JP6324736B2 - Forging method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、金属材料を加熱して金型によって鍛造する鍛造方法及びその装置に関する。 The present invention relates to a forging method and apparatus for forging a metal material by forging with a mold.
金属材料を加工する際、その材料の機械的特性を良くするためには、結晶粒径をはじめとする結晶組織の状態を最適なものにすることが重要である。熱間鍛造は、金属材料を再結晶温度以上に加熱してプレスによって加圧することによって所定の形状に成形し、結晶組織の変化を利用して機械的特性を向上させる。材料内の所定の位置における結晶組織の状態は、その位置における温度によって大きく変わる。例えば、ニッケル基耐熱合金の場合、変形によってひずみが十分に導入される位置において、950℃以上で再結晶によって組織が微細化するが、当該位置において温度が高すぎる場合、例えば瞬間的に1050℃まで発熱が生じた場合は結晶粒の成長によって鍛造後の組織は粗大となる。一方で、温度が低すぎる場合は再結晶の進行が遅くなるため、微細な結晶粒と粗大な結晶粒が混在する混粒組織となる。 When processing a metal material, in order to improve the mechanical properties of the material, it is important to optimize the crystal structure including the crystal grain size. In hot forging, a metal material is heated to a recrystallization temperature or higher and pressed with a press to form a predetermined shape, and mechanical properties are improved by utilizing changes in crystal structure. The state of the crystal structure at a predetermined position in the material varies greatly depending on the temperature at that position. For example, in the case of a nickel-based heat-resistant alloy, the structure is refined by recrystallization at a temperature of 950 ° C. or higher at a position where strain is sufficiently introduced by deformation, but if the temperature is too high at the position, for example, 1050 ° C. momentarily. When heat generation occurs up to this point, the structure after forging becomes coarse due to the growth of crystal grains. On the other hand, when the temperature is too low, the progress of recrystallization slows down, resulting in a mixed grain structure in which fine crystal grains and coarse crystal grains are mixed.
金属材料の不均一変形により、局所的な発熱が生じることで結晶組織の状態が悪化することを抑えるため、加工途中で加圧を止め、材料を再加熱することで内部の温度を均一化する手段がある。しかし、前記した手段を用いた場合、鍛造品の品質を確保することは可能であるものの、製造工程の追加により製造コストは増大する。したがって、高い品質と低い製造コストを両立するには、再加熱の工程を少なくしつつ、金属材料内部の温度を適正にする加工が必要である。また、安定した生産を実現するには、金属材料の内部の温度をプロセス中に管理する必要がある。現行の技術では、放射温度計などにより、材料の表面の温度測定は可能である。 In order to suppress the deterioration of the state of the crystal structure due to local heat generation due to nonuniform deformation of the metal material, the internal temperature is made uniform by stopping the pressurization during the processing and reheating the material. There is a means. However, when the above-described means is used, it is possible to ensure the quality of the forged product, but the manufacturing cost increases due to the addition of the manufacturing process. Therefore, in order to achieve both high quality and low manufacturing cost, it is necessary to perform processing that makes the temperature inside the metal material appropriate while reducing the number of reheating steps. Moreover, in order to implement | achieve stable production, it is necessary to manage the temperature inside a metal material during a process. In the current technology, the temperature of the surface of the material can be measured by a radiation thermometer or the like.
