JP4941432B2 - Function evaluation method of forging lubricant spray - Google Patents
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Description
本発明は、鍛造型に対して行う潤滑剤噴霧の機能を評価する鍛造潤滑剤噴霧の機能評価方法に関する。 The present invention relates to a function evaluation method for forging lubricant spray that evaluates the function of lubricant spray performed on a forging die.
従来、熱間鍛造用潤滑剤を塗布したダイに金属片を押し込んで成形荷重を検出し、その荷重に基づいて潤滑剤の性能評価を実施するという潤滑性評価方法は公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
また、潤滑剤噴霧の際に使用されるスプレーノズルのメーカーでは、自社製品のノズル特性の評価を行い、自社製品の評価結果を製品仕様の一部としてユーザーに提供している。
In addition, manufacturers of spray nozzles used for spraying lubricants evaluate the nozzle characteristics of their products and provide the evaluation results of their products to users as part of the product specifications.
しかし、上述した特許文献１に記載されている技術やスプレーノズルメーカー内で行なわれる自社製品の評価試験などにおいては、熱間鍛造時の鍛造型に対する潤滑剤噴霧の機能評価、例えば熱間鍛造型への潤滑剤噴霧による冷却機能の評価までは行われていない。
However, in the technology described in
また、鍛造工程における鍛造型のトライポロジーの観点から、型温度を制御する潤滑液の噴霧は非常に重要であるが、鍛造品の良品条件の維持・保証を行うにあたり、噴霧状態および冷却力の数値化および定量化ができていない。 In addition, from the viewpoint of forging die tribology in the forging process, spraying the lubricating liquid to control the die temperature is very important, but in maintaining and guaranteeing the good product conditions of the forged product, numerical values of the spray state and cooling power Quantification and quantification are not possible.
具体的には、スプレーノズルメーカーにおいては、自社製品（ノズル）の精度保証（噴霧量・噴霧角・スプレーパターン・粒子径等の精度）をする為の測定手法はあるが、鍛造型に対する噴霧の分布や、鍛造型の冷却力を保証したり言及したりするものではなく、また評価試験の結果がメーカー独自の環境下における測定値である為、使用環境が違う場合においてはそのような測定値は目安にしかならない。 Specifically, spray nozzle manufacturers have measurement methods to guarantee the accuracy of their products (nozzles) (the accuracy of spray amount, spray angle, spray pattern, particle size, etc.). It does not guarantee or mention the distribution or cooling power of the forging die, and the result of the evaluation test is a measurement value under the manufacturer's own environment, so such a measurement value when the usage environment is different Is only a guide.
すなわち、現状、熱間鍛造工程用に設計されたノズルは存在しておらず、他産業で使用実績のあるノズルを代用している為、実際に熱間鍛造で使用する設備環境下では、メーカー保証値とは異なる噴霧状態になっている。 In other words, there are currently no nozzles designed for the hot forging process, and nozzles that have been used in other industries are substituted. The spray state is different from the guaranteed value.
このように、スプレーノズルメーカーは、幅広いユーザー環境に対応する為、カタログ等に掲載している製品仕様の公表値は目安程度のものであり、熱間鍛造の環境に特化した噴霧方法および評価方法を各々が採択していない背景がある。 In this way, spray nozzle manufacturers have a product specification published in catalogs, etc., for the purpose of dealing with a wide range of user environments. The spray method and evaluation specialized for hot forging environments There is a background that each method has not been adopted.
こういった背景が理由となって、熱間鍛造工程にスプレーノズルを用いるユーザーに至っては、噴霧する為の条件設定を、一意なる基準を持たないままで使用するノズルチップの選択と噴霧方法の組み合わせなどをカンやコツといった経験に基づいて設定しており、そのような経験の数値化ができていない。 Because of this background, users who use spray nozzles in the hot forging process should select the nozzle tip to be used and set the spraying method without having a unique standard. Combinations are set based on experience such as kang and knack, and such experience has not been quantified.
そこで、本発明は、熱間鍛造型に対して行う潤滑剤噴霧による冷却機能の評価を行うことができる鍛造潤滑剤噴霧の機能評価方法を提案することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to propose a function evaluation method for forging lubricant spraying capable of evaluating a cooling function by lubricant spraying performed on a hot forging die.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
即ち、請求項１においては、
鍛造型に対して行う潤滑剤噴霧の機能を評価する鍛造潤滑剤噴霧の機能評価方法であって、
前記鍛造型表面に評価対象である噴霧手段もしくは所定の噴霧条件にて潤滑剤噴霧を行った際の受圧分布を測定し、該受圧分布から前記潤滑剤噴霧の粗密分布を抽出する受圧分布測定工程と、
前記鍛造型のテストピース型を所定の鍛造温度に加熱し、前記受圧分布測定工程における前記潤滑剤噴霧と同一の噴霧手段もしくは噴霧条件によって前記テストピース型表面に潤滑剤噴霧を行った際の温度低下量分布を抽出する型温度分布抽出工程と、
前記受圧分布と前記温度低下量分布とを比較し、前記鍛造型に対する潤滑剤噴霧による冷却力を評価する型冷却機能評価工程と、
を有するものである。
That is, in
A function evaluation method for forging lubricant spray that evaluates the function of lubricant spray performed on a forging die,
Pressure receiving distribution measuring step of measuring the pressure receiving distribution when the lubricant spray is performed on the forging die surface under the spraying means to be evaluated or predetermined spraying conditions, and extracting the density distribution of the lubricant spray from the pressure receiving distribution When,
The temperature at which the test piece mold of the forging mold is heated to a predetermined forging temperature and the surface of the test piece mold is sprayed with the same spraying means or spraying conditions as the lubricant spraying in the pressure receiving distribution measuring step. A mold temperature distribution extraction step for extracting a decrease amount distribution;
A mold cooling function evaluation step of comparing the pressure receiving distribution and the temperature drop amount distribution, and evaluating a cooling power by lubricant spraying on the forging mold;
It is what has.
