JP2000271674A - Die internal stress analysis method and model die manufacturing method for die internal stress analysis - Google Patents
Die internal stress analysis method and model die manufacturing method for die internal stress analysisInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属塑性加工の各工程において、簡便で効率
的にかつ正確に金型内部応力を解析し、適切な金型設計
を効率的に行う。
【解決手段】 樹脂等弾性材料連続体(ソリッド材)に
より作製されたモデル型を使用し、かつ被加工材料とし
て金属材料の変形特性と類似したモデル材料を使用し
て、モデル型の弾性変形範囲内において、モデル材料に
よる塑性加工の実工程に準じたシミュレーション実験を
行い、全工程のうちから任意に選択した経過点あるいは
連続点において、前記モデル型の内部歪又は内部応力の
変化量を測定し、各測定点における測定結果を解析す
る。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To easily, efficiently and accurately analyze the internal stress of a mold in each step of metal plastic working, and efficiently perform appropriate mold design. An elastic deformation range of a model type using a model type made of a continuous body of elastic material such as resin (solid material) and using a model material similar to the deformation characteristic of a metal material as a material to be processed. Within, a simulation experiment according to the actual process of plastic working with the model material is performed, and at an elapse point or a continuous point arbitrarily selected from all the processes, the amount of change in the internal strain or internal stress of the model type is measured. Analyze the measurement results at each measurement point.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、鍛造加工、押出加
工、及び絞り加工等金属の塑性加工において使用される
金型の内部応力解析方法ならびにそのシミュレーション
実験において使用されるモデル型の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for analyzing the internal stress of a metal mold used in metal forming such as forging, extrusion and drawing, and a method for manufacturing a model used in a simulation experiment thereof. .
【0002】[0002]
【従来の技術】金属の塑性加工において使用される各種
金型の製造においては、被加工物を高精度かつ効率良く
加工するための形状設計を、各製造工程毎に行う必要が
ある。従来、そのような金型設計は技術者の経験や勘に
依存する部分が多く、各工程毎に実際に金型を作製し、
これを実工程に投入して試作を行い、被加工物の品質を
検査したうえで前記金型の不具合を改善するという作業
を繰り返して金型設計を最適化していたのが実情であっ
た。2. Description of the Related Art In the production of various molds used in plastic working of metal, it is necessary to design a shape for processing a workpiece with high accuracy and efficiency in each manufacturing process. Conventionally, such a mold design largely depends on the experience and intuition of the engineer, and the mold is actually manufactured for each process,
It was a fact that the mold design was optimized by repeating the work of putting this into an actual process, making a prototype, inspecting the quality of the workpiece, and improving the defects of the mold.
【0003】しかし、実際に金型を作製するには多大な
労力、時間、コストを必要とする。また、金型の作製及
び改善の結果が技術者の能力に大きく左右され、結果と
していたずらに試行錯誤を繰り返すことになり、生産効
率上問題が多かった。[0003] However, a great deal of labor, time and cost are required to actually produce a mold. In addition, the results of the manufacture and improvement of the mold largely depend on the ability of the engineer, and as a result, trial and error are repeated unnecessarily, and there are many problems in production efficiency.
【0004】塑性加工工程において金型に発生する問題
とは、金型内部に発生する応力の不均一や、加工時に発
生する許容応力以上の応力等に起因するものである。そ
こで、このような応力分布をより実際的に検証する方法
として、金型の内表面に感圧紙を貼り付けたり測圧ピン
を取り付けたりしたうえで実工程に投入し、感圧紙表面
の色素変化量や測圧ピンの圧力変化量によって応力分布
を検知し、これをもとに金型の改善を行う方法がある。[0004] The problems that occur in the mold during the plastic working process are caused by unevenness of the stress generated inside the mold, stress exceeding the allowable stress generated at the time of working, and the like. Therefore, as a method of verifying such a stress distribution more practically, a pressure-sensitive paper is attached to the inner surface of a mold or a pressure-measuring pin is attached, and then put into the actual process to change the pigment on the pressure-sensitive paper surface. There is a method in which the stress distribution is detected based on the amount and the pressure change amount of the pressure measuring pin, and the mold is improved based on the stress distribution.
【0005】しかしながら、このような方法において
も、実際に金型を作製する必要があることに変わりはな
い。また、ここでは金型表面における応力についてのみ
検証しているが、実工程において加えられる応力は金型
内部にも発生しており、このような内部応力の分布につ
いても検討を行うことは、より金型設計を最適化するう
えで必須である。[0005] However, even in such a method, it is still necessary to actually manufacture a mold. Although only the stress on the mold surface is verified here, the stress applied in the actual process is also generated inside the mold, and it is more important to study the distribution of such internal stress. Essential for optimizing mold design.
【0006】そこで、金型の内部応力について解析を行
い、より実工程に即した金型を設計する方法として、有
限要素法を用いる方法が種々検討されている。特に、単
に有限要素法をそのまま適用するのではなく、実工程に
おける各種ファクター、例えば被加工材や金型の変形に
よる厚さや接触面積の変化等を考慮に入れたうえで有限
要素法による解析を行う方法は、例えば特開平7−30
6132号公報等により多数開示されている。Therefore, as a method of analyzing the internal stress of the mold and designing the mold in accordance with the actual process, various methods using the finite element method have been studied. In particular, instead of simply applying the finite element method as it is, analysis using the finite element method should take into account various factors in the actual process, such as changes in the thickness and contact area due to deformation of the work material and mold. The method to be performed is described in, for example, JP-A-7-30
Many are disclosed in, for example, US Pat.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
方法においては、有限要素法による解析を行う際に、複
雑な各種境界条件や他の入力条件等が必要となる。特
に、実工程が金型に及ぼす影響を考慮して各種ファクタ
ーを解析に導入するほどその計算工程は複雑で非効率的
なものとなり、全く新規の加工に関してはそのような条
件さえも仮定でしかなく、各工程毎にそのような解析を
行うことは困難であった。しかも、そのように複雑な解
析方法においてもなお、実際の加工結果と異なる場合が
あり、実工程上の金型内部における応力分布を正確に反
映させることができない場合が多かった。However, in each of the above methods, when performing analysis by the finite element method, complicated various boundary conditions and other input conditions are required. In particular, the more complicated factors are introduced into the analysis in consideration of the effect of the actual process on the mold, the more complicated and inefficient the calculation process becomes. Therefore, it was difficult to perform such an analysis for each process. Moreover, even with such a complicated analysis method, there may be a case where the result is different from the actual processing result, and in many cases, the stress distribution inside the mold in the actual process cannot be accurately reflected.
【0008】そこで本発明の課題は、金属塑性加工の各
工程において、簡便で効率的にかつ正確に金型内部応力
を解析し、適切な金型設計を効率的に行うことである。Accordingly, an object of the present invention is to analyze the internal stress of a mold simply, efficiently and accurately in each step of metal plastic working, and to efficiently perform appropriate mold design.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み、本発明
者らは、実際の金型及び被加工材ではなく、実加工現象
を忠実に再現可能なように適宜選択した材料によりモデ
ル型及びモデル被加工材をそれぞれ作製してこれを用
い、解析対象である実工程に準じてシミュレーション実
験を行い、上記モデル型の内部応力を解析する方法を発
明するにいたった。こうして得られた結果は、実際の金
型内で被加工材が変形するのに伴って時々刻々と金型へ
作用する圧力条件を正確に再現したものであるから、そ
のことにより発生する実際の金型内部応力分布と相似な
分布が得られる。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present inventors have developed a model mold and a material that are not appropriately selected from actual molds and workpieces but are appropriately selected so that the actual machining phenomena can be faithfully reproduced. The present inventors have invented a method of analyzing the internal stress of the above-mentioned model type by producing model workpieces, using them, performing simulation experiments according to the actual process to be analyzed, and using them. The results obtained in this way accurately reproduce the pressure conditions acting on the mold moment by moment as the workpiece is deformed in the actual mold. A distribution similar to the mold internal stress distribution is obtained.
