KR102060405B1 - 금형의 수명 예측 방법 및 금형의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

금형의 열 피로 수명의 예측 방법을 제공한다. 경도 H의 금형재로 이루어지며, 피가공재에 접촉했을 때의 가열과, 피가공재에 접촉한 후의 냉각이 반복되는 금형의 열 피로 수명의 예측 방법으로서, 피가공재에 접촉함으로써 가열된 금형의 온도 분포를 구하고, 상기 온도 분포로부터 금형에 발생하는 열 응력 분포를 구하고, 상기 열 응력 분포로부터 금형의 위치 x에 있어서의 열 응력 최대값 σ_{h _MAX}와, 이 열 응력 최대값 σ_{h _ MAX}일 때의 온도 T_h를 구하고, 경도 H의 금형재를 사용하여 온도 T_h에 있어서의 내력 σ_y(T_h)와, 냉각되었을 때의 금형의 온도 T_c에 있어서의 수축 φ(T_c)를 구하고, σ_{h _MAX}, σ_y(T_h) 및 φ(T_c)를 이하의 관계식에 대입함으로써 금형의 위치 x에 있어서의 열 피로 수명 N을 구하는 금형의 수명 예측 방법이다.
N={C₁(σ_y(T_h)/σ_{h_MAX})^m·ln(1-φ(T_c))^-1-C₂}ⁿ (C₁, C₂, m, n은 정수)

Description

금형의 수명 예측 방법 및 금형의 제조 방법

본 발명은 금형의 열 피로 수명을 예측하는 방법에 관한 것이다.

다이캐스트 금형, 열간 단조 금형 등 그 작업면이 고온의 피가공재와 접해서 사용되는 금형에 있어서는 피가공재와의 접촉에 의한 가열과, 수용성 이형제나 윤활제 등에 의한 냉각이 행해지기 때문에 금형 표면에는 압축 및 인장의 열 응력이 부하된다. 그리고 실조업에 있어서는 이 열 응력이 반복해 부하되기 때문에 금형 표면에 열 피로 크랙이 발생하고, 예를 들면 금형의 작업면에 있어서는 그 크랙이 피가공재에 전사되게 된다. 이 크랙의 전사는 서서히 심하게 되어 금형을 사용할 수 없게 되면 그 금형은 폐각(廢却)이 된다. 특히, 다이캐스트 금형에서는 열 피로에 의한 크랙이 가장 큰 폐각 원인으로 되어 있어 이 열 피로 수명을 향상하는 것이 강하게 요망되어 있다.

이러한 문제에 대하여는 종래 금형의 경도 향상이나, 고온 강도를 개선한 금형재의 적용 등이 대책으로서 채용되어 있으며, 실제로 효과가 발휘되어 있는 경우도 있다. 그러나 금형의 열 피로 수명과 금형의 재료 특성이나 열 응력 부하의 관계가 불명확했기 때문에 실제로 적용해 보지 않으면 어느 정도의 수명 향상이 얻어지는지 불명했다. 그 때문에 기대한 만큼 수명이 향상되지 않아 시행착오를 반복하여 개선에 시간과 비용이 들어버리는 경우가 있었다.

그래서 금형의 재료 특성 및 사용 중의 금형에 발생하는 열 응력 분포로부터 금형의 열 피로 수명을 예측하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1). 즉, 상기 열 응력 분포를 구한 금형의 소정의 위치 x에 있어서의 가열 시의 온도 T_h 및 열 응력 σ_h와, 금형재의 온도 T_h에 있어서의 소정의 금형 경도에서의 내력 σ_y(T_h) 및 냉각 시의 온도 T_c에 있어서의 소정의 금형 경도에서의 수축 φ(T_c)로부터 N={C₁(σ_y(T_h)/σ_h)^m·ln(1-φ(T_c))^-1-C₂}ⁿ의 식에 의해 금형의 소정의 위치 x에 있어서의 열 피로 수명 N을 예측하는 방법이다(C₁, C₂, m, n은 정수).

