JP6904812B2 - 金型寿命判定装置、及びプレス成形物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金型寿命判定装置、及びプレス成形物の製造方法に関する。

金型と被プレス物との間には摩擦が発生するため、プレス成形を繰り返していくと金型が摩耗する。この金型の摩耗は、プレス成形物の形状の変化や表面の傷などの加工不良の原因になる。このような加工不良を防ぐためには、ユーザは、摩耗により金型がその寿命に達した時に、金型を交換すればよい。しかし、金型の摩耗状態を知ることは難しいため、一般的に、金型の交換時期は、経験的にプレス成形の回数によって決定される、又は経験的にプレス成形物の形状から判断される。そのため、実際は、金型本来の寿命に達する前に金型が交換されている。

特許文献１（特開２００９−９５８７７号公報）には、プレス成形に応じて生じた金型のひずみ量を測定するひずみ量測定手段が金型の内部において少なくとも２ヶ所に設置され、ひずみ量測定手段の１つにより測定した基準ひずみ量と、他のひずみ量測定手段により測定した異常判定ひずみ量との比が所定範囲を外れたときに、プレス成形品の成形異常又は金型の異常と判定することについて記載されている。

特許文献２（特許第４８２３８８６号公報）には、金型のブランキング方向と直角方向の加工反力を測定するに加工反力測定手段が金型に埋め込まれ、ブランキングプレス加工中の反力パターンと予め記憶した標準の反力パターンとを比較して、その差が予め設定した閾値を超えた部位がある場合に警告を表示することについて記載されている。

特開２００９−９５８７７号公報 特許第４８２３８８６号公報

金型の摩耗状態を把握できれば、それに基づいて適切に金型の寿命を判定できると考えられる。しかし、特許文献１や特許文献２の技術では、金型自体の摩耗状態を抽出することが困難である。特許文献１は、２箇所のひずみ量の比率に基づいて金型の異常を判定するので、摩耗を要因とする寿命を判定することはできない。特許文献２は、１箇所の加工反力のパターンに基づいて金型の寿命を判定するので、金型全体の摩耗状態を考慮して金型の寿命を判定することはできない。

本発明は、金型の摩耗状態を高精度に推定し、金型の寿命を高精度に判定する技術を提供することを目的とする。

本願は、上記課題の少なくとも一部を解決する手段を複数含んでいるが、その例を挙げるならば、以下のとおりである。

本発明の一態様は、金型寿命判定装置であって、金型に線状に設けられたひずみ分布測定手段から、複数回のプレス工程のひずみ分布データを取得する取得部と、取得された第１のひずみ分布データと第２のひずみ分布データとを比較し、ひずみ分布上の変化量を用いて前記金型が寿命を過ぎたか否か判定する判定部と、前記寿命を過ぎたと判定された場合に、前記金型の寿命に関する情報を出力する出力部とを備える。

本発明によれば、金型の摩耗状態を高精度に推定し、金型の寿命を高精度に判定することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態に係る金型の構成例を示す斜視図である。 本実施形態に係るプレス成形装置の概略構成及び金型の断面の一例を示す図（その１）である。 本実施形態に係るプレス成形装置の概略構成及び金型の断面の一例を示す図（その２）である。 本実施形態に係るプレス成形装置の概略構成及び金型の断面の他の例を示す図である。 本実施形態に係る収容部の底部形状の例を示す断面図である。 本実施形態に係る金型寿命判定装置の機能構成例を示す図である。 本実施形態に係る金型寿命判定装置のハードウェア構成例を示す図である。 本実施形態に係る閾値設定処理の一例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る１回のプレス工程における時系列のひずみ分布の例を示す図である。 本実施形態に係るひずみ分布の変化量を説明する図である。 本実施形態に係る金型摩耗量に応じたひずみ分布の変化量に関するデータの構成例を示す図である。 本実施形態に係る摩耗量と変化量と金型寿命の関係を説明する図である。 本実施形態に係る金型寿命判定処理の一例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る摩耗発生部位を説明する図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態は、プレス成形用金型、当該金型を備えるプレス成形装置、及び当該金型の寿命を判定する金型寿命判定装置を含むプレス成形システムに関する。

図１は、本発明の一実施形態に係る金型の構成例を示す斜視図である。

金型１０は、後述するプレス成形装置１１に装着される。金型１０は、一対の金型であるパンチ１とダイ２を含む。パンチ１は、角柱状に形成されており、そのプレス面（ダイ２側の面）の幅方向中央部分が凸状に形成されている。ダイ２は、角柱状に形成されており、そのプレス面（パンチ１側の面）の幅方向中央部分が凹状に形成されている。パンチ１とダイ２の間に金属板などの被プレス物を配置し、パンチ１とダイ２で挟んで押圧することで被プレス物を加工し、プレス成形物を作製することができる。

