(57)【要約】【課題】鍛造型の磨耗を抑制することのできる鍛造工程の加工条件（鍛造用のワークの断面形状と鍛造型内におけるワークのセット位置の少なくとも一方）の決定を支援する設計支援方法を提供する。【解決手段】設計支援方法は、まず、ワーク断面形状とワークセット位置に初期値を与えて鍛造中のワーク変形過程をシミュレーションする。シミュレーションによって、変形過程におけるワーク内部の歪速度ゼロ点の移動距離を推定する。推定した移動距離が短くなるように加工条件を修正する。歪速度ゼロ点の移動距離が短くなれば、鍛造加工中にワークに加わる水平方向荷重が小さくなる。即ち、鍛造型に加わる水平方向の荷重が小さくなる。その結果、鍛造型の磨耗が抑制される。【選択図】図６
2010023064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍛造用のワークの断面形状と鍛造型内におけるワークのセット位置の少なくとも一方を決定する方法であり、
鍛造中のワーク変形過程におけるワーク内部の歪速度ゼロ点の移動距離を推定し、前記移動距離が短くなるようにワーク断面形状とセット位置の少なくとも一方を修正することを特徴とする鍛造工程設計支援方法。
【請求項２】
歪速度ゼロ点の水平方向移動軌跡を推定し、歪速度ゼロ点の移動方向とは反対側へセット位置を修正することを特徴とする請求項１に記載の鍛造工程設計支援方法。
【請求項３】
歪速度ゼロ点の水平方向移動軌跡を推定し、歪速度ゼロ点よりもその点の移動方向とは反対側に位置するワーク部分の断面積が大きくなるように断面形状を修正することを特徴とする請求項１に記載の鍛造工程設計支援方法。
【請求項４】
一対の鍛造型を接近させたときにワークと鍛造型内面との間の独立した複数の空隙が同時に消失するようにワーク断面形状とセット位置の少なくとも一方を修正することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の鍛造工程設計支援方法。
【請求項５】
一対の鍛造型を接近させたときにワークと鍛造型内面との間の空隙が消失するタイミングが早くなるようにワーク断面形状とセット位置の少なくとも一方を修正することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の鍛造工程設計支援方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛造工程の設計支援技術に関する。特に、ワークの断面形状又は鍛造型内のワークのセット位置を適切に決定して鍛造型の長寿命化を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
型鍛造は、一対の鍛造型で型打ちすることによってワークを塑性変形させてワークを目的の形状に成形する加工方法である。鋳造と異なり、型鍛造は型の押し付け力でワークに強い荷重を加えることによってワークを塑性変形させる。鍛造型に強い荷重が加わるので鍛造型は使用しているうちに磨耗する。従来は、鍛造型の磨耗量が許容範囲を超えると新しい鍛造型に交換していた。鍛造型の磨耗を低減することができれば、鍛造型の寿命を延ばすことができるので鍛造工程のコストを抑制することができる。鍛造型に加わる荷重はワークの温度、形状、型の移動速度など、様々な加工条件に依存しており、従来は作業者が試行錯誤によって加工条件を決定していた。
近年、コンピュータシミュレーションの技術が発達し、鍛造工程にかぎらず、コンピュータによって加工条件の決定作業を支援する技術が研究されている。鍛造工程ではないが、特許文献１に、設計変数（加工条件を決定する変数を含み、完成品に影響を与える様々な変数）の決定を支援する技術が開示されている。特許文献１の技術は、設計変数を変更しながらシミュレーションを繰り返し、変数の感度解析によって適切な設計変数を決定する。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−９９４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術は、感度解析という手法を採用しており、どのような設計変数でも扱うことができる反面、感度のよい設計変数を発見することが試行錯誤的にならざるを得ない。本願発明は、感度解析という手法を採用せず、鍛造工程に特有の事象に着目して、鍛造型の磨耗が抑制されるように加工条件の設計を支援する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
