JPH09234535A

JPH09234535A - 鍛造品の前工程での形状決定方法および鍛造用金型の設計方法

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Publication number: JPH09234535A
Application number: JP4229896A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yamada; 浩幸山田; Yoshihito Sakai; 良仁酒井
Original assignee: JAPAN SMALL CORP
Current assignee: JAPAN SMALL CORP
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 1997-09-09
Anticipated expiration: 2016-02-29
Also published as: JP2865609B2

Abstract

(57)【要約】【課題】鍛造品の前工程での断面形状を、容易にかつ
短時間に求め得る形状決定方法を提供する。【解決手段】所定工程での形状が新規な新鍛造品にお
ける前工程での形状を決定する方法であって、まず所定
工程に対応する形状が既知である複数の既鍛造品の形状
およびそれぞれにおける前工程での形状を予め求めてデ
ータベース11に記憶しておき、次に新鍛造品と、各既鍛
造品との類似度を類似度評価式に基づきそれぞれ求め、
次にこの類似度が高い既鍛造品における前工程での形状
を、新鍛造品における前工程での形状として選択し、か
つこの既鍛造品における前工程での形状を選択する際
に、複数の形状を選択するとともに、この選択された複
数の既鍛造品における前工程での形状を合成することに
より、新鍛造品における前工程での形状を求める方法で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鍛造品の最終形状
（または中間工程における途中形状）から、それ以前の
工程における中間形状を求める鍛造品の形状決定方法お
よび鍛造用金型の設計方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、鍛造により製品を製作する場合、
その中間工程における中間形状の金型を用いて、段階を
追って鍛造作業が行われている。

【０００３】そして、従来、中間形状は、製品形状すな
わち鍛造終了後の最終形状から、熟練技術者の経験と勘
に基づき想定されていた。勿論、中間形状から、さらに
その前工程における中間形状を想定する場合も同様であ
る。

【０００４】具体的に説明すれば、鍛造作業において
は、ビレットからの体積配分を容易にする潰し鍛造、荒
地型を用いて予備的な成形を行う荒打ちおよび仕上げ型
を用いて最終的な成形を行う仕上げ打ちとが順番に行わ
れる。したがって、前工程での形状、例えば仕上げ形状
（仕上げ打ち後の形状）から荒地形状（荒打ち後の形
状、すなわち仕上げ打ち前の形状）を正しく求める必要
がある。

【０００５】そして、中間工程における各鍛造品の形状
を決定する場合、最終製品の最終形状を、所定の方向例
えば鍛造品の延びる方向に沿って複数に分割した場合の
各分割部毎に、設計者が鍛造後の断面形状と鍛造前（前
工程）の断面形状との間に成立する関係から鍛造前の断
面形状を求め、この求められた各分割部毎の断面形状を
用いて鍛造前での全体形状が求められていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、鍛造品の各分
割部ごとに、設計者が、鍛造後と鍛造前との断面の関係
から、鍛造前の形状を求める作業は非常に面倒であり熟
練を要するもので、かつ多くの時間を要し、設計能率を
向上させるにも限界があるという問題があった。

【０００７】そこで、本発明は、鍛造品の前工程での断
面形状を、容易にかつ短時間に求め得る形状決定方法お
よび鍛造用金型の設計方法を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第１の手段は、所定工程での形状が新規な
新鍛造品における前工程での形状を決定する方法であっ
て、まず所定工程に対応する形状が既知である複数の既
鍛造品の形状およびそれぞれにおける前工程での形状を
予め求めておき、次に上記新鍛造品と、各既鍛造品との
類似度を類似度評価式に基づきそれぞれ求め、次にこの
類似度が高い既鍛造品における前工程での形状を、新鍛
造品における前工程での形状として選択する鍛造品の前
工程での形状決定方法である。

【０００９】また、本発明の第２の手段は、上記第１の
手段の構成において、類似度の高い既鍛造品における前
工程での形状を選択する際に、複数の形状を選択すると
ともに、この選択された複数の既鍛造品における前工程
での形状を合成することにより、新鍛造品における前工
程での形状を求める鍛造品の前工程での形状決定方法で
ある。

【００１０】また、本発明の第３の手段は、上記第２の
手段の構成において、複数の既鍛造品における前工程で
の形状を合成する際に、異なる工程での形状を合成する
鍛造品の前工程での形状決定方法である。

