JP4217223B2

JP4217223B2 - 金型摩耗量予測装置、金型摩耗量予測方法及び金型摩耗量予測プログラム

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Publication number: JP4217223B2
Application number: JP2005039185A
Authority: JP
Inventors: 敦夫渡邊; 広吉中西; 利秋田中; 政敏澤村; 康宏与語
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2025-02-16
Also published as: JP2006224125A

Description

本発明は、金型摩耗量予測装置、金型摩耗量予測方法及び金型摩耗量予測プログラムに係り、特に鍛造加工用に潤滑剤を吹付けした金型と加工素材との間の摩擦係数に基づく摩擦応力と、金型と潤滑剤との間の熱伝達係数に基づく金型温度とを用いて金型の摩耗量を予測する金型摩耗量予測装置、金型摩耗量予測方法及び金型摩耗量予測プログラムに関する。

鍛造加工、特に熱間鍛造加工や温間鍛造加工は、一般的に次のような工程により行なわれる。例えば１２００℃に予め加熱された加工素材を、潤滑剤を吹付けした金型にセットし、型打ち成形する。その後、成形された加工素材を搬送し、金型に潤滑剤を吹付けて、次の型打ち成形を行なう。

ここで、鍛造加工用の金型の型打ち寿命は、金型と加工素材との摩擦による金型の摩耗量に関係する。そのため、金型の型打ち寿命を予測するために、金型の摩耗量を予測することは重要である。この金型の摩耗量は、潤滑剤を吹付けした金型と加工素材との間の摩擦応力と、金型の軟化要因である金型温度とから予測することが行なわれている（例えば、特許文献１，２参照）。そして、摩擦応力は、潤滑剤を吹付けした金型と加工素材との間の摩擦係数に基づいて算出され、金型温度、特に、潤滑剤吹付け等による冷却工程における金型温度は、金型と潤滑剤との間の熱伝達係数に基づいて算出されると考えられている。

従来、金型の摩耗量の解析において、これら摩擦係数と熱伝達係数とは、金型の加工領域の全域に対して一様に設定されている。図７に示すように、潤滑剤を供給するノズルである潤滑ノズル５０から金型である鍛造型５２に潤滑剤が吹付けられる例では、加工領域の中で潤滑剤の吹付け状態が異なるにもかかわらず、鍛造型５２の加工領域の全域で摩擦係数と熱伝達係数とを一様に設定し、これらに基づいて鍛造型５２の摩耗量の解析を行なっている。

特開２００２−３２１０３２号公報特開２００２−３５８８５号公報

しかし、金型の加工領域の中で潤滑剤の吹付け状態が異なれば、吹付け状態が異なる領域での摩擦係数と熱伝達係数とはそれぞれ異なっている。そのような場合に、金型の加工領域の全てにおいて摩擦係数と熱伝達係数とを一様に設定し金型の摩耗量を解析すると、摩擦応力と金型温度の解析精度に影響を与え、現実に近い潤滑剤の吹付け状態での金型の摩耗量を予測することが困難である。

そこで、本発明の目的は、金型の加工領域の中で潤滑剤の吹付け状態が異なるとき、精度良く金型の摩耗量を予測する金型摩耗量予測装置、金型摩耗量予測方法及び金型摩耗量予測プログラムを提供することである。

本発明に係る金型摩耗量予測装置は、鍛造加工用に潤滑剤を吹付けした金型と加工素材との間の摩擦係数に基づく摩擦応力と、金型と潤滑剤との間の熱伝達係数に基づく金型温度とを用いて金型の摩耗量を予測する金型摩耗量予測装置において、金型への潤滑剤の吹付け状態ごとに関連づけて摩擦係数と熱伝達係数とをそれぞれ記憶する記憶手段と、金型の加工領域を潤滑剤の吹付け状態に基づいて複数の区分領域に分ける区分手段と、記憶手段から、潤滑剤の吹付け状態を検索キーとして、摩擦係数と熱伝達係数とをそれぞれ読み出す検索手段と、読み出された摩擦係数と熱伝達係数とを各区分領域にそれぞれ割当てる割当て手段と、各区分領域ごとに割当てられた摩擦係数に基づいて求められる摩擦応力と、各区分領域ごとに割当てられた熱伝達係数に基づいて求められる金型温度とを用いて金型の摩耗量を予測する摩耗量予測手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る金型摩耗量予測装置において、記憶手段は、区分手段により金型の加工領域を潤滑剤の吹付け状態に基づいて複数に分けられた区分領域を記憶し、検索手段は、記憶手段から、潤滑剤の吹付け状態を検索キーとして、区分領域を読み出すことが好ましい。

