解决模具磨损的测量课题
模具是汽车部件、建筑材料、日用品、电子部件造型加工中必不可少的物品。降低这些模具的制作费用、提升模具使用寿命直接关系到产品成本和质量，因此，改善模具技术对我们的生活有重要意义。
下面将针对各种材料造型加工中不可缺少的模具，考察其使用过程中发生的磨损，并以当前掌握的知识为基础，调整提升模具使用寿命的措施。此外，还针对模具磨损的测量，介绍接触式测量方法的课题及其解决方法。
何谓模具磨损
模具磨损是持续使用模具期间，两个部件之间的摩擦导致模具表面出现磨损的现象。模具磨损的形态有“异常磨损”和“正常磨损”。异常磨损是因为部件和形状不合适或金属疲劳、腐蚀等而引起的磨损。而正常磨损是部件接触或滑动造成表面逐渐磨耗的磨损。
异常磨损
发生异常磨损时，会对模具腔体和模芯造成动作不良、破损等致命伤害。代表性的异常磨损有以下5种。其中，模具上常见的异常磨损是研磨磨损和粘着磨损，这2种磨损形态也被称为“拉模”。
- 研磨磨损：
- 研磨磨损有“二元磨损”和“三元磨损”。二元磨损是在较软方的材料侵入较硬方的材料时发生的磨损。三元磨损是坚硬的磨损粉（坚硬颗粒）等机械性地削去模具表面的现象，也称为“划痕磨损”。
-
二元磨损 
- A
- 较硬材料
- B
- 较软材料
三元磨损 
- A
- 较硬材料
- B
- 较软材料
- C
- 坚硬颗粒
- 粘着磨损：
- 两个材料突起的接触部分发生粘着，粘着部分剥离导致磨损的现象。也被称为“粘模”。
-
- A
- 接触部分
- B
- 粘着后剥离
- 疲劳磨损：
- 研磨磨损和粘着磨损均未发生时的磨损。反复地动作和停止造成金属疲劳，从而引起的磨损。反复应力使表面发生加工硬化，经过一段时间后出现细微的开裂。细微的开裂不久就变成龟裂，表面发生剥离。其中，产生细微开裂的剪切应力在从表面略进入内部的地方变为最大。然后，以此为起点出现龟裂。发生呈鳞片状剥离的现象（鳞片状剥落）和呈大范围面状剥离的现象（剥层）。
- 微动磨损：
- 随着摩擦力形成的轻微反复运动（微动）使嵌合部分表面发生的细微点蚀状磨损。发生微动磨损的表面上会出现微小龟裂。由于外部载荷和微动引起的摩擦力在此部分的复合作用，抗疲劳强度降至原来的1/2以下，可能导致疲劳破坏，发生断裂。
- 腐蚀磨损：
- 在腐蚀性环境中，金属间产生的电位差使滑动部发生缺损，并在摩擦的作用下迅速损坏的磨损。也称为“化学磨损”。在摩擦的机械作用以及与气体、液体环境的化学作用下发生，在液体环境中发生也称为“侵蚀性腐蚀”。
正常磨损
正常使用中未发生粘着磨损和研磨磨损的磨损。正常磨损分为初期磨损和常态磨损。初期磨损也称为“磨合磨损”，是运行开始后材料上微小凹凸被除去的状态的磨损。常态磨损是因为持续使用而发生的正常磨损，常态磨损到达管理下的预定尺寸时更换为新部件，即可防止模具故障和不良。
异常磨损的应对措施
此处将说明模具异常磨损中作为代表性形态的研磨磨损和粘着磨损的应对措施。
研磨磨损的应对措施
研磨磨损中，二元磨损和三元磨损的应对措施各不相同。
- 二元磨损时：
- 二元磨损的应对措施包括，提升材料硬度以及采用含碳化物多的钢类型。一般情况下，表面越坚硬，耐磨损性越好，因此对模具实施淬火和氮化处理等十分有效。
- 三元磨损时：
- 对于三元磨损，将机械滑动面完全密封，防止砂土或磨削性颗粒混入。若已混入，则在润滑系统中安装过滤器以便快速去除等措施也非常有效。
粘着磨损的应对措施
粘着磨损的应对措施是使用具有必要硬度和韧性的模具材料。但是，实际中仅改善模具材料的措施效果有限。因此，还必须采取降低模具表面和工件之间的摩擦系数来防止发生粘着的措施。尤其是优化润滑，该措施相当重要，要求保证润滑剂均匀涂布、防止润滑中断的模具设计，并优化加工条件。此外，坚硬表面处理也是降低摩擦系数的有效方法。
模具磨损的测量课题
确认模具磨损是否在容许值范围内是非常重要的。尤其是高压成型的模具，要求高精度、定量的3D形状测量。
在此之前，人们用形状轮廓测量仪或三坐标测量仪测量模具磨损。但是，在用接触式三坐标测量仪、形状轮廓测量仪等进行测量时，存在难以准确测量，出现偏差等各种课题。而且测量数据很难定量化，难以分析模具经年劣化的趋势等。
