JP2007283385A - 金型の寿命予測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金型の摩耗量を正確に算出して、金型の寿命を精度良く予測できる金型の寿命予測方法を提供する。
【解決手段】鍛造金型の摩耗量を、成形品の質量変化に置き換えて算出しているので、摩耗量を正確に把握でき、しかも、その算出結果を分析して、鍛造回数がＮ回目の鍛造金型の累積摩耗量Ｑに係る数式Ｑ（Ｎ）＝Ａ・Ｐ／σ・Ｎ＋μ（Ａ：定数，Ｐ：鍛造面圧，σ：型温度による金型変形抵抗，μ：潤滑係数）を導き出し、この数式により摩耗限度量Ｂを越える際の鍛造回数Ｎ２を算出でき、鍛造金型の寿命を予測することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、鍛造金型の寿命を予測する金型の寿命予測方法に関するものである。

一般に、鍛造金型は、鍛造加工回数が増加するにしたがって摩耗が進行して、やがてその摩耗量が限度を越えると、寿命と判断されて新しい鍛造金型に交換される。
そして、従来、鍛造金型の寿命を予測する際には、型打作業者や型保全者がカンコツで鍛造金型の寿命を判断していた。すなわち、鍛造加工を重ねる度に生じる摩耗による鍛造金型の欠肉を目視により確認したり、また、成形品への型摩耗部位の張り付きにより起こる、成形品の搬送設備へのミスクランプの発生頻度により、さらには、過去の実績等により鍛造金型の寿命を判断していた。

このように、鍛造金型の寿命を判断するための具体的現象や数値等の判断基準が明確ではなく、作業者のカンコツに任されているため、作業者によって型寿命と判断する回数にバラツキが発生し、実際の寿命前に交換されてしまうと、型費の増加に繋がり、一方、実際の寿命よりも多く使用してしまうと、鍛造金型の欠肉による成形品の規格不良品が増加してしまう、という問題が生じていた。

そこで、特許文献１には、金型摩耗量予測方法として、熱・変形連成解析→機械的負荷（累積摩擦仕事量）の算出→金型表面温度の算出→金型高温強度の算出→摩擦せん断応力の算出→降伏強度比の算出→ゼロ摩耗閾値加工回数の算出→金型摩耗量の算出を順次行うことにより金型の寿命を予測することが開示されている。
特開２００２−３２１０３２号公報

しかしながら、特許文献１の発明では、上述した各項目を演算可能な処理能力の高い演算装置を必要とし、設備費が高くなり実用的ではない。また、特許文献１の発明では、算出された摩耗量の演算結果に係る信頼性について検証されておらず、しかも、鍛造加工の際の潤滑に係る項目についても検討されておらず、まだ改善の余地がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、金型の摩耗量を正確に算出して、金型の寿命を精度良く予測できる金型の寿命予測方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した金型の寿命予測方法の発明は、金型の摩耗量を算出して、該金型の寿命を予測する金型の寿命予測方法において、前記金型の摩耗量を、前記金型で成形された成形品の質量変化に置き換えて算出して、前記金型の寿命を予測することを特徴とするものである。
請求項２に記載した金型の寿命予測方法の発明は、金型の摩耗量を算出して、該金型の寿命を予測する金型の寿命予測方法において、前記金型は、鍛造金型であり、前記鍛造金型の摩耗量を、成形荷重、型温度による金型変形抵抗及び前記鍛造金型への潤滑形態により算出される潤滑係数を含む関係式により算出して、前記鍛造金型の寿命を予測することを特徴とするものである。
請求項３に記載した金型の寿命予測方法の発明は、請求項２に記載した発明において、前記潤滑係数は、前記鍛造金型への、潤滑液及びエアー吹き付け時間に基いて算出されることを特徴とするものである。

