JP2016203216A - 鍛造型の補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度な鍛造部品を効率良く製造することを可能にするために、鍛造型の補正を、精度良く、かつ、効率良く行うことを可能にする鍛造型の補正方法を提供する。【解決手段】狙い形状Ｘを得るために設計した鍛造型１を用いて鍛造された鍛造部品２の３次元形状を測定して、鍛造部品２の３次元形状データを得る３次元形状測定工程と、３次元形状測定工程で得た鍛造部品２の３次元形状データである第一点群データＰ１と、鍛造部品２の狙い形状Ｘの３次元形状データである第二点群データＰ２の差分ｄを算出する差分算出工程と、鍛造型１の３次元形状データである初期型モデルＹ０を、差分算出工程で算出した差分ｄに基づいて、距離ｄ１だけオフセットさせて、初期型モデルＹ０を補正する型モデル補正工程と、型モデル補正工程で得た補正後型モデルＹ１に基づいて、補正後鍛造型１１を作製する補正鍛造型作製工程と、を備える鍛造型の補正方法。【選択図】図２

Description

本発明は、鍛造型の補正方法の技術に関する。

従来、鍛造型を用いて鍛造により鍛造部品を製造するに際し、鍛造部品の寸法精度を確保するべく、鍛造型の型形状を補正して、鍛造型の精度を向上させることが一般的に行われている。
特許文献１には、ＣＡＤデータに基づいて作製した鍛造型（金型モデル）の良否を判定する技術が示されており、良判定が得られるまで鍛造型の補正を繰り返し行うことによって、設計仕様に合致した形状（狙い形状とも呼ぶ）を有する鍛造部品を得ることができる。

従来の鍛造型の補正方法では、鍛造部品の曲面を複数の２次元断面の測定結果で表現し、曲面を図面で表現可能な形状に近似しつつ、断面ごとに手作業で形状データの差分を算出し、トライアンドエラーを繰り返しつつ、補正を行うことが一般的であったため、データ処理に時間が掛かるとともに、正確な補正ができないという問題があった。
このため、特許文献１に示された従来技術では、鍛造型の補正工程が煩雑になっており、精度良く、かつ、効率良く鍛造型の補正を行うことができず、高精度な鍛造部品を効率良く製造することができないという問題があった。

特開２００３−２８１２１８号公報

本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、高精度な鍛造部品を効率良く製造することを可能にするために、鍛造型の補正を、精度良く、かつ、効率良く行うことを可能にする鍛造型の補正方法を提供することを目的としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、本発明に係る鍛造型の補正方法は、狙い形状を得るために設計した鍛造型を用いて鍛造された鍛造部品の３次元形状を測定して、前記鍛造部品の３次元形状データを得る３次元形状測定工程と、前記３次元形状測定工程で得た前記鍛造部品の３次元形状データと、前記鍛造部品の狙い形状の３次元形状データの差分を算出する差分算出工程と、前記鍛造型の３次元形状データである型モデルを、前記差分算出工程で算出した差分に基づいてオフセットさせて、前記型モデルを補正する型モデル補正工程と、前記型モデル補正工程で得た補正後の型モデルに基づいて、補正後の鍛造型を作製する補正鍛造型作製工程と、を備えるものである。
このような構成では、鍛造部品の３次元形状の測定結果を、近似形状に置き換えることなく、そのまま用いて補正を行うため、鍛造型の補正精度の向上が可能になり、かつ、差分や型モデルの算出を、プログラムにより自動化することが可能になって、鍛造型の補正処理における手計算が不要になる。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

