JP5644334B2

JP5644334B2 - 熱鍛型摩耗量予測装置

Info

Publication number: JP5644334B2
Application number: JP2010219976A
Authority: JP
Inventors: 光一郎木村; 鈴木　一広; 一広鈴木; 茂樹太田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2030-09-29
Also published as: JP2012071342A

Description

本発明は、鍛造加工用の金型の形状変化の原因となる型摩耗量を予測する熱鍛型摩耗量予測装置に関する。

従来、熱鍛型摩耗量予測装置の技術は公知であり、例えば特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の熱鍛型摩耗量予測装置（従来の熱鍛型摩耗量予測装置）は、摩耗量予測式である以下の［数１］に示すように、金型に生じる摩耗の摩耗量（摩耗項）のみを算出して、この算出値を金型の形状変化の原因となる型摩耗量Ｗ１として用いて、型摩耗量の予測を行っていた。すなわち、従来の熱鍛型摩耗量予測装置は、累計摩擦仕事量Ｅ_fと高温降伏強度（せん断降伏応力）σより型摩耗量Ｗ１を算出していた。

上記［数１］において、ａ、ｂ、Ｃは定数である。また、μは摩擦係数である。また、Ｐは成形面圧（金型が受ける面圧）である。また、ｖは材料しゅうどう速度（すべり速度）である。また、ｔは時間（一回の加工期間）である。

しかし、金型の形状変化の原因となる型摩耗量について、実測値Ｗと、従来の熱鍛型摩耗量予測装置による算出値（型摩耗量Ｗ１）とを比較した場合、特に型打ち初期での実測値Ｗと型摩耗量Ｗ１との推移の挙動が大きく異なっていた（図３参照）。したがって、従来の熱鍛型摩耗量予測装置は、型摩耗量の予測精度が低かった。これにより生準段階（生産準備段階）でのやり直しトライ工数が増大しがちであった。

特開２００２−３２１０３２号公報

本発明は、型摩耗量の予測精度を向上させることが可能な熱鍛型摩耗量予測装置を提供する。

請求項１に記載の熱鍛型摩耗量予測装置は、
鍛造加工用の金型の形状変化の原因となる型摩耗量を予測する熱鍛型摩耗量予測装置であって、
前記金型に生じる摩耗の摩耗量を算出し、前記金型の軟化による変形量を算出し、算出した前記金型に生じる摩耗の摩耗量と前記金型の軟化による変形量との和を演算して、前記金型の形状変化の原因となる型摩耗量を算出する手段を有し、
前記金型の軟化による変形量には、予め最大値が設定されており、
前記金型の軟化による変形量は、前記最大値に達するまで、ショット数の増加に伴って増加していき、前記最大値に達した後は一定値となるものである。

本発明によれば、型摩耗量の予測精度を向上させることが可能である。

本発明に係る熱鍛型摩耗量予測装置の実施の一形態である熱鍛型摩耗量予測装置の概略構成図である。熱鍛型摩耗量予測装置により型摩耗量の予測を行うときの手順を示すブロック図である。縦軸を型摩耗量、横軸をショット数とする座標系において、実測値および型摩耗量Ｗ１・Ｗ２のラインを示す図である。

以下に、本発明に係る熱鍛型摩耗量予測装置の実施の一形態である熱鍛型摩耗量予測装置１０について、図面を参照して説明する。

熱鍛型摩耗量予測装置１０は、鍛造加工（熱間鍛造加工や温間鍛造加工）用の金型に形状変化を生じさせる原因となる、金型の型摩耗量を予測する。詳細には、鍛造加工を行う際に、金型がショット数の増加に伴って、被加工素材である材料（例えば、パーキングブレーキ歯型部）との摩擦等により摩耗していくが、熱鍛型摩耗量予測装置１０はこのときの型摩耗量を算出する。
図１に示すように、熱鍛型摩耗量予測装置１０は、演算部（ＣＰＵ）１１と、記憶部（ＨＤＤ、半導体メモリ等）１２と、入力部（キーボード、マウス等）１３と、表示部（ディスプレイ、プリンタ等）１４と、を備える。これらは相互に内部バスで接続されている。かかる構成を有する金型摩耗量予測装置１０は、コンピュータで構成でき、特に、金型の加工領域を複数の領域（要素部分）に区分して演算処理を行うことに適する有限要素法解析用等のコンピュータを用いることができる。
記憶部１２には、成形解析ソフト、流体解析ソフト、摩耗量予測式（後述する［数２］）、摩耗量解析ソフト、摩擦係数等の各種データが格納されている。