일본특허 제4359794호 공보

특허문헌 1의 방법에 의하면, 금형의 시작(試作) 등을 반복하지 않아도 목표로 하는 수명 향상에 적합한 금형의 경도나 금형재를 효율 좋게 발견할 수 있게 되어 금형의 수명 향상에 써버리는 시간과 비용을 절감할 수 있다.

그러나 특허문헌 1의 경우 그것으로 예측한 금형 수명의 실제 금형 수명에 대한 정밀도를 높이는 점에서 개선의 여지가 있다.

본 발명의 목적은 금형의 열 피로 수명을 정밀도 좋게 예측하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 경도 H의 금형재로 이루어지며, 피가공재에 접촉했을 때의 가열과, 피가공재에 접촉한 후의 냉각이 반복되는 금형의 열 피로 수명을 예측하는 방법으로서,

피가공재에 접촉함으로써 가열된 금형의 온도 분포를 구하고,

상기 온도 분포로부터 금형에 발생하는 열 응력 분포를 구하고,

상기 열 응력 분포로부터 금형의 위치 x에 있어서의 열 응력 최대값 σ_{h _MAX}와, 이 열 응력 최대값 σ_{h _ MAX}일 때의 온도 T_h를 구하고,

경도 H의 금형재를 사용하여 온도 T_h에 있어서의 내력 σ_y(T_h)와, 냉각되었을 때의 금형의 온도 T_c에 있어서의 수축 φ(T_c)를 구하고,

이들 σ_{h _MAX}, σ_y(T_h) 및 φ(T_c)를 이하의 관계식에 대입함으로써 금형의 위치 x에서 있어서의 열 피로 수명 N을 구하는 금형의 수명 예측 방법이다.

N={C₁(σ_y(T_h)/σ_{h_MAX})^m·ln(1-φ(T_c))^-1-C₂}ⁿ(C₁, C₂, m, n은 정수)

본 발명의 경우, 상기 금형의 온도 분포 및 금형에 발생하는 열 응력 분포를 금형의 사용 시간이 0.5초 이하의 시간을 경과할 때마다 구하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 경우 상기 금형의 위치 x가 2.0㎜ 이하의 모서리 반경을 갖는 작업면인 것이 바람직하다.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면 금형의 열 피로 수명을 정밀도 좋게 예측할 수 있다.

도 1은 본 발명의 금형의 수명 예측 방법의 일례를 나타내는 플로우 차트 도면이다.
도 2는 금형을 유한 요소법으로 메쉬 분할한 개략 부분 단면 및 이 단면에 있어서의 온도 분포의 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 금형을 유한 요소법으로 메쉬 분할한 개략 부분 단면 및 이 단면에 있어서의 열 응력 분포의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 금형의 특정 위치에 있어서의 온도와 열 응력의 추이의 관계를 나타낸 그래프 도면이다.
도 5는 실시예에서 사용한 금형의 형상을 나타내는 도면이다.
도 6은 실시예의 온도 분포로부터 작성된 금형의 작업면에 있어서의 온도 분포도의 일례이다.
도 7은 실시예의 열 응력 분포로부터 작성된 금형의 작업면에 있어서의 열 응력 분포도의 일례이다.
도 8은 실시예에서 사용한 금형에 의한 실제의 다이캐스트이며, 금형이 열 피로 수명에 도달했을 때의 V홈에 생긴 크랙을 나타내는 단면도이다.

본 발명의 특징은 금형의 임의의 위치 x에 있어서의 열 피로 수명 N을 구하는 데에 사용하는 「열 응력 σ_h」의 값에 대하여 금형 가열 시에 발생하는 열 응력 σ_h 중으로부터 「가장 높은 값」을 추출하여 사용하는 것에 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 금형 수명의 예측 방법의 전 공정을 도 1에 나타낸다. 이하, 각 공정에 대해서 상세하게 설명한다.