本発明に係る鍛造型の補正方法によれば、鍛造型の補正を、精度良く、かつ、効率良く行うことができる。これにより、高精度な鍛造部品を効率良く製造することができる。

本発明の一実施形態に係る鍛造型の補正方法の適用対象たる鍛造型を説明するための模式図。 本発明の一実施形態に係る鍛造型の補正方法を示すフロー図。 本発明の一実施形態に係る鍛造型の補正方法における点群データおよび補正後型モデルの生成状況を示す模式図。 本発明の一実施形態に係る鍛造型の補正方法における点群データおよび補正後型モデルの生成状況を示す斜視模式図。 本発明の一実施形態に係る鍛造型の補正方法の変形例を示すフロー図。 本発明の一実施形態に係る鍛造型の補正方法の変形例における点群データおよび新たな補正後型モデルの生成状況を示す模式図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係る鍛造型の補正方法の適用対象となる鍛造型について、図１を用いて説明をする。
図１に示す如く、鍛造型１は、素材を鍛造して鍛造部品２を製造するための金型であり、鍛造部品２は、形状が狙い形状Ｘとなるように製造される部品である。
即ち、鍛造型１は、素材を鍛造して狙い形状Ｘを有する鍛造部品２を得るための金型である。尚、「狙い形状」とは、鍛造部品２の設計仕様において決定された、該鍛造部品２に望まれる形状である。

鍛造型１は、下型３と上型４により構成されており、下型３の型内面３ａと上型４の型内面４ａには、鍛造部品２の形状に対応した形状が形成されている。

そして、このような構成の鍛造型１は、型モデルＹに基づいて製造される。
型モデルＹは、鍛造型１の製造に用いる３次元形状データであって、狙い形状Ｘが得られる形状データとして設計されたものである。
本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法では、設計当初の型モデルＹ（以下、初期型モデルＹ０と呼ぶ）は、狙い形状Ｘと同じ形状（但し、凹凸は逆）で設計している。

初期型モデルＹ０に基づいて作製された鍛造型１を用いて鍛造を行った場合、得られた鍛造部品２は、鍛造型１の弾性変形や鍛造部品２のスプリングバック等の影響により狙い形状Ｘとは異なった形状となるのが通常であり、鍛造型１の型形状の補正（即ち、初期型モデルＹ０の補正）を行うことが必要になる。

次に、本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法について、図１〜図４を用いて説明をする。

（３次元形状測定工程）
図２に示す如く、本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法では、まず始めに、初期型モデルＹ０の形状を有する鍛造型１を用いて鍛造部品２を製造し（図１参照）、製造した鍛造部品２の３次元形状Ｚを測定し、鍛造部品２の３次元形状データを得る（ＳＴＥＰ−１）。
鍛造部品２の３次元形状Ｚの測定は、例えば、３次元形状測定機（所謂３Ｄスキャナ）を用いて行うことができる。

（差分算出工程）
次に、本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法では、初期型モデルＹ０の形状を有する鍛造型１を用いて製造された鍛造部品２の３次元形状データと、鍛造部品２の狙い形状Ｘの３次元形状データ（即ち、初期型モデルＹ０）を比較し、その差分を算出する（ＳＴＥＰ−２）。

ここで用いる３次元形状データは、鍛造部品２の表面上に存在する複数の点の集合である点群データＰとして取得され、具体的には、各点の３次元座標のデータとして取得される。以下では、初期型モデルＹ０の形状を有する鍛造型１を用いて製造された鍛造部品２の３次元形状Ｚの測定結果から得た点群データＰを第一点群データＰ１と呼び、狙い形状Ｘ（即ち、初期型モデルＹ０）を表す点群データＰを第二点群データＰ２と呼ぶものとして規定する。

本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法において、初期型モデルＹ０に基づく鍛造型１を用いて製造された鍛造部品２の３次元形状データと、鍛造部品２の狙い形状Ｘの３次元形状データの差分は、図３に示すように、以下の方法により算出する。

（１）まず、第二点群データＰ２を構成する各点から、第一点群データＰ１を構成する各点までの点間距離を算出する。
（２）次に、第二点群データＰ２を構成する各点において、第一点群データＰ１を構成する各点のうち点間距離が最小となる点（対象点ｑと呼ぶ）を検出する。
そして、本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法では、点間距離の最小値を差分ｄとして採用する。