本技術分野の背景技術として、特開平5−237507号公報(特許文献1)がある。この特許文献1には、「圧延パス間毎に前もって設定した圧延温度となるように鋼材を加熱または冷却し、さらに圧延温度と圧下率の所定の関係式にしたがって圧下率を計算により求め、この圧下率で鋼材を圧延することを1回以上繰り返す」と記載されている。また、特開2011−83790号公報(特許文献2)がある。この特許文献2には、「上金型と下金型との間に加熱した素材を装入した上で、上金型及び下金型の少なくとも一方を移動させ所定のプレス内圧で前記素材をプレスすることで、前記素材の鍛造を行う鍛造方法であって、前記素材のプレス時において、前記上金型と下金型との間の金型隙間を実測し、前記金型隙間の実測値が金型隙間の目標値となるように、前記プレス内圧を変化させながら鍛造を行う。」と記載されている。
As background art of this technical field, there is JP-A-5-237507 (Patent Document 1). In this Patent Document 1, “a steel material is heated or cooled to have a rolling temperature set in advance between rolling passes, and a rolling reduction is obtained by calculation according to a predetermined relational expression between the rolling temperature and the rolling reduction, The rolling of the steel material at the rolling reduction is repeated one or more times. Moreover, there exists Unexamined-Japanese-Patent No. 2011-83790 (patent document 2). This
熱間鍛造によって加工される金属材料は、加熱炉で加熱されたのちにプレスまで搬送され、金型によって加圧される。また、加工される金属材料には、潤滑剤や離型剤などが塗布される。作業環境の温度、塗布物の膜厚、および加熱炉からプレスまでの搬送時間などの操業条件はばらつきを持つ。これらにより、加圧開始時の金属材料表面の温度は製造品ごとに変化するため、材料内部の変形量と温度は製造品ごとに変化する。変形中の材料内部の温度は、加工後の結晶組織、すなわち製造品の品質に直結するため、前記した操業条件がばらついた場合に加工パスを適切に修正しない場合、不良が発生する可能性がある。 A metal material to be processed by hot forging is heated in a heating furnace, then conveyed to a press, and pressurized by a mold. Further, a lubricant, a release agent, or the like is applied to the metal material to be processed. There are variations in operating conditions such as the temperature of the working environment, the coating thickness, and the transfer time from the heating furnace to the press. As a result, the temperature of the surface of the metal material at the start of pressurization varies from product to product, so the amount of deformation and temperature inside the material varies from product to product. Since the temperature inside the material during deformation is directly related to the crystal structure after processing, that is, the quality of the manufactured product, if the processing path is not properly corrected when the above operating conditions vary, defects may occur. is there.
特許文献1では、所定の金属組織を得るために表面温度の測定値に応じて圧延パスを修正して加工を行うことが示されているが、加熱してから加工が開始するまでの時間経過のばらつきの補正についての記述はない。したがって、加熱炉が加工設備から離れていて、加熱後、加工開始までに材料を搬送する工程を有する熱間鍛造では、特許文献1よりも高度な制御が必要となる。
特許文献2では、金型の隙間を実測してプレスの内圧を変化させる制御方法が示されているが、素材の温度測定結果を用いた制御に関する記述はない。
Patent Document 1 discloses that processing is performed by correcting a rolling pass in accordance with a measured value of the surface temperature in order to obtain a predetermined metal structure. However, time elapses from when heating is started until processing starts. There is no description about the correction of the variation of. Therefore, in hot forging having a process in which the heating furnace is separated from the processing equipment and the material is transferred after heating until the start of processing, higher control than in Patent Document 1 is required.
本発明は、熱間鍛造時における操業上のばらつき、すなわち作業環境の温度、金属材料の塗布物の膜厚、加熱炉からプレスまでの搬送時間のばらつきによる不良発生や品質のばらつきを抑えることを目的とする。 The present invention suppresses operational variations during hot forging, that is, the occurrence of defects and quality variations due to variations in the temperature of the working environment, the thickness of the coating material of the metal material, and the transfer time from the heating furnace to the press. Objective.
上記した課題を解決するために、本発明では、金型で素材をプレス装置で加圧して成形する鍛造方法において、炉で加熱した素材を炉からプレス装置まで搬送する時間とプレス装置の上下1対のプレス金型の間に設置された素材の表面温度との情報とを用いて上下1対のプレス金型のうちの一方の金型の素材に対する加圧速度とストロークとの関係を含む加工パスを作成し、作成した加工パスに基づいてプレス装置で素材を鍛造するようにした。 In order to solve the above-described problems, in the present invention, in a forging method in which a material is pressed by a mold with a press device and formed, the time for conveying the material heated in the furnace from the furnace to the press device and the upper and lower sides of the press device are 1 Processing including the relationship between the pressurization speed and stroke of the material of one of the upper and lower pairs of press dies, using information on the surface temperature of the material placed between the pair of press dies. A pass was created, and the material was forged with a press device based on the created machining pass.
