JP3006374B2

JP3006374B2 - 鍛造用型打方向算出装置

Info

Publication number: JP3006374B2
Application number: JP5297069A
Authority: JP
Inventors: 浩三金子; 裕司矢野; 晋山田; 雅俊木村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-11-26
Filing date: 1993-11-26
Publication date: 2000-02-07
Anticipated expiration: 2015-02-07
Also published as: JPH07148541A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鍛造型の横ずれ力を小
さくするための鍛造用型打方向算出装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】鍛造加工に際しては、製品形状に対応す
るインプレッションを備えた鍛造型間において金属材料
を予め定められた一定の型打ち方向で打つことにより、
その金属材料が所定の製品形状に成形される。このよう
な鍛造加工では、製品形状に影響するために鍛造型の型
ずれが可及的に防止される必要がある。

【０００３】これに対し、「鍛造技術講座」（昭和５７
年３月３０日鍛造技術研究会発行）の第２０３頁乃至第
２０５頁に記載されているように、インプレッション
（製品キャビティ）の長手方向両端部における金型の見
切り線の高さを同一とすることにより鍛造型の横ずれ力
をバランスさせる技術や、上型の横応力を受ける当たり
面すなわちインローを下型に設けて金型の横ずれを防止
する技術などが提案されている。

【０００４】

【発明が解決すべき課題】ところで、上記インプレッシ
ョンの長手方向両端部における金型の見切り線の高さを
同一とする場合には、各部位における面圧が一定であり
且つ奥行方向の幅すなわち荷重が加わる部分の幅寸法が
一定であれば金型に発生する横応力が平衡して金型の横
ずれが発生しないが、実際の鍛造製品の場合は、各部位
に加えられる面圧はそれぞれ異なるとともに、上記幅寸
法が一定ではないので、金型に発生する横応力が平衡せ
ず金型の横ずれが発生する。

【０００５】また、上記上型の横応力を受ける当たり面
を下型に設ける場合には、その当たり面を設けるための
金型が大きくなるので、金型の大きさに制約がある場合
にはそのような対処が不可能となるだけでなく、たとえ
当たり面を設けたとしてもその当たり面が次第に摩耗す
るに伴って金型の横ずれが発生することが避けられな
い。

【０００６】本発明は以上の事情を背景として為された
ものであり、その目的とするところは、型ずれの生じな
い鍛造用型打方向算出装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の鍛造型の型打ち方向を算出するための装置
の要旨とするところは、製品形状に対応するインプレッ
ションを備えた鍛造型間において金属材料を予め定めら
れた一定の型打ち方向で打つことにより所定の製品形状
に成形するために、その型打ち方向を算出する鍛造用型
打方向算出装置であって、(a) 所定の型打方向に垂直な
面内において前記インプレッションの形状を分割する複
数の区分領域を設定する区分領域設定手段と、(b) その
複数の区分領域毎に発生する金型横ずれ力をその区分領
域の平均面圧、その区分領域の面積、その区分領域にお
ける製品の身切り線の傾斜角度に基づいて算出する金型
横ずれ力算出手段と、(c) その金型横ずれ力算出手段に
より算出された各区分領域毎の金型横ずれ力の総和が所
定の判断基準値より小さくなるように前記一定の型打方
向を決定する型打方向決定手段とを、含むことにある。

【０００８】

【作用および発明の効果】このようにすれば、区分領域
設定手段により型打ち方向に垂直な面内において前記イ
ンプレッションの形状を分割する複数の区分領域が設定
され、金型横ずれ力算出手段により各区分領域毎の金型
横ずれ力がそれぞれ算出され、型打方向決定手段におい
て、その各区分領域毎の金型横ずれ力の総和が所定の判
断基準値以下となるように型打方向が決定される。した
がって、このように決定された型打方向にて鍛造型によ
る金属材料の鍛造が実行されることにより、金型のずれ
が好適に解消される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。

【００１０】図１は、鍛造型の設計などに用いられるソ
リッドモデル作図装置を示している。このソリッドモデ
ル作図装置は作図演算制御装置１０を備えている。この
作図演算制御装置１０は、高速通信ライン１２を介して
図示しない他の電算機やソリッドモデル作図システムに
結合されている。作図演算制御装置１０は、図示しない
ＲＯＭおよびＲＡＭが備えられており、それらによりデ
ータ記憶装置およびプログラム記憶装置が構成されてい
る。そのプログラム記憶装置には、プログラムを実行す
るためのＯＳ、三次元的な立体を稜線、輪郭線、交線な
ど、立体の形状の特徴を表す空間上の線を形状データと
してワイヤーフレームモデルを生成する形状モデラ、そ
のワイヤーフレームモデルに面の情報を加えたサーフェ
スモデルを生成するための形状モデラ、基本立体の組み
合わせなどによってソリッドモデルを生成するソリッド
モデラなどが、予め記憶されるか、或いは必要に応じて
ＣＤ−ＲＯＭ１４から取り込むことにより記憶される。
また、上記データ記憶装置には、磁気ディスク記憶装置
１８或いは磁気テープ記憶装置２０の形状データファイ
ルに記憶された形状データが必要に応じて予め記憶され
る。

