(57)【要約】【課題】  設計値に近い形状のワークを成形できる最適形状のロール成形型を作成する。【解決手段】  データベースに記憶されているＣＡＤデータを取り出してモデル作成部により三次元ロール成形型モデルと三次元ワークモデルとを作成し、モデル配置演算部により当該三次元ロール成形型モデルの外周部に当該三次元ワークモデルを重ねて配置させるための演算を行い、当該モデル配置演算部により、前記三次元ロール成形型モデルの外周部に前記三次元ワークモデルを重ねて配置させた状態で、前記三次元ロール成形型モデルをその回転軸を中心に所望の角度だけ回転させ、前記三次元ロール成形型モデルの外周部の移動にしたがって前記三次元ワークモデルを前記三次元ロール成形型モデルの接線方向に移動させるための演算を行い、ロール成形型演算部により前記三次元ロール成形型モデルおよび前記三次元ワークモデルに対する論理演算を行って前記三次元ワークモデルの形状を前記三次元ロール成形型モデルの外周部に転写させる。【選択図】            図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
データベースに記憶されているＣＡＤデータを取り出してモデル作成部により三次元ロール成形型モデルと三次元ワークモデルとを作成する第１段階と、
モデル配置演算部により当該三次元ロール成形型モデルの外周部に当該三次元ワークモデルを重ねて配置させるための演算を行う第２段階と、
当該モデル配置演算部により、前記三次元ロール成形型モデルの外周部に前記三次元ワークモデルを重ねて配置させた状態で、前記三次元ロール成形型モデルをその回転軸を中心に所望の角度だけ回転させ、前記三次元ロール成形型モデルの外周部の移動にしたがって前記三次元ワークモデルを前記三次元ロール成形型モデルの接線方向に移動させるための演算を行う第３段階と、
ロール成形型演算部により前記三次元ロール成形型モデルおよび前記三次元ワークモデルに対する論理演算を行って前記三次元ワークモデルの形状を前記三次元ロール成形型モデルの外周部に転写させる第４段階と、
を含むことを特徴とするロール成形型のモデリング方法。
【請求項２】
前記第３段階と前記第４段階は、前記三次元ロール成形型モデルの外周部の移動距離が、少なくとも前記三次元ワークモデルの全長に当たる距離を越えるまで繰り返されることを特徴とする請求項１に記載のロール成形型のモデリング方法。
【請求項３】
前記三次元ロール成形型モデルは、上ロールダイモデルまたは下ロールダイモデルであることを特徴とする請求項１に記載のロール成形型のモデリング方法。
【請求項４】
前記三次元ロール成形型モデルは、上ロールダイモデルおよび下ロールダイモデルであり、
前記第２段階は、モデル配置演算部により、
上ロールダイモデルおよび下ロールダイモデルを所望の間隔で配置させるための演算を行う段階と、
配置させた当該上ロールダイモデルおよび当該下ロールダイモデルの両外周部に前記三次元ワークモデルを重ねて配置させるための演算を行う段階と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のロール成形型のモデリング方法。
【請求項５】
さらに、入力装置により、前記上ロールダイモデルと下ロールダイモデルの配置間隔、前記上ロールダイモデルと下ロールダイモデルの回転速度、前記三次元ワークモデルの送り速度を入力する段階を含むことを特徴とする請求項４に記載のロール成形型のモデリング方法。
【請求項６】
前記第３段階では、当該入力装置により入力された前記上ロールダイモデルと下ロールダイモデルの回転速度にしたがって前記モデル配置演算部が前記上ロールダイモデルと下ロールダイモデルを回転させ、前記入力装置により入力された前記三次元ワークモデルの送り速度にしたがって前記モデル配置演算部が前記三次元ワークモデルを前記三次元ロール成形型モデルの接線方向に移動させることを特徴とする請求項５に記載のロール成形型のモデリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、設計値に近い形状のワークを成形できるようにするためシミュレーションによって最適形状のロール成形型を作成するロール成形型のモデリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鍛造工程における製品歩留まりの向上を目的としてワークの予備成形を行うロール成形工程が設けられている。