また、上記した課題を解決するために、金型で素材を加圧して成形する鍛造装置を、炉で加熱した素材を該炉からプレス装置まで搬送する時間とプレス装置の上下1対のプレス金型の間に設置された素材の表面温度との情報を入力する入力部と、入力部に入力された炉で加熱した素材を炉からプレス装置まで搬送する時間とプレス装置の上下1対のプレス金型の間に設置された素材の表面温度との情報とを用いて上下1対のプレス金型のうちの一方の金型の素材に対する加圧速度とストロークとの関係を含む加工パスを生成する加工パス生成部と、加工パス生成部で生成した加工パスに基づいてプレス装置を制御して素材を鍛造する制御部とを備えて構成した。 Further, in order to solve the above-described problems, a forging device that presses and molds a material with a mold, a time for conveying the material heated in the furnace from the furnace to the press device, and a pair of press dies on the upper and lower sides of the press device. An input unit for inputting information on the surface temperature of the material placed between the molds, a time for conveying the material heated in the furnace input to the input unit from the furnace to the press device, and a pair of presses on the upper and lower sides of the press device Using the information on the surface temperature of the material installed between the dies, a machining path including the relationship between the pressing speed and stroke for the material of one of the upper and lower press dies is generated. And a control unit that forges the material by controlling the press device based on the processing path generated by the processing path generation unit.
本発明によれば、金属材料の熱間鍛造時の操業上のばらつきに強く、高品質な鍛造品を安定して製造する鍛造方法及びその装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the forging method and its apparatus which are strong to the dispersion | variation in the operation at the time of the hot forging of a metal material, and manufacture a high quality forged product stably can be provided.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分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, embodiments of the present invention 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.
図1に、本実施例にかかわる鍛造システム100の概略の構成を示す。本実施例に係る鍛造システム100は、素材80をプレス加工する鍛造装置であるプレス装置10、素材80を加熱する加熱炉20、素材80を加熱炉20からプレス装置10まで搬送するための搬送手段30、プレス装置10を制御する制御装置110を備えて構成される。本実施例においては、プレス装置10と制御装置110とを組み合わせて、鍛造装置150と称する。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
また、プレス装置10は、素材80を載置する下金型12、この下金型12に載置された素材80を加圧して成形する上金型11、下金型12に載置された素材80の表面温度を測定する表面温度測定機60を備えている。
The
制御装置110は、入出力ユニット111、加工パス計算ユニット112、制御部113を備えている。
入出力ユニット111には、表面温度測定器60で測定した下金型12に載置された状態の素材80の表面温度情報、搬送手段30で加熱炉20からプレス装置10まで搬送するときの環境温度を温度計50で測定した環境温度情報、搬送手段30で加熱炉20からプレス装置10まで搬送する時間を時計40で計測して得た搬送時間情報が入力される。更に、入出力ユニット111には、加工パス計算部112でプレス装置10の加工パスを計算するために必要に情報を入力するための入力部121と、加工パス計算部112で計算した結果を出力するための表示画面を備えた出力部122を備えている。
The
In the input / output unit 111, the surface temperature information of the
加工パス計算ユニット112は、入出力ユニット111に入力された表面温度測定機60で測定した下金型12に載置された状態の素材80の表面温度情報、搬送手段30で加熱炉20からプレス装置10まで搬送するときの環境温度を温度計50で測定した環境温度情報、搬送手段30で加熱炉20からプレス装置10まで搬送する時間を時計40で計測して得た搬送時間情報、及び入出力ユニット111の入力部121から入力された素材80の物性値に関する情報、素材80を加工するための加工形状情報などを用いてプレス装置10の加工パスを計算する。この計算して求められたプレス装置10の加工パスに関する情報は、入出力ユニット111の出力部122の画面上に表示される。
The processing
次に、図1で説明した鍛造システム100を用いて素材80を鍛造する工程について、図2に示すフローチャートを用いて説明する。
Next, the process for forging the
ステップS101では、作業環境の温度を測定する手段(温度計)50、例えば気温温度計で鍛造作業が行われる環境の温度を測定し、入出力ユニット111の入力部121に入力する。ステップS102では、素材80を加熱炉20によって加熱し、素材80が加熱炉20から出てから搬送手段30、例えばマニピュレータによってプレス装置10まで搬送される。ステップS103では、素材80が加熱炉20から出てからプレス装置10まで搬送されるまでの時間(以下の説明では搬送時間と称する)を、作業時間を測定する手段(時計)40、例えばストップウォッチを用いて測定し、入出力ユニット111の入力部121に入力する。ステップS104では、プレス装置10に設置された瞬間の素材の表面温度を、温度測定手段60、例えば放射温度計を用いて測定し、入出力ユニット111の入力部121に入力する。
In step S <b> 101, the temperature of the environment where the forging operation is performed is measured by means (thermometer) 50 for measuring the temperature of the work environment, for example, an air temperature thermometer, and is input to the
