JP2015013312A - Hot forging process evaluation system, and product - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique of measuring the temperature of a mold surface highly accurately taking mold wear into consideration in evaluation of a hot forging process.SOLUTION: A hot forging process evaluation system has: a plurality of thermocouples 26 joined to a mold 4 at different depths from the surface of the mold 4;a relational expression 14 between a ratio of temperature raising rate and a wear amount showing a relationship between a ratio of temperature raising rate among the plurality of thermocouples 26 and a wear amount of the mold 4 with respect to the ratio of temperature raising rate; and a calculation section 16 which calculates the wear amount of the mold 4 by the ratio of temperature raising rate among the plurality of thermocouples 26 based on temperature history by the plurality of thermocouples 26 by using the relational expression 14 between a ratio of temperature raising rate and a wear amount, calculates the temperature of the surface of the mold 4 by inverse analysis after correcting the depths of the plurality of thermocouples 26 by the calculated wear amount, and evaluates process of hot forging by the calculated temperature of the surface of the mold 4.

Description

本発明は、金属材料を変形抵抗が十分に低くなる高温まで熱して塑性加工を行う熱間プレス加工技術、そのなかでも熱間鍛造技術を対象として、金型表面温度を精度良く測定することで、プレス加工プロセスが適切に行われているかを評価する評価システム、およびこの評価システムにより評価して製造された製造物に関する。   The present invention is intended for hot press working technology in which a metal material is heated to a high temperature at which deformation resistance is sufficiently low to perform plastic working, particularly hot forging technology. The present invention relates to an evaluation system for evaluating whether or not a pressing process is properly performed, and a product manufactured by evaluation using the evaluation system.

金属材料の加工において、材料を塑性変形させて加工する加工方法を一般にプレス加工あるいは塑性加工と呼ぶ。プレス加工において、特に高温の加工、例えば、鉄系材料の加工であれば800℃以上の温度で加工する方法を熱間加工と呼ぶ。プレス加工は、板材を加工するものと、バルク材料を加工するものと、大きく2つに分けることができ、後者を鍛造と呼ぶ。鍛造は、金属に大変形を加えるために、大きな成形荷重を必要とする。また、歪量が大きいことから、室温で加工する冷間加工では亀裂を生じるなどの問題が起こりやすい。そこで、大型製品の鍛造加工は熱間で行われることが多い。   In processing a metal material, a processing method in which a material is plastically deformed is generally called press processing or plastic processing. In press working, a method of working at a temperature of 800 ° C. or higher is called hot working if the work is particularly high temperature, for example, iron-based material. The press working can be roughly divided into two types, one for processing a plate material and one for processing a bulk material, and the latter is called forging. Forging requires a large forming load in order to apply a large deformation to a metal. In addition, since the amount of strain is large, problems such as cracks are likely to occur in cold working performed at room temperature. Therefore, forging of large products is often performed hot.

熱間鍛造には、金型の温度を200〜300℃程度に加熱し、材料温度を800〜1200℃程度に加熱して鍛造する通常の熱間鍛造と、金型ごと炉内に入れて材料と同じ温度に加熱する恒温鍛造がある。恒温鍛造は、一般に超塑性成形など長時間の加工時間を必要とする特殊な加工に適用される。本発明が対象とするのは、金型温度が200〜300℃程度に保持された通常の熱間鍛造である。   For hot forging, the temperature of the mold is heated to about 200 to 300 ° C., the material temperature is heated to about 800 to 1200 ° C. and forging is performed, and the mold is placed in a furnace together with the material. There is a constant temperature forging that heats to the same temperature. Constant temperature forging is generally applied to special processing that requires a long processing time such as superplastic forming. The present invention is intended for normal hot forging in which the mold temperature is maintained at about 200 to 300 ° C.

熱間鍛造を行う目的は、成形荷重を下げることだけではない。金属材料は、もともとは鋳造により作られるが、鋳造では内部に引け巣が生じたり、結晶粒が粗大であるなど、そのままの材料は強度的な信頼性が不足する。これを、熱間鍛造で大変形を加え熱処理することで、内部の引け巣をなくすことができる。また、結晶粒に大歪を加えて熱処理を行うと結晶粒が微細化する。このことを再結晶による結晶粒の微細化と呼ぶ。小さな結晶粒径は亀裂の進展を防止し材料の靭性向上につながる。   The purpose of hot forging is not only to reduce the molding load. The metal material is originally made by casting, but the cast material has a shrinkage cavity inside, or the crystal grains are coarse, so that the material as it is has insufficient strength reliability. An internal shrinkage cavity can be eliminated by heat-treating this with a large deformation by hot forging. Further, when a large strain is applied to the crystal grains and the heat treatment is performed, the crystal grains become finer. This is called crystal grain refinement by recrystallization. A small crystal grain size prevents the growth of cracks and leads to improved toughness of the material.

再結晶による微細化は、大変形を加えたことにより結晶内に大量に導入された転移の弾性エネルギーを駆動力とし、転移を吸収するように新たな粒界が生じることにより行われる。粒界もエネルギーを持ち結晶粒径が小さい状態は、エネルギー的には準安定な状態であり、高温で保持すると徐々に結晶粒径は成長する。再結晶後の粒径には鍛造により導入される歪、歪速度、温度が影響する。そのため、望ましい結晶粒径の材料を得るためには、鍛造加工で加える歪量や歪速度とともに温度を厳密に管理することが重要である。   Refinement by recrystallization is carried out by generating new grain boundaries so as to absorb the transition by using the elastic energy of the transition introduced in large quantities in the crystal as a result of large deformation. The state where the grain boundary also has energy and the crystal grain size is small is a metastable state in terms of energy, and the crystal grain size gradually grows when held at a high temperature. Strain introduced by forging, strain rate, and temperature affect the grain size after recrystallization. Therefore, in order to obtain a material having a desired crystal grain size, it is important to strictly control the temperature together with the strain amount and strain rate applied in the forging process.

特に、ジェットエンジンのタービンディスクに用いられるNi基耐熱合金では、低サイクル疲労に耐えるために平均粒径が10μm程度の材料組織を求められる。10μmというのは、一般に流通する金属材料と比較して10分の1程度の結晶粒径であり極めて小さい。また、高い粒界エネルギーを持ち不安定な状態であるため、材料温度が適切な温度を上回ると容易に結晶粒が成長してしまう。そのため、10℃程度の幅での材料温度の制御が求められる。   In particular, a Ni-based heat-resistant alloy used for a turbine disk of a jet engine is required to have a material structure having an average particle size of about 10 μm in order to withstand low cycle fatigue. 10 μm is a crystal grain size that is about one-tenth of that of a generally distributed metal material and is extremely small. Moreover, since it is in an unstable state with high grain boundary energy, crystal grains easily grow when the material temperature exceeds an appropriate temperature. Therefore, control of the material temperature in the width | variety about 10 degreeC is calculated | required.

タービンディスクの熱間鍛造においては、精密に温度管理された炉中で1000℃前後に材料を加熱し、金型上に輸送し鍛造を行うが、高温のため材料温度が時々刻々と変化し、本来は金型内で材料温度を計れることが望ましい。特に、鍛造時間を通して一貫して測定を行うには、金型内で温度測定を行うことが必要である。   In the hot forging of a turbine disk, the material is heated to around 1000 ° C. in a precisely temperature-controlled furnace, transported onto a mold and forged. However, due to the high temperature, the material temperature changes every moment, Originally, it is desirable to measure the material temperature in the mold. In particular, it is necessary to perform temperature measurement in the mold in order to perform measurement consistently throughout the forging time.

例えば、先行技術文献として、特許文献1〜3などがある。特許文献1に示されるのは、ホットスタンプと呼ばれる金属薄板の熱間加工で用いる材料温度の測定方法に関するものである。この技術は、材料に接触し熱電対を取り付ける箇所を極薄板とすることで、熱容量を小さくし材料温度への熱電対の測定温度の追従性を高めたものである。   For example, there are Patent Documents 1 to 3 as prior art documents. Patent Document 1 shows a method for measuring a material temperature used in hot working of a thin metal plate called a hot stamp. In this technique, the location where the thermocouple is attached in contact with the material is an ultrathin plate, thereby reducing the heat capacity and improving the followability of the thermocouple measurement temperature to the material temperature.

また、特許文献2に示されているのは、波長の異なる2種類の赤外線の強度分布から算出される測定温度分布の差分値に基づいて金型表面の被膜の膜厚を測定し、それに基づき放射率分布を補正し、金型の表面温度を精度よく測定する表面温度検査装置である。   Further, Patent Document 2 shows that the film thickness of the coating film on the mold surface is measured based on the difference value of the measured temperature distribution calculated from the intensity distribution of two types of infrared rays having different wavelengths, and based on that. This is a surface temperature inspection device that corrects the emissivity distribution and accurately measures the surface temperature of the mold.

また、特許文献3は、鋳型または金型に埋没された2点の計温データを用いて非定常電熱逆問題解析を行うことにより、金型の稼動面の温度を演算する温度測定方法を用いるものである。それを用いて、稼動面の温度より稼動面のかじりを判断する。あるいは、鍛造物の凝固点と金型表面の温度の差が一定値(潤滑剤の電熱抵抗による温度低下量)より小さくなった場合に焼きつきが生じたと判断する方法である。   Patent Document 3 uses a temperature measurement method that calculates the temperature of the working surface of a mold by performing an unsteady electrothermal inverse problem analysis using temperature data of two points embedded in a mold or a mold. Is. Using it, the galling of the operating surface is judged from the temperature of the operating surface. Alternatively, it is a method of determining that seizure has occurred when the difference between the freezing point of the forged product and the temperature of the mold surface is smaller than a certain value (temperature decrease amount due to the electric heating resistance of the lubricant).

特開2011―83812号公報JP 2011-83812 A 特開2008―215957号公報JP 2008-215957 A 特開2007―167871号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2007-167871

ところで、前記特許文献1〜3を含む従来技術に関して、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。   By the way, as a result of the study by the present inventor regarding the prior art including the Patent Documents 1 to 3, the following has been clarified.

