JPH09308943A - 鍛造用金型の抜き勾配曲面モデリング方法及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鍛造用金型の３次元曲面をモデリングする、
特に、その抜き勾配曲面をモデリングする作業工数を低
減して、作業時間の短縮化を図る。 【解決手段】 鍛造用金型の形状情報からその輪郭を示
すワイヤーフレームを作成し（Ｓ１）、そのワイヤーフ
レームの接線が急勾配となる部分では（Ｓ２，Ｓ５：Ｙ
ＥＳ）、その角度を緩和するようにワイヤーフレームを
事前に修正して再作成し（Ｓ４，Ｓ６）、修正後の再作
成したワイヤーフレームに従って抜き勾配曲面を作成す
る（Ｓ７）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鍛造用金型の３次
元曲面をモデリングする方法に関し、特に、その抜き勾
配曲面をモデリングする鍛造用金型の抜き勾配曲面モデ
リング方法に関する。

【０００２】鍛造により成形品を作製する際には、内面
の形状が成形品に合わせて加工成形された上側及び下側
の金型にて鍛造素材を挟み、加圧して両金型の空隙に鍛
造素材を充填し、その後作成された成形品を金型から取
り出す。このような鍛造用金型の３次元曲面をモデリン
グする場合、３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design)／
ＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）システムを利
用することが一般的である。図４は、自動車のエンジン
部品のひとつであるクランク軸を例にして、このＣＡＤ
／ＣＡＭシステムを用いた鍛造用金型の３次元曲面モデ
リング工程を示す模式図である。

【０００３】まず、３次元空間上の各作業平面上に２次
元の輪郭形状を示す基本図形を作成し（ａ）、その輪郭
形状を３次元空間に展開してワイヤフレームで形作られ
たモデルを作成する（ｂ）。このワイヤフレームとは、
鍛造用金型の曲面が通るべき３次元空間の複数の点を結
んだ境界曲線である。

【０００４】続いて、抜き勾配曲面，型割れ曲面等、鍛
造成形品に特有の幾何学要素を構成し、かつワイヤフレ
ーム全体を包含する基本曲面を定義する（ｃ）。鍛造後
に成形品を金型から取り出し易くするため、金型の内面
に任意の勾配をつける必要があり、その勾配をつける部
分にあたる曲面が抜き勾配曲面である。また、モデリン
グ形状の上側及び下側の金型の境界にあたる、実際の金
型のモデリング形状には見られない、仮想曲面が型割れ
曲面である。

【０００５】最後に２曲面間にフィレット面を挿入する
フィレット処理を施す（ｄ）。２曲面の交差部の形状が
鋭角的である場合、その部分を所定の半径の曲面に置き
換え、角を落として丸みを付ける処理がフィレット処理
であり、その置き換えた丸みが付いた曲面がフィレット
面である。以上のような手順が、３次元曲面モデリング
工程の一般的なものである。

【０００６】上述した工程の中で、最後のフィレット処
理が、３次元曲面モデリング作業の全工程に費やされる
工数の大半を占めている。これは、次のようなことが原
因である。フィレット面を挿入する基本曲面の曲率半径
がフィレット面の半径に対して小さくなる箇所が生じ、
その箇所で作成されたフィレット面にねじれ（曲面の表
裏を表すベクトル方向がすべての部分で一定でなく逆に
なる部分が存在する状態）が発生する。従って、フィレ
ット面の形状を修正するには基本曲面の曲率半径を修正
する必要があり、基本曲面を構成するワイヤフレームの
曲率半径の不良箇所を作業者がコマンドの手入力で検索
し、不良箇所を除去してワイヤフレームを再作成し、基
本曲面を作り直すという手順を踏まなければならない。
即ち、修正前の抜き勾配曲面と型割れ曲面との交線（ワ
イヤフレーム）において、曲率半径が不良である箇所に
対して30ｍｍ程度の半径でフィレット処理を行って行っ
てワイヤフレームを再作成し、その再作成したワイヤフ
レームを用いて基本曲面を定義し直さなけれなばらな
い。なお、このような現象は抜き勾配曲面に多く見られ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、抜き勾
配曲面を代表とする基本曲面の形状を修正する場合、従
来では、基本曲面を構成する際に必要なワイヤフレーム
の曲率半径を計測して不良箇所を探し、その不良箇所の
部分を除去して新たなワイヤフレームを再作成して基本
曲面を作り直すという手順を行っている。しかも、この
手間がかかる手順を作業者が全てコマンドの手入力にて
実行するため、非常に工数がかり、それぞれの鍛造用金
型に対する３次元曲面モデリング作業が長時間を要する
という問題がある。