パンチ１のプレス面の裏側には、パンチ１の幅方向に沿って溝部３が形成されている。溝部３のプレス面と反対側は開放しており、溝部３のパンチ１の幅方向の両側は開放している。また、ダイ２のプレス面の裏側には、ダイ２の幅方向に沿って溝部４が形成されている。溝部４のプレス面と反対側は開放しており、溝部４のダイ２の幅方向の両側は開放している。後に詳述するように、溝部３及び溝部４の底部には、それぞれ光ファイバセンサなどのひずみ分布測定手段が幅方向に沿って線状に設置される。溝部３及び溝部４は、ひずみ分布測定手段を収容する収容部と呼ぶことができる。

図２は、本実施形態に係るプレス成形装置の概略構成及び金型の断面の一例を示す図（その１）である。図３は、本実施形態に係るプレス成形装置の概略構成及び金型の断面の一例を示す図（その２）である。図２及び図３では、プレス成形装置の一部の構成（金型１０が装着される部分）が示され、それ以外の構成は省略されている。図２では、図１に示す金型１０を、その中心で溝部３及び溝部４の長手方向（金型１０の幅方向）に直交する方向に切った垂直断面が示されている。図３では、図１に示す金型１０を、その中心で溝部３及び溝部４の長手方向（金型１０の幅方向）に平行に切った垂直断面が示されている。

プレス成形装置１１は、一対の金型（パンチ１及びダイ２）の少なくとも一方を上下移動させて被プレス物をプレス成形するプレス機である。プレス成形装置１１は、上側基部１２及び下側基部１３の少なくとも一方を上下移動させることができるスライド機構（図示せず）を備える。図２及び図３の例では、上側基部１２には、パンチ１が固定されており、下側基部１３には、ダイ２が固定されている。パンチ１とダイ２は、スライド機構によって相対的に上下移動するように制御される。もちろん、上側基部１２にダイ２を固定し、下側基部１３にパンチ１を固定してもよい。

図３に示すように、パンチ１の溝部３の底部３１は、プレス面の輪郭形状に沿って形成されている。パンチ１の溝部３の底部３１には、その長手方向にその形状に沿って線状にひずみ分布測定手段５が設置されている。また、ダイ２の溝部４の底部４１は、プレス面の輪郭形状に沿うように形成されている。ダイ２の溝部４の底部４１には、その長手方向にその形状に沿って線状にひずみ分布測定手段６が設置されている。ひずみ分布測定手段５及びひずみ分布測定手段６は、例えば接着剤を用いて、溝部３及び溝部４の底部３１及び底部４１に固定される。

ひずみ分布測定手段５及びひずみ分布測定手段６には、例えば、光ファイバセンサ、ひずみゲージ、又はひずみインピーダンスセンサを採用することができる。ひずみゲージ及びひずみインピーダンスセンサは、１点のひずみを測定するための素子であるため、線状の複数の位置で測定する場合、複数個の素子を底部に沿って線状に設置する必要がある。そのため、配列できる個数は、素子の大きさに依存してしまい、言い換えれば、線状のひずみ分布の分解能は、素子の大きさに依存してしまう。一方、光ファイバセンサは、光ファイバを底部に沿って設置することができるため、光ファイバが延伸する方向の任意の複数の位置でひずみを測定することができる。つまり、光ファイバセンサは、線状の複数の位置でひずみを測定する際の分解能において、ひずみゲージ及びひずみインピーダンスセンサよりも優れている。従って、本実施形態では、光ファイバセンサを採用するのが好ましい。

図４は、本実施形態に係るプレス成形装置の概略構成及び金型の断面の他の例を示す図である。

ひずみ分布測定手段を収容する収容部の構造は、図２及び図３に示す溝部に限られず、例えば貫通孔であってもよい。図４に示すように、パンチ１のプレス面の裏側には、パンチ１の幅方向に沿って貫通孔３ａが形成されている。貫通孔３ａのパンチ１の幅方向の両側は開放している。また、ダイ２のプレス面の裏側には、ダイ２の幅方向に沿って貫通孔４ａが形成されている。貫通孔４ａのダイ２の幅方向の両側は開放している。貫通孔３ａ及び貫通孔４ａの底部には、それぞれひずみ分布測定手段５及びひずみ分布測定手段６が幅方向に沿って線状に設置される。貫通孔３ａ及び貫通孔４ａの底部の形状は、溝部３及び溝部４の底部の形状と同様である。

