JP2017006970A - Forging type design support device and forging type design support method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鍛造型の設計を支援する鍛造型設計支援装置および鍛造型設計支援方法に関する。 The present invention relates to a forging die design support apparatus and a forging die design support method that support forging die design.
タービンブレードなどの捩れた形状の鍛造製品の鍛造型を設計するときには、設計者は、鍛造製品を製造可能であること、さらには、素材の投入重量をなるべく少なくしつつ、欠肉を発生させない形状となっていることを確認する必要がある。そこで、設計者は、剛塑性有限要素法などを用いて、鍛造型の複数の断面について型打時に働く力や素材流動の様子などを解析し、その解析結果から、製造装置にかかるモーメントや荷重を算出し、鍛造型の形状を決めていた。 When designing a forging die for a twisted shape forging product such as a turbine blade, the designer must be able to manufacture the forging product, and further reduce the input weight of the material as much as possible while avoiding the occurrence of chipping. It is necessary to confirm that Therefore, the designer uses a rigid plastic finite element method or the like to analyze the force acting during punching and the state of material flow for multiple sections of the forging die, and from the analysis results, the moment and load applied to the manufacturing equipment are analyzed. And the shape of the forging die was determined.
ところで、捩れた形状の鍛造製品の鍛造法には、捩れた形状に鍛造する仕上げ鍛造法と鍛造した後に捩じる平打鍛造法とがあるが、工程数が少なくなる点で仕上げ鍛造法のほうが有利である。しかしながら、仕上げ鍛造法では、素材にかかるモーメントが大きくなるため、素材の移動が発生し、この移動が原因でしばしば欠肉が生じる。モーメントは、型打ち角度、素材の位置や向きなどに影響され、また、素材の位置と向きは、バリの量や出方に影響を与える。従って、鍛造型の設計では、モーメントの及ぼす影響に関して十分に検討しておくこと、とくに、欠肉の有無を確認しておくことが必要不可欠となる。 By the way, forging methods of twisted forging products include a finish forging method forging into a twisted shape and a flat forging method in which twisting is performed after forging. It is advantageous. However, in the finish forging method, since the moment applied to the material increases, the material moves, and this movement often causes a lack of thickness. The moment is affected by the stamping angle, the position and orientation of the material, and the position and orientation of the material affects the amount and exit of burrs. Therefore, in the design of a forging die, it is indispensable to fully study the influence of the moment, particularly to confirm the presence or absence of a lack of wall.
以上のように、鍛造型の設計では、設計者は、鍛造型の形状を決定した後、解析計算を実行し製造の可否および欠肉の有無を確認する。その確認の結果、製造不可の場合や欠肉が生じる場合には、設計者は、鍛造型の形状を変更し、解析計算を再実行し、製造の可否および欠肉の有無を確認する作業を繰り返す。先に述べたように、製造の可否判定には製造装置にかかるモーメントを評価する必要があるが、これは素材位置や向きに依存する。現状では、素材位置と向きの決定は、熟練者が解析の結果得られるバリの量や出方や欠肉の有無をその都度確認し、経験に基づき繰り返し変更することで決定されている。そのため、鍛造型の設計には多大な工数がかかるとともに、熟練者のノウハウが必要な作業となっている。 As described above, in designing the forging die, the designer determines the shape of the forging die, and then performs analysis calculation to confirm the possibility of manufacturing and the presence or absence of a lack of wall. As a result of the confirmation, if the manufacture is not possible or if a shortage occurs, the designer changes the shape of the forging die, re-executes the analysis calculation, and checks the availability of the manufacture and the presence or absence of the shortage. repeat. As described above, it is necessary to evaluate the moment applied to the manufacturing apparatus in order to determine whether or not manufacturing is possible, but this depends on the position and orientation of the material. At present, the position and orientation of the material are determined by the skilled person confirming the amount of burr obtained from the analysis, the manner in which it is obtained, and the presence or absence of lack of meat each time, and changing it repeatedly based on experience. For this reason, designing a forging die requires a lot of man-hours and requires know-how of a skilled worker.
例えば、特許文献1には、ロール金型の設計をコンピュータで支援する鍛造型設計支援装置の例が開示されている。また、特許文献2には、鍛造製品に欠肉が生じているか否かの判定や、欠肉が生じている場合にその欠肉の程度が許容可能な範囲内であるか否かの判定を、容易にかつ精度良く行う欠肉検査装置の例が開示されている。
For example,
しかしながら、特許文献1に開示されている鍛造型設計支援装置は、圧延加工に用いるロール金型の設計を支援するものであり、その設計で用いられる設計パラメータは、鍛造加工用の鍛造型の設計で用いられる設計パラメータと大きく相違している。そのため、特許文献1に開示されている鍛造型設計支援装置を鍛造型の設計支援装置として用いることは困難である。
However, the forging die design support apparatus disclosed in
また、特許文献2に記載の欠肉検査装置では、欠肉の有無を判定することはできるものの、バリの量やバリの出方を十分に評価することはできない。また、欠肉の有無を判定する場合でも、鍛造製品の重量やバリの重量を計測する必要があることから、この方法を設計支援の方法として用いるのは困難である。 In addition, although the lack inspection apparatus described in Patent Document 2 can determine the presence or absence of lack, it is not possible to sufficiently evaluate the amount of burrs and how the burrs appear. Further, even when determining the presence or absence of a thin wall, it is difficult to use this method as a design support method because it is necessary to measure the weight of a forged product and the weight of a burr.
そこで、本発明は、鍛造製品の製造時におけるバリの量やバリの出方を設計時に定量的に評価可能にする鍛造型設計支援装置および鍛造型設計支援方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a forging die design support apparatus and a forging die design support method that can quantitatively evaluate the amount of burrs and the manner in which burrs appear during the production of forged products.