請求項２においては、
前記型冷却機能評価工程は、前記鍛造型表面と前記テストピース型表面の同一箇所における受圧と温度低下量との相関付けを行うことで、前記鍛造型に対する潤滑剤噴霧による冷却力を評価するものである。
In claim 2,
The die cooling function evaluation step evaluates the cooling power by the lubricant spraying on the forging die by correlating the pressure receiving and the temperature decrease amount at the same location on the forging die surface and the test piece die surface. It is.
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
請求項１においては、鍛造工程において実際に使用するノズル、噴霧スプレー機、潤滑剤の一意なる評価が可能となるため、潤滑剤噴霧条件を設定する工数の低減が可能である（トライアンドエラー防止）。また、潤滑剤噴霧条件を生産準備の際の設計要件に関わる数値として定量化が行える。また、異常噴霧の発見、管理が行える。
In
請求項２においては、鍛造型に対して潤滑剤噴霧を行った際に受圧による冷却力を評価することができる。 According to the second aspect, when the lubricant spray is performed on the forging die, it is possible to evaluate the cooling power due to the pressure received.
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る工程フローを示す図、図２は鍛造潤滑剤噴霧の機能評価方法を説明する説明図、図３は受圧分布測定工程を示す説明図、図４は型温度分布抽出工程を示す説明図である。
Next, embodiments of the invention will be described.
FIG. 1 is a diagram showing a process flow according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a function evaluation method for forging lubricant spray, FIG. 3 is an explanatory diagram showing a pressure receiving distribution measuring step, and FIG. It is explanatory drawing which shows a temperature distribution extraction process.
まず、本発明の一実施形態に係る鍛造潤滑剤噴霧の機能評価方法を適用する鍛造潤滑剤噴霧の機能評価装置（以下、評価装置という）の全体構成について図２から図４を用いて説明する。 First, an overall configuration of a forged lubricant spray function evaluation apparatus (hereinafter referred to as an evaluation apparatus) to which a forged lubricant spray function evaluation method according to an embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIGS. .
評価装置は、鍛造型２に対して行う潤滑剤噴霧の機能を、熱間鍛造工程における実際の環境下に則して評価する装置である。具体的には、鍛造型２に対して潤滑剤噴霧を行った際の噴霧条件毎に応じて潤滑剤噴霧による型冷却機能を評価する評価システムである。 The evaluation device is a device that evaluates the function of the lubricant spray performed on the forging die 2 in accordance with the actual environment in the hot forging process. Specifically, the evaluation system evaluates the die cooling function by the lubricant spray according to each spray condition when the lubricant spray is performed on the forging die 2.
また、評価装置は、鍛造型２及び該鍛造型２のテストピース型３に対して潤滑剤噴霧を行うとともに、評価対象である噴霧手段の一例であるスプレー装置１と、該スプレー装置１に着脱可能であるスプレーノズル４（図３）と、前記鍛造型２表面に潤滑剤噴霧を行った際の受圧分布を検出する圧力分布検出手段である圧力分布センサー８と、前記テストピース型３表面の温度分布を検出する温度分布検出手段であるサーモビュア９と、潤滑剤噴霧の開始・停止を制御する制御手段７と、該制御手段７内に具備されるとともにスプレー装置１、圧力分布センサー８及びサーモビュア９と接続され、予め入力される噴霧入力条件と圧力分布センサー８及びサーモビュア９により計測された計測値に基づいて所定の演算処理を行う演算処理部（図示せず）とから主に構成されている。
なお、評価対象である噴霧手段としては、スプレー装置１本体に限定するものではなく、スプレー装置１本体に取り付けられるスプレーノズル４単体についても評価対象となり得る。
また、前記スプレー装置１は、評価用専用装置としてのスプレー装置に特に限定されるわけではなく、前記スプレー装置１として鍛造工程で実際に使用される実機を用いることも可能である。
The evaluation device sprays the lubricant on the forging die 2 and the test piece die 3 of the forging die 2, and is attached to and detached from the
Note that the spraying means to be evaluated is not limited to the
The
鍛造型２は、熱間鍛造を行う際にプレス装置に固定されて所定温度に熱したワークを所定の形状に成形する金型であり、スプレー装置１により潤滑剤が噴霧される対象物である。また、鍛造型２は、図３に示すように、スプレー装置１の先端（後述するスプレーノズル４先端）から下方に距離Ｌを有して離間して配置されている。
The forging die 2 is a die that molds a workpiece fixed to a press device and heated to a predetermined temperature when performing hot forging into a predetermined shape, and is an object to which a lubricant is sprayed by the
テストピース型３は、前記鍛造型２と略同一の外形形状及び同一の材質で形成され、型温度分布の計測を行うために便宜上用いられる鍛造型２のテストピースであり、鍛造型２と異なる部分は、評価装置にテストピース型３を載置した際にスプレー装置１に対向する面（テストピース型３表面）にキャビティを設けておらず、サーモビュア９による型温度分布の計測を行うために便宜上平坦な面を有していることである。また、テストピース型３の下部には、ホットプレート３ａ（図４）が着脱自在に配置されており、テストピース型３を所定温度（例えば、熱したワークから鍛造型２に入熱した際の発熱温度である４００℃程度）に加熱することが可能となっている。
The test piece die 3 is a test piece of the forging die 2 that is formed of substantially the same outer shape and the same material as the forging die 2 and is used for convenience in measuring the die temperature distribution, and is different from the forging die 2. In order to measure the mold temperature distribution by the thermoviewer 9, the cavity is not provided on the surface (the surface of the test piece mold 3) facing the
スプレー装置１は、図３に示すように、熱間鍛造を行う際に、プレス装置に固定される金型である鍛造型２表面に対して潤滑剤溶液をスプレーノズル４を介して噴霧する装置であり、鍛造型２表面に対して対向配置されるスプレーノズル４と、スプレーノズル４内にエアーを供給するエアー供給管５と、スプレーノズル４内に潤滑剤溶液であるリキッドを供給するリキッド供給管６と、エアー供給管５の上流側に配置されてエアーの入力圧力を調整するエアー入力圧力調整器（図示せず）と、リキッド供給管6の上流側に配置されてリキッドの入力圧力を調整するリキッド入力圧力調整器（図示せず）と、を主に備えている。このスプレー装置１により鍛造型２に対して潤滑剤噴霧を行うことで鍛造型２を所定温度に冷却する。
また、噴霧された潤滑剤は、鍛造型の熱により乾燥して鍛造型２表面（鍛造型２とワークとの接触面）において潤滑剤被膜を形成して鍛造時における鍛造型２と鍛造されるワークとの間の摩擦抵抗を低減させて、鍛造型２の磨耗を防ぐことができる。
As shown in FIG. 3, the
The sprayed lubricant is dried by the heat of the forging die to form a lubricant film on the surface of the forging die 2 (contact surface between the forging die 2 and the workpiece) and forged with the forging die 2 during forging. Friction resistance with the workpiece can be reduced, and wear of the forging die 2 can be prevented.
