(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍛造型内において複数のインプレッションの配置を決定するインプレッション配置決定方法であって、
前記鍛造型内の前記インプレッションの仮配置を決定する仮配置決定工程と、
該仮配置決定工程において前記インプレッションの仮配置が決定された鍛造型が受ける成形荷重に基づいて、該鍛造型の寿命を決定する型寿命決定工程と、
予め記憶された鍛造型の単価を、該型寿命決定工程において決定した型寿命で割ることにより型費を算出する型費算出工程と、
前記仮配置決定工程において前記インプレッションの仮配置が決定された鍛造型により鍛造加工される素材の体積に基づいて、素材費を算出する素材費算出工程と、
前記仮配置決定工程において決定した複数の前記インプレッションの仮配置から、前記型費算出工程において算出した型費と前記素材費算出工程において算出した素材費との合計が最小となるものを、前記インプレッションの最適配置として決定する最適配置決定工程と
を、含むことを特徴とする鍛造型内のインプレッション配置決定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鍛造型内において製品形状に対応した複数のインプレッションの配置を決定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鍛造の多数取り金型内に、製品形状に対応した複数のインプレッションの配置を決定にする場合、経験に基づいて試行錯誤により、製品の製造コストが最低となるようにインプレッションの配置を決定していた。
【０００３】
また、材料歩留りを向上させることにより、製造コストを低減する技術が提案されている。たとえば、特開平７−１４８５４２号公報には、材料歩留りを高くするための鍛造用金属材料配置線位置算出装置および鍛造用インプレッション位置算出装置が記載されている。また、特開平７−２６５９９３号公報には、２個取りなどインプレッション形状が非対称の場合であっても材料歩留りを高くすることができる鍛造方法が記載されている。
【発明が解決すべき課題】
【０００４】
しかし、前記のように経験に基づいて試行錯誤によりインプレッションの配置を決定すると、決定したインプレッションの配置は必ずしも製造コストが最低となる最適な配置とは限らなかった。
【０００５】
また、製品の製造コストの内訳を検討すると、型費の占める割合も大きい。従って、材料歩留りが向上するように鍛造型内のインプレッションの配置を決定しても、それにより鍛造型の寿命が短くなってしまうと、材料歩留りの向上分がそのまま製造コストの低減につながらないことになる。また、材料歩留り向上による製造コストの減少分よりも、鍛造型の寿命の低下による製造コストの増加分の方が大きくなると、却って製造コストは上昇してしまう。従って、材料歩留りを向上させる検討だけでは製造コストを最小にすることはできなかったのである。
【０００６】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、製品の製造コストが最小となるように、鍛造型内のインプレッションの配置を決定できる方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、材料歩留りだけでなく、型寿命も考慮して鍛造型内のインプレッションの配置を決定すると、従来よりもさらに製造コストを低減できることを見いだした。本発明はかかる知見に基づいて為されたものである。
【０００８】
