JP5909725B2 - Method for specifying 3D dead zone shape in extrusion process - Google Patents
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Description
この発明は、アルミ合金等の金属製押出し加工品の加工時における曲がりの要因となる3次元デッドゾーン形状の特定方法に関する。 The present invention relates to a method for specifying a three-dimensional dead zone shape that causes bending during processing of a metal extruded product such as an aluminum alloy.
軽量かつ強度と耐食性に優れ、再生性に富むアルミ合金製の押出し製品が、運輸機器(新幹線のボディ)や電子機器の構成部品及び建材(アルミサッシ)など広く利用されている。 Extruded products made of aluminum alloy that are lightweight, have excellent strength and corrosion resistance, and are highly recyclable are widely used for transportation equipment (Body of Shinkansen), electronic equipment components and building materials (aluminum sash).
押出し加工は、図14に示すように、コンテナ100内の例えばアルミ合金等の円柱素材101をステム102で加圧し、コンテナ100の端部に設けた製品断面と同じダイス孔110aを持つダイス110から円柱素材101を塑性流動(塑性:加圧時に永久変形を生じる物質の性質)させる加工法である。 As shown in FIG. 14, the extrusion process is performed by pressing a cylindrical material 101 such as an aluminum alloy in a container 100 with a stem 102, and a die 110 having the same die hole 110 a as the product cross section provided at the end of the container 100. This is a processing method in which the cylindrical material 101 is plastically flowed (plasticity: a property of a substance that causes permanent deformation when pressurized).
一般的な形材押出し加工では、長尺の各種断面形状製品を押出し方向に真っ直ぐに成形加工することが要求される。同時にアルミ合金の熱間押出し加工では、加工品表層部に現れる表面再結晶(べび皮模様)の発生を抑える必要がある。 In general shape material extrusion processing, it is required to form a long variety of cross-sectional shape products straight in the extrusion direction. At the same time, in the case of hot extrusion of aluminum alloy, it is necessary to suppress the occurrence of surface recrystallization (beige skin pattern) appearing on the surface layer of the processed product.
押出し加工では、ダイス110のダイス孔110aの各所における材料の不均一な流出速度が原因で、製品に曲がりやゆがみなど製品欠陥が発生する。発生原因は、図15に示すように、ダイス孔110aの出口付近の材料の流出速度差によるものであり、速度差の要因は、デッドゾーン(被加工材料の内部において、加工開始から加工終了まで材料が塑性流動せずに全く動かず滞留している領域)形状が左右非対称(起伏を有するため3次元的な形状となる)となり、図15に示すとおり、その高さと押出し方向軸に対する傾きが不均一なためである。 In the extrusion process, product defects such as bending and distortion occur in the product due to the uneven flow rate of the material at various locations of the die hole 110a of the die 110. As shown in FIG. 15, the cause of the occurrence is due to the difference in the outflow speed of the material near the outlet of the die hole 110a. The cause of the speed difference is the dead zone (from the start of processing to the end of processing in the work material). The region where the material does not move plastically and stays at all) The shape becomes asymmetrical (because it has undulations and becomes a three-dimensional shape). As shown in FIG. This is because of unevenness.
流出速度を均一化するには、図14に示すように、一般にフローガイド120(塑性流動制御板、すなわち材料流出速度を促進または抑制する機能を果たす)を円柱素材101とダイス110間に設置するが、フローガイド120の設計は経験と勘に依存している。適正な塑性流動の制御機能を発揮するフローガイド120を設計するには、ダイス孔110aの近傍における塑性流動を3次元的に可視化し、デッドゾーン形状を正確に把握し、材料の流出速度の不均一分布を高精度で計測しておく必要がある。また、表面再結晶は、押出し加工過程の材料塑性流動と密接な関係があるため、ダイス孔110a付近の速度ベクトルを高精度に把握しておく必要がある。 In order to equalize the outflow speed, a flow guide 120 (plastic flow control plate, that is, a function of promoting or suppressing the material outflow speed) is generally installed between the cylindrical material 101 and the die 110 as shown in FIG. However, the design of the flow guide 120 depends on experience and intuition. In order to design a flow guide 120 that exhibits an appropriate plastic flow control function, the plastic flow in the vicinity of the die hole 110a is visualized three-dimensionally, the dead zone shape is accurately grasped, and the flow rate of the material is reduced. It is necessary to measure the uniform distribution with high accuracy. Further, since surface recrystallization is closely related to the material plastic flow during the extrusion process, it is necessary to grasp the velocity vector near the die hole 110a with high accuracy.
鍛造加工や押出し加工等の金属の塑性加工においては、3次元的に変形する複雑形状部品の内部変形情報をモデル実験で可視化して、加工プロセス設計、金型設計又は加工欠陥対策等を評価・検討することを目的とする塑性加工の3次元実験シミュレーション方法及び装置に関するものがある(特許文献1)。このシミュレーション実験に用いるモデル材料として、粘土質材料でありながら加工中の各種金属材料の変形過程を再現できるモデル材料に関するものがある(特許文献2)。 In plastic processing of metals such as forging and extrusion processing, internal deformation information of complex-shaped parts that deform three-dimensionally is visualized by model experiments to evaluate machining process design, mold design, countermeasures for processing defects, etc. There is a method and apparatus related to a three-dimensional experimental simulation of plastic working aimed at studying (Patent Document 1). As a model material used for the simulation experiment, there is a model material that can reproduce deformation processes of various metal materials being processed while being a clay material (Patent Document 2).
また、金属の押出し加工時のデッドゾーンの特定など3次元的な塑性流動を実験的に解明する研究(非特許文献1乃至非特許文献5)、押出し加工の塑性流動を数学モデルのみで表現し、計算機で数値解析(有限要素法)的に解明する研究(非特許文献6乃至非特許文献8)など多くの試みが行われてきた。 In addition, research to elucidate three-dimensional plastic flow, such as the identification of dead zones during metal extrusion (Non-Patent Document 1 to Non-Patent Document 5), and express plastic flow of extrusion only by a mathematical model. Many attempts have been made such as research (Non-Patent Document 6 to Non-Patent Document 8) for elucidating numerical analysis (finite element method) using a computer.
前述の実験的に解明する研究では、ダイス孔近傍の塑性流動を動的に(時々刻々と変化する様子を)3次元で可視化した例は無く、その上、モデル材料を用いた場合、塑性流動(内部変形量)を定量化する際、加工品を型から取り出す必要があるため加工品の取り扱い時に人的に変形させる(モデル材料は軟質であるため)こともあるので精度の観点から問題があった。また、実験時およびデータ解析時に膨大な手間と時間(数日)を要し、実用性に乏しかった。 In the above-mentioned experimentally elucidated research, there is no example in which plastic flow in the vicinity of a die hole is visualized in three dimensions dynamically (how it changes from moment to moment), and in addition, when model material is used, plastic flow When quantifying (internal deformation amount), it is necessary to take out the processed product from the mold, so it may be deformed manually when handling the processed product (because the model material is soft), so there is a problem from the viewpoint of accuracy. there were. In addition, the experiment and data analysis required enormous effort and time (several days), and were not practical.
一方、数値解析的に解明する研究では、3次元塑性流動の場合、数日から週単位の膨大な解析時間を要するため技術的検討の中断を余儀なくされる。また、特に3次元変形の場合、得られた解析結果を物理的に検証する術は無い。 On the other hand, in the research to clarify by numerical analysis, in the case of three-dimensional plastic flow, it takes enormous analysis time from several days to a week, and it is necessary to interrupt the technical examination. In particular, in the case of three-dimensional deformation, there is no way to physically verify the obtained analysis results.
この発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、かつ確実にアルミ合金等の金属製押出し加工品の加工時における曲がりの要因となる3次元デッドゾーン形状の特定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and has a simple configuration and a method for identifying a three-dimensional dead zone shape that is a factor in bending during processing of a metal extruded product such as an aluminum alloy. The purpose is to provide.
