した部分)との比が特徴量αとされ、下記の(2) 式で表される。
αi =(小領域内の1のピクセル数)/(小領域内のピクセル総数)・・(2)
(i=0〜n:以下、同じ)
特徴量βについて
小領域23の周長(ピクセル数で示される)と、小領域23内での部品21の周長(ピクセル数で示される)との比が特徴量βされ、下記の(3) 式で表される。
βi =(小領域内の部品の周長)/(小領域の周長)・・・(3)
特徴量γについて
小領域23内のピクセル数(1の記号で示した部分)と、小領域23内の部品21の周長との比が特徴量γとされ、下記の(4) 式で表される。但し、小領域23内のピクセル数が0の場合は、γi =0とする。
γi =(小領域内の部品の周長)/(小領域内のピクセル数)・・・(4)
特徴量λについて
図4に示すように、小領域23内の部品21の重心位置で表される。但し、小領域23内のピクセル数(1の記号で示した部分)が0の場合は、xgi=0,ygi=0とする。

0032

0033

上記(5) 式および(6) 式を無次元化してλ(λxi,λyi)を求めると、下記の(7) 式および(8) 式のようになる。
λxi=xgi/dxi・・・・(7)
λyi=ygi/dyi・・・・(8)
型割線の評価値ψについて
図5に示すように、第1部品31の型割線32と第2部品33の型割線34で形成される斜線領域の面積と、これら両部品31,33全体を囲む矩形図形35の面積との比で表される。すなわち、下記の(9) 式にて示される。なお、この場合も、無次元化が行われる。

0034

0035

また、類似度Sは下記の(10)式にて表される。
S=a/(1+k×Se )・・・(10)
なお、上記(10)式中、例えば、a=100 ,k=0.5 とされ、この式は、類似度評価値Se を、容易に判断し得るように、すなわち全く同一の形状である場合を、100の値となるように換算するためのものである。

0036

上記(10)式により類似度Sが求められ、そしてこの類似度Sの計算が、データベースに蓄積されている事例個数分(本実施の形態では5個分)だけ、繰り返して行われる(ステップ7)。

0037

上記の繰り返しによる類似度の計算が終了すると、類似品検索が行われる。例えば、類似度が高い順番に、数個(例えば3個程度、勿論、1個だけまたは適当数)の形状が選択されるか、または類似度が所定値以上のものの形状が選択されて、データベース11から抽出される(ステップ8)。

0038

次に、上記抽出された複数個の形状(すなわち、形状データ)に基づき、新しく求められる前工程での鍛造品の形状が合成により求められる(ステップ9)。勿論、選択された形状が1個だけの場合には、合成は行われない。

0039

ここで、新鍛造品とこれに類似する幾つかの鍛造品とから、その前工程での形状を合成により求める方法について説明する。まず、類似品における前工程での形状に関する上型面データおよび下型面データを抽出した後、これら抽出された複数の上型面の形状同士および下型面の形状同士を、それぞれの類似度により、下記(11)式を用いて合成する。

0040

0041

但し、Yci:合成された形状のY座標
Sz :部品Z(a,b,・・)の類似度
Yzi:部品Zのi節点のY座標値
i :節点番号である。

0042

上記の合成方法を図示すると、図6のようになる。図6では、部品aと部品bとの形状を合成する場合を示し、合成された形状は波線にて示される。なお、上記の合成は、基本的には、荒打ち形状は荒打ち形状同士で合成され、潰し形状は潰し形状同士で合成され、類似度が高い場合には、例えば仕上げ形状と荒打ち形状、または荒打ち形状と潰し形状とのように、異なる中間工程同士の合成も行われる。なお、ビレットは、類似度によるアスペクト比の合成により算出している。

0043

このようにして、前工程での形状が合成により求められると、形状処理(ステップ3)で行った逆の処理を行い、すなわち無次元化したものを、同じ比率で元の外径に戻した後、回転スイープさせて、前工程での立体形状としての鍛造品のソリッド化を行う(ステップ10)。

0044

また、ビレットの形状復元は、新鍛造品の体積無次元のビレットの体積との比の立方根を算出して行っている。そして、このソリッド化された鍛造品の形状が前工程での形状として、一次的にコンピュータ装置のメモリに記憶される。