ステップS105では、ステップS101、S103、S104で得られた作業環境温度、搬送時間および素材の表面温度の実測値から加工パス計算ユニット112で適正な加工パスを選択する工程である。ステップS105の処理の詳細については後述する。ステップS106では、ステップS105で選択した加工パスを用いて制御部113でプレス装置10を制御して素材80を鍛造(以下の説明では加工とも称する)し、ステップS107、S108ではそれぞれ鍛造後の素材80を冷却し、検査(形状、品質)を行う。
In step S105, an appropriate machining path is selected by the machining
次に、ステップS105の詳細について説明する。このステップの詳細は図2に示してある。すなわち、図3は実測して入出力ユニット111の入力部121に入力された操業条件(作業環境温度、搬送時間、素材の表面温度)をもとに、加工パス計算ユニット112で適正な加工パスを選択する処理を示すフローチャート図である。
図3において、ステップS1001では、ステップS101、S103、S104で測定された作業環境の温度、搬送時間、素材の表面温度の実測値をそれぞれ入出力ユニット111の入力部121に入力する。
Next, details of step S105 will be described. Details of this step are shown in FIG. That is, FIG. 3 shows an appropriate machining path in the machining
In FIG. 3, in step S <b> 1001, the measured values of the working environment temperature, transport time, and material surface temperature measured in steps S <b> 101, S <b> 103, and S <b> 104 are input to the
図4は搬送時間と側面温度の関係を示した温度波形図であり、所定の環境温度における素材の同じ位置での温度の低下を示している。曲線71、72、73はそれぞれ熱伝達係数を番号の順に低く設定した時の、素材の同じ位置での温度の経時変化を示している。熱伝達係数が低下すると、同じ経過時間における素材と大気との熱伝達による温度の低下量が減少するため、曲線71、72、73は図4のように変化する。すなわち、熱伝達係数の大小によって同じ時間が経過した時の温度は変化する。したがって、搬送時間と側面温度の関係から、図4のような温度波形図を用いることで素材と大気の熱伝達係数の同定が可能である。なお、図4に示すような温度波形図は、例えば同じ素材を用いて熱伝達係数のみを振った熱解析によって作成する。
FIG. 4 is a temperature waveform diagram showing the relationship between the conveyance time and the side surface temperature, and shows the temperature drop at the same position of the material at a predetermined environmental temperature.
ステップS1002では、ステップS1001で入出力ユニット111の入力部121に入力された作業環境温度、搬送時間および素材の表面温度の情報を用い、加工パス計算ユニット112において予め作成した熱伝達係数毎の素材の特定位置における表面温度と搬送時間の関係を示す温度波形図を用いて熱伝達係数を同定する。
In step S1002, the material for each heat transfer coefficient created in advance in the machining
ステップS1003では、ステップS1001で入力部121に入力された作業環境温度、搬送時間とステップS1002で同定した熱伝達係数から,加工パス計算ユニット112において予め設定した加工パスの中から最も近いパスを選択する。
次に、加工パス計算ユニット112において実行するステップS1003の処理について説明する。図5は、基準の加工パスの操業条件(作業環境温度、熱伝達係数、搬送時間)と前記基準条件周辺で予め作成された加工パスを具備する条件(作業環境温度、熱伝達係数、搬送時間)を示したマップを作成するための方法を示したフローチャート図である。ここで、基準の加工パスとは、プレス装置10の上金型11もしくは下金型12が移動する時の速度(以下の説明では、加圧速度と称する)と、上金型11もしくは下金型12が移動し、素材と接触してからの変位量(以下の説明では、ストロークと称する)の関係であり、予め設計されたデータである。また、前記した基準の加工パスは、予め設定された操業条件、すなわち作業環境温度、熱伝達係数と搬送時間(以下の説明では、基準の操業条件と称する)で設計されている。この基準の加工パスのデータは、加工パス計算ユニット112に記憶されている。
In step S1003, the closest path is selected from the machining paths set in advance in the machining
Next, the process of step S1003 executed in the machining
ステップS2001では、基準の加工パスと基準の操業条件を取得する。ステップS2002では操業条件の作業環境温度、熱伝達係数と搬送時間の最小値と最大値をそれぞれ設定する。例えば、基準の操業条件で作業環境温度を20℃とし、作業環境の冬の気温が5℃で夏の気温が35℃であった場合、作業環境温度の最小値を5℃に、最大値を35℃に設定することが妥当である。ステップS2003では、ステップS2002で設定した作業環境温度、熱伝達係数と搬送時間の最小値と最大値の領域内で、基準の操業条件とは異なる操業条件を設定し、当該条件で加工パスを作成する。なお、ステップS2003の加工パス作成の処理については後述する。 In step S2001, a reference machining path and a reference operation condition are acquired. In step S2002, the working environment temperature, the heat transfer coefficient, and the transfer time minimum and maximum values are set. For example, if the working environment temperature is 20 ° C. under the standard operating conditions, the winter temperature in the working environment is 5 ° C. and the summer temperature is 35 ° C., the minimum value of the working environment temperature is 5 ° C. and the maximum value is It is reasonable to set the temperature to 35 ° C. In step S2003, within the working environment temperature, heat transfer coefficient, and transfer time minimum and maximum values set in step S2002, operation conditions different from the standard operation conditions are set, and a machining path is created under the conditions. To do. The processing path creation processing in step S2003 will be described later.