前記特許文献1に示される方法は、金型にかかる圧力が比較的小さい板材の加工に適した方法であるが、鍛造加工では金型に材料の降伏応力を越える圧力がかかっており、極薄板で形成された温度測定装置では破損をまぬがれない。   The method disclosed in Patent Document 1 is a method suitable for processing a plate material in which the pressure applied to the mold is relatively small. However, in forging, a pressure exceeding the yield stress of the material is applied to the mold, The temperature measuring device formed in the above cannot be damaged.

また、前記特許文献2に示される方法では、材料のない状態での金型表面の温度は測定できるが、加工中の金型表面の温度は測定できない。   In the method disclosed in Patent Document 2, the temperature of the mold surface in the absence of material can be measured, but the temperature of the mold surface during processing cannot be measured.

また、前記特許文献3に示される方法では、鍛造中の金型表面の温度を測定することが可能である。例えば、熱間鍛造で金型と材料の接触している時間は0.1秒程度から10秒程度と短く、金型中の熱の流れは非定常である。一般に、熱間鍛造時の金型温度の測定のように非定常な熱伝導の現象を逆解析で扱うには、初期条件としての温度分布と、境界条件としての温度履歴が必要であり、境界条件の座標は既知である必要がある。   Further, according to the method disclosed in Patent Document 3, it is possible to measure the temperature of the die surface during forging. For example, the time during which the mold and the material are in contact with each other during hot forging is as short as about 0.1 seconds to about 10 seconds, and the heat flow in the mold is unsteady. In general, in order to handle the phenomenon of unsteady heat conduction by inverse analysis, such as measurement of mold temperature during hot forging, temperature distribution as an initial condition and temperature history as a boundary condition are required. The condition coordinates need to be known.

しかし、熱間鍛造金型は1つの金型で一般に数千〜数万回の加工を行い、その過程で金型表面が摩耗する。金型摩耗により熱電対の深さが変化した場合には、その深さを求め摩耗後の熱電対深さで金型表面温度の逆解析を行わなければ、逆解析で精度よく金型表面温度を算出することはできない。   However, a hot forging die is generally processed several thousand to several tens of thousands of times with one die, and the die surface is worn in the process. If the thermocouple depth changes due to wear of the mold, if the depth is obtained and the inverse analysis of the mold surface temperature is not performed using the post-wear thermocouple depth, the mold surface temperature is accurately determined by reverse analysis. Cannot be calculated.

そこで、金型摩耗による熱電対の深さの変化を測定し、逆解析の入力条件での熱電対深さを変更し、より高精度で金型表面の温度を算出する手法が求められている。   Therefore, there is a need for a method for measuring the temperature of the mold surface with higher accuracy by measuring the change in the thermocouple depth due to mold wear and changing the thermocouple depth under the input conditions of inverse analysis. .

また、ミクロ組織の観察による結晶粒径の測定は、生産管理に適用するには、高コストであり、精度の高い温度測定で、結晶粒成長のリスクの高いワークをスクリーニングする技術も求められている。   In addition, the measurement of the crystal grain size by observing the microstructure is expensive to apply to production management, and there is also a need for a technique for screening work with a high risk of crystal grain growth by high-precision temperature measurement. Yes.

そこで、本発明では上記のような課題を解決し、その代表的な目的は、熱間鍛造プロセスの評価において、金型摩耗を考慮して高精度に金型表面の温度を測定する技術を提供することにある。   Therefore, the present invention solves the above-described problems, and a typical object thereof is to provide a technique for measuring the temperature of the mold surface with high accuracy in consideration of mold wear in the evaluation of the hot forging process. There is to do.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

すなわち、代表的な熱間鍛造プロセス評価システムは、温度測定器による温度履歴を用いて金型の表面の温度を逆解析により算出し、この算出した前記金型の表面の温度で熱間鍛造のプロセスを評価するシステムである。このシステムは、前記金型の表面より異なる深さで前記金型に接合された複数の前記温度測定器と、前記複数の温度測定器の相互間における昇温速度比と、この昇温速度比に対する前記金型の摩耗量との関係を示した昇温速度比・摩耗量関係情報と、前記昇温速度比・摩耗量関係情報を用いて、前記複数の温度測定器による温度履歴に基づいた前記複数の温度測定器の相互間における昇温速度比より前記金型の摩耗量を算出し、この算出した摩耗量で前記複数の温度測定器の深さを補正した後に逆解析により前記金型の表面の温度を算出し、この算出した前記金型の表面の温度で熱間鍛造のプロセスを評価する演算部と、を有する。   That is, a typical hot forging process evaluation system calculates the temperature of the mold surface by inverse analysis using the temperature history by the temperature measuring device, and performs hot forging at the calculated temperature of the mold surface. A system for evaluating processes. The system includes a plurality of temperature measuring devices bonded to the mold at different depths from the surface of the mold, a temperature rising rate ratio between the plurality of temperature measuring devices, and the temperature rising rate ratio. Based on temperature history by the plurality of temperature measuring devices using the temperature rise rate ratio / wear amount relation information indicating the relationship between the mold wear amount and the temperature rise rate ratio / wear amount relation information. The amount of wear of the mold is calculated from the heating rate ratio between the plurality of temperature measuring devices, and the mold is subjected to inverse analysis after correcting the depth of the plurality of temperature measuring devices with the calculated amount of wear. And a calculation unit that evaluates the hot forging process at the calculated surface temperature of the mold.

また、前記熱間鍛造プロセス評価システムにより評価して製造された製造物にも適用するものである。   Further, the present invention is also applied to a product manufactured by being evaluated by the hot forging process evaluation system.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

すなわち、代表的な効果は、熱間鍛造プロセスの評価において、金型摩耗を考慮して高精度に金型表面の温度を測定することができる。   That is, a typical effect is that the temperature of the mold surface can be measured with high accuracy in consideration of mold wear in the evaluation of the hot forging process.

本発明の一実施の形態における熱間鍛造プロセス評価システムの概要構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of schematic structure of the hot forging process evaluation system in one embodiment of this invention. 図1の熱間鍛造プロセス評価システムにおいて、上型の熱電対ユニットが装着されている箇所の一例を示す拡大図である。In the hot forging process evaluation system of FIG. 1, it is an enlarged view which shows an example of the location where the upper mold | type thermocouple unit is mounted | worn. 図1の熱間鍛造プロセス評価システムにおいて、熱電対ユニットの一例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an example of a thermocouple unit in the hot forging process evaluation system of FIG. 1. 図1の熱間鍛造プロセス評価システムにおいて、熱電対ユニットの摩耗量の一例を説明する断面図である。In the hot forging process evaluation system of FIG. 1, it is sectional drawing explaining an example of the abrasion loss of a thermocouple unit. 本発明の一実施の形態におけるシミュレーションにおいて、有限要素法解析の条件の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the conditions of a finite element method analysis in the simulation in one embodiment of the present invention. 図5の条件において、解析結果の一例を表示する図である。It is a figure which displays an example of an analysis result on the conditions of FIG. 図5の条件において、摩耗量を考慮せずに金型表面温度を逆解析した結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result of having carried out the reverse analysis of the metal mold | die surface temperature, without considering the amount of wear on the conditions of FIG. 図6の結果において、最初の0.1秒の温度履歴の一例を示す図である。In the result of FIG. 6, it is a figure which shows an example of the temperature history of the first 0.1 second. 図8の結果において、摩耗量と昇温速度比との関係の一例を説明する図である。In the result of FIG. 8, it is a figure explaining an example of the relationship between wear amount and a temperature increase rate ratio. 図9の結果により、金型摩耗量評価アルゴリズムに用いる関係式の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the relational expression used for a metal mold | die wear amount evaluation algorithm with the result of FIG. 図5の条件において、摩耗量を考慮して距離を補正した場合と、摩耗量を考慮せずに距離を補正していない場合の金型表面温度の逆解析結果の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a reverse analysis result of a mold surface temperature when the distance is corrected in consideration of the wear amount and the distance is not corrected without considering the wear amount under the conditions of FIG. 5. 図1の熱間鍛造プロセス評価システムにおいて、表示部に表示される温度履歴表示画面の一例を示す図である。In the hot forging process evaluation system of FIG. 1, it is a figure which shows an example of the temperature history display screen displayed on a display part. 図12の温度履歴表示画面から遷移する熱流量表示画面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the heat flow display screen which changes from the temperature history display screen of FIG. 図12のグラフ表示部に表示する昇温速度比表示画面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the temperature increase rate ratio display screen displayed on the graph display part of FIG. 図1の熱間鍛造プロセス評価システムにおいて、表示部に表示される過去の実績データとの比較表示画面の一例を示す図である。In the hot forging process evaluation system of FIG. 1, it is a figure which shows an example of a comparison display screen with the past performance data displayed on a display part. 図1の熱間鍛造プロセス評価システムにより評価して製造された熱間鍛造品の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the hot forging goods manufactured by evaluating with the hot forging process evaluation system of FIG.

以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant and one is the other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.

[実施の形態の概要]
まず、実施の形態の概要について説明する。本実施の形態の概要では、一例として、括弧内に実施の形態の対応する構成要素の符号等を付して説明する。
[Outline of the embodiment]
First, an outline of the embodiment will be described. In the outline of the present embodiment, as an example, the reference numerals of the corresponding components of the embodiment are given in parentheses.