近年、コンピュータシミュレーションの技術が発達し、鍛造工程におけるワークの塑性変形もシミュレーションできるようになってきている。ワークは、鍛造型から荷重を受けることによって変形するので、その変形過程はインプレッション（彫刻部とも呼ばれ、完成品の表面形状に形成された鍛造型内面）の形状、ワークの断面形状、及び鍛造型内におけるワークのセット位置が決定されればシミュレーションすることができる。インプレッションの形状は、完成品の形状に規定されるので変更することはできない。ワークの断面形状と鍛造型内におけるワークのセット位置は、完成品の形状に関わらずに変更することができる。以下では、ワークの断面形状と鍛造型内におけるワークのセット位置を鍛造工程の加工条件と称する。
【０００６】
鍛造型の磨耗は荷重の大きい箇所で進行する。従って、シミュレーションによって鍛造型内面の荷重の大きい部分を特定し、大きい荷重が加わらないように加工条件を決定することができれば、磨耗を抑制することができる。しかしながら、大きい荷重が加わる部分が特定できたとしても、その大きい荷重を抑制する加工条件を求めることは、様々な値の加工条件についてシミュレーションを繰り返す試行錯誤にならざるを得ない。これは、荷重の大きい部分という、鍛造型の局所的な現象に着目しているため、加工条件の変更が多数の局所部分に与える影響を予想できないからである。
【０００７】
本発明は、鍛造工程において塑性変形過程におけるワーク内部の大局的な動きに着目し、荷重の大きい局所部分を特定することなく、磨耗の進行を低減する加工条件の設計プロセスを支援する。その大局的な動きとは、塑性変形過程におけるワーク内部の歪速度ゼロ点の動きである。これは以下の理由による。ワークは一対の鍛造型が近づくことによって荷重を受ける。本明細書では、一対の鍛造型が近づく方向を便宜上、上下方向と称する。荷重方向に交差する方向を便宜上、水平方向と称する。ワークは上下方向に圧縮され、水平方向に拡がる。従ってワーク内部には歪速度ゼロの点が存在する。ワークが水平方向に均等に伸びることができる場合は、ワークは水平面内において偏った力を受けていないことを意味する。このとき、歪速度ゼロ点の動きは上下方向の荷重に支配され、歪速度ゼロ点の移動範囲は小さい。他方、ワークが水平面内のいずれかの方向に偏って伸びる場合、歪速度ゼロ点も水平方向に移動する。ワークが水平面内のいずれかの方向に偏って伸びる場合は、ワークに偏った水平方向の荷重が作用していることを意味する。水平方向の偏った荷重は、鍛造型にとって余分な荷重となる。そのような余分な荷重が鍛造型の磨耗を早める。従って、ワークが水平方向に均等に伸びることができる状態が、鍛造型に局所的な過度の荷重が加わらない状態、即ち磨耗の少ない状態を意味する。そして、歪速度ゼロ点の水平方向の移動距離が小さいほど、ワークが水平方向に均等に伸びることを表している。従って、ワーク内部の歪速度ゼロの点の水平方向移動距離が小さいほど、鍛造型の磨耗を抑制することができる。
【０００８】