本発明に係る金型摩耗量予測装置において、潤滑剤の吹付け状態は、潤滑剤を供給するノズルの位置から金型までの吹付け距離と範囲とに基づいて特定されることが好ましい。

本発明に係る金型摩耗量予測方法は、鍛造加工用に潤滑剤を吹付けした金型と加工素材との間の摩擦係数に基づく摩擦応力と、金型と潤滑剤との間の熱伝達係数に基づく金型温度とを用いて金型の摩耗量を予測する金型摩耗量予測方法において、金型の加工領域を潤滑剤の吹付け状態に基づいて複数の区分領域に分ける区分工程と、金型への潤滑剤の吹付け状態ごとに関連づけて摩擦係数と熱伝達係数とをそれぞれ記憶する記憶手段から、潤滑剤の吹付け状態を検索キーとして、摩擦係数と熱伝達係数とをそれぞれ読み出す検索工程と、読み出された摩擦係数と熱伝達係数とを各区分領域にそれぞれ割当てる割当て工程と、各区分領域ごとに割当てられた摩擦係数に基づいて求められる摩擦応力と、各区分領域ごとに割当てられた熱伝達係数に基づいて求められる金型温度とを用いて金型の摩耗量を予測する摩耗量予測工程と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る金型摩耗量予測方法において、検索工程は、区分工程により金型の加工領域を潤滑剤の吹付け状態に基づいて複数に分けられた区分領域を記憶する記憶手段から、潤滑剤の吹付け状態を検索キーとして、区分領域を読み出すことが好ましい。

本発明に係る金型摩耗量予測方法において、潤滑剤の吹付け状態は、潤滑剤を供給するノズルの位置から金型までの吹付け距離と範囲とに基づいて特定されることが好ましい。

本発明に係る金型摩耗量予測プログラムは、鍛造加工用に潤滑剤を吹付けした金型と加工素材との間の摩擦係数に基づく摩擦応力と、金型と潤滑剤との間の熱伝達係数に基づく金型温度とを用いて金型の摩耗量を予測する金型摩耗量予測装置において実行される金型摩耗量予測プログラムであって、金型の加工領域を潤滑剤の吹付け状態に基づいて複数の区分領域に分ける区分処理手順と、金型への潤滑剤の吹付け状態ごとに関連づけて摩擦係数と熱伝達係数とをそれぞれ記憶する記憶手段から、潤滑剤の吹付け状態を検索キーとして、摩擦係数と熱伝達係数とをそれぞれ読み出す検索処理手順と、読み出された摩擦係数と熱伝達係数とを各区分領域にそれぞれ割当てる割当て処理手順と、各区分領域ごとに割当てられた摩擦係数に基づいて求められる摩擦応力と、各区分領域ごとに割当てられた熱伝達係数に基づいて求められる金型温度とを用いて金型の摩耗量を予測する摩耗量予測処理手順と、を実行させることを特徴とする。

本発明に係る金型摩耗量予測プログラムにおいて、検索処理手順は、区分処理手順により金型の加工領域を潤滑剤の吹付け状態に基づいて複数に分けられた区分領域を記憶する記憶手段から、潤滑剤の吹付け状態を検索キーとして、区分領域を読み出すことが好ましい。

本発明に係る金型摩耗量予測プログラムにおいて、潤滑剤の吹付け状態は、潤滑剤を供給するノズルの位置から金型までの吹付け距離と範囲とに基づいて特定されることが好ましい。

上記のように、本発明に係る金型摩耗量予測装置、金型摩耗量予測方法及び金型摩耗量予測プログラムによれば、金型の加工領域の中で潤滑剤の吹付け状態が異なるとき、精度良く金型の摩耗量を予測することができる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。図１は、金型摩耗量予測装置１０のブロック図である。

金型摩耗量予測装置１０は、ＣＰＵ１２と、キーボード等の入力手段１４と、ディスプレイ又はプリンタ等の出力手段１６と、記憶手段１８とを含んで構成され、これらは相互に内部バスで接続される。このような金型摩耗量予測装置１０は、コンピューターで構成でき、特に、金型の加工領域を複数の領域に区分して演算処理を行なうことに適する有限要素法解析用等のコンピューターを用いることができる。

記憶手段１８は、金型摩耗量予測装置プログラムの他、このプログラムを実行するのに用いられる摩擦係数データ２０、熱伝達係数データ２２等を格納する機能を有し、ハードディスク装置又は半導体メモリ等で構成できる。

摩擦係数データ２０は、実際の鍛造機を模擬して予め実験により求められる金型と加工素材との間の摩擦係数のデータで、具体的には潤滑剤の吹付け状態ごとに関連づけられてデータベース化できる。摩擦係数は、圧縮試験装置を用いて、リング圧縮試験、スパイクテスト又はしごき形損傷評価試験等により測定される（例えば、特開２００３−２９４７２７号公報参照）。そして、摩擦係数を測定する際には、窒化ホウ素系潤滑剤や黒鉛系潤滑剤等の潤滑剤の種類、潤滑剤の付着量、加工素材の温度、金型と加工素材のすべり面に関するすべり速度やすべり距離、金型と加工素材との界面性状、接触時間及び面圧、金型温度等が摩擦係数を測定するための因子として考慮される。

潤滑剤の吹付け状態は、広義には摩擦係数に影響を与えるすべてのパラメーターである。具体的には潤滑剤の種類による金型表面の状態、金型表面の潤滑剤の厚さ等の付着状態、潤滑剤が付着している金型の温度等が用いられる。実際の潤滑剤の吹付け状態は、上記の吹付け状態の組み合わせであり、その組み合わせ状態の１つ１つに関連づけて摩擦係数が記憶される。例えば上記の例では、潤滑剤の吹付け状態（潤滑剤Ａ、厚みａ、金型温度α）に対し実験的に求められる摩擦係数μ₁が、潤滑剤の吹付け状態（潤滑剤Ｂ、厚みｂ、金型温度β）に対し実験的に求められる摩擦係数μ₂が記憶される。そして、記憶手段１８から摩擦係数を読み出すには、潤滑剤の吹付け状態を検索キーとして行なう。

熱伝達係数データ２２は、実際の鍛造機を模擬して予め実験により求められる金型と潤滑剤との間の熱伝達係数のデータで、具体的には潤滑剤の吹きつけ状態ごとに対応する熱伝達係数が関連づけられてデータベース化できる。熱伝達係数は、潤滑剤の温度、金型温度、潤滑剤と金型との間を流れる熱量等に基づいて、一般的な伝熱工学の解析手法により求めることができる。熱伝達係数を求める際には、窒化ホウ素系潤滑剤や黒鉛系潤滑剤等の潤滑剤の種類や物理的性質が熱伝達係数を測定するための因子として考慮される。

潤滑剤の吹付け状態は、広義には熱伝達係数に影響を与えるすべてのパラメーターである。具体的には潤滑剤の種類や物性値、吹付ける潤滑剤の温度、潤滑剤が付着している金型の温度等が用いられる。実際の潤滑剤の吹付け状態は、上記の各潤滑剤の吹付け状態の組み合わせであり、その組み合わせ状態の１つ１つに関連づけて熱伝達係数が記憶される。例えば上記の例では、潤滑剤の吹付け状態（潤滑剤Ａ、潤滑剤温度ａ、金型温度α）に対し実験的に求められる熱伝達係数ｈ₁が、潤滑剤の吹付け状態（潤滑剤Ｂ、潤滑剤温度ｂ、金型温度β）に対し実験的に求められる熱伝達係数ｈ₂が記憶される。そして、記憶手段１８から熱伝達係数を読み出すには、潤滑剤の吹付け状態を検索キーとして行なう。

次に、ＣＰＵ１２について説明する。ＣＰＵ１２は、金型の加工領域を潤滑剤の吹付け状態に基づいて複数の区分領域に分ける区分手段２４と、記憶手段１８から各区分領域の吹付け状態を検索キーとして、対応する摩擦係数と熱伝達係数とを読み出す検索手段２６と、区分手段２４によって区分された各区分領域に、対応して読み出された摩擦係数と熱伝達係数とを割当てる割当て手段２８と、各区分領域ごとに割当てられた摩擦係数に基づいて摩擦応力を求め、各区分領域ごとに割当てられた熱伝達係数に基づいて金型温度を求め、これらから金型の摩耗量を予測する摩耗量予測手段３０と、を含んで構成される。これらの機能は、ソフトウエアによって実現され、具体的には、対応する金型摩耗量予測プログラムを実行することで実現することができる。なお、これらの機能の一部をハードウエアで実現してもよい。

次に、上記構成の金型摩耗量予測装置１０の作用について説明する。金型摩耗量予測の解析は、図２に示すような鍛造加工の工程を１サイクルとし、各サイクルについて繰り返し行なわれる。図２は、連続して型打ちされる鍛造加工の一部を抜き出して示すもので、加工開始、加工終了、搬送開始、潤滑、そして次の型打ちの手順が１サイクルとして繰り返される。なお、従来の解析は主に加工開始から加工終了のいわゆる塑性加工に重きがおかれていた。

図３は、金型摩耗量予測の手順の流れを示す図で、金型摩耗量予測プログラムの処理手順に対応する。金型の摩耗量予測の工程は、ＳＴＥＰ１で３次元ＣＡＤ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ）手段による潤滑剤の吹付け領域の幾何学状データを作成し、ＳＴＥＰ２で摩擦係数を金型の区分領域ごとに設定し、ＳＴＥＰ３で加工素材の加工解析を行い、ＳＴＥＰ４で熱伝達係数を設定して金型温度解析を行い、ＳＴＥＰ５で金型温度変化を算出し、ＳＴＥＰ６で金型の摩耗量を予測する手順で進められる。

ＳＴＥＰ１は、金型の加工領域を区分する工程で、３次元ＣＡＤ手段による潤滑剤の吹付け領域の幾何学状データを作成する工程である。ＳＴＥＰ１は、金型摩耗量予測装置１０のＣＰＵ１２に備えられる区分手段２４の機能によって実行される。ＳＴＥＰ１では３次元ＣＡＤ手段を用いて、金型の加工領域に対し、潤滑剤の吹付け距離と範囲とに基づいて潤滑剤の吹付け状態を解析して特定しモデル化する。図４は、摩擦係数と熱伝達係数の設定方法を示す図である。潤滑剤吹付け距離と範囲は、例えば、図４に示すように、潤滑ノズル３４から金型３６までの距離Ｌと、潤滑剤の広がり具合を示す角度θとに基づいて解析される。そして、摩擦係数に関連づけられる潤滑剤の吹付け状態と、熱伝達係数に関連づけられる潤滑剤の吹付け状態とに基づいて、金型３６の加工領域は複数の区分領域に分けられる。

図５は、図４に示す金型３６の加工領域を複数の区分領域に分けて、摩擦係数と熱伝達係数とを各区分領域ごとに割当てるまでを示すモデル図である。図５（Ａ）は、区分領域のモデル図であり、図５（Ｂ）は、各区分領域に対応する潤滑剤の吹付け状態を示す図であり、図５（Ｃ）は、各潤滑剤の吹付け状態と、摩擦係数と熱伝達係数との関連を示す図であり、図５（Ｄ）は、各区分領域と、摩擦係数と熱伝達係数との対応を示す図である。図４に示す複数の潤滑ノズル３４から金型３６に潤滑剤が吹付けられる例では、摩擦係数に関連づけられる潤滑剤の吹付け状態と、熱伝達係数に関連づけられる潤滑剤の吹付け状態から、図５（Ａ）に示すように区分領域Ｚ₁４２、区分領域Ｚ₂４４、区分領域Ｚ₃４６の３つの区分領域に区分するモデルを作成することができる。

そして図５（Ｂ）のように、区分領域Ｚ₁４２には、摩擦係数に関連づけられる潤滑剤の吹付け状態Ｍ_aと熱伝達係数に関連づけられる潤滑剤の吹付け状態Ｌ_aが対応する。同様に、区分領域Ｚ₂４４には、潤滑剤の吹付け状態Ｍ_bとＬ_bが対応し、区分領域Ｚ₃４６には、潤滑剤の吹付け状態Ｍ_cとＬ_cが対応する。なお、重なる区分領域については、単体の潤滑ノズル３４による潤滑剤の吹付け状態のモデルを自動的に重ね合わせてもよい。例えば、上述した図５（Ａ）と（Ｂ）の例では、潤滑剤の吹付け状態Ｍ_cをＭ_aとＭ_bとから自動的に設定し、潤滑剤の吹付け状態Ｌ_cをＬ_aとＬ_bとから自動的に設定することもできる。また、モデル化した区分領域については、金型摩耗量予測装置１０の記憶手段１８に含まれる区分領域データ３８として、再度利用するためデータベース化して記憶させておくこともできる。

ＳＴＥＰ２は、金型の区分領域ごとに摩擦係数を設定する工程である。ＳＴＥＰ２は、記憶手段１８に含まれる摩擦係数データ２０を用いて、金型摩耗量予測装置１０のＣＰＵ１２に備えられる検索手段２６と割当て手段２８との機能によって実行される。上記のように、潤滑ノズル３４の位置から金型３６までの吹付け距離と範囲とに基づいて特定される摩擦係数データ２０、例えば潤滑剤の付着量に起因する潤滑剤の吹付け状態に関連づけられる摩擦係数データ２０が、記憶手段１８に記憶されている。そして、好ましくは、潤滑剤の吹付け状態を特定するために、潤滑ノズル３４のノズル口径や断面積、潤滑剤の流速や流量等が考慮される。

ＳＴＥＰ２は、記憶手段１８に含まれる摩擦係数データ２０から、摩擦係数に関連づけられる潤滑剤の吹付け状態を検索キーとして、潤滑剤の吹付け状態に関連づけられる摩擦係数を読み出し、読み出された摩擦係数を割当て手段２８により、潤滑剤の吹付け状態により区分された各区分領域に割当てる。図４の例では、図５（Ｃ）に示すように、記憶手段１８に含まれる摩擦係数データ２０には、相互に関連づけられた潤滑剤の吹付け状態と摩擦係数の組が複数格納されている。潤滑剤の吹付け状態Ｍ_aは摩擦係数μ_aに関連づけられており、潤滑剤の吹付け状態Ｍ_bは摩擦係数μ_bに、潤滑剤の吹付け状態Ｍ_cは摩擦係数μ_cに、それぞれ関連づけられている。

次に、図５（Ｂ）から、区分領域Ｚ₁４２には潤滑剤の吹付け状態Ｍ_a、区分領域Ｚ₂４４には潤滑剤の吹付け状態Ｍ_b、区分領域Ｚ₃４６には、潤滑剤の吹付け状態Ｍ_cが対応するので、検索手段２６により潤滑剤の吹付け状態Ｍ_a、Ｍ_b、Ｍ_cを検索キーとして、関連づけられている摩擦係数μ_a、μ_b、μ_cをそれぞれ検索する。そして、図５（Ｄ）に示すように、割当て手段２８により、区分領域Ｚ₁４２には摩擦係数μ_a、区分領域Ｚ₂４４には摩擦係数μ_b、区分領域Ｚ₃４６には摩擦係数μ_cをそれぞれ割当てる。

ＳＴＥＰ３は、加工素材の加工解析をする工程である。ＳＴＥＰ３は、金型摩耗量予測装置１０のＣＰＵ１２に備えられる摩耗量予測手段３０の機能により実行される。この加工解析は、金型の形状、加工素材の形状、加熱条件等から、金型の区分領域ごとに設定された摩擦係数の分布を境界条件として、有限要素法による熱・変形連成解析等を用いて加工素材の解析を実施する。この様な解析手法は、明石他，「平成１０年度春季塑性加工講演論文」，１９９８，Ｐ３２５−３２６に示されている。この加工解析の結果、加工素材のいかなる部位にいかなる摩擦応力が作用し、いかなる変形をしていかなる歪みを生じ、いかなる温度となるか等が解析される。

ＳＴＥＰ４は、金型温度解析をする工程である。ＳＴＥＰ４は、金型摩耗量予測装置１０のＣＰＵ１２に備えられる摩耗量予測手段３０の機能により実行される。金型温度解析は、ＳＴＥＰ３で解析された金型温度の情報を引き継ぎ、潤滑剤と金型との間の熱伝達係数の分布を境界条件として、例えば特開２００４−３２５３２７号公報に記載されている方法により金型温度の解析を実施する。金型温度の解析は、評価したい金型摩耗の型打ち回数分について、繰り返し解析される。なお、本実施の形態では、素材の加工解析はＳＴＥＰ３で実施した初回の型打ち１サイクルのみ解析し、ＳＴＥＰ４では金型温度解析のみ実施している。なお、図６に示す他の実施の形態のように、加工素材の加工解析と金型温度解析の両方の解析を毎回行なってもよい。

熱伝達係数については、潤滑ノズル３４の位置から金型３６までの吹付け距離と範囲とに基づいて特定される熱伝達係数データ２２、例えば潤滑剤のレイノルズ数に起因する金型３６への潤滑剤の吹付け状態に関連づけられる熱伝達係数データ２２が、記憶手段１８に記憶される。そして、好ましくは、潤滑剤の吹付け状態を特定するために、潤滑ノズル３４の方向、位置、ノズル口径、断面積と、潤滑剤の流速、動粘度係数、流量等が考慮される。

ＳＴＥＰ４は、記憶手段１８に含まれる熱伝達係数データ２２から、熱伝達係数に関連づけられる潤滑剤の吹付け状態を検索キーとして、潤滑剤の吹付け状態に関連づけられる熱伝達係数を読み出し、読み出された熱伝達係数を割当て手段２８により各区分領域に割当てる。図４の例では、図５（Ｃ）に示すように、記憶手段１８に含まれる熱伝達係数データ２２には、潤滑剤の吹付け状態と熱伝達係数とが複数関連づけられている。潤滑剤の吹付け状態Ｌ_aは熱伝達係数ｈ_aに関連づけられており、潤滑剤の吹付け状態Ｌ_bは熱伝達係数ｈ_bに、潤滑剤の吹付け状態Ｌ_cは熱伝達係数ｈ_cに、それぞれ関連づけられている。

次に、図５（Ｂ）から、区分領域Ｚ₁には潤滑剤の吹付け状態Ｌ_a、区分領域Ｚ₂には潤滑剤の吹付け状態Ｌ_b、区分領域Ｚ₃には、潤滑剤の吹付け状態Ｌ_cが対応するので、検索手段２６により潤滑剤の吹付け状態Ｌ_a、Ｌ_b、Ｌ_cを検索キーとして、対応づけられている熱伝達係数ｈ_a、ｈ_b、ｈ_cをそれぞれ検索する。そして、図５（Ｄ）に示すように、割当て手段２８により、区分領域Ｚ₁４２には熱伝達係数ｈ_a、区分領域Ｚ₂４４には熱伝達係数ｈ_b、区分領域Ｚ₃４６には熱伝達係数ｈ_cをそれぞれ割当てる。

ＳＴＥＰ５は、金型温度変化を算出する工程である。ＳＴＥＰ５は、金型摩耗量予測装置１０のＣＰＵ１２に備えられる摩耗量予測手段３０の機能により実行される。ＳＴＥＰ４の金型温度解析から、金型の各区分領域における金型温度と型打ち回数に対応する時間との関係が求められる。図３のＳＴＥＰ５のグラフ４８は、金型温度が加工素材によって加熱されて上昇し潤滑剤の吹付け等により冷却されて低下する状態を繰り返し、一定の型打ち回数以上になると定常状態となる様子を示している。そして、金型温度と型打ち回数に対応する時間との積算値から、焼戻しによる金型の軟化状態を求めることができる。この積算値は、図３のＳＴＥＰ５のグラフ４８上で、金型温度軸と時間軸と温度曲線で囲まれた面積として示されている。

ＳＴＥＰ６は、金型の摩耗量を算出する工程である。ＳＴＥＰ６は、金型摩耗量予測装置１０のＣＰＵ１２に備えられる摩耗量予測手段３０の機能により実行され、出力手段１６の機能により表示される。金型の摩耗量は、ＳＴＥＰ３の加工素材の加工解析で得られた加工素材と金型との摩擦応力と、ＳＴＥＰ５の金型温度変化とに基づいて算出される。

摩擦応力と金型温度とに基づいて金型の摩耗量を算出する方法は、例えば特許文献１又は２に記載されている方法を用いることができ、摩擦応力と、すべり速度と、金型温度変化から求められる金型の降伏せん断応力と、型打ち回数とから金型の摩耗量を算出することができる。ここで、金型の降伏せん断応力は、特許文献１又は２に記載されている方法によれば、ＳＴＥＰ５で算出された金型の軟化状態を示す積算値と金型の硬さとの関係と、金型の硬さと金型の降伏せん断応力との関係から金型の降伏せん断応力を算出することができる。

以上、本発明に係る実施の形態である金型摩耗量予測装置、金型摩耗量予測方法及び金型摩耗量予測プログラムは、金型の加工領域の中で潤滑剤の吹付け状態が異なるとき、現実に近い条件で加工素材の変形形状と金型温度の解析をすることができ、精度良く金型の摩耗量を予測することができる。また、これまで鍛造現場のノウハウで実践されていた潤滑剤の潤滑ノズルの位置、潤滑剤の量等の最適化を解析で検証することができる。そして、鍛造部品の試作前に、本発明に係る金型摩耗量予測装置、金型摩耗量予測方法及び金型摩耗量予測プログラムを用いて、量産可能な金型を検討することができる。

本発明に係る実施の形態におけるブロック図である。本発明に係る実施の形態における鍛造加工工程の１サイクルと金型摩耗量予測の解析範囲を示す図である。本発明に係る実施の形態における鍛造加工用金型の潤滑剤吹付け解析を含む金型摩耗量予測の流れを示す図である。本発明に係る実施の形態における摩擦係数と熱伝達係数の設定方法を示す図である。本発明に係る実施の形態におけるモデル図であり、金型の加工領域を複数の区分領域に分けて、摩擦係数と熱伝達係数とを各区分領域に割当てるまでを示す。本発明に係る実施の形態における鍛造加工用金型の潤滑剤吹付け解析を含む金型摩耗量予測の流れを示す図である。従来の金型摩耗量予測における摩擦係数と熱伝達係数の設定方法を示す図である。

符号の説明

１０金型摩耗量予測装置、１２ＣＰＵ、１４入力手段、１６出力手段、１８記憶手段、２０摩擦係数データ、２２熱伝達係数データ、２４区分手段、２６検索手段、２８割当て手段、３０摩耗量予測手段、３４潤滑ノズル、３６金型、４２区分領域Ｚ₁、４４区分領域Ｚ₂、４６区分領域Ｚ_３、４８ＳＴＥＰ５のグラフ、５０潤滑ノズル、５２鍛造型。

Claims

鍛造加工用に潤滑剤を吹付けした金型と加工素材との間の摩擦係数に基づく摩擦応力と、金型と潤滑剤との間の熱伝達係数に基づく金型温度とを用いて金型の摩耗量を予測する金型摩耗量予測装置において、
金型への潤滑剤の吹付け状態ごとに関連づけて摩擦係数と熱伝達係数とをそれぞれ記憶する記憶手段と、
金型の加工領域を潤滑剤の吹付け状態に基づいて複数の区分領域に分ける区分手段と、
記憶手段から、潤滑剤の吹付け状態を検索キーとして、摩擦係数と熱伝達係数とをそれぞれ読み出す検索手段と、
読み出された摩擦係数と熱伝達係数とを各区分領域にそれぞれ割当てる割当て手段と、
各区分領域ごとに割当てられた摩擦係数に基づいて求められる摩擦応力と、各区分領域ごとに割当てられた熱伝達係数に基づいて求められる金型温度とを用いて金型の摩耗量を予測する摩耗量予測手段と、
を備えることを特徴とする金型摩耗量予測装置。
請求項１に記載の金型摩耗量予測装置において、
記憶手段は、区分手段により金型の加工領域を潤滑剤の吹付け状態に基づいて複数に分けられた区分領域を記憶し、検索手段は、記憶手段から、潤滑剤の吹付け状態を検索キーとして、区分領域を読み出すことを特徴とする金型摩耗量予測装置。
請求項１又は２に記載の金型摩耗量予測装置において、潤滑剤の吹付け状態は、潤滑剤を供給するノズルの位置から金型までの吹付け距離と範囲とに基づいて特定されることを特徴とする金型摩耗量予測装置。
鍛造加工用に潤滑剤を吹付けした金型と加工素材との間の摩擦係数に基づく摩擦応力と、金型と潤滑剤との間の熱伝達係数に基づく金型温度とを用いて金型の摩耗量を予測する金型摩耗量予測方法において、
金型の加工領域を潤滑剤の吹付け状態に基づいて複数の区分領域に分ける区分工程と、
金型への潤滑剤の吹付け状態ごとに関連づけて摩擦係数と熱伝達係数とをそれぞれ記憶する記憶手段から、潤滑剤の吹付け状態を検索キーとして、摩擦係数と熱伝達係数とをそれぞれ読み出す検索工程と、
読み出された摩擦係数と熱伝達係数とを各区分領域にそれぞれ割当てる割当て工程と、
各区分領域ごとに割当てられた摩擦係数に基づいて求められる摩擦応力と、各区分領域ごとに割当てられた熱伝達係数に基づいて求められる金型温度とを用いて金型の摩耗量を予測する摩耗量予測工程と、
を備えることを特徴とする金型摩耗量予測方法。
請求項４に記載の金型摩耗量予測方法において、検索工程は、区分工程により金型の加工領域を潤滑剤の吹付け状態に基づいて複数に分けられた区分領域を記憶する記憶手段から、潤滑剤の吹付け状態を検索キーとして、区分領域を読み出すことを特徴とする金型摩耗量予測方法。
請求項４又は５に記載の金型摩耗量予測方法において、潤滑剤の吹付け状態は、潤滑剤を供給するノズルの位置から金型までの吹付け距離と範囲とに基づいて特定されることを特徴とする金型摩耗量予測方法。
鍛造加工用に潤滑剤を吹付けした金型と加工素材との間の摩擦係数に基づく摩擦応力と、金型と潤滑剤との間の熱伝達係数に基づく金型温度とを用いて金型の摩耗量を予測する金型摩耗量予測装置において実行される金型摩耗量予測プログラムであって、
金型の加工領域を潤滑剤の吹付け状態に基づいて複数の区分領域に分ける区分処理手順と、
金型への潤滑剤の吹付け状態ごとに関連づけて摩擦係数と熱伝達係数とをそれぞれ記憶する記憶手段から、潤滑剤の吹付け状態を検索キーとして、摩擦係数と熱伝達係数とをそれぞれ読み出す検索処理手順と、
読み出された摩擦係数と熱伝達係数とを各区分領域にそれぞれ割当てる割当て処理手順と、
各区分領域ごとに割当てられた摩擦係数に基づいて求められる摩擦応力と、各区分領域ごとに割当てられた熱伝達係数に基づいて求められる金型温度とを用いて金型の摩耗量を予測する摩耗量予測処理手順と、
を実行させることを特徴とする金型摩耗量予測プログラム。
請求項７に記載の金型摩耗量予測プログラムにおいて、検索処理手順は、区分処理手順により金型の加工領域を潤滑剤の吹付け状態に基づいて複数に分けられた区分領域を記憶する記憶手段から、潤滑剤の吹付け状態を検索キーとして、区分領域を読み出すことを特徴とする金型摩耗量予測プログラム。
請求項７又は８に記載の金型摩耗量予測プログラムにおいて、潤滑剤の吹付け状態は、潤滑剤を供給するノズルの位置から金型までの吹付け距離と範囲とに基づいて特定されることを特徴とする金型摩耗量予測プログラム。