【００１１】また、本発明の第４の手段は、上記第１な
いし第３の手段の構成において、類似度評価式を、面積
比で表される特徴量と、図形の周長比で表される特徴量
と、面積と周長との比で表される特徴量と、重心を考慮
した特徴量と、鍛造型の型割線の類似性を考慮した評価
値とを加えた式とした鍛造品の前工程での形状決定方法
である。

【００１２】さらに、本発明の第５の手段は、上記第１
ないし第４のいずれかの手段における鍛造品の前工程で
の形状決定方法により決定された形状データに基づき、
鍛造用金型の凹面形状を求める鍛造用金型の設計方法で
ある。

【００１３】上記各手段における形状処理方法による
と、新鍛造品の形状が与えられると、予め記憶されてい
る既鍛造品の形状とが比較されて、類似度が高い既鍛造
品における前工程での形状が、新鍛造品の前工程での形
状とされ、または類似度が高い複数の既鍛造品における
前工程での形状が選択されるとともに、これらの形状が
合成されて、新鍛造品の前工程での形状とされるため、
非常に容易にかつ短時間で、所定の新鍛造品の前工程で
の形状を決定することができる。

【００１４】また、上記鍛造用金型の設計方法による
と、上記各形状決定方法により求められた新鍛造品の前
工程での形状データを使用することにより、特にコンピ
ュータ装置および三次元ＣＡＤソフトウエアを使用し
て、形状データを求めることにより、複雑な形状であっ
ても、非常に簡単に金型を設計することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
る鍛造品の前工程での形状決定方法を、図１〜図８に基
づき説明する。

【００１６】本発明の要旨は、形状が既知である既鍛造
品の前工程での形状を決定する方法であり、より具体的
には、最終製品である鍛造品（以下、最終鍛造品と称
す）の形状から、その前工程すなわち中間工程での鍛造
品の形状および初期工程でのビレット（以下、中間鍛造
品と称し、これにはビレットをも含むものとする）の形
状を、コンピュータ装置（図８に示す）を使用して、演
算により求める方法である。すなわち、ある鍛造品とそ
の前工程での中間鍛造品との間には、ある種の幾何学的
関係があり、この関係を利用することにより、前工程で
の中間鍛造品の形状が求められることに基づくものであ
る。なお、この形状決定方法は、鍛造品の形状が軸対称
物品である場合に適している。

【００１７】以下、鍛造品の前工程での形状決定方法
を、図１のフローチャートに基づき説明する。本実施の
形態においては、最終鍛造品の形状からビレットまでの
途中の中間鍛造品、すなわち仕上げ工程での形状（以
下、仕上げ品と称す）、荒打ち工程での形状（以下、荒
打ち品と称す）、潰し工程での形状（以下、潰し品と称
す）および初期工程での形状（ビレットの形状）のデー
タをそれぞれ求める場合について説明する。なお、ここ
で扱う最終鍛造品の形状としては軸対称物品とする。

【００１８】まず、最終鍛造品をソリッドモデル化した
後（ステップ１）、Ｍ＝１（このＭは、各工程の段階を
示し、その具体的な値とそれに対応する工程を、図１中
のデータベース１１内に記述しておく（ステップ２）。

【００１９】次に、所定の形状処理を行う（ステップ
３）。この形状処理としては、大きく分けて、無次元化
処理および２値化処理があり、以下これらの処理につい
て説明する。

【００２０】まず、最終鍛造品を、対称の中心である中
心軸を通る断面で切断して、二次元断面を得る。次に、
この二次元断面の形状データの内、径方向すなわち対称
軸の幅方向については、外径寸法で割って無次元化し、
その外径（直径）を１．０とする。

【００２１】また、同様に、二次元断面の形状データの
内、高さ方向についても、外径寸法で割って無次元化す
る。そして、次に形状データの細かい凹凸または模様な
どについては、その中間工程にあってはあまり重要でな
いため、２値化処理を施して単純化する。例えば、切断
した断面を、縦×横＝８０×５０程度のメッシュに分割
し、このメッシュ部分のオン・オフ状態にて形状を表
す。なお、図２に２値化処理を施した鍛造品の形状デー
タの一例を示す（オン・オフ状態を、１と０とで示
す）。

【００２２】次に、Ｋ＝１とおいた後（ステップ４）、
類似度の計算が行われる（ステップ５）。なお、このＫ
は、後述するデータベース内に記憶される鍛造品の個
数、すなわち事例数である。

【００２３】ここで、類似度の処理内容を具体的に説明
する。この類似度は、上述の２値化処理されたデータ
と、データベース１１に予め記憶されている形状データ
とが、類似度評価式Ｓ_e （後述する）に基づくもので、
所定の換算式（後述する）により換算された値Ｓで表さ
れる。

