(57)【要約】【課題】鍛造工程におけるノックアウトピンの位置を定量的に決めることのできるノックアウトピン位置決定方法を提供する。【解決手段】複数のノックアウトピン位置の候補を用意し、各位置候補ごとに、それぞれ摩擦係数を変えてノックアウト後の形状をシミュレーションによって求め（Ｓ１〜８）、求めた形状のばらつきが最も少なくなる位置をノックアウトピン位置に決定する（Ｓ９）。【選択図】            図６
2004314136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを型から押し出すためのノックアウトピンを設置する位置の候補を複数用意する段階と、
型とワークとの摩擦係数を複数用意して、前記複数用意されたノックアウトピン位置の候補ごとに、当該複数の摩擦係数を用いて型からワークを取り出したときのワークの形状をシミュレーションする段階と、
前記シミュレーションにより得られた前記ワーク形状の各ノックアウトピンごとの前記摩擦係数が違うことによるばらつきが最も少なくなるノックアウトピン位置の候補をノックアウトピンの設置位置に決定する段階と、
を有することを特徴とするノックアウトピン位置決定方法。
【請求項２】
前記摩擦係数は、あらかじめ複数の実物ワークの形状と、前記実物ワークを型から押し出したノックアウトピン位置を用いて、様々な摩擦係数を設定してワークを型から押し出すシミュレーションを実行して、前記実物ワークの形状と、シミュレーション結果の形状を比較して、前記実物ワークの形状変化の範囲内になっているシミュレーション結果の形状が得られたときの摩擦係数の中から選択された値であることを特徴とする請求項１記載のノックアウトピン位置決定方法。
【請求項３】
ワークを型から押し出すためのノックアウトピンを設置する位置の候補を複数用意するステップと、
型とワークとの摩擦係数を複数用意して、前記複数用意されたノックアウトピン位置の候補ごとに、当該複数の摩擦係数を用いて型からワークを取り出したときのワークの形状をシミュレーションするステップと、
前記シミュレーションにより得られた前記ワーク形状の各ノックアウトピンごとの前記摩擦係数が違うことによるばらつきが最も少なくなるノックアウトピン位置の候補をノックアウトピンの設置位置に決定するステップと、
を有することを特徴とするノックアウトピン位置決定プログラム。
【請求項４】
前記摩擦係数は、あらかじめ複数の実物ワークの形状と、前記実物ワークを型から押し出したノックアウトピン位置を用いて、様々な摩擦係数を設定してワークを型から押し出すシミュレーションを実行して、前記実物ワークの形状と、シミュレーション結果の形状を比較して、前記実物ワークの形状変化の範囲内になっているシミュレーション結果の形状が得られたときの摩擦係数の中から選択された値であることを特徴とする請求項１記載のノックアウトピン位置決定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノックアウトピンの設置位置決定方法、およびそのプログラムに関し、詳しくは型からワークを取り出すためのノックアウトピンの設置位置決定方法、およびそのプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鍛造工程は、周知の通り、ワークに対して何回かに分けて様々な型を用いることにより、所望する形状に鍛えて行く形成工程である。このような鍛造工程においては、型からワークを取り出すために、型内からノックアウトピンをワークに当ててワークを型から押し剥がすようにして取り出している（ノックアウト装置については、たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
ところが、このノックアウトピンの設置位置によっては、ワークを型から剥がす際にワークに曲がりを発生させてしまう原因となっていた。
【０００４】