本発明に係る鍛造型設計支援装置は、処理装置と記憶装置と入出力装置とを備えてなり、前記処理装置が、前記入出力装置を介して、鍛造製品の製品形状データ、鍛造型の寸法データ、素材の寸法データ、および、鍛造シミュレーションモデルのパラメータを含んだ解析条件データを入力するとともに、前記素材が前記鍛造型により鍛造される過程を前記入力したデータを用いてシミュレーションし、鍛造後の前記素材の形状データを計算する鍛造シミュレーション部と、前記入出力装置を介して、前記鍛造の過程で生じるバリを判定するためのバリ判定条件データを入力するとともに、前記バリ判定条件データを用いて、前記鍛造シミュレーション部により計算された鍛造後の前記素材の形状データから前記バリの部分を抽出し、前記バリの量またはサイズを表す少なくとも1つのデータの値を算出するバリデータ計算部と、を備えることを特徴とする。 The forging die design support apparatus according to the present invention includes a processing device, a storage device, and an input / output device, and the processing device receives the product shape data of the forged product and the dimensions of the forging die via the input / output device. Data, material dimension data, and analysis condition data including parameters of the forging simulation model are input, and the process of forging the material by the forging die is simulated using the input data. The forging simulation unit for calculating the shape data of the material and the burr determination condition data for determining the burr generated in the forging process are input via the input / output device, and the burr determination condition data is used. The burr portion is extracted from the shape data of the material after forging calculated by the forging simulation unit. And validators calculation unit for calculating a value of at least one data representative of the amount or size, characterized in that it comprises a.
本発明によれば、鍛造製品の製造時におけるバリの量やバリの出方を設計時に定量的に評価可能にする鍛造型設計支援装置および鍛造型設計支援方法が提供される。 According to the present invention, there are provided a forging die design support apparatus and a forging die design support method that can quantitatively evaluate the amount of burrs and the manner in which burrs are produced during the production of forged products.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面において、共通する構成要素には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected to a common component and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1は、本発明の実施形態に係る鍛造型設計支援装置100の構成の例を示した図である。図1に示すように、本実施形態に係る鍛造型設計支援装置100は、処理装置10、記憶装置20および入出力装置30を備えて構成される。すなわち、鍛造型設計支援装置100は、ハードウエア的には、一般的なパーソナルコンピュータやワークステーションなどを用いて実現することができる。
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a forging die
処理装置10は、いわゆるコンピュータのCPU(Central Processing Unit)部分に相当し、予め記憶装置20に記憶されているプログラムを実行することによって様々なデータ処理機能を実現する。本実施形態では、鍛造型設計支援装置100の機能を実現するために、処理装置10は、設計基礎データ入力部101、鍛造型形状作成部102、素材形状作成部103、鍛造解析部104、バリ判定位置入力部105、バリ断面積・長さ計算部106、表示部107、最適化部108などの処理ブロックを備えている。なお、これらの処理ブロックの処理内容については、以下に順次説明していく。
The
記憶装置20は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、ハード磁気ディスク装置、SSD(Solid State Disk)装置などによって構成される。記憶装置20には、処理装置10が実行するプログラムが記憶されるほか、入出力装置30を介して入力されるデータ、プログラムの実行に際して用いられる作業用データ、プログラムの実行の結果得られるデータなどが記憶される。本実施形態では、記憶装置20には、製品形状データ201、鍛造型寸法データ202、素材寸法データ203、解析条件データ204、鍛造型形状データ205、素材形状データ206、解析結果データ207、バリ判定条件データ208、バリ断面積・長さデータ209などが記憶される。なお、これらのデータの詳細についても、以下に順次説明していく。
The
入出力装置30は、キーボード、マウス、タッチパネルなどの入力装置、および、液晶表示装置、プリンタなどの出力装置により構成される。そして、入出力装置30により、処理装置10とユーザ(鍛造型の設計者)との間のユーザインタフェースが構築される。なお、LAN(Local Area Network)やインターネットに接続するための通信装置や、USB(Universal Serial Bus)メモリなど可搬型メモリの駆動装置も、入出力装置30に含まれるとしてもよい。
The input /