ステップS2004では、ステップS2003で設定した操業条件(作業環境温度、熱伝達係数、搬送時間)を、作業環境温度毎の熱伝達係数と搬送時間の関係を示したマップ上(以下の説明では、マップと称する)にプロットする。前記したマップは、例えば横軸を熱伝達係数、縦軸を搬送時間にし、縦軸と横軸の値を、例えば基準の操業条件の縦軸と横軸の値で割ることで、無次元化する(以下の説明では、無次元化マップと称する)。図6にステップS2004で作成する無次元化マップの一例を示す。図6に示す各プロットは各々の条件における加工パスの情報を具備する。 In step S2004, the operating conditions (working environment temperature, heat transfer coefficient, transfer time) set in step S2003 are displayed on a map showing the relationship between the heat transfer coefficient for each work environment temperature and the transfer time (in the following description, the map Plot. The above-mentioned map is made dimensionless by, for example, dividing the values on the vertical axis and the horizontal axis by the values on the vertical axis and the horizontal axis of the standard operating conditions, for example, with the horizontal axis representing the heat transfer coefficient and the vertical axis representing the conveyance time. (Referred to as a non-dimensional map in the following description). FIG. 6 shows an example of the dimensionless map created in step S2004. Each plot shown in FIG. 6 includes information on a machining path under each condition.
図3のステップS1003では、同図のステップS1001で取得した作業環境の温度の実測値から、図5のステップS2003で設定された作業環境温度の中で、実測値に最も近い作業環境温度を取得し、図5のステップS2004で作成されたマップの中から、当該温度におけるマップを取得する。図3のステップS1001で取得した搬送時間とステップS1002で同定した熱伝達係数の値を、ステップS2004で作成した無次元化マップと同じ方法で無次元化し、前記した無次元化マップにプロットする。前記した無次元化マップ上にある点のうち、無次元化したプロット点との距離が最小の点を探し、その点が持つ加工パスを読み込む。 In step S1003 in FIG. 3, the work environment temperature closest to the actual measurement value is obtained from the actual measurement values of the work environment temperature acquired in step S1001 in FIG. 3 among the work environment temperatures set in step S2003 in FIG. And the map in the said temperature is acquired from the map produced by step S2004 of FIG. The transport time acquired in step S1001 of FIG. 3 and the heat transfer coefficient value identified in step S1002 are made dimensionless by the same method as the dimensionless map created in step S2004, and plotted on the dimensionless map. From the points on the dimensionless map described above, the point having the smallest distance from the dimensionless plot point is searched, and the machining path of the point is read.
ここで、ステップS2003の加工パス作成の処理について説明する。この処理の詳細が図7に示してある。ステップS20001では、図4のステップS2003で設定した操業条件(作業時間、搬送時間、熱伝達係数)の中から加工パスを作成する条件を取得する。ステップS20002では、ステップS20001で取得した条件下で基準の加工パスすなわち、予め設計した基準の加工パスで加工を行ったケースを熱-変形解析(数値解析)によって評価し、その時の素材内部温度とストロークの関係を抽出する。素材内部の温度は、素材内の評価位置によって異なるため、具体的な評価指標が必要となる。前記した内部温度の評価指標として、例えば素材内部の最高温度を用いる。 Here, the processing path creation processing in step S2003 will be described. Details of this process are shown in FIG. In step S20001, conditions for creating a machining path are acquired from the operating conditions (working time, transfer time, heat transfer coefficient) set in step S2003 in FIG. In step S20002, the standard machining path under the conditions acquired in step S20001, that is, a case where machining is performed in a predesigned standard machining path is evaluated by thermal-deformation analysis (numerical analysis). Extract stroke relationships. Since the temperature inside the material varies depending on the evaluation position in the material, a specific evaluation index is required. For example, the maximum temperature inside the material is used as the evaluation index of the internal temperature.