すなわち、前記目的を達成するための本発明の要旨とするところは、鍛造型内において複数のインプレッションの配置を決定するインプレッション配置決定方法であって、(a) 前記鍛造型内の前記インプレッションの仮配置を決定する仮配置決定工程と、(b) その仮配置決定工程において前記インプレッションの仮配置が決定された鍛造型が受ける成形荷重に基づいて、その鍛造型の寿命を決定する型寿命決定工程と、(c) 予め記憶された鍛造型の単価を、その型寿命決定工程において決定した型寿命で割ることにより型費を算出する型費算出工程と、(d) 前記仮配置決定工程において前記インプレッションの仮配置が決定された鍛造型により鍛造加工される素材の体積に基づいて、素材費を算出する素材費算出工程と、(e) 前記仮配置決定工程において決定した複数の前記インプレッションの仮配置から、前記型費算出工程において算出した型費と前記素材費算出工程において算出した素材費との合計が最小となるものを、前記インプレッションの最適配置として決定する最適配置決定工程とを、含むことにある。
【０００９】
【発明の効果】
すなわち、仮配置決定工程においてインプレッションの仮配置を決定した複数の鍛造型について、型寿命決定工程においてその鍛造型の成形荷重に基づいて型寿命を決定し、型費算出工程において予め記憶された鍛造型の単価をその型寿命で割ることにより型費を算出し、素材費算出工程ではその鍛造型により鍛造加工される素材の体積に基づいて素材費を算出する。そして、最適配置決定工程において、複数のインプレッションの仮配置から、型費と素材費との合計が最小となるものを、インプレッションの最適配置として決定する。つまり、素材費だけでなく型費も考慮してインプレッションの配置を決定するので、素材費のみを考慮してインプレッションの配置を決定する場合に比較して、製品の製造コストを低くすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について、コンロッド１０を２個同時に製造するために、２個取りの鍛造型を設計する場合を例として、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１は、鍛造型内において、コンロッド１０の形状に対応した２つのインプレッションの相対最適配置を決定する方法の要部を説明するフローチャートである。なお、本実施例は、３次元ＣＡＤシステム上において予め記憶されたプログラムを利用して計算される。
【００１２】
図１に示すように、まず、２個配置モデル１４を作成する（ステップＳＴ１）。２個配置モデル１４とは、予め前記３次元ＣＡＤシステム内に入力されたコンロッド１０の形状データに基づいて、２個のコンロッド１０の相対的配置を示すソリッドモデルである。図２乃至図５は、それぞれ異なる２個配置モデル１４ａ〜ｄの平面図を示している。
【００１３】
図２に示すように、コンロッド１０の大径側の端を表す直線Ｌ1 とコンロッド１０を２等分する直線Ｌ2 との交点をＰ1 、小径中心をＯ1 、２つのコンロッド１０の交点Ｐ1 間を結んだ直線Ｌ3 の中心すなわち２個配置モデル１４の中心をＯ2 とし、中心Ｏ2 から直線Ｌ2 への垂線が直線Ｌ2 と交わる点をＰ2 とすると、２個配置モデル１４は、交点Ｐ1 から交点Ｐ2 までの距離Ａ（以下、縦寸法といい、この方向を縦方向という。）と、中心Ｏ2 から交点Ｐ2 までの距離Ｂ（以下、横寸法といい、この方向を横方向という。）とにより表現できる。従って、２個配置モデル１４を作成することができる予め記憶されたプログラムを用いて、縦寸法Ａおよび横寸法Ｂを実際に入力することにより、２個配置モデル１４を作成する。
【００１４】
次に、上記ステップＳＴ１で作成した２個配置モデル１４の最短距離Ｄを計算する（ステップＳＴ２）。最短距離Ｄとは、２個のコンロッド１０間の距離が最短となる距離であり、空間的に最短となる距離を計算する。図２乃至図５には、それぞれ、どの位置が最短距離Ｄとなるかが示してある。
【００１５】
続いて、上記ステップＳＴ２で計算した最短距離Ｄが所定の目的最短距離ＤM であるか否かを判断する（ステップＳＴ３）。２個のコンロッド１０間の距離が狭いほど、すなわち、最短距離Ｄが短いほど、そのコンロッド１０間に形成される内バリが少なくなるので、材料歩留りは向上するが、最短距離が短いほど、バリを抜くためのバリ抜き型の強度は低下する。すなわち、上記目的最短距離ＤM は、バリ抜き型の強度が許容できる範囲において２個のコンロッド１０間の距離を最も短くできる距離であり、経験的に、または、強度解析に基づいて決定する。なお、その目的最短距離ＤM は、２個のコンロッド１０の相対配置によらず一定値（たとえば１０ｍｍ）としてもよいし、相対配置毎に異なる値としてもよい。