本発明は、上記の知見に基づいて創作された。本発明は、鍛造工程の加工条件（即ち、鍛造用のワークの断面形状と鍛造型内におけるワークのセット位置の少なくとも一方）の決定を支援する設計支援方法に具現化できる。この方法は、まず、鍛造中のワーク変形過程におけるワーク内部の歪速度ゼロ点の移動距離を推定する。推定した移動距離が短くなるように加工条件を修正することを特徴とする。好ましくは歪速度ゼロ点の水平移動距離が短くなるように加工条件を修正する。ここで「水平方向」とは、前述したように、一対の鍛造型が接近する方向に交差する方向を意味する。より厳密には、鍛造型の移動方向に直交する方向を意味する。ワークの「セット位置」は、水平方向におけるワークのセット位置を意味する。セット位置は、例えば鍛造型の端部からワークまでの距離で規定される。また、修正すべきワークの「断面」とは、一対の鍛造型の接近方向に平行な断面を意味する。上記の手法に従って加工条件を修正することによって、鍛造型に生じる局所的な磨耗を低減することができ、鍛造型の寿命を延ばすことができる。
【０００９】
歪速度ゼロ点の移動距離は、コンピュータシミュレーションによって推定すればよい。最初のシミュレーションは、加工条件に適切な初期値を与えて実行する。コンピュータシミュレーションでは、歪速度ゼロ点の経時的な変化、即ち水平方向移動軌跡を推定することができる。軌跡を推定したのち、歪速度ゼロ点の移動方向とは反対側へセット位置を修正すれば、歪速度ゼロ点の移動距離を小さくすることができる。或いは、歪速度ゼロ点よりもその点の移動方向とは反対側に位置するワーク部分の断面積が大きくなるように断面形状を修正することによっても、歪速度ゼロ点の移動距離を小さくすることができる。ここでいうワークの「断面積」は、一対の鍛造型の接近方向に平行な断面の面積を意味する。より厳密には、「断面積」は、一対の鍛造型の接近方向と歪速度ゼロ点の移動方向を含む平面における断面積を意味する。
【００１０】
シミュレーションによって鍛造加工におけるワークの経時的な変形過程を推定することができる場合、さらに次の観点で加工条件を決定するとよい。即ち、一対の鍛造型を接近させたときにワークと鍛造型内面（インプレッション）との間の独立した複数の空隙が同時に消失するように加工条件を修正する。或いは、一対の鍛造型を接近させたときにワークと鍛造型内面との間の空隙が消失するタイミングが早くなるように加工条件を修正する。前者の条件は、ワークが鍛造型の内部で均一に拡がることを意味する。即ち、ワークが均一にインプレッションの縁に到達することを意味する。そのように加工条件を決定することができれば、余分なバリ（フラッシュ）の発生を抑制することができ、ワークの量を最小限にすることができる。後者の条件は、鍛造型のストローク（鍛造型の移動距離）を小さくすることができる。即ち、鍛造装置が鍛造型全体に加えるべき荷重を小さくすることができる。いずれの場合も、鍛造品を効率よく成形することができ、鍛造型の磨耗の抑制に寄与する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、鍛造型の磨耗を低減することができるワークの断面形状或いは鍛造型内におけるワークセット位置の決定プロセスを支援することができる。即ち、鍛造型の寿命を延ばす適切なワークの断面形状或いは鍛造型内におけるワークセット位置を試行錯誤によらずに決定することができる。
【実施例】
【００１２】
図面を参照して、本発明の好適な実施例を説明する。本実施例は、自動車のクランクシャフトの鍛造工程の設計支援方法である。まず、図１を参照してクランクシャフトを説明する。クランクシャフト１０は、ジャーナル１６と、カウンタウエイト１２と、コンロッドピン１４を備える。このクランクシャフト１０は、４シリンダ用であり、４つのコンロッドピン１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、及び１４ｄを備える。コンロッドピン１４ａと１４ｄは、同位相に配置されている。コンロッドピン１４ｂと１４ｃも同位相に配置されている。コンロッドピン１４ａと１４ｂは、１８０度の位相差を有している。カウンタウエイト１２は、実質的にカウンタウエイトの本体であるウエイト部１２ａと、ピン支持部１２ｂに分けることができる。より厳密には、ジャーナル１６の軸線ＣＬよりもコンロッドピン側をピン支持部１２ｂと称し、軸線ＣＬを挟んでコンロッドピン１４と反対側をウエイト部１２ａと称する。クランクシャフト１０の形状は、軸線ＣＬに交差する断面において形状差の大きな非対称であり、鍛造が難しい。