以下では、熱鍛型摩耗量予測装置１０により型摩耗量の予測を行うときの手順について、図２を参照して説明する。

まず、演算部（ＣＰＵ）１１により、鍛造加工用の金型の３次元ＣＡＤモデルを作成する（Ｓ１０）。
つぎに、演算部（ＣＰＵ）１１にて、プレスにて材料を成形する際に金型にかかる面圧や材料の肉流れを、記憶部１２に格納される成形解析ソフトを用いて解析する（Ｓ２０）。
また、演算部（ＣＰＵ）１１は、金型に潤滑材を噴射する際の潤滑材の挙動を、記憶部１２に格納される流体解析ソフトにて解析する（Ｓ３０）。
つぎに、演算部（ＣＰＵ）１１では、上記Ｓ３０での流体解析の結果より、潤滑材が到達する位置や、到達後流動する位置から、各冷却部分の冷却条件を決定する（Ｓ４０）。
上記Ｓ２０、Ｓ３０、Ｓ４０より金型の温度（型温）、成形荷重、肉流れの情報が得られる（Ｓ５０）。
演算部（ＣＰＵ）１１では、上記Ｓ５０にて得られた金型の温度（型温）、成形荷重、肉流れの情報を、記憶部１２に格納される摩耗量予測式である以下の［数２］に代入する（Ｓ６０）。

上記［数２］において、ａ、ｂ、Ｃ、Ｄは定数である。また、μは摩擦係数である。また、Ｐは成形面圧（金型が受ける面圧）である。また、ｖは材料しゅうどう速度（すべり速度）である。また、ｔは時間（一回の加工期間）である。また、ｄＬ（＝ｄｖｔ）はストローク変化量（材料しゅうどう速度（ｖ）と時間（ｔ）との積の変化量）である。

さらに、演算部（ＣＰＵ）１１では、前記各情報が代入された摩耗量予測式である［数２］を用いて、記憶部１２に格納される摩耗量解析ソフトにて型摩耗量を算出する（Ｓ７０）。

以下では、熱鍛型摩耗量予測装置１０の摩耗量予測式である［数２］および従来の熱鍛型摩耗量予測装置の摩耗量予測式である［数１］について説明する。

上記背景技術で記載しているように、特許文献１（特開２００２−３２１０３２号公報）で提案されている熱鍛型摩耗量予測装置（従来の熱鍛型摩耗量予測装置）においては、摩耗量予測式となる以下の［数１］に示すように、金型に生じる摩耗の摩耗量（摩耗項）のみを算出して、この算出値を金型に生じる形状変化の原因となる型摩耗量Ｗ１として用いていた。すなわち、従来の熱鍛型摩耗量予測装置は、累計摩擦仕事量Ｅ_fと高温降伏強度（せん断降伏応力）σより型摩耗量Ｗ１を算出していた。

しかし、金型の形状変化の原因となる型摩耗量について、実測値Ｗと、従来の熱鍛型摩耗量予測装置による算出値（型摩耗量Ｗ１）とを比較した場合、特に型打ち初期での実測値Ｗと型摩耗量Ｗ１との推移の挙動が大きく異なっていた（図３参照）。
詳細には、実測値Ｗにおいては、型打ち初期では、ショット数の増加に対する型摩耗量の増加の割合（型摩耗の速度）が比較的大きく、それ以後は、型摩耗の速度が比較的小さくなっていた。すなわち、実測値Ｗにおいては、型摩耗の速度が途中から急に小さくなっていた（図３参照）。これに対し、従来の熱鍛型摩耗量予測装置による算出値（型摩耗量Ｗ１）においては、型打ち初期であるか否かに関係なく、型摩耗の速度が一定であった。かかる実測値Ｗと、従来の熱鍛型摩耗量予測装置による型摩耗量Ｗ１とを比較した場合、型打ち初期では、実測値Ｗの方が型摩耗の速度が大きく、実測値Ｗと型摩耗量Ｗ１との推移の挙動が大きく異なっていた。
また生じた型摩耗量の実測値Ｗの検出に用いた金型においては、断面観察により軟化領域が確認された。

これにより、金型摩耗量予測装置１０においては、型打ち初期には摩耗と軟化変形（軟化）とによって金型が形状変化し、ある程度軟化変形が進むと加工硬化により金型の軟化変形が停止し、それ以後は、摩耗のみによって金型の形状変化が進むものと考えることができる。
したがって、金型摩耗量予測装置１０においては、金型の形状変化の原因となる型摩耗量Ｗ２を算出（予測）する際に、型打ち初期における金型の軟化変形の影響を織込むこととしている。
なお、従来の熱鍛型摩耗量予測装置においては、金型の形状変化の原因となる型摩耗量Ｗ１を算出する際に、摩耗のみによって金型の形状変化が進むものと考え、金型に生じる摩耗の摩耗量（摩耗項）のみから型摩耗量Ｗ１を算出しており、型打ち初期における金型の軟化変形の影響を織込んでいなかった（［数１］参照）。