従って、請求項１に記載した金型の寿命予測方法の発明では、金型の摩耗量を、成形品の質量変化で置き換えて算出して、金型の寿命を予測する。
請求項２に記載した金型の寿命予測方法の発明では、鍛造金型の摩耗量を、成形荷重、型温度による金型変形抵抗及び鍛造金型への潤滑形態から算出される潤滑係数を含む関係式により算出して、鍛造金型の寿命を予測する。
請求項３に記載した金型の寿命予測方法の発明では、潤滑係数は、鍛造金型への、潤滑液及びエアー吹き付け時間に基いて算出される。

本発明によれば、金型の摩耗量を正確に算出して、金型の寿命を精度良く予測できる金型の寿命予測方法を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図１〜図３に基いて詳細に説明する。
鍛造加工では、鍛造回数が増加するにしたがって鍛造金型１の摩耗が進行する。図１においては、鍛造金型１の箇所４〜７において摩耗が進行している。
そして、本発明の実施の形態に係る金型の寿命予測方法では、鍛造金型１の摩耗量を、成形品１０の質量変化に置き換えて算出して、鍛造金型１の寿命を予測している。
すなわち、鍛造金型１の一加工あたりの摩耗量を、Ｎ回目の成形品１０の質量と、Ｎ＋１回目の成形品１０の質量との差分（増加分）に置き換えて算出している。
そこで、鍛造金型１の摩耗進展時には、摩耗による成形品１０の欠肉、すなわち鍛造加工時、素材が鍛造金型１の摩耗箇所４〜７に逃げるために、成形品１０に疎の部位が形成され、その疎の部位（欠肉）を無くすために、シャットハイトを成形品１０の厚さの許容範囲内で調整するようにしている。
そのために、鍛造金型１の摩耗量は、実際に測定された成形品１０の質量の増加分に、シャットハイトの調整分質量を加算して算出するようにしている。なお、シャットハイトの調整分質量は、図２に示すように、シャットハイト調整分（調整前シャットハイトＨ１−調整後シャットハイトＨ２）×成形品面積×比重で算出される。
そして、Ｎ回目の成形品１０の質量から基準となる成形品１０の質量を差し引いた差分に、シャットハイトの調整分質量を加算した値が、鍛造金型１の摩耗限度量に近づいていれば、鍛造金型１の寿命が近いと判断され、摩耗限度量を超えていれば、鍛造金型１の寿命であると判断することができる。

また、上述したように、鍛造金型１の摩耗量を、成形品１０の質量変化に置き換えて算出して、その算出結果を分析することにより、鍛造回数がＮ回目の鍛造金型１の累積摩耗量を次に説明する数式で算出可能となる。
すなわち、鍛造回数がＮ回目の累積摩耗量Ｑは、数式Ｑ（Ｎ）＝Ａ・Ｐ／σ・Ｎ＋μで算出可能となり、この数式は、図３に示すように、縦軸に摩耗量Ｑ、横軸に鍛造回数Ｎとしたグラフ上で、Ａ・Ｐ／σ（一加工あたりの摩耗量）を傾きとする１次関数となる。
なお、Ｎ：鍛造回数，Ａ：定数，Ｐ：成形荷重及び成形品投影面積から算出される鍛造面圧，σ：型温度による金型変形抵抗，μ：潤滑係数である。
また、鍛造面圧Ｐ及び金型変形抵抗σは、鍛造回数Ｎが増加しても変化しないものとして、潤滑係数μも鍛造回数Ｎに関係なく一定値である。
そして、図３に示すように、鍛造回数がＮ１回目の鍛造金型１の累積摩耗量Ｑ１は、数式Ｑ１＝Ａ・Ｐ／σ・Ｎ１＋μで算出でき、鍛造金型１の寿命までの残りの鍛造回数（Ｎ２−Ｎ１）は、数式（Ｎ２−Ｎ１）＝（Ｂ−Ｑ１）／（Ａ・Ｐ／σ）で算出できる。ここで、Ｂ：摩耗限度量である。

