JP4688287B2 - 線状加熱の加熱順序選定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は加熱法案に基づいて金属板上に設定された複数の加熱線を加熱して金属板の曲げ加工を行う際、上記各加熱線の加熱順序を定めるために用いる線状加熱の加熱順序選定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、船舶等に用いられる金属板の曲げ加工には、線状加熱による曲げ加工方法が採用されている。
【０００３】
線状加熱は、金属板をガスバーナ等の点熱源で線状に局所加熱すると、周囲から拘束を受けて塑性歪を発生して変形する性質を利用し、金属板上に加熱個所を適当に配置することで対象金属板を目的曲面に曲げ加工する技術である。
【０００４】
従来、線状加熱による金属板の曲げ加工は、熟練者が勘や技能により加熱位置、方向、加熱条件、加熱順序等を定めて行われており、このうち、特に、加熱順序は適切な形状を得るうえで重要であり、順序が異れば得られる形状が異なる場合も多いため、熟練技能の真髄の重要な一部分として、長い経験を経て修得する技能として行われていた。
【０００５】
ところで、近年では、線状加熱を機械的に行う方法として、有限要素法（ＦＥＭ）を応用して、金属板を目的形状に曲げるのに必要な線状の加熱位置（加熱線）と、該各加熱線にどれだけの熱を与えるかを決める加熱条件との組み合わせからなる加熱方案を、コンピュータで自動算出し、該算出された加熱法案に基づいて、たとえば、金属板１を、図３（イ）に示す如き椀型の目的形状に曲げ加工しようとする場合には、図３（ロ）に示す如く、金属板１の表面に複数の加熱線２を配置し、該各加熱線２に沿って加熱源を移動させながら、該加熱源の移動速度を制御パラメータとして上記加熱条件で定められた所定の入熱量となるように局所加熱することにより、金属板１全体を目的曲面に曲げるようにする手法が採られるようになってきているが、この場合、加熱順序を一般的な形で決める方法は特に提案されておらず、そのため、金属板１上に配置された複数の加熱線２を加熱する順序としては、単純に板の端からとか、左右対称に等の順序が採られている。
【０００６】
又、上記加熱源による金属板の加熱形式としては、上記金属板１を、横方向に寝かした姿勢として定盤上に設置した多数の支持装置により支持させ、該金属板１の上面側に配置した加熱源により片面側から加熱する形式や、金属板１を縦方向に立たせて上下方向の両端部に配した支持装置により支持させた状態として、金属板１の両面に配した加熱源により両面側から加熱する形式（特開平１０−１４６６２０号）等が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、線状加熱を機械的に行う場合における上記従来の加熱順序では、目的形状が得られないケースが生じるという問題がある。
【０００８】
すなわち、加熱線２の加熱順序が結果の形状に影響することは経験的に知られてきており、このため、加熱順序の選定が適切でない場合には、加熱法案に基づく他の加熱条件をすべて同じにしても、結果として得られる最終形状が相違して目的形状に曲らない可能性があり、特に、金属板１を縦にして両面から加熱する方法では、金属板１に板厚方向の拘束力がほとんど働かない状態で加熱するために、加熱順序の選び方の影響が大きく、結果的に不適切な順序を選んでしまった場合には、一方向に大きく曲りすぎ、その直交方向には曲り足りない状態が起きる可能性がある。
【０００９】
このため、加熱順序の選定が重要となるが、現状では加熱順序を選定するための根拠のあるアルゴリズムが存在せず、加熱順序を一般的な形で決める方法は示されていないのが実情である。
【００１０】
そこで、本発明は、線状加熱における加熱線の加熱順序を一般的且つ合理的に定めることのできる線状加熱の加熱順序選定方法を提供しようとするものである。
【００１１】