【0010】すなわち本発明の金型内部応力解析方法
は、樹脂等弾性材料連続体(ソリッド材)により作製さ
れたモデル型を使用し、かつ被加工材料として金属材料
の変形特性と類似したモデル材料を使用して、モデル型
の弾性変形範囲内において、モデル材料による塑性加工
の実工程に準じたシミュレーション実験を行い、全工程
のうちから任意に選択した経過点あるいは連続点におい
て、前記モデル型の内部歪又は内部応力の変化量を測定
し、各測定点における測定結果を解析することを特徴と
する。これにより、シミュレーション実験によるモデル
型内部応力の測定を実際に行い、この測定結果に基づい
て解析を行うので、各工程に則した正確な解析を簡単に
行うことが可能となる。また、モデル型を用いるのでそ
の作製は実際の金型の作製に比べて容易かつ安価であ
る。That is, the method for analyzing the internal stress of a mold according to the present invention uses a model mold made of a continuous body of elastic material such as resin (solid material), and uses a model material similar to the deformation characteristic of a metal material as a material to be processed. By using, within the elastic deformation range of the model type, a simulation experiment is performed in accordance with the actual process of plastic working with the model material, and at any lapse point or continuation point selected arbitrarily from all the processes, It is characterized in that the amount of change in internal strain or internal stress is measured, and the measurement result at each measurement point is analyzed. Thus, since the model-type internal stress is actually measured by the simulation experiment and the analysis is performed based on the measurement result, it is possible to easily perform the accurate analysis according to each process. Further, since a model die is used, its production is easier and less expensive than the production of an actual die.
【0011】また本発明の前記モデル型内部の金型内部
応力解析方法は、前記モデル型内部の所定位置に歪ゲー
ジあるいは光ファイバーなど歪や応力を検出可能な素子
を埋設し、これにより内部歪の変化量を測定し解析する
ことを特徴とする。これにより、実工程に準じたシミュ
レーション実験において、モデル型の内部歪を測定し、
その測定結果に基づいて解析を行うので、実工程に則し
た正確な解析を簡単に行うことが可能となる。Further, in the method for analyzing the internal stress of a mold inside the model mold according to the present invention, an element capable of detecting a strain or stress, such as a strain gauge or an optical fiber, is embedded at a predetermined position inside the model mold, whereby the internal strain is reduced. It is characterized in that the amount of change is measured and analyzed. In this way, in a simulation experiment according to the actual process, the internal strain of the model type was measured,
Since the analysis is performed based on the measurement results, accurate analysis according to the actual process can be easily performed.
【0012】また本発明の前記モデル型内部の金型内部
応力解析方法は、 前記モデル型が、内部所定位置に歪
ゲージあるいは光ファイバーを埋設した積層コア部と、
前記コア部に対して密着し、かつ力学的に連続するよう
に解析対象金型の形状に応じて作製された楔形のインナ
ー部とからなることを特徴とする。これにより、解析対
象金型に応じてモデル型のインナー部のみを作製し、積
層コア部を新たに作製しなおすことなく共通に使用し
て、モデル型内部歪の測定を行うことが可能となり、モ
デル型作製における作業性向上、及びコスト削減の効果
を得る。Further, in the method for analyzing the internal stress of a mold inside the model mold according to the present invention, the model mold comprises: a laminated core portion in which a strain gauge or an optical fiber is embedded at a predetermined position inside;
A wedge-shaped inner portion formed in accordance with the shape of the analysis target mold so as to be in close contact with the core portion and to be mechanically continuous. As a result, it is possible to measure the internal strain of the model die by manufacturing only the inner portion of the model die in accordance with the die to be analyzed and using the laminated core portion in common without re-producing it. The effects of improving workability and reducing costs in manufacturing the model mold are obtained.
【0013】また本発明の前記モデル型内部の金型内部
応力解析方法は、前記モデル型が、予め所定位置に歪ゲ
ージあるいは光ファイバーを埋設した楔形のカセット部
と、前記カセット部を嵌合した状態において楔効果によ
り力学的に連続し、かつ内部のすべての所定位置に歪ゲ
ージあるいは光ファイバーを固定することが可能な構造
の本体部とからなり、かつ前記カセット部を前記本体部
に嵌合し、モデル型全体の外側から静水圧を加えた状態
において前記歪ゲージあるいは光ファイバーにより内部
歪の変化量を測定し解析を行うことを特徴とする。これ
により、解析対象金型に応じてモデル型の本体部のみを
作製し、カセット部を新たに作製しなおすことなく共通
に使用して、モデル型内部歪の測定を行うことが可能と
なり、モデル型作製における作業性向上、及びコスト削
減の効果を得る。[0013] In the method for analyzing the internal stress of a mold inside the model die according to the present invention, the model die may include a wedge-shaped cassette part in which a strain gauge or an optical fiber is previously embedded at a predetermined position, and the cassette part is fitted. In a mechanically continuous by a wedge effect, and a main body of a structure capable of fixing a strain gauge or an optical fiber at all predetermined positions inside, and the cassette unit is fitted to the main body unit, In a state where hydrostatic pressure is applied from the outside of the entire model mold, the amount of change in internal strain is measured and analyzed by the strain gauge or the optical fiber. As a result, it is possible to measure the internal distortion of the model type by preparing only the main part of the model type according to the die to be analyzed and using it in common without recreating the cassette part. An effect of improving workability in mold production and reducing costs is obtained.
【0014】また本発明の金型内部応力解析用モデル型
製造方法は、大気圧あるいは減圧下において、予め所定
位置に歪ゲージあるいは光ファイバーが固定された型枠
内に、本剤と硬化剤とからなる二液混合型樹脂を注入
し、これを硬化させることを特徴とする。これにより、
所定位置の内部歪を測定可能なモデル型を得ることがで
きる。Further, the method of manufacturing a model mold for analyzing the internal stress of a mold according to the present invention is characterized in that, under atmospheric pressure or reduced pressure, the present agent and a curing agent are placed in a mold in which a strain gauge or an optical fiber is fixed at a predetermined position in advance. It is characterized by injecting a two-part mixed type resin and curing it. This allows
A model that can measure internal strain at a predetermined position can be obtained.
【0015】また本発明の金型内部応力解析用モデル型
製造方法は、大気圧あるいは減圧下において、本剤と硬
化剤とからなる二液混合型樹脂を型枠内の所定高さまで
注入した後これをいったん硬化させたりあるいは光造形
装置を用いて所要形状に造形させ、その上面の所定位置
に歪ゲージあるいは光ファイバーを固定し、その後さら
に所定高さまで前記樹脂を注入するあるいは光造形装置
にて所要形状に造形する工程を、所定回数繰り返すこと
を特徴とする。これにより、所定位置の内部歪を測定可
能なモデル型を得ることができる。Further, the method for manufacturing a model mold for analyzing the internal stress of a mold according to the present invention is characterized in that a two-pack mixed type resin comprising the present agent and a curing agent is injected under atmospheric pressure or reduced pressure to a predetermined height in a mold. This is once cured or molded into a required shape using an optical molding device, a strain gauge or an optical fiber is fixed at a predetermined position on the upper surface, and then the resin is further injected to a predetermined height or required by an optical molding device. The step of forming into a shape is repeated a predetermined number of times. This makes it possible to obtain a model type capable of measuring internal strain at a predetermined position.
【0016】また本発明の金型内部応力解析用モデル型
製造方法は、大気圧あるいは減圧下において、一体成形
する部分と、内部所定位置に歪ゲージあるいは光ファイ
バーを埋設した積層構造部とをそれぞれ請求項6に記載
の方法にて作製し、これら一体成形部と積層構造部とを
組み合わせることを特徴とする。これにより、解析対象
金型に準じた形状の一体成形部のみを作製し、作製に手
間のかかる積層構造部を新たに作製しなおすことなく共
通に使用して、モデル型内部歪の測定を行うことが可能
となり、モデル型作製における作業性向上、及びコスト
削減の効果を得る。Further, the method of manufacturing a model for analyzing the internal stress of a mold according to the present invention is characterized in that a portion to be integrally molded under atmospheric pressure or reduced pressure and a laminated structure portion in which a strain gauge or an optical fiber is embedded at a predetermined position in the interior. A method according to Item 6, characterized in that the integrally molded portion and the laminated structure portion are combined. As a result, only the integrally molded part having a shape corresponding to the mold to be analyzed is manufactured, and the internal strain of the model mold is measured by using the laminated structure part which is troublesome to manufacture without remanufacturing a new one. This makes it possible to obtain an effect of improving workability in manufacturing the model die and reducing costs.