【００１６】
上記ステップＳＴ３の判断が否定された場合は、前記ステップＳＴ１に戻って、縦寸法Ａおよび横寸法Ｂの少なくとも一方の値を再入力する。一方、上記ステップＳＴ３の判断が肯定できた場合は、前記ステップＳＴ１で作成した２個配置モデル１４が示す２個のコンロッド１０の相対的配置を鍛造型内のインプレッションの仮配置として決定する。従って、ステップＳＴ３が仮配置決定工程に相当する。そして、仮配置が決定できた場合は、以降の工程を実行する。
【００１７】
すなわち、上記ステップＳＴ３の判断が肯定できた場合は、次に、そのステップＳＴ３でインプレッションの仮配置が決定された鍛造型が荷重を受ける範囲を近似した荷重受面積Ｓ１を計算する（ステップＳＴ４）。具体的には、図６に斜線で示す範囲の投影面積を荷重受面積Ｓ１として計算する。すなわち、２個のコンロッド１０の投影面積、コンロッド１０の大径側において外形を形成する半円１６と直線Ｌ1 とにより囲まれる内バリ１８の投影面積、および直線Ｌ1 と直線Ｌ2 とにより囲まれる矩形範囲において２個のコンロッド１０間に形成される中間バリ２０の投影面積を合計した面積が荷重受面積Ｓ１である。
【００１８】
次に、鍛造型が受ける成形荷重Ｗ(kg)を計算する（ステップＳＴ５）。この成形荷重Ｗは、荷重受面積Ｓ１に、実験的に求められた製品（例えば、コンロッド）毎の単位成形荷重をかけることにより計算できる。
【００１９】
次に、型寿命を決定する（ステップＳＴ６）。すなわち、ステップＳＴ６が型寿命決定工程に相当し、予め決定されている成形荷重Ｗと型寿命との関係を用いて、前記ステップＳＴ５で実際に計算した成形荷重Ｗから型寿命を決定する。尚、参考までに、成形荷重Ｗが高くなると、型摩耗により製品精度が悪化すると共に、素材が型へ焼付き易くなることから、型寿命を下げることになる。図７は、成形荷重Ｗと型寿命との関係を示す概略図であり、型寿命は、成形荷重Ｗが大きくなるほど短くなり、特にある成形荷重Ｗを超えると急激に短くなる。そのため、荷重受面積Ｓ１を最小にすると型寿命を最高にすることができる。
【００２０】
次に、型費を計算する（ステップＳＴ７）。すなわち、ステップＳＴ７が型費算出工程に相当する。型費とは、製品（本実施例ではコンロッド１０）を１個製造するのに必要な鍛造型の費用であり、予め記憶された鍛造型の単価を前記ステップＳＴ６で決定した型寿命で割ることにより計算できる。
【００２１】
次に、前記ステップＳＴ３でインプレッションの仮配置を決定した鍛造型を用いた鍛造工程後のワークについて、横方向の最大断面積Ｓ２MAX を計算する（ステップＳＴ８）。すなわち、鍛造工程後のワークを、直線Ｌ1 に平行かつコンロッド１０に垂直な任意の平面で切断した断面積Ｓ２を計算し、最も大きい断面積Ｓ２を最大断面積Ｓ２MAX とする。なお、この断面積Ｓ２は、コンロッド１０の外側に突き出す外バリ（図示せず）は除いた状態でのワーク（すなわち、２つのコンロッド１０、内バリ１８、および中間バリ２０により構成される部分）の断面積である。すなわち、前記ステップＳＴ４の投影部分に相当するワークの断面積である。
【００２２】
次に、素材径ｒを計算する（ステップＳＴ９）。素材とは、鍛造加工に用いる円柱状の金属材料である。素材は、後述するせぎり工程においてせぎり加工された後、上下の鍛造型間に図２に示した直線Ｌ3 と平行になるように載置されて鍛造加工される。従って、まず、素材を軸心に垂直な平面で切断したときの断面積Ｓ３を決定し、その断面積Ｓ３から素材径ｒを計算する。上記素材の断面積Ｓ３は、前記ステップＳＴ８で決定した最大断面積Ｓ２MAX に、予め実験に基づいて決定されている所定値α（α＞１）を掛けることにより計算される。そして、その計算した断面積Ｓ３になるように素材の半径ｒを決定する。
【００２３】