【００１３】
図２を参照して、クランクシャフトの製造工程の概要を説明する。図２の（Ａ）〜（Ｅ）は、クランクシャフトのカウンタウエイトになるべきワーク部分の断面を示している。「ワーク」とは、完成前のクランクシャフトを意味する。「ワーク」は、「素材」、「半製品」或いは「中間製品」と称される場合もある。
まず円柱状の材料を、クランクシャフト全長にほぼ匹敵する長さにカットする（図２（Ａ））。図２の符号Ｗ１がカットした材料を示している。次に、ワークＷ１を予備成形する（図２（Ｂ））。図２の符号Ｗ２が予備成形されたワークを示している。ワークＷ２は、後の鍛造工程の負荷を軽減するために、円柱状のワークＷ１を楕円に潰したり、クランクシャフトの形状に合わせて湾曲させたりして成形する。次に、ワークＷ２をクランクシャフト１０の近似形状に鍛造加工する（図２（Ｃ））。この工程を荒地鍛造工程と称する。図２の符号Ｗ３が、クランクシャフト１０の近似形状に成形されたワークを示している。鍛造工程では、一対の鍛造型の継ぎ目に沿って、ワークＷ３の周囲にバリＷａ、Ｗｂが生じる。次に、ワークＷ３を目的とするクランクシャフト１０の形状に鍛造加工する（図２（Ｄ））。この工程を仕上鍛造工程と称する。図２の符号Ｗ４が、クランクシャフト１０の形状に成形されたワークを示している。ワークＷ４にもバリが残っている。最後に、バリを除去してクランクシャフト１０が完成する（図２（Ｅ））。荒地鍛造工程と仕上鍛造工程が、本発明の設計支援方法の対象となる鍛造工程である。以下では、荒地鍛造工程と仕上鍛造工程を合わせて単に「鍛造工程」と称する。
【００１４】
図３を用いて鍛造工程を説明する。図３（Ａ）から（Ｃ）は、ワークＷが成形される過程を順に示している。図３は、図１のIII−III線に沿って見たときの図である。即ち、図３は、クランクシャフト１０のカウンタウエイト１２に相当するワーク断面を示している。図３のワークの右側部分がピン支持部になるべき部分であり、左側部分がウエイト部になるべき部分である。
符号２０と２２は夫々、鍛造上型と鍛造下型を示している。鍛造上型２０と鍛造下型２２を合わせて一対の鍛造型と称する。符号２０ａと２０ｂは、鍛造上型２０のフラッシュランドを示している。符号２０ａは、ピン支持部側のフラッシュランドを示しており、符号２０ｂはウエイト側のフラッシュランドを示している。符号２０ｃは、鍛造上型２０のインプレッションを示している。「インプレッション」は、鍛造型の内面のうち、目的とする鍛造品の表面形状に形成された面を意味する。符号２２ａと２２ｂは、鍛造下型２２のフラッシュランドを示している。符号２２ａは、ピン支持部側のフラッシュランドを示しており、符号２２ｂはウエイト側のフラッシュランドを示している。符号２２ｃは、鍛造下型２２のインプレッションを示している。
符号Ｓ１は、鍛造型の左端からワークＷの中心までの距離を示している。この距離は、鍛造型内におけるワークＷのセット位置を意味する。符号Ｑは、ワークＷと鍛造型２０、２２が接する位置を示している。この位置Ｑは、鍛造型のくびれ部分に相当する。くびれ部分は換言すれば、ウエイト部とピン支持部の境界である。符号Ｌ１、Ｆ及びＣＰについては後述する。
【００１５】
ワークＷは、鍛造下型２２に載置され、一対の鍛造型（鍛造上型２０と鍛造下型２２）が所定の荷重で閉じる際に塑性変形する。ワークＷは、塑性変形しながら一対の鍛造型のインプレッションに密着し、目的とする形状に成形される。図３（Ａ）は、鍛造工程開始時の状態を示しており、図３（Ｂ）は、一対の鍛造型が途中まで接近した状態を示しており、図３（Ｃ）は、鍛造工程が終了した状態を示している。鍛造工程終了時の上下型の間の距離を型間距離Ｈと称する。以下では、一対の鍛造型が接近する方向を「上下方向」と称し、上下方向に直交する方向を「水平方向」と称する。図３の紙面上下方向が「上下方向」に相当し、紙面左右方向が「水平方向」に相当する。
【００１６】
鋳造時のワークＷの塑性変形過程を説明する。鍛造開始時（図３（Ａ））は、まず位置Ｑで鍛造型（上型２０と下型２２）とワークＷが接触する。一対の鍛造型を近づけると、ワークＷに上下方向から荷重が加わる。ワークＷは上下方向に圧縮されるとともに水平方向に膨張し、塑性変形する。塑性変形の間、ワークＷは塑性流体として扱うことができる。ワークＷの内部では、荷重によって歪速度が生じる。符号Ｆが示す矢印群が、ワーク内部の各流体要素の歪速度ベクトル（即ち、歪速度の方向）を示している。位置Ｑの付近で上下方向の荷重を受けるため、位置Ｑの付近では上下方向から中心へ向かい、位置Ｑから中心へ向かうにつれて徐々に中心から水平方向両側へ開いていくように歪速度ベクトルが分布する。図に示すように、ワーク内部には歪速度ゼロの点が存在する。図３の符号ＣＰが歪速度ゼロ点を示している。図３（Ａ）の符号Ｌ１が、鍛造開始時における、鍛造型左端から歪速度ゼロ点ＣＰまでの距離を示している。即ち、符号Ｌ１は、歪速度ゼロ点の初期位置を表す。
【００１７】
一対の鍛造型が近づくにつれてワークＷは塑性変形し、鍛造型内のいずれかの位置で、ワークＷがインプレッションの端部へ到達する。「インプレッションの端部」とは、インプレッションとフラッシュランドの境界を意味する。そうすると、ワークＷは接触しているインプレッション端部からも荷重を受け、接触点と反対側において、ワークとインプレッションの間の空隙への膨張が促進される。その結果、ワーク内部ではワークとインプレッションの間の空隙へと移動するボリュームが増え、歪速度ゼロ点ＣＰが移動する（図３（Ｂ））。歪速度ゼロ点ＣＰは、ワークＷとインプレッション端部との接触点へ向かって移動する。図３（Ｂ）は、歪速度ゼロ点ＣＰが初期位置Ｌ１から水平方向に距離ｄ１だけ移動した状態を示している。一対の鍛造型をさらに近づけると、歪速度ゼロ点ＣＰはさらに移動し、一対の鍛造型が所定の型間距離Ｈで停止した時点で停止する。ここで、型間距離Ｈは、鍛造工程が終了したときの一対の鍛造型の間の距離を意味する。別言すれば、型間距離Ｈは、ワークＷとインプレッションとの間の空隙が消滅したときの一対の鍛造型の間の距離である。図３（Ｃ）の符号ｄ２は、型間距離Ｈまで一対の鍛造型が接近した時点における歪速度ゼロ点ＣＰの移動距離を示している。即ち、歪速度ゼロ点ＣＰは、鍛造工程において水平方向に距離ｄ２だけ移動する。符号ｄ２が示す矢印が、歪速度ゼロ点ＣＰの移動軌跡を表している。図３（Ｃ）では、フラッシュランドの間（２０ａと２２ａの間、及び、２０ｂと２２ｂの間）に塑性変形したワークの一部（バリＷａとバリＷｂ）が侵入している状態を示している。図３が示すように、クランクシャフト１０の鍛造工程は、軸線に対して非対称の長尺部品の半密閉鍛造工程である。
【００１８】
鍛造工程における加工条件の決定方法について説明する。本実施例では、鍛造型内におけるワークＷのセット位置Ｓ１と、ワークＷの断面形状が主要な加工条件である。ここでいう断面形状は、上下方向（鍛造型の接近方向）に平行な直線を含む断面を意味する。また、セット位置Ｓ１は、鍛造型内における、長尺物（クランクシャフト１０）の軸線に直交する方向の位置を意味する。
【００１９】
次に、ワークＷのセット位置Ｓ１とワークＷの断面形状が鍛造型の磨耗に与える影響について説明する。
鍛造工程においてワークＷは、一対の鍛造型の移動方向（上下方向）に荷重を受ける。この荷重を上下方向の荷重と称する。ワークＷが塑性変形し、その一部がインプレッションの端部に到達すると、その端部ではワークＷはそれ以上変形することができなくなるため、インプレッションの端部からも荷重を受ける。この荷重を水平方向の荷重と称する。図３（Ｂ）では、ワークＷはインプレッション２０ｃ、２２ｃの右端から水平方向の荷重を受ける。ワークＷはその右端から左向きの水平方向荷重を受け、左側へ移動するボリュームが増える。そのため、前述したように、歪速度ゼロ点ＣＰが右側、即ち、インプレッションと接触している側へ移動する。
【００２０】