スプレーノズル４は、その内部に液体（リキッド）と気体（エアー）とを送り込むことにより霧状の液滴を噴霧することができるものであり、スプレー装置１に対して着脱可能である。具体的には、スプレーノズル４に形成された孔数や内部形状等によりスプレーパターン等の噴霧状態を制御することが可能である。また、スプレー装置１は、実際の噴霧対象物である鍛造型２の大きさや形状等に応じてノズル種（口径ｄ・孔数・スプレーパターン（噴霧の粗密分布）が異なる種類）を適宜交換することで、図３に示すように、噴霧状態を表す噴角θ、範囲Ｒ（スプレーパターン）、噴霧の受圧（対象物が受ける圧力）、噴霧液滴の流速等を変更することが可能である。
また、前記エアー入力圧力調整器とリキッド入力圧力調整器とをそれぞれ調整することにより、スプレーノズル４内へ送り込まれるエアーとリキッドのそれぞれの入力圧力及び各入力圧力の比率を適宜調整することで、スプレーノズル４から噴霧される潤滑剤の前述した噴霧状態を適宜調整することが可能である。
また、前記エアー入力圧力調整器とリキッド入力圧力調整器にそれぞれに設けられた図示しない電磁弁等で構成される開閉バルブの開閉制御によりエアーとリキッドの供給開始及び停止を行うことが可能である。すなわち、開閉バルブの開閉制御により噴霧時間を制御することができる。また、前述したエアー入力圧力調整器とリキッド入力圧力調整器及び各開閉バルブは、制御手段７に接続されており、それらを制御手段７が制御することで、予め設定した噴霧条件（ノズル種、入力圧力、及び噴霧時間等）でスプレーノズル４から潤滑剤噴霧を行うことができるように構成されている。
The
Further, by adjusting the air input pressure regulator and the liquid input pressure regulator, respectively, by appropriately adjusting the respective input pressures of air and liquid fed into the
In addition, it is possible to start and stop the supply of air and liquid by opening / closing control of an opening / closing valve constituted by an electromagnetic valve (not shown) provided in each of the air input pressure regulator and the liquid input pressure regulator. . That is, the spraying time can be controlled by opening / closing control of the opening / closing valve. Further, the air input pressure regulator, the liquid input pressure regulator, and each on-off valve described above are connected to the control means 7, and the control means 7 controls them so that the spray conditions (nozzle type, The lubricant spraying can be performed from the
潤滑剤は、熱間鍛造時に鍛造型２に溶液状態で塗布され、鍛造型２の熱により乾燥後潤滑剤被膜を形成し、鍛造型２とワークとの間で潤滑作用が生じることで、鍛造時の鍛造型２とワークとの間の摩擦抵抗を低減して、熱間鍛造をスムーズに行うために用いられるものである。潤滑剤としては、例えば、カルボン酸系潤滑剤粉末を溶媒（本実施形態の溶媒は水）に溶解した潤滑剤溶液（リキッド）などを用いることができる。また、潤滑剤噴霧に影響する潤滑剤成分（潤滑剤物性）としては、潤滑剤粉末の種類、水等の液体に潤滑剤を溶解する際の溶解濃度、潤滑剤溶液の粘度及び潤滑剤溶液の温度、またはリサイクル等により発生する異物（スケール等）や保存等により起こる潤滑剤溶液の劣化等がある。 The lubricant is applied in a solution state to the forging die 2 at the time of hot forging, and a lubricant film is formed after drying by the heat of the forging die 2, and a lubricating action is generated between the forging die 2 and the workpiece. It is used to smoothly perform hot forging by reducing the frictional resistance between the forging die 2 and the workpiece at the time. As the lubricant, for example, a lubricant solution (liquid) in which carboxylic acid-based lubricant powder is dissolved in a solvent (the solvent in the present embodiment is water) can be used. In addition, the lubricant component (lubricant physical properties) that affect the spraying of the lubricant includes the type of lubricant powder, the dissolution concentration when the lubricant is dissolved in a liquid such as water, the viscosity of the lubricant solution, and the lubricant solution. There is a foreign matter (scale etc.) generated by temperature or recycling, deterioration of the lubricant solution caused by storage or the like.