前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成した。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention is configured as follows.
請求項1に記載の発明は、金属材料の変形特性を再現できるモデル材料と、材質が前記モデル材料の密度以下であるモデル型を使用して、所定形状の前記モデル材料の外周部のみに球体を埋め込む工程と、
前記モデル型に装填した前記モデル材料を最終ストロークまで止めることなく連続的に押出し加工する工程と、
前記押出し加工に同期して、視差を形成するX線とX線I.I.カメラにより撮像する工程と、
前記球体の3次元座標を一定時刻間隔で演算する工程と、
前記球体の移動軌跡と前記モデル型の形状データとを重ね合わせて表示する工程と、
前記球体の移動軌跡と前記モデル型の形状データとを重ね合わせて表示した結果に基づいてデッドゾーンの3次元形状を特定する工程とを有することを特徴とする押出し加工における3次元デッドゾーン形状の特定方法である。
Invention of claim 1, the model material that can reproduce the deformation properties of the metal material, using the model type is made following the density of the model material, spheres only on the outer peripheral portion of the model material in a predetermined shape Embedding
Continuously extruding the model material loaded in the model mold without stopping until the final stroke;
In synchronization with the extrusion, X-rays and X-rays to form a visual difference I. I. Imaging with a camera;
A step of calculating three-dimensional coordinates of the sphere at regular time intervals,
Displaying the movement trajectory of the sphere and the shape data of the model type in an overlapping manner;
A step of identifying a three-dimensional shape of the dead zone based on a result of superimposing and displaying the movement trajectory of the sphere and the shape data of the model type. It is a specific method.
請求項2に記載の発明は、金属材料の変形特性を再現できるモデル材料と透明なモデル型を使用して、前記モデル材料の外周部に球体を埋め込む工程と、
前記モデル型に装填した前記モデル材料を、止めることなく連続的に押出し加工する工程と、
前記押出し加工に同期して、前記球体が前記モデル材料の外周部から内部へ沈み込み視認不可となる直前の時点まで前記球体が移動する様子を、視差を形成する2方向から可視光下でビデオカメラにより撮像する工程と、
前記モデル材料の外周部から内部へ沈み込み視認不可となる直前の時点の前記球体の3次元座標を演算して前記モデル材料の外周部におけるデッドゾーン高さを特定する工程と、
前記モデル材料の外周部から内部へ沈み込む時点の前記球体の重心とダイス図心を通る断面において、前記断面とダイス上端面との交点を原点とし、前記原点からダイス上端面上の外周へ向かう方向をX軸の正方向、前記原点から加工方向とは逆方向をY軸の正方向と定義する座標系を定義し、前記原点および前記モデル材料の外周部から内部へ沈み込む時点の座標を利用して数値解析的に下に凸なる二次曲線で近似する工程と、
全ての前記2次曲線と前記モデル型の形状データとを重ね合わせて表示した結果に基づいてデッドゾーンの3次元形状を特定する工程とを有することを特徴とする押出し加工における3次元デッドゾーン形状の特定方法である。
The invention described in claim 2 includes a step of embedding a sphere in the outer periphery of the model material using a model material capable of reproducing the deformation characteristics of the metal material and a transparent model mold,
Continuously extruding the model material loaded in the model mold without stopping;
Synchronously with the extrusion process, the sphere sinks from the outer periphery of the model material to the inside until it becomes unrecognizable, and the movement of the sphere is viewed from two directions forming parallax under visible light. Imaging with a camera;
Calculating the three-dimensional coordinates of the sphere immediately before it sinks into the interior from the outer periphery of the model material and becomes invisible, and specifies the dead zone height in the outer periphery of the model material;
In the cross-section passing through the center of gravity of the sphere and the die centroid when the model material sinks from the outer periphery to the inside, the intersection point between the cross-section and the die upper end surface is the origin, and from the origin to the outer periphery on the die upper end surface Define a coordinate system in which the direction is defined as the positive direction of the X-axis and the direction opposite to the machining direction from the origin as the positive direction of the Y-axis. Using a numerical analysis to approximate a downwardly convex quadratic curve,
A three-dimensional dead zone shape in an extrusion process, comprising: a step of specifying a three-dimensional shape of a dead zone based on a result of superimposing and displaying all the quadratic curves and the shape data of the model type It is a specific method.
請求項3に記載の発明は、前記モデル材料の外周部に、加圧軸に対して垂直な少なくとも1つ以上の平面であり、前記平面の高さはデッドゾーン高さより高い位置に等間隔で放射状に少なくとも1つ以上埋め込むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の押出し加工における3次元デッドゾーン形状の特定方法である。
According to a third aspect of the invention, the outer peripheral portion of the model material, at least one or more planes perpendicular to the pressing axis, the height of the plane is at equal intervals above the dead zone height 3. The method for specifying a three-dimensional dead zone shape in extrusion processing according to claim 1 or 2, wherein at least one is embedded radially.
前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。 With the above configuration, the present invention has the following effects.
この発明では、金属材料の塑性変形を高精度に再現可能な粘土質のモデル材料を用いて、球体を必要最小限の個数だけモデル材料の外周に埋め込み加工前の素材とし、押出し加工によるモデル材料の塑性流動に伴う球体の移動軌跡をステレオ構成にてX線撮影することで、押出し加工品の曲がりの要因となる3次元デッドゾーン形状を短時間で簡単かつ確実に特定することができる。また、球体がモデル材料の外周部からその内部へ沈み込み視認不可となるまでを可視光下でステレオ構成にてビデオカメラ撮影するだけで、ある断面のデッドゾーン形状を二次曲線で近似でき、全ての断面の二次曲線を3次元的に再構成することで、3次元デッドゾーン形状を短時間で簡単かつ確実に特定することができる。 In this invention, using a clay model material that can reproduce plastic deformation of a metal material with high accuracy, a sphere is used as a material before being embedded in the outer periphery of the model material, and the model material is formed by extrusion. By taking an X-ray image of the movement trajectory of the sphere accompanying the plastic flow in a stereo configuration, the three-dimensional dead zone shape that causes the bending of the extruded product can be easily and reliably identified in a short time. In addition, the dead zone shape of a cross section can be approximated by a quadratic curve just by taking a video camera in a stereo configuration under visible light until the sphere sinks into the inside from the outer periphery of the model material and becomes invisible. By reconstructing the quadratic curves of all cross sections three-dimensionally, the three-dimensional dead zone shape can be specified easily and reliably in a short time.
以下、この発明の金属材料の押出し加工における3次元デッドゾーン形状の特定方法の実施の形態について説明する。この実施の形態は、この発明の好ましい形態を示すものであるが、この発明はこれに限定されない。 Hereinafter, an embodiment of a method for specifying a three-dimensional dead zone shape in extrusion processing of a metal material according to the present invention will be described. Although this embodiment shows the preferable form of this invention, this invention is not limited to this.
[押出し加工における3次元デッドゾーン形状の特定方法1]
この実施の形態の押出し加工における3次元デッドゾーン形状の特定方法は、図1に示すように、球体3を埋め込む工程A1、押出し加工する工程B1、撮像する工程C1、演算する工程D1、表示する工程E1、3次元デッドゾーン形状を特定する工程F1の手順で実施される。なお、工程B1と工程C1は、撮像しながら押出し加工(すなわち、同期して実施)する。
[Specification method 1 of three-dimensional dead zone shape in extrusion processing]
As shown in FIG. 1, the method for specifying the three-dimensional dead zone shape in the extrusion process of this embodiment includes a step A1 for embedding a sphere 3, a step B1 for extrusion, a step C1 for imaging, a step D1 for calculation, and a display. Step E1 is performed by the procedure of Step F1 for specifying the three-dimensional dead zone shape. In addition, process B1 and process C1 are extruded (namely, implemented synchronously), imaging.