上下方向の荷重と水平方向の荷重によって、ワークＷが塑性変形するとともに鍛造型が磨耗する。鍛造型の磨耗を抑制するには、水平方向の荷重を低減すればよい。そこで、水平方向の荷重を低減することのできる加工条件の決定が重要となる。加工条件決定のための指標として、ワークＷとインプレッション端部の接触点の位置を用いることもできるが、ワークＷの塑性変形過程における歪速度ゼロ点ＣＰの水平方向移動距離を指標とすることが有利である。これは以下の理由による。
ワークＷとインプレッション端部の接触点の発生位置は予め予測が困難であるため、加工条件を変更する毎にコンピュータシミュレーションによって推定する必要がある。即ち、ワークＷとインプレッション端部の接触点は試行錯誤によってしか特定することができない。
他方、ワークＷとインプレッションの端部が偏って接触すると、鍛造工程中に（即ち、塑性変形中に）歪速度ゼロ点ＣＰが大きく移動する。従って、歪速度ゼロ点ＣＰの水平方向の移動が少ないことが、ワークＷとインプレッションの端部の偏った接触が少ないことを表す。即ち、歪速度ゼロ点ＣＰの水平方向の移動距離が少ないことは、水平方向荷重が小さいことを意味する。歪速度ゼロ点ＣＰの移動距離と移動方向を特定できれば、移動距離を小さくするための加工条件の指針が得られる。即ち、歪速度ゼロ点ＣＰの水平方向の移動方向と反対側へワークのセット位置を修正すればよい。或いは、歪速度ゼロ点ＣＰよりもその点の移動方向とは反対側に位置するワーク部分の断面積が大きくなるように断面形状を修正すればよい。歪速度ゼロ点ＣＰの水平方向の移動距離が短くなるように加工条件を決定すれば、鍛造型の磨耗を抑制することができる。歪速度ゼロ点ＣＰの移動距離と移動方向は、コンピュータシミュレーションによって特定すればよい。
上記の方法は、歪速度ゼロ点ＣＰの一点に注目すればよいという点で、予測が難しく従って試行錯誤的にワークとインプレッション端部との接点を見つける方法よりも優れている。
【００２１】
ワークのセット位置を修正することの効果を、図４を参照して説明する。図４は、ワークのセット位置を修正したときの鍛造過程を示しており、図４の（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ図３の（Ａ）〜（Ｃ）に対応している。図３に示したとおり、ワークのセット位置がＳ１のときの歪速度ゼロ点ＣＰの移動軌跡と移動方向は符号ｄ２が示すベクトルで表される。今、図４に示すように、ワークＷのセット位置をＳ１よりも小さいＳ２に修正する。別言すれば、ワークＷのセット位置を、歪速度ゼロ点の水平移動方向と逆方向へ修正する。図４の場合、ワークＷをウエイト側（フラッシュランド２０ｂ、２２ｂの側）へ修正する。ワークＷと鍛造型との接触位置Ｌ１は図３の場合と変わらず、鍛造型のくびれ部分Ｑである。なお、厳密には、ワークＷと鍛造型との接触位置は、図３のケースと図４のケースで若干異なるが、その差はワークセット位置の差（Ｓ１とＳ２の差）よりも小さいので以下の説明では無視する。ワークＷを位置Ｓ２にセットして、一対の鍛造型を接近させる。ワークＷは、上下方向の荷重によって上下方向に圧縮されながら水平方向に膨張する。図３（Ｂ）に示すように、ワークＷの位置がウエイト側へシフトしているので、ワークＷのピン支持部側（フラッシュランド２０ａ、２２ａの側）におけるワークＷとインプレッションの間の空隙は図３の場合よりも大きい。従って、ワークＷとインプレッションの右端部が接触するタイミングが遅くなる。図３（Ｂ）の時点では、ワークＷとインプレッションの右端部が接触していないので、ワークＷに加わる水平方向荷重が図３の場合よりも小さくなる。従って、鍛造型の磨耗量が小さくなる。このとき、歪速度ゼロ点ＣＰの移動距離ｄ３が図３の場合の距離ｄ１よりも短くなる。一対の鍛造型を型間距離Ｈまで接近させたときの移動距離ｄ４は、図３の場合の距離ｄ２よりも小さくなる。このように、歪速度ゼロ点ＣＰの移動距離と水平方向荷重の間には上記の相関関係が存在する。即ち、歪速度ゼロ点ＣＰの移動距離と鍛造型の磨耗量の間に相関関係が存在する。歪速度ゼロ点ＣＰの水平方向移動距離が小さいほど、鍛造型の磨耗量を抑制することができる。
【００２２】
