模具的寿命预测方法技术

本发明专利技术提供一种模具的热疲劳寿命的预测方法。一种模具的寿命预测方法，其是预测具有硬度H的模具材料，重复接触被加工材料时的加热与接触被加工材料后的冷却的模具的热疲劳寿命的预测方法，求出通过接触被加工材料而得到加热的模具的温度分布，根据所述温度分布求出模具中产生的热应力分布，根据所述热应力分布，求出模具的位置x处的热应力最大值σh_MAX、及此热应力最大值σh_MAX时的温度Th，使用硬度H的模具材料，求出温度Th下的屈服强度σy(Th)、及经冷却时的模具的温度Tc下的收缩率

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】模具的寿命预测方法
本专利技术涉及一种预测模具的热疲劳寿命的方法。
技术介绍
在压铸模具、热锻模具等其作业面与高温的被加工材料接触来使用的模具中，进行利用与被加工材料的接触的加热、及利用水溶性脱模剂或润滑剂等的冷却，因此模具表面承受压缩及拉伸的热应力。而且，在实际操作中，由于反复承受此热应力，因此在模具表面上产生热疲劳裂纹，例如在模具的作业面上，此裂纹被转印至被加工材料上。若此裂纹的转印逐渐地猛烈，而无法使用模具，则会废弃此模具。尤其在压铸模具中，由热疲劳所产生的裂纹成为最大的废弃原因，而强烈期望提升此热疲劳寿命。针对此种问题，之前将提升模具的硬度或应用改善了高温强度的模具材料等作为对策，也存在效果实际提升的情况。但是，模具的热疲劳寿命与模具的材料特性或热应力负荷的关系并不明确，因此若不试着实际应用，则不清楚可获得何种程度的寿命提升。因此，存在如下的情况：寿命未提升至所期待的程度，重复试行错误，改善耗费时间与成本。因此，提出有根据模具的材料特性及使用中的模具中产生的热应力分布，预测模具的热疲劳寿命的方法(专利文献1)。即，其为如下的方法：根据已求出所述热应力分布的模具的规定的位置x处的加热时的温度Th及热应力σh、以及模具材料的温度Th下的规定的模具硬度中的屈服强度σy(Th)及冷却时的温度Tc下的规定的模具硬度中的收缩率通过的式子，预测模具的规定的位置x处的热疲劳寿命N(C1、C2、m、n为常数)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第4359794号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题根据专利文献1的方法，即便重复模具的试制等，也可以高效地找到适合于作为目标的寿命提升的模具的硬度或模具材料，可节省模具的寿命提升所耗费的时间与成本。但是，在专利文献1的情况下，在提高利用所述方法预测的模具寿命的相对于实际的模具寿命的精度方面，存在改善的余地。本专利技术的目的在于提供一种高精度地预测模具的热疲劳寿命的方法。解决问题的技术手段本专利技术是一种模具的寿命预测方法，其是预测具有硬度H的模具材料，重复接触被加工材料时的加热与接触被加工材料后的冷却的模具的热疲劳寿命的方法，求出通过接触被加工材料而得到加热的模具的温度分布，根据所述温度分布求出模具中产生的热应力分布，根据所述热应力分布，求出模具的位置x处的热应力最大值σh_MAX、及此热应力最大值σh_MAX时的温度Th，使用硬度H的模具材料，求出温度Th下的屈服强度σy(Th)、及经冷却时的模具的温度Tc下的收缩率将所述σh_MAX、σy(Th)及代入以下的关系式中，由此求出模具的位置x处的热疲劳寿命N。(C1、C2、m、n为常数)在本专利技术的情况下，优选每当模具的使用时间经过0.5秒以下的时间时，求出所述模具的温度分布及模具中产生的热应力分布。另外，在本专利技术的情况下，优选所述模具的位置x为具有2.0mm以下的角半径的作业面。专利技术的效果根据本专利技术，可高精度地预测模具的热疲劳寿命。附图说明图1是表示本专利技术的模具的寿命预测方法的一例的流程图。图2是表示利用有限单元法(finiteelementmethod)对模具进行了网格划分的概略部分剖面、及此剖面中的温度分布的例子的图。图3是表示利用有限单元法对模具进行了网格划分的概略部分剖面、及此剖面中的热应力分布的例子的图。图4是表示模具的特定的位置处的温度与热应力的变迁的关系的图表。图5是表示实施例中所使用的模具的形状的图。图6是根据实施例的温度分布所制作的模具的作业面上的温度分布图的一例。图7是根据实施例的热应力分布所制作的模具的作业面上的热应力分布图的一例。图8是表示在利用实施例中所使用的模具的实际的压铸中，模具已到达热疲劳寿命时的V槽中产生的裂纹的剖面图。具体实施方式本专利技术的特征在于：关于用于求出模具的任意的位置x处的热疲劳寿命N的“热应力σh”的值，从模具加热时所产生的热应力σh之中抽取“最高值”来使用。将本专利技术的一实施例的模具寿命的预测方法的所有步骤示于图1中。