（型モデル補正工程）
次に、本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法では、算出した差分ｄを用いて、初期型モデルＹ０を補正し、補正後型モデルＹ１を作成する（ＳＴＥＰ−３）。
本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法において、初期型モデルＹ０の補正は、図３に示すように、以下の方法により行う。

（１）まず、第二点群データＰ２を構成する各点から、検出した対象点ｑ側とは逆向きの方向に、差分ｄだけオフセットしたオフセット点ｍを規定する。
（２）次に、第二点群データＰ２を構成する各点から、第二点群データＰ２によって規定される曲面（狙い形状Ｘ）に対する法線方向を規定し、オフセット点ｍの、法線方向への成分ｄ１を算出する。
（３）そして、第二点群データＰ２を構成する各点から法線方向に距離ｄ１だけオフセットした位置に点をプロットし、第三点群データＰ３を規定する。

ここで、狙い形状Ｘの法線の情報を用いて、オフセット量を法線方向に変換するのは、第二点群データＰ２を構成する各点とその対象点ｑでは、法線方向が必ずしも同じでないためであり、補正量が大きすぎる場合や曲率が小さい形状の場合に、補正後の面（補正後型モデルＹ１）が荒れることを防止するためである。

そして、本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法では、このようにして算出した第三点群データＰ３によって規定される形状を、補正後型モデルＹ１として採用する。

鍛造部品２の３次元形状Ｚと、狙い形状Ｘ（即ち、初期型モデルＹ０）と、補正後型モデルＹ１との関係を模式的に表すと、図３および図４のようになる。
本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法において、補正後型モデルＹ１は、狙い形状Ｘ（即ち、初期型モデルＹ０）を基準として、鍛造部品２の３次元形状Ｚ側とは反対側に、差分ｄの法線方向成分ｄ１だけ、法線方向にオフセットされた点群によって表される。

（補正鍛造型作製工程）
次に、本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法では、作成した補正後型モデルＹ１に基づいて、鍛造型１を補正した補正後鍛造型１１（図１参照）を作製する（ＳＴＥＰ−４）。
以上で、本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法の一連の工程を完了する。

本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法では、斯かる方法で鍛造型１を補正し、補正後鍛造型１１を用いて鍛造部品２を製造することによって、鍛造部品２の形状を、精度良く狙い形状Ｘに適合させる（即ち、狙い形状Ｘを基準に設定した所定の規格内に収める）ことができる。

このような構成の本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法では、製造した鍛造部品２について測定した３次元形状測定データをそのまま用いて、近似形状に置き換えることなく鍛造型１を補正することができるため、精度良く鍛造型１の補正を行うことができる。

また、本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法では、３次元形状測定データの処理を、データ処理用のパーソナルコンピュータ等にインストールされたプログラムによって自動的に行うことができるため、測定結果の処理を、人が手作業で行う必要がなく、効率良く鍛造型１の補正を行うことができる。

即ち、本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法は、狙い形状Ｘを得るために設計した鍛造型１を用いて鍛造された鍛造部品２の３次元形状を測定する３次元形状測定工程（ＳＴＥＰ−１）と、３次元形状測定工程（ＳＴＥＰ−１）で得た鍛造部品２の３次元形状データである第一点群データＰ１と、鍛造部品２の狙い形状Ｘの３次元形状データである第二点群データＰ２の差分ｄを算出する差分算出工程（ＳＴＥＰ−２）と、鍛造型１の３次元形状データである初期型モデルＹ０を、差分算出工程（ＳＴＥＰ−２）で算出した差分ｄに基づいて、距離ｄ１だけオフセットさせて、初期型モデルＹ０を補正する型モデル補正工程（ＳＴＥＰ−３）と、型モデル補正工程（ＳＴＥＰ−３）で得た補正後型モデルＹ１に基づいて、補正後鍛造型１１を作製する補正鍛造型作製工程（ＳＴＥＰ−４）と、を備えるものである。
このような構成により、鍛造型１の補正を、精度良く、かつ、効率良く行うことができ、ひいては、高精度な鍛造部品２を効率良く製造することが可能になる。