【０００８】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、後工程のフィレット処理を円滑に効率良く進め
ることができる鍛造用金型の抜き勾配曲面モデリング方
法を提供することを目的とする。

【０００９】本発明の他の目的は、鍛造用金型に対する
３次元曲面モデリング作業の工程を従来に比べて大幅に
低減できる鍛造用金型の抜き勾配曲面モデリング方法を
提供することにある。

【００１０】本発明の更に他の目的は、上述した鍛造用
金型の抜き勾配曲面モデリング方法を実現できるコンピ
ュータ用のプログラムを記録した記録媒体を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る鍛造用金
型の抜き勾配曲面モデリング方法は、鍛造用金型の形状
情報からその輪郭を示すワイヤフレームを３次元空間で
作成し、作成したワイヤフレームに従って抜き勾配曲面
を作成する方法において、作成したワイヤフレームの各
点における接線と３次元空間座標軸とのなす角度が所定
値以下である部分についてはワイヤフレームを修正し、
修正後のワイヤフレームに従って抜き勾配曲面を作成す
ることを特徴とする。

【００１２】請求項２に係る鍛造用金型の抜き勾配曲面
モデリング方法は、鍛造用金型の形状情報から前記鍛造
用金型の抜き勾配曲面を３次元空間で作成する方法にお
いて、鍛造用金型の形状情報からその輪郭を示すワイヤ
フレームを作成する第１ステップと、作成したワイヤフ
レームの各点における接線と３次元空間座標軸とのなす
角度を検出する第２ステップと、その角度の検出結果に
基づいてワイヤフレームの一部を修正する第３ステップ
と、修正後のワイヤフレームに従って抜き勾配曲面を作
成する第４ステップとを有することを特徴とする。

【００１３】請求項３に係る鍛造用金型の抜き勾配曲面
モデリング方法は、請求項２において、前記第３ステッ
プと前記４ステップとの間に、ワイヤフレームの両端部
を切断するステップを更に有することを特徴とする。

【００１４】請求項４に係る鍛造用金型の抜き勾配曲面
モデリング方法は、請求項２において、検出した角度が
所定値以下である場合に、その部分のワイヤフレームを
修正することを特徴とする。

【００１５】請求項５に係る記録媒体は、鍛造用金型の
形状情報から前記鍛造用金型の抜き勾配曲面を３次元空
間で作成するコンピュータプログラムを記録した記録媒
体において、予め作成された鍛造用金型の形状情報から
その輪郭を示すワイヤフレームの各点における接線と３
次元空間座標軸とのなす角度を検出するステップと、そ
の角度の検出結果に基づいてワイヤフレームの一部を修
正するステップと、修正後のワイヤフレームに従って抜
き勾配曲面を作成するステップとを含むコンピュータプ
ログラムを記録してあることを特徴とする。

【００１６】抜き勾配曲面の曲率半径の不良値が頻出す
る箇所と基本曲面を構成する際に必要なワイヤフレーム
の形状との関係を調査した。その調査結果より、湾曲が
大きいワイヤフレーム上の任意の点における接線を求め
た場合、その接線と座標軸とのなす角が小さくて接線が
急勾配（０〜５度）となる箇所で曲率半径が不良となる
ことが判明した。

【００１７】従って、ワイヤフレームにおける接線の傾
きを調べることにより、後のフィレット処理時に曲率半
径の不良値が発生する箇所を事前に判断できる。よっ
て、本発明では、抜き勾配曲面を構成する際に曲率半径
が形状に見合わなくなる箇所のワイヤフレーム形状を事
前に修正し、修正したワイヤフレームから、抜き勾配曲
面を作成する。即ち、３次元モデリング手順におけるワ
イヤフレームを作成する段階で、金型図面情報等から形
状修正を行うべき箇所を検出してその急勾配部の形状を
緩和または切断した形でのワイヤフレームを作成し、そ
の後、次工程の抜き勾配曲面作成を実行するようにす
る。

【００１８】このようにすると、ワイヤフレームの曲率
半径を予め最適化しているので、フィレット処理時にワ
イヤフレーム及び抜き勾配曲面の再作成を行うことが不
要となって、フィレット処理を円滑に行うことができ
る。この結果、従来の手法に比べて、鍛造用金型の３次
元曲面モデリング作業の工数が低減して、その作業時間
が短縮する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面を参照して具体的に説明する。

【００２０】図１は本発明に係るモデリング方法の実施
手順を示すフローチャート、図２は本発明に係るモデリ
ング方法の工程を示す模式図である。まず、金型の設計
図面に記載されている情報に基づいて外周形状のワイヤ
フレームを作成し、そのワイヤフレームを用いて金型最
深部に相当する基本曲面を作成する（ステップＳ１）。
外周形状のワイヤフレームの作成例を図２（ａ）に、金
型最深部の基本曲面の作成例を図２（ｂ）にそれぞれ示
す。

【００２１】次に、外周形状のワイヤフレームにおい
て、その接線と座標軸（Ｚ軸）とのなす角度が０〜５度
の範囲である箇所があるか否かを判断する（ステップＳ
２）。ない場合には、ステップＳ７に処理が進む。急勾
配（０〜５度）の接線となる箇所がある場合には、その
箇所での接線の詳細情報を検索し（ステップＳ３）、ワ
イヤフレームの急勾配部の角度を10度に緩和すると共
に、そのワイヤフレームの両端部を任意量（例えば５ｍ
ｍ分）だけ切断する（ステップＳ４）。

【００２２】次いで、ワイヤフレームにおいて、その接
線と座標軸（Ｚ軸）とのなす角度が０〜５度の範囲であ
る箇所が他に存在するか否かを判断する（ステップＳ
５）。ない場合には、ステップＳ６に処理が進む。急勾
配（０〜５度）の接線となる箇所が他にも存在する場合
には、ステップＳ３，Ｓ４の処理を行って、ステップＳ
５に処理が戻る。そして、接線とのなす角度が０〜５度
の範囲である箇所が他に存在する限り、Ｓ３，Ｓ４の処
理を繰り返し、すべてのそのような箇所における勾配角
度を10度に緩和すると共に、ワイヤフレームの両端部を
切断する。このような修正に基づいてワイヤフレームを
再作成する（ステップＳ６）。急勾配部の角度を10度に
緩和した状態例を図２（ｃ）に、ワイヤフレームの両端
部を５ｍｍだけ切断した状態例を図２（ｄ）にそれぞれ
示す。

【００２３】次いで、以上の処理を施したワイヤフレー
ムに従って、図面指定の角度で抜き勾配曲面を作成する
（ステップＳ７）。なお、この際、後工程のフィレット
処理を実行しやすくするため、抜き勾配曲面の両端を線
形的に（例えば15ｍｍ程度）延長する。抜き勾配曲面の
作成例を図２（ｅ）に、その抜き勾配曲面の両端を線形
的に延長した状態例を図２（ｆ）にそれぞれ示す。

【００２４】この作成した抜き勾配曲面（図２（ｆ）参
照）と作成しておいた基本曲面（図２（ｂ）参照）とに
より、フィレット処理を実行する（ステップＳ８）。フ
ィレット処理を施した後の状態例を図２（ｇ）に示す。