収容部が図２及び図３に示すように溝部で形成されている場合、その底部の反対方向は開放しているため、ひずみ分布測定手段を溝部に挿入する際の作業性を向上することができる。収容部が図４に示すように貫通孔で形成される場合、溝部で形成される場合と比べ、金型１０の空洞部の容積が小さいため、金型１０の強度を向上することができる。

なお、上述した収容部（溝あるいは貫通孔）は、パンチ１及びダイ２のいずれか一方のみに形成されてもよい。

図５は、本実施形態に係る収容部の底部形状の例を示す断面図である。図５（Ａ）は、収容部の底部形状の一例を示し、図５（Ｂ）は、収容部の底部形状の他の例を示す。

図５（Ａ）では、底部は、円弧状の曲面部２１により形成されている。図５（Ｂ）では、底部は、直線状の平面部２２と、その両側の円弧状の曲面部２３とにより形成されている。収容部の左右の壁の間の距離ｄは、光ファイバセンサ（図中の円状の破線）の幅よりも長く設定される。平面部２２の幅は、光ファイバセンサの幅よりも長く設定されるのが好ましい。なお、収容部が溝部である場合、例えば、溝の幅は、１ｍｍから１５ｍｍであり、溝の深さは、溝の深さ／溝の幅＜１５の比率となるように設定される。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）の収容部では、光ファイバセンサを収容部の左右の壁に接触させずに底部に設置することできる。これにより、プレス面側のひずみを精度よく検出することができる。また、図５（Ｂ）の収容部では、底部の中央部を平面に形成することで、光ファイバセンサの接触面積を小さくするとともに、図５（Ａ）と比べて力が加わる方向を限定することができる。これにより、プレス面側のひずみをさらに精度よく検出することができる。もちろん、図５（Ｂ）と比べて力が加わる方向を増やしたい場合は、図５（Ａ）のような底部形状を用いるメリットがある。

上述したように、金型１０のプレス面の形状に沿って線状のひずみ分布測定手段を設けることで、線状のひずみ分布データを得ることができる。また、得られた線状のひずみ分布データから、プレス面の形状の変化（すなわち、プレス面の摩耗状態）を高精度に推定することができる。以下では、この線状のひずみ分布データを用いた金型１０の寿命の判定について説明する。

図６は、本実施形態に係る金型寿命判定装置の機能構成例を示す図である。以下では、ひずみ分布測定手段５を用いてパンチ１の金型寿命を判定する場合を説明するが、もちろん、ひずみ分布測定手段６を用いてダイ２の金型寿命を判定してもよい。

金型寿命判定装置１００は、ひずみ分布測定手段５に変換装置５０を介して接続される。変換装置５０は、ひずみ分布測定手段５に接続され、ひずみ分布測定手段５から出力されるデータに対して所定の変換処理を施して、コンピュータで解釈可能なデータに変換し、金型寿命判定装置１００に出力する。

金型寿命判定装置１００は、制御部１１０と、記憶部１２０とを備える。制御部１１０は、金型寿命判定装置１００を統合的に制御する。記憶部１２０は、制御部１１０の処理に使用される情報を格納する。制御部１１０は、閾値設定部１１１と、取得部１１２と、判定部１１３と、出力部１１４とを含む。

閾値設定部１１１は、金型寿命の判定に使用される、ひずみ分布上の変化量の閾値を設定する。閾値設定部１１１の処理は、ＦＥＭ（Finite Element Method）成形解析技術を利用して実現することができる。具体的には、閾値設定部１１１は、プレス面の摩耗量が異なる複数のパンチ１及びダイ２の金型モデルを生成する。パンチ１の金型モデルには、図１と同様に溝部３が形成されている。パンチ１の金型モデルの溝部３の底部には、線状のひずみ分布を測定するための複数の測定位置が設定される。また、閾値設定部１１１は、摩耗量の異なる各金型モデルを使ったプレス工程をシミュレーションして、プレスした際の線状の各測定位置でのひずみ量データを取得する。また、閾値設定部１１１は、異なる２つの摩耗量の金型モデルでのひずみ分布上の変化量を算出し、変化量の閾値として設定する。閾値設定部１１１の処理については、図８に示すフローチャートを用いて後に詳述する。

なお、閾値設定部１１１の処理の実行の際は、金型寿命判定装置１００は変換装置５０と接続されている必要はない。

取得部１１２は、実際の複数回のプレス工程において、プレスした際にパンチ１のひずみ分布測定手段５から出力されるデータを、後述する通信装置１０４を介して変換装置５０から取得する。また、取得部１１２は、取得したデータに基づいて、線状の各測定位置でのひずみ量データ（すなわち、ひずみ分布データ）を取得する。取得部１１２の処理については、図１３に示すフローチャートを用いて後に詳述する。