【0017】本発明においては上述のとおり、実際の金
型及び被加工材ではなく、モデル型及びモデル被加工材
を用い、解析対象である実工程に準じてシミュレーショ
ン実験を行い、この実験により測定されたモデル型内部
応力あるいは内部歪の変化量に基づいて実際の金型設計
の最適化を行う。In the present invention, as described above, a simulation experiment is performed in accordance with the actual process to be analyzed using a model die and a model workpiece, instead of the actual mold and workpiece, and measurement is performed by the experiment. The actual die design is optimized based on the amount of change in the internal stress or strain of the model die.
【0018】モデル型及びモデル被加工材として使用す
る材料としては、例えば、モデル被加工材としてはプラ
スチシン等の塑性材料、モデル型としては樹脂等弾性材
料連続体(ソリッド材)が挙げられ、これらを組み合わ
せて使用し、前記モデル型の弾性変形範囲内においてシ
ミュレーション実験を行う。このようにすれば、実際の
金型と金属材料とを使用した実工程により解析を行う従
来の方法に比べて、より小さい負荷で実工程に準じた正
確なシミュレーション実験を行うことが可能であり、簡
便である。また実際に金型を作製するよりも、モデル型
を作製する方が、材料が安価であって加工も容易であ
る。Examples of the material used as the model die and the model workpiece include a plastic material such as plasticine as the model workpiece, and an elastic material continuous body (solid material) such as a resin as the model die. Are used in combination to perform a simulation experiment within the elastic deformation range of the model type. In this way, it is possible to perform an accurate simulation experiment according to the actual process with a smaller load, as compared with the conventional method of performing the analysis by the actual process using the actual mold and the metal material. , Simple. In addition, it is easier to process the model mold than to actually fabricate the mold, because the material is cheaper.
【0019】モデル型内部には、シミュレーション実験
においてその内部歪の変化量を、例えば3次元直交座標
系(x、y、z)各方向成分、あるいは円筒座標系
(r、θ、z)各方向成分について測定可能となるよう
に、予め所定位置に歪ゲージを埋設しておく。あるいは
光ファイバーを同様に埋設しておき、シミュレーション
実験過程において前記光ファイバーへの入光量と出光量
との比の変化量を測定することにより、内部歪の変化量
を検知できるようにしてもよい。これらに代えて圧力セ
ンサーを埋設することも可能であるが、一般的に圧力セ
ンサーは高価であり、またその大きさがφ6mm程度と
大きく、埋設すると、位置と数が制限されるあるいはモ
デル型内部形状に大きな影響を及ぼすことにより、目的
とする測定点の圧力を正確に測定することが困難とな
り、好ましくない。これに対して歪ゲージあるいは光フ
ァイバーは圧力センサーと比べてその形状が小さく、取
り付けも容易である。また圧力センサーに比べて一般に
安価である。これらによりモデル型の各測定点における
歪の変化量を測定し、フックの法則に基づく歪から応力
への変換式である次式In the model type, the amount of change in the internal strain in a simulation experiment is calculated, for example, in each direction component of a three-dimensional orthogonal coordinate system (x, y, z) or in each direction of a cylindrical coordinate system (r, θ, z). A strain gauge is embedded in a predetermined position in advance so that the component can be measured. Alternatively, the optical fiber may be buried in the same manner, and the amount of change in the internal strain may be detected by measuring the amount of change in the ratio between the amount of incident light and the amount of output light to the optical fiber in the course of the simulation experiment. Pressure sensors can be buried instead of these, but pressure sensors are generally expensive, and their size is as large as about φ6 mm. Since it has a great influence on the shape, it is difficult to accurately measure the pressure at the target measurement point, which is not preferable. On the other hand, the strain gauge or the optical fiber has a smaller shape than the pressure sensor and is easy to mount. It is generally cheaper than a pressure sensor. Using these, the amount of change in strain at each measurement point of the model type is measured, and the following equation, which is a conversion formula from strain to stress based on Hooke's law, is used.
【式1】 を用いることにより、各測定点における応力成分σr、
σθ、σzを算出することができる。また測定点を基に
線形補完を行うことによりモデル型全体の任意点におけ
る内部応力を算定することができる。なお、式1は円筒
座標系における計算式であるが、直交座標系においても
モデル型中の歪ゲージの出力値(測定値)εx、εy、ε
zにより同様に応力成分σx、σy、σzを求めることがで
きる。このようにして解析を行えば、被加工材が塑性変
形に伴い順次型と接触した状態を実現象として再現で
き、そこで発生する型への反力に起因する内部応力を測
定できる。すなわち、従来の有限要素法による解析に比
べてより実工程に即しており、しかも従来のような複雑
な計算を一切必要とせず、容易である。(Equation 1) , The stress components σ r at each measurement point,
Shigumashita, it is possible to calculate the sigma z. Further, by performing linear interpolation based on the measurement points, it is possible to calculate the internal stress at an arbitrary point in the entire model type. Equation 1 is a calculation formula in the cylindrical coordinate system, but also in the rectangular coordinate system, the output values (measured values) ε x , ε y , ε of the strain gauges in the model type.
Similarly stress component sigma x by z, σ y, can be determined sigma z. By performing the analysis in this manner, the state in which the workpiece is sequentially contacted with the mold due to the plastic deformation can be reproduced as an actual phenomenon, and the internal stress caused by the reaction force to the mold generated there can be measured. That is, compared to the analysis by the conventional finite element method, the method is more suitable for the actual process, and does not require any complicated calculation as in the related art, and is easy.
【0020】歪ゲージあるいは光ファイバーを内部の所
定位置に埋設した構造のモデル型を得る方法としては、
(1)射出成形法、(2)固形樹脂を切削加工する方
法、(3)液状樹脂を室温で硬化させる方法等が考えら
れる。本発明者らはそれらについて検討を行った。以
下、その検討内容について説明する。As a method of obtaining a model type having a structure in which a strain gauge or an optical fiber is embedded at a predetermined position inside,
(1) an injection molding method, (2) a method of cutting a solid resin, and (3) a method of curing a liquid resin at room temperature can be considered. The present inventors have studied them. Hereinafter, the contents of the study will be described.
【0021】(1)射出成形法 まず射出成形法は、モデル型自体の形状を高精度に加工
することは可能であるが、加工時の樹脂温度が歪ゲージ
あるいは光センサーの耐熱温度を超えるため作製が困難
であると考えられ、また装置の価格も高価であることか
ら、好ましくない。(1) Injection molding method First, although the injection molding method can process the shape of the model mold itself with high precision, the resin temperature at the time of processing exceeds the heat resistance temperature of the strain gauge or the optical sensor. It is considered to be difficult to manufacture, and the price of the device is high, which is not preferable.
【0022】(2)固形樹脂を切削加工する方法 それに対して固形樹脂を切削する方法は材料が安価であ
ることから、まずこの方法について検討を行った。固形
樹脂としては、被加工材としてプラスチシンを使用した
シミュレーション実験において、低圧力下でも十分な歪
応答を得ることが可能であるような低弾性率の材料であ
るポリプロピレンを使用した。まずこのポリプロピレン
において、弾性変形範囲内での加工を対象とする圧縮加
工により生じる圧力に対してその歪量が直線的に変化す
ることが求められる。この点について確認したところ、
結果は図1に示されるように良好であった。(2) Method of Cutting Solid Resin On the other hand, the method of cutting solid resin is inexpensive in material. As a solid resin, in a simulation experiment using plasticine as a work material, polypropylene which is a material having a low elastic modulus capable of obtaining a sufficient strain response even under a low pressure was used. First, in this polypropylene, it is required that the amount of strain linearly changes with respect to the pressure generated by the compression processing for processing within the elastic deformation range. After confirming this,
The results were good as shown in FIG.