【００２５】本発明では、途中でワイヤフレームの形状
を修正するが、その形状変更に伴う誤差の影響について
説明する。外周形状については図面の情報通りに作成さ
れる金型最深部を構成する曲面により拘束されるので、
誤差の影響は問題にならない。このことを、図２を参照
して補足説明する。図２（ｃ）〜（ｆ）に示す手順にて
抜き勾配曲面を作成する。この際、図２（ｃ）の手順に
て外周ワイヤフレームの形状の変更を行っており、図２
（ｅ），（ｆ）に示す曲面中央部のＳ字形状は設計図面
の寸法と異なっている。一方、図２（ｂ）に示す金型の
最深部曲面は、形状変更を行う前の設計図面の指定形状
通りの外周ワイヤフレームに基づいて作成される。よっ
て、この抜き勾配曲面と金型最深部曲面との間に、図２
（ｇ）に示すフィレット処理を施せば、外周形状が正確
に維持され、しかも、曲率半径が良好な形状が得られ
る。

【００２６】上側及び下側の金型の境界線での誤差の影
響について説明する。抜き勾配曲面と型割れ曲面との交
線であるこの金型の境界線には、ワイヤフレームの形状
の変更前後で、最大 0.2ｍｍ程度の誤差が発生する。し
かしながら、この型割れ曲面は、モデリング作業におい
て便宜上必要となる曲面であり、実際の金型ではこの部
分は鍛造素材の余肉を金型外部へ流出させる隙間に相当
する部分であるので、上記程度の誤差であれば、鍛造さ
れた成形品の形状が異なってしまうような問題は引き起
こさない。

【００２７】次に、接線の緩和角度を10度に設定した理
由について説明する。形状誤差を極力小さな値にすると
きの緩和角度が10度である。ここで、形状誤差は上述の
0.2ｍｍ程度とする。緩和角度を大きく設定すればより
曲率変化が少ない良好な抜き勾配曲面を形成することが
可能となる。しかし、型割れ曲面での形状誤差を 0.2ｍ
ｍ程度に抑えるためには、10度の緩和角度が最適である
ことを、本発明者の調査により確認している。

【００２８】次に、接線の角度の緩和と共に、ワイヤフ
レームの両端部を切断する理由について説明する。抜き
勾配曲面を作成するためには、外周形状のワイヤフレー
ムとそのワイヤフレームを型割れ曲面に抜き勾配で投影
したワイヤフレームとが必要である。もし外周形状のワ
イヤフレームの端点が型割れ曲面上に存在していると、
その端点と投影したワイヤフレームの端点とが一致し、
そのワイヤフレーム間にて曲面を作成すると、エッジを
２辺しか持たない曲面が作成される。ところで、一般的
なＣＡＤ／ＣＡＭシステムでは、４辺のエッジを有する
曲面を基本的に扱っており、２，３辺のエッジの曲面で
は、フィレット処理，座標計算処理等の後処理に不都合
を来す場合が多い。よって、このような不都合を未然に
防ぐために、外周形状のワイヤフレームの両端部を任意
量だけ切断し、切断したワイヤフレームを型割れ曲面に
投影して、４エッジの曲面を作成するようにしている。

【００２９】次に、抜き勾配曲面の両端を線形的に（例
えば15ｍｍ程度）延長しておくと、フィレット処理が実
行しやすくなる理由について説明する。抜き勾配曲面と
金型最深部曲面との間にフィレット処理を施す際に、上
述した両端部切断処理によって抜き勾配曲面が短縮され
ている。よって、この抜き勾配曲面が金型最深部曲面と
交差する程度に、抜き勾配曲面を延長して、ＣＡＤ／Ｃ
ＡＭシステムでの迅速なフィレット処理計算の実行を保
証するようにしている。また、線形的に抜き勾配曲面を
延長しておくことで、その箇所の曲率半径を大きくして
フィレット処理を行いやすくするという効果も期待でき
る。

【００３０】図３は、本発明を適用しないでフィレット
処理を行った比較例におけるフィレット形状を示す図で
ある。この例では、曲率半径が不良な箇所について、そ
のワイヤフレームを修正せずにフィレット面を形成して
いる。よって、フィレット面を挿入する曲面の曲率半径
がフィレット面の半径に対して小さくなる箇所では、フ
ィレット面にねじれが発生している。これに比較して、
本発明例では、図２（ｇ）に示すように、まったくその
ようなねじれは生じていない。これにより、本発明を適
用した鍛造用金型の３次元モデル形状が従来より高精度
になることは明白である。

