JPH06328180A - 鍛造用金型の製作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 荒型及び仕上げ型により２段階の鍛造を行う
際の荒型の設計に際し、荒型形状の良否の検討をコンピ
ュータシミュレーション（塑性変形解析）により行う。 【構成】 設計した金型の解析対象断面の前後数カ所に
おけるキャビティ断面積比（荒型／仕上げ型）を算出
（４）し、解析対象断面の成形体断面積が変化しないよ
うなキャビティ断面積比を有する基本パターンと比較
（５）し、一致しているときは、シミュレーションによ
り解析対象断面における成形性、すなわち荒型形状の良
否の検討をおこなう（６）。解析対象断面において成形
体の面積変化がないので、２次元変形解析用シミュレー
タにより解析できる。なお、断面積比に代えて断面積差
を使用してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも前後２段階
の鍛造を行う際の前工程の鍛造用金型を製作する方法に
関し、特にコンピュータシミュレーションによる成形性
の検討が可能な鍛造用金型の製作方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】荒型及び仕上げ型による鍛造部品の量産
準備において、成形性の検討（＝荒型形状の良否判定）
は、従来より金型製作後の鍛造トライアルにより行われ
ている。つまり、仕上げ型については部品の設計形状に
依存しほぼ決まっているが、荒型形状については比較的
設計の自由度が高く、試作した荒型により得られた中間
鍛造部品を仕上げ型で鍛造し、仕上げ型で必要部位に対
し材料の未充満等の不具合が出たときは荒型形状が不適
切であるとして、仕上げ型で設計どおりの部品形状が得
られるように荒型形状の手直しをするという手法が採ら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような鍛造用金型
の成形性の検討を、コンピュータシミュレーション（塑
性変形解析）により行うことができれば、金型を製作す
る必要がなくコスト低減及び納期短縮を図ることができ
るが、現在までに実用化されている塑性変形シミュレー
ションソフト（シミュレータ）は３次元の変形が解析で
きず、２次元変形解析用のみであり、塑性変形の前後で
解析対象断面全体の断面積が一定という条件がある。す
なわち解析対象断面への材料の流入又は流出がないもの
として計算することになる。

【０００４】しかし、例えば自動車用コンロッドを荒型
及び仕上げ型により実際に鍛造する場合、例えば大端部
の断面をとってみると、仕上げ型による鍛造の前後で５
％以上の断面積の増減（材料の流入又は流出）が生ずる
設計となっている。このように断面積が増減する理由
は、金型設計の際、断面積の増減を考慮した設計を行っ
ていないためであり、これでは上記コンピュータシミュ
レーションを適用した成形性の検討を行うことができな
い。

【０００５】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、少なくとも前後２段階の鍛造を行う際の前工程の鍛
造用金型の設計に際し、前工程の鍛造用金型形状の良否
の検討を、コンピュータシミュレーションにより行える
ようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、コンピュータ
シミュレーションによる成形性の検討が可能な鍛造用金
型の製作方法であり、少なくとも前後２段階の鍛造を行
う際の前工程の鍛造用金型の設計において、後工程の鍛
造用金型で得られる成形品に設定した解析対象断面の断
面積が前工程の鍛造用金型で得られる成形品の対応部位
の断面積とほぼ同一となるように、両鍛造用金型の対応
する各部位のキャビティ断面積比又は断面積差を設定す
ることを特徴とするものである。

【０００７】上記発明において後工程の鍛造用金型がバ
リ溜り部を備える場合は、両鍛造用金型の対応する各部
位のキャビティ断面積比又は断面積差を設定する際、上
記バリ溜り部及び前工程の鍛造用金型の対応部位を除外
して設定することを特徴とする。また、上記発明におい
て、好ましくは、上記解析対象断面の断面積の変化率が
−２．５〜０％以内であることを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明においては、後工程の鍛造用金型で得ら
れる成形品に設定した解析対象断面の断面積が前工程の
鍛造用金型で得られる成形品の対応部位の断面積とほぼ
同一となるようにしたので、現在実用化されている２次
元変形解析用シミュレータを使用して後工程の鍛造用金
型による塑性変形の解析を行い、前工程の鍛造用金型形
状の良否の検討を行うことができる。解析対象断面にお
いて、後工程の鍛造の前後で断面積に差があるときは、
シミュレーションの結果は誤差を含んだものとなるが、
経験的に２．５％以内の断面積減少（断面積変化率−
２．５〜０％）であれば、実用上問題なく解析できる。