0045

そして、次にステップ11にて、工程を表すMがインクレメントされ、データベースに記憶されている工程数(本実施の形態では5)より小さい場合には、ステップ3に戻り、ステップ11までの作業を繰り返す。

0046

ステップ11にて、所定の工程数に等しくなった場合には、これよりも前工程がないと判断され、ステップ13に進み、各工程でのソリッドモデルの形状データが出力された後、ステップ14にて、これらの形状データを新規なものとして登録すべきかどうかが判断(自動的またはオペレータが判断する)される。

0047

登録すべき場合は、各工程での形状データがすべてデータベースに登録され、登録が必要ないと判断された場合は作業を終了する。上記の説明においては、全ての工程についての類似形状を求めるようにしたが、その途中の中間工程、例えば仕上げ工程、荒打ち工程、潰し工程などのいずれかの工程が省略される場合もあり、また複雑な形状の場合には、同じ工程、例えば荒打ち工程が2度出力される場合もある。

0048

なお、図7に、最終鍛造品41から、その前工程における中間鍛造品42,43およびビレット44の形状を、合成により順次求めた場合を示す。上述した新鍛造品に対する前工程における形状データを求める装置としては、コンピュータ装置が使用され、上記各処理に必要なプログラムが入力されている。

0049

例えば、図8に示すように、コンピュータ本体1と、ディスプレイ装置2と、キーボード3およびマウス4などの入力機器5と、ハードディスク装置6と、カセット型磁気テープ装置(CMT)7と、CD−ROM装置(読取専用記憶装置)8と、プリンタプロッタなどの出力機器(図示せず)とから構成されている。

0050

このコンピュータ装置により、設計者がディスプレイ装置2の画面上に表示された最終鍛造品(中間工程での鍛造品)の形状を見ながら、入力機器5から指示を与えて、前工程での形状を設計することができる。勿論、必要な形状データのコンピュータ本体1への入力方法は、種々の方法が考えられる。直接、入力機器5から入力する方法、外部の記憶装置から入力する方法、特殊な入力機器(立体画像を入力し得る機器)から入力する方法などが考えられる。

0051

また、類似形状の選択個数も、入力機器などから、任意に変更し得るようにされている。そして、このコンピュータ装置において、新鍛造品に対する前工程での形状を得るための金型の凹部形状のデータを、容易に得ることができる。例えば、鍛造により製造される製品の各前工程(中間工程)での形状のソリッドデータを出力し、金型ブロックと前工程でのソリッド形状との差を求め、金型の凹部形状(凹面形状)を創成し、その後、設計者が材料の歩留り機械加工などを考慮して、より詳細に、金型の構成、例えば金型の分割方法をコンピュータ装置上で行うことができる。

0052

すなわち、金型を図面化することなく、CAMのソフトを使用して、直接、機械加工により製作することができる。

発明の効果

0053

上記本発明の鍛造品の前工程での形状決定方法によると、新鍛造品の形状が与えられると、予め記憶されている既鍛造品の形状とが比較されて、類似度が高い既鍛造品における前工程での形状が、新鍛造品の前工程での形状とされ、または類似度が高い複数の既鍛造品における前工程での形状が選択されるとともに、これらの形状が合成されて、新鍛造品の前工程での形状とされるため、非常に容易にかつ短時間で、所定の新鍛造品の前工程での形状を決定することができる。また、上記の形状決定方法により求められた新鍛造品の前工程での形状データを使用することにより、特にコンピュータ装置などを使用して、形状データを求めることにより、複雑な形状であっても、非常に簡単に金型を設計することができる。

図面の簡単な説明

0054

図1本発明の実施の形態における鍛造品の前工程での形状を求めるフローチャートである。
図2同実施の形態における鍛造品の形状処理状態を示す図である。
図3同実施の形態の形状処理において、類似度における特徴量を説明する図である。
図4同実施の形態の形状処理において、類似度における特徴量を求める説明図である。
図5同実施の形態の形状処理において、類似度における型割線を求める説明図である。
図6同実施の形態の形状処理における形状の合成方法を説明する図である。
図7同実施の形態の形状決定方法により、前工程での形状を、順次求めた場合の断面図である。
図8同実施の形態の形状処理方法を行うためのコンピュータ装置を示す斜視図である。

--

0055

1コンピュータ本体
2ディスプレイ装置
5入力機器
6ハードディスク装置
11データベース
21部品
22矩形図形
23 小領域

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