次に、前記ステップＳＴ３で決定した２個配置モデル１４について、２つのコンロッド１０の大径端部中心間のピッチＴ（距離）を計算する（ステップＳＴ１０）。大径端部中心とは、コンロッド１０の大径側の端部の中心点すなわち、前記交点Ｐ1 である。この大径端部中心Ｐ1 間のピッチＴは、後述するせぎり工程後のワークの長さと実験的に等しくなるので、大径端部中心Ｐ1 間のピッチＴはせぎり工程後のワークの長さを表している。
【００２４】
次に、前記ステップＳＴ３でインプレッションの仮配置を決定した鍛造型を用いた鍛造工程後のワークを、図２に示した直線Ｌ3 に垂直な平面で切断した断面の断面積Ｓ４の変化を計算する（ステップＳＴ１１）。なお、この断面積Ｓ４も、コンロッド１０の外側に突き出す外バリは除いた状態でのワークの断面積である。図８に示す曲線Ｃ1 は、２個配置モデル１４の中心Ｏ2 から切断面が直線Ｌ3 と交わる点までの距離と、その切断面における断面積Ｓ４の大きさとの関係を示している。また、図８に示す曲線Ｃ2 は、続くステップＳＴ１２において計算するせぎり工程後のワークの断面積Ｓ５を示している。
【００２５】
次に、せぎり工程後のワークの形状を決定し、そのせぎり工程により成形されるせぎりの体積Ｖ1 を計算する（ステップＳＴ１２）。せぎり工程とは、材料歩留り向上のために鍛造工程前にワークに予めせぎりを形成する中間工程をいう。図９は、円柱状の素材をせぎり加工して得られるワークを、軸心を通る平面で長手方向に切断した断面図である。図９に示すように、中央部の凹みがせぎり２２であり、せぎり工程において凹まされた部分の体積がせぎり２２の体積Ｖ1 である。また、せぎり２２の左右に設けられた小凹部２４は、せぎり工程において素材にせぎり２２を形成する際に、素材が浮き上がらないようにするためにその素材を押さえることにより形成される。
【００２６】
せぎり加工後のワークを、前記ステップＳＴ１１で鍛造工程後のワークを切断したのと同じ断面で切断した場合の断面積Ｓ５は、その鍛造工程後のワークの断面積Ｓ４よりも大きくなければならない。鍛造工程後のワークは、図８に示したように、２個配置モデル１４の中心Ｏ2 付近では断面積Ｓ４は小さく、中心Ｏ2 からの距離ｅが４０ｍｍ付近のｅ1 において極大となる。従って、せぎり加工後のワークの断面積Ｓ５は、その距離ｅ1 において断面積Ｓ４の所定倍（たとえば１．１倍）となり、中心Ｏ2 方向に向けて直線的に漸次減少して中心Ｏ2 において断面積Ｓ４の所定倍（たとえば２倍）となるように決定する。従って、図８に斜線で示す範囲が、せぎりの体積Ｖ1 である。
【００２７】
次に、素材の体積Ｖ2 を決定する（ステップ１３）。素材の体積Ｖ2 は、前記ステップＳＴ９で計算した素材径ｒと、前記ステップＳＴ１０で計算したせぎり工程後のワーク長さＴとを用いて計算できる円柱の体積から、前記ステップＳＴ１２で計算したせぎり体積Ｖ1 を差し引くことにより計算できる。すなわち、下記数式１により計算できる。
（数式１）  Ｖ2 ＝（πｒ2 ×Ｔ）−Ｖ1 
【００２８】
次に、前記ステップＳＴ１３で計算した素材の体積Ｖ2 に基づいて、コンロッド１０を１個製造するのに必要な素材費を計算する（ステップＳＴ１４）。すなわち、まず、前記ステップＳＴ１３で計算した素材の体積Ｖ2 に素材の密度を掛けることにより素材の重量を計算し、さらに、その素材の重量に予め決まっている素材の単位重量当たりの値段をかけることにより素材費を計算する。従って、ステップＳＴ１４が素材費算出工程に相当する。
【００２９】
次に、前記ステップＳＴ７で計算した型費と、前記ステップＳＴ１４で計算した素材費との合計費が最小であるかを判断する（ステップＳＴ１５）。その合計費が最小でないと判断した場合には、前記ステップＳＴ１に戻り、異なる２個配置モデル１４を設定して同様に型費と素材費との合計費を計算する。この繰り返しにより複数の２個配置モデル１４について合計費を計算する。一方、合計費が最小であると判断した場合には、そのときの２個配置モデル１４を最適な配置に決定する。従って、ステップＳＴ１５が最適配置決定工程に相当する。
【００３０】