図2は、鍛造型設計支援装置100における処理のデータフロー図の例を示した図である。ここでは、まず、このデータフロー図を用いて、鍛造型設計支援装置100における処理の概要について説明する。なお、図2のデータフロー図には、最適化部108が含まれていない。最適化部108の処理フローについては、別途図面を改めて説明する。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a data flow diagram of processing in the forging die
図2に示すように、設計基礎データ入力部101は、まず、入出力装置30を介してユーザが入力する製品形状データ201、鍛造型寸法データ202、素材寸法データ203および解析条件データ204を読み込み、記憶装置20に格納する。なお、これらのデータは、鍛造型設計支援装置100とは異なる他のコンピュータで作成されたデータであってもよい。その場合、設計基礎データ入力部101は、他のコンピュータで作成されたデータを、図示しない通信ネットワークや可搬型メモリを介して読み込むものであってもよい。
As shown in FIG. 2, the design basic
鍛造型形状作成部102は、製品形状データ201と鍛造型寸法データ202とから鍛造型形状データ205を作成し、素材形状作成部103は、鍛造型形状データ205と素材寸法データ203とから、素材形状データ206を作成する。ここで、素材寸法データ203は、素材が例えば円柱形状の場合、その円柱の直径、高さなどのデータからなる。
The forging die
鍛造解析部104は、鍛造型形状データ205と素材形状データ206と解析条件データ204とを入力データとして、鍛造過程における素材の移動などシミュレーションし、その結果を解析結果データ207として記憶装置20に格納する。ここで、シミュレーションの方法としては、例えば剛塑性有限要素法を用いることができる。また、解析条件データ204は、鍛造型と素材の間の摩擦モデル、摩擦係数、熱伝達率や、周囲(環境)温度、鍛造型温度、初期素材温度、上型低下速度、上型停止条件など、鍛造のシミュレーションモデルを構成するパラメータやデータからなる。
The forging
バリ判定位置入力部105は、ユーザが入力するバリ判定位置、バリ方向ベクトル、距離定義データ(最大値、最小値、平均値)などのデータを読み込み、バリ判定条件データ208として記憶装置20に格納する。また、バリ断面積・長さ計算部106は、解析結果データ207とバリ判定条件データ208とからバリの断面積および長さを計算し、その結果をバリ断面積・長さデータ209として記憶装置20に格納する。
The burr determination
表示部107は、記憶装置20に格納されている鍛造型形状データ205、素材形状データ206、解析結果データ207、バリ判定条件データ208、バリ断面積・長さデータ209のうち、少なくとも1つを含むデータを入出力装置30に出力する、例えば、液晶表示装置の画面に表示する。
The
また、最適化部108は、ユーザが入力する設計因子(素材の位置など)の値を適宜変更しながら、鍛造型形状作成部102、素材形状作成部103、鍛造解析部104およびバリ断面積・長さ計算部106の処理を繰り返し実行する。そして、この繰り返しの処理を、予め設定された目的関数(例えば、バリ断面積または長さまたはこの両方など)の値が最小値または最小値の近傍に到達するまで実行することにより、設計因子の値を最適化する。その場合、最適化部108は、最適化処理の過程で使用したテーブルやグラフ(応答曲面など)を表示する機能を備えていてもよい。
In addition, the
続いて、図3〜図14を用いて、処理装置10(図1参照)に含まれる鍛造型形状作成部102などの処理ブロックについて、それぞれの処理内容を詳細に説明する。
Next, with reference to FIG. 3 to FIG. 14, the processing contents of the processing blocks such as the forging die
図3は、製品形状データ201から鍛造型形状データ205が作成される過程を模式的に示した図である。図3に示すように、鍛造型形状作成部102は、まず、鍛造型寸法データ202を用いて、製品形状データ201で表わされる形状を鍛造代分大きくした形状を作成し、その形状を表すデータを鍛造代付与後輪郭形状データ201aとする。次に、鍛造型形状作成部102は、鍛造代付与後輪郭形状データ201aで表わされる形状を鍛造温度での熱膨張を考慮して大きくした形状を作成し、その形状を表すデータを熱膨張後輪郭形状データ201bとする。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a process in which forging die
次に、鍛造型形状作成部102は、熱膨張後輪郭形状データ201bで表わされる形状に抜け勾配およびバリ道を考慮し、パーティングラインPLを追加する。そして、鍛造型形状作成部102は、熱膨張後輪郭形状データ201bとパーティングラインPLとパーティングラインPLからフラッシュ厚さFT分高い位置に引いた線とを用いて、型彫り形状データ201cを作成する。さらに、鍛造型形状作成部102は、任意の矩形(3次元なら直方体)から型彫り形状データ201cが表す形状をくり抜いた形状のデータを作成し、鍛造型形状データ205とする。なお、入出力装置30から鍛造型形状データ205を表すジオメトリデータを直接に入力し、この鍛造型形状作成部102の処理を省略してもよい。
Next, the forging die
図4は、鍛造開始時における鍛造型300(上型301および下型302)と鍛造対象の素材303との位置関係およびそれぞれの形状の例を示した図である。前記したように、素材形状作成部103は、鍛造型形状データ205と素材寸法データ203とから素材形状データ206を作成する。ここで、素材形状データ206は、単に、素材303の形状を表すだけでなく、鍛造型300の上型301、下型302と鍛造対象の素材303との位置関係を表すデータである。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the positional relationship between the forging die 300 (
従って、素材形状作成部103は、素材303が例えば円柱状の場合、素材寸法データ203からその円柱の直径および高さのデータを取得するとともに、ユーザが入出力装置30を介して入力する素材303の配置位置および配置方向のデータを取得する。さらに、素材形状作成部103は、これら取得したデータと鍛造型形状データ205とを用い、図4に示したような上型301と下型302と素材303との位置関係およびそれぞれの形状を表した素材形状データ206を作成する。なお、入出力装置30から素材形状データ206のジオメトリデータを直接に入力し、この素材形状作成部103の処理を省略してもよい。
Accordingly, when the