【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、予め算出された加熱方案に基づいて金属板上に設定された複数の加熱線に対して、先ず、各加熱線の通過位置における金属板の断面２次モーメントを算出し、該算出された断面２次モーメントが最大となる加熱線を選択して最初に加熱する加熱線として選定し、次に、該選定した加熱線を加熱することにより変形する金属板形状を、弾性ＦＥＭ解析を用いて推定し、次いで、該推定された形状の金属板上に残っている加熱線について、その加熱線の通過位置における金属板の断面２次モーメントを算出して、該算出された断面２次モーメントがもっとも大きい加熱線を選択して次に加熱する加熱線として選定し、以後順次繰り返してすべての加熱線の加熱順序を選定するようにする。
【００１２】
各加熱線位置における金属板の断面２次モーメントを求めると、その大小により、それぞれの位置での曲りにくさの度合いが判断される。したがって、ある時点における未選択の各加熱線のうち、断面２次モーメントが最大となる加熱線を選択し、次に加熱する加熱線として選定することにより、いずれ曲げなければならないすべての加熱線の候補のうち、その時点で最も曲り難い加熱線から加熱順序が付与されるようになるので、合理的且つ一般的なものとして順序を定めることができる。
【００１３】
【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。
【００１４】
図１は本発明の線状加熱の加熱順序選定方法の実施の一形態として、作業手順のフローチャートを示すもので、予め、金属板を目的形状に曲げ加工するための複数の加熱線の配置と、該各加熱線に対する加熱条件とからなる加熱方案を算出した状態において、先ず、上記加熱法案に基づいて配置の決定されている上記各加熱線毎に、その通過位置における金属板の断面２次モーメントを算出し（ステップＳ１）、次に、すべての加熱線のうち、上記ステップＳ１にて算出された断面２次モーメントが最大となる加熱線を選択して、最初に加熱する加熱線として選定し（ステップＳ２）、次いで、上記ステップＳ２にて選定した加熱線を加熱することにより変形する金属板形状を弾性ＦＥＭ解析を用いて推定し（ステップＳ３）、しかる後、該推定された形状の金属板上に残る加熱線について、それぞれの通過位置における金属板の断面２次モーメントを再度算出し（ステップＳ４）、その後、ステップＳ２に戻って、各加熱線のうち、上記ステップ４にて算出された断面２次モーメントが最も大きい加熱線を選択して次に加熱する加熱線として選定し、以後、同様に、加熱線の加熱により変形する金属板形状の推定と、該推定される形状の金属板上にて断面２次モーメントが最大となる加熱線の選択とを順次繰り返して行い、すべての加熱線が選択され、加熱順序が選定されたら終了する。
【００１５】
ここで、上記ステップＳ２において、加熱すべき加熱線の候補が複数存在した場合に、次に加熱する加熱線を選択する際のアルゴリズムについて説明する。
【００１６】
金属板を平板から曲面に曲げ加工する場合、一般に、平板の状態が最も曲り易く、曲面の撓みが大きくなるほど曲り難くなる。これは、金属板の形状に起因する物理特性からきており、その程度は概ね断面２次モーメント、又は、断面係数等によって表すことができる。
【００１７】
そこで、線状加熱による曲げ加工を行う際、ある時点における金属板の形状に対して各加熱線の通過位置での断面２次モーメントを計算すれば、複数の加熱線について、その時点における曲りにくさの度合いがそれぞれ判断できる。
【００１８】
ところで、すべての加熱線にとって、今すぐに加熱することが、後で加熱する場合に比べて曲り易いといってよい。そこで、いずれ曲げなければならないすべての加熱線の候補のうち、その時点で最も曲り難い加熱線、すなわち、断面２次モーメントが最大となる加熱線を、できるだけ早い今、曲げるようにするために、該加熱線を選択し、次の加熱順序として選定するようにしてある。
【００１９】
次に、図２（イ）（ロ）は、本発明の線状加熱の加熱順序選定方法により決定される加熱順序の例を示すもので、図２（イ）に示す如き平板状の矩形の金属板１において、予め設定された所要の加熱方案に基づいて、長辺方向に平行な加熱線２ａと、短辺方向に平行な加熱線２ｂが配置されている場合は、加熱線２ａの方が、加熱線２ｂよりも長く、したがって断面２次モーメントがより大となることから、この場合、本発明のステップＳ２にて加熱線２ａが先に、加熱線２ｂが後に選択されて加熱順序が定められる。
【００２０】