(a) <금형의 온도 분포를 구한다(공정 A)>

우선, 금형의 경도 H를 알아두는 것이 후술하는 금형을 구성하는 금형재의 내력이나 수축을 구하기 위해서 필요하다. 그리고 이 경도 H의 금형재로 이루어지며, 피가공재에 접촉했을 때의 가열과, 피가공재에 접촉한 후의 냉각이 반복되는 금형의 사용 중에 있어서, 피가공재에 접촉함으로써 가열된 금형의 온도 분포를 구한다. 상기 경도 H는 실온일 때의 값으로 할 수 있다. 그리고 상기 온도 분포는, 예를 들면 다이캐스트 금형의 경우, 그 다이캐스트 금형의 캐비티에 용융 금속이 주입된 것에 의해 금형이 가열된 상태로부터 주조 후의 다이캐스트 부품이 캐비티로부터 인출되어 금형이 냉각된 상태까지의 금형의 일련의 온도 분포이다. 이 온도 분포는, 예를 들면 유한 차분법이나 유한 요소법 등의 수치 계산에 의해 구할 수 있다. 이때, 온도 분포의 계산의 전제로서, 필요하면 비열, 열전도율 등의 금형재의 물성값을 사용한다.

일례로서 유한 요소법에서 의해 온도 분포를 구하는 방법을 나타낸다. 도 2는 금형(1)을 분할 요소(2)로 메쉬 분할했을 때의 그 응력 집중부(오목부)의 단면의 온도 분포예이다. 온도 분포는 온도 등직선(3)으로 나타내어져 있다. 우선, 금형 전체를 메쉬 분할하여 열부하 조건을 설정한다. 열부하로서는 열전달 계수 및 분위기 온도를 설정하거나, 열 유속을 설정하거나 할 수 있다. 도 2에서는 간단화를 위해서 응력 집중부를 2차원적으로 나타내지만, 3차원적으로 해석할 수도 있다.

이어서, 각 요소의 열전도 해석을 행하여 계산 결과로부터 온도 분포도를 작성한다. 이때, 수명 예측의 정밀도를 올리기 위해서 계산 결과에서 얻은 금형의 온도에 실제 금형에서 실측한 온도도 사용하여 계산 결과를 최적화하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 실제의 금형 표면에서 실측한 온도를 사용할 수 있다. 실제 금형 표면의 온도의 측정에는, 예를 들면 적외선 서모그래프 등의 비접촉에 의해 온도를 계측하는 장치를 사용할 수 있다. 계산 결과에서 얻은 금형의 온도와 측정 온도가 상이할 경우, 상기 열부하 조건을 재검토하여 다시 계산할 수 있다.

(b) <공정 A에서 구한 금형의 온도 분포로부터 열 응력 분포를 구한다(공정 B)>

상기 온도 분포도(도 2)에 의거하여 금형에서 발생하는 열 응력 분포를, 예를 들면 유한 요소법 등의 수치 계산으로 구한다. 이때, 열 응력 분포의 계산의 전제로서, 필요하면 응력-변형 간의 관계에 있어서의 각종 계수, 선팽창계수 등의 금형재의 물성값을 사용한다.

우선, 금형(1)의 모델은 메쉬 분할되어 있으므로 이것에 구속 조건을 설정한다. 이 구속 조건에는, 예를 들면 금형의 주위로부터의 고정 상태 등에 따라 분할 요소(2)의 각 변마다 구속 방향 등을 설정할 수 있다.

그리고 각 분할 요소(2)의 열 응력 해석을 행하여 계산 결과로부터 열 응력 분포도를 작성할 수 있다. 도 3에 이 구한 열 응력 분포도의 일례를 나타낸다. 열 응력 분포는 열 응력 등직선(4)으로 나타내어져 있다. 그리고 위치 「x_s」는 응력 집중부를 나타낸다.