【0023】そこで次に、ポリプロピレンにより円筒形
のモデル型を作成し、このモデル型を切削加工すること
により内部に歪ゲージを埋設したものについて円筒座標
系(r、θ、z)各方向成分についてその内部歪を測定
する。まず図2に示されるようにモデル型200を10
mm厚さに切削加工し、さらに縦に2分割して半リング
状部品210を得た。次いで、各半リング状部品210
の同一半径距離位置に4箇所ずつ、歪ゲージ220を接
着剤により貼付した。なおこのときr方向、θ方向の歪
が正確に直角で測定できるように、直行ゲージを用い
た。また各半リング状部品210の縦断面にも歪ゲージ
220を同様に貼付し、z方向の歪をも測定できるよう
にした。次いでこれらリング状部品210を再度組み合
わせ、ばらばらにならないように同一材質の補強リング
230に低圧入した。Then, a cylindrical model is made of polypropylene, and a strain gauge is buried inside by cutting the model to obtain a cylindrical model (r, θ, z) in each direction component. The internal strain is measured. First, as shown in FIG.
A half ring-shaped part 210 was obtained by cutting to a thickness of mm and further dividing it vertically into two parts. Then, each semi-ring shaped part 210
The strain gauges 220 were stuck at four locations at the same radial distance position with an adhesive. At this time, a perpendicular gauge was used so that the strain in the r and θ directions could be accurately measured at right angles. Also, a strain gauge 220 was similarly attached to the longitudinal section of each half-ring-shaped part 210 so that the strain in the z direction could be measured. Next, these ring-shaped parts 210 were re-assembled and low-pressure inserted into a reinforcing ring 230 of the same material so as not to be separated.
【0024】次に、図3に示されるようにモデル型20
0の内径に外径φ30×内径25(mm)のゴムホース
310を挿入し、さらにゴムホース310の曲がりを矯
正するために木製の棒(図示せず)をも挿入した状態
で、コンプレッサーから圧縮空気によりゴムホース31
0に内圧を加え、このとき各歪ゲージ220により検出
される歪量を記録した。また、内圧は圧力センサー32
0にて測定した。なお、ゴムホース310は事前に単体
の状態において内圧負荷試験を行い、7〜8kgf/c
m2が破裂限界であることを確認した。Next, as shown in FIG.
A rubber hose 310 having an outer diameter of φ30 and an inner diameter of 25 (mm) is inserted into the inner diameter of 0, and a wooden rod (not shown) is inserted in order to correct the bending of the rubber hose 310. Rubber hose 31
The internal pressure was applied to 0, and the amount of strain detected by each strain gauge 220 at this time was recorded. The internal pressure is measured by the pressure sensor 32.
It was measured at 0. In addition, the internal pressure load test was performed on the rubber hose 310 in a single state in advance, and 7 to 8 kgf / c
It was confirmed that m 2 was the burst limit.
【0025】上記歪量測定実験においては、ゴムホース
310の内圧上昇に伴って歪量が直線的に増大し、1つ
の半リング状部品210上4箇所の測定点に生じる歪量
が理論的傾向に類似であることが求められる。しかし、
実際の測定結果は図4に示されるように、歪量がほぼ直
線的に変化しているものは少なく、またr方向距離との
相関関係もはっきりしなかった。また理論的には引張が
生じているはずの測定点において圧縮を示す値が測定さ
れたもの、あるいはその逆のものがあった。これらの原
因としては、切削加工及び再度の組み付けによる寸法変
化やギャップの発生、及び構造上のねじれ等による不測
の応力状態発生等が考えられる。In the above strain amount measurement experiment, the strain amount increases linearly with an increase in the internal pressure of the rubber hose 310, and the strain amount generated at four measurement points on one half-ring-shaped component 210 has a theoretical tendency. Similarity is required. But,
As shown in FIG. 4, the actual measurement results showed that there were few cases in which the amount of strain changed almost linearly, and the correlation with the distance in the r direction was not clear. In some cases, a value indicating compression was measured at a measurement point where tension should have occurred theoretically, or vice versa. As the causes thereof, it is considered that dimensional changes and gaps are generated due to cutting and re-assembly, and unexpected stress states are generated due to structural torsion and the like.
【0026】そこで、補強リング230内での半リング
状部品210間のギャップやずれを除去するために、z
方向の締め付けを強くすることを考えた。すなわち、ポ
リプロピレンにより作製していた補強リング230を金
属材料により作製しなおし、ねじによりz方向へ強く締
め付けて再び同様の加圧実験を行った。しかし、その結
果測定される歪量の傾向はやはりばらついており、安定
しなかった。従って、このように固形樹脂を切削加工し
て得られるモデル型では、その内部応力を正確に測定す
ることは困難であることがわかった。Therefore, in order to remove a gap or a displacement between the half ring-shaped parts 210 in the reinforcing ring 230, z
I thought about strengthening the direction. That is, the reinforcing ring 230 made of polypropylene was made again of a metal material, and was strongly tightened in the z-direction with screws, and the same pressurization experiment was performed again. However, as a result, the tendency of the measured strain amount still varied and was not stable. Therefore, it has been found that it is difficult to accurately measure the internal stress of the model obtained by cutting the solid resin.
【0027】(3)液状樹脂を硬化させる方法 次に固形樹脂と同様に安価である液状樹脂を用い、これ
を硬化させる方法について検討した。具体的には本剤と
硬化剤からなる高弾性率と低弾性率の2種類の二液混合
型樹脂を用いて実験を行った。(3) Method of Curing Liquid Resin Next, a method of curing a liquid resin, which is inexpensive like a solid resin, was examined. More specifically, an experiment was performed using two types of two-component mixed resins having a high elastic modulus and a low elastic modulus composed of the present agent and a curing agent.
【0028】(a)高弾性率のエポキシ樹脂、及び
(b)低弾性率のエポキシ樹脂のそれぞれについて図5
の表中に示した市販品を用意し、それらについて検討を
行った。FIG. 5 shows (a) an epoxy resin having a high elastic modulus and (b) an epoxy resin having a low elastic modulus.
The commercially available products shown in the table were prepared and examined.
【0029】本剤及び硬化剤をそれぞれ計量した後、混
合用の薄肉ポリプロピレン容器に上記本剤及び硬化剤を
投入して攪拌した。攪拌開始後から温度上昇が起こった
が成型用容器に影響を与えるほどではなく、約4時間後
には常温に戻り、硬化して容器から容易に離型した。中
央部分に若干の引けが見られるが、成型用容器との接触
面には肉の引けは見られなかった。そのまま翌日まで放
置し、樹脂のr方向及びθ方向について、それぞれ規格
抵抗値120Ωの歪ゲージを貼付した。その後、再び樹
脂を容器内に入れ、その上に上記同様に本剤及び硬化剤
を投入し、硬化後離型させた。なお、上記各歪ゲージに
ついて、貼付前、貼付後、樹脂の硬化中、硬化
後、の各段階においてそれらの抵抗値を実測した結果を
図6に示す。いずれも抵抗値に大きな変化はなく、樹脂
硬化時の発熱による歪ゲージの測定能に対する影響は殆
どないことがわかった。After weighing the present agent and the curing agent, the agent and the curing agent were put into a thin polypropylene container for mixing and stirred. Although the temperature rose after the start of stirring, it did not affect the molding container, but returned to room temperature after about 4 hours, cured, and easily released from the container. Although a slight shrinkage was observed in the center portion, no shrinkage was observed on the contact surface with the molding container. It was left as it was until the next day, and a strain gauge having a standard resistance value of 120Ω was attached in each of the r direction and the θ direction of the resin. Thereafter, the resin was put into the container again, and the present agent and the curing agent were added thereto as described above, and after the curing, the resin was released. In addition, FIG. 6 shows the results of actually measuring the resistance values of the respective strain gauges before and after application, during application of the resin, and during and after curing. In each case, there was no significant change in the resistance value, and it was found that heat generated during curing of the resin hardly affected the measurement ability of the strain gauge.
【0030】次いで型内径部に透明ゴムホースを挿入
し、その内部から圧力を加えたときの歪ゲージの応答試
験を行った。その結果を図7(a)〜(c)に示す。図
7(a)は高弾性率エポキシ樹脂を成形翌日まで放置し
たときの測定結果であるが、加圧初期段階を除いて良好
な応答を示している。図7(b)は、高弾性率エポキシ
樹脂をさらに1日放置したときの結果であり、先の結果
に比較して加圧初期段階の応答不良が改善されている。
これは、作製翌日には樹脂が完全に硬化しているようで
あっても、微視的には完全硬化しておらず、時間経過と
ともに徐々に硬化が進行していることに起因すると思わ
れる。これに対して低弾性率エポキシ樹脂は作製翌日よ
り図7(c)に示されるように良好な応答を示した。ま
た、その応答量も高弾性率エポキシ樹脂の約10倍と大
きく、微小歪であっても計測が容易であり、より望まし
いことが明らかになった。Next, a transparent rubber hose was inserted into the inner diameter portion of the mold, and a response test of a strain gauge was performed when pressure was applied from the inside. The results are shown in FIGS. FIG. 7A shows the measurement results when the high elastic modulus epoxy resin was left until the day after molding, and shows a good response except for the initial stage of pressurization. FIG. 7B shows the result when the high elasticity epoxy resin was further left for one day, and the response failure in the initial stage of pressurization was improved as compared with the previous result.
This seems to be due to the fact that even though the resin seems to be completely cured the next day after production, it has not been completely cured microscopically, and the curing has gradually progressed with the passage of time. . On the other hand, the low elastic modulus epoxy resin showed a good response as shown in FIG. In addition, the response amount is about 10 times as large as that of the high elasticity epoxy resin, and it is clear that measurement is easy even with a small strain, and it is clear that it is more desirable.
【0031】以上の検討結果により、モデル型は液状樹
脂を硬化させる方法、すなわち樹脂を型枠内の所定高さ
まで注入した後これをいったん硬化させ、その上面の所
定位置に歪ゲージを固定し、その後さらに所定高さまで
前記樹脂を注入する工程を、所定回数繰り返す方法が最
適であることがわかった。このようにすれば歪ゲージあ
るいは光ファイバーをモデル型内の所定位置に正確かつ
簡便に固定することが可能となり、特に低弾性率エポキ
シ樹脂を使用して作製することにより、加えられる圧力
に対して内部に埋設した歪ゲージが良好に応答し、正確
な解析に寄与すると考えられる。According to the above examination results, the model mold is a method of curing the liquid resin, that is, after injecting the resin to a predetermined height in the mold, once curing the resin, fixing the strain gauge at a predetermined position on the upper surface thereof, Thereafter, it has been found that a method of repeating the step of injecting the resin to a predetermined height a predetermined number of times is optimal. This makes it possible to accurately and easily fix the strain gauge or optical fiber at a predetermined position in the model mold. It is thought that the strain gauge buried in the wing responds well and contributes to accurate analysis.
【0032】モデル型は、解析対象である金型の形状に
応じてその都度作製する必要がある。しかし、上述の液
状樹脂硬化による作製方法は、作製に時間や手間がかか
るため、解析対象金型の形状に応じてその都度作製する
ことは、コスト上問題がある。そこで、解析対象金型に
準じた形状の一体成形部と、内部所定位置に歪ゲージを
埋設した積層構造部に分割すれば、作製に手間のかかる
後者をすべての金型に共通のものとすることができ、経
済的である。The model mold must be prepared each time according to the shape of the mold to be analyzed. However, the above-described manufacturing method using liquid resin curing requires time and labor for manufacturing, and thus, manufacturing each time according to the shape of the analysis target mold has a problem in terms of cost. Therefore, if it is divided into an integral molded part having a shape similar to the mold to be analyzed and a laminated structure part in which a strain gauge is embedded at a predetermined position inside, the latter, which is troublesome to manufacture, is common to all molds. Can be economical.
【0033】あるいは予め所定位置に歪ゲージあるいは
光ファイバーを埋設した楔形のカセット部と、カセット
部を嵌合した状態において楔効果により力学的に連続し
かつ内部のすべての所定位置に歪ゲージあるいは光ファ
イバーを固定することが可能な構造の本体部とに分割す
れば、作製に手間のかかる前者をすべての金型に共通の
ものとすることができ、同様に経済的である。Alternatively, a wedge-shaped cassette part in which a strain gauge or an optical fiber is buried in a predetermined position in advance, and a strain gauge or an optical fiber is mechanically continuous by a wedge effect in a state where the cassette part is fitted, and is located in all predetermined positions inside. If the structure is divided into a main body having a structure that can be fixed, the former which is troublesome in manufacturing can be made common to all the dies, which is also economical.
【0034】[0034]
【発明の実施形態】(実施形態1)本発明の金型内部応
力解析方法の実施形態の一例について説明する。本発明
による金型内部応力解析プロセスは、以下の工程により
行われる。 塑性加工の加工プロセスを設計する。 加工プロセス毎の金型を設計する。 上記において、内部応力を解析したい金型に対し
て樹脂等弾性材料連続体(ソリッド材)により、内部所
定位置に歪ゲージ又は光ファイバーを埋設したモデル型
を作製する。 被加工材料として、金属材料の特性変形と類似した
モデル材料であるプラスチシン等を用意する。 前記モデル型及びモデル材料により、モデル型の弾
性変形範囲内において加工の実工程に準じたシミュレー
ション実験を行う。 全工程のうちから任意に選択した経過点あるいは連
続点において、前記モデル型の内部歪又は内部応力の変
化量を測定し、各測定点における測定結果を解析する 望ましい結果が得られない場合は加工条件を変更し
てに戻る。 望ましい結果が得られない場合は金型形状を変更し
てに戻る。(Embodiment 1) An example of an embodiment of a method for analyzing internal stress of a mold according to the present invention will be described. The mold internal stress analysis process according to the present invention is performed by the following steps. Design the working process of plastic working. Design a mold for each processing process. In the above, a model mold in which a strain gauge or an optical fiber is buried at a predetermined internal position is produced by a continuous body of elastic material such as resin (solid material) with respect to a mold whose internal stress is to be analyzed. As a material to be processed, plasticine or the like, which is a model material similar to the characteristic deformation of a metal material, is prepared. Using the model and the model material, a simulation experiment is performed within the elastic deformation range of the model according to the actual process of machining. Measure the amount of change in the internal strain or internal stress of the model type at an elapse point or a continuous point arbitrarily selected from all the processes, and analyze the measurement result at each measurement point.If a desired result is not obtained, process. Change the conditions and return to. If the desired result is not obtained, change the mold shape and return to.
【0035】上記により、塑性加工工程において刻々変
化していく被加工材形状や摩擦分布等の影響をも含めた
測定データを得ることが可能であり、従来よりも実工程
に即した解析を行うことができ、高い信頼性が期待でき
る。またモデル型の作製は実際の金型の作製よりもはる
かに容易かつ低コストであり、加工プロセス設計におけ
る各検討項目を広範に変更したシミュレーション実験を
容易に行うことが可能となる。As described above, it is possible to obtain measurement data including the influence of the shape of the workpiece and the distribution of friction, which change every moment in the plastic working process, and perform analysis in accordance with the actual process as compared with the related art. High reliability can be expected. Further, the production of the model mold is much easier and at a lower cost than the production of the actual mold, and it is possible to easily carry out a simulation experiment in which each examination item in the processing process design is widely changed.
【0036】次に上記シミュレーション実験における装
置構成について図8に一例を挙げる。 (a)プレス801と、荷重計及び変位計等のプレスセ
ンサー部802と、パンチ803と、歪ゲージが埋設さ
れたモデル型804とボルスター805とを備えるプレ
ス機800と、(b)プレスセンサー部802からの電
圧信号を増幅する歪増幅器810と、(c)増幅された
電圧を記憶及び処理可能なCPUを有するレコーダー8
20と、(d)歪ゲージの端子に接続されたブリッジボ
ックス830と、(e)歪ゲージにより検出される歪相
当電圧から内部応力の解析を行う解析プログラムが組み
込まれた情報処理装置840とからなる。なお、パンチ
803の構成材料は、モデル型及びモデル材料を構成す
る材料の機械的特性に応じて決定され、例えばモデル型
と同一の樹脂等により作製される。Next, FIG. 8 shows an example of the device configuration in the above simulation experiment. (A) Press machine 801 including a press 801, a press sensor unit 802 such as a load meter and a displacement meter, a punch 803, a model 804 having a strain gauge embedded therein, and a bolster 805, and (b) a press sensor unit (C) a recorder 8 having a CPU capable of storing and processing the amplified voltage.