ロール成形工程では、仕上げ・荒地プレス成形を行う前にワークに最適なボリューム配分を付与する。ロール成形は、下記特許文献１に開示されているように、ワークに最適なボリューム配分を付与するためのインプレッション（凹凸）が形成されている上下のロールダイでワークを挟み、上下のロールダイを回転させることによってインプレッション間を通過するワークをしごき、インプレッションの形状をワークに転写する。
【０００３】
ロールダイのインプレッションの形状は、まず、ロール成形後のワークの大まかな断面の形状を上下のロールダイの表面に転写し、次に、ワークを成形する際のロールダイのインプレッションの体積がワークの体積と同一の体積になるように補完処理を施して、ロールダイのインプレッション形状をなだらかな形状に削り取る、という作業を経て得ている。なお、ロールダイのインプレッションの形状は、たとえば下記特許文献２に示されているような解析技術を応用してシミュレーションによって求める。
【特許文献１】特開平９−１０８８５号公報
【特許文献２】特開２０００−６７０９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ロールダイのインプレッションの形状は、インプレッションの体積がワークの体積と同一の体積になるように補完処理を施して形成しているので、設計値通りのワークの加工形状がインプレッションとして転写されたロールダイは製造することができない。
【０００５】
また、ロールダイのインプレッションの形状をシミュレーションで求める際、ワークが上下のロールダイ間を通過しているときにロールダイに生じる弾性変形、上下のロールダイを支持する設備の剛性、ワーク成形中における断面積減少率の相違に基づくワーク反力の経時変化などの要素がフィードバックされていない。さらに、上下のロールダイ間距離Ｐに起因する因子、ワークの送り速度Ｖとロールダイの回転速度ωのアンマッチによるすべりの因子もフィードバックされていない。
【０００６】
このため、設計値通りのワークの加工形状がインプレッションとして転写されたロールダイを製造できたとしても、上記のような要素や因子がそのインプレッションには反映されていないことから、実際にワークをロール成形したときに、期待通りの形状を得ることができず、再度のインプレッションの修正を余儀なくされる。しかも、この修正作業は非常に熟練を要する作業であるので、その技能を有している特定の人間しか行うことができない。
【０００７】
本発明は、以上のような従来の問題を解消するために成されたものであり、設計値に近い形状のワークを成形できるようにするためシミュレーションによって最適形状のロール成形型を作成することができるロール成形型のモデリング方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係るロール成形型のモデリング方法は、データベースに記憶されているＣＡＤデータを取り出してモデル作成部により三次元ロール成形型モデルと三次元ワークモデルとを作成し、モデル配置演算部により当該三次元ロール成形型モデルの外周部に当該三次元ワークモデルを重ねて配置させるための演算を行い、当該モデル配置演算部により、前記三次元ロール成形型モデルの外周部に前記三次元ワークモデルを重ねて配置させた状態で、前記三次元ロール成形型モデルをその回転軸を中心に所望の角度だけ回転させ、前記三次元ロール成形型モデルの外周部の移動にしたがって前記三次元ワークモデルを前記三次元ロール成形型モデルの接線方向に移動させるための演算を行い、ロール成形型演算部により前記三次元ロール成形型モデルおよび前記三次元ワークモデルに対する論理演算を行って前記三次元ワークモデルの形状を前記三次元ロール成形型モデルの外周部に転写させる。