圧力分布検出手段は、薄いシート状の圧力分布センサー８であり、該圧力分布センサー８のシート表面に受けた圧力（受圧（ＭＰａ））を面分布として検出することができる。
また、圧力分布センサー８は、制御手段７に接続されており、制御手段７は圧力分布センサー８により潤滑剤噴霧が行なわれた際に圧力分布センサー８のシート面上の所定位置で受けた受圧の分布である受圧分布データを取得することができる。また、制御手段７は、圧力分布センサー８からの信号に基づき所定位置における受圧や受圧分布を所定時間ごとにサンプリングすることが可能である。
The pressure distribution detection means is a thin sheet-like
The
具体的には、受圧分布データ（受圧の面分布）は、例えば、図２に示すように、単位面積毎に升目状に分割された範囲から構成されており、受圧（ＭＰａ）の強弱を所定の数値レベルで表示するとともに、該数値レベルに応じて色分けされて、制御手段７の表示部に表示される。また、取得された受圧分布データに基づき、三次元の等高線グラフである受圧分布グラフと、該受圧分布グラフに基づいて、受圧分布グラフの所定位置における断面視である受圧断面グラフを得ることができる。このように、制御手段７は、スプレー装置１により鍛造型２上に載置された圧力分布センサー８に対して潤滑剤噴霧を行って、圧力分布センサー８のシート面が受ける圧力分布である受圧分布を所定のグラフに表して数値化を行う。
Specifically, the pressure receiving distribution data (pressure receiving surface distribution) is composed of a range divided in a grid pattern for each unit area as shown in FIG. 2, for example. Are displayed on the display unit of the control means 7 while being color-coded according to the numerical level. Further, based on the acquired pressure distribution data, it is possible to obtain a pressure distribution graph that is a three-dimensional contour graph, and a pressure reception cross section graph that is a cross-sectional view at a predetermined position of the pressure distribution graph based on the pressure distribution graph. . In this way, the control means 7 sprays the lubricant on the
温度分布計測手段は、鍛造型２のテストピース型３表面の温度分布を計測するものである。また、計測されたテストピース型３表面の温度分布は、制御手段７内の演算処理部にて潤滑剤噴霧によるテストピース型３の冷却機能評価のための解析処理に用いられる。温度分布計測手段としては、例えば、図１に示すように、非接触式温度計の一例であるサーモビュア９（二次元放射温度計）などを用いることが可能である。温度分布計測手段としてサーモビュア９を用いた場合は、テストピース型３表面の温度（特に、型温度の低下量）を面計測して型温度分布データを容易に取得することが可能である。 The temperature distribution measuring means measures the temperature distribution on the surface of the test piece mold 3 of the forging mold 2. Further, the measured temperature distribution on the surface of the test piece mold 3 is used in an analysis process for evaluating the cooling function of the test piece mold 3 by spraying a lubricant in an arithmetic processing unit in the control means 7. As the temperature distribution measuring means, for example, as shown in FIG. 1, a thermoviewer 9 (two-dimensional radiation thermometer) which is an example of a non-contact type thermometer can be used. When the thermoviewer 9 is used as the temperature distribution measuring means, the temperature of the surface of the test piece mold 3 (particularly, the amount of decrease in mold temperature) can be measured to obtain mold temperature distribution data easily.
具体的には、型温度分布データ（型温度の面分布）は、例えば、図２に示すように、単位面積毎に升目状に分割された範囲から構成されており、テストピース型３表面における温度（℃）の強弱を所定の数値レベルで表示するとともに、該数値レベルに応じて色分けされて、制御手段７の表示部に表示される。また、取得された型温度分布データに基づき、三次元の等高線グラフであり、テストピース型３表面の温度低下量を表す温度低下量分布グラフと、該温度低下量分布グラフに基づいて、温度低下量分布グラフの所定位置における断面視である温度低下量断面グラフを得ることができる。このように、制御手段７は、スプレー装置１によりテストピース型３表面に潤滑剤噴霧を行って、サーモビュア９により非接触でテストピース型３表面の温度を測定して、テストピース型３表面の温度低下量分布を所定のグラフに表して数値化を行う。
Specifically, the mold temperature distribution data (surface temperature distribution of the mold temperature) is composed of a range divided in a grid pattern for each unit area as shown in FIG. 2, for example, on the surface of the test piece mold 3. The intensity of the temperature (° C.) is displayed at a predetermined numerical level, and is displayed in a color-coded manner according to the numerical level and displayed on the display unit of the control means 7. Further, based on the acquired mold temperature distribution data, it is a three-dimensional contour graph, a temperature decrease amount distribution graph representing the temperature decrease amount on the surface of the test piece mold 3, and a temperature decrease based on the temperature decrease amount distribution graph. A temperature decrease amount cross-sectional graph which is a cross-sectional view at a predetermined position of the amount distribution graph can be obtained. Thus, the control means 7 sprays the lubricant on the surface of the test piece mold 3 with the
制御手段７は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）を適用することが可能であり、該パーソナルコンピュータ（ＰＣ）は、噴霧入力条件を入力する入力手段と、図示しない所定の演算処理を行う演算処理部（ＣＰＵ）と、記憶部（ハードディスク装置、ＲＡＭやＲＯＭ）と、取得したデータを表示する表示部等からなり、記憶部には、後述する潤滑剤噴霧による鍛造型２の冷却機能を評価する際に利用される各種情報（予め入力される噴霧入力条件や演算処理プログラム等）が記憶されている。また、制御手段７は、スプレー装置１を制御して、鍛造型２表面に所定の噴霧条件（ノズル種、エアー・リキッドの各入力圧力、及び噴霧時間等）により潤滑剤噴霧を行うことが可能である。このような構成により、オペレータが入力手段により噴霧入力条件等の情報を予め入力することが可能であり、入力された噴霧入力条件と後述する各工程で取得される計測データ等に基づいて演算処理部により所定の演算処理を行うとともに、取得したデータを解析することが可能である。
なお、ここでいう「噴霧入力条件」とは、スプレー装置１に関わり、かつ型冷却機能に作用する因子であって、前述した噴霧方法等に関する情報が含まれる。
For example, a personal computer (PC) can be applied to the control means 7, and the personal computer (PC) includes an input means for inputting spray input conditions and an arithmetic processing section for performing predetermined arithmetic processing (not shown). (CPU), a storage unit (hard disk device, RAM and ROM), a display unit for displaying the acquired data, and the like. When the storage unit evaluates the cooling function of the forging die 2 by lubricant spray described later, Various types of information (spray input conditions, arithmetic processing programs, etc. that are input in advance) are stored. Further, the control means 7 can control the
The “spray input condition” here is a factor related to the
次に、上述した評価装置を用いた鍛造潤滑剤噴霧の機能評価方法について説明する。具体的には、以下に示す鍛造潤滑剤噴霧の機能評価方法は噴霧入力条件毎の鍛造型に対する潤滑剤噴霧による型冷却機能の評価を行う方法である。 Next, a function evaluation method for forging lubricant spray using the above-described evaluation apparatus will be described. Specifically, the function evaluation method for forging lubricant spray shown below is a method for evaluating the die cooling function by lubricant spraying on the forging die for each spray input condition.