【００２４】この類似度を、分かり易く説明すると、鍛
造品同士を比較する際に、まずそれぞれの形状データを
無次元化処理および２値化処理した後、複数個（例えば
十数個の小領域に分割し、これら各小領域での幾何学的
特徴量、例えば面積比、周長比、周長／面積の比、重心
位置の比などについて計算を行い、鍛造品の各小領域で
の幾何学的類似性を数値化したものである。

【００２５】すなわち、データベース１１内には、複数
（本実施の形態では５個）の最終鍛造品（Ｍ＝１の場
合）、およびこれに対応する前工程である中間工程での
各形状（Ｍ＝２〜５）のデータのソリッドデータおよび
形状処理された形状処理データがそれぞれ記憶されてお
り、この形状処理された既鍛造品の形状と、新鍛造品の
形状との類似度が求められる。

【００２６】上述した類似度評価式Ｓ_e は、二次元断面
における鍛造品（以下、この説明中において、部品と称
す）の形状と、この形状を囲む矩形図形とにより求めら
れるものであり、基本的には、面積比に相当する特徴量
αと、図形の周長比に相当する特徴量βと、面積と周長
との比である特徴量γと、重心を考慮した特徴量λと、
部品の断面積に関する値と、部品の周長Ｓに関する値
と、鍛造型の型割線の類似性を考慮した評価値ψとを加
えた値として求められる。

【００２７】ここで、類似度評価式Ｓ_e を具体的に示す
と、下記(1) 式で表される。

【００２８】

【数１】

【００２９】なお、上記(1) 式中、各係数の持つ意味
は、下記の［表１］に示す通りである。

【００３０】

【表１】

【００３１】ここで、上記(1) 式中の内、部品の特徴量
α，β，γ，λおよびψを、図面に基づき詳細に説明す
る。まず、図３に示すように、部品２１を囲む矩形図形
２２を考え、この矩形図形２２を、さらに部品２１の特
徴に合わせて縦横に分割し、この分割された個々の領域
（波線で示す）を小領域２３と称し、この小領域２３毎
に、部品２１の特徴量を抽出する。特徴量αについて小領域２３内をさらに複数のピクセル（画素ともいう）
に分割し、この小領域２３内のピクセル総数（０と１で
示した部分）と、小領域２３内のピクセル数（１の記号
で示した部分）との比が特徴量αとされ、下記の(2) 式
で表される。 α_i ＝（小領域内の１のピクセル数）／（小領域内のピクセル総数）・・(2) （ｉ＝０〜ｎ：以下、同じ）特徴量βについて小領域２３の周長（ピクセル数で示される）と、小領域
２３内での部品２１の周長（ピクセル数で示される）と
の比が特徴量βされ、下記の(3) 式で表される。 β_i ＝（小領域内の部品の周長）／（小領域の周長）・・・(3) 特徴量γについて小領域２３内のピクセル数（１の記号で示した部分）
と、小領域２３内の部品２１の周長との比が特徴量γと
され、下記の(4) 式で表される。但し、小領域２３内の
ピクセル数が０の場合は、γ_i ＝０とする。 γ_i ＝（小領域内の部品の周長）／（小領域内のピクセル数）・・・(4) 特徴量λについて図４に示すように、小領域２３内の部品２１の重心位置
で表される。但し、小領域２３内のピクセル数（１の記
号で示した部分）が０の場合は、ｘ_gi＝０，ｙ _gi＝０と
する。

【００３２】

【数２】

【００３３】上記(5) 式および(6) 式を無次元化してλ
（λ_xi，λ_yi）を求めると、下記の(7) 式および(8) 式
のようになる。 λ_xi＝ｘ_gi／ｄ_xi・・・・(7) λ_yi＝ｙ_gi／ｄ_yi・・・・(8) 型割線の評価値ψについて図５に示すように、第１部品３１の型割線３２と第２部
品３３の型割線３４で形成される斜線領域の面積と、こ
れら両部品３１，３３全体を囲む矩形図形３５の面積と
の比で表される。すなわち、下記の(9) 式にて示され
る。なお、この場合も、無次元化が行われる。

【００３４】

【数３】

【００３５】また、類似度Ｓは下記の(10)式にて表され
る。Ｓ＝ａ／（１＋ｋ×Ｓ_e ）・・・(10) なお、上記(10)式中、例えば、ａ＝100 ，ｋ＝0.5 とさ
れ、この式は、類似度評価値Ｓ_e を、容易に判断し得る
ように、すなわち全く同一の形状である場合を、１００
の値となるように換算するためのものである。