球体3を埋め込む工程A1は、モデル型1を使用し、かつ金属材料の変形特性を再現できるモデル材料2を使用して、所定形状(図の場合は円柱)のモデル材料2の外表面に球体3を埋め込む工程である。この球体3を埋め込む工程A1において、球体3は、図3に示すように、円柱状のモデル材料2の外周部に、加圧軸に対して垂直な少なくとも1つの平面上(図の場合は2つの平面)に等間隔で放射状に少なくとも1つ以上埋め込む。なお、加圧軸に対して垂直な平面の素材に対する高さ方向の位置は、外周部におけるデッドゾーン高さより高く設定する必要がある。外周部におけるデッドゾーン高さが不明な場合は、予備的なモデル実験として球体3を1個だけ円柱状のモデル材料2の高さ方向で中心部と上端部(ダイス110とは反対側)の間に埋め込み押出し加工を実施すればよい。すなわち、球体3がモデル材料2の外周部から内部へ沈み込むので、その位置が外周部におけるデッドゾーン高さとなる。図3の場合は、加圧軸に対して垂直であり、加圧軸方向の高さが異なる2つの平面に球体3を埋め込んである。こうすることで真横からX線撮影した時の球体3同士の重なりを回避し、放射状に埋め込んだ全ての球体3の位置座標を特定できる。なお、モデル材料2への球体3の埋め込みは、軟質な粘土状モデル材料2に対して硬質な金属製球体3を予めマーキングした所定位置に指で球体3の直径分だけ押し込むことにより容易に実施できる。 The step A1 for embedding the sphere 3 uses the model mold 1 and the model material 2 that can reproduce the deformation characteristics of the metal material, and the sphere is formed on the outer surface of the model material 2 having a predetermined shape (a cylinder in the figure). 3 is an embedding process. In the step A1 for embedding the sphere 3, the sphere 3 is arranged on at least one plane perpendicular to the pressure axis (in the case of 2 in the figure, 2) on the outer periphery of the cylindrical model material 2 as shown in FIG. Two or more planes) are embedded radially at equal intervals. Note that the position in the height direction with respect to the flat material perpendicular to the pressing axis needs to be set higher than the dead zone height in the outer peripheral portion. When the dead zone height at the outer peripheral portion is unknown, as a preliminary model experiment, only one sphere 3 is formed at the center and upper end (on the opposite side of the die 110) in the height direction of the cylindrical model material 2. What is necessary is just to implement an embedding extrusion process in between. That is, since the sphere 3 sinks from the outer peripheral portion of the model material 2 to the inside, the position becomes the dead zone height in the outer peripheral portion. In the case of FIG. 3, the sphere 3 is embedded in two planes that are perpendicular to the pressure axis and have different heights in the direction of the pressure axis. In this way, it is possible to avoid overlapping of the spheres 3 when X-ray imaging is performed from the side, and to specify the position coordinates of all the spheres 3 that are radially embedded. The sphere 3 is easily embedded in the model material 2 by pushing the hard metal sphere 3 into the predetermined position where the hard metal sphere 3 is pre-marked with respect to the soft clay-like model material 2 by the diameter of the sphere 3 with a finger. it can.
押出し加工する工程B1は、モデル型1に装填したモデル材料2を最終ストロークまで止めることなく連続的に押出し加工する工程である。この押出し加工によって、モデル材料2の外周部のみに埋め込まれた必要最小限の個数の球体3が、モデル材料2の3次元的な塑性流動に伴い移動する。 Extrusion process B1 is a process in which the model material 2 loaded in the model mold 1 is continuously extruded without stopping until the final stroke. By this extrusion processing, the minimum necessary number of spheres 3 embedded only in the outer peripheral portion of the model material 2 move with the three-dimensional plastic flow of the model material 2.
撮像する工程C1は、押出し加工の非定常変形状態(加工開始から定常変形状体の前までであり、材料内部の変形領域が時々刻々と変化する過程)から定常変形状態(時間が経過しても材料内部の変形領域が変化しない過程)を経て球体3がダイス孔110aから流出するまでの球体3を、視差を形成する2方向からのX線と1台のX線I.I.カメラにより撮像する工程である。 The process C1 for imaging is from the unsteady deformation state of extrusion processing (from the start of processing to the front of the steady deformation body, the process in which the deformation region inside the material changes every moment) to the steady deformation state (time passes) The process of not changing the deformation region inside the material), the sphere 3 until the sphere 3 flows out of the die hole 110a, the X-ray from two directions forming the parallax and one X-ray I.D. I. This is a step of imaging with a camera.
演算する工程D1は、球体3の3次元座標と速度ベクトルを一定時刻間隔で演算する工程である。 The calculating step D1 is a step of calculating the three-dimensional coordinates of the sphere 3 and the velocity vector at regular time intervals.
表示する工程E1は、3次元座標での球体3の形状データあるいは速度ベクトルとモデル型1の形状データとを重ね合わせて表示する工程である。 The displaying step E1 is a step of displaying the shape data or velocity vector of the sphere 3 in three-dimensional coordinates and the shape data of the model type 1 in a superimposed manner.
3次元デッドゾーン形状を特定する工程F1は、球体3の形状データとモデル型1の形状データとを重ね合わせて表示した結果に基づいて加圧軸を含む2次元断面を複数表示することで金型設計者等が認識しやすいようにデッドゾーンの3次元形状を特定する工程である。以上の工程A1からF1までに要する操作時間は1時間以内であり、他方法に比べて実用的である。 The process F1 for specifying the three-dimensional dead zone shape is performed by displaying a plurality of two-dimensional cross sections including the pressure axis based on the result of overlaying and displaying the shape data of the sphere 3 and the shape data of the model die 1. This is a step of specifying the three-dimensional shape of the dead zone so that the mold designer can easily recognize it. The operation time required from the above steps A1 to F1 is within one hour, which is more practical than other methods.
[押出し加工における3次元デッドゾーン形状の特定方法2]
この実施の形態の押出し加工における3次元デッドゾーン形状の特定方法は、図2に示すように、球体3を埋め込む工程A2、押出し加工する工程B2、撮像する工程C2、球体の沈み込み時点の3次元座標を演算し、デッドゾーン高さを演算する工程D2、1つの断面のデッドゾーン形状を二次曲線で近似する工程E2、3次元デッドゾーン形状を特定する工程F2の手順で実施される。なお、工程B2と工程C2は、撮像しながら押出し加工(すなわち、同期して実施)する。
[Method for specifying 3D dead zone shape in extrusion process 2]
As shown in FIG. 2, the method of specifying the three-dimensional dead zone shape in the extrusion process of this embodiment includes a process A2 for embedding a sphere 3, a process B2 for extruding, a process C2 for imaging, and 3 at the time when the sphere sinks. The process is performed by the process D2 for calculating the dimensional coordinates and calculating the dead zone height, the process E2 for approximating the dead zone shape of one cross section with a quadratic curve, and the process F2 for specifying the 3D dead zone shape. In addition, process B2 and process C2 are extruded (namely, implemented synchronously), imaging.
球体3を埋め込む工程A2は、透明なモデル型1を使用し、かつ金属材料の変形特性を再現できるモデル材料2を使用して、円柱のモデル材料2の外表面に球体3を埋め込む工程である。球体3を埋め込む工程A2は、図3に示す円柱状のモデル材料2の外周部に、加圧軸に対して垂直な1つの平面上のみに等間隔で放射状に少なくとも1つ以上埋め込む。なお、加圧軸に対して垂直な平面のダイス110上端面からの高さは、外周部におけるデッドゾーン高さより高く設定する必要がある。外周部におけるデッドゾーン高さが不明な場合は、段落[0022]に記載の手順に従って設定する。この実施の場合は、透明なモデル型1を使用するので、可視光下で外表面の球体3を追跡することができ、特定方法1の様に重なりを回避する必要はない。 The step A2 for embedding the sphere 3 is a step for embedding the sphere 3 on the outer surface of the cylindrical model material 2 using the transparent model mold 1 and using the model material 2 that can reproduce the deformation characteristics of the metal material. . In the step A2 of embedding the sphere 3, at least one or more of them are radially embedded in the outer peripheral portion of the cylindrical model material 2 shown in FIG. In addition, it is necessary to set the height from the upper end surface of the die 110 in a plane perpendicular to the pressure axis to be higher than the dead zone height in the outer peripheral portion. If the dead zone height at the outer periphery is unknown, it is set according to the procedure described in paragraph [0022]. In this implementation, since the transparent model mold 1 is used, the sphere 3 on the outer surface can be tracked under visible light, and it is not necessary to avoid overlapping as in the specifying method 1.