次に、本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法の変形例について、図５および図６を用いて説明をする。
本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法では、鍛造型１の補正を（ＳＴＥＰ−４）で終了するのではなく（図２参照）、さらに繰り返して補正を行うことも可能である。

図５に示す如く、本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法では、（ＳＴＥＰ−４）で補正を終了するのではなく、（ＳＴＥＰ−５）〜（ＳＴＥＰ−１０）を備える構成とすることができる。尚、本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法の変形例では、（ＳＴＥＰ−１）〜（ＳＴＥＰ−４）までの工程は、図２に示す場合と同じであるため、ここでの説明は省略する。

本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法では、図５に示すように、補正後鍛造型１１で製造した鍛造部品２の形状を評価し、更なる補正の要否を判定する（ＳＴＥＰ−５）。鍛造部品２の形状の評価は、３次元形状の測定結果等から判定することができる。

鍛造部品２の形状を評価した結果、鍛造部品２の形状が狙い形状Ｘに適合していると確認された場合には、更なる補正は不要であると判定して、ここで補正処理を終了する。

一方、鍛造部品２の形状を評価した結果、鍛造部品２の形状が狙い形状Ｘに適合していないと確認された場合には、更なる補正が必要であると判定して、補正後鍛造型１１をさらに補正するために、補正処理を継続し（ＳＴＥＰ−６）に移行する。

補正後鍛造型１１に再度の補正が必要であると判定された場合には、補正後型モデルＹ１に基づいて製造された補正後鍛造型１１を用いて鍛造部品２を製造し、その鍛造部品２の３次元形状Ｚを測定する（ＳＴＥＰ−６）。
尚、上記（ＳＴＥＰ−５）において、既に、補正後型モデルＹ１に基づいて製造された鍛造部品２の３次元形状Ｚが測定されている場合には、（ＳＴＥＰ−６）は省略することができる。

次に、本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法では、補正後型モデルＹ１の形状を有する補正後鍛造型１１を用いて製造された鍛造部品２の３次元形状データと、鍛造部品２の狙い形状Ｘの３次元形状データを比較し、その差分ｅを算出する（ＳＴＥＰ−７）。
ここでは、補正後鍛造型１１を用いて製造した鍛造部品２の３次元形状Ｚの測定結果から得た点群データＰを補正後第一点群データＰ１１と呼ぶものとして規定する。

本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法において、補正後型モデルＹ１に基づく補正後鍛造型１１を用いて製造された鍛造部品２の３次元形状データと、鍛造部品２の狙い形状Ｘの３次元形状データの差分は、図６に示すように、以下の方法により算出する。

（１）まず、第二点群データＰ２を構成する各点から、補正後第一点群データＰ１１を構成する各点までの点間距離を算出する。
（２）次に、第二点群データＰ２を構成する各点において、補正後第一点群データＰ１１を構成する各点のうち点間距離が最小となる点（対象点ｓと呼ぶ）を検出する。
そして、本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法では、このときの点間距離の最小値を差分ｅとして採用する。

次に、本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法では、算出した差分ｅを用いて、補正後型モデルＹ１を補正し、新たな補正後型モデルＹ２を作成する（ＳＴＥＰ−８）。
本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法において、補正後型モデルＹ１の補正は、図６に示すように、以下の方法により行う。

（１）まず、第二点群データＰ２を構成する各点から、検出した対象点ｓ側とは逆向きの方向に、差分ｅだけオフセットしたオフセット点ｎを規定する。
（２）次に、第二点群データＰ２を構成する各点から、第二点群データＰ２によって規定される曲面（狙い形状Ｘ）に対する法線方向を規定し、オフセット点ｎの、法線方向への成分ｅ１を算出する。
（３）次に、第二点群データＰ２を構成する各点から、補正後型モデルＹ１に係る第三点群データＰ３を構成する各点への点間距離を算出し、点間距離が最小となる対象点ｔを検出する。
（４）そして、第三点群データＰ３の対象点ｔから、前記法線方向と平行に、距離ｅ１だけオフセットした位置に点をプロットし、第四点群データＰ４を規定する。
尚、第四点群データＰ４の点数は、第二点群データＰ２の点数と同じになる。