【００３６】上記(10)式により類似度Ｓが求められ、そ
してこの類似度Ｓの計算が、データベースに蓄積されて
いる事例個数分（本実施の形態では５個分）だけ、繰り
返して行われる（ステップ７）。

【００３７】上記の繰り返しによる類似度の計算が終了
すると、類似品の検索が行われる。例えば、類似度が高
い順番に、数個（例えば３個程度、勿論、１個だけまた
は適当数）の形状が選択されるか、または類似度が所定
値以上のものの形状が選択されて、データベース１１か
ら抽出される（ステップ８）。

【００３８】次に、上記抽出された複数個の形状（すな
わち、形状データ）に基づき、新しく求められる前工程
での鍛造品の形状が合成により求められる（ステップ
９）。勿論、選択された形状が１個だけの場合には、合
成は行われない。

【００３９】ここで、新鍛造品とこれに類似する幾つか
の鍛造品とから、その前工程での形状を合成により求め
る方法について説明する。まず、類似品における前工程
での形状に関する上型面データおよび下型面データを抽
出した後、これら抽出された複数の上型面の形状同士お
よび下型面の形状同士を、それぞれの類似度により、下
記(11)式を用いて合成する。

【００４０】

【数４】

【００４１】但し、Ｙ_ci：合成された形状のＹ座標値Ｓ_z ：部品Ｚ（ａ，ｂ，・・）の類似度Ｙ_zi：部品Ｚのｉ節点のＹ座標値ｉ：節点番号である。

【００４２】上記の合成方法を図示すると、図６のよう
になる。図６では、部品ａと部品ｂとの形状を合成する
場合を示し、合成された形状は波線にて示される。な
お、上記の合成は、基本的には、荒打ち形状は荒打ち形
状同士で合成され、潰し形状は潰し形状同士で合成さ
れ、類似度が高い場合には、例えば仕上げ形状と荒打ち
形状、または荒打ち形状と潰し形状とのように、異なる
中間工程同士の合成も行われる。なお、ビレットは、類
似度によるアスペクト比の合成により算出している。

【００４３】このようにして、前工程での形状が合成に
より求められると、形状処理（ステップ３）で行った逆
の処理を行い、すなわち無次元化したものを、同じ比率
で元の外径に戻した後、回転スイープさせて、前工程で
の立体形状としての鍛造品のソリッド化を行う（ステッ
プ１０）。

【００４４】また、ビレットの形状復元は、新鍛造品の
体積と無次元のビレットの体積との比の立方根を算出し
て行っている。そして、このソリッド化された鍛造品の
形状が前工程での形状として、一次的にコンピュータ装
置のメモリに記憶される。

【００４５】そして、次にステップ１１にて、工程を表
すＭがインクレメントされ、データベースに記憶されて
いる工程数（本実施の形態では５）より小さい場合に
は、ステップ３に戻り、ステップ１１までの作業を繰り
返す。

【００４６】ステップ１１にて、所定の工程数に等しく
なった場合には、これよりも前工程がないと判断され、
ステップ１３に進み、各工程でのソリッドモデルの形状
データが出力された後、ステップ１４にて、これらの形
状データを新規なものとして登録すべきかどうかが判断
（自動的またはオペレータが判断する）される。

【００４７】登録すべき場合は、各工程での形状データ
がすべてデータベースに登録され、登録が必要ないと判
断された場合は作業を終了する。上記の説明において
は、全ての工程についての類似形状を求めるようにした
が、その途中の中間工程、例えば仕上げ工程、荒打ち工
程、潰し工程などのいずれかの工程が省略される場合も
あり、また複雑な形状の場合には、同じ工程、例えば荒
打ち工程が２度出力される場合もある。

【００４８】なお、図７に、最終鍛造品４１から、その
前工程における中間鍛造品４２，４３およびビレット４
４の形状を、合成により順次求めた場合を示す。上述し
た新鍛造品に対する前工程における形状データを求める
装置としては、コンピュータ装置が使用され、上記各処
理に必要なプログラムが入力されている。

【００４９】例えば、図８に示すように、コンピュータ
本体１と、ディスプレイ装置２と、キーボード３および
マウス４などの入力機器５と、ハードディスク装置６
と、カセット型磁気テープ装置（ＣＭＴ）７と、ＣＤ−
ＲＯＭ装置（読取専用記憶装置）８と、プリンタ、プロ
ッタなどの出力機器（図示せず）とから構成されてい
る。