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように構成された本発明によれば、三次元ワークモデルの外部形状を三次元ロール成形型モデルの外周部に正確に転写することができるようになり、その三次元ロール成形型モデルを用いてロールダイを作成すれば、実際にワークをロール成形したときに、期待通りの形状を得ることができる。したがって、従来のようにインプレッションの修正も行う必要はほとんどなくなる。また、三次元ロール成形型モデルの作成は熟練を必要としないので、誰でも三次元ロール成形型モデルを作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明に係るロール成形型のモデリング方法を１つの実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明方法を実施する装置の概略構成図である。図１に示すように、この装置は、データベース１００、ロール成形型モデリング実行部２００、入力装置３００および表示部４００で構成される。
【００１２】
データベース１００は、図示されていないＣＡＤ装置が有しているデータベースであって、ロールモデル記憶部１１０と工程形状モデル記憶部１２０とを備えている。ロールモデル記憶部１１０は三次元ロール成形型モデルを作成するための三次元ＣＡＤデータを記憶している記憶装置である。三次元ロール成形型モデルとは、具体的には、上ロールダイモデル、下ロールダイモデルのいずれか一方または双方である。工程形状モデル記憶部１２０は三次元ワークモデルを作成するための三次元ＣＡＤデータを記憶している記憶装置である。なお、本実施の形態では上ロールダイモデル、下ロールダイモデルおよび三次元ワークモデルを作成するための三次元ＣＡＤデータをＣＡＤデータと称している。
【００１３】
ロール成形型モデリング実行部２００は、本発明に係るロール成形型のモデリング方法を実行する部分であって、モデル作成部２１０、モデル配置演算部２２０およびロール成形型演算部２３０を備えている。モデル作成部２１０はデータベース１００に記憶されているＣＡＤデータを取り出して三次元ロール成形型モデルと三次元ワークモデルとを作成する。具体的には、ロールモデル記憶部１１０に記憶されている三次元ＣＡＤデータに基づいて上ロールダイモデル、下ロールダイモデルのいずれか一方または双方を作成し、工程形状モデル記憶部１２０に記憶されている三次元ＣＡＤデータに基づいて三次元ワークモデルを作成するものである。
【００１４】
モデル配置演算部２２０は、モデル作成部２１０によって作成された三次元ロール成形型モデルと三次元ワークモデルとを取り出し、三次元ロール成形型モデルの外周部に三次元ワークモデルを重ねて配置させるための演算を行う。たとえば、モデル作成部２１０によって三次元ワークモデルと下ロールダイモデル（三次元ロール成形型モデルとして）とが作成されている場合、モデル配置演算部２２０は三次元ワークモデルと下ロールダイモデルとを取り出して、下ロールダイモデルの外周部に三次元ワークモデルの一部が重なるように両モデルの位置関係を演算して配置する。なお、三次元ロール成形型モデルとして上ロールダイモデルが作成されている場合も、上記と同様の手順で両モデルの位置関係を演算して配置する。また、三次元ロール成形型モデルとして上ロールダイモデルと下ロールダイモデルとが作成されている場合には、入力装置３００から入力された上ロールダイモデルと下ロールダイモデルの配置間隔に基づいて、上ロールダイモデルおよび下ロールダイモデルをこの配置間隔で配置させるための演算を行い、さらに、配置させた上ロールダイモデルおよび下ロールダイモデルの両外周部に前記三次元ワークモデルの一部が重なるように両モデルの位置関係を演算して配置する。
【００１５】