【０００９】解析対象断面は、例えば自動車用コンロッ
ドであれば大端部というように、成形性に問題の発生し
やすい箇所に設定する。そして、金型キャビティの上記
解析対象断面に相当する箇所及び前後数箇所における断
面積比（前工程の鍛造金型／後工程の鍛造金型）、又は
断面積差（前工程の鍛造金型−後工程の鍛造金型）を、
成形品の該解析対象断面における断面積変化が上記範囲
内に収まるような値に設定する。

【００１０】なお、後工程の鍛造用金型のキャビティ断
面が、目的とする製品形状に対応する形状部と、その周
囲のフラッシュランド部（バリ道）、及びその外側又は
内側のバリ溜り部からなるような場合、バリ溜り部では
キャビティ断面形状と成形品形状が一致せず、さらにこ
こに材料がどのように押し出されてくるか予測し難いと
ころがある。従って、後工程の鍛造用金型がバリ溜り部
を備える場合は、そのバリ溜り部をキャビティ断面積の
計算から除外し、キャビティ断面形状と成形品形状が一
致する部分、すなわち形状部及びフラッシュランド部の
みに注目して、両鍛造用金型のキャビティ断面積比又は
断面積差を設定するのが好ましい。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図７を参照し
て説明する。

【００１２】（実施例１）図１は、本実施例による金型
製作フロー図であり、これを自動車用コンロッドの荒型
及び仕上げ型を例にとり説明する。まず、（１）設計し
たコンロッドにつき、（２）仕上げ型設計を行う。仕上
げ型の形状はコンロッドの設計形状によりほぼ一義的に
決まる。次に、（３）荒型設計を行う。図２に示すコン
ロッドの場合、その大端部断面Ａ0において材料の未充
満等の不具合が比較的発生しやすく、ここで成形性を確
保することができれば、他の部位の成形性についてはほ
ぼ問題がないため、ここを解析対象断面として選択す
る。図４に、コンロッド大端部における荒型１１及び仕
上げ型１２のキャビティ断面を示す。

【００１３】（４）次に、設計された仕上げ型及び荒型
を基に、キャビティの断面積比（荒型／仕上げ型）を算
出する。断面積比の算出箇所は、図２に示すように、解
析対象断面たる大端部断面Ａ0近傍を、５ｍｍ幅の一定
間隔で数箇所（Ａ-1、Ａ0、Ａ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4、Ａ5）
選択し、この箇所に対応する仕上げ型及び荒型キャビテ
ィの断面積を求め、その比を算出することとする。
（５）あらかじめ大端部断面Ａ0の断面積（バリを含む
全断面積）が変化しないような断面積比の基本パターン
をいくつか用意しておき、上記箇所（Ａ-1、Ａ0、Ａ1、
Ａ2、Ａ3、Ａ4、Ａ5）において算出したキャビティ断面
積比と照合し、その結果、一致していなければ、その荒
型形状はシミュレーションを行うには不適であるとし
て、荒型形状の設計を見直す。なお、基本となる断面積
比のパターンは、実際の鍛造品の量産において経験的に
得られたものであり、その一例を図３に示す。

【００１４】（６）前ステップにおいて照合の結果ほぼ
一致しているときは、コンピュータシミュレーションに
より解析対象断面Ａ0における成形性の検討を行い、
（７）成形性、すなわち荒型形状の良否をチェックす
る。ここで、例えば必要部位に対する材料の未充満等の
不具合が生じているような場合は、その荒型形状は不適
として、荒型形状の設計を見直す。（８）前ステップに
おいて適と判定された荒型形状については実際に金型を
製作し、（９）量産に入る。このようにして、この実施
例では、設計した鍛造用荒型につき、コンピュータシミ
ュレーションによりキャビティ形状の事前検討を行うこ
とができる。