【００５０】このコンピュータ装置により、設計者がデ
ィスプレイ装置２の画面上に表示された最終鍛造品（中
間工程での鍛造品）の形状を見ながら、入力機器５から
指示を与えて、前工程での形状を設計することができ
る。勿論、必要な形状データのコンピュータ本体１への
入力方法は、種々の方法が考えられる。直接、入力機器
５から入力する方法、外部の記憶装置から入力する方
法、特殊な入力機器（立体画像を入力し得る機器）から
入力する方法などが考えられる。

【００５１】また、類似形状の選択個数も、入力機器な
どから、任意に変更し得るようにされている。そして、
このコンピュータ装置において、新鍛造品に対する前工
程での形状を得るための金型の凹部形状のデータを、容
易に得ることができる。例えば、鍛造により製造される
製品の各前工程（中間工程）での形状のソリッドデータ
を出力し、金型ブロックと前工程でのソリッド形状との
差を求め、金型の凹部形状（凹面形状）を創成し、その
後、設計者が材料の歩留り、機械加工などを考慮して、
より詳細に、金型の構成、例えば金型の分割方法をコン
ピュータ装置上で行うことができる。

【００５２】すなわち、金型を図面化することなく、Ｃ
ＡＭのソフトを使用して、直接、機械加工により製作す
ることができる。

【００５３】

【発明の効果】上記本発明の鍛造品の前工程での形状決
定方法によると、新鍛造品の形状が与えられると、予め
記憶されている既鍛造品の形状とが比較されて、類似度
が高い既鍛造品における前工程での形状が、新鍛造品の
前工程での形状とされ、または類似度が高い複数の既鍛
造品における前工程での形状が選択されるとともに、こ
れらの形状が合成されて、新鍛造品の前工程での形状と
されるため、非常に容易にかつ短時間で、所定の新鍛造
品の前工程での形状を決定することができる。また、上
記の形状決定方法により求められた新鍛造品の前工程で
の形状データを使用することにより、特にコンピュータ
装置などを使用して、形状データを求めることにより、
複雑な形状であっても、非常に簡単に金型を設計するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における鍛造品の前工程で
の形状を求めるフローチャートである。

【図２】同実施の形態における鍛造品の形状処理状態を
示す図である。

【図３】同実施の形態の形状処理において、類似度にお
ける特徴量を説明する図である。

【図４】同実施の形態の形状処理において、類似度にお
ける特徴量を求める説明図である。

【図５】同実施の形態の形状処理において、類似度にお
ける型割線を求める説明図である。

【図６】同実施の形態の形状処理における形状の合成方
法を説明する図である。

【図７】同実施の形態の形状決定方法により、前工程で
の形状を、順次求めた場合の断面図である。

【図８】同実施の形態の形状処理方法を行うためのコン
ピュータ装置を示す斜視図である。

【符号の説明】

１コンピュータ本体２ディスプレイ装置５入力機器６ハードディスク装置１１データベース２１部品２２矩形図形２３小領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定工程での形状が新規な新鍛造品におけ
る前工程での形状を決定する方法であって、まず所定工
程に対応する形状が既知である複数の既鍛造品の形状お
よびそれぞれにおける前工程での形状を予め求めてお
き、次に上記新鍛造品と、各既鍛造品との類似度を類似
度評価式に基づきそれぞれ求め、次にこの類似度が高い
既鍛造品における前工程での形状を、新鍛造品における
前工程での形状として選択することを特徴とする鍛造品
の前工程での形状決定方法。
【請求項２】類似度の高い既鍛造品における前工程での
形状を選択する際に、複数の形状を選択するとともに、
この選択された複数の既鍛造品における前工程での形状
を合成することにより、新鍛造品における前工程での形
状を求めることを特徴とする請求項１記載の鍛造品の前
工程での形状決定方法。
【請求項３】複数の既鍛造品における前工程での形状を
合成する際に、異なる工程での形状を合成することを特
徴とする請求項２記載の鍛造品の前工程での形状決定方
法。
【請求項４】類似度評価式を、面積比で表される特徴量
と、図形の周長比で表される特徴量と、面積と周長との
比で表される特徴量と、重心を考慮した特徴量と、鍛造
型の型割線の類似性を考慮した評価値とを加えた式とし
たことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載
の鍛造品の前工程での形状決定方法。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の鍛造
品の前工程での形状決定方法により決定された形状に基
づき、新鍛造品における前工程での鍛造用金型の凹面形
状を求めることを特徴とする鍛造用金型の設計方法。