利用形状轮廓测量仪测量模具磨损的课题
形状轮廓测量仪是使用被称为探针的触针，沿目标物表面移动，对其轮廓形状进行测量、记录的装置。近年来还出现了用激光代替触针，通过非接触式的轮廓描绘，实现复杂形状测量的机型。部分机型还能进行上下两面的测量。
对于测量点，形状轮廓测量仪必须准确描画测量线。
因此存在以下课题。
- 将模具固定于夹具、对样品实施水平调整等作业十分耗时。而且，为了准确地实施水平调整，必须具备形状轮廓测量仪的相关知识和技能。
- 形状轮廓测量仪的触针以触针臂上的支点为中心上下进行圆弧运动，而触针前端位置也会沿着X方向移动，因此X轴数据会发生误差。
- 使针按照预期通过的作业非常困难，针的微小偏移就会造成测量值偏差。
- 由于只能取得部分测量值，无法以面为单位进行评估。
利用三坐标测量仪测量模具磨损的课题
一般来说，三坐标测量仪采用“扫描（模仿）”的方法测量，即用探头接触测量位置，并沿着表面描摹（移动）。扫描测量以固定间距测量多个点。
该测量方法存在如下课题。
- 在圆柱中心或曲面上直行的线或者通过圆中心的线等，如果要按照目标要求让探针通过是非常困难的。此外，当R角的中心角度较小时，需根据短圆弧计算圆周整体，因此测量稍有误差就会被放大。这类测量处的不一致也会产生微小的测量值偏差。
- 若需测量较小部分的三维形状，可能无法将探头接触测量位置。此外，测量精度与测量点和线的数量成正比，所以必须测量很多位置。
如上所述，并不是每位现场人员都能准确测量，而且有些位置无法测量，测量仪安装位置也有限等，成为了重要的课题。
模具磨损测量的课题解决方法
使用的接触式测量仪，存在固定目标物十分耗时、需在以点和线为单位接触立体目标物和测量位置的同时进行测量等课题。为解决这些测量课题，bat365官网开发了3D轮廓测量仪“VR系列”。
以非接触的方式，以面为单位来准确捕捉目标物的3D形状。此外，最快1秒完成载物台上目标物的3D扫描，高精度地测量三维形状。因此，测量结果不会产生偏差，可瞬间实施定量测量。下面具体介绍这些优点。
优点1：最快1秒完成多点测量
“VR系列”可在1秒内，以面为单位（80万点数据）一键测量目标物的3D形状，因此飞跃性地缩短了因多点测量而耗费的时间。准确快速测量整个目标物表面的最大和最小凹凸，在已设定的公差范围内，迅速评估目标物的各个部位。如此便可管理磨损量、缺损等难以定义的状态。
此外，只要扫描过一次工件，即可测量与过去测量时不同位置的轮廓（截面形状）。无需特意再次准备相同个体重新测量。
优点2：可进行比较测量。可与CAD数据进行比较。
“VR系列”不仅仅能高效地收集数据。列表显示测量数据的同时，还能将同样的分析内容统一应用至各个数据。
例如，可测量用新模具制作的产品和用旧模具制作的产品的形状，掌握不同模具引起的形状差异。此外，还可读取CAD数据，并与基准品比较，一眼即可确认NG品与基准品的相差程度等。这样便可简单、定量地分析和评估模具磨损。
除此之外，形状复杂的目标物的测量会占用大量时间和精力，如今也能迅速完成。而且测量结果皆可形成数据，大幅减轻了之后的数据比较与分析工作的负担。
总结：对难以测量的模具磨损测量进行飞跃性改善和高效化
测量要求相当的熟练度，检测实施次数有限制，形状复杂也会导致模具磨损量难以测量，而使用“VR系列”，即可快速测量并定量化。由此，可实现效率更高的高水平质量评估。
- 以面为单位实施测量，可同时取得多点数据。可大幅缩短复杂形状的测量时间。
- 以列表形式比较多个测量数据，掌握和分析各种磨损引起变形的区别。
- 通过扫描冲压后的产品，并将测量数据与CAD数据比较，准确掌握模具的磨损状态。
- 消除了人为导致的测量值偏差，实现定量测量。
- 无需定位等操作，实现只需在载物台上放置目标物后按下按钮的简单操作。避免了配置专人执行测量作业。
- 简单、快速、高精度地测量3D形状，因此可在短时间内测量多个目标物，有助于提升质量。
另外，还能进行简单分析，例如与以往3D形状数据的比较、粗糙度分布等，因此可有效应用于长期使用时模具磨损趋势分析、缺损状态检查等各种用途。