本実施の形態の代表的な熱間鍛造プロセス評価システムは、温度測定器による温度履歴を用いて金型(金型4(下型2、上型3))の表面の温度を逆解析により算出し、この算出した前記金型の表面の温度で熱間鍛造のプロセスを評価するシステムである。このシステムは、前記金型の表面より異なる深さで前記金型に接合された複数の前記温度測定器(熱電対26(熱電対A28、熱電対B29))と、前記複数の温度測定器の相互間における昇温速度比と、この昇温速度比に対する前記金型の摩耗量との関係を示した昇温速度比・摩耗量関係情報(昇温速度比・摩耗量関係式14)と、前記昇温速度比・摩耗量関係情報を用いて、前記複数の温度測定器による温度履歴に基づいた前記複数の温度測定器の相互間における昇温速度比より前記金型の摩耗量を算出し、この算出した摩耗量で前記複数の温度測定器の深さを補正した後に逆解析により前記金型の表面の温度を算出し、この算出した前記金型の表面の温度で熱間鍛造のプロセスを評価する演算部(演算部16)と、を有する。   The representative hot forging process evaluation system of the present embodiment calculates the surface temperature of a mold (mold 4 (lower mold 2, upper mold 3)) by inverse analysis using a temperature history by a temperature measuring instrument. In this system, the hot forging process is evaluated based on the calculated temperature of the mold surface. The system includes a plurality of temperature measuring devices (thermocouple 26 (thermocouple A28, thermocouple B29)) joined to the die at different depths from the surface of the die, and a plurality of temperature measuring devices. Temperature rise rate ratio / wear amount relation information (temperature rise rate ratio / wear amount relational expression 14) showing the relationship between the temperature rise rate ratio between each other and the wear amount of the mold with respect to the temperature rise rate ratio; Using the temperature rise rate ratio / wear amount relation information, the wear amount of the mold is calculated from the temperature rise rate ratio between the plurality of temperature measuring devices based on the temperature history by the plurality of temperature measuring devices. Then, after correcting the depths of the plurality of temperature measuring devices with the calculated wear amount, the surface temperature of the mold is calculated by inverse analysis, and the hot forging process is performed at the calculated surface temperature of the mold. And a calculation unit (calculation unit 16).

以下、上述した実施の形態の概要に基づいた一実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、一実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, an embodiment based on the outline of the above-described embodiment will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.

[一実施の形態]
本実施の形態における熱間鍛造プロセス評価システム、およびこの熱間鍛造プロセス評価システムにより評価して製造された製造物について、図1〜図16を用いて説明する。本実施の形態では、例えば、ジェットエンジンのタービンディスクの熱間鍛造プロセスを例に説明するが、これに限定されるものではない。
[One Embodiment]
A hot forging process evaluation system in the present embodiment and a product manufactured by evaluation using the hot forging process evaluation system will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, for example, a hot forging process of a turbine disk of a jet engine will be described as an example, but the present invention is not limited to this.

<熱間鍛造プロセス評価システムの構成および動作>
まず、図1を用いて、本実施の形態における熱間鍛造プロセス評価システムの構成および動作について説明する。図1は、この熱間鍛造プロセス評価システムの概要構成の一例を示す図である。
<Configuration and operation of hot forging process evaluation system>
First, the configuration and operation of the hot forging process evaluation system in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of this hot forging process evaluation system.

本実施の形態における熱間鍛造プロセス評価システムは、材料1を加工する下型2と上型3とからなる金型4と、金型4の温度を測定する熱電対ユニット5と、熱電対ユニット5からの信号を受信する受信機6と、受信機6からの信号を受信して処理する熱電対信号処理装置7と、熱電対信号処理装置7に接続された操作部18などから構成される。   The hot forging process evaluation system in the present embodiment includes a mold 4 composed of a lower mold 2 and an upper mold 3 for processing a material 1, a thermocouple unit 5 for measuring the temperature of the mold 4, and a thermocouple unit. 5 includes a receiver 6 that receives a signal from 5, a thermocouple signal processing device 7 that receives and processes the signal from the receiver 6, and an operation unit 18 that is connected to the thermocouple signal processing device 7. .

材料1は、プレス(図示せず)のボルスター(図示せず)に取り付けられた下型2と、スライド(図示せず)に取り付けられた上型3とで加工する。この下型2と上型3とを合わせて金型4と呼ぶ。金型4の材料1に接触する面には、金型4の温度を測定する温度測定器である熱電対ユニット5が複数組み込まれている。図1では、それぞれ、下型2に3個、上型3に3個の熱電対ユニット5が組み込まれた例を示し、1個の熱電対ユニット5は2組の熱電対26より構成されている。詳細は後述するが、熱電対ユニット5は、金型4の表面から異なる2種類の深さで熱電対が接合されている。この金型4の温度を測定する温度測定器は、熱電対に限定されるものではなく、温度が測定できるものであればよい。   The material 1 is processed by a lower die 2 attached to a bolster (not shown) of a press (not shown) and an upper die 3 attached to a slide (not shown). The lower mold 2 and the upper mold 3 are collectively referred to as a mold 4. A plurality of thermocouple units 5, which are temperature measuring instruments for measuring the temperature of the mold 4, are incorporated on the surface of the mold 4 that contacts the material 1. FIG. 1 shows an example in which three thermocouple units 5 are incorporated in the lower die 2 and three thermocouple units 5 are incorporated in the upper die 3, respectively. Each thermocouple unit 5 is composed of two thermocouples 26. Yes. Although details will be described later, the thermocouple unit 5 is joined to the thermocouple unit 5 at two different depths from the surface of the mold 4. The temperature measuring device for measuring the temperature of the mold 4 is not limited to a thermocouple, and any device that can measure the temperature may be used.

受信機6は、入力側が金型4に組み込まれた熱電対ユニット5に接続され、出力側が熱電対信号処理装置7に接続されている。この受信機6では、熱電対ユニット5から発せられる電圧信号を受信し、この電圧を温度に換算し、この温度のデータを熱電対信号処理装置7に送信する。   The receiver 6 is connected to the thermocouple unit 5 incorporated in the mold 4 on the input side, and connected to the thermocouple signal processing device 7 on the output side. The receiver 6 receives a voltage signal emitted from the thermocouple unit 5, converts this voltage into a temperature, and transmits data of this temperature to the thermocouple signal processing device 7.

熱電対信号処理装置7は、熱電対温度履歴データベース9、金型表面温度履歴データベース11、金型表面温度計算アルゴリズム12、金型摩耗量評価アルゴリズム13、昇温速度比・摩耗量関係式14、熱間鍛造プロセス良否判定基準15、熱電対深さデータ17などを保存する。また、熱電対信号処理装置7は、これらの保存したデータ、アルゴリズムなどを用いて、各種演算処理を実行する演算部16を有している。   The thermocouple signal processing device 7 includes a thermocouple temperature history database 9, a mold surface temperature history database 11, a mold surface temperature calculation algorithm 12, a mold wear amount evaluation algorithm 13, a temperature increase rate ratio / wear amount relational expression 14, The hot forging process pass / fail judgment criteria 15, thermocouple depth data 17 and the like are stored. In addition, the thermocouple signal processing device 7 includes a calculation unit 16 that executes various calculation processes using the stored data, algorithms, and the like.

熱電対温度履歴データベース9は、受信機6から受信した温度のデータを熱電対温度履歴データ8として保存するデータベースである。金型表面温度履歴データベース11は、 金型表面温度履歴データ10を保存するデータベースである。金型表面温度計算アルゴリズム12は、金型4の表面温度を計算するアルゴリズムである。金型摩耗量評価アルゴリズム13は、金型4の摩耗量を評価するアルゴリズムである。   The thermocouple temperature history database 9 is a database that stores temperature data received from the receiver 6 as thermocouple temperature history data 8. The mold surface temperature history database 11 is a database for storing the mold surface temperature history data 10. The mold surface temperature calculation algorithm 12 is an algorithm for calculating the surface temperature of the mold 4. The mold wear amount evaluation algorithm 13 is an algorithm for evaluating the wear amount of the mold 4.

昇温速度比・摩耗量関係式14は、熱電対の相互間における昇温速度比と金型4の摩耗量との関係を示した式である。この昇温速度比と摩耗量との関係を示した情報は、式に限らず、表などでもよい。熱間鍛造プロセス良否判定基準15は、熱間鍛造プロセスの良否を判定する基準となるデータである。熱電対深さデータ17は、金型4の表面からの熱電対の深さを示すデータである。   The temperature increase rate ratio / wear amount relational expression 14 is an expression showing the relationship between the temperature increase rate ratio between the thermocouples and the wear amount of the mold 4. The information indicating the relationship between the temperature increase rate ratio and the wear amount is not limited to a formula but may be a table. The hot forging process quality determination criterion 15 is data serving as a criterion for determining the quality of the hot forging process. The thermocouple depth data 17 is data indicating the depth of the thermocouple from the surface of the mold 4.

操作部18は、表示部19、キーボード20、マウス21などから構成されている。操作部18は、熱電対信号処理装置7に接続されており、ユーザはキーボード20とマウス21の操作により熱電対信号処理装置7と通信し、表示部19に金型表面温度履歴データ10や熱電対温度履歴データ8や熱電対深さデータ17などを表示することが可能である。また、表示部19には、金型表面温度履歴データベース11の複数の金型表面温度履歴データ10を統計的に処理した結果を表示することも可能である。   The operation unit 18 includes a display unit 19, a keyboard 20, a mouse 21, and the like. The operation unit 18 is connected to the thermocouple signal processing device 7, and the user communicates with the thermocouple signal processing device 7 by operating the keyboard 20 and the mouse 21, and the mold surface temperature history data 10 and the thermoelectrics are displayed on the display unit 19. It is possible to display temperature history data 8, thermocouple depth data 17, and the like. The display unit 19 can also display a result of statistical processing of a plurality of mold surface temperature history data 10 in the mold surface temperature history database 11.

この熱間鍛造プロセス評価システムにおける動作は、以下の通りである。熱間鍛造プロセスの過程において、金型4の表面から異なる2種類の深さで熱電対が接合されている熱電対ユニット5から、金型4の表面温度を測定するための電圧信号が発せられる。この熱電対ユニット5から発せられた電圧信号は受信機6に送られ、受信機6で電圧を温度に換算し、この温度のデータは熱電対信号処理装置7に送られる。   The operation in this hot forging process evaluation system is as follows. In the course of the hot forging process, a voltage signal for measuring the surface temperature of the mold 4 is generated from the thermocouple unit 5 in which the thermocouple is joined at two different depths from the surface of the mold 4. . The voltage signal emitted from the thermocouple unit 5 is sent to the receiver 6, and the receiver 6 converts the voltage into a temperature. The temperature data is sent to the thermocouple signal processing device 7.