【００１５】（実施例２）前記実施例は、仕上げ型がバ
リ溜り部を備えず、成形品の断面とこれに対応する仕上
げ型のキャビティ断面が本質的に一致するケースである
が、本実施例は、フラッシュランド部の外側にバリ溜り
部を備えた仕上げ型の例である。図５は、本実施例によ
る金型製作フロー図であり、これを図２に示す実施例１
と同じ自動車用コンロッドの荒型及び仕上げ型を例にと
り説明すると、まず（２１）〜（２３）は実施例１の
（１）〜（３）と同じであり、図２に示すコンロッドの
大端部断面Ａ0を解析対象断面として選択する点も実施
例１と同じである。図７は、コンロッド大端部における
本実施例の荒型３１及び仕上げ型３２のキャビティ断面
を示し、仕上げ型３２のキャビティ断面は製品形状に対
応する形状部ａと、その周囲のフラッシュランド部ｂ、
及びその外側又は内側のバリ溜り部ｃから構成される。

【００１６】（２４）次に、設計された仕上げ型及び荒
型を基に、キャビティの断面積差（荒型−仕上げ型）を
算出する。断面積差の算出箇所は、図２に示すように、
解析対象断面たる大端部断面Ａ0近傍を、５ｍｍ幅の一
定間隔で数箇所（Ａ-1、Ａ0、Ａ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4、）
選択し、この箇所に対応する仕上げ型及び荒型キャビテ
ィ断面積を求め、その差を算出することとする。なお、
本実施例では、仕上げ型３２のキャビティ断面積の算出
範囲は図７の形状部ａ及びフラッシュランド部ｂの範囲
（矢印で表示）とし、荒型３１のキャビティ断面積の算
出範囲はそれに対応する範囲（矢印で表示）とする。

【００１７】（２５）あらかじめ大端部断面Ａ0の断面
積（バリを含む全断面積）が変化しないようなキャビテ
ィ断面積差の基本パターンをいくつか用意しておき、上
記箇所（Ａ-1、Ａ0、Ａ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4）において算
出したキャビティ断面積差と照合し、その結果、一致し
ていなければ、その荒型形状はシミュレーションを行う
には不適であるとして、荒型形状の設計を見直す。な
お、基本となる断面積差のパターンは、実際の鍛造品の
量産において経験的に得られたものであり、その一例を
図６に示す。（２６）〜（２９）は実施例１と同様であ
るので説明を省略する。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、少なくとも前後２段階
の鍛造を行う際の前工程の鍛造用金型の設計に際し、金
型形状の良否の検討を、コンピュータシミュレーション
により行うことができる。また、本発明において、キャ
ビティ断面積を算出する際にバリ溜り部を除外するとき
は、一層現実の鍛造成形に即したシミュレーションが行
えるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の金型製作フロー図である。

【図２】コンロッドの解析対象断面及び同断面近傍の断
面積比を求める箇所を示す図である。

【図３】図２に示す箇所における基本となる断面積比の
パターンの例を示す。

【図４】コンロッドの大端部における金型キャビティ断
面を示す図である。

【図５】本発明の別の実施例の金型製作フロー図であ
る。

【図６】図２に示す箇所における基本となる断面積差の
パターンの例を示す。

【図７】コンロッドの大端部における別の金型キャビテ
ィ断面を示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも前後２段階の鍛造を行う際の
   前工程の鍛造用金型の設計において、後工程の鍛造用金
   型で得られる成形品に設定した解析対象断面の断面積が
   前工程の鍛造用金型で得られる成形品の対応部位の断面
   積とほぼ同一となるように、両鍛造用金型の対応する各
   部位のキャビティ断面積比又は断面積差を設定すること
   を特徴とする、コンピュータシミュレーションによる成
   形性の検討が可能な鍛造用金型の製作方法。
2. 【請求項２】 後工程の鍛造用金型がバリ溜り部を備え
   る場合、両鍛造用金型の対応する各部位のキャビティ断
   面積比又は断面積差を設定する際、上記バリ溜り部及び
   前工程の鍛造用金型の対応部位を除外して設定すること
   を特徴とする、コンピュータシミュレーションによる成
   形性の検討が可能な鍛造用金型の製作方法。
3. 【請求項３】 上記解析対象断面の断面積の変化率が−
   ２．５〜０％以内であることを特徴とする、請求項１又
   は２に記載されたコンピュータシミュレーションによる
   成形性の検討が可能な鍛造用金型の製作方法。