鍛造解析部104は、まず、図4に示したような鍛造型300(上型301および下型302)と素材303との位置関係を表した空間の中に、解析シミュレーション用のメッシュを設定する。このとき、メッシュの数は、例えば、入出力装置30を介してユーザが設定する。続いて、鍛造解析部104は、解析条件データ204で指定される摩擦モデル、摩擦係数、熱伝達率、周囲(環境)温度、鍛造型温度、初期素材温度、上型低下速度、上型停止条件などを用いて、鍛造の解析モデルを作成する。次に、鍛造解析部104は、その解析モデルを用いて素材303の鍛造過程をシミュレーションし、その結果を解析結果データ207として記憶装置20に格納する。
First, the forging
図5は、鍛造解析部104による鍛造過程のシミュレーションで得られた素材303aの最終形状の例を模式的に示した図である。ここで、パーティングラインPLの開始位点PSよりも外側(バリ道)にはみ出た素材303aの部分は、バリ400と呼ばれ、最終的な鍛造製品では取り除かれる。バリ400は、欠肉を防止するために必要とされているものであるが、できるだけ少ないほうがよい。
FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of the final shape of the material 303 a obtained by the simulation of the forging process by the forging
そこで、本実施形態では、シミュレーションの結果得られるバリ400の量を評価するために、バリ判定位置入力部105の処理により、バリ判定線404およびバリ方向ベクトル405を設定する。図5に示すように、バリ判定線404は、鍛造後の素材303aのうちバリ400と判定する部分を区別する境界線であり、パーティングラインPLの開始点PS(製品側端)よりもわずかに外側に設けられる。また、図5において、バリ方向ベクトル405は、バリ400が外側に移動する方向を表している。なお、本実施形態では、バリ方向ベクトル405の大きさには、とくに意味は付与されていないので、例えば、単位の大きさであればよい。
Therefore, in this embodiment, the
バリ判定線404およびバリ方向ベクトル405は、上型301、素材303および下型302の中心を含み、例えばパーティングラインPLに垂直な任意の断面に対して設定される。なお、図5の例は、素材303aの鍛造をxz平面に平行な断面で解析した例となっており、パーティングラインPLは、x軸と略平行であるとしている。従って、素材303aの左右の端部のバリ400に対するバリ方向ベクトル405は、いずれもx軸方向に沿った方向となっている。
The
図6は、バリ判定線404およびバリ方向ベクトル405を設定するために表示される表示画面31の例を示した図である。この表示画面31は、バリ判定位置入力部105によって表示され、この表示画面31を介して、例えば、図5の場合と同様に素材303aの鍛造をxz平面に平行な断面で解析した場合に用いられるバリ判定線404およびバリ方向ベクトル405が設定される。すなわち、この表示画面31では、バリ判定線404として、x軸に沿った左右の端部に、バリA判定線404aおよびバリB判定線404bが設定される。また、バリ方向ベクトル405として、同じく左右の端部にバリA方向ベクトル405aおよびバリB方向ベクトル405bが設定される。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the
ここで、図6に示すような表示画面31を表示する場合、バリ判定位置入力部105は、まず、数値入力ボックス311a,311bおよびラジオボタン312a,312bを表示し、さらに、解析対象の上型301、下型302および素材303の断面構造の例を表示する。この時点では、バリA判定線404a、バリB判定線404b、バリA方向ベクトル405aおよびバリB方向ベクトル405bは表示されていない。
Here, when the
そこで、ユーザが、数値入力ボックス311a,311bに、バリA判定線404aおよびバリB判定線404bそれぞれの位置を表す数値を入力すると、バリ判定位置入力部105は、これらの数値を読み取る。そして、その数値に基づきバリA判定線404aおよびバリB判定線404bの位置を設定する。さらに、ユーザが、ラジオボタン312a,312bのそれぞれについて、一方のボタン(−x側または+x側)を選択すると、バリ判定位置入力部105は、その選択情報を取得する。そして、その選択情報に基づいて、バリA方向ベクトル405aおよびバリB方向ベクトル405bの方向を設定する。
Therefore, when the user inputs numerical values representing the positions of the burr
次に、バリ判定位置入力部105は、以上により設定されたバリA判定線404a、バリB判定線404b、バリA方向ベクトル405aおよびバリB方向ベクトル405bを、上型301、下型302および素材303の断面構造が表示された表示画面31の中に表示する(図6参照)。
Next, the burr determination
なお、図6の例では、数値入力ボックス311a,311bに入力されるべき数値は、上型301、下型302および素材303を表示するときに用いられる座標系でのx軸の座標値であるとしている。ここで、この座標系における座標値および長さの単位は、mmであり、また、x軸の原点(x=0)は、上型301および下型302の配置位置の中心で、例えば、円形の素材303の中心に設定されているものとしている。
In the example of FIG. 6, the numerical values to be input to the numerical
図7は、図6に示した表示画面31の一部を変形した表示画面32の例を示した図である。図7に示した表示画面32は、図6に示した表示画面31とほとんど同じであるが、数値入力ボックス313a,313bに入力される数値が図6での例と異なっている。すなわち、図7の例では、数値入力ボックス313a,313bには、座標値ではなく、パーティングラインPLにおける製品側端406a,406bのそれぞれから、設定しようとしているバリA判定線404aおよびバリB判定線404bまで距離が入力される。ここで、距離の単位は、mmであるとする。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a
さらに、以上の相違に伴い、図7の表示画面32では、バリA判定線404aおよびバリB判定線404bだけでなく製品側端406a,406bが太い破線で表示される点でも、図6の表示画面31とは相違している。ただし、ラジオボタン312a,312bを用いて、バリA方向ベクトル405aおよびバリB方向ベクトル405bの方向を設定することについては、図6の例と同じである。
Further, in the
以上、図7の表示画面32では、バリA判定線404aおよびバリB判定線404bの位置を、製品側端406a,406bからの相対距離で設定できるので、ユーザにとってはその設定位置が分かり易く、操作し易いものになっているといえる。
As described above, on the