ノックアウトピンの設置場所は、通常、設計段階において、発生が見込まれているバリ部分や、ワークの製品形状外となる部分にピンを押し当てるようにワークや型形状の設計時に決められるのであるが、このような設置可能場所の範囲内においても、微妙に設置位置を調整することでワークの曲がりなどが少なくなるように調整されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１０２９９２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これまではノックアウトピンの位置調整や最終的な位置決めは、設計段階で指定された位置に対して、試行錯誤や経験により決定していたため、製造するワークごとに、現場において最終的な調整や位置決めが必要となり、工程設計上の時間がかかり問題となっていた。
【０００７】
そこで本発明の目的は、鍛造工程において型からワークを取り出すために使用されるノックアウトピンの設置位置を、ワークや型形状の設計段階において決定することのできるノックアウトピンの設置位置決定方法を提供することであり、また、そのためのプログラムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、ワークを型から押し出すためのノックアウトピンを設置する位置の候補を複数用意する段階と、型とワークとの摩擦係数を複数用意して、前記複数用意されたノックアウトピン位置の候補ごとに、当該複数の摩擦係数を用いて型からワークを取り出したときのワークの形状をシミュレーションする段階と、前記シミュレーションにより得られた前記ワーク形状の各ノックアウトピンごとの前記摩擦係数が違うことによるばらつきが最も少なくなるノックアウトピン位置の候補をノックアウトピンの設置位置に決定する段階と、を有することを特徴とするノックアウトピン位置決定方法である。
【０００９】
また、上記課題を解決するための本発明は、ワークを型から押し出すためのノックアウトピンを設置する位置の候補を複数用意するステップと、型とワークとの摩擦係数を複数用意して、前記複数用意されたノックアウトピン位置の候補ごとに、当該複数の摩擦係数を用いて型からワークを取り出したときのワークの形状をシミュレーションするステップと、前記シミュレーションにより得られた前記ワーク形状の各ノックアウトピンごとの前記摩擦係数が違うことによるばらつきが最も少なくなるノックアウトピン位置の候補をノックアウトピンの設置位置に決定するステップと、を有することを特徴とするノックアウトピン位置決定プログラムである。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、シミュレーションを利用して、ノックアウトピンの位置を定量的に決定することができるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
図１は本実施の形態において用いられるミュレーションシステムを示すブロック図である。
【００１３】
まず、図１を参照して、本実施の形態において用いられるシミュレーションシステムについて説明する。
【００１４】
シミュレーションシステム１は、ＦＥＭ（有限要素法）解析を用いた形状シミュレーションを行うための一般的なシステムであり、プリプロセッサ２、ソルバー３、およびポストプロセッサ４からなる。
【００１５】
シミュレーションシステム１には、シミュレーション条件を設定するための入力装置５とシミュレーション結果を表示するための出力装置６、およびシミュレーションを行うワーク形状データを得るための三次元設計支援システム（３Ｄ−ＣＡＤ７）が接続されている。
【００１６】
このようなシミュレーションシステム１は、コンピュータ上でＦＥＭ解析シミュレーションプログラムが実行されることにより機能しているものである。
【００１７】
したがって、本実施の形態においても、シミュレーション自体は、市販されているＦＥＭ解析シミュレーションプログラムを用いている。このプログラムとしては、たとえば、製品名ＤＥＦＯＲＭ−３Ｄ（開発元：ＳＦＴＣ（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｆｏｒｎｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ））などを挙げることができる。
【００１８】
また、入力装置５としては、通常、コンピュータに接続されているキーボードやマウスなどであり、また、実際にワーク形状を非接触でコンピュータに三次元形状データとして取り込むことのできる三次元デジタイザなどを接続してもよい。なお、三次元デジタイザはたとえばレーザー光線を物体表面に照射してその反射光から物体形状を三次元形状として読み取る装置である。