【００１１】作図演算制御装置１０は、グラフィックコ
ントローラ１６などからの入力信号に従って、予め記憶
されたプログラムを実行することにより、所定の形状デ
ータからワイヤーフレームモデル、サーフェスモデル、
或いはソリッドモデルを生成し、それらモデルを表す形
状データを磁気ディスク記憶装置１８或いは磁気テープ
記憶装置２０の所定のファイルに記憶させるとともに、
グラフィックコントローラ１６からの指令に応答して必
要に応じてプロッタ装置２１に上記モデル或いはそれを
表す設計図面を作図させる。

【００１２】上記グラフィックコントローラ１６は、上
記作図演算制御装置１０からの所定の図形を表す形状デ
ータを一旦記憶するとともにその図形をＣＲＴ装置３２
に表示させ、予め記憶されたプログラムに基づき、キー
ボード装置２２、マウス装置２４、ライトペン装置２
６、ジョイスティック装置２８、ダイアル装置３０など
からの入力信号に従って上記図形を処理して形状データ
を新たに作成するとともにＣＲＴ装置３２に表示させ
る。また、グラフィックコントローラ１６は、ＣＲＴ装
置３２に表示された図形を必要に応じてハードコピー３
４に出力させる。

【００１３】上記作図演算制御装置１０は、製品形状に
対応するインプレッションを備えた鍛造型間の型打ち方
向を算出する機能をも備えている。図２は、上記作図演
算制御装置１０の制御機能を説明する機能ブロック線図
である。図において、区分領域設定手段４０は、任意に
設定された所定の型打方向に垂直な面内おいて上記イン
プレッションの形状を分割する複数の区分領域を設定す
る。金型横ずれ力算出手段４２は、その区分領域設定手
段４０により設定された複数の区分領域毎に発生する金
型横ずれ力を、各区分領域の平均面圧、各区分領域の面
積、各区分領域における製品の身切り線の傾斜角度に基
づいて算出する。そして、型打方向決定手段４４は、そ
の金型横ずれ力算出手段４２により算出された各区分領
域毎の金型横ずれ力の総和が所定の判断基準値より小さ
くなるように型打方向を決定する。

【００１４】以下、上記作図演算制御装置１０の制御作
動を図３のフローチャートを用いて説明する。先ず、ス
テップＳ１では、鍛造型のインプレッションの形状を表
す所望のソリッドモデルを示すソリッドデータが、たと
えばキーボード装置２２、マウス装置２４などの入力装
置の操作による指令に従って、磁気ディスク記憶装置１
８、磁気テープ記憶装置２０、或いは他のソリッドモデ
ル作図システムから読み込まれるとともに、ＣＲＴ装置
３２の画面に表示される。図４はその表示例であり、鍛
造により製造される車両のステアリング部品を表すソリ
ッドモデルの平面図形Ｄ_Aおよび正面図形Ｄ_Bが示され
る。なお、３８はフラッシュランドを示している。

【００１５】続くステップＳ２では、たとえばキーボー
ド装置２２、マウス装置２４、ダイアル装置３０などの
操作による指令に従って、鍛造型の型打ち方向が上記表
示図形に対して設定される。この型打ち方向は、ＣＲＴ
装置３２の画面に表示された平面図形Ｄ_Aおよび正面図
形Ｄ_Bを囲む枠線を構成する互いに直角な横線Ｌ_Hおよ
び縦線Ｌ_Vのうちの縦線Ｌ_Vの方向を設定することによ
り設定される。次いで、ステップＳ３では、鍛造型の見
切り面を示す線Ｌ_Mが、キーボード装置２２、マウス装
置２４などの操作による指令に従って、上記表示図形に
おいて定義される。

【００１６】次いで、ステップＳ４では、区分線Ｋ
_ai（ｉ＝１〜ｎ）が、キーボード装置２２、マウス装置
２４などの操作による指令に従って、ＣＲＴ装置３２の
画面上において形成されることにより、区分領域Ｒ
_ai（ｉ＝１〜ｎ＋１）が設定される。上記区分線Ｋ
_aiは、インプレッションの長手方向においてその断面形
状が略同じと見做すことができる部分を区分するように
設定される。

