2021 Fiscal Year Research-status Report
Testing Method to Identify Yield Parameters on Metal Powder Compaction for FEM Analysis of Compaction Failure Occurrence
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20K04204
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| Research Institution | Nara National College of Technology |
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Principal Investigator |
谷口 幸典 奈良工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (10413816)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 粉末成形 / 有限要素法 / 鉄粉末 / フェライト粉末 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究がねらいとするのは，金属やセラミックス粉末を対象として圧粉工程設計現場に おける有限要素法解析の活用を推進することである．解析に必要となる降伏関数パラメータを同定するにあたり実際の設計現場において運用可能な試験機は存在しないため，まずはその試験手法を含めて①パラメータの簡便な同定手法を確立すること，その後，市場にある主要な粉末に関して②材料特性値データベースを作製すること，最終的に，型からの抜出し時の破壊に至るまでの③成形不良事例の「見える化」を図ること，の３点を目的とする．令和３年度においては、鉄粉末に加え、フェライト粉末について解析に必要な降伏パラメータの同定が完了した．圧粉成形～抜出しまでの一連の行程をFEM解析し，内側フランジ（中空カップ）形状の成形～抜出し時において割れ発生に至る挙動を再現した．成形においてはパンチおよび金型の速度比によって局所的に片押しや両押しになるため，フランジ内側角部の応力経路を金型の速度比で比較した結果，金型固定の場合にせん断破壊が生じることを確認した（国内学会口頭発表）．これは実生産現場における破壊事例と合致しており，解析手法が妥当であることを示している．なお，市場に流通している３種の鉄系粉末について材料パラメータの取得に取り掛かっている．
また，解析結果の妥当性確認のための実証実験装置の製作を完了した．100 kNサーボシリンダを購入して，別途調達済みの50 kNサーボシリンダと組み合わせて簡易複動プレスとして完成した．
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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
加圧～除荷時のパンチの弾性変形挙動を種々変化させることで抜出終了までの圧粉工程全体における不良発生条件を模擬する解析が完了したところであり，国内学会口頭発表を予定している．また，簡易複動プレスの製作が完了し，上記解析結果に準じた成形金型を導入してケーススタディを実施するため，予測した工具速度比を実現するための金型動作機構の設計を進めているところである．一方で，材料特性値データベースの作製については昨年度コロナ禍の影響で研究活動が制限された遅れを取り戻すことができず，やや遅れている．しかしながら，鉄粉末とは大きく異なる降伏特性を有するフェライト粉末についてある程度の精度でパラメータ同定できており，パラメータの相互依存関係について有益な知見を見出すことができたので，本研究期間内において少なくとも５種の異なる粉末と，それらに潤滑剤を添加した場合のパラメータ補正に関するデータを公表できる見込みである．以上，研究はおおむね順調に進捗している．
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度であり，材料特性データベースを構築するとともに，カップ形状圧粉成形の複動プレス圧粉について実証実験を実施してその妥当性を検証することになる．複動プレスによって異なる工具速度比を実現するための金型動作機構の製作に関し，学内設備である各種工作機械を用いて速やかに遂行する予定である．パラメータの相互依存関係の解明において，圧粉体の３点曲げ試験の実施とその解析による模擬を実施し，破壊挙動を見える化することで、妥当性の確認をできると考えている．
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| Causes of Carryover |
試料購入費である。研究の進捗を鑑みて、評価対象を絞り、その調査結果を以て次年度に調達すべき試料の特性を決定する必要があったため。本年度調査予定であった試料の種類および量を予定より減らした分に相当し、調査結果は良好であるので速やかに執行可能である。
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