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冷間鍛造は、各種精密機能部品の製造技術として広く用いられている。冷間鍛造用金型は鍛造荷重の最小化を基準に設計されている。しかし、鍛造荷重は金型構造・形状に鈍感で、最小荷重基準のみでは金型構造・形状の最適化はできない。現状では経験に基づく設計は一般的である。一方、有限要素解析法(FEM)の発達に伴い、鍛造時の金型応力状態が算出できるようになり、金型応力の最小値を設計基準に用いる例が増えている。しかし、実際の鍛造用金型の製造工程および鍛造工程は複雑で、FEMの計算結果と実加工における金型応力との相関は不明なため、成形因子、金型構造・形状因子の影響を定量的に見積もることが不可能で、金型寿命を予測できない状況が続いている。そこで、研究代表者は、実際の量産に用いた廃棄金型破面分析とFEM解析により、疲労き裂の起点位置は力学的に一律に決まること、起点位置は金型材料を弾塑性材として扱う場合に限って予測できることを世界に先駆けて明らかにした。
本研究では、この先行研究を発展させ、き裂起点位置における応力を実測し、その実測値とFEM解析値との相関及び疲労破壊のS-N線図を解明し、金型設計基準の基盤となる知見を得ることを目的とする。本年度では、冷間鍛造の代表的な工程である押出し-据込みを想定し、その最終工程のダイの損傷過程を観測した。その結果、ダイは絞り入口部におけるWCの脱落から損傷が始まり、次第に初期き裂が形成されることが明らかとなった。
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