判定部１１３は、取得部１１２により取得されたひずみ分布データを用いて、異なる２つのプレス工程でのパンチ１のひずみ分布データを比較し、ひずみ分布上の変化量を算出する。また、判定部１１３は、算出した変化量が上述した変化量の閾値を超えるか否かを判定することにより、パンチ１についてプレス面の摩耗による寿命を過ぎたか否かを判定する。判定部１１３の処理については、図１３に示すフローチャートを用いて後に詳述する。

出力部１１４は、判定部１１３によりパンチ１が寿命を過ぎたと判定された場合に、パンチ１の寿命に関する情報（例えば、パンチ１の寿命が過ぎたことを示すメッセージ）を、後述する出力装置１０６に出力させる。出力部１１４の処理については、図１３に示すフローチャートを用いて後に詳述する。

図７は、本実施形態に係る金型寿命判定装置のハードウェア構成例を示す図である。

金型寿命判定装置１００は、例えば図７に示すようなコンピュータ機器で実現することができる。コンピュータ機器は、例えば、サーバコンピュータ、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレットコンピュータ等の様々な態様のものを含む。金型寿命判定装置１００は、複数のコンピュータ機器により実現されてもよい。

金型寿命判定装置１００は、例えば、演算装置１０１と、主記憶装置１０２と、外部記憶装置１０３と、通信装置１０４と、入力装置１０５と、出力装置１０６と、読み書き装置１０７とを含む。

演算装置１０１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算処理装置である。主記憶装置１０２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置である。外部記憶装置１０３は、例えば、ハードディスクやＳＳＤ（Solid State Drive）、あるいはフラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶装置である。通信装置１０４は、ケーブルを介して有線通信を行う通信装置、アンテナを介して無線通信を行う通信装置を含む、情報を送受信する装置である。入力装置１０５は、キーボードやマウスなどのポインティングデバイス、タッチパネル、マイクロフォンなどを含む、入力情報を受け付ける装置である。出力装置１０６は、ディスプレイ、プリンター、スピーカーなどを含む、出力情報を出力する装置である。読み書き装置１０７は、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリー等の記録媒体に情報を読み書きする装置である。主記憶装置１０２及び外部記憶装置１０３の少なくとも一部は、例えば、通信装置１０４を介して接続されるネットワーク上のストレージにより実現されてもよい。

図６で説明した制御部１１０は、例えば、演算装置１０１が所定のアプリケーションプログラムを実行することによって実現することができる。このアプリケーションプログラムは、例えば、外部記憶装置１０３内に記憶され、実行にあたって主記憶装置１０２上にロードされ、演算装置１０１によって実行される。記憶部１２０は、例えば主記憶装置１０２及び外部記憶装置１０３の少なくとも一方によって実現することができる。

図８は、本実施形態に係る閾値設定処理の一例を示すフローチャートである。ｉは、金型１０のプレス面の摩耗量を示す変数であり、初期値として０に設定される。ｉ＝０は、プレス面の摩耗がない初期状態である。

まず、閾値設定部１１１は、ＦＥＭ成形解析により、摩耗量ｉの金型を作成及び解析する（ステップＳ１０）。具体的には、閾値設定部１１１は、摩耗量ｉのパンチ１及びダイ２の金型モデルを作成する。パンチ１の金型モデルには、図１と同様に溝部３が形成されている。閾値設定部１１１は、実際のひずみ分布測定手段５と同様の線状の複数の測定位置を模擬して、パンチ１の金型モデルの溝部３の底部に線状のひずみ分布を測定するための複数の測定位置を設定する。

また、閾値設定部１１１は、作成した金型モデルを使ったプレス工程をシミュレーションする。プレス工程のシミュレーションでは、例えば、金属板等の被プレス物をパンチ１及びダイ２でプレスして所望のプレス成形物を得る工程が仮想的に再現される。このシミュレーションにおいて、閾値設定部１１１は、プレス工程の間、線状の各測定位置でのひずみ量データを時系列に取得することができる。

図９は、本実施形態に係る１回のプレス工程における時系列のひずみ分布の例を示す図である。図９では、縦軸はひずみ量を示し、横軸は金型中心からの距離を示し、奥行方向軸はプレス時間を示す。金型中心からの距離とは、図３に示すように、パンチ１の中央（図中の１点鎖線）からの、ひずみ分布測定手段５の各測定位置までの距離である。図９では、パンチ１の中央から右側あるいは左側のデータを示している。プレス時間は、１回のプレス工程に要する時間である。図９では、プレス時間中の５時点のひずみ分布データを示している。