たとえば、前記最短距離Ｄを一定値とすると、縦寸法Ａおよび横寸法Ｂのいずれか一方を決定すれば、他方は一つに決まる。従って、図３にも示すように、コンロッド１０の大径中心をＯ3 とし、その大径中心Ｏ3 を通り直線Ｌ1 に平行な直線をＬ4 とし、直線Ｌ4 と直線Ｌ2 との交点をＰ3 とし、大径中心Ｏ3 から交点Ｐ3 までを２個配置モデル１４の長手長さａとすると、２個配置モデル１４は、長手長さａのみによって表すことができる。（なお、コンロッド１０において、直線Ｌ4 よりも端部側の部分は加工しろとして設けられている部分である。）そこで、長手長さａと上記合計費との関係をグラフにプロットし、そのグラフから合計費が最小となる長手長さａを決定すれば、最適な２個配置モデル１４すなわちインプレッションの最適配置を容易に決定することができる。図１０は、２個配置モデル１４の長手長さａと合計費との関係を示すグラフであり、長手長さａ1 において合計費が最小となっている。ただし、実際には、図１０に示す曲線を構成する幾つかの点を求め、その点のうち合計費が最も小さい値を示したときを、最適な２個配置モデル１４に決定することになる。なお、図１０において、ａ0 はコンロッド１０の大径中心Ｏ3 から小径中心Ｏ1 までの長さである。
【００３１】
なお、図１０と同様にして、前記ステップＳＴ１４で計算した素材費のみについて長手長さａとの関係をグラフに表すと図１１に示すようになり、長手長さａがａ1 よりも短いａ2 において素材費は最小となる。しかし、図１２に示す型費のみと長手長さａとの関係では、長手長さａがａ1 よりも長いａ3 において型費が最小となっている。その結果、型費と素材費との合計費は長手長さａがａ1 において最小となるのである。
【００３２】
上述のように、本実施例によれば、仮配置決定工程（ＳＴ３）においてインプレッションの仮配置を決定した複数の鍛造型について、型寿命決定工程（ＳＴ６）においてその鍛造型の成形荷重Ｗに基づいて型寿命を決定し、型費算出工程（ＳＴ７）においてその型寿命に基づいて型費を算出し、素材費算出工程（ＳＴ１４）ではその鍛造型により鍛造加工される素材の体積Ｖ2 に基づいて素材費を算出する。そして、最適配置決定工程（ＳＴ１５）において、複数のインプレッションの仮配置から、型費と素材費との合計費が最小となるものをインプレッションの最適配置に決定する。つまり、素材費だけでなく型費も考慮してインプレッションの配置を決定するので、素材費のみを考慮してインプレッションの配置を決定する場合に比較して、コンロッド１０の製造コストを低くすることができる。
【００３３】
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明は上記実施例とは別の態様においても実施できる。
【００３４】
たとえば、前述の実施例では、素材径ｒを計算するために、鍛造工程後のワークの横方向の最大断面積Ｓ２MAX に所定値αを掛けることにより素材の断面積Ｓ３を計算していたが、素材は直線Ｌ3 と平行になるように載置されるので、鍛造工程後のワークを直線Ｌ3 に垂直な平面で切断した断面の断面積に基づいて、素材径ｒを決定してもよい。
【００３５】
また、前述の実施例は、コンロッド１０を２個取りする鍛造型を設計する場合を説明したが、コンロッド以外の製品を製造する鍛造型を設計するためにも本発明を適用できる。また、同時に鍛造加工される製品は３個以上であってもよい。図１３および図１４は、コンロッド以外の製品の２個配置モデルの平面図を示す図であって、図１３は、ナックルアームの２個配置モデルの平面図であり、図１４は、ロアアームの２個配置モデルの平面図である。図１３および図１４には、それぞれ、最短距離Ｄの位置が示してあり、荷重受面積Ｓ１の範囲が斜線で示してある。
【００３６】
また、前述の実施例では、ステップＳＴ１で縦寸法Ａおよび横寸法Ｂを入力して作成した２個配置モデル１４の最短距離Ｄが、所定の目的最短距離ＤM であるか否かを判断し（ステップＳＴ３）、最短距離Ｄが目定最短距離ＤM でない場合には縦寸法Ａまたは横寸法Ｂを再入力していたが、目的最短距離ＤM が一定値の場合、縦寸法Ａおよび横寸法Ｂのいずれが一方が決まれば他方は一つに定まるので、縦寸法Ａまたは横寸法Ｂのみを入力すれば、他方は自動的に計算するようにしてもよい。