図8は、図6に示した表示画面31の一部を変形した表示画面32の第2の例を示した図である。図8に示した表示画面33では、バリ判定線404が直線に限定されず、曲線であってもよいものとされている。そのため、表示画面33には、バリA判定線404aおよびバリB判定線404bそれぞれの形状を規定したデータが格納されたファイルの名称を入力するためのテキストボックス314a,314bが表示される。また、表示画面33には、図6の表示画面31と同様に、バリA方向ベクトル405aおよびバリB方向ベクトル405bの方向(−x側または+x側)を選択するためのラジオボタン312a,312bが表示される。
FIG. 8 is a diagram showing a second example of the
従って、ユーザは、表示画面33に表示されたテキストボックス314a,314bおよび数値入力ボックス311a,311bを介して、バリA判定線404aおよびバリB判定線404bの位置および形状を設定することができる。また、ユーザは、ラジオボタン312a,312bを介して、バリA方向ベクトル405aおよびバリB方向ベクトル405bの方向を設定することができる。
Therefore, the user can set the positions and shapes of the burr
そこで、ユーザが、バリA判定線404a、バリB判定線404b、バリA方向ベクトル405aおよびバリB方向ベクトル405bを設定すると、バリ判定位置入力部105は、これらを、上型301、下型302および素材303の断面構造が表示された表示画面33の中に表示する(図8参照)。さらに、バリ判定位置入力部105は、最内側位置407a,407bを表す直線を太い破線で表示画面33の中に表示する。
Therefore, when the user sets the burr
なお、以上の図6〜図8の説明では、その説明を簡明にするために、素材303の鍛造の2次元でのシミュレーション解析を前提としているが、実際の鍛造は、3次元空間で行われる。3次元解析では、バリ判定線404は、一般には曲面で表わされ、バリ判定曲面というべきものになる。従って、この場合、例えば図8の表示画面33では、テキストボックス314a,314bの代わりに、バリ判定曲面の形状を規定するデータが格納されたファイルの名称を入力するためのテキストボックス(図示せず)が表示されることになる。
In the above description of FIGS. 6 to 8, in order to simplify the description, a two-dimensional simulation analysis of the forging of the
同様に、3次元解析では、バリ方向ベクトル405の方向は、−x側または+x側だけでは表せなくなるので、一般には、3つの成分を有するベクトル(vx,vy,vz)で表す必要がある。従って、例えば表示画面33では、ラジオボタン312a,312bの代わりに、vx,vy,vzの値を入力するための数値入力ボックス(図示せず)が表示されることになる。
Similarly, in the three-dimensional analysis, since the direction of the
バリ判定位置入力部105は、以上のようにしてバリ判定線404およびバリ方向ベクトル405を規定するデータを取得すると、それらをバリ判定条件データ208として記憶装置20に格納する。次に、バリ断面積・長さ計算部106は、解析結果データ207とバリ判定条件データ208とを用いて、バリ400の断面積および長さを計算し、その結果をバリ断面積・長さデータ209として記憶装置20に格納する。
以下、図9および図10を用いてバリ断面積の計算処理フローについて説明し、図11および図12を用いてバリ長長計算処理について説明する。
When the burr determination
Hereinafter, a burr cross-sectional area calculation process flow will be described with reference to FIGS. 9 and 10, and a burr length calculation process will be described with reference to FIGS. 11 and 12.
図9は、鍛造過程のシミュレーションで得られた素材303aのバリ400の部分の形状の例を模式的に示した図で、バリ断面積を説明するために示した図である。ここで、バリ断面積・長さ計算部106によるバリ断面積の計算対象となるのは、上型301と下型302との間隙部分(バリ道)にはみ出た素材303aのうち、バリ判定線404よりもバリ方向ベクトル405の矢印方向側の部分である。すなわち、バリ400は、図9では素材境界線303bとバリ判定線404とで囲まれた部分、太線で囲まれた部分として示されている。
FIG. 9 is a diagram schematically showing an example of the shape of the
図10は、バリ断面積・長さ計算部106によるバリ断面積計算処理の処理フローの例を示した図である。図10に示すように、バリ断面積・長さ計算部106は、まず、解析結果データ207から、素材303a、上型301および下型302のメッシュデータを抽出する(ステップS10)。次に、バリ断面積・長さ計算部106は、バリ判定条件データ208から、バリ判定線404およびバリ方向ベクトル405を抽出する(ステップS11)。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a processing flow of a burr cross-sectional area calculation process performed by the burr cross-sectional area /
続いて、バリ断面積・長さ計算部106は、素材303aのメッシュデータおよびバリ判定線404からバリ領域境界線(図9では太線で表示)を生成し(ステップS12)、そのバリ領域境界線で囲まれた部分の面積を計算する(ステップS13)。
Subsequently, the burr cross-sectional area /
なお、以上の説明は、鍛造過程の2次元解析に基づくものであるが、3次元解析の場合には、バリ断面積は、バリ体積として算出される。その場合、ステップS12,S13でいうバリ領域境界線は、バリ領域境界面というべきものになる。従って、バリ体積は、バリ領域境界面で囲まれた部分の体積ということができる。 The above description is based on a two-dimensional analysis of the forging process, but in the case of a three-dimensional analysis, the burr cross-sectional area is calculated as a burr volume. In that case, the burr area boundary line in steps S12 and S13 should be a burr area boundary surface. Therefore, the burr volume can be said to be the volume of the portion surrounded by the burr region boundary surface.
ところで、3次元解析では、バリ400は、上型301と下型302との間隙部に沿って素材303aを取り囲むように至るところで現れる。従って、例えば素材303aの中心を通り、下型302の型彫り面に略垂直な面で素材303aを切断したときには、その素材303aの両端部に現れるバリ400の断面積を、図10の処理フローにより計算することができる。そこで、その切断面を、素材303aの中心を通り、下型302の型彫り面に略垂直な軸を中心として微小な角度Δθずつ回転させながら、バリ400の断面積を計算し、180度回転させる。この場合、バリ400の体積は、それぞれの回転角度で計算したときの断面積の総和(積分値)として算出される。
By the way, in the three-dimensional analysis, the
図11は、鍛造過程のシミュレーションで得られた素材303aのバリ400の部分の形状の例を模式的に示した図で、バリ長さ409を説明するために示した図である。なお、図11では、図9で示した要素と同じ要素には同じ符号を付し、その説明を省略している。そして、ここでは、バリ長さ409は、素材303aが上型301と下型302との間隙部分(バリ道)にはみ出た部分のうち、バリ判定線404からバリ最外位置408までの距離として計算される。
FIG. 11 is a diagram schematically showing an example of the shape of the
図12は、バリ断面積・長さ計算部106によるバリ長さ409を計算する処理フローの例を示した図である。図12に示すように、バリ断面積・長さ計算部106は、まず、解析結果データ207から、素材303a、上型301および下型302のメッシュデータを抽出する(ステップS20)。次に、バリ断面積・長さ計算部106は、バリ判定条件データ208から、バリ判定線404およびバリ方向ベクトル405を抽出する(ステップS21)。
FIG. 12 is a diagram showing an example of a processing flow for calculating the
続いて、バリ断面積・長さ計算部106は、素材303aのメッシュデータおよびバリ判定線404から、バリ400のバリ最外位置408を抽出し(ステップS22)、さらに、バリ判定線404からバリ最外位置408までの距離を、バリ長さ409として計算する(ステップS23)。
Subsequently, the burr cross-sectional area /
なお、前記したように、3次元解析では、バリ400は、上型301と下型302との間隙部に沿って素材303aを取り囲むように至る所に現れるが、その至るところ得られるバリ400のバリ長さ409は、一般には、同じではない。
As described above, in the three-dimensional analysis, the
そこで、3次元解析では、バリ断面積・長さ計算部106は、まず、前記同様に、例えば素材303aの中心を通り、下型302の型彫り面に略垂直な面で素材303aを切断したとき、その両端部に現れるバリ400のバリ長さ409を、図12の処理フローに従って計算する。そして、その切断面を、素材303aの中心を通り、下型302の型彫り面に略垂直な軸を中心としてとして微小な角度Δθずつ回転させながら、それぞれの角度位置でのバリ長さ409を計算する。この場合、各角度位置でのバリ長さ409の平均値や、各角度位置でのバリ長さ409の最大値と最大値と最小値の中間値などを、3次元解析でのバリ長とすることができる。
Therefore, in the three-dimensional analysis, the burr cross-sectional area /
また、本実施形態では、バリ断面積・長さ計算部106によって計算されたバリ断面積(バリ体積)やバリ長さ409のデータは、後記する表示画面(図14参照)を介してユーザ(設計者)に知らされる。すなわち、本実施形態では、バリ断面積(バリ体積)やバリ長さ409を定量的に求めることが可能になり、ユーザは、それらの値を知ることができる。従って、ユーザは、欠肉の有無とあわせて、バリ400の量や出方を容易に評価することが可能になる。
Further, in this embodiment, the data of the burr cross-sectional area (burr volume) and
図13は、最適化部108の処理フローの例を示した図である。最適化部108は、ユーザ(設計者)が適宜設定可能な設計因子(例えば、鍛造型300形状や、鍛造前の素材303の大きさや初期配置位置など)を最適化するのに用いられる。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a processing flow of the
図13に示すように、最適化部108は、まず、ユーザが入出力装置30を介して入力する情報に基づき、鍛造型寸法データ202、素材寸法データ203および解析条件データ204の中から1つ以上の設計因子を選択する(ステップS40)。このとき、選択した設計因子の値の範囲に制約をかけてもよい。
As shown in FIG. 13, the
次に、最適化部108は、最適化部108は、ユーザが入出力装置30を介して入力する情報に基づき、バリ断面積・長さデータ209の中から目的関数を1つ以上選択し、最適化の終了条件を設定する(ステップS41)。ここで、最適化の終了条件とは、目的関数の目標値やその許容範囲、繰り返し回数などをいう。
Next, the
次に、最適化部108は、ユーザが指定した設計因子の値に基づき、鍛造型形状作成部102、素材形状作成部103、鍛造解析部104、バリ断面積・長さ計算部106の処理をそれぞれ実行し、前記選択した目的関数の値を計算する(ステップS42)。
Next, the
次に、最適化部108は、ステップS42で計算された目的関数の値が終了条件を満たしているか否かを判定する(ステップS43)。その判定の結果、目的関数の値が終了条件を満たしていない場合には(ステップS43でNo)、最適化部108は、設計因子の値を変更し(ステップS44)、ステップS42以下の処理を再度実行する。なお、目的関数の値を最適化する場合の設計因子の値の変更の仕方については、様々な方法があるが、例えば、市販の最適化エンジンなどのプログラムを用いてもよい。
Next, the
また、ステップS43の判定で、目的関数の値が終了条件を満たしている場合には(ステップS43でYes)、最適化部108は、当該最適化部108の処理を終了する。そして、当該最適化部108の処理終了時点での設計因子の値を、当該設計因子の最適値とする。
If it is determined in step S43 that the value of the objective function satisfies the end condition (Yes in step S43), the
ここで、設計因子最適化の具体的な一例を、以下に示しておく。鍛造型300の設計では、加工装置にかかる荷重およびモーメントが、加工装置の定格の上限を超えない範囲、かつ欠肉を生じない範囲で、バリ400の量を極力少なくすることが求められる。また、素材303の量を極力少なくするためには、鍛造型300の部位間におけるバリ400の出具合の差(バランス)がなるべく小さいことが好ましい。
Here, a specific example of design factor optimization is shown below. In the design of the forging
そこで、素材303の初期配置位置を設計因子とし、バリ400のバランスを目的関数とした場合について説明する。ここでは、まず、2次元解析の例として、鍛造型300および素材303の一切断面を考える。このとき、バリ400のバランスは、対角位置(同じ切断面の両端)におけるバリ400の出具合の差として捉えることができる。
Therefore, the case where the initial arrangement position of the