熱電対信号処理装置7は、受信機6から受けた温度のデータを熱電対温度履歴データ8として熱電対温度履歴データベース9に保存する。また、この熱電対信号処理装置7には、予め、金型表面温度計算アルゴリズム12、金型摩耗量評価アルゴリズム13、昇温速度比・摩耗量関係式14、熱間鍛造プロセス良否判定基準15が保存されている。さらに、熱電対深さデータ17の初期値も予め保存されている。この熱電対深さデータ17の初期値とは、金型4が摩耗する前の金型4の表面からの熱電対の深さを示すデータである。   The thermocouple signal processing device 7 stores the temperature data received from the receiver 6 in the thermocouple temperature history database 9 as thermocouple temperature history data 8. In addition, the thermocouple signal processing device 7 has a die surface temperature calculation algorithm 12, a die wear amount evaluation algorithm 13, a temperature increase rate ratio / wear amount relational expression 14, and a hot forging process pass / fail judgment criterion 15 in advance. Saved. Further, the initial value of the thermocouple depth data 17 is also stored in advance. The initial value of the thermocouple depth data 17 is data indicating the depth of the thermocouple from the surface of the mold 4 before the mold 4 is worn.

熱電対信号処理装置7では、演算部16において、金型表面温度計算アルゴリズム12に従い、熱電対深さデータ17の初期値を用いて、熱電対温度履歴データベース9に保存した熱電対温度履歴データ8を処理し、金型表面温度履歴データ10を算出する。この算出した金型表面温度履歴データ10は、金型表面温度履歴データベース11に保存する。   In the thermocouple signal processing device 7, the thermocouple temperature history data 8 stored in the thermocouple temperature history database 9 is used in the calculation unit 16 according to the mold surface temperature calculation algorithm 12 using the initial value of the thermocouple depth data 17. Is processed, and the mold surface temperature history data 10 is calculated. The calculated mold surface temperature history data 10 is stored in the mold surface temperature history database 11.

また、演算部16は、熱電対温度履歴データ8と昇温速度比・摩耗量関係式14を用いて、金型摩耗量評価アルゴリズム13に従って金型4の摩耗量を求め、この金型4の摩耗量により熱電対深さデータ17を変更する。   Further, the calculation unit 16 obtains the wear amount of the mold 4 according to the mold wear amount evaluation algorithm 13 using the thermocouple temperature history data 8 and the temperature increase rate ratio / wear amount relational expression 14, and the mold 4 The thermocouple depth data 17 is changed according to the amount of wear.

この変更した熱電対深さデータ17を用いて、金型4の摩耗量を考慮した金型表面温度履歴データ10を算出する。すなわち、金型4の摩耗後の熱電対深さデータ17で金型4の表面の温度を逆解析により算出する。この算出した金型4の摩耗量を考慮した金型表面温度履歴データ10は、金型表面温度履歴データベース11に保存する。   Using this changed thermocouple depth data 17, die surface temperature history data 10 is calculated in consideration of the wear amount of the die 4. That is, the surface temperature of the mold 4 is calculated by inverse analysis using the thermocouple depth data 17 after the mold 4 is worn. The mold surface temperature history data 10 in consideration of the calculated wear amount of the mold 4 is stored in the mold surface temperature history database 11.

そして、演算部16は、金型表面温度履歴データベース11に保存した、金型4の摩耗量を考慮した金型表面温度履歴データ10を用いて、熱間鍛造プロセス良否判定基準15に従い、熱間鍛造プロセスの良否を判断する。   Then, the calculation unit 16 uses the mold surface temperature history data 10 in consideration of the wear amount of the mold 4 and stored in the mold surface temperature history database 11 according to the hot forging process pass / fail judgment criterion 15. Judge the quality of the forging process.

以上の処理により、昇温速度比・摩耗量関係式14を用いて、熱電対ユニット5による温度履歴に基づいた複数の熱電対の相互間における昇温速度比より金型4の摩耗量を算出し、この算出した摩耗量で複数の熱電対の深さを補正した後に逆解析により金型4の表面の温度を算出し、この算出した金型4の表面の温度で熱間鍛造のプロセスを評価することができる。   With the above processing, the wear amount of the mold 4 is calculated from the temperature increase rate ratio among a plurality of thermocouples based on the temperature history by the thermocouple unit 5 using the temperature increase rate ratio / wear amount relational expression 14. Then, after correcting the depth of the plurality of thermocouples with the calculated wear amount, the surface temperature of the mold 4 is calculated by inverse analysis, and the hot forging process is performed at the calculated surface temperature of the mold 4. Can be evaluated.

さらに、この熱間鍛造のプロセスの評価を熱間鍛造の生産管理に適用した場合には、この評価結果を用いて製造後の熱間鍛造品の検査数を変えることができる。例えば、平均との乖離が大きいときは品質検査に回す数を増やし、平均に近いロットでは検査にまわす数を減らすなどの生産体制を構築することが可能となる。   Furthermore, when the evaluation of the hot forging process is applied to the production management of the hot forging, the number of inspections of the hot forged product after manufacture can be changed using the evaluation result. For example, it is possible to construct a production system in which the number of times used for quality inspection is increased when the deviation from the average is large, and the number used for inspection is reduced for lots close to the average.

<熱電対ユニットの構造>
図2〜図3を用いて、前述した熱電対ユニット5の構造について説明する。
<Structure of thermocouple unit>
The structure of the thermocouple unit 5 described above will be described with reference to FIGS.

図2は、上型3の熱電対ユニット5が装着されている箇所の一例を示す拡大図である(上側の図の○部分を下側の図に拡大して示す)。なお、図示しないが、下型2の熱電対ユニット5が装着されている箇所の拡大図も、上下が反転することを除けば同様である。   FIG. 2 is an enlarged view showing an example of a portion where the thermocouple unit 5 of the upper mold 3 is mounted (the circled portion in the upper drawing is shown enlarged in the lower drawing). In addition, although not shown in figure, the enlarged view of the location where the thermocouple unit 5 of the lower mold 2 is mounted is the same except that the top and bottom are reversed.

図2において、上型3には、熱電対ユニット装着部22と、熱電対導入部23と、逃げ加工部24の加工が施されている。熱電対ユニット装着部22は、熱電対ユニット5を装着する部分であり、熱電対ヘッド25と同一形状を除去加工したものである。熱電対導入部23は、熱電対26を導入する部分であり、熱電対ユニット装着部22よりも細い径としている。これは、鍛造により熱電対ヘッド25にかかる圧力を受ける面を形成するためである。また逃げ加工部24は、細径の深い穴を掘るのが困難なため、大径の穴加工を行っているものである。   In FIG. 2, the upper die 3 is processed with a thermocouple unit mounting portion 22, a thermocouple introduction portion 23, and a relief processing portion 24. The thermocouple unit mounting portion 22 is a portion where the thermocouple unit 5 is mounted, and is formed by removing the same shape as the thermocouple head 25. The thermocouple introduction part 23 is a part for introducing the thermocouple 26 and has a diameter smaller than that of the thermocouple unit mounting part 22. This is to form a surface that receives pressure applied to the thermocouple head 25 by forging. Moreover, since it is difficult to dig a deep hole with a small diameter, the relief processing part 24 performs a large-diameter hole.

図3は、熱電対ユニット5の一例を示す斜視図である。熱電対ユニット5は、熱電対ヘッド25と、2組の熱電対26(熱電対A28、熱電対B29)より構成されている。熱電対ヘッド25は円柱形状からなり、その中央部に形成された溝部に2組の熱電対26が接合されている。熱電対ヘッド25の材質は、上型3および下型2と同じ材質である。これは、熱電対ヘッド25の表面から熱電対ユニット5までの熱伝導の状態を、上型3および下型2と同じにするためである。   FIG. 3 is a perspective view showing an example of the thermocouple unit 5. The thermocouple unit 5 includes a thermocouple head 25 and two sets of thermocouples 26 (thermocouple A28 and thermocouple B29). The thermocouple head 25 has a cylindrical shape, and two sets of thermocouples 26 are joined to a groove formed at the center thereof. The material of the thermocouple head 25 is the same material as the upper mold 3 and the lower mold 2. This is to make the state of heat conduction from the surface of the thermocouple head 25 to the thermocouple unit 5 the same as the upper mold 3 and the lower mold 2.

熱電対26(熱電対A28、熱電対B29)は、本来2本の異なる材質の線より構成されるが、図3では1組の熱電対を1本の線で簡略化して表している。熱電対26は、接合部で熱電対ヘッド25と接合されている。この接合方法は、抵抗溶接や超音波接合など熱による溶融部が少ない方法が望ましい。   The thermocouple 26 (thermocouple A28, thermocouple B29) is originally composed of two lines made of different materials, but in FIG. 3, one set of thermocouples is simply represented by one line. The thermocouple 26 is joined to the thermocouple head 25 at the joint. As this joining method, a method with few melted parts due to heat, such as resistance welding or ultrasonic joining, is desirable.

図3において、熱電対ヘッド25の下面が図2に示す上型3の下表面と同一面となる。熱電対ヘッド25の表面から熱電対26との接合部である溶接部27までの距離が、距離Aと距離Bである。図1の熱電対深さデータ17には、距離Aと距離Bが記録されている。ここでは、距離Aの熱電対26を熱電対A28とし、距離Bの熱電対26を熱電対B29とする。熱電対深さデータの逆解析を行うために、距離Aと距離Bは異なる数字とし、摩耗しない状態では距離Bは距離Aの2倍とする。ただし、ここでは距離Bは距離Aの2倍としているが、2倍でなくとも逆解析は可能である。また、距離A、距離Bを大きくとると逆解析の精度が落ちるため、0.1〜10mm程度の距離が望ましい。   In FIG. 3, the lower surface of the thermocouple head 25 is flush with the lower surface of the upper mold 3 shown in FIG. The distances from the surface of the thermocouple head 25 to the welded portion 27, which is a joint portion with the thermocouple 26, are distance A and distance B. The distance A and the distance B are recorded in the thermocouple depth data 17 of FIG. Here, the thermocouple 26 at a distance A is a thermocouple A28, and the thermocouple 26 at a distance B is a thermocouple B29. In order to perform reverse analysis of the thermocouple depth data, the distance A and the distance B are different numbers, and the distance B is twice the distance A in a state where the distance is not worn. Here, the distance B is twice the distance A, but the inverse analysis is possible even if it is not twice. Further, if the distance A and the distance B are increased, the accuracy of the inverse analysis is lowered, and therefore a distance of about 0.1 to 10 mm is desirable.