また、潤滑係数μは、鍛造金型１の上型２及び下型３のそれぞれに吹き付けられる、潤滑液吹き付け時間及びエアー吹き付け時間を基に算出され、鍛造回数Ｎに関係なく一定値である。
そこで、鍛造金型１の上下型２、３の両方に潤滑液及びエアーを吹き付ける移動ノズルが２箇所配置される形態では、例えば、潤滑係数μは、μ＝−１０．０５６×（第１移動ノズルからの上型への潤滑液吹き付け時間（秒））−１．５８０×（第１移動ノズルからの上型へのエアー吹き付け時間（秒））＋４．２８１×（第２移動ノズルからの上型への潤滑液吹き付け時間（秒））−２．５１４×（第２移動ノズルからの上型へのエアー吹き付け時間（秒））＋３．５１９×（第１移動ノズルからの下型への潤滑液吹き付け時間（秒））＋２３．１４×（第１移動ノズルからの下型へのエアー吹き付け時間（秒））＋３．５１０×（第２移動ノズルからの下型への潤滑液吹き付け時間（秒））−３．３２６×（第２移動ノズルからの下型へのエアー吹き付け時間（秒））−１２．５１０の数式が成り立つ。そして、潤滑係数μは、この数式に、第１及び第２移動ノズルからの上型２及び下型３への潤滑液及びエアーの吹き付け時間がそれぞれ入力されて算出される。
なお、この潤滑係数μは、鍛造加工の条件が変更された場合には、その加工条件に沿った数式が分析されて、潤滑係数μを新たに算出する必要がある。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る金型の寿命予測方法によれば、鍛造金型１の摩耗量を、成形品１０の質量変化に置き換えて算出しているので、鍛造金型１の摩耗量を正確に把握でき、しかも、その算出結果を分析して、鍛造回数がＮ回目の鍛造金型１の累積摩耗量Ｑに係る数式Ｑ（Ｎ）＝Ａ・Ｐ／σ・Ｎ＋μを導き出し、この数式により摩耗限度量Ｂを越える際の鍛造回数Ｎ２を算出でき、鍛造金型１の寿命を予測することができる。
このように、鍛造金型１の摩耗量を算出する数式には、特に、実際の加工環境に近づくように、鍛造金型１の上型２及び下型３への潤滑液及びエアー吹き付け時間により算出される潤滑係数μが付加されているので、予測する摩耗量の精度が良くなる。

また、上述した数式を処理する能力を有する演算装置を製造現場に設置しておけば、鍛造金型１の寿命を予測する際、前記演算装置に、鍛造加工時の条件、すなわち、鍛造面圧Ｐ、型温度による金型変形抵抗σ及び潤滑係数μを入力すれば、鍛造金型１の摩耗量限度量Ｂを越える際の鍛造回数Ｎ２を演算でき、従来のように作業者のカンコツに依存することなく、簡単に鍛造金型１の寿命を予測することができる。
その結果、作業者によって型寿命と判断する回数にバラツキが発生することなく、適宜の時期に鍛造金型１の交換ができ、従来のように、鍛造金型１の交換時期によって生じる不都合を無くすことができる。

図１は、鍛造金型の摩耗箇所を示す図である。 図２は、（ａ）はシャットハイト変更前で、（ｂ）はシャットハイト変更後の図である。 図３は、鍛造金型の摩耗量と鍛造回数との相関関係を示したものである。

符号の説明

１ 鍛造金型、２ 上型，３ 下型，４〜７ 摩耗箇所，１０ 成形品

Claims (3)

1. 金型の摩耗量を算出して、該金型の寿命を予測する金型の寿命予測方法において、
   前記金型の摩耗量を、前記金型で成形された成形品の質量変化に置き換えて算出して、前記金型の寿命を予測することを特徴とする金型の寿命予測方法。
2. 金型の摩耗量を算出して、該金型の寿命を予測する金型の寿命予測方法において、
   前記金型は、鍛造金型であり、前記鍛造金型の摩耗量を、成形荷重、型温度による金型変形抵抗及び前記鍛造金型への潤滑形態により算出される潤滑係数を含む関係式により算出して、前記鍛造金型の寿命を予測することを特徴とする金型の寿命予測方法。
3. 前記潤滑係数は、前記鍛造金型への、潤滑液及びエアー吹き付け時間に基いて算出されることを特徴とする請求項２に記載の金型の寿命予測方法。
   

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