押出し加工する工程B2は、モデル型1に装填したモデル材料2を途中で止めることなく連続的に押出し加工する工程である。この押出し加工によって、モデル材料2の外周のみに埋め込まれた必要最小限の個数の球体3が、モデル材料2の3次元的な塑性流動に伴い移動する。 The process B2 of extruding is a process of continuously extruding the model material 2 loaded in the model mold 1 without stopping halfway. By this extrusion process, the minimum necessary number of spheres 3 embedded only in the outer periphery of the model material 2 move with the three-dimensional plastic flow of the model material 2.
撮像する工程C2は、押出し加工開始からのモデル材料2の外周部から内部へ沈み込む(見えなくなる)時点までの球体3を、視差を形成する2方向からのビデオカメラ19により可視光下で撮像する工程である。なお、放射状に埋め込まれた球体3の内、モデル材料2の裏側にあり、見えない球体3については、回転台11を見える位置まで回転させ、複数回の押出しモデル実験を繰り返せばよい。 In the imaging step C2, the sphere 3 from the start of the extrusion process to the point when it sinks (becomes invisible) from the outer periphery of the model material 2 is imaged under visible light by the video camera 19 from two directions forming parallax. It is a process to do. Of the spheres 3 embedded radially, the spheres 3 that are on the back side of the model material 2 and cannot be seen may be rotated by rotating the turntable 11 to the visible position and repeating the extrusion model experiment a plurality of times.
デッドゾーン高さを演算する工程D2は、塑性流動が進みモデル材料2の外周部から内部へ沈み込む(見えなくなる)時点の球体3の3次元座標を演算し、ダイス110の上端面からの距離を演算する工程である。この工程を全ての球体3について繰り返す。 In the step D2 of calculating the dead zone height, the three-dimensional coordinates of the sphere 3 at the time when the plastic flow progresses and the model material 2 sinks into the inside (disappears) from the outer periphery, and the distance from the upper end surface of the die 110 is calculated. Is a step of calculating. This process is repeated for all spheres 3.
1つの断面のデッドゾーン形状を二次曲線で近似する工程E2は、着目した1つの球体3について、モデル材料2の外周部から内部へ沈み込む時点の球体3の重心とダイス図心を通る断面において、その断面とダイス110上端面との交点を原点とし、原点からダイス110上端面上の外周へ向かう方向をX軸の正方向、原点から加工方向とは逆方向をY軸の正方向とする座標系を定義し、座標が既知である原点とモデル材料2の外周部でのデッドゾーン高さを利用して数値解析的に下に凸なる2次曲線で近似する工程である。この工程を全ての球体3について繰り返す。 The step E2 of approximating the dead zone shape of one cross section with a quadratic curve is a cross section passing through the center of gravity of the sphere 3 and the dice centroid at the time of sinking from the outer periphery of the model material 2 to the one sphere 3 of interest. , The intersection between the cross section and the upper end surface of the die 110 is the origin, the direction from the origin toward the outer periphery on the upper end surface of the die 110 is the positive direction of the X axis, and the direction opposite to the machining direction from the origin is the positive direction of the Y axis. In this step, a coordinate system is defined and approximated by a quadratic curve that protrudes downward numerically using the origin where the coordinates are known and the dead zone height at the outer periphery of the model material 2. This process is repeated for all spheres 3.
3次元デッドゾーン形状を特定する工程F2は、得られた全ての2次曲線とモデル型1の形状データとを重ね合わせて表示した結果に基づいて金型設計者等が認識しやすいようにデッドゾーンの3次元形状を特定する工程である。以上のA2からF2までに要する操作時間は1時間以内であり、他方法に比べて実用的である。 The step F2 for specifying the three-dimensional dead zone shape is performed so that the mold designer can easily recognize the result based on the result of superimposing and displaying all the obtained quadratic curves and the shape data of the model die 1. This is a step of specifying the three-dimensional shape of the zone. The operation time required from A2 to F2 is within one hour, which is more practical than other methods.
特定方法1および2のように、金属材料の塑性変形を高精度に再現可能なモデル材料2を用いて、モデル材料2の外周部に必要最小限の個数の球体3を埋め込み、モデル材料2の塑性流動に伴う球体3の移動軌跡をX線撮影あるいは外周部に埋め込んだ球体3がモデル材料内部に沈み込むまでを可視光下でビデオ撮影することで、金属材料の押出し加工品の押出し時における曲がりの要因となる3次元デッドゾーン形状を短時間で簡単かつ確実に特定することができる。 As in the identification methods 1 and 2, using the model material 2 that can reproduce the plastic deformation of the metal material with high accuracy, the necessary minimum number of spheres 3 are embedded in the outer periphery of the model material 2, and the model material 2 X-ray imaging of the movement trajectory of the sphere 3 due to plastic flow or video shooting under visible light until the sphere 3 embedded in the outer periphery sinks into the model material, during the extrusion of the extruded product of the metal material The three-dimensional dead zone shape that causes the bending can be easily and reliably specified in a short time.
この実施の形態の押出し加工における3次元デッドゾーン形状のいずれの特定方法においても図4に示す3次元塑性流動可視化システムと、図5(a)に示す金属材料の変形を再現できるモデル材料(特殊な粘土)を用いたモデル実験を実施した。なお、図5(a)、(b)は、モデル材料とアルミ合金の変形の相似性を実証した結果である。変形模様が類似しており、モデル材料で金属材料の塑性変形特性を再現できることを示している。 In any method of specifying the three-dimensional dead zone shape in the extrusion process of this embodiment, the three-dimensional plastic flow visualization system shown in FIG. 4 and a model material (special material that can reproduce the deformation of the metal material shown in FIG. 5A) Model experiment using a clay). FIGS. 5A and 5B show the results of demonstrating the similarity of deformation between the model material and the aluminum alloy. The deformation patterns are similar, indicating that the plastic deformation characteristics of metal materials can be reproduced with model materials.
図4に示す3次元塑性流動可視化システムは、X線防御壁10で覆われた装置内に、回転台11、押圧装置12、X線発生器13、X線I.I.カメラ14又はビデオカメラ19が配置され、回転台11の上に樹脂製押出しモデル型1を置き、押圧装置12によりモデル型1内の円柱形状のモデル材料2を加圧しながらモデル型1にX線発生器13によりX線を照射し、X線I.I.カメラ14により撮影するか、あるいは透明なモデル型1をビデオカメラ19により撮影する構造である。 The three-dimensional plastic flow visualization system shown in FIG. 4 includes a rotating table 11, a pressing device 12, an X-ray generator 13, an X-ray I.D. I. A camera 14 or a video camera 19 is disposed, the resin extrusion model die 1 is placed on the turntable 11, and the cylindrical model material 2 in the model die 1 is pressed by the pressing device 12 to the X-ray on the model die 1. X-rays are emitted by the generator 13 and X-rays I.V. I. The camera 14 is used for photographing, or the transparent model mold 1 is photographed using the video camera 19.