(c) <공정 B에서 구한 열 응력 분포로부터 금형의 임의의 위치 x에 있어서의 열 응력 최대값 σ_{h _MAX}와, 이 열 응력 최대값 σ_{h _ MAX}일 때의 온도 T_h를 구한다(공정 C)>

특허문헌 1의 방법은 금형 수명을 예측하여 목표로 하는 금형 수명의 향상에 적합한 금형의 경도나 금형재를 선정하는 데에 실제로 유용하다. 그러나 특허문헌 1의 방법의 경우, 금형의 임의의 위치 x에서, 예를 들면 금형 사용 중에 금형의 「온도가 최고가 되는 시간」을 기준으로 하여 그 온도가 최고가 되는 시간에서 "동시에" 발생하고 있는 한쌍의 온도장과 응력장의 관계로부터 수명을 산출하고 있다. 이때, 금형 수명의 예측 정밀도를 향상시키기 위해서는 그 산출에 사용하는 상기 열 응력 σ_h를 실제로는 금형 가열 시에 발생하는 열 응력 중 「가장 높은 값」으로 지정하는 것이 효과적이다. 그리고 실제 금형에서는 임의의 위치 x에서 온도가 최고가 되는 시간은 그 위치 x마다 상이하다. 또한, 상기 온도가 최고가 되는 시간은 그 위치 x에 있어서 열 응력이 최고가 되는 시간과 반드시 일치하지 않는다.

일례로서 다이캐스트 금형 표면(캐비티면)의 특정 위치에 있어서의 사용 중의 온도와 열 응력의 추이의 관계를 도 4에 나타낸다. 가로축은 주조 개시로부터의 시간, 세로축은 온도와 열 응력값을 나타내고 있다. 주조 개시 후, 금형 표면의 온도 상승과 함께 열 응력값이 커지고, 열 응력은 시간 t₁에서 최대값을 취한다. 그러나 온도는 그 후 시간 t₂에서 최대가 된다. 열 응력은 다만 주위의 온도장에 의해 결정되기 때문에 특정 위치의 온도가 최고가 된 시간에 열 응력도 최대값을 취한다고는 할 수 없다. 그 때문에, 예를 들면 주조 중에 발생하고 있는 일련의 열 응력을 계산한 후에 수명을 예측하고 싶은 각 위치에서 열 응력의 최대값을 탐색하여 추출하는 작업을 요한다.

본 발명의 금형의 수명 예측 방법은 후술하는 관계식을 준비하고, 이것에 상기 열 응력 σ_h 등의 값을 대입해서 열 피로 수명 N을 구하므로 이 수명 N은 대입하는 열 응력 σ_h의 값으로 바뀌어버린다. 따라서, 이 점에 있어서도 금형 수명의 예측 정밀도의 향상에 있어서 사용 중의 금형에 발생하는 열 응력 σ_h의 값은 그 최대값을 올바르게 선택하는 편이 바람직하다. 그리고 그것을 위해서는 금형의 임의의 위치 x에 있어서, 그 사용 중의 온도가 가장 높아질 때의 시간을 기준으로 하여 그 시간의 열 응력값 σ_h를 단순히 선택하는 것은 아니고, 사용 사이클 중의 일련의 온도장과 응력장을 산출하여 그 일련의 열 응력 σ_h 중으로부터 열 응력의 최대값 σ_{h _MAX}를 추출할 필요가 있다. 그리고 상기 온도는 단순히 상기 가장 높은 온도로 하는 것은 아니고, 열 응력의 값이 최대값 σ_{h_MAX}일 때의 온도 T_h로 할 필요가 있다.

또한, 예를 들면 도 4에 나타낸 사용 중의 금형의 온도와 열 응력의 추이의 관계에 있어서, 그 열 응력이 최대가 되는 시간 t₁과, 온도가 최대가 되는 시간 t₂의 차가 금형의 사용 형태 등에 따라 작은 경우가 있다. 이러한 경우이어도 금형 수명의 예측 정밀도를 향상시키기 위해서는 그 작은 차가 있는 것을 인지할 수 있으면 효과적이다. 그리고 이 작은 차를 인지하기 위해서는 상기 공정 A에서 구하는 금형의 온도 분포 및 공정 B에서 구하는 금형에 발생하는 열 응력 분포를 금형의 일련의 사용 시간 중에서 짧은 경과 시간마다 구하는 것이 효과적이다. 그리고, 예를 들면 상기 짧은 경과 시간을 0.5초 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.4초 이하, 더욱 바람직하게는 0.3초 이하이다. 그리고 0.2초 이하, 0.1초 이하의 순으로 보다 더 바람직하다.

(d) <금형을 구성하는 경도 H의 금형재를 사용하여 상기 온도 T_h에 있어서의 내력 σ_y(T_h)와, 금형이 냉각되었을 때의 금형의 온도 T_c에 있어서의 수축 φ(T_c)를 구한다(공정 D)>

그리고 본 발명의 금형의 수명 예측 방법에 있어서는 후술하는 관계식을 사용하여 열 피로 수명 N을 구하기 위해서 금형의 내력 σ_y(T_h) 및 수축 φ(T_c)를 필요로 한다. 이때, 내력 σ_y(T_h)는 온도 T_h에서의 값이다. 또한, 수축 φ(T_c)는 냉각 시의 온도 T_c에서의 값이다. 이 내력 σ_y(T_h) 및 수축 φ(T_c)의 값은 경도 H를 갖는 금형재를 별도로 준비하여 구할 수 있다. 이 경우, 상기 경도 H는 실온일 때의 값으로 할 수 있다. 그리고, 상기 내력 σ_y(T_h) 및 수축 φ(T_c)의 값은 여러 가지 온도에서 미리 측정해 둔 것을 기계적 특성 데이터 베이스화해 두어도 좋다.

또한, 냉각 시의 온도 T_c는, 예를 들면 금형으로부터 성형품(다이캐스트 부품)을 인출하는 공정에 있어서, 상형과 하형을 열었을 때, 금형으로부터 성형품을 인출했을 때, 금형을 냉각했을 때 등의 수명 예측하는 금형의 위치 x에 있어서의 표면 온도로 할 수 있다. 이러한 경우, 금형의 표면 온도를 실제로 측정할 수 있으며, 이 실측값을 사용할 수 있다. 또한, 유한 요소법 등에 의해 상기와 같은 요령으로 계산에 의해 구한 결과를 사용할 수도 있다.

(e) <σ_{h _MAX}, σ_y(T_h) 및 φ(T_c)의 값을

N={C₁(σ_y(T_h)/σ_{h_MAX})^m·ln(1-φ(T_c))^-1-C₂}ⁿ(C₁, C₂, m, n은 정수)

의 관계식에 대입하여 금형의 위치 x에 있어서의 열 피로 수명 N을 구한다(공정 E)>

그리고 최후에, 상술한 공정 A~D에 의해 얻은 금형의 위치 x에 있어서의 열 응력 최대값 σ_{h _MAX}와, 그 때의 온도 T_h에서의 내력 σ_y(T_h)와, 냉각 시의 온도 T_c에서의 수축 φ(T_c)의 값을 열 피로 수명 N과 재료 특성 및 열 응력의 관계식에 대입하여 금형의 수명을 구할 수 있다. 이때, 상기 관계식은 특허문헌 1의 것을 사용할 수 있다. 단, 본 발명의 경우, 관계식 중의 열 응력 σ_h의 값을 「최대값 σ_{h _MAX}」로 하고, 내력 σ_y(T_h)의 값을 「열 응력 σ_{h _MAX}가 되는 온도 T_h일 때의 값」으로 하고 있음으로써 금형 수명의 예측 정밀도가 향상하고 있다.