熱電対26(熱電対A28、熱電対B29)は、熱電対導入部23と逃げ加工部24を通して金型4の外まで伸ばし、受信機6に接続されている。受信機6と熱電対26の間には、安価な補償導線を用いてもよい。受信機6で電圧を温度に換算し、熱電対温度履歴データ8として変換される。   The thermocouple 26 (thermocouple A 28, thermocouple B 29) extends outside the mold 4 through the thermocouple introduction part 23 and the escape processing part 24, and is connected to the receiver 6. An inexpensive compensation conductor may be used between the receiver 6 and the thermocouple 26. The voltage is converted into temperature by the receiver 6 and converted as thermocouple temperature history data 8.

距離Aと距離Bの2つの熱電対の熱電対温度履歴データ8を、金型表面温度計算アルゴリズム12を用いて、金型4の表面温度を算出する。金型表面温度計算アルゴリズム12の一例は式(1)に示す。   The surface temperature of the mold 4 is calculated from the thermocouple temperature history data 8 of the two thermocouples of the distance A and the distance B using the mold surface temperature calculation algorithm 12. An example of the mold surface temperature calculation algorithm 12 is shown in Equation (1).

金型4の表面温度の算出には、式(1)に示す一次元非定常熱伝導の逆問題を解いた、いわゆる庄司の式を用いる。庄司の式では、同時刻の熱電対の温度データだけでなく、前後の時刻の温度データも用いて表面温度を算出する。   For the calculation of the surface temperature of the mold 4, a so-called Shoji formula that solves the inverse problem of the one-dimensional unsteady heat conduction shown in the formula (1) is used. According to Shoji's equation, the surface temperature is calculated using not only the temperature data of the thermocouple at the same time but also the temperature data at the previous and subsequent times.

そのため、アナログの連続したデータである熱電対26の発する信号を受信機6で温度に変換した後、Δtごとに離散化し熱電対温度履歴データ8に記録する。例えば、1ミリ秒ごとのインクリメントデータとなっている。式(1)において、Ts(i)は、熱電対ヘッド25の表面のiインクリメントにおける温度を示す。S(i)は、距離Aの熱電対A28のiインクリメントにおける温度を示す。S(i+1)、S(i―1)はそれぞれ、Δtだけ後と前の距離Aの熱電対A28の温度である。T(i)は、距離Bの熱電対B29の温度である。T(i+1)、T(i―1)も、距離Aの熱電対A28と同様に、距離Bの熱電対B29の1インクリメント後と1インクリメント前の温度である。KからKまでの係数は、式(2)〜式(7)の各式により算出することができる。 Therefore, after the signal generated by the thermocouple 26 that is analog continuous data is converted into temperature by the receiver 6, it is discretized every Δt and recorded in the thermocouple temperature history data 8. For example, it is increment data every 1 millisecond. In Equation (1), Ts (i) indicates the temperature at i increments on the surface of the thermocouple head 25. S (i) indicates the temperature in i increments of the thermocouple A28 at the distance A. S (i + 1) and S (i−1) are the temperatures of the thermocouple A28 at the distance A after and before Δt, respectively. T (i) is the temperature of the thermocouple B29 at the distance B. Similarly to the thermocouple A28 at the distance A, T (i + 1) and T (i-1) are temperatures after 1 increment and before the increment of the thermocouple B29 at the distance B. The coefficients from K 1 to K 6 can be calculated by the equations (2) to (7).

ここで、xが距離Aと同値であり、xは距離Bと同値である。κは温度伝導率であり、α、αは式(8)のαを用いて、β、βは式(9)のβを用いて計算される。Bはベルヌーイ数である。 Here, x 1 is the same value as the distance A, and x 2 is the same value as the distance B. κ is the temperature conductivity, α 1 and α 2 are calculated using α n in equation (8), and β 1 and β 2 are calculated using β n in equation (9). Br is the Bernoulli number.

<熱電対ユニットの摩耗量とこれを考慮した検討結果>
図4〜図11を用いて、前述した熱電対ユニット5の摩耗量とこれを考慮した検討結果について説明する。
<The amount of wear of the thermocouple unit and the results of examination considering this>
The amount of wear of the above-described thermocouple unit 5 and the examination results considering this will be described with reference to FIGS.

図4は、熱電対ユニット5の摩耗量の一例を説明する断面図である。図4において、左側の図の熱電対ユニットが摩耗する前のものであり、右側の図の熱電対ユニットが摩耗量30だけ摩耗した後のものである。摩耗量30により、熱電対A28と熱電対B29の距離Aと距離Bはそれぞれ、距離A’と距離B’に変化する。   FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining an example of the wear amount of the thermocouple unit 5. In FIG. 4, the thermocouple unit shown in the left figure is before the wear, and the thermocouple unit shown in the right figure is worn after the wear amount 30. Due to the wear amount 30, the distance A and the distance B between the thermocouple A28 and the thermocouple B29 change to a distance A 'and a distance B', respectively.

前述した式(1)の係数K〜Kの算出には距離Aと距離Bの値を用いるため、金型4の摩耗により距離Aと距離Bが変化した場合に熱電対深さデータ17を実態に合わせて変更し、係数K〜Kを算出し直すことが、正確な金型4の表面温度の算出には必要である。 Since the values of the distance A and the distance B are used to calculate the coefficients K 1 to K 6 of the above-described equation (1), the thermocouple depth data 17 is obtained when the distance A and the distance B change due to wear of the mold 4. In order to calculate the surface temperature of the mold 4 accurately, it is necessary to recalculate the coefficients K 1 to K 6 according to the actual condition.

しかし、金型4に熱電対ユニット5を装着した状態で熱電対の距離Aと距離Bを再度測定することは困難である。また、材料の温度ばらつきも熱電対の温度履歴には影響するため、1つの熱電対の温度履歴から熱電対深さを算出することも原理的に不可能である。   However, it is difficult to measure the distance A and the distance B of the thermocouple again with the thermocouple unit 5 mounted on the mold 4. In addition, since the temperature variation of the material also affects the temperature history of the thermocouple, it is theoretically impossible to calculate the thermocouple depth from the temperature history of one thermocouple.

そこで、本発明者らは、代表的な耐熱Ni基合金であるNCF718と、代表的な熱間鍛造金型材料であるSKD61(ともにJIS規格名)で、熱間鍛造を模した有限要素法による熱伝導解析を行い、金型表面温度履歴と異なる深さにおける温度履歴を求め、摩耗量30の変化を見出せる特徴量がないかを詳細に検討した。この検討結果を導くためのシミュレーションについて、図5〜図11を用いて説明する。   Therefore, the present inventors have used a finite element method simulating hot forging with NCF718, which is a typical heat-resistant Ni-based alloy, and SKD61 (both are JIS standard names), which is a typical hot forging die material. A heat conduction analysis was performed, a temperature history at a depth different from the mold surface temperature history was obtained, and a detailed study was made as to whether or not there is a feature quantity that can find a change in the amount of wear 30. A simulation for deriving the examination result will be described with reference to FIGS.

図5は、有限要素法解析の条件の一例を説明する図である。右側は材種がSKD61の金型で、左側は材種がNCF718の材料である。金型の初期温度は300℃であり、材料の初期温度は1000℃である。一次元の解析で金型と材料の長さはそれぞれ100mmである。接触面と反対の面は本解析中に温度変化することはない。大型鍛造品の熱間鍛造を模擬するために、本解析では加工中として10秒間、金型と材料を接触させ、所定の熱伝達係数で熱伝導解析を行った。続けて、金型と材料を離して10秒間の熱伝導解析を行った。   FIG. 5 is a diagram for explaining an example of conditions for the finite element method analysis. The right side is a mold with a grade of SKD61 and the left side is a grade with a grade of NCF718. The initial temperature of the mold is 300 ° C., and the initial temperature of the material is 1000 ° C. In the one-dimensional analysis, the length of the mold and the material is 100 mm each. The surface opposite the contact surface does not change temperature during this analysis. In order to simulate the hot forging of a large forged product, in this analysis, the mold and the material were brought into contact for 10 seconds during processing, and the heat conduction analysis was performed with a predetermined heat transfer coefficient. Subsequently, the mold was separated from the material, and a heat conduction analysis was performed for 10 seconds.

図6は、解析結果の一例を表示する図である。図6では、横軸に時間、縦軸に温度をとり、金型表面からの熱電対の深さが異なる場合の変化を、時間と温度との関係で表している。この解析では、熱電対A28の距離Aは0.5mmで、熱電対B29の距離Bは1.0mmである。それに対して、金型表面が0.2mm摩耗した場合の距離Aは0.3mmであり、距離Bは0.8mmである。図6に示すように、摩耗により、熱電対A28と熱電対B29それぞれの温度履歴は上昇しているのが分かる。温度が最も高い点は、鍛造終了時温度である。   FIG. 6 is a diagram displaying an example of the analysis result. In FIG. 6, time is plotted on the horizontal axis, and temperature is plotted on the vertical axis, and changes when the depth of the thermocouple from the mold surface are different are represented by the relationship between time and temperature. In this analysis, the distance A of the thermocouple A28 is 0.5 mm, and the distance B of the thermocouple B29 is 1.0 mm. On the other hand, the distance A when the mold surface is worn by 0.2 mm is 0.3 mm, and the distance B is 0.8 mm. As shown in FIG. 6, it can be seen that the temperature history of each of thermocouple A28 and thermocouple B29 is increased due to wear. The highest temperature is the temperature at the end of forging.