モデル実験では、モデル材料2の外表面に塑性流動を検知する球体3として金属(超硬合金)製微小球(直径0.5〜1.5mm)を少なくとも1つ以上埋め込み、樹脂製押出しモデル型1内で加圧すると、その塑性流動は球体3の移動軌跡として表される。ここで、同移動軌跡(3次元座標)は、特定方法1の場合は、照射時期を制御したX線発生器13(2台)と1台のX線I.I.カメラ14を用いた立体視撮影によって、特定方法2の場合は2台のビデオカメラ19を用いた立体視撮影によって3次元で高精度に計測できる。 In the model experiment, at least one or more metal (hard metal) microspheres (diameter 0.5 to 1.5 mm) are embedded in the outer surface of the model material 2 as the sphere 3 for detecting plastic flow, and a resin extrusion model die When the pressure is applied within 1, the plastic flow is represented as a movement locus of the sphere 3. Here, in the case of the specifying method 1, the movement trajectory (three-dimensional coordinates) indicates that the X-ray generator 13 (two units) that controls the irradiation time and one X-ray I.D. I. In the case of the specific method 2 by stereoscopic shooting using the camera 14, three-dimensional high-precision measurement can be performed by stereoscopic shooting using the two video cameras 19.
[実施例]
次に、押出し加工における3次元デッドゾーン形状の特定方法の実施例(2件)を説明する。
[実施例1−X線I.I.カメラを用いたデッドゾーン特定方法]
(可視化システム)
可視化システムの写真と模式図を、図6及び図7に示す。可視化システムは、ステレオ構成のX線発生器13(最大管電圧100kV、最大管電流0.1mA、X線発生器間距離(視差間隔)120mm)とX線I.I.カメラ14(視野:112mm×86mm)を相対して設置した。その他、押圧装置12(最大加圧能力9.8kN)、360°回転と3軸動作(上下0〜200mm、X線照射方向0〜150mm、X線照射軸直角方向0〜300mm)が可能な回転台11、制御装置16、画像キャプチャーボード15、表示部17、PC30およびデータ処理ソフト(図示せず)で構成した。また、加工力とパンチ変位は、システムに組み込んだ計測器18により計測した。
[Example]
Next, examples (two cases) of the method for specifying the three-dimensional dead zone shape in the extrusion process will be described.
[Example 1-X-ray I. I. Dead zone identification method using a camera]
(Visualization system)
A photograph and a schematic diagram of the visualization system are shown in FIGS. The visualization system includes a stereo X-ray generator 13 (maximum tube voltage 100 kV, maximum tube current 0.1 mA, distance between X-ray generators (parallax interval) 120 mm) and X-ray I.D. I. A camera 14 (field of view: 112 mm × 86 mm) was installed relative to each other. In addition, pressing device 12 (maximum pressurization capacity 9.8 kN), 360 ° rotation and 3-axis operation (up / down 0-200 mm, X-ray irradiation direction 0-150 mm, X-ray irradiation axis perpendicular direction 0-300 mm) It was comprised with the base 11, the control apparatus 16, the image capture board 15, the display part 17, PC30, and data processing software (not shown). The processing force and punch displacement were measured by a measuring instrument 18 incorporated in the system.
可視化システムのシステム操作は、まず、PC30から制御装置16を制御して回転台11の位置と角度を調整し、次に、PC30から制御装置16へ押出し加工の加圧量を入力した。次に、X線発生器13とX線I.I.カメラ14の間に置いたモデル型1を用い、押圧装置12で加圧を開始した。ここで、加圧変形と同時に2台のX線発生器13のONとOFFを電子シャッターでNTSC(ビデオ)信号の1フレーム(1/30秒)ごとに切り換えながらX線を照射した。最後に、X線I.I.カメラ14で撮影されたNTSC(ビデオ)信号を画像キャプチャーボード15経由でPC30に取り込む(記憶装置31に保存する)とともに表示部17に表示した。 In the system operation of the visualization system, first, the control device 16 was controlled from the PC 30 to adjust the position and angle of the turntable 11, and then the pressurizing amount of extrusion was input from the PC 30 to the control device 16. Next, the X-ray generator 13 and the X-ray I.D. I. Using the model mold 1 placed between the cameras 14, pressurization was started by the pressing device 12. Here, simultaneously with the pressure deformation, the X-rays were irradiated while the two X-ray generators 13 were switched on and off for each frame (1/30 second) of the NTSC (video) signal with an electronic shutter. Finally, X-ray I.D. I. An NTSC (video) signal photographed by the camera 14 was captured into the PC 30 via the image capture board 15 (stored in the storage device 31) and displayed on the display unit 17.
その後、記憶装置31に保存したデータをX線照射方向別に分別し、ステレオ画像(JPEG形式,8bitモノクロ,640×480画素)として記憶装置31に再保存した。得られたステレオ画像から画像処理により連続フレームごとに球体3の2次元(重心)位置座標を同定した。以上の時系列かつX線照射方向別の球体3の2次元位置座標をもとに三角測量の原理で3次元位置座標を算出すると、球体移動座標の実時間3次元計測が可能となる。ここで、NTSC(ビデオ)信号のフレーム間の時刻間隔は既知であるため、球体3の速度ベクトルが算出可能となる。速度ベクトルが判明すると曲がりの要因である速度差の程度を把握できる。 Thereafter, the data stored in the storage device 31 was sorted according to the X-ray irradiation direction, and re-saved in the storage device 31 as a stereo image (JPEG format, 8-bit monochrome, 640 × 480 pixels). The two-dimensional (center of gravity) position coordinates of the sphere 3 were identified for each successive frame from the obtained stereo image by image processing. If the three-dimensional position coordinates are calculated by the principle of triangulation based on the two-dimensional position coordinates of the sphere 3 according to the above time series and X-ray irradiation direction, the real-time three-dimensional measurement of the sphere movement coordinates becomes possible. Here, since the time interval between frames of the NTSC (video) signal is known, the velocity vector of the sphere 3 can be calculated. Once the speed vector is known, the degree of speed difference that is the cause of bending can be grasped.
(可視化実験に使用したモデル型)
図8は可視化実験に使用したモデル型1の外観図であり、図9はモデル型1の断面図である。モデル型1は、回転台11上に設置されたモデル型設置台11aおよびモデル型設置蓋11bに取り付けられ、押圧装置12(詳細図は省く)のプレスシリンダー12aにより押圧される。モデル型1は、コンテナ21内にダイスベース22、ダイス23が配置され、フローガイド24を円柱形状のモデル材料2とダイス23間に設置し、モデル材料2を押圧プレート25を介して押圧する構造である。
(Model type used for visualization experiment)
FIG. 8 is an external view of the model mold 1 used in the visualization experiment, and FIG. 9 is a cross-sectional view of the model mold 1. The model mold 1 is attached to a model mold installation table 11a and a model mold installation lid 11b installed on the turntable 11, and is pressed by a press cylinder 12a of a pressing device 12 (detail drawing is omitted). The model mold 1 has a structure in which a die base 22 and a die 23 are arranged in a container 21, a flow guide 24 is installed between the cylindrical model material 2 and the die 23, and the model material 2 is pressed through a pressing plate 25. It is.
モデル型1は、塑性変形量を追跡するための球体3の視認性を向上させるためX線を透過しやすい樹脂製とした。こうすることで、密度の大きい球体3(黒い点として撮像される)が密度の小さい樹脂型(薄いグレーの背景として撮像される)の中にコントラスト良くX線撮像されるため、球体3のみを追跡することが可能となる。なお、押圧装置12のプレスシリンダー12aと回転台11は金属製であるが、X線I.I.カメラ14の視野外であるため球体3の撮影には邪魔にならない。実験で押出されたモデル材料2は、下方のスライドベース50上を滑り、緩やかに曲げられて型外へ排出する構造となっている。モデル材料2は円柱であり、直径50mm,高さ50mmとした。コンテナ21は、X線の透過を容易にするために可能な限り薄く(肉厚3mm)した。 The model mold 1 is made of a resin that easily transmits X-rays in order to improve the visibility of the sphere 3 for tracking the amount of plastic deformation. By doing this, since the high-density sphere 3 (imaged as a black dot) is imaged with good contrast in the low-density resin mold (imaged as a light gray background), only the sphere 3 is captured. It becomes possible to track. Although the press cylinder 12a and the turntable 11 of the pressing device 12 are made of metal, the X-ray I.D. I. Since it is out of the field of view of the camera 14, it does not disturb the shooting of the sphere 3. The model material 2 extruded in the experiment has a structure that slides on the lower slide base 50, is gently bent, and is discharged out of the mold. The model material 2 was a cylinder having a diameter of 50 mm and a height of 50 mm. The container 21 was made as thin as possible (thickness 3 mm) in order to facilitate the transmission of X-rays.