본 발명의 경우, 예를 들면 금형의 경도를 다양하게 변화시켜서 실시하면 금형의 경도와 수명의 관계를 구할 수 있고, 소정의 금형에 있어서의 「최적인 경도」를 제안할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 특정 금형 형상, 사용 조건으로 「하나의 금형」에 대해서 수명 예측을 행하는 예를 나타냈지만, 특정 금형 형상, 사용 조건으로 금형재가 상이한 「복수의 금형」에 대해서도 수명 예측을 행하면, 여러 가지 금형재로 이루어지는 금형과 수명의 관계를 구할 수 있다. 또한, 하나의 금형에 대해서 금형 형상(예를 들면, 코너부의 곡률 반경 등)이나 사용 조건(피가공재의 온도 등)을 변화시켜서 수명 예측을 행하면, 금형 형상, 사용 조건과 수명의 관계를 구하는 것도 가능하다. 이들에 의해 소정의 금형 형상, 사용 조건에 있어서의 「최적인 금형 재료」를 제안할 수도 있다.

본 발명은 상술한 사용 중의 금형의 임의의 위치에 있어서, 그 열 응력이 최대가 되는 시간과, 온도가 최대가 되는 시간이 상이한 금형의 수명을 예측하는 데에 최적이다. 그리고 이러한 시간의 어긋남은 금형의 응력 집중부 중에서, 예를 들면 그 작업면의 모서리부(코너부)에서 생길 수 있다. 그리고 본 발명의 경우 금형의 위치 x가, 예를 들면 2.0㎜ 이하의 모서리 반경(코너 R)을 갖는 작업면인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1.0㎜ 이하이다.

실시예

표 1의 조건에 의한 다이캐스트를 실시하는 것을 계획하고, 실제로 그것을 실시했을 때의 금형의 열 피로 수명(크랙이 발생하는 쇼트수)을 예측했다. 사용한 금형은 도 5에 나타내는 바와 같이 그 작업면에 각각의 모서리 반경(저부 반경)의 5개의 V홈을 갖는 것으로 했다.

우선, 상술한 (a)의 요령에 따라 일련의 주조 사이클에 있어서의 금형의 온도 분포를 구했다(공정 A). 이 계산 결과로부터 작성한 온도 분포도의 일례로서 도 6에 캐비티로의 용융 금속 주입의 완료로부터 0.5초 경과 시의 작업면의 온도 분포도를 나타낸다.

이어서, 상술한 (b)의 요령에 따라 상기 온도 분포로부터 금형에 발생하는 열 응력 분포를 구했다(공정 B). 이 계산 결과로부터 작성한 열 응력 분포도의 일례로서 도 7에 캐비티로의 용융 금속 주입의 완료로부터 0.5초 경과 시의 작업면의 열 응력 분포도를 나타낸다.

그리고 상술한 (c)의 요령에 따라 상기에서 구한 열 응력 분포로부터 금형의 위치 x로서 응력 집중부인 금형의 작업면에 형성한 각 V홈(V1~V5)의 저부의 위치에 있어서의 열 응력 최대값 σ_{h _MAX}와, 이 열 응력 최대값 σ_{h _ MAX}일 때의 온도 T_h를 구했다(공정 C). 이때, 비교예로서 특허문헌 1의 금형의 열 피로 수명의 예측 방법도 실시하기 위해서 각 V홈의 저부의 위치에 있어서의 온도 최대값 T_{h _MAX}와, 이 온도최대값 T_{h _ MAX}일 때의 열 응력 σ_h도 구했다.

또한, 상술한 (d)의 요령에 따라 실온에서의 경도가 44HRC인 금형재(JIS-SKD 61)를 사용하여 상기 온도 T_h에 있어서의 내력 σ_y(T_h)과, 냉각되었을 때의 금형의 온도 T_c에 있어서의 수축 φ(T_c)를 구했다. 이때, 비교예에 사용하는 수치로서 온도 T_{h_MAX}에 있어서의 내력 σ_y(T_{h_MAX})도 구했다. 각 V홈에 대한 결과는 표 2와 같다.

그리고 상술한 (e)의 요령에 따라 상기 「N={C₁(σ_y(T_h)/σ_{h_MAX})^m·ln(1-φ(T_c))^-1-C₂}ⁿ」의 관계식의 각 정수 C₁, C₂, m, n의 값을 도 8에 나타내는 수명 도달 시의 크랙의 레벨에 따라 적당히 정함과 아울러, 상기 σ_{h _MAX}, σ_y(T_h), φ(T_c)의 값, 또는 σ_h, σ_y(T_{h _MAX}), φ(T_c)의 값을 각각 상기 관계식에 대입함으로써 본 발명 예 및 비교예의 금형의 열 피로 수명의 예측 방법에 의한 각각의 각 V홈의 저부에 있어서의 열 피로 수명 N을 구했다.