【００３１】また、ある品種の鍛造用金型について、従
来の手法と本発明の手法とについてそのモデリング作業
を実際に行った。その結果、従来の手法では58時間を要
していたモデリング作業が、本発明の手法では32時間に
て完了でき、作業時間を26時間も短縮できた。この時間
短縮は、曲率半径が不良な箇所についてのワイヤフレー
ムを事前に修正しておき、後のフィレット処理を円滑に
効率良く行えたことに起因する。

【００３２】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明の３次元勾
配曲面モデリング方法では、抜き勾配曲面を形成する前
に、曲率半径が形状に見合わなくなる箇所のワイヤフレ
ーム形状を予め修正しておき、修正したワイヤフレーム
に基づいて抜き勾配曲面を作成するので、フィレット処
理を極めて円滑に実行でき、従来例に見られた抜き勾配
曲面用のワイヤフレーム及び抜き勾配曲面の再作成とい
う余分な作業を省略でき、鍛造用金型の３次元曲面モデ
リング作業の工数を低減してその処理時間の大幅な短縮
が可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るモデリング方法の実施手順を示す
フローチャートである。

【図２】本発明に係るモデリング方法の工程を示す模式
図である。

【図３】比較例におけるフィレット形状を示す図であ
る。

【図４】ＣＡＤ／ＣＡＭシステムを用いた一般的な鍛造
用金型の３次元曲面モデリング工程を示す模式図であ
る。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鍛造用金型の形状情報からその輪郭を示
   すワイヤフレームを３次元空間で作成し、作成したワイ
   ヤフレームに従って抜き勾配曲面を作成する方法におい
   て、作成したワイヤフレームの各点における接線と３次
   元空間座標軸とのなす角度が所定値以下である部分につ
   いてはワイヤフレームを修正し、修正後のワイヤフレー
   ムに従って抜き勾配曲面を作成することを特徴とする鍛
   造用金型の抜き勾配曲面モデリング方法。
2. 【請求項２】 鍛造用金型の形状情報から前記鍛造用金
   型の抜き勾配曲面を３次元空間で作成する方法におい
   て、鍛造用金型の形状情報からその輪郭を示すワイヤフ
   レームを作成する第１ステップと、作成したワイヤフレ
   ームの各点における接線と３次元空間座標軸とのなす角
   度を検出する第２ステップと、その角度の検出結果に基
   づいてワイヤフレームの一部を修正する第３ステップ
   と、修正後のワイヤフレームに従って抜き勾配曲面を作
   成する第４ステップとを有することを特徴とする鍛造用
   金型の抜き勾配曲面モデリング方法。
3. 【請求項３】 前記第３ステップと前記４ステップとの
   間に、ワイヤフレームの両端部を切断するステップを更
   に有することを特徴とする請求項２記載の鍛造用金型の
   抜き勾配曲面モデリング方法。
4. 【請求項４】 検出した角度が所定値以下である場合
   に、その部分のワイヤフレームを修正することを特徴と
   する請求項２記載の鍛造用金型の抜き勾配曲面モデリン
   グ方法。
5. 【請求項５】 鍛造用金型の形状情報から前記鍛造用金
   型の抜き勾配曲面を３次元空間で作成するコンピュータ
   プログラムを記録した記録媒体において、鍛造用金型の
   形状情報からその輪郭を示すワイヤフレームを作成する
   ステップと、作成したワイヤフレームの各点における接
   線と３次元空間座標軸とのなす角度を検出するステップ
   と、その角度の検出結果に基づいてワイヤフレームの一
   部を修正するステップと、修正後のワイヤフレームに従
   って抜き勾配曲面を作成するステップとを含むコンピュ
   ータプログラムを記録してあることを特徴とする記録媒
   体。