鍛造潤滑剤噴霧の機能評価方法は、図１に示すように、入力工程（Ｓ１０）と、受圧分布測定工程（Ｓ２０）と、型温度分布抽出工程（Ｓ３０）と、型冷却機能評価工程（Ｓ４０）と、を有している。以下、各工程について具体的に説明する。 As shown in FIG. 1, the forging lubricant spray function evaluation method includes an input step (S10), a pressure receiving distribution measurement step (S20), a die temperature distribution extraction step (S30), and a die cooling function evaluation step (S40). ) And. Hereinafter, each step will be specifically described.
（入力工程：Ｓ１０）
入力工程（Ｓ１０）では、潤滑剤噴霧に係る噴霧入力条件を入力する。具体的には、まず、熱間鍛造時の潤滑剤噴霧の機能評価を行うにあたり、噴霧入力条件としてスプレー装置１に取り付けたスプレーノズル４のノズル種等の噴霧方法をオペレータが入力手段により予め入力する。
なお、この入力工程は、噴霧入力条件を予め入力してからスプレーノズル４の機能評価（冷却機能評価）を行う場合に必要な工程であり、噴霧入力条件を入力せずにスプレーノズル４の型冷却機能を直接評価する場合は、特に予め噴霧入力条件を入力しなくてもよく、ユーザーの評価状況に応じて適宜対応することが可能である。すなわち、使用するスプレー装置１もしくは、該スプレー装置に取り付けているスプレーノズル４による鍛造型２の冷却機能を評価したい場合は、特に噴霧入力条件を入力する必要はない。一方、スプレー装置１もしくは、該スプレー装置１に取り付けているスプレーノズル４単体とに加えて、これらが有する噴霧条件（ノズル種、エアー・リキッドの各入力圧力、及び噴霧時間等）とともに冷却機能を評価したい場合は、該スプレー装置１やスプレーノズル４が有する噴霧条件を、予め噴霧入力条件として制御手段７に入力すればよいのである。
(Input process: S10)
In the input step (S10), the spray input condition relating to the lubricant spray is input. Specifically, first, in performing the functional evaluation of the lubricant spray at the time of hot forging, the operator inputs in advance the spray method such as the nozzle type of the
This input process is a process required when the
上記噴霧方法としては、例えば、ノズル種（口径ｄ・孔数・パターン）、入力圧力（リキッド・エアー）及び噴霧時間等が挙げられる。
なお、噴霧入力条件としては適宜必要とされるデータを制御手段７に入力すればよく、特に上記すべてを入力することを要しない。例えば、取得できる噴霧入力条件を用いて、取得できないデータは近似値などを入力して、適宜本実施形態に係る機能評価方法を実施することも可能である。
Examples of the spraying method include nozzle type (caliber d, number of holes, pattern), input pressure (liquid / air), spraying time, and the like.
In addition, what is necessary is just to input the data required suitably as spray input conditions to the control means 7, and it is not necessary to input all the said especially. For example, using the spray input conditions that can be acquired, it is also possible to input an approximate value for the data that cannot be acquired and appropriately perform the function evaluation method according to the present embodiment.
（受圧分布測定工程：Ｓ２０）
受圧分布測定工程（Ｓ２０）では、前記鍛造型２表面に評価対象である噴霧手段であるスプレー装置１もしくは所定の噴霧条件にて潤滑剤噴霧を行った際の受圧分布を測定し、該受圧分布から前記潤滑剤噴霧の粗密分布を抽出する。すなわち、鍛造型２上に圧力分布センサー８を載置して、上方に配置された評価対象であるスプレーノズル４から所定の噴霧条件にて潤滑剤噴霧を行い、潤滑剤液滴が鍛造型２表面に衝突する際の圧力（受圧）の粗密分布を表す受圧分布を面計測する。また、制御手段７では、演算処理部において、前記受圧分布の計測値に基づいて所定の演算処理を行うことにより、潤滑剤噴霧の粗密分布を算出する（出力はｃｓｖ形式）。
(Pressure distribution measurement process: S20)
In the pressure receiving distribution measuring step (S20), the pressure receiving distribution when the lubricant spray is performed on the surface of the forging die 2 under the
また、潤滑剤噴霧の粗密分布は、圧力分布センサー８により計測される所定位置における単位面積あたりの受圧の強弱の分布である受圧分布データとして表現される。
具体的には、受圧分布データ（受圧の面分布）は、例えば、図２に示すように、単位面積毎に升目状に分割された範囲から構成されており、受圧（ＭＰａ）の強弱を所定の数値レベルで表示するとともに、該数値レベルに応じて色分けされて、制御手段７の表示部に表示される。また、取得された受圧分布データに基づき、三次元の等高線グラフである受圧分布グラフと、該受圧分布グラフに基づいて、受圧分布グラフの所定位置における断面視である受圧断面グラフを得ることができる。このように、制御手段７は、スプレー装置１により鍛造型２上に載置された圧力分布センサー８に対して潤滑剤噴霧を行って、圧力分布センサー８のシート面が受ける圧力分布である受圧分布を所定のグラフに表して数値化を行う。こうすることにより、受圧の比較評価基準として受圧分布を数値化でき、異なるスプレーノズル４や異なる噴霧条件との差異を比較することが可能となる。例えば、正常噴霧時と異常噴霧時との受圧の比較や実機の噴霧の再現などを行うことができる。
また、圧力分布センサー８によって計測される受圧分布を評価基準として適用することにより、従来から行われている潤滑剤噴霧の潤滑剤流量を流量計測器などを用いて直接測る方法と比べて、実際の潤滑剤噴霧の粗密分布を精度良く表すことが可能となる。
Further, the density distribution of the lubricant spray is expressed as pressure receiving distribution data which is a distribution of pressure receiving intensity per unit area at a predetermined position measured by the
Specifically, the pressure receiving distribution data (pressure receiving surface distribution) is composed of a range divided in a grid pattern for each unit area as shown in FIG. 2, for example. Are displayed on the display unit of the control means 7 while being color-coded according to the numerical level. Further, based on the acquired pressure distribution data, it is possible to obtain a pressure distribution graph that is a three-dimensional contour graph, and a pressure reception cross section graph that is a cross-sectional view at a predetermined position of the pressure distribution graph based on the pressure distribution graph. . In this way, the control means 7 sprays the lubricant on the