歪速度ゼロ点ＣＰよりもその点の移動方向とは反対側に位置するワーク部分の断面積が大きくなるように断面形状を修正することの効果を図５を参照して説明する。図５は、ワークの断面形状を修正したときの鍛造過程を示しており、図５の（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ図３の（Ａ）〜（Ｃ）に対応している。今、図５に示すように、歪速度ゼロ点ＣＰの初期位置Ｌ１よりも、歪速度ゼロ点ＣＰの移動方向とは反対側に位置するワーク部分の断面積を大きくする。ワークＷの総重量は変更しないので、このことは、歪速度ゼロ点ＣＰの初期位置Ｌ１よりも、歪速度ゼロ点ＣＰの移動方向に位置するワーク部分の断面積を小さくすることと等価である。図３の場合、歪速度ゼロ点ＣＰはピン支持部側へ移動する。従って図５の場合、ピン支持部とは反対側のウエイト部側の断面積を大きくする。図３と図５を比較すると明らかなとおり、図５のワークＷは、歪速度ゼロ点ＣＰの初期位置Ｌ１よりもウエイト側で断面積が大きく、位置Ｌ１よりもピン支持部側で断面積が小さい。
ワークＷと鍛造型との接触位置Ｌ１は図３の場合と変わらず、鍛造型のくびれ部分Ｑである。その状態で、一対の鍛造型を接近させる。ワークＷのピン支持部側は断面積が図３の場合よりも小さくなっているので、ピン支持部側におけるワークＷとインプレッションの間の空隙は図３の場合よりも大きい。従って、ワークＷとインプレッションの右端部が接触するタイミングが遅くなる。結局、図４の場合と同様に、鍛造型の磨耗量が小さくなる。このとき、一対の鍛造型を型間距離Ｈまで接近させたときの移動距離ｄ６は、図３の場合の距離ｄ２よりも小さくなる。ワークＷの断面積と鍛造型の磨耗量の間には相関関係が存在する。歪速度ゼロ点ＣＰの水平移動方向と反対側の断面積を大きくするほど、鍛造型の磨耗量を抑制することができる。別言すれば、歪速度ゼロ点ＣＰの水平移動方向の側の断面積を小さくするほど、鍛造型の磨耗量を抑制することができる。
【００２３】
以上のとおり、コンピュータシミュレーションによって鍛造工程中のワークＷ内部の歪速度ゼロ点ＣＰの軌跡を推定し、歪速度ゼロ点ＣＰの移動距離が短くなるように加工条件を修正することによって、鍛造型の磨耗を抑制することができる。
【００２４】
次に、加工条件の微調整について説明する。図４（Ｂ）に示すように、ワークＷが塑性変形してインプレッションとの接触面積が増大していくと、ワークＷとインプレッションとの間に複数の独立した空隙（図４（Ｂ）のＴ１及びＴ２）が生じる。ワークＷの塑性変形過程のコンピュータシミュレーションを繰り返して、複数の空隙Ｔ１とＴ２が同時に消滅するように、ワークＷのセット位置とワークＷの断面形状のいずれか一方を修正する。或いは、一対の鍛造型を接近させたときにワークＷとインプレッションの間の空隙が消失するタイミングが早くなるようにワークセット位置とワーク断面形状のいずれか一方を修正するとよい。前者の場合は、ワークとインプレッションの周縁が均等に接触することを意味するので、ワークに加わる水平方向荷重を抑制することができるとともに、ワークの周囲に均一なバリ（フラッシュ）を形成することができる。鍛造型の磨耗を抑制するとともに、ワークの重量を抑えることができる。後者の場合は、鍛造型がワークＷに接触してからワークＷがインプレッションの形状に成形されるまでの鍛造型の移動量を小さくできるので、ワークに作用する荷重を小さくすることができる。鍛造型の磨耗を一層抑制することができる。「鍛造型がワークＷに接触してからワークＷがインプレッションの形状に成形されるまでの鍛造型の移動量」は、「鍛造型のストローク」と換言してよい。「ワークＷとインプレッションの間の空隙が消失するタイミングが最も早くなるように加工条件を修正する」ということは、「鍛造型のストロークが短くなるように加工条件を修正する」と換言してよい。以上の説明は、図５の場合にも当てはまる。
【００２５】