20, (d) a bridge box 830 connected to a strain gauge terminal, and (e) an information processing device 840 into which an analysis program for analyzing internal stress from a strain-equivalent voltage detected by the strain gauge is incorporated. Become. Note that the constituent material of the punch 803 is determined according to the mechanical characteristics of the model die and the material forming the model material, and is made of, for example, the same resin as the model die.
【0037】(実施形態2)本発明の金型内部応力解析
用モデル型の製造方法について、実施形態の一例を示
す。図5に示したエポキシ樹脂の本剤及び硬化剤を例え
ば薄肉ポリプロピレン容器等に入れて攪拌する。次いで
図9の成型用型枠900に流し入れる。成型用型枠90
0は解析対象モデル型の寸法に応じて作製されるもので
あり、また歪ゲージを所定位置に正確に埋設するための
L型冶具910、凸型冶具920、及び3/4リング型
冶具930によりなる。これらはシリコン等の離型剤を
予め内面に塗布しておく。凸型冶具920とL型冶具9
10とは凸型冶具920の切欠部で組み合わされる構造
となっており、また凸型冶具920の円盤部上に3/4
リング型冶具930を置き重ねていき、その内部に液状
樹脂を順次流入していくことにより、一定高さずつ樹脂
を積層することが可能となる。(Embodiment 2) An example of an embodiment of a method of manufacturing a model die for internal stress analysis of a die according to the present invention will be described. The epoxy resin main agent and the curing agent shown in FIG. 5 are placed in, for example, a thin polypropylene container and stirred. Next, it is poured into a molding frame 900 of FIG. Mold form 90
0 is produced according to the dimensions of the model model to be analyzed, and is provided by an L-shaped jig 910, a convex jig 920, and a 3/4 ring-shaped jig 930 for accurately embedding the strain gauge at a predetermined position. Become. For these, a release agent such as silicon is applied to the inner surface in advance. Convex jig 920 and L-shaped jig 9
10 has a structure combined with the notch of the convex jig 920, and 3/4
The ring-shaped jigs 930 are placed one on top of the other, and the liquid resin flows into the ring-shaped jigs 930 sequentially, so that the resins can be stacked at a constant height.
【0038】まず1段目の3/4リング型冶具930を
置き、液状樹脂を流入して完全に硬化したら、図10
(a)に示すように樹脂上面の所定位置(r方向、θ方
向)に歪ゲージ220を貼付する。歪ゲージ220は、
単軸ゲージを使用してもよいが、複数の測定素子が装着
されたゲージ、例えば図10(b)に示す5素子特殊歪
ゲージ1000を使用すれば、複数の測定点間の間隔、
及び中心軸に対する傾きのばらつきをなくすことがで
き、貼付の手間も少ないのでより好ましい。歪ゲージの
貼布は、瞬間接着剤により行う。First, the first-stage 3/4 ring type jig 930 is placed, and after the liquid resin has flowed in and completely cured, FIG.
As shown in (a), a strain gauge 220 is attached to a predetermined position (r direction, θ direction) on the upper surface of the resin. The strain gauge 220 is
Although a uniaxial gauge may be used, if a gauge equipped with a plurality of measuring elements, for example, a five-element special strain gauge 1000 shown in FIG. 10B is used, the distance between a plurality of measuring points,
This is more preferable because it can eliminate variations in the inclination with respect to the center axis and reduce the time and effort for sticking. The strain gauge is applied with an instant adhesive.
【0039】次いで、2段目の3/4リング型冶具93
0を置き再び液状樹脂を流入し、硬化後、歪ゲージを貼
付する。この作業を繰り返し、最後にすべての3/4リ
ング型冶具を重ねた状態で液状樹脂を流入する。全体が
硬化したら、成型用型枠からいったん取り出し、L型冶
具910に接触していた部分にz方向歪測定用ゲージを
貼付する。なお、このときの歪ゲージ貼付が容易となる
ように、L型冶具910の側面に予め歪ゲージ貼付位置
を示すマーカーとして例えば微小な凸部911等を設け
ておいてもよい。歪ゲージの貼付が終了したら、図11
に示す別の成型用型枠1100内に再び戻し、内部液状
樹脂を流入して硬化させ、離型させることにより、モデ
ル型が得られる。Next, the second stage 3/4 ring type jig 93
After setting 0, the liquid resin flows again, and after curing, a strain gauge is attached. This operation is repeated, and finally, the liquid resin is poured in a state where all the 3/4 ring-type jigs are stacked. When the whole is hardened, it is once taken out of the molding frame, and a gauge for measuring the strain in the z-direction is affixed to the portion that has been in contact with the L-shaped jig 910. Note that, in order to facilitate the attachment of the strain gauge at this time, for example, a minute projection 911 or the like may be provided in advance on the side surface of the L-shaped jig 910 as a marker indicating the position where the strain gauge is attached. When the application of the strain gauge is completed, FIG.
Is returned into another molding frame 1100, and the internal liquid resin flows therein, is cured, and is released, thereby obtaining a model mold.
【0040】なお、成型用容器900及び1100の内
部形状は、後に離型が用意となるように予めテーパを設
けた形状とし、成形後のモデル型外周部を端面と直交さ
せるために改めて機械加工を行ってもよい。The inner shapes of the molding containers 900 and 1100 are tapered in advance so that they can be released later, and machined again to make the outer peripheral portion of the molded model die perpendicular to the end face. May be performed.
【0041】(実施形態3)本発明の金型内部応力解析
用モデル型の製造方法について、他の実施形態を示す。
本実施形態は、図12に示すようにインナー部1210
とコア部1220とに分割されたモデル型1200に関
するものである。インナー部1210は解析対象モデル
型の形状に合わせて作製された成形用型枠内部に液状樹
脂を流入して一体成形される。また、コア部1220は
歪ゲージを埋設した積層構造部であり、第一の実施形態
と同様の手順により作製される。なお、インナー部12
10とコア部1220とは、それらが組み合わされたと
きに一体構造として作用するよう、嵌合部にテーパを設
けることが望ましい。このようにすれば、シミュレーシ
ョン実験の応力負荷によって両者の間に自然に楔効果が
生じ、一体構造としての作用が得られる。(Embodiment 3) Another embodiment of the method of manufacturing a model die for internal stress analysis according to the present invention will be described.
In the present embodiment, as shown in FIG.
And a model type 1200 divided into a core section 1220 and a core section 1220. The inner part 1210 is integrally molded by flowing a liquid resin into a molding die formed according to the shape of the model model to be analyzed. The core portion 1220 is a laminated structure in which a strain gauge is embedded, and is manufactured by the same procedure as in the first embodiment. The inner part 12
It is desirable that the fitting portion be provided with a taper so that the 10 and the core portion 1220 function as an integral structure when they are combined. In this case, a wedge effect occurs naturally between the two due to the stress load in the simulation experiment, and an operation as an integral structure is obtained.
【0042】(実施形態4)本発明の金型内部応力解析
用モデル型の製造方法について、さらに他の実施形態を
示す。本実施形態は、図13に示すように本体部131
0とカセット部1320とに分割されたモデル型に関す
るものである。本体部1310は解析対象モデル型の形
状に合わせて作製された成形用型枠内部に液状樹脂を流
入して一体成形されるか、または光造形装置にて作製さ
れる。また、カセット部1320は歪ゲージを埋設した
積層構造部であり、第一の実施形態と同様の手順により
作製される。このような構造のモデル型においても実施
形態3と同様に、実験時には両者の間に楔効果が生じて
一体構造となることが求められる。そのため、本体部1
310とカセット部1320との嵌合部にテーパを設
け、さらに外部から静水圧を加えた状態でシミュレーシ
ョン実験を行う。この場合、測定される歪量のデータに
は静水圧による影響が含まれているので、この分を除去
することにより、目的とする歪量のデータを得る。この
ような場合、実施例1において記述した情報処理装置8
40内の解析プログラムは、例えば静水圧を加えたとき
にその値を予め入力しておけば自動的にその分を測定デ
ータから除去して解析を行うようなプログラムとすれば
よい。(Embodiment 4) Still another embodiment of the method for manufacturing a model die for internal stress analysis of a die according to the present invention will be described. In the present embodiment, as shown in FIG.