以下，对各步骤进行详细说明。(a)＜求出模具的温度分布(步骤A)＞首先，为了求出后述的构成模具的模具材料的屈服强度或收缩率，必须先知道模具的硬度H。然后，在具有此硬度H的模具材料，重复接触被加工材料时的加热与接触被加工材料后的冷却的模具的使用中，求出通过接触被加工材料而得到加热的模具的温度分布。所述硬度H可设为室温时的值。而且，例如在压铸模具的情况下，所述温度分布是从通过将熔融金属注入此压铸模具的模腔中来对模具进行加热的状态，至铸造后的压铸零件被从模腔中取出且模具已得到冷却的状态为止的模具的一连串的温度分布。此温度分布例如可通过有限差分法或有限单元法等数值计算来求出。此时，作为温度分布的计算的前提，若有必要，则使用比热、导热率等模具材料的物性值。作为一例，表示通过有限单元法来求出温度分布的方法。图2是利用划分单元2对模具1进行了网格划分时的模具1的应力集中部(凹部)的剖面的温度分布例。温度分布由温度等值线3表示。首先，对模具整体进行网格划分并设定热负荷条件。作为热负荷，可设定传热系数及环境温度、或设定热通量(heatflux)。在图2中，为了简单化，二维地表示应力集中部，但也可以三维地进行分析。继而，进行各单元的导热分析，并根据计算结果制作温度分布图。此时，为了提升寿命预测的精度，优选将在实际的模具中实测的温度也用于计算结果中获得的模具的温度，而使计算结果最佳化。例如，可使用在实际的模具表面上实测的温度。在实际的模具表面的温度的测定中，例如可使用红外线温度记录法等以非接触的方式测量温度的装置。当计算结果中获得的模具的温度与测定温度不同时，可重新考虑所述热负荷条件并再次进行计算。(b)＜根据步骤A中求出的模具的温度分布来求出热应力分布(步骤B)＞根据所述温度分布图(图2)，例如通过有限单元法等数值计算来求出模具中产生的热应力分布。此时，作为热应力分布的计算的前提，若有必要，则使用应力-应变间的关系中的各种系数、线膨胀系数等模具材料的物性值。首先，由于模具1的模型被网格划分，因此对其设定限制条件。在此限制条件中，例如可对应于从模具的周围起的固定状态等，对划分单元2的各边设定限制方向等。然后，可进行各划分单元2的热应力分析，并根据计算结果制作热应力分布图。图3中表示所求出的热应力分布图的一例。热应力分布由热应力等值线4表示。而且，位置“xs”表示应力集中部。(c)＜根据步骤B中求出的热应力分布，求出模具的任意的位置x处的热应力最大值σh_MAX、及此热应力最大值σh_MAX时的温度Th(步骤C)＞专利文献1的方法对于预测模具寿命，选定适合于作为目标的模具寿命的提升的模具的硬度或模具材料确实有用。但是，在专利文献1的方法的情况下，在模具的任意的位置x处，例如在模具使用中将模具的“温度变成最高的时间”作为基准，根据在所述温度变成最高的时间处“同时”产生的一对温度场与应力场的关系来算出寿命。此时，为了提升模具寿命的预测精度，其实有效的是将用于算出所述寿命的所述热应力σh指定为模具加热时所产生的热应力中的“最高值”。而且，在实际的模具中，在任意的位置x处温度变成最高的时间在每个所述位置x处不同。进而，在所述位置x处，所述温度变成最高的时间未必与热应力变成最高的时间一致本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模具的寿命预测方法，其是预测具有硬度H的模具材料，重复接触被加工材料时的加热与接触被加工材料后的冷却的模具的热疲劳寿命的方法，所述模具的寿命预测方法的特征在于，求出通过接触被加工材料而得到加热的模具的温度分布，根据所述温度分布求出模具中产生的热应力分布，根据所述热应力分布，求出模具的位置x处的热应力最大值σh_MAX、及所述热应力最大值σh_MAX时的温度Th，使用所述硬度H的模具材料，求出所述温度Th下的屈服强度σy(Th)、及经冷却时的模具的温度Tc下的收缩率

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.24 JP 2017-0586481.一种模具的寿命预测方法，其是预测具有硬度H的模具材料，重复接触被加工材料时的加热与接触被加工材料后的冷却的模具的热疲劳寿命的方法，所述模具的寿命预测方法的特征在于，求出通过接触被加工材料而得到加热的模具的温度分布，根据所述温度分布求出模具中产生的热应力分布，根据所述热应力分布，求出模具的位置x处的热应力最大值σh_MAX、及所述热应力最大值σh_MAX时的温度Th，使用所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：森春幸，佐藤正尭，长泽政幸，
申请(专利权)人：日立金属株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP