JP2000237826A - 曲げ加工用金属板の展開形状選定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １本１本の加熱線の固有変形を反映した展開
形状が正確に得られるようにする。 【解決手段】 予め個々の加熱線の固有歪、固有変形を
求めて、データベースとして蓄積させておく。目的曲面
形状が与えられた時点で、これを曲げ加工する加熱方法
を策定した後、加熱線の固有変形のデータを呼び出す。
これらの固有変形の方向を正負逆にした上で、目的曲面
形状に付加して自由に変形させるＦＥＭ弾性シミュレー
ションを行って展開する。展開面の平面内の位置情報だ
けを取り出して展開形状とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は平板状の金属板を目
的曲面形状に曲げ加工する際の曲げ加工用金属板の展開
形状選定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、船殻外板の如き曲り外板を製
作する場合には、対象の３次曲面を平面に展開し、その
形状に金属板を切り出して曲げ加工する方法が採用され
るが、その方法の一つとして、図学的に近値展開を行う
測地線展開法が従来より広く普及している。この測地線
展開法の場合、曲面上の座標軸となる測地線は、測地線
の法線が常に曲面の法線となる（逆も真）性質を利用し
て、近似的作図法で求めるようにしたものである。

【０００３】すなわち、図４（イ）に示す如く、展開の
対象となる曲面ａの上に、平面における直線の概念を一
般の曲面にまで拡張した測地線を図学的な手法で求め、
これを２本直交させて曲面ａの座標軸Ｘ，Ｙとして採用
し、他方、図４（ロ）に示す如く、別の平面ｂ上に、直
交する座標軸Ｘ′，Ｙ′を設定し、曲面ａ上の点Ｐ１，
Ｐ２の位置を曲面座標の上で計測し、これと同じ位置を
平面座標に対し点Ｐ１′，Ｐ２′の如く求め、これを繰
り返すことで対象曲面ａを平面座標の上に近似的に描き
出すようにしたものである。

【０００４】しかしながら、かかる従来の測地線展開法
による曲面の展開法では、曲げ加工に伴う金属板の伸縮
について配慮する仕組みをもっていないという問題があ
った。

【０００５】一方、近年の造船部門での先進的な金属板
の曲げ加工法としては、線状加熱曲げ加工法が採用され
ている（特開平６−２２６３６０号、特開平７−２４５
３４号、特開平７−６０３６８号、特開平７−７５８３
５号、特願平８−３０９０４７号等）。これは、有限要
素法（ＦＥＭ）を応用して、目的の曲面を与える加熱線
の配置と入熱量を算出し、これを平面に与えることで曲
面を得るようにしたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記線状加
熱曲げ加工法の場合、金属板を局所的に加熱したとき発
生する収縮を利用しているので、曲げ加工に伴って金属
板は収縮することになり、展開が目標としている３次元
設計形状より小さくなる傾向がある。

【０００７】そのため、現状では、展開した平面の周囲
に適当な寸法の余裕をとっておき、曲げ加工終了後、こ
れを計測し、仕上げ切断して上記の差を補正することで
目的の曲面形状を得るようにしているが、曲げ加工後の
仕上げ作業が発生するだけでなく、手作業であるため、
切断品質や寸法精度に誤差が発生し易い。一方、比較的
曲率の緩やかな曲面の場合には、曲げ加工後の仕上げ作
業を省くために、経験的に得られた概略の収縮変形量を
展開形状に加えて加工することもあるが、加熱による収
縮変形の違いを正確に考慮できないので、得られる寸法
精度には限界がある。

【０００８】このように、従来、展開作業は人手で行わ
れ、近年、これをコンピュータで行うようになってきた
が、１枚の板の中で曲率の変化が大きい複雑な曲面の場
合は人が介在せざるを得ず、しかも熟練を要する作業で
あった。

【０００９】そこで、本発明は、金属板に線状加熱曲げ
加工法を実施するに当り、１本１本の加熱線の固有変形
を反映した展開形状が熟練を要することなく得られるよ
うにして、金属板曲げ加工後の仕上げ切断を不要とする
ことができるような曲げ加工用金属板の展開形状選定方
法を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、目的曲面形状に対し、初期平面から強制
変形させるときの目的固有歪分布を求め、次に、データ
ベースから加熱線の固有変形を呼び出して上記目的固有
歪分布を基に個々の加熱線が作り出す生成固有歪分布を
算出し、しかる後、該生成固有歪分布の大きさと絶対値
を保持したままにして正負を逆にした生成固有歪分布を
上記目的曲面形状に与えて、目的曲面形状をＦＥＭ弾性
シミュレーションにより平面的に展開させ、該展開形状
を曲げ加工用金属板の展開形状として選定するように
し、又、ＦＥＭ弾性シミュレーションにより得られた展
開形状の平面上の位置情報だけを取り出すようにする曲
げ加工用金属板の展開形状選定方法とする。