ステップS20003では、加工パスの作成で用いるストロークのインクリメントΔzと加圧速度のインクリメントΔvの値を設定する。例えば、加工パス作成時に、ストローク0.1mm間隔でパスを作成し、加圧速度修正時の変化を0.1mm/sとした場合、Δz=0.1、Δv=0.1とする。ステップS20004では、ストロークの初期値と加圧速度の初期値を設定する。ここでは、z=0mm、vは基準の加工パスのz=0mmの時の加圧速度v0とする。
図8は、ストロークと内部温度の関係を示す温度波形図である。曲線800は基準の操業条件下で、基準の加工パスで加工を行った場合のストロークと素材80の内部温度の関係を示す。曲線801と曲線802はそれぞれ素材80の内部温度の許容される下限値、許容される上限値とストロークの関係を示す。
In step S20003, the values of the stroke increment Δz and the pressurization speed increment Δv used in creating the machining path are set. For example, when creating a machining pass, if a pass is created at intervals of 0.1 mm stroke and the change at the time of correcting the pressurization speed is 0.1 mm / s, Δz = 0.1 and Δv = 0.1. In step S20004, an initial stroke value and an initial pressure speed are set. Here, z = 0 mm and v are the pressurization speed v0 when z = 0 mm of the standard processing pass.
FIG. 8 is a temperature waveform diagram showing the relationship between the stroke and the internal temperature. A
ステップS20005では、ステップS20002で抽出した素材80の内部温度とストロークの関係から、現ストローク(ステップS20004の直後であれば、ストロークの初期値)における素材80の内部温度を算出する。ステップS20006において、取得した値を用いて、図8の曲線801と曲線802の現ストロークにおける素材80の内部温度の値との比較により、現加圧速度(ステップS20004の直後であれば、加圧速度の初期値)で加工した場合に現ストロークにおいて素材80の内部温度が許容範囲内であるかを判定する。
In step S20005, the internal temperature of the material 80 in the current stroke (the initial value of the stroke if immediately after step S20004) is calculated from the relationship between the internal temperature of the material 80 extracted in step S20002 and the stroke. In step S20006, by using the acquired value and comparing the
ステップS20006の判定の結果、素材80の内部温度が許容範囲内ではないと判定された場合(S20006の判定でNoの場合)にはステップS20007へ進み、素材80の内部温度が許容範囲よりも高いのか低いのかが判断される。ステップS20007で素材80の内部温度が高すぎると判断された場合(S20007でYesの場合)は、ステップS20008に進み、素材80の内部温度が低すぎると判断された場合(S20007でNoの場合)は、ステップS20009に進む。
As a result of the determination in step S20006, when it is determined that the internal temperature of the
図9は、加圧速度と素材の内部温度の関係を示す温度波形図である。曲線90は、所定のストロークまで上金型11または下金型12を移動した時の加圧速度と素材の内部温度の関係を示す。加圧速度の増加に伴い、加工発熱によって、素材の内部温度は高くなる。一方で、加圧速度の低下に伴い加工時間は長くなるため、大気との熱伝達によって表面温度が低下し、表面付近の材料が変形しにくくなる。そのため、加圧速度が低下しすぎると、素材内部の変形量が増加するため、素材80に塑性歪が発生し、それにより熱が発生する。この加工による発熱(加工発熱)によって、素材の内部温度は高くなる。上記した理由により、曲線90は加圧速度が低い領域と、加圧速度が高い領域(以下の説明では、領域Aと称する)で異なる傾向を示す。領域Aにおいては、加圧速度の増加とともに素材の内部温度が高くなるため、同領域において加圧速度を変化させることによって素材の内部温度を制御することができる。
FIG. 9 is a temperature waveform diagram showing the relationship between the pressing speed and the internal temperature of the material. A
S20007で素材80の内部温度が高すぎると判断された場合には、ステップS20008に進んで、現加圧速度vからステップS20003で設定した加圧速度のインクリメントΔvを差し引くことで加圧速度vを低速化する。次に、ステップS20010に進んで、S20008において加圧速度を低下させたことによって素材80の内部温度が低下するかを確認する。すなわち、ステップS20010では、現ストロークまで押し込み時にS20008で低下させた加圧速度vが図9で定義した領域A内に位置するかを確認する。
If it is determined in S20007 that the internal temperature of the
ステップS20008で修正した加圧速度vが前記した図9の領域A内に位置する場合(S20010でYesの場合)は、ステップS20005に戻って修正した加圧速度vを用いて素材80の内部温度を計算し、ステップS20006に進んで素材80の内部温度が許容範囲内であるか否かを判定する。一方、ステップS20008で低下させた加圧速度vが前記した図9の領域A内に位置しない場合(S20010でNoの場合)は、本処理による解はないため処理を終了する。
When the pressing speed v corrected in step S20008 is located in the above-described region A in FIG. 9 (Yes in S20010), the internal temperature of the