図7は、摩耗量を考慮せずに金型表面温度を逆解析した結果の一例を示す図である。図7では、摩耗により、熱電対A28の深さが0.3mmに、熱電対B29の深さが0.8になったにも関わらず、熱電対深さデータ17を変更せず、0.5mmと1.0mmとして、金型表面温度を逆解析した結果を示している。実線が有限要素法解析で求まった金型表面の正しい温度履歴であり、破線が金型表面の0.2mmの摩耗を考慮せずに逆解析により求まった金型表面の温度履歴である。両者には10℃以上の乖離があり、Ni基合金の鍛造のように精度の高い温度管理が求められる熱間鍛造では、摩耗を考慮しないことは不十分な測定精度であることが分かる。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a result of inverse analysis of the mold surface temperature without considering the wear amount. In FIG. 7, although the depth of the thermocouple A28 is 0.3 mm and the depth of the thermocouple B29 is 0.8 due to wear, the thermocouple depth data 17 is not changed. The results of inverse analysis of the mold surface temperature are shown as 5 mm and 1.0 mm. The solid line is the correct temperature history of the mold surface obtained by the finite element method analysis, and the broken line is the temperature history of the mold surface obtained by the inverse analysis without considering the 0.2 mm wear of the mold surface. There is a divergence of 10 ° C. or more between the two, and it can be seen that in hot forging that requires high-precision temperature control like forging of Ni-based alloy, it is insufficient measurement accuracy not to consider wear.

前述した図6を詳細に検討すると、金型表面からの熱電対の深さの違いによる温度履歴の違いは、鍛造開始時に大きく、次第に緩和されていくことが見て取れる。図8は、最初の0.1秒の温度履歴の一例を示す図である。一番上の線が金型表面温度であり、2番目が深さ0.1mmでの温度履歴である。0.1mmごとに深さ1.0mmまでの温度履歴を示している。   Examining FIG. 6 in detail, it can be seen that the difference in temperature history due to the difference in the depth of the thermocouple from the mold surface is large at the start of forging and is gradually relaxed. FIG. 8 is a diagram showing an example of the first 0.1 second temperature history. The uppermost line is the mold surface temperature, and the second is the temperature history at a depth of 0.1 mm. A temperature history up to a depth of 1.0 mm is shown for every 0.1 mm.

このうち、熱電対温度が350℃〜400℃の範囲の昇温速度について、熱電対A28と熱電対B29についての比を取ると摩耗の影響が見てとれることを本発明者らは見出した。   Among these, the present inventors have found that the influence of wear can be seen by taking a ratio of the thermocouple A28 and the thermocouple B29 for the temperature rising rate in the range of 350 ° C. to 400 ° C.

図9は、摩耗量と昇温速度比との関係の一例を説明する図である。図9では、摩耗量30と、そのとき(摩耗後)の熱電対A28と熱電対B29の深さと、それぞれの昇温(350℃→400℃)速度と、その比(熱電対Aの昇温速度/熱電対Bの昇温速度)を示している。図9において、摩耗量の変化に対する昇温速度比は、0mmのときは2.7、0.1mmのときは3.1、0.2mmのときは3.6、0.3mmのときは4.6、0.4mmのときは6.6となった。すなわち、図9により、昇温速度比は、摩耗により大きく変化することが分かる。   FIG. 9 is a diagram for explaining an example of the relationship between the wear amount and the heating rate ratio. In FIG. 9, the amount of wear 30, the depth of thermocouple A28 and thermocouple B29 at that time (after wear), the respective rate of temperature rise (350 ° C. → 400 ° C.), and the ratio (temperature rise of thermocouple A) Speed / temperature increase rate of thermocouple B). In FIG. 9, the heating rate ratio with respect to the change in the amount of wear is 2.7 at 0 mm, 3.1 at 0.1 mm, 3.6 at 0.2 mm, 4 at 0.3 mm. 6.6 and 0.4 mm, it was 6.6. That is, it can be seen from FIG. 9 that the temperature increase rate ratio changes greatly due to wear.

図10は、図1の金型摩耗量評価アルゴリズム13に用いる関係式の一例を説明する図である。図10では、図9の摩耗量と昇温速度比との関係を示している。図10に示すように、摩耗量と昇温速度比との関係の昇温速度比・摩耗量関係式14は、三次関数(y=ax−bx+cx+d)でよく近似することができる。よって、予め求めた図10の関係を内挿補間式あるいは近似多項式として熱電対信号処理装置7に保存しておき、それを用いて金型摩耗量評価アルゴリズム13により、熱電対A28と熱電対B29の2つの熱電対の昇温速度比を評価すれば摩耗量30を推定することが可能となる。 FIG. 10 is a diagram for explaining an example of a relational expression used in the mold wear amount evaluation algorithm 13 of FIG. FIG. 10 shows the relationship between the wear amount and the temperature increase rate ratio in FIG. As shown in FIG. 10, the temperature increase rate ratio / wear amount relational expression 14 between the wear amount and the temperature increase rate ratio can be well approximated by a cubic function (y = ax 3 −bx 2 + cx + d). Therefore, the relationship of FIG. 10 obtained in advance is stored in the thermocouple signal processing device 7 as an interpolation equation or approximate polynomial, and the thermocouple A28 and thermocouple B29 are used by the die wear amount evaluation algorithm 13 using the relationship. The amount of wear 30 can be estimated by evaluating the temperature increase rate ratio of these two thermocouples.

図11は、摩耗量30を考慮して距離Aと距離Bを補正した場合と、摩耗量30を考慮せずに距離Aと距離Bを補正していない場合の金型表面温度の逆解析結果の一例を示す図である。実線が金型表面の温度履歴であり、一点鎖線が補正を行わずに逆解析を行った場合の結果である。点線が、補正を行い、逆解析を行った場合の結果である。このような結果から、昇温速度比を用いて熱電対A28と熱電対B29の深さの変化を把握することで高精度な測定を行えることが分かる。   FIG. 11 shows results of inverse analysis of the mold surface temperature when the distance A and the distance B are corrected in consideration of the wear amount 30 and when the distance A and the distance B are not corrected without taking the wear amount 30 into consideration. It is a figure which shows an example. The solid line is the temperature history of the mold surface, and the alternate long and short dash line is the result when reverse analysis is performed without correction. The dotted line is the result when correction is performed and reverse analysis is performed. From these results, it can be seen that high-accuracy measurement can be performed by grasping the change in the depth of the thermocouple A28 and the thermocouple B29 using the temperature increase rate ratio.

この金型摩耗量評価アルゴリズム13で求めた金型表面温度履歴データ10は、金型表面温度履歴データベース11に保存される。   The mold surface temperature history data 10 obtained by the mold wear amount evaluation algorithm 13 is stored in the mold surface temperature history database 11.

<表示画面>
図12〜図15を用いて、前述した図1の表示部19に表示される画面について説明する。
<Display screen>
The screen displayed on the display unit 19 of FIG. 1 described above will be described with reference to FIGS.

図12は、図1の表示部19に表示される温度履歴表示画面31の一例を示す図である。温度履歴表示画面31は、グラフ表示部32と、特徴量表示部33より構成される。グラフ表示部32は、一方の軸(横軸)に時間を、もう一方の軸(縦軸)に温度をとり、時間に対する金型表面の温度履歴を表示する。   FIG. 12 is a diagram showing an example of the temperature history display screen 31 displayed on the display unit 19 of FIG. The temperature history display screen 31 includes a graph display unit 32 and a feature amount display unit 33. The graph display unit 32 takes time on one axis (horizontal axis) and temperature on the other axis (vertical axis), and displays the temperature history of the mold surface with respect to time.

特徴量表示部33は、金型最高温度表示部34、鍛造終了時金型温度表示部35、材料温度表示部36、単位面積当たり熱流入量表示部37、熱流量表示ボタン38などより構成される。   The feature amount display unit 33 includes a mold maximum temperature display unit 34, a forging end mold temperature display unit 35, a material temperature display unit 36, a heat inflow amount display unit 37 per unit area, a heat flow display button 38, and the like. The

金型最高温度表示部34は、鍛造中の最高温度を表示する。鍛造終了時金型温度表示部35は、鍛造終了時の金型表面温度を表示する。材料温度表示部36は、熱伝達係数を用いて金型表面温度から算出した材料温度を表示する。単位面積当たり熱流入量表示部37には、金型表面温度履歴データ10より算出した熱流量を単位面積当たりに算出して表示する。   The mold maximum temperature display unit 34 displays the maximum temperature during forging. The die temperature display unit 35 at the end of forging displays the die surface temperature at the end of forging. The material temperature display unit 36 displays the material temperature calculated from the mold surface temperature using the heat transfer coefficient. In the heat inflow amount display unit 37 per unit area, the heat flow rate calculated from the mold surface temperature history data 10 is calculated per unit area and displayed.

熱流量表示ボタン38は、熱流量表示画面に遷移させるためのボタンであり、この熱流量表示ボタン38を押すことで、後述する図13に示す熱流量表示画面39に遷移する。   The heat flow display button 38 is a button for making a transition to the heat flow display screen, and when the heat flow display button 38 is pressed, the heat flow display button 38 makes a transition to a heat flow display screen 39 shown in FIG.

本実施の形態における温度履歴の特徴量は、特徴量表示部33に示したものに制限するものではない。   The feature quantity of the temperature history in the present embodiment is not limited to that shown in the feature quantity display unit 33.

図12の温度履歴表示画面31では、摩耗量で距離Aと距離Bを補正した距離A’と距離B’を用いた方法で金型表面温度を逆解析した結果を表示する。また、金型表面温度履歴データベース11に蓄積された金型表面温度履歴データ10を、統計的に処理して平均温度履歴の曲線などを表示する。また、プロセスウインドーを表示し、鍛造がその間に収まっているかを判断することもできる。人間が判断するだけでなく、熱間鍛造プロセス良否判定基準15を用いて演算部16が自動で処理して、表示部19に表示してもよい。   The temperature history display screen 31 in FIG. 12 displays the result of inverse analysis of the mold surface temperature by the method using the distance A ′ and the distance B ′ obtained by correcting the distance A and the distance B by the wear amount. Further, the mold surface temperature history data 10 accumulated in the mold surface temperature history database 11 is statistically processed to display an average temperature history curve and the like. It is also possible to display the process window and determine if the forging is in the meantime. In addition to being judged by a human, the calculation unit 16 may automatically process and display on the display unit 19 using the hot forging process pass / fail judgment criterion 15.