そして、本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法では、このようにして算出した第四点群データＰ４によって規定される形状を、新たな補正後型モデルＹ２として採用する。

次に、本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法では、作成した新たな補正後型モデルＹ２に基づいて、新たな補正後鍛造型１２（図１参照）を作製する（ＳＴＥＰ−９）。

そして、本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法では、新たな補正後型モデルＹ２に基づいて製造した鍛造部品２の形状を評価し、更なる補正の要否を判定する（ＳＴＥＰ−１０）。鍛造部品２の形状の評価は、３次元形状の測定結果等から判定することができる。

鍛造部品２の形状を評価した結果、鍛造部品２の形状が狙い形状Ｘに適合していると確認された場合には、更なる補正は不要であると判定して、ここで補正処理を終了する。

一方、鍛造部品２の形状を評価した結果、鍛造部品２の形状が狙い形状Ｘに適合していないと確認された場合には、更なる補正が必要であると判定して、（ＳＴＥＰ−６）に戻って、新たな補正後鍛造型１２を補正し、鍛造部品２の形状が狙い形状Ｘに適合するまで、繰り返し補正処理を実行する。

本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法では、鍛造型１を一度の補正で狙い形状Ｘに適合させることができない場合でも、補正後鍛造型１１を再度補正することによって、鍛造部品２の形状を、確実に狙い形状Ｘに適合させることができる。
また、本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法では、例えば一度の補正で狙い形状Ｘに適合させることができた場合であっても、補正後鍛造型１１をさらに補正することによって、鍛造型１のさらなる精度向上が図られ、鍛造部品２の形状をより狙い形状Ｘに近づけることができる。

また、本発明の一実施形態に係る鍛造型１の補正方法は、ＣＡＥ解析と組み合わせることが可能である。
鍛造型１を弾性体とし、ワーク（鍛造部品２および素材）を弾塑性体として、ＣＡＥ解析により成型解析を行い、ＣＡＥ解析の結果から、補正前の鍛造型１および鍛造部品２の各形状データを点群データＰとして取得すれば、鍛造型１の補正要因となる鍛造型１の弾性変形量や鍛造部品２のスプリングバック等を考慮して、鍛造型１を事前に補正することが可能になる。
尚、ＣＡＥ解析の精度がさらに向上し、焼歪み量や加工による応力解放等の影響が考慮できるようになれば、ＣＡＥ解析の結果を用いることによって、鍛造型１の補正精度のさらなる向上が可能になり、ひいては、さらに高精度な鍛造部品を、さらに効率良く製造することが可能になる。

１ 鍛造型
２ 鍛造部品
１１ 補正後鍛造型
Ｘ 狙い形状
Ｙ 型モデル
Ｙ０ 初期型モデル
Ｙ１ 補正後型モデル
Ｚ 鍛造部品の３次元形状（測定値）

Claims (1)

1. 狙い形状を得るために設計した鍛造型を用いて鍛造された鍛造部品の３次元形状を測定して、前記鍛造部品の３次元形状データを得る３次元形状測定工程と、
   前記３次元形状測定工程で得た前記鍛造部品の３次元形状データと、前記鍛造部品の狙い形状の３次元形状データの差分を算出する差分算出工程と、
   前記鍛造型の３次元形状データである型モデルを、前記差分算出工程で算出した差分に基づいてオフセットさせて、前記型モデルを補正する型モデル補正工程と、
   前記型モデル補正工程で得た補正後の型モデルに基づいて、補正後の鍛造型を作製する補正鍛造型作製工程と、
   を備える、
   ことを特徴とする鍛造型の補正方法。

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