閾値設定部１１１は、図９に示すように、プレス時間中の複数の時点で、各測定位置のひずみ量データを取得することができる。

図８の説明に戻る。次に、閾値設定部１１１は、プレス工程の所定時点のひずみ分布を取得する（ステップＳ２０）。具体的には、閾値設定部１１１は、プレス時間中の複数の時点のひずみ分布データから、所定時点のひずみ分布データを取得する。なお、所定時点は、異なる摩耗量の金型モデルの間で、共通の時点が使用される。

次に、閾値設定部１１１は、摩耗量ｉが０であるか否かを判定する（ステップＳ３０）。摩耗量ｉが０であると判定した場合（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）、閾値設定部１１１は、ステップＳ２０で取得した所定時点のひずみ分布データを、初期状態のひずみ分布として定義し、記憶部１２０に格納する（ステップＳ４０）。それから、閾値設定部１１１は、摩耗量ｉを所定量ａだけ増加させ（ステップＳ５０）、処理をステップＳ１０に戻す。

摩耗量ｉが０でないと判定した場合（ステップＳ３０：Ｎｏ）、閾値設定部１１１は、ステップＳ４０で定義した初期状態（ｉ＝０）のひずみ分布と、ステップＳ２０で取得した摩耗量ｉ（ｉ＞０）のひずみ分布との変化量を算出する（ステップＳ６０）。具体的には、閾値設定部１１１は、初期状態（ｉ＝０）のひずみ分布データ上で所定条件を満たす位置（金型中心からの距離）を特定する。また、閾値設定部１１１は、摩耗量ｉ（ｉ＞０）のひずみ分布データ上で所定条件を満たす位置（金型中心からの距離）を特定する。そして、閾値設定部１１１は、これらの特定した２つの位置間の距離を、変化量として算出する。

図１０は、本実施形態に係るひずみ分布の変化量を説明する図である。図１０では、縦軸はひずみ量を示し、横軸は金型中心からの距離を示す。図１０では、初期状態（ｉ＝０）のひずみ分布（破線）と、摩耗量ｉ（ｉ＞０）のひずみ分布（実線）が示されている。

図１０の例では、閾値設定部１１１は、初期状態（ｉ＝０）のひずみ分布データ上で、正のひずみ量が最大となるピーク（特徴点と呼んでもよい）を特定し、その位置を特定する。また、閾値設定部１１１は、摩耗量ｉ（ｉ＞０）のひずみ分布データ上で、正のひずみ量が最大となるピークを特定し、その位置を特定する。そして、閾値設定部１１１は、これらの特定した２つの位置間の距離を、変化量として算出する。このピーク位置の変化は、プレス面の摩耗が進んだことを表していると言える。

図８の説明に戻る。閾値設定部１１１は、ステップＳ６０で算出した各摩耗量のときの変化量を、記憶部１２０に格納してもよい。

図１１は、本実施形態に係る金型摩耗量に応じたひずみ分布の変化量に関するデータの構成例を示す図である。記憶部１２０には、摩耗量ごとに、金型摩耗量１２１と、ひずみ分布データ１２２と、ひずみ分布の所定条件を満たす位置（例えばピーク位置）の変化量１２３とを関連付けたレコードが格納される。閾値設定部１１１は、摩耗量ごとに、レコードを生成して記憶部１２０に格納する。初期状態のひずみ分布の変化量１２３には、値が設定されない。

図８の説明に戻る。次に、閾値設定部１１１は、摩耗量ｉが摩耗量の閾値と等しいか否かを判定する（ステップＳ７０）。摩耗量の閾値には、例えば、プレス成形の所望の精度を維持できる、金型１０のプレス面の最大の摩耗量を統計的に決定し、この値を予め設定することができる。摩耗量ｉが摩耗量の閾値と等しくないと判定した場合（ステップＳ７０：Ｎｏ）、閾値設定部１１１は、摩耗量ｉを所定量ａだけ増加させ（ステップＳ８０）、処理をステップＳ１０に戻す。

摩耗量ｉが摩耗量の閾値と等しいと判定した場合（ステップＳ７０：Ｙｅｓ）、閾値設定部１１１は、摩耗量の閾値に相当するひずみ分布の変化量の閾値を取得する（ステップＳ９０）。具体的には、閾値設定部１１１は、ステップＳ６０で最後に算出した変化量を、変化量の閾値として取得し、記憶部１２０に格納する。図１１のテーブルでは、最も下のレコードの変化量１２３が、変化量の閾値に相当する。