0 and a model type divided into a cassette unit 1320. The main body 1310 is integrally formed by flowing a liquid resin into a molding die formed in accordance with the shape of the model model to be analyzed, or is formed by an optical molding device. The cassette section 1320 is a laminated structure section in which a strain gauge is embedded, and is manufactured by the same procedure as in the first embodiment. Also in the model type having such a structure, similarly to the third embodiment, it is required that a wedge effect occurs between the two at the time of an experiment to form an integrated structure. Therefore, the main body 1
A simulation experiment is performed in a state where a taper is provided in a fitting portion between the cassette 310 and the cassette unit 1320 and a hydrostatic pressure is externally applied. In this case, since the data of the measured strain amount includes the influence of the hydrostatic pressure, the data of the desired strain amount is obtained by removing the data. In such a case, the information processing device 8 described in the first embodiment
The analysis program in 40 may be such a program that, for example, if a value is previously input when a hydrostatic pressure is applied, the value is automatically removed from the measurement data and analysis is performed.
【0043】[0043]
【実施例】本発明の実施例を以下に示す。まず図5に示
した低弾性係数エポキシ樹脂を用い、実施形態2に示し
た手順に従い、外径88mm、内径31mmの円筒形モ
デル型を作製した。歪ゲージは予め抵抗値を測定し、結
線異常等のないことを確認した規定抵抗値120Ωの5
素子特殊歪ゲージを使用した。歪ゲージを設置する測定
点は、7層にr方向、θ方向、z方向それぞれ4点ずつ
を設けた。Embodiments of the present invention will be described below. First, a cylindrical model having an outer diameter of 88 mm and an inner diameter of 31 mm was manufactured using the low elastic modulus epoxy resin shown in FIG. The strain gauge measures the resistance value in advance and confirms that there is no abnormal connection.
An element special strain gauge was used. As for the measurement points where the strain gauges are installed, four points are provided on each of the seven layers in each of the r direction, the θ direction, and the z direction.
【0044】上記歪ゲージを埋設した樹脂が完全に硬化
した後、型枠より離型して、切削加工により底端面を平
坦に加工する。各歪ゲージの端子をブリッジボックスに
接続する。歪ゲージの端子とブリッジボックスとの接続
の切替は、1本ずつライティングコネクタを用いて行
い、1層ごとに測定が可能となるようにする。After the resin in which the strain gauge is embedded is completely cured, the resin is released from the mold and the bottom end face is flattened by cutting. Connect the terminals of each strain gauge to the bridge box. Switching of the connection between the strain gauge terminal and the bridge box is performed one by one using a lighting connector so that measurement can be performed for each layer.
【0045】まずこのモデル型の特性を検査する。モデ
ル型の内形に市販のゴムホースを挿入し、内圧を負荷す
る。圧力を3kg/cm2程度まで負荷し、 歪量測定値の圧力に対する応答性 異なる半径距離にある測定点間の歪量の大小関係 各層間の同一半径距離にある測定点の歪量の絶対値
の比較 を確認した。その結果を図14に示したが、及びの
結果は良好であるが、各層間の歪量の絶対値に若干差
が見られた。しかしながら、測定される歪量の応答性は
十分に良好であることから、このモデル型を使用して実
際にシミュレーション実験を行った。実験の各条件を以
下に示す。 モデル材料 :φ28.9×44mmのプラスチシン 潤滑剤 :ワセリン 測定装置 :レコーダー(入力ユニット14点) 1台 ブリッジボックス 12台 ストレインアンプ(歪増幅器) 13台 ロードセル(1トン用) 1台 変位計 1台 変位アンプ 1台 加工温度 :常温(23℃) 加工速度 :35mm/sec 圧縮ストローク:約20mmFirst, the characteristics of this model type are examined. Insert a commercially available rubber hose into the inner shape of the model type and apply internal pressure. Responsiveness of measured strain value to pressure when pressure is applied to about 3 kg / cm 2 Relation of magnitude of strain between measuring points at different radial distances Absolute value of strain at measuring points at the same radial distance between layers The comparison of was confirmed. The results are shown in FIG. 14. The results of and are good, but a slight difference was observed in the absolute value of the strain amount between the respective layers. However, since the response of the measured strain amount is sufficiently good, a simulation experiment was actually performed using this model type. Each condition of the experiment is shown below. Model material: 28.9 x 44 mm plasticine Lubricant: Vaseline Measuring device: Recorder (14 input units) 1 Bridge box 12 Strain amplifier (strain amplifier) 13 Load cell (for 1 ton) 1 Displacement gauge 1 Displacement amplifier 1 unit Processing temperature: room temperature (23 ° C) Processing speed: 35 mm / sec Compression stroke: about 20 mm
【0046】各層ごとにr方向、θ方向、z方向各4点
の歪量、変位、加工荷重を同時に記録した。その結果を
図15に示した。すべての層において、規則性のない複
雑な歪の発生状態が記録されており、また、歪の向きが
加工初期の引張から圧縮へと変化していく様子が記録さ
れている。このような複雑な歪の挙動は従来の有限要素
法では予測が困難なものであり、ここに示すような実測
に基づいたデータによりはじめて解析が可能となるもの
である。また、ここでは連続的に測定を行っているが、
必要に応じて設定した経過点のみについて測定を行って
もよく、このときには測定がより簡便になる。The amount of strain, displacement, and processing load at each of the four points in the r, θ, and z directions were simultaneously recorded for each layer. The result is shown in FIG. In all the layers, a state of occurrence of a complicated strain without regularity is recorded, and a state in which the direction of the strain changes from tension in the initial stage of processing to compression is recorded. Such a complicated strain behavior is difficult to predict by the conventional finite element method, and can be analyzed only by data based on actual measurement as shown here. Also, here we are measuring continuously,
The measurement may be performed only for the set lapse point as needed, and in this case, the measurement is more simplified.
【0047】[0047]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、金属塑性
加工の各工程において簡便で効率的にかつ正確に金型内
部応力分布を解析することが可能となる。As described above, according to the present invention, it is possible to simply, efficiently and accurately analyze the internal stress distribution of a mold in each step of metal plastic working.
【図1】 圧縮荷重に対するポリプロピレンの歪量の変
化を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a change in the amount of strain of polypropylene with respect to a compressive load.
【図2】 固形樹脂を切削加工により作製したモデル型
及び歪ゲージの貼付方法を説明する概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a method of attaching a model mold and a strain gauge prepared by cutting solid resin.
【図3】 内圧負荷による固形樹脂製モデル型の歪量の
測定方法を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic view showing a method for measuring a strain amount of a model of a solid resin model under an internal pressure load.
【図4】 内圧負荷による固形樹脂製モデル型の歪量の
測定結果を 示す図である。FIG. 4 is a view showing a measurement result of a strain amount of a solid resin model type due to an internal pressure load.
【図5】 モデル型構成材料として検討される本剤と硬
化剤とからなる二液混合型樹脂製モデル型の種類及び特
性を示す表である。FIG. 5 is a table showing the types and characteristics of two-pack mixed-resin model dies comprising a main agent and a curing agent to be examined as model type constituent materials.
【図6】 樹脂硬化前後における歪ゲージの抵抗値の測
定結果を示す表である。FIG. 6 is a table showing measurement results of resistance values of strain gauges before and after resin curing.
【図7】 内圧負荷による本剤と硬化剤とからなる二液
混合型樹脂製モデル型の歪量の測定結果を示す図であ
る。FIG. 7 is a diagram showing a measurement result of a strain amount of a model type made of a two-part mixed resin made of the present agent and a curing agent under an internal pressure load.
【図8】 本発明の解析方法におけるシミュレーション
実験装置構成概略図である。FIG. 8 is a schematic diagram of a configuration of a simulation experiment apparatus in the analysis method of the present invention.