そこで、最適化部108は、素材寸法データ203から素材位置を抽出し、解析結果データ207から同じ切断面内のバリ400が出る両端におけるバリ400のバリ断面積、バリ長さ409またはこれら両方を求める。そして、これらの求めた値を用いて、同じ切断面内のバリ400が出る両端でのバリ断面積の差、バリ長さ409の差またはこれら両方を計算する。
Therefore, the
この例の場合、バリ断面積の差、バリ長さ409の差またはこれら両方は、バリ400のバランスを表し、最適化の目的関数となる。ただし、3次元解析場合には、バリ400のバランスは、例えば、上型301と下型302との間隙部に沿って素材303aの外周部の各位置で生じるバリ400のバリ断面積またはバリ長さ409の分布のばらつき(分散または標準偏差)などで表わされる。あるいは、目的関数としてバリ400の総量(総体積)を用いてもよい。
In this example, the burr cross-sectional area difference, the
ここで、ステップS43でいう終了条件の判定に関して補足しておく。最適化部108は、この判定のためにステップS42〜ステップS44の繰り返し処理により、いわゆる目的関数の応答曲線(一般には応答曲面)を作成する。一般に、最適化の問題は、この応答曲線の最小値または最大値を求める問題に帰着され、ここでの例では、バリ400のバランスを最小化する。
Here, it supplements regarding the determination of the termination condition said in step S43. For this determination, the
そこで、最適化部108は、例えば、応答曲線として、横軸に素材303のx軸方向の初期配置位置、縦軸にバリ400のバランス(目的関数の値)をプロットした近似曲線を作成する。この場合には、最適化の終了条件を、新たにプロットした点とこの近似曲線との誤差が既定の閾値以下である、とすることができる。これにより、最適化で得られる値の精度を確保することができる。
Therefore, for example, the
図14は、表示部107により表示される表示画面34の例を示した図である。表示画面34には、一般には、バリ判定条件データ208、バリ断面積・長さデータ209、最適化部108で終了条件を満たした鍛造型形状データ205、素材形状データ206、解析結果データ207などが表示される。
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the
ちなみに、図14に示した表示画面34では、バリ判定条件データ208であるバリ判定線404およびバリ方向ベクトル405、ならびに、バリ断面積・長さデータ209であるバリ長さ409が、鍛造型形状データ205、素材形状データ206などの部分形状とともに図形表示されている。
Incidentally, in the
また、表示画面34のテキストボックス320には、バリ長さ409の値が数値で表示されている。なお、テキストボックス320には、ユーザの指示に従い、バリ長さ409の値に代えてバリ断面積の値が表示されても、または、その両方が表示されてもよい。さらに、3次元解析で得られるバリ体積やバリ長の値については、テキストボックス320で表示されるだけではなく、2次元または3次元のグラフまたは図で表示されるものであってもよい。
In the
また、最適化部108の終了条件を満たした鍛造型形状データ205、素材形状データ206については、正面図、上面図、側面図などを用いて表示してもよく、斜視図などを用いて3次元表示してもよい。さらには、表示部107は、このような正面図、上面図、側面図、斜視図などを既定の図面形式のファイルフォーマットで保存してもよい。これにより、図面作成作業の工数の低減を図ることができる。
Further, the forging
なお、バリ断面積・長さデータ209の表示は、鍛造型300および素材303の最適形状導出の要因となった値に問題がないか、を確認するために行うものである。ユーザがその確認を行った結果、解析条件などに問題があった場合には、最適化部108の処理に該当の解析条件の除外や解析のやり直しをする処理を加えてもよい。
The display of the burr cross-sectional area /
また、最適化部108の終了条件を満たした鍛造型形状データ205、素材形状データ206は、最適化部108の処理結果により求められたものであるため、最適化部108で応答曲面を使用した場合には、表示部107は、その応答曲面も表示することが好ましい。その際、応答曲面が多次元で表示できない場合は、表示できる次元にデータを加工してもよい。
In addition, the forging
以上、本発明の実施形態では、ユーザがバリ判定線404(バリ判定曲線)やバリ方向ベクトル405を適宜設定することが可能になるので、鍛造の結果生じるバリ400の量や出方を、バリ断面積(バリ体積)やバリ長さ409として定量的に求めることが可能になる。さらに、本実施形態では、最適化部108の処理において、ユーザが適宜設計因子を選択し、適宜目的関数を設定することができるので、バリ400の量や出方を最適化することができる。従って、鍛造型300および素材303の形状を効率よくユーザ所望の形状にすることが可能になる。
As described above, in the embodiment of the present invention, the user can appropriately set the burr determination line 404 (burr determination curve) and the
本発明は、以上に説明した実施形態および変形例に限定されるものではなく、さらに、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態および変形例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態や変形例の構成の一部を、他の実施形態や変形例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態や変形例の構成に他の実施形態や変形例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態や変形例の構成の一部について、他の実施形態や変形例に含まれる構成を追加・削除・置換することも可能である。 The present invention is not limited to the embodiments and modifications described above, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments and modifications have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. In addition, a part of the configuration of an embodiment or modification can be replaced with the configuration of another embodiment or modification, and the configuration of another embodiment or modification can be replaced with another embodiment or modification. It is also possible to add the following configuration. In addition, with respect to a part of the configuration of each embodiment or modification, the configuration included in another embodiment or modification may be added, deleted, or replaced.