図１２は、本実施形態に係る摩耗量と変化量と金型寿命の関係を説明する図である。図１２では、縦軸は摩耗量を示し、横軸はひずみ分布のピーク位置の変化量を示す。図１１の各摩耗量における変化量１２３をプロットすると、図１２に示すような線グラフを作成することができる。この線グラフと摩耗量の閾値との交点から横軸へ下ろした位置は、変化量の閾値に相当する。ここで、摩耗量の閾値は、上述したように、例えば、プレス成形の所望の精度を維持できる最大の摩耗量（すなわち、金型を取り替えるか否かの判断基準）である。従って、ひずみ分布の変化量の閾値も、摩耗量の閾値と同様に金型寿命を判定するための基準として利用できることが分かる。

以上のようにして、閾値設定部１１１は、図８の閾値設定処理を終了する。

図１３は、本実施形態に係る金型寿命判定処理の一例を示すフローチャートである。ｎは、プレス成形装置１１によるプレス成形の回数であり、初期値として１に設定される。ｎ＝１は、プレス面の摩耗がない初期状態である。

まず、プレス成形装置１１は、プレス成形を実行する（ステップＳ１１０）。具体的には、プレス成形装置１１は、パンチ１とダイ２の間に金属板などの被プレス物を配置し、パンチ１とダイ２で挟んで押圧することで、プレス成形物を作製する。なお、作製されたプレス成形物は、取り除かれ、次の被プレス物が配置される。

次に、取得部１１２は、プレス工程の所定時点のひずみ分布を取得する（ステップＳ１２０）。具体的には、取得部１１２は、ステップＳ１１０のプレス工程の間、ひずみ分布測定手段５から出力される複数の時点のデータを、変換装置５０を介して取得する。また、取得部１１２は、取得した各時点のデータに基づいて、各時点のひずみ分布データを取得する。また、取得部１１２は、取得した複数の時点のひずみ分布データから、所定時点のひずみ分布データを取得する。なお、所定時点は、異なる回のプレス工程の間で、共通の時点が使用される。

次に、判定部１１３は、プレス成形の回数ｎが１であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。回数ｎが１であると判定した場合（ステップＳ１３０：Ｙｅｓ）、判定部１１３は、ステップＳ１２０で取得した所定時点のひずみ分布データを、初期状態のひずみ分布として定義し、記憶部１２０に格納する（ステップＳ１４０）。それから、判定部１１３は、回数ｎを１増加させ（ステップＳ１５０）、処理をステップＳ１１０に戻す。

回数ｎが１でないと判定した場合（ステップＳ１３０：Ｎｏ）、判定部１１３は、ステップＳ１４０で定義した初期状態（ｎ＝１）のひずみ分布と、ステップＳ１２０で取得した回数ｎ（ｎ＞１）のひずみ分布との変化量を算出する（ステップＳ１６０）。具体的には、判定部１１３は、初期状態（ｎ＝１）のひずみ分布データ上で所定条件を満たす位置（金型中心からの距離）を特定する。また、判定部１１３は、回数ｎ（ｎ＞１）のひずみ分布データ上で所定条件を満たす位置（金型中心からの距離）を特定する。そして、判定部１１３は、これらの特定した２つの位置間の距離を、変化量として算出する。変化量は、例えば、上述したようにピーク位置間の距離を用いることができる。

次に、判定部１１３は、ステップＳ１６０で算出した変化量が、閾値設定部１１１により設定された変化量の閾値（図８のステップＳ９０）を超えるか否かを判定する（ステップＳ１７０）。変化量が閾値を超えていないと判定した場合（ステップＳ１７０：Ｎｏ）、判定部１１３は、回数ｎを１増加させ（ステップＳ１８０）、処理をステップＳ１１０に戻す。

変化量が閾値を超えていると判定した場合（ステップＳ１７０：Ｙｅｓ）、判定部１１３は、金型の寿命に関する情報を出力する（ステップＳ１９０）。具体的には、判定部１１３は、金型の寿命に関する情報を出力するように、出力部１１４に指示する。出力部１１４は、例えば、パンチ１あるいは金型１０の寿命が過ぎたことを示すメッセージを、出力装置１０６に出力させる。メッセージの出力方法は、特に限定されず、例えば、ディスプレイを介して表示してもよいし、スピーカーを介して音声で出力してもよい。このメッセージが通知されたユーザは、例えば、プレス成形装置１１を停止して、金型１０を交換したり修理したりすることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明した。本実施形態では、プレス面の形状に沿って線状のひずみ分布測定手段を設けることで、線状のひずみ分布データを得ることができる。また、線状のひずみ分布データを用いれば、摩耗によるプレス面の形状変化を、プレス面と被プレス物の接触位置の変化によって生じるひずみ分布パターンの変化として検出できる。これにより、金型の摩耗状態を高精度に推定し、金型の寿命を高精度に判定することができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。各実施形態および各変形例の２つ以上を適宜組み合わせることもできる。