【００１９】
出力装置６としては、ディスプレイやプリンタなどである。また、出力結果は別の媒体、たとえば光磁気記録媒体や光記録媒体などに出力されるようにしてもよい。
【００２０】
次に、ノックアウトピンの位置決定方法を説明する。
【００２１】
本実施の形態においては、ワーク（鍛造品）として自動車エンジンのクランクシャフトを例に説明する。
【００２２】
ノックアウトは、クランクシャフトの鍛造工程の場合、鍛造工程自体が荒加工、仕上げ加工など複数工程からなるため、その都度型からワークを取り出すために行われる。
【００２３】
図２は、ノックアウト工程を説明するための概略図である。
【００２４】
ノックアウト工程は、図２（ａ）に示しように、鍛造加工が終了したワーク１０を型１１から取り出す際に、図２（ｂ）に示すように、型１１の下方よりあらかじめ決められた位置からノックアウトピン１５を突き出してワーク全体を上方持ち上げるにより行われる。
【００２５】
なかでも仕上げ加工後のノックアウトは、ワークの最終形状に影響する。これは途中の荒加工などでのノックアウトでワークに変形が生じたとしても、鍛造工程はさらに段階的に仕上げ加工まで行われるため仕上げ加工までに生じたノックアウトに起因する変形は、そのあとの工程で矯正されるため問題とならないが、最終の仕上げ工程で退くアウトに起因して生じた変形はワークの製品形状に影響してしまうのである。
【００２６】
そこで、ノックアウトピンの位置をワークに対して最も影響が少なくなるように決定する。
【００２７】
そのための処理手順は、まず、複数個の実物ワークについて鍛造仕上げ工程後における変形量を計測した。この変形量の計測は、たとえば、図３に示すように、実物のクランクシャフトのワーク１０について、三次元デジタイズ装置によりワークの三次元形状を、シミュレーションを行うコンピュータに取り込み、取り込んだ三次元形状データについて軸Ｏを中心して回転させて端部のジャーナル５Ｊに対して中央部のジャーナル３Ｊがどのくらいずれるかを計測することにより求めた。なお、図において、符号１Ｊ、２Ｊ、３Ｊ、４Ｊ、および５Ｊはそれぞれ第１〜第５ジャーナル部を示すものである。
【００２８】
なお、実物のワークをデジタイズした三次元画像データはワークのバリ部分も含んであるため、このデータ取り込み後ワークの三次元データからバリ部分をグラフィック処理により削除し、変形量の計測に用いている。
【００２９】
図４は、実物ワークにおける変形量として、図３におけるＡ方向から見て、第５ジャーナル５Ｊの回転位置に対して第３ジャーナル３Ｊの回転位置がどのくらいずれているかをプロットした図面である。なお、第５ジャーナル５Ｊの回転位置に対して第３ジャーナル３Ｊの回転位置がずれていなければ、ずれ量はこの図の中心位置となる。
【００３０】
なお、この計測にあたって、複数の実物ワークに対して使用されたノックアウトピンの位置は同じである。したがって、図４から複数の実物ワークにおいては、ノックアウトピンの位置が同じであっても、ワーク形状がワークごとに異なることがわかる。その変形量はある程度の範囲内に収まっていることがわかる（図中点線で示す範囲）。
【００３１】
このような複数のワークにおける形状ばらつきの原因としては、型からワークが取り出される際の型とワークとの潤滑状態の違いを挙げることができる。
【００３２】
そこで、本実施の形態では、これをシミュレーションにより検証した。シミュレーションは実物ワークと同じ形状のワークについて、同じノックアウトピンの位置を指定して型からワークを取り出すシミュレーションを型とワークとの間の摩擦係数の条件を様々に変えて行い、型からワークを取り出した際のシミュレーション形状を上記と同じように第５ジャーナル５Ｊに対する第３ジャーナル３Ｊのずれ量として計測した。
【００３３】
図５は、型とワークとの摩擦係数を変えてシミュレーションを行ったとき（ノックアウトピン位置は同じ）の変形量を示す図面で、第５ジャーナル５Ｊの回転位置に対して第３ジャーナルの回転位置がどのくらいずれているかをプロットした図面である。
【００３４】
図示するように、このシミュレーション結果では、広範囲にずれ量がばらついていることがわかる。
