Visualization of tribo characteristics in sheet metal forming of difficult-to-work materials using ultrasonic phased array

Research Project

Project/Area Number	21K14442
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
Research Institution	Miyakonojo National College of Technology
Principal Investigator	瀬川裕二都城工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (00757388)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000) Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000) Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Keywords	プレス成形 / トライボロジー / 超音波 / フェーズドアレイ / 難加工材 / 可視化
Outline of Research at the Start	本研究は，IoT （Internet of Things）を利用した難加工材の板成形におけるトライボ状態（摩擦接触状態）の可視化を実現するシステムの開発を目的として，フェーズドアレイ超音波を利用して工具と材料のトライボ状態を調べる。実験では，工具の一部をガラスに置き換えた金型を作製する。トライボ状態の厳しい難加工材を対象として，引き抜き加工中にフェーズドアレイプローブによる超音波計測とマイクロスコープによる接触面の観察を同時に行い，トライボ状態が超音波計測に及ぼす影響を調べる。さらに，深絞り加工におけるフェーズドアレイ計測を利用したインプロセスでのトライボ特性評価の検証を行う。
Outline of Annual Research Achievements	本研究は，フェーズドアレイ超音波によるIoT （Internet of Things）を利用した難加工材の板成形におけるトライボ状態（摩擦接触状態）の可視化を実現するシステムの開発を目的とする。金属プレス成形では，従来から抜取り検査が主流となっているが，不良品流出リスクが無視できない。特に，高張力鋼などの難加工材のトライボ状態は非常に過酷である。本研究では，従来のセンサより広範囲に，かつ直感的に評価できるフェーズドアレイ超音波を利用して工具と材料のトライボ状態を調べる。今年度は昨年度製作した実験装置を使用して，フェーズドアレイ超音波とファイバースコープによるトライボ状態の可視化実験を引き続き実施した。被加工材となる板に塗布する潤滑剤には，着色のためのグラファイトパウダーを混合したプレス加工油剤を使用した。実験した結果，板と金型の接触状態の変化をフェーズドアレイ超音波により捉えることができた。難加工材を対象としたフェーズドアレイ超音波による金属プレス成形のインプロセスモニタリング実験に使用する，絞り加工用の実験金型を製作するため設計を行った。絞り形状はガラス工具による観察を容易にするために円筒ではなく角筒の絞り加工とした。使用する被加工材としてチタン合金と高張力鋼を想定して，角筒の形状を検討した。ファイバースコープによる観察とフェーズドアレイ超音波による評価は，絞り部とフランジ部の2ヶ所で実施できるようにした。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 当初計画していたトライボ状態の可視化実験が遅れており，インプロセスモニタリング用の実験金型の製作についても遅れている。
Strategy for Future Research Activity	インプロセスモニタリング用の実験金型については，早急に仕様を確定し，製作に移る。製作中にトライボ状態の可視化実験を実施し，遅れを取り戻す。