また、モデル配置演算部２２０は、三次元ロール成形型モデルの外周部に三次元ワークモデルを重ねて配置させた状態で、三次元ロール成形型モデルをその回転軸を中心に所望の角度だけ回転させ、三次元ロール成形型モデルの外周部の移動にしたがって三次元ワークモデルを三次元ロール成形型モデルの接線方向に移動させるための演算を行う。たとえば、上ロールダイモデルの外周部に三次元ワークモデルが重ねて配置されている場合、上ロールダイモデルをある角度回転させるのに要する時間を求め、その時間で移動する距離だけ三次元ワークモデルを上ロールダイモデルの接線方向に移動させる。なお、上ロールダイモデルの回転速度ωと三次元ワークモデルの送り速度Ｖは入力装置３００から入力される。このように回転速度と送り速度を指定するのは、実際にロール成形を行う際に、ワークが上下のロールダイ間を通過しているときにロールダイに生じる弾性変形、上下のロールダイを支持する設備の剛性、ワーク成形中における断面積減少率の相違に基づくワーク反力の経時変化などの要素、および、上下のロールダイ間距離に起因する因子、ワークの送り速度Ｖとロールダイの回転速度ωのアンマッチによるすべりの因子をワークとロールダイ間のすべり量としてフィードバックするためである。なお、三次元ロール成形型モデルとして下ロールダイモデルが作成されている場合も、上記と同様の手順で三次元ワークモデルを移動させる。また、三次元ロール成形型モデルとして上ロールダイモデルと下ロールダイモデルとが作成されている場合には、入力装置３００により入力された回転速度にしたがって上ロールダイモデルと下ロールダイモデルとを回転させ、三次元ワークモデルを入力装置３００により入力された送り速度にしたがって上ロールダイモデルと下ロールダイモデルとに挟まれるようにして三次元ロール成形型モデルの接線方向に移動させる。
【００１６】
ロール成形型演算部２３０は、三次元ロール成形型モデルおよび三次元ワークモデルに対する論理演算を行って三次元ワークモデルの形状を三次元ロール成形型モデルの外周部に転写させる。たとえば、上ロールダイモデルの外周部に三次元ワークモデルが重ねて配置されている場合、上ロールダイモデルから三次元ワークモデルとの重なり部分が削り取られることになる。なお、三次元ロール成形型モデルとして下ロールダイモデルが作成されている場合には、下ロールダイモデルから三次元ワークモデルとの重なり部分が削り取られ、三次元ロール成形型モデルとして上ロールダイモデルと下ロールダイモデルとが作成されている場合には、上ロールダイモデルと下ロールダイモデルの両方から三次元ワークモデルとの重なり部分が削り取られることになる。
【００１７】
モデル配置演算部２２０およびロール成形型演算部２３０による上記の演算は、三次元ロール成形型モデルの外周部の移動距離が、少なくとも前記三次元ワークモデルの全長に当たる距離を越えるまで繰り返し行われる。したがって、演算が終了したときに、三次元ワークモデルの全長に渡る形状（ロール成形加工後の理想形状）が上ロールダイモデルまたは下ロールダイモデルのいずれか一方または双方に刻み込まれることになる。なお、上ロールダイモデルまたは下ロールダイモデルのいずれか一方だけを形成する場合を例示しているのは、両モデルに全く同一の形状を刻み込めばよい場合があるからである。ロール成形の対象となるワークの形状が上下対象ではなく、非対称の場合には、上ロールダイモデルと下ロールダイモデルの両方の間に（別々にまたは同時に）ワークモデルを通して両モデルにワークの形状を刻み込む必要がある。
【００１８】
入力装置３００は、三次元ロール成形型モデルである上ロールダイモデルと下ロールダイモデルの配置間隔Ｐ、上ロールダイモデルと下ロールダイモデルの回転速度ω、三次元ワークモデルの送り速度Ｖを入力するものである。また、表示部４００は、ロール成形型モデリング実行部２００における演算結果を画像やキャラクタとして表示するものである。
【００１９】
図２は、本発明に係るロール成形型のモデリング方法の手順を示すフローチャートである。以下にこの手順を図３以降の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
まず、入力装置３００から上ロールダイモデルと下ロールダイモデルの配置間隔Ｐ、三次元ワークモデルの送り速度Ｖ、上ロールダイモデルと下ロールダイモデルの回転速度ω、上ロールダイモデルと下ロールダイモデルの微小回転角度Ｓ（この値はモデル配置演算部２２０にあらかじめ設定しておいても良い）を入力する（Ｓ１）。