【図9】 本剤と硬化剤とからなる二液混合型樹脂によ
るモデル型作製に使用される成型用型枠の説明図であ
る。FIG. 9 is an explanatory diagram of a molding frame used for producing a model mold using a two-component mixed type resin composed of the present agent and a curing agent.
【図10】 歪ゲージの貼付位置の説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of a position where a strain gauge is attached.
【図11】 成型用型枠の概略図である。FIG. 11 is a schematic view of a molding form.
【図12】 モデル型の構造の一例である。FIG. 12 is an example of a model type structure.
【図13】 モデル型の構造の別の一例である。FIG. 13 is another example of a model type structure.
【図14】 モデル型の特性を検査した結果を示す図で
ある。FIG. 14 is a diagram illustrating a result of inspecting characteristics of a model type.
【図15】 モデル型を用いたシミュレーション実験の
結果を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing the results of a simulation experiment using a model type.
200 モデル型 210 半リング状部品 220 歪ゲージ 230 補強リング 310 ゴムホース 320 圧力センサー 800 プレス機 801 プレス 802 プレスセンサー部 803 パンチ 804 モデル型 805 ボルスター 810 歪増幅器 820 レコーダー 830 ブリッジボックス 840 情報処理装置 900、1100 成形用型枠 910 L型冶具 911 微小凸部 920 凸型冶具 930 3/4リング型冶具 1000 5素子特殊歪ゲージ 1200 モデル型 1210 インナー部 1220 コア部 1310 本体部 1320 カセット部 200 Model type 210 Semi-ring part 220 Strain gauge 230 Reinforcement ring 310 Rubber hose 320 Pressure sensor 800 Press machine 801 Press 802 Press sensor unit 803 Punch 804 Model type 805 Bolster 810 Strain amplifier 820 Recorder 830 Bridge box 840 Information processing device 900, 1100 Molding frame 910 L-shaped jig 911 Small convex part 920 Convex type jig 930 3/4 ring type jig 1000 Five-element special strain gauge 1200 Model type 1210 Inner part 1220 Core part 1310 Body part 1320 Cassette part
フロントページの続き (72)発明者 牟禮 雄二 鹿児島県国分市川内1137番地72 株式会社 鹿児島頭脳センター内 Fターム(参考) 2F063 AA25 BA30 DA05 DD06 EC22 4E050 JB10 5B049 BB07 EE41 Continued on the front page (72) Inventor Yuji Murye 1137-72 Kawauchi, Kokubu-shi, Kagoshima F-term in Kagoshima Brain Center (reference) 2F063 AA25 BA30 DA05 DD06 EC22 4E050 JB10 5B049 BB07 EE41
Claims (7)
より作製されたモデル型を使用し、かつ被加工材料とし
て金属材料の変形特性と類似したモデル材料を使用し
て、モデル型の弾性変形範囲内において、モデル材料に
よる塑性加工の実工程に準じたシミュレーション実験を
行い、全工程のうちから任意に選択した経過点あるいは
連続点において、前記モデル型の内部歪又は内部応力の
変化量を測定し、各測定点における測定結果を解析する
ことを特徴とする金型内部応力解析方法。An elastic deformation of a model type using a model type made of an elastic material continuous body (solid material) such as a resin and using a model material similar to a deformation characteristic of a metal material as a material to be processed. Within the range, a simulation experiment was performed in accordance with the actual process of plastic working with the model material, and the change amount of the internal strain or internal stress of the model type was measured at an elapse point or a continuous point arbitrarily selected from all the processes. And analyzing the measurement result at each measurement point.
あるいは光ファイバーなど歪や応力を検出可能な素子を
埋設し、これにより内部歪の変化量を測定し解析するこ
とを特徴とする請求項1に記載の金型内部応力解析方
法。2. An element capable of detecting strain or stress, such as a strain gauge or an optical fiber, is buried at a predetermined position inside the model type, and the amount of change in the internal strain is measured and analyzed. 3. The method for analyzing the internal stress of a mold according to the above.
ージあるいは光ファイバーを埋設した積層コア部と、前
記コア部に対して密着し、かつ力学的に連続するように
解析対象金型の形状に応じて作製された楔形のインナー
部とからなることを特徴とする請求項2に記載の金型内
部応力解析方法。3. The shape of the mold to be analyzed is such that the model mold is in close contact with the core part and is mechanically continuous with a laminated core part in which a strain gauge or an optical fiber is embedded at a predetermined position inside. 3. The method according to claim 2, comprising a wedge-shaped inner part produced in accordance with the method.
ジあるいは光ファイバーを埋設した楔形のカセット部
と、前記カセット部を嵌合した状態において楔効果によ
り力学的に連続し、かつ内部のすべての所定位置に歪ゲ
ージあるいは光ファイバーを固定することが可能な構造
の本体部とからなり、かつ前記カセット部を前記本体部
に嵌合し、モデル型全体の外側から静水圧を加えた状態
において前記歪ゲージあるいは光ファイバーにより内部
歪の変化量を測定し解析を行うことを特徴とする請求項
2に記載の金型内部応力解析方法。4. The model type is dynamically connected to a wedge-shaped cassette section in which a strain gauge or an optical fiber is buried in a predetermined position in advance by a wedge effect when the cassette section is fitted, and all of the internal parts are connected. A main unit having a structure capable of fixing a strain gauge or an optical fiber at a predetermined position, and the cassette unit is fitted to the main unit, and the strain is applied in a state where hydrostatic pressure is applied from the outside of the entire model mold. 3. The method according to claim 2, wherein the amount of change in the internal strain is measured and analyzed using a gauge or an optical fiber.
定位置に歪ゲージあるいは光ファイバーが固定された型
枠内に、本剤と硬化剤とからなる二液混合型樹脂を注入
し、これを硬化させることを特徴とする金型内部応力解
析用モデル型製造方法。5. Atmospheric pressure or reduced pressure, a two-pack resin composed of the present agent and a curing agent is injected into a mold in which a strain gauge or an optical fiber is fixed at a predetermined position in advance, and the resin is cured. A method for manufacturing a model die for analyzing internal stress of a die, characterized by comprising:
硬化剤とからなる二液混合型樹脂を型枠内の所定高さま
で注入した後これをいったん硬化させたりあるいは光造
形装置を用いて所要形状に造形させ、その上面の所定位
置に歪ゲージあるいは光ファイバーを固定し、その後さ
らに所定高さまで前記樹脂を注入するあるいは光造形装
置にて所要形状に造形する工程を、所定回数繰り返すこ
とを特徴とする金型内部応力解析用モデル型製造方法。6. Atmospheric pressure or reduced pressure, a two-pack mixed resin composed of the present agent and a curing agent is injected to a predetermined height in a mold frame, and then hardened once or by using an optical shaping device. It is shaped into a shape, a strain gauge or an optical fiber is fixed at a predetermined position on the upper surface thereof, and then the process of injecting the resin to a predetermined height or shaping to a required shape with an optical shaping device is repeated a predetermined number of times. Model manufacturing method for internal stress analysis of die.
形する部分と、内部所定位置に歪ゲージあるいは光ファ
イバーを埋設した積層構造部とをそれぞれ請求項6に記
載の方法にて作製し、これら一体成形部と積層構造部と
を組み合わせることを特徴とする金型内部応力解析用モ
デル型製造方法。7. A method according to claim 6, wherein a part to be integrally formed under atmospheric pressure or reduced pressure and a laminated structure part in which a strain gauge or an optical fiber is embedded at a predetermined position in the inside are manufactured by the method according to claim 6, respectively. A method for manufacturing a model die for internal stress analysis of a mold, comprising combining a part and a laminated structure part.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005199336A (en) * | 2004-01-19 | 2005-07-28 | Amada Co Ltd | Metallic die and strain sensor unit used in the same |
| JP2005334973A (en) * | 2004-05-24 | 2005-12-08 | Wila Bv | Position measurement and identification of tools placed in the tool holder |
| JP2008224293A (en) * | 2007-03-09 | 2008-09-25 | Kagoshima Prefecture | Three-dimensional visualization method and device for material internal deformation by rotational parallax |
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-
1999
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