【００３５】
したがって、ノックアウトピンの位置が同じであっても型とワークとの間の摩擦係数が異なることで、ワーク形状がばらつくことが確認された。
【００３６】
そして、前記のように実物ワークにおいて計測した変形量の範囲とシミュレーションの結果を照らし合わせることで、実際のノックアウト工程における型とワークとの摩擦係数を推定することができる。すなわち、シミュレーションの結果における変形量が実物ワークによる変形量の範囲（図５における点線内）内となっているシミュレーション結果のときの摩擦係数の範囲が実際の摩擦係数の範囲と推定される。ここで、図５における変形量が点線の枠内に収まる摩擦係数の範囲を推定摩擦係数範囲と称する。
【００３７】
次に、ノックアウトピン位置の決定方法の処理手順を説明する。
【００３８】
図６は本発明を適用したノックアウトピンの位置決定方法の処理手順を示すフローチャートである。
【００３９】
本実施の形態におけるノックアウトピン位置決定方法では、前述した実物ワークで測定した変形量とシミュレーションの結果から推定した摩擦係数を用いる。
【００４０】
なお、ノックアウトピンの位置決定方法は、この処理手順に基づいて作成されたプログラムをコンピュータ、たとえばシミュレーションプログラムを実行するコンピュータにおいて実行することにより、ノックアウトピンの位置を行うものである。
【００４１】
まず、３Ｄ−ＣＡＤ７から、ワークの三次元形状のデータを取得する（Ｓ１）。ここでワークの三次元形状は、たとえば鍛造工程における仕上がり設計形状である。
【００４２】
続いて、ノックアウトピン位置の候補を３Ｄ−ＣＡＤ７から取得する（Ｓ２）。ここでノックアウトピン位置の候補は、設計段階において最終的なノックアウトピンの位置となる候補として、を複数組用意しておき、この複数の候補を取得する。なお、ノックアウトピンは一つの候補のなかで複数本存在するためこれら複数本のノックアウトピンの位置が互いに異なる位置に配置された複数組の候補を用意するものである。
【００４３】
続いて、複数の摩擦係数の条件を設定する（Ｓ３）。ここで設定する複数の摩擦係数の条件は、前述した推定摩擦係数範囲内から複数の摩擦係数を選択するものである。設定する摩擦係数の数（条件数）は、任意で良く、１０〜３０件程度で有れば十分である。もちろんさらに多く数十個設定してもよいが、あまり多いと、後述するように、その条件の数だけシミュレーションを繰り返すことになるので、全体的な処理時間が長くなる。
【００４４】
続いて、ステップＳ２で設定された複数のノックアウトピン位置のなかからシミュレーション未実行のピン位置を選択する（Ｓ４）。
【００４５】
続いて、一つの取得したクランクシャフトの形状に対して、仕上がり工程で用いる下型を当て、ノックアウトピン位置としてステップＳ４で選択したノックアウトピン位置を設定し、下型とクランクシャフトとの摩擦係数をステップＳ３で設定した複数の摩擦係数の条件のうち、シミュレーション未実行の一つを選択して、ノックアウトピンにより下型からワーク（クランクシャフト）を押し出すシミュレーションを実施する（Ｓ５）。
【００４６】
続いて、このシミュレーションにより得られたワーク形状を計測して、それぞれの変形量を算出する（Ｓ６）。算出した変形量は記憶装置内に保存する。
【００４７】
続いて、すべての摩擦係数の条件についてシミュレーションを実行したか否かを確認して（Ｓ７）、すべての摩擦係数の条件を実行していなければ、ステップＳ５へ戻り未実行の摩擦条件を選択してシミュレーションを行う。
【００４８】
一方、すべての摩擦係数の条件の実行が終了したなら、ステップＳ２で設定された複数のノックアウトピン位置の候補についてシミュレーションを実行したか否かを確認して（Ｓ８）、すべてのノックアウトピン位置の候補について実行していなければ、ステップＳ４へ戻り未実行のノックアウトピン位置の候補を選択して以降の処理を行う。
【００４９】
一方、すべてのノックアウトピン位置についてシミュレーションが終了したなら、ノックアウトピン位置ごとに、摩擦係数を変えたことによるワークの変形量のばらつきが最も小さくなっているノックアウトピン位置の候補を最適位置に決定して（Ｓ９）、処理を終了する。
【００５０】