【００１７】そして、ステップＳ５では、各区分領域Ｒ
_ai毎の平均面圧Ｐ_aiが算出される。たとえば、前記イン
プレッションの形状を示すソリッドモデルデータから上
記各区分領域Ｒ_aiにおける型打ち方向の投影面積がそれ
ぞれ算出されるとともに、予め設定された函数から、変
形前の金属材料の形状定数、材料の物理定数（変形抵
抗）、金属材料と鍛造型との間の摩擦係数などに基づい
て、平面歪という手法を有限要素解析を用いて施すこと
により、型打ち方向の力（型打ち荷重）が求められ、そ
の型打ち方向の力を上記投影面積にて除算することによ
り平均面圧Ｐ_aiが求められる。上記金属材料は棒状であ
り、必要に応じて予備成形されている。また、上記の演
算は複雑であって時間がかかるので、通常、高速通信ラ
イン１２により接続された専用の他の電算機に実行を指
示し、その電算機からの演算結果を受け取るようにす
る。

【００１８】続くステップＳ６では、上記各区分領域Ｒ
_ai毎の平均面圧Ｐ_aiから、各区分領域Ｒ_ai毎の金型横ず
れ力Ｆ_aiが予め記憶された数式１に従ってそれぞれ算出
される。数式１において、Ａ_aiは各区分領域Ｒ_aiにおけ
る見切り面の面積であり、θ _aiは各区分領域Ｒ_aiにおけ
る見切り面の型打ち方向に垂直な線に対する傾斜角度で
ある。ここで、数式１におけるＡ_aisin θ_aiは、各区分
領域Ｒ_aiにおける見切り面に沿ったインプレッション形
状の断面積の型打ち方向の投影断面積である。

【００１９】

【数１】Ｆ_ai＝Ｐ_aiＡ_aisin²θ_aicos θ_ai

【００２０】ステップＳ７では、上記各区分領域Ｒ_ai毎
の金型横ずれ力Ｆ_aiの総和すなわち全体の金型横ずれ力
Ｆ_aが予め記憶された数式２に従って算出されるととも
に、その全体の金型横ずれ力Ｆ_aが予め設定された判断
基準値Ｆ_a0以下であるか否かが判断される。この判断基
準値Ｆ_a0は、零に近い値が望ましいが、鍛造成形時の歩
留まりや取り代の影響しない範囲の最大値に設定され
る。

【００２１】

【数２】

【００２２】当初は、上記ステップＳ７の判断が否定さ
れるので、ステップＳ８において型打ち方向が所定角度
だけ変更され、且つ必要に応じて見切り線が変更されて
から、前記ステップＳ６以下が再び実行される。この型
打ち方向の変更は、前記ステップＳ２と同様に実行さ
れ、その変更操作に伴って、ＣＲＴ装置３２に表示され
ている枠線がインプレッションの平面図形Ｄ_Aおよび正
面図形Ｄ_Bに対して所定量相対回転させられる。

【００２３】上記ステップＳ６乃至Ｓ８が繰り返し実行
されるうち、ステップＳ７の判断が肯定されると、ステ
ップＳ９においてそのときの型打ち方向が決定される。
すなわち、ステップＳ７の判断の前に設定された型打ち
方向が正式に採用され且つそれが記憶される。図４の矢
印に示すその型打ち方向は、そのときのＣＲＴ装置３２
に表示されている枠線を構成する縦線Ｌ_Vと平行な方向
である。

【００２４】そして、ステップＳ１０では、上記ステッ
プＳ９において決定された型打ち方向に従って鍛造金型
の形状を作成或いは修正して記憶するとともに、必要に
応じてＣＲＴ装置３２の画面に出力したり、鍛造金型の
図面をプロッタ装置２１に作図させる。

【００２５】上述のように、本実施例によれば、区分領
域設定手段４０に対応するステップＳ４により型打ち方
向に垂直な面内においてインプレッションの形状を分割
する複数の区分領域Ｒ_aiが設定され、金型横ずれ力算出
手段４２に対応するステップＳ６により各区分領域Ｒ_ai
毎の金型横ずれ力Ｆ_aiがそれぞれ算出され、型打方向決
定手段４４に対応するステップＳ９において、その各区
分領域Ｒ_ai毎の金型横ずれ力の総和Ｆ_aが所定の判断基
準値Ｆ_a0以下となるように型打方向が決定される。

【００２６】したがって、このように決定された型打方
向にて鍛造型による金属材料の鍛造が実行されることに
より、金型のずれが好適に解消されるとともに、取り代
が低減される。また、鍛造型の再製作が回避されるの
で、鍛造型の生産期間が短縮され且つ製作費用が低減さ
れる。

