プラスチック歯車の熱間転造仕上げのシミュレーションプログラムの開発

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05750145
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: 森脇 一郎 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 助教授 (20157936)
• Keywords: 歯車 / プラスチック歯車 / 熱間転造 / 溶融層流れ / MAC法 / 自由表面

Research Abstract

プラスチック歯車を熱間転造仕上げしたときに被加工歯車歯面に形成される素材プラスチックの溶融層は非ニュートン流体である。現有の自由表面を持つ流体の解析プログラムはニュートン流体のみを扱うものであったが、近似的に溶融層をニュートン流体として計算を行ったところ、非常に小さなレイノルズ数の流れとなるため計算が難しいことが分かった。そこでこれまでオイラー座標系を用いて差分近似用の格子を作成していたものをラグランジュ座標系を用いて行ったところある程度計算が進むことが分かった。すなわち、自由表面の形状変化に合せて格子を逐次変化させる方法である。この方法により歯面溶融層流れの解析を行ったところ、プラスチック歯車を熱間転造仕上げしたときに正面の歯形に生じていた圧力角誤差発生の様子を定性的にではあるが再現できるようになった。したがって、今後この方式を非ニュートン流体の流れに発展させれば、プラスチック歯車の熱間転造仕上げのシミュレーションプログラム開発が可能になるものと期待できることが明らかになった。
一方、比較検討用に行ってきた実際の転造仕上げ加工実験から、被動側歯面と従動側歯面ですべり方向が異なるため、全く別の溶融層流れが起こり、結果として異なる方向の圧力角誤差が生じていたが、反転工程を加えることにより対処できることが明らかになった。さらに、軸方向の歯面すべりがないため、熱間転造仕上げによる歯すじ形状の修正がほとんどできていなかったが、軸方向送りを与えることによりそれを可能にした。

Research Products

• [Publications] 森 脇 一 郎: "射出成形プラスチックはすば歯車の熱間転造仕上げに関する研究(反転工程を伴う加工)" 日本機械学会第71期全国大会講演論文集. Vol.E. 109-111 (1993)
• [Publications] 森 脇 一 郎: "プラスチック歯車の熱間転造仕上げにおける歯面溶融層流れの解析(自由表面における境界条件)" 日本機械学会第71期全国大会講演論文集. Vol.E. 195-197 (1993)