In addition, by applying the pressure distribution measured by the
また、噴霧される液滴の流速は、スプレーノズル４と鍛造型２との間の距離Ｌと、噴霧開始をトリガーとする噴霧開始時間と圧力分布センサー８が最初に受圧を計測した時間である受圧開始時間との時間差Ｔを用いて、（距離Ｌ）／（時間差Ｔ）により算出することができる。
また、受圧に関わる力積は、圧力分布センサー８によって計測された受圧を単位時間あたりの受圧に換算することで求めることが可能である。本実施形態においては、０.１秒毎に受圧をサンプリングして、これを積算することで単位時間（秒）あたりの力積を求めている。
このように、受圧分布測定工程（Ｓ２０）により、流速と、力積と、それらが及ぶ範囲（鍛造型２表面上の範囲）が計測可能となる。
The flow rate of the sprayed droplets is the distance L between the
Further, the impulse related to the pressure reception can be obtained by converting the pressure reception measured by the
Thus, the pressure distribution measurement step (S20) makes it possible to measure the flow velocity, impulse, and the range (range on the forging die 2 surface) that covers them.
（型温度分布抽出工程：Ｓ３０）
型温度分布抽出工程（Ｓ３０）では、図２、図４に示すように、前記鍛造型２のテストピース型３を所定の鍛造温度（上限値４００℃程度）に加熱し、前記受圧分布測定工程（Ｓ２０）における前記潤滑剤噴霧と同一条件によって前記テストピース型３表面に潤滑剤噴霧を行った際の表面温度をサーモビュア９により計測して、該表面温度計測の結果に基づいて前記テストピース型３の温度低下量分布を抽出する。
すなわち、熱した鍛造型２のテストピース型３表面に対して所定距離Ｌ上方から潤滑剤噴霧を行った場合、テストピース型３表面に噴霧された液状の潤滑剤は、ホットプレート３ａにより予め所定の鍛造温度に加熱されたテストピース型３表面にて溶媒である水が蒸発することで、テストピース型３の所定位置（範囲Ｒ’）が冷却されるとともに、潤滑剤被膜を形成する。この水が蒸発する際のテストピース型３上における温度低下量の分布をサーモビュア９により面計測する（出力はｃｓｖ形式）。
(Mold temperature distribution extraction step: S30)
In the die temperature distribution extracting step (S30), as shown in FIGS. 2 and 4, the test piece die 3 of the forging die 2 is heated to a predetermined forging temperature (upper limit of about 400 ° C.), and the pressure receiving distribution measuring step. The surface temperature when the lubricant spray is performed on the surface of the test piece mold 3 under the same conditions as the lubricant spray in (S20) is measured by the thermoviewer 9, and the test piece mold is based on the result of the surface temperature measurement. 3 is extracted.
That is, when the lubricant spray is performed on the surface of the test piece mold 3 of the heated forging mold 2 from above the predetermined distance L, the liquid lubricant sprayed on the surface of the test piece mold 3 is preliminarily determined by the
具体的には、型温度分布データ（型温度の面分布）は、例えば、図２に示すように、単位面積毎に升目状に分割された範囲から構成されており、テストピース型３表面における温度（℃）の強弱を所定の数値レベルで表示するとともに、該数値レベルに応じて色分けされて、制御手段７の表示部に表示される。また、取得された型温度分布データに基づき、三次元の等高線グラフであり、テストピース型３表面の温度低下量を表す温度低下量分布グラフと、該温度低下量分布グラフに基づいて、温度低下量分布グラフの所定位置における断面視である温度低下量断面グラフを得ることができる。このように、制御手段７は、スプレー装置１によりテストピース型３表面に潤滑剤噴霧を行って、サーモビュア９により非接触でテストピース型３表面の温度を測定して、テストピース型３表面の温度低下量分布を所定のグラフに表して数値化を行う。
つまり、熱間鍛造時に潤滑剤噴霧を行った際に、気化熱を利用して鍛造型２の温度低下が起こる状態（冷却状態）をサーモビュア９によりモニターしているのである。
なお、潤滑剤噴霧後に、テストピース型３からホットプレート３ａを取外して、潤滑剤噴霧後の鍛造型２への入熱を防ぐようにすると型温度分布を精度良く計測する上でより好ましい。
Specifically, the mold temperature distribution data (surface temperature distribution of the mold temperature) is composed of a range divided in a grid pattern for each unit area as shown in FIG. 2, for example, on the surface of the test piece mold 3. The intensity of the temperature (° C.) is displayed at a predetermined numerical level, and is displayed in a color-coded manner according to the numerical level and displayed on the display unit of the control means 7. Further, based on the acquired mold temperature distribution data, it is a three-dimensional contour graph, a temperature decrease amount distribution graph representing the temperature decrease amount on the surface of the test piece mold 3, and a temperature decrease based on the temperature decrease amount distribution graph. A temperature decrease amount cross-sectional graph which is a cross-sectional view at a predetermined position of the amount distribution graph can be obtained. Thus, the control means 7 sprays the lubricant on the surface of the test piece mold 3 with the
That is, when the lubricant spray is performed at the time of hot forging, the thermoviewer 9 monitors the state (cooling state) in which the temperature of the forging die 2 is lowered by using the heat of vaporization.