그리고 이들 예측한 열 피로 수명 N의 값을 표 1의 조건에서 실제로 다이캐스트를 실시했을 때의 열 피로 수명 N(즉, V홈의 저부에 도 8에 나타내는 크랙이 생겼을 때의 열 피로 수명 N)과 비교했다. 결과를 표 3에 나타낸다.

표 3의 결과로부터 모든 V홈의 저부의 위치에 있어서, 캐비티로의 용융 금속주입의 완료로부터 0.31~0.74초 경과의 범위 내에 열 응력 최대값 σ_{h _MAX}와 온도 최대값 T_{h _MAX}가 확인되었다. 그리고, 계산에 의하면 상기 σ_{h _MAX}와 T_{h _MAX}의 발생 시기는 V2를 제외한 V홈에 있어서 용융 금속 주입의 완료로부터 0.50초 경과 시 또는 0.60초 경과 시에서 일치하고 있었던 바, V2에 있어서는 그 발생 시기가 어긋나 있었다. 그 결과, V2에 있어서는 본 발명예의 금형의 열 피로 수명의 예측 방법과, 비교예의 금형의 열 피로 수명의 예측 방법에서 그 예측된 열 피로 수명의 값이 상이했다. 그리고 본 발명예의 금형의 열 피로 수명의 예측 방법에 의해 얻은 열 피로 수명의 값이 실제 열 피로 수명의 값에 가까웠다.

1 : 금형 2 : 분할 요소
3 : 온도 등직선 4 : 열 응력 등직선

Claims (5)

1. 경도 H의 금형재로 이루어지며, 피가공재에 접촉했을 때의 가열과, 피가공재에 접촉한 후의 냉각이 반복되는 금형의 열 피로 수명을 예측하는 방법으로서,
   피가공재에 접촉함으로써 가열된 금형의 온도 분포를 구하고,
   상기 온도 분포로부터 금형에 발생하는 열 응력 분포를 구하고,
   시간의 경과에 대한 상기 열 응력 분포로부터 금형의 위치 x에 있어서의 열 응력 최대값 σ_{h_MAX}와, 상기 열 응력 최대값 σ_{h_MAX}일 때의 온도 T_h를 구하고,
   상기 경도 H의 금형재를 사용하여 상기 온도 T_h에 있어서의 내력 σ_y(T_h)와, 냉각되었을 때의 금형의 온도 T_c에 있어서의 수축 φ(T_c)를 구하고,
   상기 σ_{h_MAX}, σ_y(T_h) 및 φ(T_c)를 이하의 관계식에 대입함으로써 금형의 위치 x에 있어서의 열 피로 수명 N을 구하는 것을 특징으로 하는 금형의 수명 예측 방법.
   N={C₁(σ_y(T_h)/σ_{h_MAX})^m·ln(1-φ(T_c))^-1-C₂}ⁿ(C₁, C₂, m, n은 정수)
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 금형의 온도 분포 및 상기 금형에 발생하는 열 응력 분포를 금형의 사용 시간이 0.5초 이하의 시간을 경과할 때마다 구하는 것을 특징으로 하는 금형의 수명 예측 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 금형의 위치 x가 2.0㎜ 이하의 모서리 반경을 갖는 작업면인 것을 특징으로 하는 금형의 수명 예측 방법.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 금형의 위치 x가 2.0㎜ 이하의 모서리 반경을 갖는 작업면인 것을 특징으로 하는 금형의 수명 예측 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 금형의 수명 예측 방법에 의해 구한 금형 수명의 결과를 사용하여 금형을 제조하는 것을 특징으로 하는 금형의 제조 방법.
   

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