金型摩耗量予測装置１０は、摩耗量予測式である上記［数２］に示すように、金型に生じる摩耗の摩耗量（摩耗項）と、金型の軟化による変形量（軟化変形項）と、を算出して、この摩耗項と軟化変形項との和を金型の形状変化の原因となる型摩耗量Ｗ２として算出する。
すなわち、金型摩耗量予測装置１０においては、累計摩擦仕事量Ｅ_fや高温降伏強度（せん断降伏応力）σのみならず、軟化変形項も考慮して型摩耗量Ｗ２が算出（予測）される。
このように、熱鍛型摩耗量予測装置１０の演算部（ＣＰＵ）１１は、金型に生じる摩耗の摩耗量（摩耗項）の算出手段、金型の軟化による変形量（軟化変形項）の算出手段、および金型に生じる摩耗の摩耗量と前記金型の軟化による変形量との和を演算して、前記金型の形状変化の原因となる型摩耗量Ｗ２を算出する手段として機能する。
なお、前記軟化変形項に関しては、成形エネルギＥ_pに依存して変化することとなるため、金型摩耗量予測装置１０は、累計摩擦仕事量Ｅ_fと高温降伏強度σと成形エネルギＥ_pにより型摩耗量Ｗ２を算出する。

このように、摩耗量予測式である上記［数２］は、累計摩擦仕事量Ｅ_fと高温降伏強度σと成形エネルギＥ_pの関数となる。

なお、ショット数によって累計摩擦仕事量Ｅ_fおよび型温が変化する。また、型温によって高温降伏強度σが変化する。すなわち、累計摩擦仕事量Ｅ_fおよび高温降伏強度σとショット数とは対応関係を有している。また、熱鍛型摩耗量予測装置１０の記憶部１２には、この対応関係に係るデータが記憶されている。
熱鍛型摩耗量予測装置１０は、この対応関係に係るデータに基づいてショット数と型摩耗量Ｗ２の関係を算出し、図３に示す型摩耗量Ｗ２のラインを作成する。

また、前記軟化変形項の成形エネルギＥ_pにおいては、成形エネルギ限界値が予め設定されている（記憶部１２に記憶されている）。成形エネルギ限界値は、成形エネルギＥ_pの最大値である。
成形エネルギＥ_pは、ショット数の増加に伴って増加していき、成形エネルギ限界値に到達すると、ショット数が増加しても変化せずに前記成形エネルギ限界値に固定される。すなわち、型打ち初期においては、軟化変形によって成形エネルギＥ_pが増加していくが、加工硬化によって軟化変形が止まることで、成形エネルギＥ_pが一定値（前記成形エネルギ限界値）になる。
前記成形エネルギ限界値は、図３に示す型摩耗量の実測値Ｗのラインにおいて、実測値Ｗのラインの傾きが変化する位置より求められる。すなわち、前記成形エネルギ限界値は、図３に示す実測値Ｗのラインにおいて、型摩耗の速度が大きく変化する（急に小さくなる）ときの実測値Ｗの値とショット数の値とに基づいて適宜求められる。

前記軟化変形項は、上記したように成形エネルギＥ_pに依存して変化するので、成形エネルギＥ_pと同様に、型打ち初期はショット数の増加に伴って増加していくが、金型の加工硬化後は一定値（前記成形エネルギ限界値に応じた値）になる。

図３に示す型摩耗量Ｗ２のラインは、前記軟化変形項が途中から一定値（前記成形エネルギ限界値に応じた値）になるので、途中で傾きが変化する（傾きが小さくなる）。

以上のように、金型摩耗量予測装置１０は、金型に生じる摩耗の摩耗量（摩耗項）のみならず、金型の軟化による変形量（軟化変形項）も算出し、算出した摩耗項と軟化変形項との和を演算して金型の形状変化の原因となる型摩耗量Ｗ２を算出する。すなわち、金型摩耗量予測装置１０により算出される型摩耗量Ｗ２は、型打ち初期における金型の軟化変形の影響を考慮した値となる。
これにより、金型摩耗量予測装置１０は、実測値Ｗと型摩耗量Ｗ２との推移の挙動を近似させることが可能となる（図３参照）。したがって、型摩耗量の予測精度を向上させることが可能となり、生準段階（生産準備段階）でのやり直しトライ工数を低減させることが可能となる。

１０金型摩耗量予測装置
１１演算部
１２記憶部
１３入力部
１４表示部

Claims

鍛造加工用の金型の形状変化の原因となる型摩耗量を予測する熱鍛型摩耗量予測装置であって、
前記金型に生じる摩耗の摩耗量を算出し、前記金型の軟化による変形量を算出し、算出した前記金型に生じる摩耗の摩耗量と前記金型の軟化による変形量との和を演算して、前記金型の形状変化の原因となる型摩耗量を算出する手段を有し、
前記金型の軟化による変形量には、予め最大値が設定されており、
前記金型の軟化による変形量は、前記最大値に達するまで、ショット数の増加に伴って増加していき、前記最大値に達した後は一定値となる、
熱鍛型摩耗量予測装置。