2015 Fiscal Year Research-status Report
難成形板材の創形創質技術としてのレーザ援用局所加熱逐次張出し成形技術の開発
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15K05728
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
日野 隆太郎 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10283160)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 局所加熱逐次張出し / インクリメンタルフォーミング / レーザ照射 / 成形性 / 残留応力 / マグネシウム合金板 / チタン板 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 基本的材料試験
検討対象材料として軽量で比強度が高く成形が容易でないAZ31マグネシウム合金板（板厚0.8mm）とチタン板（板厚1mm）を選定し，種々の温度における単軸引張試験を実施することで延性，成形性，変形抵抗の温度・速度依存性を把握した．チタン板については加熱による酸化が材料特性に及ぼす影響も調査した．AZ31マグネシウム合金板は温度上昇に伴い延性が単調に向上するが，チタン板では延性が低下し極小値を取る温度域（大気中試験では400℃付近，酸化防止アルゴンガス雰囲気中では500℃付近）が存在する．
2. 局所加熱条件と工具運動条件が成形性や製品形状精度に及ぼす影響の解明
上記の材料特性等取得結果に基づいて延性向上と変形抵抗低下が見込める温度域を選択し，レーザ動的局所加熱逐次張出し成形試験を行った．レーザ出力，デフォーカス（＝焦点外し距離）などの加熱条件，工具速度などを種々変更させた円錐台成形試験を実施し，成形性と成形品形状精度を調査した．
その結果，AZ31マグネシウム合金板では，逐次張出し成形における成形性に及ぼす局所加熱温度の影響を材料延性の温度依存性により説明できたが，チタン板では逐次張出し成形における成形性と単軸引張りにおける材料延性が必ずしも対応しないことがわかった．すなわち，材料延性が極小値を取る400℃に局所加熱をした場合の逐次張出し成形結果と，材料延性が大幅に向上する600℃に局所加熱をした場合の逐次張出し成形結果を比較すると，むしろ前者の方が良好な成形性を示した．
また加熱条件，工具速度が成形品の残留応力や形状精度に及ぼす影響についても調査を実施しデータ取得を進めているところである．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
おおむね順調に当初予定していた材料試験，成形実験を実施している．ただし実験に使用するレーザ装置が複数研究室の共用設備であることに加え，成形試験装置の部品損傷といったトラブルもあり，実験実施数（実験条件の消化率）についてはやや不満足な状態である．今年度も引き続いて材料試験，成形試験を継続する必要がある．
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 局所加熱条件と工具運動条件が成形性や製品形状精度に及ぼす影響の解明
前年度に引き続いて，レーザ出力，デフォーカス（＝焦点外し距離）などの加熱条件，工具速度などの工具運動条件を種々変更させたレーザ動的局所加熱逐次張出し成形試験を実施し，成形性と成形品形状精度，残留応力を調査する．
2. 局所加熱逐次張出し成形後の板材の強度特性の調査
局所加熱逐次張出し成形において材料は逐次的塑性変形を受けることで加工硬化し，このことは成形品の降伏強さや硬さを向上させる効果を持つ．しかしその一方で加工硬化による変形余裕の低下や残留応力の発生が製品の破壊や疲労強度に悪影響を及ぼす可能性もある．また成形中に繰り返し行われる加熱と冷却は，その加熱温度域や冷却速度に応じて，回復，再結晶などによる材料軟化，残留応力低減効果を発現させることもある．
そこで局所加熱逐次張出し成形後の材料（成形品から切り出した試験片）の引張試験，硬さ試験，組織観察などにより，局所加熱・冷却条件が成形品強度特性（降伏強さ，硬さ，残留応力，微視組織など）に及ぼす影響を調査する．加熱・冷却による材質変化を成形品への強度特性付与のために積極的に利用するという観点から，必要とされるデータを蓄積する．
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Research Products
(2 results)