【００２７】また、本実施例によれば、ステップＳ４に
おいて、インプレッションの長手方向において略等断面
積と見做される領域毎に区分領域Ｒ_ai区分されているこ
とから、均等に区分する場合に比較して区分数が少なく
なるので、各区分領域Ｒ_ai毎の平均面圧Ｐ_aiや金型横ず
れ力Ｆ_aiを算出するための演算時間が短縮される利点が
ある。

【００２８】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
説明したが、本発明はその他の態様においても適用され
る。

【００２９】たとえば、前述の実施例においては、イン
プレッション形状の長手方向において分割された区分領
域Ｒ_aiの金型横ずれ力の総和Ｆ_aが判断基準値Ｆ_a0以下
となるように型打ち方向が決定されていたが、上記イン
プレッションに奥行きのある形状である場合には、たと
えば図４の紙面に直角な方向から見た図においてステッ
プＳ１乃至Ｓ１０と同様の工程が実施されてもよい。こ
れにより、型打ち方向に直角な断面におけるＸ方向およ
びＹ方向において金型横ずれ力Ｆ_aおよびＦ_bが所定の
判断基準値Ｆ_a0およびＦ_bo以下となるように型打方向が
決定される。

【００３０】また、前述の実施例のステップＳ５では、
各区分領域Ｒ_aiの平均面圧Ｐ_aiが、高速通信ライン１２
を介して接続された他の専用の電算機により算出されて
いたが、多少の演算時間を我慢すれば、作図演算制御装
置１０に実行させても差支えない。

【００３１】また、前述のステップＳ５およびＳ６にお
ける、各区分領域Ｒ_ai毎の平均面圧Ｐ_aiおよび金型横ず
れ力Ｆ_aiの演算において、数式を用いるのに替えて、予
め記憶されたテーブルが用いられてもよい。

【００３２】また、前述のステップＳ４において、イン
プレッションの長手方向に分割される各区分領域Ｒ
_aiは、略等断面積と見做される領域毎に区分されていた
が、均等に区分されても差支えない。また、その区分
は、予め定められた断面積の変化範囲或いは区分寸法に
従って自動的に実行されてもよい。

【００３３】また、前述のステップＳ３においては、入
力操作に従って見切り面が定義されているが、たとえば
インプレッションの正面図形Ｄ_Bにおいて厚み方向の半
分の点を通るように自動的に定義してもよい。

【００３４】また、前述のステップＳ２においては、入
力操作に従って所定の型打ち方向が決定されているが、
たとえばインプレッションの正面図形Ｄ_Bにおいてその
両端部を結ぶ線に対して直行する方向に自動的に決定す
るようにしてもよい。

【００３５】また、前述のステップＳ８では、入力操作
に従って型打ち方向が所定角度だけ変更されていたが、
予め定められた小さな変更角度だけ自動的に変更されて
もよい。この場合の角度変更方向は、前記総和Ｆ_aが小
さくなる方向が自動的に選択され、その総和Ｆ_aが最小
となる角度が型打ち方向として決定されるようにする。

【００３６】なお、上述したのはあくまでも本発明の一
実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲にお
いて種々変更が加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を説明するブロック線
図である。

【図２】図１の実施例の制御機能を説明する機能ブロッ
ク線図である。

【図３】図１の実施例の制御作動を説明するフローチャ
ートである。

【図４】図３の制御作動の対象となるインプレッション
の平面図形および正面図形を示す図である。

【符号の説明】

１０：作図演算制御装置４０：区分領域設定手段４２：金型横ずれ力算出手段４４：型打方向決定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木村雅俊愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21J 5/00 B21J 13/02 G06F 15/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】製品形状に対応するインプレッションを
備えた鍛造型間において金属材料を予め定められた一定
の型打ち方向で打つことにより所定の製品形状に成形す
るために、該型打ち方向を算出する鍛造用型打方向算出
装置であって、所定の型打方向に垂直な面内において前記インプレッシ
ョンの形状を分割する複数の区分領域を設定する区分領
域設定手段と、該複数の区分領域毎に発生する金型横ずれ力を該区分領
域の平均面圧、該区分領域の面積、該区分領域における
製品の身切り線の傾斜角度に基づいて算出する金型横ず
れ力算出手段と、該金型横ずれ力算出手段により算出された各区分領域毎
の金型横ずれ力の総和が所定の判断基準値より小さくな
るように前記一定の型打方向を決定する型打方向決定手
段とを含むことを特徴とする鍛造用型打方向算出装置。