(ダイス孔形状)
モデル実験で使用したダイス23のダイス孔23aの形状を図10に示す。ダイス孔23aの形状は、実生産の押出し加工において多く実施されているC形(C−Channel)で、ダイス23は、厚さ2mmの円盤状プレートである。
(Die hole shape)
The shape of the die hole 23a of the die 23 used in the model experiment is shown in FIG. The shape of the die hole 23a is a C-shaped (C-Channel) that is often used in the actual extrusion process, and the die 23 is a disk-shaped plate having a thickness of 2 mm.
(実験条件)
モデル材料2は、特許文献2に示す材料を用い、アルミ合金の熱間加工の塑性変形状態を再現できるように成分を調整した。モデル材料2による素材の作製は、真空土練機でモデル材料2を混練・脱気後、直径50mm,高さ50mmの円柱状に押出し成形した。次に、機械的性質を安定させるために恒温器内に20℃で24時間以上保持した。モデル材料2への球体3の埋め込みは、実験効率の向上、低コスト化、データ処理の迅速性および精度向上など様々な事情を考慮すると、埋め込み個数を最小限とすべきである。そこで実験に先立ち、以下の仮説を想定した。
(Experimental conditions)
The material shown in Patent Document 2 was used as the model material 2, and the components were adjusted so that the plastic deformation state of the hot working of the aluminum alloy could be reproduced. In the production of the material using the model material 2, the model material 2 was kneaded and deaerated with a vacuum kneader, and then extruded into a cylindrical shape having a diameter of 50 mm and a height of 50 mm. Next, in order to stabilize mechanical properties, it was kept in a thermostatic chamber at 20 ° C. for 24 hours or more. Embedding the sphere 3 in the model material 2 should minimize the number of embeddings in consideration of various circumstances such as improvement of experimental efficiency, cost reduction, speed of data processing and improvement of accuracy. Therefore, the following hypothesis was assumed prior to the experiment.
<仮説>
「押出し加工では、加圧の初期にデッドゾーンが形成され、塑性流動しない塊体となった3次元的なデッドゾーン上を材料が滑るように塑性流動する」と仮定した。
<Hypothesis>
It was assumed that in the extrusion process, a dead zone was formed at the initial stage of pressurization, and the plastic flowed so that the material slipped on the three-dimensional dead zone that became a mass that did not flow plastically.
この仮説が真ならば、球体3をモデル材料2内部へは埋め込む必要がなく、外周部のみに埋め込むことで球体個数を最小限とすることができる。すなわち、外径部からダイス孔23aへ塑性流動する球体3の移動軌跡を撮影することで、デッドゾーンの3次元形状が特定できると考えた。 If this hypothesis is true, it is not necessary to embed the sphere 3 in the model material 2, and the number of spheres can be minimized by embedding only in the outer periphery. That is, it was considered that the three-dimensional shape of the dead zone can be specified by photographing the movement locus of the sphere 3 that plastically flows from the outer diameter portion to the die hole 23a.
そこで、実験では図3に示すとおり、22.5°間隔で16個の球体3を埋め込んだ。図3(a)はモデル材料2の正面図、図3(b)はモデル材料2の上面図、図3(c)はモデル材料2の斜視図である。全ての球体3を個別に視認し、時系列での軌跡を追跡するため、底面より14mmの位置に8個、12mmの位置に8個の2段構造で埋め込んだ。モデル実験は、潤滑剤として石けん水を用い、加圧速度0.3mm/sで加圧量が35mmに達するまで途中で止めることなく連続的に加圧した。X線は、管電圧100kV、管電流0.1mAとし、加圧の1秒前からX線照射と撮影を開始し、加圧終了と同時に終了した。なお、この実験で球体3を埋め込まない場合との比較を実施し、球体3がモデル材料2の塑性流動を阻害することが無いことを確認した。なお、フローガイド24が無い場合、どの程度の曲がりが発生するかを見るために、この実験ではフローガイド24を設置していない。 Therefore, in the experiment, as shown in FIG. 3, 16 spheres 3 were embedded at intervals of 22.5 °. 3A is a front view of the model material 2, FIG. 3B is a top view of the model material 2, and FIG. 3C is a perspective view of the model material 2. In order to visually recognize all the spheres 3 individually and to trace the trajectory in time series, the spheres 3 were embedded in a two-stage structure of 8 pieces at a position 14 mm from the bottom surface and 8 pieces at a position 12 mm. In the model experiment, soapy water was used as the lubricant, and the pressure was continuously applied without stopping halfway until the amount of pressure reached 35 mm at a pressure rate of 0.3 mm / s. X-rays were set at a tube voltage of 100 kV and a tube current of 0.1 mA, X-ray irradiation and imaging were started 1 second before pressurization, and ended simultaneously with the end of pressurization. In addition, it compared with the case where the sphere 3 is not embedded by this experiment, and it confirmed that the sphere 3 did not inhibit the plastic flow of the model material 2. FIG. In this experiment, the flow guide 24 is not installed in order to see how much bending occurs when the flow guide 24 is not provided.
[デッドゾーン特定結果]
モデル実験・可視化結果を図11に示す。図11(a)はデッドゾーン形状の3次元表示である。16個の球体3を時系列(10秒間隔)で表示するだけで球体3とダイス23間の空間で示されるデッドゾーン形状を特定することができた。すなわち、段落〔0046〕の<仮説>は立証されたと言える。図11(b)は上面から見た(c)に対応する断面番号を示し、図11(c)は各断面におけるデッドゾーン形状を2次元表示したものである。
[Dead zone identification result]
The model experiment and visualization results are shown in FIG. FIG. 11A is a three-dimensional display of a dead zone shape. The dead zone shape indicated by the space between the sphere 3 and the dice 23 could be specified only by displaying the 16 spheres 3 in time series (10-second intervals). That is, it can be said that the <hypothesis> in paragraph [0046] has been proved. FIG. 11B shows a cross-sectional number corresponding to FIG. 11C viewed from above, and FIG. 11C shows a two-dimensional display of the dead zone shape in each cross section.
C形(C−Channel)は線対称であるため、断面(1)以外はデッドゾーン形状が対称となり、断面(1)の非対称性が加工品の曲がりを生じさせる要因であることがわかった。なお、断面(1)のデッドゾーン高さはそれぞれ7mm、8mmであった。また、フローガイド24を用いない場合は、押出し加工の初期曲がり角は15.86°であった。なお、加工品の曲がりは、図15に示すとおり加圧軸と材料流出方向が成す角度として定義し、曲がり角と呼ぶ。 Since the C shape (C-Channel) is line symmetric, the dead zone shape is symmetric except for the cross section (1), and it was found that the asymmetry of the cross section (1) is a factor causing bending of the workpiece. In addition, the dead zone height of the cross section (1) was 7 mm and 8 mm, respectively. Further, when the flow guide 24 was not used, the initial bending angle of the extrusion process was 15.86 °. Note that the bending of the processed product is defined as an angle formed by the pressure axis and the material outflow direction as shown in FIG. 15, and is called a bending angle.
[実施例2−ビデオカメラを用いたデッドゾーン特定方法]
(可視化システム)
可視化システムは、X線発生器13とX線I.I.カメラ14をビデオカメラ19に置き換えた以外は実施例1と同様である。なお、2台のビデオカメラ19の視差間隔は120mmとした。
[Example 2-Dead zone identification method using video camera]
(Visualization system)
The visualization system includes an X-ray generator 13 and an X-ray I.D. I. Except that the camera 14 is replaced with a video camera 19, the operation is the same as in the first embodiment. The parallax interval between the two video cameras 19 was 120 mm.