【００１１】加熱線の固有変形方向を逆にして目的曲面
形状に加えたＦＥＭ弾性シミュレーションを行うと、線
状加熱は加熱線が与える固有変形によって近似的に曲面
形状を作り出すために、完全な平面にはならないが、目
的曲面は平面に近い形状に変形させられる。したがっ
て、加熱曲げ加工と整合性のとれた展開になる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１３】図１及び図２（イ）（ロ）（ハ）（ニ）
（ホ）（ヘ）（ト）（チ）は本発明の実施の一形態を示
すもので、コンピュータを用い、先ず、金属板を加工す
る目的曲面形状１を定める（ステップＩ及び図２（イ）
参照）。次に、ＦＥＭで初期平面を目的曲面形状１に強
制変形させたときの目的固有歪分布εを計算する（ステ
ップII及び図２（ロ）参照）。具体的には、初期平面形
状が未知のため、目的形状を、面内の移動を自由にした
状態で強制的に平面に変形させ、ここで得られるひずみ
の符号を±逆にして求めている。なお、図２（ロ）にお
いて、＋側が伸び歪を、−側が縮み歪を示す。

【００１４】次に、線状加熱方法の策定として、上記ス
テップIIで求められた要素内での目的固有歪分布εを、
複数の加熱線の適当な配置あるいは加熱条件の調整によ
って生成される集中的な歪分布である生成固有歪分布
ε′で近似的に表現させる（ステップIII 及び図２
（ハ）参照）。この場合、上記ステップIIでの目的固有
歪分布εを実現する際に、与えられた加熱器（ガス炎、
高周波誘導加熱器、レーザ光等）と被加工金属板の組み
合わせに対して、加熱条件（単位時間当りの入熱量、加
熱時間等）と生成固有歪との定量的関係が必要となるの
で、この関係を加熱線の固有変形としてデータベースに
蓄えておくようにする（ステップIV）。

【００１５】次に、加熱線の固有変形をデータベースか
ら呼び出し、上記各要素について物理的に妥当な結果が
得られるような加熱強度の組み合わせと加熱方向と加熱
線間隔を求めて、初期平面３に対する具体的な加熱線２
の配置を決定する（ステップＶ及び図２（ニ）参照）。
なお、図２（ハ）において、破線で示す加熱線２は裏面
配置の場合を示す。

【００１６】以上のステップＩからステップＶまでは、
前述した従来の線状加熱曲げ加工法による場合と同様で
ある。因に、上記加熱線２の固有変形を金属板に与える
ことで、金属板を曲げ加工することができ、このとき施
す加熱によって発生する金属板の変形分布は、そこに配
置された１本１本の加熱線２の作り出す固有変形を総合
したもの（線形重ね合わせ）となる。

【００１７】しかる後、本発明では、上記固有変形の方
向を逆にして（縮む方向を逆にすると伸びる方向の変形
となる）、目的曲面形状１に与え、ＦＥＭ弾性シミュレ
ーションを行うようにする。すなわち、ステップIII で
求めた生成固有歪分布のε´の大きさの絶対値をそのま
まにして正負を逆にした生成固有歪分布−ε′を算出し
（ステップVI及び図２（ホ）参照）、算出した生成固有
歪分布−ε′を、ステップＶで定めた加熱線２の配置を
基に目的曲面形状１に与えて（ステップVII 及び図２
（ヘ）参照）、ＦＥＭ弾性シミュレーションにより自由
変形させて平面的に展開させて展開面４を形成させるよ
うにし（ステップVIII及び図２（ト）参照）た後、その
展開面４の輪郭形状（外周形状）を曲げ加工用金属板の
曲げ加工用展開形状５として選定する。この場合、展開
面４は完全には平面とはならず、線状加熱の近似誤差に
相当する凹凸が残るが、この凹凸成分を無視して、この
形状を表す各点（具体的にはＦＥＭの格子点）の座標
ｘ，ｙ，ｚのうち、ｘ，ｙの値だけ、すなわち、平面内
の位置情報だけを取り出すことにより、同じ面上の曲率
の強いところ（加熱線が密に配置される）と弱いところ
（加熱線が疎に配置される）の収縮量の違いも正確に展
開形状に反映され、加熱曲げ加工と整合性のとれた極め
て正確な展開形状５を得ることできる。

【００１８】したがって、得られた展開形状５を基に切
り出した金属板に対し、図２（ニ）に示す如く加熱線２
を配置して線状曲げ加工法を実施すれば、金属板を目的
曲面形状１に正確に加工することができる。