以上説明した鍛造工程設計プロセスのフローチャートを図６に示す。まず、加工条件（ワークのセット位置とワーク断面形状）に適当な初期値を設定し（ステップＳ１０）、鍛造工程におけるワーク塑性変形過程をシミュレーションする（ステップＳ１２）。塑性変形のシミュレーションによって、歪速度ゼロ点ＣＰの軌跡を推定する。推定された歪速度ゼロ点ＣＰの移動量が予め決められた閾値範囲であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。閾値範囲は、それまでの実験結果等から予め求められている。移動量が閾値範囲を超えている場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、加工条件を修正し（ステップＳ１６）、再度ワークの塑性変形をシミュレーションする（ステップＳ１２）。ステップＳ１６における修正は、前述したとおり、次の２つの修正のうちいずれかでよい。
（１）歪速度ゼロ点ＣＰの水平移動方向とは反対側へセット位置を修正する。
（２）歪速度ゼロ点ＣＰよりもその点の移動方向とは反対側に位置するワーク部分の断面積が大きくなるように断面形状を修正する。
【００２６】
ステップＳ１２のシミュレーションの結果、移動量が閾値範囲内であった場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ステップＳ１８に移行する。ステップＳ１８では、ステップＳ１２のシミュレーションにおいて、ワークとインプレッションの間の複数の空隙（相互に独立している複数の空隙）が、ワーク塑性変形の過程で同時に消滅するか否かを確認する。複数の空隙が同時に消滅しない場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、再び加工条件を修正して塑性変形をシミュレーションする（ステップＳ１６、Ｓ１４）。複数の空隙が同時に消滅する加工条件が見出されたら（ステップＳ１８）、処理を終了する。こうして特定された加工条件を、鍛造工程の設計値として採用することによって、鍛造型の寿命の長い鍛造工程を実現することができる。
【００２７】
なお、「複数の空隙が同時に消滅する」とは、厳密の同一のタイミングである必要なく、所定の時間範囲内で複数の空隙が消滅すればよい。また、ステップＳ１８の判定条件を、「複数の空隙が同時に消滅するか否か」から「鍛造型のストロークが最小か否か」、或いは「鍛造型のストロークが閾値以下か否か」に置き換えてもよい。
【００２８】
「鍛造型のストロークが最小か否か」を判別するのは、具体的には加工条件を修正してステップＳ１２のシミュレーションを繰り返し、鍛造型のストロークが最小となる加工条件を特定すればよい。図６におけるステップＳ１８の分岐判断は、厳密には上記の複数の処理を意味する。
同様にステップＳ１４とＳ１６のループも、加工条件を修正してステップＳ１２のシミュレーションを繰り返し、移動距離が最小となる加工条件を特定する処理に置き換えてよい。
【００２９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、クランクシャフトの模式的斜視図を示す。
【図２】図２は、クランクシャフトの製造過程を模式的に示す図である。
【図３】図３は、鍛造工程を説明する図である。
【図４】図４は、ワークのセット位置を修正したときの効果を説明する図である。
【図５】図５は、ワークの断面形状を修正したときの効果を説明する図である。
【図６】図６は、鍛造工程における加工条件決定プロセスのフローチャート図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０：クランクシャフト
１２：カウンタウエイト
１２ａ：ウエイト部
１２ｂ：ピン支持部
１４：コンロッドピン
１６：ジャーナル
２０：鍛造上型
２２：鍛造下型
【図１】
2010023064.tif 000003
【図２】
2010023064.tif 000004
【図３】
2010023064.tif 000005
【図４】
2010023064.tif 000006
【図５】
2010023064.tif 000007
【図６】
2010023064.tif 000008