In addition, it is more preferable to accurately measure the mold temperature distribution by removing the
（型冷却機能評価工程：Ｓ４０）
型冷却機能評価工程（Ｓ４０）では、前記受圧分布と前記温度低下量分布とを比較し、前記鍛造型２に対する潤滑剤噴霧による冷却力を評価する。
すなわち、前記鍛造型２表面と前記テストピース型３表面の同一箇所における受圧と温度低下量との相関付けを行うことで、前記鍛造型に対する潤滑剤噴霧による冷却力を評価する。具体的には、制御手段７であるパーソナルコンピュータが、受圧断面（図２に示す受圧断面グラフ）と温度低下量断面（図２に示す温度低下量断面グラフ）のそれぞれのヒストグラムを比較解析することで、前記鍛造型２に対する潤滑剤噴霧による冷却力を評価することができる。
(Die cooling function evaluation process: S40)
In the die cooling function evaluation step (S40), the pressure receiving distribution and the temperature decrease amount distribution are compared, and the cooling power by the lubricant spraying on the forging die 2 is evaluated.
That is, the cooling force by the lubricant spraying on the forging die is evaluated by correlating the pressure receiving and the temperature drop amount at the same location on the surface of the forging die 2 and the surface of the test piece die 3. Specifically, the personal computer which is the control means 7 performs comparative analysis of the histograms of the pressure receiving cross section (pressure receiving cross section graph shown in FIG. 2) and the temperature drop amount cross section (temperature drop amount cross section graph shown in FIG. 2). Thus, the cooling power by the lubricant spraying on the forging die 2 can be evaluated.
また、型冷却機能評価工程（Ｓ４０）は、前記型温度分布抽出工程（Ｓ３０）により得られた温度低下量を目的変数とし、前記入力工程（Ｓ１０）により入力される噴霧入力条件を説明変数とする重回帰分析を利用して噴霧入力条件毎の鍛造型２に対する冷却力を導出することで、前記噴霧入力条件毎の鍛造型２に対する潤滑剤噴霧による冷却力の評価を行う。すなわち、噴霧入力条件や実際に使用するスプレーノズル等により鍛造型２をどの程度冷却することができるかどうかを導出することができる。つまり、受圧分布と温度低下量分布との相関を求めることで鍛造型２に対する潤滑剤噴霧による冷却力を定量的に評価することができる。 In the mold cooling function evaluation step (S40), the amount of temperature decrease obtained in the mold temperature distribution extraction step (S30) is set as an objective variable, and the spray input condition input in the input step (S10) is set as an explanatory variable. The cooling power for the forging die 2 for each spray input condition is derived by using the multiple regression analysis to evaluate the cooling power by the lubricant spraying for the forging die 2 for each spray input condition. That is, it is possible to derive how much the forging die 2 can be cooled by the spray input condition, the spray nozzle actually used, or the like. That is, the cooling power by the lubricant spray on the forging die 2 can be quantitatively evaluated by obtaining the correlation between the pressure receiving distribution and the temperature decrease amount distribution.
このように、鍛造型２に対して行う潤滑剤噴霧の機能を評価する鍛造潤滑剤噴霧の機能評価方法であって、前記鍛造型２表面に評価対象である噴霧手段もしくは所定の噴霧条件にて潤滑剤噴霧を行った際の受圧分布を測定し、該受圧分布から前記潤滑剤噴霧の粗密分布を抽出する受圧分布測定工程（Ｓ２０）と、前記鍛造型２のテストピース型３を所定の鍛造温度に加熱し、前記受圧分布測定工程（Ｓ２０）における前記潤滑剤噴霧と同一の噴霧手段もしくは噴霧条件によって前記テストピース型表面に潤滑剤噴霧を行った際の温度低下量分布を抽出する型温度分布抽出工程（Ｓ３０）と、前記受圧分布と前記温度低下量分布とを比較し、前記鍛造型２に対する潤滑剤噴霧による冷却力を評価する型冷却機能評価工程（Ｓ４０）と、を有するので、鍛造工程において実際に使用するノズル、噴霧スプレー機、潤滑剤の一意なる評価が可能となるため、実際の製造工程での潤滑剤噴霧条件を設定する工数の低減が可能であり（トライアンドエラー防止）、また、潤滑剤噴霧条件を生産準備の際の設計要件に関わる数値として定量化が行える。また、異常噴霧の発見、管理が行える。 Thus, the function evaluation method for forging lubricant spray for evaluating the function of the lubricant spray performed on the forging die 2, which is performed on the surface of the forging die 2 with the spraying means to be evaluated or predetermined spraying conditions A pressure receiving distribution measurement step (S20) of measuring a pressure receiving distribution when the lubricant spray is performed and extracting a density distribution of the lubricant spray from the pressure receiving distribution, and a test piece die 3 of the forging die 2 to a predetermined forging A mold temperature that is heated to a temperature and extracts a temperature drop amount distribution when the lubricant spray is performed on the surface of the test piece mold by the same spraying means or spray conditions as the lubricant spray in the pressure receiving distribution measuring step (S20). A distribution extraction step (S30), and a die cooling function evaluation step (S40) for comparing the pressure-receiving distribution and the temperature drop amount distribution and evaluating the cooling power by lubricant spraying on the forging die 2. This makes it possible to uniquely evaluate nozzles, spray sprayers, and lubricants that are actually used in the forging process, thus reducing the number of steps for setting the lubricant spray conditions in the actual manufacturing process (Tri and Error prevention), and the lubricant spray conditions can be quantified as numerical values related to design requirements during production preparation. Also, abnormal spray can be found and managed.