可視化システムのシステム操作は段落[0040]と同様である。加圧変形と同時に2台のビデオカメラ19でモデル材料2の外周部に埋め込んだ球体3がモデル材料内部に沈み込むまでをビデオ撮影した。最後に、撮影したNTSC(ビデオ)信号を画像キャプチャーボード15経由でPC30に取り込む(記憶装置31に保存する)とともに表示部17に表示した。 The system operation of the visualization system is the same as in paragraph [0040]. Simultaneously with the pressure deformation, video was taken until the sphere 3 embedded in the outer periphery of the model material 2 was submerged inside the model material with two video cameras 19. Finally, the captured NTSC (video) signal was captured into the PC 30 via the image capture board 15 (stored in the storage device 31) and displayed on the display unit 17.
その後、記憶装置31に保存したステレオ画像(JPEG形式,8bitモノクロ,640×480画素)から画像処理により一定時刻間隔のフレームごとに球体3の2次元(重心)位置座標を同定した。以上の時系列かつ視差画像別の球体3の2次元位置座標をもとに三角測量の原理で3次元位置座標を算出した。 Thereafter, the two-dimensional (center of gravity) position coordinates of the sphere 3 were identified for each frame at a fixed time interval by image processing from the stereo image (JPEG format, 8-bit monochrome, 640 × 480 pixels) stored in the storage device 31. Three-dimensional position coordinates were calculated based on the principle of triangulation based on the two-dimensional position coordinates of the sphere 3 for each time series and parallax image.
(可視化実験に使用したモデル型)
可視化実験に使用したモデル型は、実施例1と同様である。
(Model type used for visualization experiment)
The model type used for the visualization experiment is the same as in Example 1.
モデル型1の内、コンテナ21は、塑性変形量を追跡するための球体3を可視光下でも視認できる様に透明な樹脂製とした。実験で押出されたモデル材料2は、下方のスライドベース50上を滑り、緩やかに曲げられて型外へ排出する構造となっている。モデル材料2は円柱であり、直径50mm,高さ50mmとした。コンテナ21は、透明性を確保するために可能な限り薄く(肉厚3mm)した。 In the model mold 1, the container 21 is made of a transparent resin so that the sphere 3 for tracking the amount of plastic deformation can be seen even under visible light. The model material 2 extruded in the experiment has a structure that slides on the lower slide base 50, is gently bent, and is discharged out of the mold. The model material 2 was a cylinder having a diameter of 50 mm and a height of 50 mm. The container 21 was made as thin as possible (thickness 3 mm) in order to ensure transparency.
(ダイス孔形状)
モデル実験で使用したダイス23のダイス孔23aは、実施例1と同様である。
(Die hole shape)
The die hole 23a of the die 23 used in the model experiment is the same as that in the first embodiment.
(実験条件)
モデル材料2の材質は実施例1と同様である。モデル材料2による素材の作製は、実施例1と同様である。モデル材料2への球体3の埋め込みは、実験効率の向上、低コスト化、データ処理の迅速性および精度向上など様々な事情を考慮すると、埋め込み個数を最小限とすべきである。そこで実験に先立ち、以下の仮説を想定した。
(Experimental conditions)
The material of the model material 2 is the same as that of the first embodiment. The production of the material using the model material 2 is the same as that in the first embodiment. Embedding the sphere 3 in the model material 2 should minimize the number of embeddings in consideration of various circumstances such as improvement of experimental efficiency, cost reduction, speed of data processing and improvement of accuracy. Therefore, the following hypothesis was assumed prior to the experiment.
<仮説>
「押出し加工が進むと共に、モデル材料2の外周部に埋め込んだ球体3が外周部を加圧方向に直線的に動き、その後、加圧の初期に形成されたデッドゾーン上に到達した時にモデル材料内部に沈み込み(可視光下のビデオカメラでは見えなくなる)、その後、デッドゾーンを二次曲線で近似した軌跡をたどり、ダイス孔110aに達し、流出する。」と仮定した。なお、二次曲線での近似は、実際の物理現象である実施例1の図11(C)のデッドゾーン形状から判断しても妥当である。
<Hypothesis>
“When the extrusion process proceeds, the sphere 3 embedded in the outer periphery of the model material 2 moves linearly in the pressurizing direction in the outer periphery, and then reaches the dead zone formed in the initial stage of pressurization. It sinks inside (becomes invisible with a video camera under visible light), and then follows a trajectory approximating the dead zone with a quadratic curve, reaches the die hole 110a, and flows out. " Note that the approximation with the quadratic curve is appropriate even if it is judged from the dead zone shape of FIG. 11C of Example 1 which is an actual physical phenomenon.
[モデル実験について]
実験に使用したモデル材料2の形状と球体3の個数は実施例1と同様である。これらの球体3の中で、仮説を立証するために図11(b)に示す断面(1)の右側(デッドゾーン高さ8mm側)に相当する1個の球体3のみをビデオ撮影してデータ処理した。モデル実験条件についても撮影方法以外は、実施例1と同様である。
[About model experiments]
The shape of the model material 2 and the number of spheres 3 used in the experiment are the same as in the first embodiment. Among these spheres 3, only one sphere 3 corresponding to the right side (dead zone height 8 mm side) of the cross section (1) shown in FIG. Processed. The model experiment conditions are the same as in the first embodiment except for the shooting method.
[断面におけるデッドゾーン形状の推定方法]
モデル実験・可視化結果を図12に示す。図12(a)は、ダイス110の上端面図、図12(b)は、外周部から内部への沈み込み時点の球体の重心とダイス図心を通る断面を表示してある。沈み込み時点の球体の3次元座標を演算して外周部におけるデッドゾーン高さHを特定したところ8mmであった。次に、断面とダイス上端面との交点を原点とし、原点からダイス上端面上の外周へ向かう方向をX軸の正方向、原点から加工方向とは逆方向をY軸の正方向とする座標系を定義した。ここで、原点からモデル材料2の外周までの距離(既知)をRとし、断面(1)のデッドゾーン形状を二次曲線
Y=aX2+bX+C ・・・式(1)
で近似する。
ここで、(X、Y)=(0、0)および(X、Y)=(R、H)は既知であるので、X=0、Y=0の時、式(1)は、C=0であるので式(1)は
Y=aX2+bX ・・・式(2)
となる。X=Rの時、Y=Hであるから
H=aR2+bR ・・・式(3)
ここで、二次曲線は下に凸であるからa>0の条件で数値解析的にa、bを求めると二次曲線すなわち、ある断面におけるデッドゾーン形状を推定することができる。式(3)の場合a=H/2R2、b=H/2Rであり、次の式(4)が求める二次曲線である。
Y=(H/2R2)X2+(H/2R)X ・・・式(4)
図13に示すとおり、得られた二次曲線は実施例1の実測のデッドゾーン形状とほぼ一致している。すなわち、段落〔0058〕の<仮説>は立証されたと言える。
[Method for estimating dead zone shape in cross section]
The model experiment / visualization results are shown in FIG. FIG. 12A shows a top view of the die 110, and FIG. 12B shows a cross section passing through the center of gravity of the sphere and the die centroid at the time of sinking from the outer periphery to the inside. When the three-dimensional coordinates of the sphere at the time of subduction were calculated to determine the dead zone height H at the outer periphery, it was 8 mm. Next, the coordinates where the crossing point and the die top surface are the origin, the direction from the origin to the outer periphery on the die top surface is the positive direction of the X axis, and the direction opposite to the machining direction from the origin is the positive direction of the Y axis A system was defined. Here, the distance (known) from the origin to the outer periphery of the model material 2 is R, and the dead zone shape of the cross section (1) is a quadratic curve Y = aX 2 + bX + C (1)
Approximate.
Here, since (X, Y) = (0, 0) and (X, Y) = (R, H) are known, when X = 0 and Y = 0, the equation (1) is expressed as C = Since it is 0, Formula (1) becomes Y = aX < 2 > + bX ... Formula (2)
It becomes. When X = R, Y = H, so H = aR 2 + bR (3)
Here, since the quadratic curve is convex downward, when a and b are obtained numerically under the condition of a> 0, the quadratic curve, that is, the dead zone shape in a certain cross section can be estimated. In the case of the formula (3), a = H / 2R 2 and b = H / 2R, which is a quadratic curve obtained by the following formula (4).
Y = (H / 2R 2 ) X 2 + (H / 2R) X (4)
As shown in FIG. 13, the obtained quadratic curve almost coincides with the actually measured dead zone shape of Example 1. That is, it can be said that the <hypothesis> in paragraph [0058] has been proved.
[3次元デッドゾーン形状の推定方法]
以上の断面において二次曲線で近似したデッドゾーン形状をすべての球体3に対して適用し、推定した2次曲線とモデル型1の形状データとを重ね合わせて表示した結果に基づいてデッドゾーンの3次元形状を推定することができる。
[Three-dimensional dead zone shape estimation method]
The dead zone shape approximated by the quadratic curve in the above cross section is applied to all the spheres 3 and the dead zone is determined based on the result of overlaying and displaying the estimated quadratic curve and the shape data of the model type 1. A three-dimensional shape can be estimated.
このように、金属材料の塑性変形を高精度に再現可能なモデル材料を用いて、素材外周に必要最小限の個数の金属製球体を埋め込み、モデル材料の塑性流動に伴う球体の移動軌跡を撮影することで、押出し加工品の曲がりの要因となる3次元デッドゾーン形状を簡単かつ確実に特定することができる。 In this way, using a model material that can accurately reproduce the plastic deformation of a metal material, the minimum number of metal spheres embedded in the outer periphery of the material, and the movement trajectory of the sphere accompanying the plastic flow of the model material is photographed. By doing this, it is possible to easily and reliably specify the three-dimensional dead zone shape that causes the bending of the extruded product.
この発明は、押出し加工品の曲がりの要因となる3次元デッドゾーン形状の特定方法に適用され、簡単な構成で、かつ確実に押出し加工品の曲がりの要因となる3次元デッドゾーン形状を定量化することができる。 The present invention is applied to a method for identifying a three-dimensional dead zone shape that causes the bending of the extruded product, and quantifies the three-dimensional dead zone shape that causes the bending of the extruded product with a simple configuration. can do.
A1 球体を埋め込む工程
B1 押出し加工する工程
C1 撮像する工程
D1 演算する工程
E1 表示する工程
F1 3次元デッドゾーン形状を特定する工程
A2 球体を埋め込む工程
B2 押出し加工する工程
C2 撮像する工程
D2 デッドゾーン高さを演算する工程
E2 1つの断面のデッドゾーン形状を二次曲線で近似する工程
F2 3次元デッドゾーン形状を特定する工程
1 モデル型
2 モデル材料
3 球体
10 X線防御壁
11 回転台
12 押圧装置
13 X線発生器
14 X線I.I.カメラ
15 画像キャプチャーボード
16 制御装置
17 表示部
18 計測器
19 ビデオカメラ
21 コンテナ
22 ダイスベース
23 ダイス
24 フローガイド
25 押圧プレート
30 PC
31 記憶装置
A1 Embedding sphere B1 Extrusion process C1 Imaging process D1 Computation process E1 Displaying process F1 Identifying the 3D dead zone shape A2 Embedding sphere B2 Extrusion process C2 Imaging process D2 Dead zone height Step E2 for calculating the height Step F2 for approximating the dead zone shape of one cross section with a quadratic curve Step 2 for specifying the three-dimensional dead zone shape 1 Model type 2 Model material 3 Sphere 10 X-ray defense wall 11 Turntable 12 Pressing device 13 X-ray generator 14 X-ray I. Camera 15 Image capture board 16 Controller 17 Display unit 18 Measuring instrument 19 Video camera 21 Container 22 Die base 23 Dice 24 Flow guide 25 Press plate 30 PC
31 Storage device
Claims (3)
前記モデル型に装填した前記モデル材料を最終ストロークまで止めることなく連続的に押出し加工する工程と、
前記押出し加工に同期して、視差を形成するX線とX線I.I.カメラにより撮像する工程と、
前記球体の3次元座標を一定時刻間隔で演算する工程と、
前記球体の移動軌跡と前記モデル型の形状データとを重ね合わせて表示する工程と、
前記球体の移動軌跡と前記モデル型の形状データとを重ね合わせて表示した結果に基づいてデッドゾーンの3次元形状を特定する工程とを有することを特徴とする押出し加工における3次元デッドゾーン形状の特定方法。 A step of embedding a sphere only in the outer periphery of the model material having a predetermined shape, using a model material capable of reproducing the deformation characteristics of the metal material, and a model mold whose material is less than the density of the model material;
Continuously extruding the model material loaded in the model mold without stopping until the final stroke;
In synchronization with the extrusion, X-rays and X-rays to form a visual difference I. I. Imaging with a camera;
A step of calculating three-dimensional coordinates of the sphere at regular time intervals,
Displaying the movement trajectory of the sphere and the shape data of the model type in an overlapping manner;
A step of identifying a three-dimensional shape of the dead zone based on a result of superimposing and displaying the movement trajectory of the sphere and the shape data of the model type. Identification method.
前記モデル型に装填した前記モデル材料を、止めることなく連続的に押出し加工する工程と、
前記押出し加工に同期して、前記球体が前記モデル材料の外周部から内部へ沈み込み視認不可となる直前の時点まで前記球体が移動する様子を、視差を形成する2方向から可視光下でビデオカメラにより撮像する工程と、
前記モデル材料の外周部から内部へ沈み込み視認不可となる直前の時点の前記球体の3次元座標を演算して前記モデル材料の外周部におけるデッドゾーン高さを特定する工程と、
前記モデル材料の外周部から内部へ沈み込む時点の前記球体の重心とダイス図心を通る断面において、前記断面とダイス上端面との交点を原点とし、前記原点からダイス上端面上の外周へ向かう方向をX軸の正方向、前記原点から加工方向とは逆方向をY軸の正方向と定義する座標系を定義し、前記原点および前記モデル材料の外周部から内部へ沈み込む時点の座標を利用して数値解析的に下に凸なる二次曲線で近似する工程と、
全ての前記2次曲線と前記モデル型の形状データとを重ね合わせて表示した結果に基づいてデッドゾーンの3次元形状を特定する工程とを有することを特徴とする押出し加工における3次元デッドゾーン形状の特定方法。 Using a model material capable of reproducing the deformation characteristics of a metal material and a transparent model mold, and embedding a sphere in the outer periphery of the model material;
Continuously extruding the model material loaded in the model mold without stopping;
Synchronously with the extrusion process, the sphere sinks from the outer periphery of the model material to the inside until it becomes unrecognizable, and the movement of the sphere is viewed from two directions forming parallax under visible light. Imaging with a camera;
Calculating the three-dimensional coordinates of the sphere immediately before it sinks into the interior from the outer periphery of the model material and becomes invisible, and specifies the dead zone height in the outer periphery of the model material;
In the cross-section passing through the center of gravity of the sphere and the die centroid when the model material sinks from the outer periphery to the inside, the intersection point between the cross-section and the die upper end surface is the origin, and from the origin to the outer periphery on the die upper end surface Define a coordinate system in which the direction is defined as the positive direction of the X axis and the direction opposite to the machining direction from the origin as the positive direction of the Y axis, and the coordinates at the time of sinking inward from the outer periphery of the origin and the model material are defined Using a numerical analysis to approximate a downwardly convex quadratic curve,
A three-dimensional dead zone shape in an extrusion process, comprising: a step of specifying a three-dimensional shape of a dead zone based on a result of superimposing and displaying all the quadratic curves and the shape data of the model type How to identify.
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