【００３７】
また、前述の実施例では、縦寸法Ａおよび横寸法Ｂを入力することにより決定した２個配置モデル１４を対象として、そのなかで型費と素材費との合計費が最小となるモデルを最適配置に決定していたが、前述したように、目的最短距離ＤM が決まれば、２個配置モデル１４は、縦寸法Ａまたは横寸法Ｂのいずれか一方を決定すれば一つに決まる。従って、縦寸法Ａまたは横寸法Ｂ、或いはそれらの代わりとなる数値（たとえば前記長手長さａ）を自動的に変化させて、複数の２個配置モデル１４を自動で作成し、そのなかで最も合計費が低いモデルを最適配置に決定してもよい。
【００３８】
また、前述の実施例では、長手長さａが決まれば２個配置モデル１４が一つに定まることから、図１０に示すように、長手長さａと合計費との関係をグラフにプロットして、そのグラフから合計費が最小となる長手長さａを決定していたが、縦寸法Ａ、横寸法Ｂ、または大端間ピッチＴなどの２個配置モデル１４の配置を一つに決定できる数値を長手長さａに代えて用いてもよい。
【００３９】
また、前述の実施例では、中間バリ２０は、直線Ｌ1 と直線Ｌ2 とにより囲まれる矩形範囲において２個のコンロッド１０間に形成される範囲であったが、製品間において荷重を受ける範囲を近似していれば、異なる方法により決定される範囲であってもよい。たとえば、図４に示すように、コンロッド１０の幅方向端部を通り前記直線Ｌ2 に平行な直線Ｌ5 と２個のコンロッド１０により囲まれる範囲が中間バリ２０とされてもよい。或いは、２個配置モデル１４の中心Ｏ2 からの距離が、一方のコンロッド１０の小径側において最も２個配置モデル１４の中心Ｏ2 から遠い点と他方のコンロッド１０の大径側において最も２個配置モデルの中心Ｏ2 から遠い点とを結んだ線、およびコンロッド１０の外形線により囲まれる範囲が中間バリ２０とされてもよい。
【００４０】
以上に説明したものはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】鍛造型内において、コンロッドの形状に対応した２つのインプレッションの相対最適配置を決定する方法の要部を説明するフローチャートである。
【図２】コンロッドの２個配置モデルの平面図である。
【図３】コンロッドの２個配置モデルの平面図であって、図２とは異なる配置を示す図である。
【図４】コンロッドの２個配置モデルの平面図であって、図２、図３とは異なる配置を示す図である。
【図５】コンロッドの２個配置モデルの平面図であって、図２、図３、図４とは異なる配置を示す図である。
【図６】荷重受面積Ｓ１の範囲を説明する図である。
【図７】成形荷重Ｗと型寿命との関係を示す概略図である。
【図８】２個配置モデルの中心からの距離に対する、せぎり工程後のワークの断面積を示す図である。
【図９】せぎり加工後のワークを、軸心を通る平面で長手方向に切断した断面図である。
【図１０】２個配置モデルの長手長さａと合計費との関係を示すグラフである。
【図１１】２個配置モデルの長手長さａと素材費との関係を示すグラフである。
【図１２】２個配置モデルの長手長さａと型費との関係を示すグラフである。
【図１３】ナックルアームの２個配置モデルの平面図である。
【図１４】ロアアームの２個配置モデルの平面図である。
【符号の説明】
ＳＴ３：仮配置決定工程
ＳＴ６：型寿命決定工程
ＳＴ７：型費算出工程
ＳＴ１５：最適配置決定工程
【図１】
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【図２】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0003752907.tif 000012
【図１２】
0003752907.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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