図13は、熱流量表示画面39の一例を示す図である。熱流量表示画面39は、グラフ表示部32と、金型最高温度表示部34、鍛造終了時金型温度表示部35、材料温度表示部36、単位面積当たり熱流入量表示部37、温度履歴表示ボタン40などより構成される。   FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the heat flow display screen 39. The heat flow display screen 39 includes a graph display section 32, a mold maximum temperature display section 34, a forging end mold temperature display section 35, a material temperature display section 36, a heat inflow amount display section 37 per unit area, and a temperature history display. It consists of buttons 40 and the like.

グラフ表示部32は、横軸に時間を、縦軸に熱流量をとり、時間に対する熱流量の変化を表示する。温度履歴表示ボタン40は、温度履歴表示画面に遷移させるためのボタンであり、この温度履歴表示ボタン40を押すと、図12に示した温度履歴表示画面31に遷移する。   The graph display unit 32 displays time on the horizontal axis, heat flow on the vertical axis, and changes in heat flow with respect to time. The temperature history display button 40 is a button for making a transition to the temperature history display screen. When the temperature history display button 40 is pressed, the temperature history display button 40 is changed to the temperature history display screen 31 shown in FIG.

図14は、図12に示したグラフ表示部32に表示する昇温速度比表示画面41の一例を示す図である。昇温速度比表示画面41は、横軸に順番を、縦軸に昇温速度比をとり、順番に対する昇温速度比の変化を表示する。順番において、例えば−20とあるのは今現在の鍛造の20回前の鍛造という意味である。実際のデータはばらつきを持つが、移動平均を求めることで、ばらつきの影響の小さい摩耗量30の算出が可能となる。   FIG. 14 is a diagram showing an example of the temperature increase rate ratio display screen 41 displayed on the graph display unit 32 shown in FIG. The temperature increase rate ratio display screen 41 displays a change in the temperature increase rate ratio with respect to the order, with the horizontal axis indicating the order and the vertical axis indicating the temperature increase rate ratio. In order, for example, -20 means forging 20 times before the current forging. Actual data has variations, but by calculating the moving average, it is possible to calculate the wear amount 30 that is less affected by variations.

図15は、図1の表示部19に表示される画面の一例で、過去の実績データとの比較表示画面42の一例を示す図である。過去の実績データとの比較表示画面42は、グラフ表示部32と、ロット比較表示部43より構成される。   FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a screen displayed on the display unit 19 of FIG. 1 and an example of a comparison display screen 42 with past performance data. The comparison display screen 42 with past performance data includes a graph display unit 32 and a lot comparison display unit 43.

グラフ表示部32は、横軸に温度を、縦軸に度数をとり、温度に対する度数分布図を表示する。ロット比較表示部43には、ロットの平均とロットの標準偏差や過去平均などが表示される。これにより、ロット単位での監視も可能となる。   The graph display unit 32 displays a frequency distribution diagram with respect to temperature, with temperature on the horizontal axis and frequency on the vertical axis. The lot comparison display unit 43 displays the lot average, the standard deviation of the lot, the past average, and the like. As a result, lot-by-lot monitoring is also possible.

<熱間鍛造品>
図16を用いて、前述した図1の熱間鍛造プロセス評価システムにより評価して製造された熱間鍛造品について説明する。
<Hot forging products>
The hot forging product manufactured by evaluating with the hot forging process evaluation system of FIG. 1 described above will be described with reference to FIG.

図16は、図1の熱間鍛造プロセス評価システムにより評価して製造された熱間鍛造品の一例を示す図である。図16の例では、熱間鍛造品として、ジェットエンジン51を構成するタービンディスク52を示している。このタービンディスク52は、例えば、Ni基耐熱合金からなり、一番小さい方は直径φ=1000mm程度の大きさである。   FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a hot forged product manufactured by evaluation using the hot forging process evaluation system of FIG. 1. In the example of FIG. 16, the turbine disk 52 which comprises the jet engine 51 is shown as a hot forging product. The turbine disk 52 is made of, for example, a Ni-base heat-resistant alloy, and the smallest one has a diameter of about φ = 1000 mm.

このタービンディスク52の熱間鍛造においては、精密に温度管理された炉中で1000℃前後に材料を加熱し、金型上に輸送し鍛造を行うが、高温のため材料温度が時々刻々と変化する。そこで、図1の熱間鍛造プロセス評価システムを用い、高精度に金型4の表面の温度を測定することができる。   In the hot forging of the turbine disk 52, the material is heated to around 1000 ° C. in a precisely temperature-controlled furnace and transported onto a mold for forging, but the material temperature changes every moment due to the high temperature. To do. Therefore, the temperature of the surface of the mold 4 can be measured with high accuracy by using the hot forging process evaluation system of FIG.

<熱間鍛造プロセス評価システムの熱間鍛造生産管理への適用>
前述した熱間鍛造プロセス評価システムを熱間鍛造の生産に適用した場合には、この評価結果を用いて製造後の熱間鍛造品の検査数を変えることができる。例えば、評価結果において、平均との乖離が大きいときは品質検査に回す鍛造品の数を増やし、平均に近いロットでは検査にまわす鍛造品の数を減らすなどの管理が可能となる。この結果、コストと品質のバランスの取れた生産体制を構築することができる。
<Application of hot forging process evaluation system to hot forging production management>
When the above-described hot forging process evaluation system is applied to the production of hot forging, the number of inspections of hot forged products after manufacturing can be changed using the evaluation results. For example, in the evaluation result, when the deviation from the average is large, it is possible to manage such as increasing the number of forged products to be used for quality inspection and reducing the number of forged products to be used for inspection in a lot close to the average. As a result, it is possible to build a production system that balances cost and quality.

<一実施の形態の効果>
以上説明したように、本実施の形態における熱間鍛造プロセス評価システム、およびこの熱間鍛造プロセス評価システムにより評価して製造された製造物によれば、熱間鍛造プロセスの評価において、金型4の摩耗を考慮して高精度に金型4の表面の温度を測定することができる。言い換えれば、金型4のライフサイクルを通して高精度に金型4の表面の温度を測定できるので、鍛造プロセスの温度計測を高精度に行えるようになる。より詳細には、以下のような効果を得ることができる。
<Effect of one embodiment>
As described above, according to the hot forging process evaluation system in the present embodiment and the product manufactured by evaluation using the hot forging process evaluation system, in the evaluation of the hot forging process, the mold 4 Therefore, the surface temperature of the mold 4 can be measured with high accuracy in consideration of the wear of the mold. In other words, since the temperature of the surface of the mold 4 can be measured with high accuracy throughout the life cycle of the mold 4, the temperature of the forging process can be measured with high accuracy. More specifically, the following effects can be obtained.

(1)金型4の表面より異なる深さで金型4に接合された複数の熱電対26と、昇温速度比・摩耗量関係式14と、演算部16などを有することで、演算部16において、昇温速度比・摩耗量関係式14を用いて、複数の熱電対26による温度履歴に基づいた複数の熱電対26の相互間における昇温速度比より金型4の摩耗量を算出する。さらに、この算出した摩耗量で複数の熱電対26の深さを補正した後に逆解析により金型4の表面の温度を算出する。そして、この算出した金型4の表面の温度で熱間鍛造のプロセスを評価することができる。   (1) By having a plurality of thermocouples 26 joined to the mold 4 at different depths from the surface of the mold 4, the temperature increase rate ratio / wear amount relational expression 14, the calculation unit 16, and the like, the calculation unit 16, the wear amount of the mold 4 is calculated from the temperature increase rate ratio between the plurality of thermocouples 26 based on the temperature history by the plurality of thermocouples 26 using the temperature increase rate ratio / wear amount relational expression 14. To do. Further, after correcting the depth of the plurality of thermocouples 26 with the calculated wear amount, the temperature of the surface of the mold 4 is calculated by inverse analysis. The hot forging process can be evaluated at the calculated temperature of the surface of the mold 4.

(2)金型表面温度計算アルゴリズム12、金型摩耗量評価アルゴリズム13などを有することで、金型表面温度計算アルゴリズム12に従い、熱電対深さデータ17と熱電対温度履歴データベース9の熱電対温度履歴データ8とを用いて金型4の表面の金型表面温度履歴データ10を算出することができる。金型摩耗量評価アルゴリズム13に従い、熱電対温度履歴データベース9の熱電対温度履歴データ8と昇温速度比・摩耗量関係式14のデータとを用いて金型4の摩耗量を算出することができる。そして、演算部16において、金型4の摩耗量を考慮した金型表面温度履歴データ10を用いて、熱間鍛造プロセス良否判定基準15に従い、熱間鍛造プロセスの良否を判断することができる。   (2) The thermocouple depth data 17 and the thermocouple temperature of the thermocouple temperature history database 9 according to the mold surface temperature calculation algorithm 12 by having the mold surface temperature calculation algorithm 12, the mold wear amount evaluation algorithm 13, and the like. The die surface temperature history data 10 on the surface of the die 4 can be calculated using the history data 8. According to the die wear amount evaluation algorithm 13, the wear amount of the die 4 can be calculated using the thermocouple temperature history data 8 of the thermocouple temperature history database 9 and the data of the temperature increase rate ratio / wear amount relational expression 14. it can. And in the calculating part 16, the quality of the hot forging process can be judged according to the hot forging process quality judgment standard 15 using the die surface temperature history data 10 considering the wear amount of the die 4.