また、前記型冷却機能評価工程（Ｓ４０）は、前記鍛造型２表面と前記テストピース型３表面の同一箇所における受圧と温度低下量との相関付けを行うことで、前記鍛造型２に対する潤滑剤噴霧による冷却力を評価するので、鍛造型２に対して潤滑剤噴霧を行った際に受圧による冷却力を評価することができる。 In addition, the die cooling function evaluation step (S40) is a lubricant for the forging die 2 by correlating the pressure receiving and the amount of temperature decrease at the same location on the surface of the forging die 2 and the surface of the test piece die 3. Since the cooling power by spraying is evaluated, the cooling power by receiving pressure can be evaluated when the lubricant spray is performed on the forging die 2.
また、前記型冷却機能評価工程（Ｓ４０）は、前記型温度分布抽出工程（Ｓ３０）により得られる前記温度低下量を目的変数とし、前記入力工程（Ｓ１０）により入力される前記噴霧入力条件を説明変数とする重回帰分析により噴霧入力条件毎の鍛造型２に対する冷却力を導出することで、前記噴霧入力条件毎の鍛造型２に対する潤滑剤噴霧による冷却力を評価するので、実際に使用するノズル、噴霧スプレー機、潤滑剤に関わる噴霧入力条件毎の鍛造型２に対する潤滑剤噴霧による冷却力を定量的に評価することができる。 In the mold cooling function evaluation step (S40), the spray input condition input in the input step (S10) is explained using the temperature decrease obtained in the mold temperature distribution extraction step (S30) as an objective variable. Since the cooling power for the forging die 2 for each spray input condition is derived by multiple regression analysis as a variable, the cooling power by the lubricant spraying for the forging die 2 for each spray input condition is evaluated. The cooling power by the lubricant spraying on the forging die 2 for each spray input condition related to the sprayer and the lubricant can be quantitatively evaluated.
本発明においては、鍛造工程における鍛造型２のトライポロジーの観点から、型温度を制御する潤滑剤噴霧の機能評価について定量化を行うにあたり、潤滑剤噴霧の圧力分布（受圧分布）を計測し、噴霧入力条件と鍛造型２の温度変化を計測し比較することで、噴霧装置の性能評価が定量的に行える。すなわち、鍛造工程における潤滑剤噴霧の定量評価と、鍛造工程で使用するスプレー装置１および潤滑剤の、実際の環境下における性能評価を行うことができる。また、鍛造工程における鍛造品の良品条件の維持・保証を行うにあたり、噴霧状態および冷却力の数値化および定量化ができる。
In the present invention, from the viewpoint of the tribology of the forging die 2 in the forging process, the pressure distribution (pressure receiving distribution) of the lubricant spray is measured to quantify the function evaluation of the lubricant spray that controls the die temperature. By measuring and comparing the input conditions and the temperature change of the forging die 2, the performance evaluation of the spraying device can be quantitatively performed. That is, the quantitative evaluation of the lubricant spray in the forging process and the performance evaluation of the
また、熱間鍛造型に対して潤滑剤噴霧を行う際の冷却機能を定量的に評価できるようになることで、従来、経験を積んだ作業者が行っていた噴霧条件の設定値を一意的な噴霧条件として数値化できる。 In addition, the ability to quantitatively evaluate the cooling function when performing lubricant spraying on hot forging dies enables unique setting values for spray conditions that have been performed by experienced workers. Can be quantified as a suitable spraying condition.
また、評価したい噴霧の入力条件を圧力分布として計測すると、出力値は受圧という形で数値化が行える。また、型温度分布の影響範囲と持続時間との相関を見える化でき、潤滑剤噴霧が有する冷却能力の定量化が行える。 Moreover, if the input condition of the spray to be evaluated is measured as a pressure distribution, the output value can be digitized in the form of pressure receiving. Further, the correlation between the influence range of the mold temperature distribution and the duration can be visualized, and the cooling ability of the lubricant spray can be quantified.
１ スプレー装置
２ 鍛造型
３ テストピース型
４ スプレーノズル
1 spray device 2 forging die 3 test piece die 4 spray nozzle
Claims (2)
前記鍛造型表面に評価対象である噴霧手段もしくは所定の噴霧条件にて潤滑剤噴霧を行った際の受圧分布を測定し、該受圧分布から前記潤滑剤噴霧の粗密分布を抽出する受圧分布測定工程と、
前記鍛造型のテストピース型を所定の鍛造温度に加熱し、前記受圧分布測定工程における前記潤滑剤噴霧と同一の噴霧手段もしくは噴霧条件によって前記テストピース型表面に潤滑剤噴霧を行った際の温度低下量分布を抽出する型温度分布抽出工程と、
前記受圧分布と前記温度低下量分布とを比較し、前記鍛造型に対する潤滑剤噴霧による冷却力を評価する型冷却機能評価工程と、
を有することを特徴とする鍛造潤滑剤噴霧の機能評価方法。 A function evaluation method for forging lubricant spray that evaluates the function of lubricant spray performed on a forging die,
Pressure receiving distribution measuring step of measuring the pressure receiving distribution when the lubricant spray is performed on the forging die surface under the spraying means to be evaluated or predetermined spraying conditions, and extracting the density distribution of the lubricant spray from the pressure receiving distribution When,
The temperature at which the test piece mold of the forging mold is heated to a predetermined forging temperature and the surface of the test piece mold is sprayed with the same spraying means or spraying conditions as the lubricant spraying in the pressure receiving distribution measuring step. A mold temperature distribution extraction step for extracting a decrease amount distribution;
A mold cooling function evaluation step of comparing the pressure receiving distribution and the temperature drop amount distribution, and evaluating a cooling power by lubricant spraying on the forging mold;
A method for evaluating the function of a forged lubricant spray, comprising:
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