【００２１】
モデル作成部２１０は、ロールモデル記憶部１１０に記憶されている三次元ＣＡＤデータに基づいて上ロールダイモデルおよび下ロールダイモデルを作成し、工程形状モデル記憶部１２０に記憶されている三次元ＣＡＤデータに基づいて三次元ワークモデルを作成する。そして、モデル配置演算部２２０は、入力装置３００から入力された配置間隔Ｐに基づいて上ロールダイモデルまたは下ロールダイモデルを配置する。あらかじめ配置の基準面が設定されているので、この基準面からそれぞれＰ／２離れた位置にいずれかのモデルを配置する（Ｓ２）。
【００２２】
そして、図３に示すように、三次元ワークモデルの原点Ａ１、Ａ２（モデルの移動方向端部に設定する）を上ロールダイモデルまたは下ロールダイモデルの原点Ｂ１、Ｂ２（モデルの外周部に設定する）に一致させるようにして三次元ワークモデルを配置する。三次元ワークモデルが配置されると、三次元ワークモデルは上ロールダイモデルまたは下ロールダイモデルの両外周部に重なることになる。あらかじめ配置の基準面Ｃが設定されているので、基準面Ｃと三次元ワークモデルの中心軸Ｄとが一致するように三次元ワークモデルが配置される。これらの配置状態を模式的に示すと図３に示すようになる。なおこのとき、上ロールダイモデルと下ロールダイモデルの原点Ｂ１、Ｂ２からの回転角度を積算するカウンタＴＨＥＴＡの値をリセットする（Ｓ３）。
【００２３】
モデル配置演算部２２０は、入力装置３００から入力された上ロールダイモデルと下ロールダイモデルの微小回転角度Ｓの値をカウンタＴＨＥＴＡの値に加える。本実施の形態では、この微小回転角度Ｓの値を０．５度としている（Ｓ４）。次に、モデル配置演算部２２０は、上ロールダイモデルと下ロールダイモデルをそれらのモデルの回転中心軸を中心に０．５度回動させ、その回転とともに移動する原点に三次元ワークモデルの原点が一致するように三次元ワークモデルを配置する。たとえば、図４に示すように三次元ワークモデル１０の原点Ａ１と上ロールダイモデル２０の原点Ｂ１とを一致させて両モデルを配置し、上ロールダイモデル２０を微小回転角度Ｓだけ回転させ（この図では処理過程を理解しやすくするために回転角度の量を誇張して描いている）、上ロールダイモデル２０の原点Ｂ１’の移動にしたがって三次元ワークモデル１０の原点Ａ１’を一致させるように三次元ワークモデル１０’を配置する（Ｓ５）。
【００２４】
次に、モデル配置演算部２２０は、ｔ＝Ｓ／ωを計算することによって、上ロールダイモデル２０を微小回転角度Ｓ回転させるために要する時間を求める。そして、Ｌ＝Ｖ×ｔを計算することによって三次元ワークモデル１０を移動させる距離を求める。そして、三次元ワークモデル１０を上ロールダイモデル２０の接線方向に計算された距離Ｌ移動させる。たとえば、図５に示すように、最初は三次元ワークモデル１０が三次元ワークモデル初期位置にあり、次に上ロールダイモデル２０が微小角度Ｓ回転した後には、三次元ワークモデル１０’が三次元ワークモデル回転後位置に図示のような姿勢で配置され、最後に三次元ワークモデル１０’が計算された距離Ｌだけ上ロールダイモデル２０の接線方向に移動されて三次元ワークモデル１０”が三次元ワークモデル接線方向移動後位置に配置される。なお、ワークが上下のロールダイ間を通過しているときにロールダイに生じる弾性変形、上下のロールダイを支持する設備の剛性、ワーク成形中における断面積減少率の相違に基づくワーク反力の経時変化などの要素、および、上下のロールダイ間距離に起因する因子、ワークの送り速度Ｖとロールダイの回転速度ωのアンマッチによるすべりの因子をワークとロールダイ間のすべり量としてフィードバックするために、実際には、入力装置３００から入力する上ロールダイモデルと下ロールダイモデルの配置間隔Ｐの値を設計値＋１．０ｍｍ、三次元ワークモデルの送り速度Ｖの値を１．１×Ｐ×ω／２としている。三次元ワークモデルの長さを１．１倍しているのは、ワークを実際にロール成形すると、その長さが成形前の長さの１０％増程度になってしまうからである（Ｓ６）。
【００２５】
ロール成形型演算部２３０は、微小角度Ｓ回転した後の上ロールダイモデル２０と三次元ワークモデル接線方向移動後位置に配置された三次元ワークモデル１０”との論理演算（差の集合演算）を行って、三次元ワークモデル１０”の形状を上ロールダイモデル２０の外周部に転写させる。この演算によって、上ロールダイモデル２０から三次元ワークモデル１０”との重なり部分が削り取られることになる（Ｓ７）。
【００２６】
次に、モデル配置演算部２２０は、上ロールダイモデル２０と三次元ワークモデル１０が接触している状態にあるか否かを判断する（Ｓ８）。接触している場合には（Ｓ８：ＹＥＳ）、上ロールダイモデル２０に三次元ワークモデル１０の形状がその全長に渡って転写し終わっていないので、Ｓ４〜Ｓ８の処理を繰り返す。つまり、図６に示すように、上ロールダイモデル２０を０．５度ずつ回動させながら三次元ワークモデル１０をＬずつ移動させるという処理を三次元ワークモデル１０が上ロールダイモデル２０に接触しなくなるまで行う。一方、接触しなくなった場合には（Ｓ８：ＮＯ）、上ロールダイモデル２０に刻み込まれたインプレッションの角部を滑らかにするためにフィレットがけを行う（Ｓ９）。
【００２７】
以上のような処理を行うことによって、三次元ワークモデル１０の外部形状を上ロールダイモデル２０の外周部に正確に転写することができるようになり、三次元ワークモデル１０の外部形状は、ワークが上下のロールダイ間を通過しているときにロールダイに生じる弾性変形、上下のロールダイを支持する設備の剛性、ワーク成形中における断面積減少率の相違に基づくワーク反力の経時変化などの要素、および、上下のロールダイ間距離に起因する因子、ワークの送り速度Ｖとロールダイの回転速度ωのアンマッチによるすべりの因子が勘案されているので、実際にワークをロール成形したときに、期待通りの形状を得ることができる。もちろん従来のようにインプレッションの修正を行う必要はほとんどなくなる。また、三次元ロール成形型モデルの作成は、入力装置３００から必要な情報を入力しさえすればできるので、熟練を必要とせず誰でも三次元ロール成形型モデルを作成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
三次元ワークモデルの外部形状を三次元ロール成形型モデルの外周部に正確に転写することができるようになるので、ロール成形型が効率的に製作できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るロール成形型のモデリング方法を実施する装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係るロール成形型のモデリング方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】上ロールダイモデル、下ロールダイモデルおよび三次元ワークモデルの配置関係の説明に供する図である。
【図４】上ロールダイモデルと三次元ワークモデルの配置関係の説明に供する図である。
【図５】上ロールダイモデルと三次元ワークモデルの配置関係の説明に供する図である。
【図６】本発明に係るロール成形型のモデリング方法を模式的に説明する図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０、１０’、１０”    三次元ワークモデル、
２０    上ロールダイモデル、
１００    データベース、
１１０    ロールモデル記憶部、
１２０    工程形状モデル記憶部、
２００    ロール成形型モデリング実行部、
２１０    モデル作成部、
２２０    モデル配置演算部、
２３０    ロール成形型演算部、
３００    入力装置、
４００    表示部。
【図１】
2005242940.tif 000003
【図２】
2005242940.tif 000004
【図３】
2005242940.tif 000005
【図４】
2005242940.tif 000006
【図５】
2005242940.tif 000007
【図６】
2005242940.tif 000008