【００１９】

【実施例】次に、従来の線状加熱曲げ加工法を採用した
場合と本発明の方法を採用した場合の比較試験結果とし
て、図３に示すような目的曲面形状において、Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇの各部での断面ガウス長さ（単位：
mm）を、シミュレーション値により算出した結果を表１
に示す。なお、表１において、従来法と本発明の曲げ加
工後の欄の（）内の数値は、目的形状の欄の数値からの
誤差を示し、又、本発明の展開時の欄中の（）内の数値
は、従来法の展開時の欄の数値からの誤差を示す。

【表１】 表１から明らかなように、本発明を採用した場合には、
極めて正確な曲げ加工精度が得られることがわかる。

【００２０】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の曲げ加工用金
属板の展開形状選定方法によれば、目的曲面形状に対
し、初期平面から強制変形させるときの目的固有歪分布
を求め、次に、データベースから加熱線の固有変形を呼
び出して上記目的固有歪分布を基に個々の加熱線が作り
出す生成固有歪分布を算出し、しかる後、該生成固有歪
分布の大きさと絶対値を保持したままにして正負を逆に
した生成固有歪分布を上記目的曲面形状に与えて、目的
曲面形状をＦＥＭ弾性シミュレーションにより平面的に
展開させ、該展開形状を曲げ加工用金属板の展開形状と
して選定するようにし、又、ＦＥＭ弾性シミュレーショ
ンにより得られた展開形状の平面上の位置情報だけを取
り出すようにするので、次の如き優れた効果を発揮す
る。 (1) 従来では、熟練を要していた目的曲面形状からの展
開作業を、すべてコンピュータに置き換えることが可能
となり、展開作業の自動化を図ることができる。 (2) １本１本の加熱線の固有変形を反映した展開形状を
得ることができて、曲面に沿った寸法を正確に作り出す
ことができることから、金属板を曲げ加工した後に再度
計測して仕上げ切断するという余計な作業をなくすこと
ができる。 (3) 正確な面内寸法が得られることから、曲面構造を組
み立てるときの継手部の溶接開先品質が極めてよくな
り、これにより組立作業、溶接作業の合理化を図ること
ができる。 (4) 曲り外板をベースにしてその上に骨材を組み上げる
手順で完成させる船殻曲りブロックの組立作業に採用す
ることによって、精度のよい曲り外板を用いることがで
きることから、ブロックの組立精度を向上させることが
でき、これにより、ドックや船台におけるブロック同士
の取り合い部開先品質を高めることができるようにな
り、ドック、船台工事の合理化に大きく貢献することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法の実施の形態を示すフローチャー
トである。

【図２】図１のフローチャートに基づいた各工程を示す
もので、（イ）は目的曲面形状の一例を示す図、（ロ）
は計算により得られた目的固有歪分布の一例を示す図、
（ハ）は目的固有歪分布から求めた生成固有歪分布の一
例を示す図、（ニ）は生成固有歪分布を基に定めた加熱
線の配置例図、（ホ）は生成固有歪分布の正負を逆にし
た図、（ヘ）は目的曲面形状に生成固有歪分布の正負を
逆にして与えた状態を示す図、（ト）は目的画面形状を
平面的に展開した状態の一例を示す図、（チ）は得られ
た展開形状の一例を示す図である。

【図３】従来法と本発明の方法との比較試験を行った際
の目的曲面形状と寸法を採取した各位置を示す概略図で
ある。

【図４】測地展開法の概念を示すもので、（イ）は対象
曲面を示す図、（ロ）は対象曲面上の点の位置を平面座
標に移した状態を示す図である。

【符号の説明】

１ 目的曲面形状 ２ 加熱線 ３ 初期平面 ４ 展開面 ５ 展開形状

フロントページの続き (72)発明者 丹後 義彦 広島県呉市昭和町２番１号 石川島播磨重 工業株式会社呉第一工場内 Ｆターム(参考） 5B046 AA05 BA08 DA02 FA06 FA12 JA04 KA06 5B049 AA00 AA02 AA06 BB07 CC00 EE03 EE41

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 目的曲面形状に対し、初期平面から強制
   変形させるときの目的固有歪分布を求め、次に、データ
   ベースから加熱線の固有変形を呼び出して上記目的固有
   歪分布を基に個々の加熱線が作り出す生成固有歪分布を
   算出し、しかる後、該生成固有歪分布の大きさと絶対値
   を保持したままにして正負を逆にした生成固有歪分布を
   上記目的曲面形状に与えて、目的曲面形状をＦＥＭ弾性
   シミュレーションにより平面的に展開させ、該展開形状
   を曲げ加工用金属板の展開形状として選定することを特
   徴とする曲げ加工用金属板の展開形状選定方法。
2. 【請求項２】 ＦＥＭ弾性シミュレーションにより得ら
   れた展開形状の平面上の位置情報だけを取り出すように
   する請求項１記載の曲げ加工用金属板の展開形状選定方
   法。