図２（ロ）に示す如く、短辺方向に湾曲した矩形の金属板１において、長辺方向に平行な加熱線２ｃと、短辺方向に平行な加熱線２ｄが配置されている場合には、加熱線２ｄが湾曲していて、断面２次モーメントが加熱線２ｃの断面２次モーメントよりも大となることから、この場合、ステップＳ２においては、加熱線２ｄが先に、加熱線２ｃが後に選択されて加熱順序が定められる。
【００２１】
このように、予め算出された加熱法案に基づいて金属板上に配置される複数の加熱線に対して変形する毎に断面２次モーメントが最大の加熱線を選定することにより、加熱順序を一般的且つ合理的に決定でき、これにより曲面加工途中の形状の影響を受けて、最終曲面形状に誤差が発生するのを防ぐことができる。したがって、線状加熱を熟練者が人手で施工した場合に、熟練技能の真髄の重要な一部となっていた、すなわち、判断が難しかった加熱順序の選定の自動計算が可能となる。
【００２２】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、目的形状を与えるために金属板上に複数の加熱線が設定されていれば、加熱線の本数や配置方向には拘らず、又、いかなる加熱方案に基づいた加熱線であっても、その加熱順序を選定する際に適用してよいこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の線状加熱の加熱順序選定方法によれば、予め算出された加熱方案に基づいて金属板上に設定された複数の加熱線に対して、先ず、各加熱線の通過位置における金属板の断面２次モーメントを算出し、該算出された断面２次モーメントが最大となる加熱線を選択して最初に加熱する加熱線として選定し、次に、該選定した加熱線を加熱することにより変形する金属板形状を、弾性ＦＥＭ解析を用いて推定し、次いで、該推定された形状の金属板上に残っている加熱線について、その加熱線の通過位置における金属板の断面２次モーメントを算出して、該算出された断面２次モーメントがもっとも大きい加熱線を選択して次に加熱する加熱線として選定し、以後順次繰り返してすべての加熱線の加熱順序を選定するようにしてあるので、複数の加熱線に対して変形する毎に断面２次モーメントが最大の加熱線を選定することにより、その時点で最も曲がりにくい加熱線から曲げ加工を行うように加熱順序を一般的且つ合理的に決定でき、これにより曲面加工途中の形状の影響を受けて、最終曲面形状に誤差が発生するのを防ぐことができ、判断が難しく、線状加熱を熟練者が人手で施工していた場合に、熟練技能の真髄の重要な一部となっていた加熱順序の選定の自動計算が可能となるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の線状加熱の加熱順序選定方法の実施の一形態を示すもので、作業手順のフローチャートを示すものである。
【図２】図１の方法により定められる加熱順序の例を説明するためのもので、（イ）は平板状の矩形の金属板において、又、（ロ）は短辺方向に湾曲した矩形の金属板において、それぞれ長辺方向に平行な加熱線と、短辺方向に平行な加熱線が設定されている状態を示す斜視図である。
【図３】線状加熱による金属板の曲げ加工方法を示すもので、（イ）は目的形状を示す斜視図、（ロ）は（イ）に示した目的形状を与えるために平板の金属板上に設定される加熱線を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 金属板
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 加熱線

Claims (1)

1. 予め算出された加熱方案に基づいて金属板上に設定された複数の加熱線に対して、先ず、各加熱線の通過位置における金属板の断面２次モーメントを算出し、該算出された断面２次モーメントが最大となる加熱線を選択して最初に加熱する加熱線として選定し、次に、該選定した加熱線を加熱することにより変形する金属板形状を、弾性ＦＥＭ解析を用いて推定し、次いで、該推定された形状の金属板上に残っている加熱線について、その加熱線の通過位置における金属板の断面２次モーメントを算出して、該算出された断面２次モーメントがもっとも大きい加熱線を選択して次に加熱する加熱線として選定し、以後順次繰り返してすべての加熱線の加熱順序を選定することを特徴とする線状加熱の加熱順序選定方法。

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