ステップS20007で素材80の内部温度が低すぎると判断された場合(S20007でNoの場合)はステップS20009に進み、現加圧速度vにステップS20003で設定した加圧速度のインクリメントΔvを足すことで加圧速度を高速化し、ステップS20005に戻る。
ステップS20005では、ステップS20009で修正した加圧速度vを用いて素材80の内部温度を計算し、ステップS20006に進んで素材80の内部温度が許容範囲内であるか否かを判定する。
If it is determined in step S20007 that the internal temperature of the
In step S20005, the internal temperature of the
ステップS20006において素材80の内部温度が許容範囲内であると判定した場合(S20006でYesの場合)には、ステップS20011に進んでストロークzが予め設定した限界値zfに達して加工が終了したか否かを判定し、z=zf:即ちストロークzが予め設定した限界値zfに達して加工が終了したと判定した場合(S20011でYesの場合)には加工を終了する。
If it is determined in step S20006 that the internal temperature of the
一方、ストロークzが予め設定した限界値zfに達しておらず、加工がまだ終了していないと判定した場合(S20011でNoの場合)には、ステップS20012に進んでステップS20003で設定したストロークのインクリメントΔzを足すことでストロークzを微小な距離だけ更新してS20005に戻って修正したストロークzを用いて素材80の内部温度を計算し、ステップS20006に進んで素材80の内部温度が許容範囲内であるか否かを判定する。
On the other hand, if it is determined that the stroke z has not reached the preset limit value zf and the machining has not been completed (No in S20011), the process proceeds to step S20012, and the stroke set in step S20003 is determined. By adding the increment Δz, the stroke z is updated by a minute distance, and the process returns to S20005 to calculate the internal temperature of the material 80 using the corrected stroke z. The process proceeds to step S20006, and the internal temperature of the
以上のように図7で説明したような処理フローに沿って作成した加工パスの情報を、加工パス計算ユニット112に記憶しておく。この処理を、ステップS20001で搬送時間と熱伝達係数を順次所定の量ずつ変化させて図7に示した処理フローを繰り返し実行することにより、基準の加工パスに対して搬送時間と熱伝達係数とがそれぞれ異なる複数の加工パスのデータとして、図6に示したような特徴を持つ加工パスデータのマップが得られる(ステップS2004)。
As described above, the machining path information created along the processing flow as described with reference to FIG. 7 is stored in the machining
図10Aに、ステップS2004で作成した加工パスデータのマップ1221と操業条件1222とを画面122上に表示した状態を示す。図10Aには、加工パスのデータマップ1221上で、「加工パス8」が選択された状態(図2のフローに示したステップS105を実行した状態)を示している。この画面上で、「詳細」ボタン1223をクリックすると、図10Bに示すような加工パスデータ1225とその情報1226が表示され、オペレータは、加工パスデータを確認することができる。図10Bの画面上で『戻る』ボタン1227をクリックすると、図10Aの画面に戻る。一方、図10Aの画面122上で、「実行」ボタン1224をクリックすると、制御部113は、選択された加工パスデータに基づいてプレス装置10を制御して、素材80を図2のフローに示したステップS106の鍛造を実行する。
FIG. 10A shows a state in which the machining path data map 1221 and the
上記した実施例においては、プレス装置10の下金型12を固定して上金型11を上下に駆動することにより素材80を鍛造する構成について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、プレス装置10を、上金型11に素材を固定した状態で下金型12を上下に駆動して素材80を鍛造するように構成してもよい。
In the above-described embodiment, the configuration in which the
以上の処理をストロークzが加工終了時のストロークzfになるまで繰り返すことでストローク毎の修正された加圧速度とストロークの関係を定義され、ステップS20001で設定した操業条件での加工パスが作成される。 By repeating the above processing until the stroke z becomes the stroke zf at the end of machining, the relationship between the corrected pressurizing speed and the stroke is defined for each stroke, and a machining path under the operating conditions set in step S20001 is created. The
本実施例によれば、鍛造における各ストロークごとに内部温度をチェックして加圧速度を調整することができるので、内部温度を許容範囲内に維持した状態で鍛造を行うことができ、所望の結晶状態の高品質な鍛造品を得ることが可能になった。 According to the present embodiment, the pressurization speed can be adjusted by checking the internal temperature for each stroke in the forging, so that the forging can be performed while maintaining the internal temperature within the allowable range. It has become possible to obtain a high-quality forged product in a crystalline state.
本実施例は、実施例1と同様の効果を得るため、鍛造装置151のプレス装置10に設置された瞬間の上金型11、下金型12のいずれかの表面温度を測定し、素材表面の温度を推定する構成とした。前記した、素材表面の温度は、例えば金型表面の温度と素材表面の関係を素材と金型および大気との熱伝達解析を予め実施することで推定する。
図11は、実施例2における鍛造システム200を示す構成図の例である。
既に説明した図1〜図8に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
In this example, in order to obtain the same effect as that of Example 1, the surface temperature of either the upper die 11 or the
FIG. 11 is an example of a configuration diagram illustrating the forging
The description of the components having the same functions as those shown in FIG. 1 to FIG.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやす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。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
10・・・プレス装置 11・・・上金型 12・・・下金型 20・・・加熱炉 30・・・搬送手段 40・・・時計 50・・・温度計 60・・・表面温度測定器 80・・・素材 100・・・鍛造システム 110・・・制御装置 111・・・入出力ユニット 112・・・加工パス計算ユニット 113・・・制御部 150・・・鍛造装置。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
炉で加熱した素材を該炉から前記プレス装置まで搬送する時間と前記プレス装置の上下1対のプレス金型の間に設置された前記素材の表面温度との情報とを用いて前記上下1対のプレス金型のうちの一方の金型の前記素材に対する加圧速度とストロークとの関係である加工パスを鍛造する前に予め作成し、さらに前記加工パスを記憶し、
該記憶した前記加工パスのマップの中からの適正な加工パスの選択を受け付け、前記受け付けた加工パスに基づいて前記プレス装置で前記素材を鍛造することを特徴とする鍛造方法。 It is a forging method in which a material is pressed by a mold with a press and molded,
The pair of upper and lower sides using the information on the time for conveying the material heated in the furnace from the furnace to the press device and the surface temperature of the material placed between the upper and lower pair of press dies of the press device. Before forging a processing pass that is a relationship between a pressing speed and a stroke with respect to the material of one of the press dies , and further storing the processing pass ,
Forging method characterized by receiving a selection of a proper machining path from the map of the working path and the storage, forging the material in the press apparatus on the basis of the accepted processing path.
炉で加熱した素材を該炉からプレス装置まで搬送する時間とプレス装置の上下1対のプレス金型の間に設置された前記素材の表面温度との情報を入力する入力部と、
該入力部に入力された前記炉で加熱した素材を該炉からプレス装置まで搬送する時間とプレス装置の上下1対のプレス金型の間に設置された前記素材の表面温度との情報とを用いて前記上下1対のプレス金型のうちの一方の金型の前記素材に対する加圧速度とストロークとの関係である加工パスを予め生成し、さらに前記加工パスを記憶する加工パス生成部とを備え、
鍛造を行う際には、予め記憶しておいた前記加工パスのマップの中からの適正な加工パスの選択を受け付け、前記受け付けた加工パスに基づいて前記プレス装置を制御して前記素材を鍛造する制御部とを備えたことを特徴とする鍛造装置。 A forging device that presses and molds a material with a mold,
An input unit for inputting information on the time for conveying the material heated in the furnace from the furnace to the press device and the surface temperature of the material installed between the pair of upper and lower press molds of the press device;
Information on the time for conveying the material heated in the furnace input to the input unit from the furnace to the press device and the surface temperature of the material installed between a pair of upper and lower press dies of the press device. A machining path generation unit that preliminarily generates a machining path that is a relationship between a pressing speed and a stroke of the mold of one of the pair of upper and lower press dies, and stores the machining path; With
When forging is performed, selection of an appropriate machining path from the previously stored machining path map is accepted, and the material is forged by controlling the press device based on the received machining path. A forging device comprising: a control unit that performs the operation.
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