10 処理装置
20 記憶装置
30 入出力装置
31,32,33,34 表示画面
100 鍛造型設計支援装置
101 設計基礎データ入力部(鍛造シミュレーション部)
102 鍛造形状作成部(鍛造シミュレーション部)
103 素材形状作成部(鍛造シミュレーション部)
104 鍛造解析部(鍛造シミュレーション部)
105 バリ判定位置入力部(バリデータ計算部)
106 バリ断面積・長さ計算部(バリデータ計算部)
107 表示部
108 最適化部
201 製品形状データ
201a 鍛造代付与後輪郭形状データ
201b 熱膨張後輪郭形状データ
201c 型彫り形状データ
202 鍛造型寸法データ
203 素材寸法データ
204 解析条件データ
205 鍛造型形状データ
206 素材形状データ
207 解析結果データ
208 バリ判定条件データ
209 バリ断面積・長さデータ
300 鍛造型
301 上型
302 下型
303,303a 素材
303b 素材境界線
320 テキストボックス
311a,311b 数値入力ボックス
312a,312b ラジオボタン
313a,313b 数値入力ボックス
314a,314b テキストボックス
400 バリ
404 バリ判定線
404a バリA判定線
404b バリB判定線
405 バリ方向ベクトル
405a バリA方向ベクトル
405b バリB方向ベクトル
406a,406b 製品側端
407a,407b 最内側位置
408 バリ最外位置
409 バリ長さ
PL パーティングライン
PS パーティングライン開始点
FT フラッシュ厚さ
DESCRIPTION OF
102 Forging shape creation part (forging simulation part)
103 Material shape creation part (forging simulation part)
104 Forging analysis section (forging simulation section)
105 Validity judgment position input part (Validator calculation part)
106 Burr cross section / length calculator (validator calculator)
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記処理装置は、
前記入出力装置を介して、鍛造製品の製品形状データ、鍛造型の寸法データ、素材の寸法データ、および、鍛造シミュレーションモデルのパラメータを含んだ解析条件データを入力するとともに、前記素材が前記鍛造型により鍛造される過程を前記入力したデータを用いてシミュレーションし、鍛造後の前記素材の形状データを計算する鍛造シミュレーション部と、
前記入出力装置を介して、前記鍛造の過程で生じるバリを判定するためのバリ判定条件データを入力するとともに、前記バリ判定条件データを用いて、前記鍛造シミュレーション部により計算された鍛造後の前記素材の形状データから前記バリの部分を抽出し、前記バリの量またはサイズを表す少なくとも1つのデータの値を算出するバリデータ計算部と、
を備えること
を特徴とする鍛造型設計支援装置。 A processing device, a storage device, and an input / output device;
The processor is
Via the input / output device, product shape data of the forged product, dimensional data of the forging die, material dimensional data, and analysis condition data including parameters of a forging simulation model are input, and the material is the forging die. A forging simulation unit that simulates a process forged by using the input data, and calculates shape data of the material after forging,
While inputting the burr determination condition data for determining the burr generated in the forging process through the input / output device, using the burr determination condition data, the after forging calculated by the forging simulation unit A validator calculator that extracts the burr portion from the shape data of the material and calculates a value of at least one data representing the amount or size of the burr;
A forging die design support device characterized by comprising:
前記バリデータ計算部により算出した前記バリの量またはサイズを表す少なくとも1つのデータの値を前記入出力装置に出力して表示させる表示部を、さらに備えること
を特徴とする請求項1に記載の鍛造型設計支援装置。 The processor is
The display unit according to claim 1, further comprising a display unit that outputs and displays a value of at least one data representing the amount or size of the burr calculated by the validator calculation unit to the input / output device. Forging die design support device.
前記鍛造型の寸法データ、前記素材の寸法データおよび前記解析条件データの中から少なくとも1つのデータを設計因子として選択し、前記バリの量またはサイズを表す少なくとも1つのデータを目的関数として選択し、前記目的関数が最小値、最大値またはその近傍値になるときの前記設計因子の値を計算する最適化部を、さらに備えること
を特徴とする請求項1に記載の鍛造型設計支援装置。 The processor is
Selecting at least one data from the forging die dimension data, the material dimension data and the analysis condition data as a design factor, and selecting at least one data representing the amount or size of the burr as an objective function; The forging die design support apparatus according to claim 1, further comprising: an optimization unit that calculates a value of the design factor when the objective function becomes a minimum value, a maximum value, or a value near the minimum value.
前記入出力装置を介して、鍛造製品の製品形状データ、鍛造型の寸法データ、素材の寸法データ、および鍛造シミュレーションモデルのパラメータである解析条件データを含むデータ入力するとともに、前記素材が前記鍛造型により鍛造される過程を前記入力したデータを用いてシミュレーションし、鍛造後の前記素材の形状データを計算する鍛造シミュレーション処理と、
前記入出力装置を介して、前記鍛造の過程で生じるバリを判定するためのバリ判定条件データを入力するとともに、前記バリ判定条件データを用いて、前記鍛造シミュレーション処理により計算された鍛造後の前記素材の形状データから、前記バリの部分を抽出し、前記バリの量またはサイズを表す少なくとも1つのデータの値を算出するバリデータ計算処理と、
を実行すること
を特徴とする鍛造型設計支援方法。 A computer comprising a processing device, a storage device, and an input / output device,
Through the input / output device, the product shape data of the forged product, the dimension data of the forging die, the dimension data of the material, and data including analysis condition data that is a parameter of the forging simulation model are input, and the material is the forging die. A forging simulation process for simulating the process forged by using the input data and calculating the shape data of the material after forging;
While inputting burr determination condition data for determining burr generated in the forging process via the input / output device, the burr determination condition data is used to calculate the burr after forging calculated by the forging simulation process. A validator calculation process for extracting the burr portion from the shape data of the material and calculating a value of at least one data representing the amount or size of the burr;
A forging die design support method characterized in that
前記バリデータ計算処理により算出した前記バリの量またはサイズを表す少なくとも1つのデータの値を前記入出力装置に出力して表示させる表示処理を、さらに実行すること
を特徴とする請求項4に記載の鍛造型設計支援方法。 The computer
5. The display process for outputting and displaying at least one data value representing the amount or size of the burr calculated by the validator calculation process on the input / output device is further executed. Forging die design support method.
前記鍛造型の寸法データ、前記素材の寸法データおよび前記解析条件データの中から少なくとも1つのデータを設計因子として選択し、前記バリの量またはサイズを表す少なくとも1つのデータを目的関数として選択し、前記目的関数が最小値、最大値またはその近傍値になるときの前記設計因子の値を計算する最適化処理を、さらに実行すること
を特徴とする請求項4に記載の鍛造型設計支援方法。 The computer
Selecting at least one data from the forging die dimension data, the material dimension data and the analysis condition data as a design factor, and selecting at least one data representing the amount or size of the burr as an objective function; 5. The forging die design support method according to claim 4, further comprising performing an optimization process for calculating a value of the design factor when the objective function becomes a minimum value, a maximum value, or a value close thereto.
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