上述の実施形態のある変形例では、判定部１１３は、摩耗が発生した部位を特定してもよい。図１４は、本実施形態に係る摩耗発生部位を説明する図である。初期状態のひずみ分布パターン（破線）と回数ｎのひずみ分布パターン（実線）とを比較すると、ひずみが変化している部分が、プレス面の摩耗が発生した部位であることが分かる。判定部１１３は、例えば、図１３のフローチャートにおいて、変化量が閾値を超えていると判定した場合（ステップＳ１７０：Ｙｅｓ）に、初期状態（ｎ＝１）のひずみ分布パターンと回数ｎ（ｎ＞１）のひずみ分布パターンを比較し、異なる部位を特定する。出力部１１４は、例えば、図１４に示すようなグラフを出力装置１０６に表示させてもよい。出力部１１４は、図１４に示すようなグラフ上で、特定された異なる部位を強調表示してもよい。このようにすれば、ユーザは、金型１０の寿命の到来に加え、摩耗した部位を把握することができる。

他の変形例では、出力部１１４は、例えば、プレス成形装置１１の制御盤と通信可能に接続され、図１３のステップＳ１９０において、制御盤に対して金型１０の寿命の到来を知らせる通知信号を出力してもよい。この場合、制御盤は、当該通知信号に応じてプレス成形装置１１を停止することができる。

さらに他の変形例では、閾値設定部１１１は、金型寿命判定装置１００とは別のコンピュータ上に実装されてもよい。この場合、閾値設定部１１１は、設定した閾値を金型寿命判定装置１００に出力すればよい。

さらに他の変形例では、変換装置５０と金型寿命判定装置１００は、インターネットや専用回線などの通信網を介して接続されてもよい。この場合、金型１０の寿命を遠隔から監視することができる。また、金型寿命判定装置１００は、複数の変換装置５０に接続され、複数のプレス成形装置１１の金型１０の寿命を判定してもよい。また、金型寿命判定装置１００の機能は、プレス成形装置あるいはその制御盤に搭載されるコンピュータに組み込まれてもよい。

さらに他の変形例では、金型寿命判定装置１００は、金型１０の寿命が過ぎる前に、警告を出力してもよい。具体的には、例えば、図８のステップＳ７０で使用する摩耗量の閾値（プレス成形の所望の精度を維持できる、金型１０のプレス面の最大の摩耗量）を、所定量小さく設定すればよい。あるいは、図８のステップＳ９０で算出した変化量よりも所定量小さい値を、閾値として取得すればよい。図１３のステップＳ１９０では、出力部１１４は、例えば、パンチ１あるいは金型１０が寿命に近付いていることを示すメッセージを、出力装置１０６に出力させればよい。

さらに他の変形例では、閾値設定部１１１は、ひずみ分布の変化量を算出する際に、ピーク以外の特徴点の位置を用いてもよい。閾値設定部１１１は、例えば、ひずみ分布パターンから摩耗に関する特徴点を抽出するための予め定めたアルゴリズムを実行して、当該特徴点の位置を特定する。そして、閾値設定部１１１は、特定した２つの特徴点の位置間の距離を、変化量として算出する。判定部１１３も同様に特徴点を用いてもよい。

さらに他の変形例では、ひずみ分布測定手段は、線状のデータを測定できるように配置するのに限定されず、例えば、複数の線が集合した面状のデータを測定できるように配置してもよい。この場合、収容部の幅は、広げる必要がある。閾値設定部１１１は、例えば、ＦＥＭ成形解析において、複数の線のひずみ分布データを対応する測定位置ごとに平均するなどして、１本の線のひずみ分布データを取得すればよい。判定部１１３も同様に、複数の線のひずみ分布データを対応する測定位置ごとに平均するなどして、１本の線のひずみ分布データを取得すればよい。このようにすれば、面状のひずみ分布に基づいて、金型１０の寿命を判定することができる。