図７は、ノックアウトピン位置ごとに、摩擦係数を変えたことによるワークの変形量の違いを示す図面である。図において（ａ）はノックアウトピン位置候補Ａの場合、（ｂ）はノックアウトピン位置候補Ｂの場合、および（ｃ）はノックアウトピン位置候補Ｃの場合である。
【００５１】
図からわかるように、ノックアウトピンの位置が違うことによって、それぞれ同じ摩擦係数の条件であっても変形量のばらつき方が異なっている。
【００５２】
そして、ノックアウトピン位置候補Ｂの場合に最もばらつきが少ない。すなわち、図７（ｂ）がプロットされている点の分布範囲が最も狭くなっている。
【００５３】
本実施の形態では、このように変形量のばらつきが最も少なくなっているノックアウトピン位置の候補を最適なノックアウトピンの位置として決定する。
【００５４】
なお、実際の処理にあっては、最も変形量の少ない値（グラフにおいては中心に近い点）と最も変形量の大きい値（グラフにおいては中心に遠い点）との差が最も小さくなっているものを最適なノックアウトピン位置に決定する。
【００５５】
なお、最適なノックアウトピン位置の決定には、このほかに、それぞれの変形量の値をノックアウトピン位置ごとに統計処理することで標準偏差を求め、標準偏差の値が小さくなるものを選択するようにしてもよい。
【００５６】
これにより選定されたノックアウトピン位置を用いることで、ノックアウト工程におけるワークの変形ばらつきを少なくすることができる。したがって、鍛造工程後における研磨工程などでは、ワークの形状ばらつきが少なくなり、ほぼ同じ研磨加工で済むため、加工時間の短縮や効率を上げることが可能となる。
【００５７】
以上のように本実施の形態によれば、有限要素法によるシミュレーションを利用して、ノックアウトピンの位置として様々な位置候補を用意し、それらについてノックアウト工程における型とワークとの間の摩擦係数を変えてワークの変形量を算出し、最も変形量のばらつきが少なくなるノックアウトピン位置の候補を最適なノックアウトピン位置としたので、ノックアウト工程におけるノックアウトピン位置を設計時に定量的に決定することができるようになる。
【００５８】
また、本実施の形態では、あらかじめ実物の変形ばらつきとシミュレーションから、型とワークとの間の摩擦係数の範囲として、実際に起こり得る摩擦係数の範囲を推定したので、シミュレーションを実行する際の摩擦係数の条件を実際に起こり得るものに絞り込んでシミュレーションの実行数を減らして、ノックアウトピン位置の決定にかかる処理時間を少なくすることができる。
【００５９】
また、ノックアウト工程における変形ばらつきが少なくなるノックアウトピン位置を最適な位置として設定することとしたので、量産工程においては、ノックアウトによる変形量がほぼ均一化されるため、歩留まりを向上することができる。
【００６０】
以上本発明を適用した実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではなく、当業者において様々に改変可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態において用いられるミュレーションシステムを示すブロック図である。
【図２】ノックアウト工程を説明するための概略図である。
【図３】ワークの三次元形状であるクランクシャフトを示す図面である。
【図４】実物ワークにおける変形量を示す図面である。
【図５】型とワークとの摩擦係数を変えてシミュレーションを行ったときの変形量を示す図面である。
【図６】ノックアウトピンの位置決定方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】ノックアウトピン位置ごとに、摩擦係数を変えたことによるワークの変形量の違いを示す図面である。
【符号の説明】
１…シミュレーションシステム、
２…プリプロセッサ、
３…ソルバー、
５…入力装置、
６…出力装置、
７…３Ｄ−ＣＡＤ、
１０…ワーク、
１１…型。
【図１】
2004314136.tif 000003
【図２】
2004314136.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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