(3)表示部19などを有することで、金型表面温度履歴データ10、熱電対温度履歴データ8、および、熱電対深さデータ17などを表示することができる。さらに、表示部19は、金型表面温度履歴データ10を統計的に処理した結果の平均温度履歴などの曲線を表示することができる。   (3) By having the display unit 19 and the like, the mold surface temperature history data 10, the thermocouple temperature history data 8, the thermocouple depth data 17 and the like can be displayed. Further, the display unit 19 can display a curve such as an average temperature history as a result of statistically processing the mold surface temperature history data 10.

(4)熱電対26は、異なる深さの2組の熱電対A28および熱電対B29を有することで、各熱電対の摩耗後の熱電対深さと各熱電対の相互間の昇温速度比とから、昇温速度比・摩耗量関係式14を導出することができる。   (4) The thermocouple 26 has two sets of thermocouples A28 and B29 having different depths, so that the thermocouple depth after wear of each thermocouple and the rate of temperature increase between the thermocouples Thus, the temperature increase rate ratio / wear amount relational expression 14 can be derived.

(5)熱間鍛造プロセス評価システムによる評価結果に基づいて、製造後の熱間鍛造品の検査数を変更することができるので、熱間鍛造生産管理において、コストと品質のバランスの取れた生産体制を構築することができる。   (5) Since the number of inspections of hot forged products after manufacturing can be changed based on the evaluation results by the hot forging process evaluation system, production with a balance between cost and quality in hot forging production management A system can be established.

(6)熱間鍛造プロセス評価システムにより評価して、高品質の製造物を製造することができる。   (6) A high quality product can be manufactured by evaluating with a hot forging process evaluation system.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. In addition, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of the embodiment.

例えば、前記実施の形態においては、ジェットエンジンのタービンディスクの熱間鍛造プロセスを例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、金型温度が200〜300℃程度に保持された通常の熱間鍛造プロセス全般に広く適用可能である。   For example, in the above embodiment, the hot forging process of the jet engine turbine disk has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the mold temperature is maintained at about 200 to 300 ° C. It can be widely applied to general hot forging processes in general.

1…材料、2…下型、3…上型、4…金型、5…熱電対ユニット、
6…受信機、
7…熱電対信号処理装置、8…熱電対温度履歴データ、9…熱電対温度履歴データベース、10…金型表面温度履歴データ、11…金型表面温度履歴データベース、12…金型表面温度計算アルゴリズム、13…金型摩耗量評価アルゴリズム、14…昇温速度比・摩耗量関係式、15…熱間鍛造プロセス良否判定基準、16…演算部、17…熱電対深さデータ、
18…操作部、19…表示部、20…キーボード、21…マウス、
22…熱電対ユニット装着部、23…熱電対導入部、24…逃げ加工部、25…熱電対ヘッド、26…熱電対、27…溶接部、28…熱電対A、29…熱電対B、30…摩耗量、
31…温度履歴表示画面、32…グラフ表示部、33…特徴量表示部、34…金型最高温度表示部、35…鍛造終了時金型温度表示部、36…材料温度表示部、37…単位面積当たり熱流入量表示部、38…熱流量表示ボタン、
39…熱流量表示画面、40…温度履歴表示ボタン、
41…昇温速度比表示画面、
42…過去の実績データとの比較表示画面、43…ロット比較表示部、
51…ジェットエンジン、52…タービンディスク。
1 ... Material, 2 ... Lower mold, 3 ... Upper mold, 4 ... Mold, 5 ... Thermocouple unit,
6 ... Receiver,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 7 ... Thermocouple signal processing apparatus, 8 ... Thermocouple temperature history data, 9 ... Thermocouple temperature history database, 10 ... Mold surface temperature history data, 11 ... Mold surface temperature history database, 12 ... Mold surface temperature calculation algorithm , 13 ... Die wear amount evaluation algorithm, 14 ... Temperature increase rate ratio / wear amount relational expression, 15 ... Hot forging process pass / fail judgment criteria, 16 ... Calculation unit, 17 ... Thermocouple depth data,
18 ... operation part, 19 ... display part, 20 ... keyboard, 21 ... mouse,
22 ... Thermocouple unit mounting portion, 23 ... Thermocouple introduction portion, 24 ... Relief processing portion, 25 ... Thermocouple head, 26 ... Thermocouple, 27 ... Welding portion, 28 ... Thermocouple A, 29 ... Thermocouple B, 30 … Amount of wear,
31 ... Temperature history display screen, 32 ... Graph display section, 33 ... Feature quantity display section, 34 ... Mold maximum temperature display section, 35 ... Mold temperature display section at the end of forging, 36 ... Material temperature display section, 37 ... Unit Heat inflow amount display area per area, 38 ... heat flow rate display button,
39 ... Heat flow rate display screen, 40 ... Temperature history display button,
41 ... Temperature increase rate ratio display screen,
42 ... Comparison display screen with past performance data, 43 ... Lot comparison display section,
51 ... Jet engine, 52 ... Turbine disk.

Claims (7)

温度測定器による温度履歴を用いて金型の表面の温度を逆解析により算出し、この算出した前記金型の表面の温度で熱間鍛造のプロセスを評価するシステムであって、
前記金型の表面より異なる深さで前記金型に接合された複数の前記温度測定器と、
前記複数の温度測定器の相互間における昇温速度比と、この昇温速度比に対する前記金型の摩耗量との関係を示した昇温速度比・摩耗量関係情報と、
前記昇温速度比・摩耗量関係情報を用いて、前記複数の温度測定器による温度履歴に基づいた前記複数の温度測定器の相互間における昇温速度比より前記金型の摩耗量を算出し、この算出した摩耗量で前記複数の温度測定器の深さを補正した後に逆解析により前記金型の表面の温度を算出し、この算出した前記金型の表面の温度で熱間鍛造のプロセスを評価する演算部と、
を有する、熱間鍛造プロセス評価システム。
The system calculates the temperature of the mold surface by inverse analysis using the temperature history of the temperature measuring device, and evaluates the hot forging process at the calculated temperature of the mold surface,
A plurality of the temperature measuring instruments joined to the mold at different depths than the surface of the mold;
The temperature increase rate ratio between the plurality of temperature measuring devices, and the temperature increase rate ratio / abrasion amount relationship information indicating the relationship between the temperature increase rate ratio and the amount of wear of the mold with respect to the temperature increase rate ratio,
Using the temperature rise rate ratio / wear amount relation information, the wear amount of the mold is calculated from the temperature rise rate ratio between the plurality of temperature measuring devices based on the temperature history by the plurality of temperature measuring devices. Then, after correcting the depths of the plurality of temperature measuring devices with the calculated wear amount, the surface temperature of the mold is calculated by inverse analysis, and the hot forging process is performed at the calculated surface temperature of the mold. An arithmetic unit for evaluating
Having a hot forging process evaluation system.
請求項1記載の熱間鍛造プロセス評価システムにおいて、さらに、
前記複数の温度測定器による温度履歴データを保存する測定器温度履歴データベースと、
前記金型の表面の温度履歴データを保存する金型表面温度履歴データベースと、
前記複数の温度測定器の深さデータと前記測定器温度履歴データベースの温度履歴データとを用いて前記金型の表面の温度履歴データを算出する金型表面温度計算アルゴリズムと、
前記測定器温度履歴データベースの温度履歴データと前記昇温速度比・摩耗量関係情報のデータとを用いて前記金型の摩耗量を算出する金型摩耗量評価アルゴリズムと、
を有する、熱間鍛造プロセス評価システム。
The hot forging process evaluation system according to claim 1, further comprising:
A measuring device temperature history database for storing temperature history data by the plurality of temperature measuring devices;
A mold surface temperature history database for storing temperature history data of the mold surface;
A mold surface temperature calculation algorithm for calculating temperature history data of the surface of the mold using depth data of the plurality of temperature measuring instruments and temperature history data of the measuring instrument temperature history database;
A mold wear amount evaluation algorithm for calculating a wear amount of the mold using temperature history data of the measuring device temperature history database and data of the temperature increase rate ratio and wear amount relation information;
Having a hot forging process evaluation system.
請求項2記載の熱間鍛造プロセス評価システムにおいて、さらに、
前記金型の表面の温度履歴データ、前記複数の温度測定器による温度履歴データ、および、前記複数の温度測定器の深さデータのうちの少なくとも1つのデータを表示する表示部を有する、熱間鍛造プロセス評価システム。
The hot forging process evaluation system according to claim 2, further comprising:
A hot section having a display unit that displays at least one of the temperature history data of the surface of the mold, the temperature history data by the plurality of temperature measuring devices, and the depth data of the plurality of temperature measuring devices. Forging process evaluation system.
請求項3記載の熱間鍛造プロセス評価システムにおいて、
前記表示部は、前記金型の表面の温度履歴データを統計的に処理した結果を表示する、熱間鍛造プロセス評価システム。
In the hot forging process evaluation system according to claim 3,
The said display part is a hot forging process evaluation system which displays the result of having statistically processed the temperature history data of the surface of the said metal mold | die.
請求項4記載の熱間鍛造プロセス評価システムにおいて、
前記複数の温度測定器のそれぞれは、2組の熱電対を有し、第1の熱電対は前記金型の表面より第1の深さで前記金型に接合され、第2の熱電対は前記金型の表面より前記第1の深さとは異なる第2の深さで前記金型に接合されている、熱間鍛造プロセス評価システム。
In the hot forging process evaluation system according to claim 4,
Each of the plurality of temperature measuring devices has two sets of thermocouples, the first thermocouple is joined to the mold at a first depth from the surface of the mold, and the second thermocouple is A hot forging process evaluation system that is joined to the mold at a second depth different from the first depth from the surface of the mold.
請求項1記載の熱間鍛造プロセス評価システムにおいて、
前記演算部による熱間鍛造のプロセスの評価結果に基づいて、製造後の熱間鍛造品の検査数を変更可能とする、熱間鍛造プロセス評価システム。
In the hot forging process evaluation system according to claim 1,
A hot forging process evaluation system capable of changing the number of inspections of a hot forged product after manufacture based on an evaluation result of a hot forging process by the arithmetic unit.
請求項1記載の熱間鍛造プロセス評価システムにより評価して製造された、製造物。   A product manufactured by being evaluated by the hot forging process evaluation system according to claim 1.
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