なお、本発明の金型及び収容部の構成は、原理的に明らかに同様の目的及び効果を奏するのであれば、図１〜５に示した形状、大きさ、位置等に限定されるものではない。

また、図６で示した金型寿命判定装置１００の構成は、その構成を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分類したものである。構成要素の分類の仕方や名称によって、本発明が制限されることはない。金型寿命判定装置１００の構成は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。また、１つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。また、各構成要素の処理は、１つのハードウェアで実行されてもよいし、複数のハードウェアで実行されてもよい。

また、図８及び図１３で示したフローチャートの処理単位は、金型寿命判定装置１００の処理の理解を容易にするために、主な処理内容に応じて分割したものである。処理単位の分割の仕方や名称によって、本発明が制限されることはない。金型寿命判定装置１００の処理は、処理内容に応じて、さらに多くの処理単位に分割することもできる。また、１つの処理単位がさらに多くの処理を含むように分割することもできる。さらに、本発明の目的及び効果を達成できるのであれば、上記のフローチャートの処理順序も、図示した例に限られるものではない。

本発明は、上記した実施形態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、上記した各実施形態は、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、本発明が、必ずしも説明した全ての構成要素を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を、他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に、他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施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。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現されてもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリーや、ハードディスク、ＳＳＤ等の記憶装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

本発明は、加工対象をプレスするのみの狭い範囲のプレス成形に限らず、加工対象を鍛造加工するなど広い範囲のプレス成形に適用可能である。また、本発明は、プレス成形用金型、金型寿命判定装置、及びプレス成形システムに限られず、プレス成形装置、プレス成型方法、金型寿命判定方法、プレス成形物の製造方法、コンピュータ読み取り可能なプログラム、などの様々な態様で提供することができる。

１…パンチ、２…ダイ、３…溝部、３ａ…貫通孔、４…溝部、４ａ…貫通孔、５…ひずみ分布測定手段、６…ひずみ分布測定手段、１０…金型、１１…プレス成形装置、１２…上側基部、１３…下側基部、２１…曲面部、２２…平面部、２３…曲面部、３１…底部、４１…底部、５０…変換装置、１００…金型寿命判定装置、１０１…演算装置、１０２…主記憶装置、１０３…外部記憶装置、１０４…通信装置、１０５…入力装置、１０６…出力装置、１０７…読み書き装置、１１０…制御部、１１１…閾値設定部、１１２…取得部、１１３…判定部、１１４…出力部、１２０…記憶部、１２１…金型摩耗量、１２２…ひずみ分布データ、１２３…ひずみ分布の変化量

Claims (6)

1. 金型に線状に設けられたひずみ分布測定手段から、複数回のプレス工程のひずみ分布データを取得する取得部と、
   取得された第１のひずみ分布データと第２のひずみ分布データとを比較し、ひずみ分布上の変化量を用いて前記金型が寿命を過ぎたか否か判定する判定部と、
   前記寿命を過ぎたと判定された場合に、前記金型の寿命に関する情報を出力する出力部と
   を備える金型寿命判定装置。
2. 請求項１に記載の金型寿命判定装置であって、
   ひずみ分布上の変化量の閾値を格納する記憶部を備え、
   前記判定部は、前記ひずみ分布上の変化量が前記閾値を超えたか否かを判定することにより、前記金型が寿命を過ぎたか否か判定する
   金型寿命判定装置。
3. 請求項２に記載の金型寿命判定装置であって、
   前記ひずみ分布上の変化量は、前記第１のひずみ分布データの特徴点と前記第２のひずみ分布データの特徴点との間の変化量である
   金型寿命判定装置。
4. 請求項３に記載の金型寿命判定装置であって、
   前記特徴点は、ひずみ分布上のピーク位置である
   金型寿命判定装置。
5. 請求項２に記載の金型寿命判定装置であって、
   プレス面の摩耗量が異なる複数の金型モデルを生成し、前記各金型モデルに設定された線状の複数の測定位置でのプレス工程におけるひずみ分布データを取得し、第１の摩耗量の前記金型モデルにおけるひずみ分布データと第２の摩耗量の前記金型モデルにおけるひずみ分布データとを用いて、ひずみ分布上の変化量を算出し、前記閾値として設定する閾値設定部
   を備える金型寿命判定装置。
6. プレス面の裏側に当該プレス面の形状に沿って線状に設けられたひずみ分布測定手段を有する金型を用いて、複数回のプレス工程を実行し、
   前記ひずみ分布測定手段から、前記複数回のプレス工程のひずみ分布データを取得し、
   取得された第１のひずみ分布データと第２のひずみ分布データとを比較し、ひずみ分布上の変化量を用いて前記金型が寿命を過ぎたか否か判定し、
   前記寿命を過ぎたと判定された場合に、前記金型の寿命に関する情報を出力する
   プレス成形物の製造方法。

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