2021 Fiscal Year Research-status Report
新ダブルサイド・インクリメンタル成形による残留応力制御とプロセスの高精度化
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20K05166
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
田中 繁一 静岡大学, 工学部, 教授 (60197423)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | インクリメンタルフォーミング / 板プレス成形 / 残留応力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
インクリメンタルフォーミングは，従来の巨大なプレス機や高価な金型を用いないフレキシブル成形技術である．しかし，このプロセスで得られるほとんどの成形品内には過大な残留応力が蓄積しており，クランプ解放や不要部のトリミング後に激しい負のスプリングバックが発生する．本研究では，部分モデルを用いる数値シミュレーションを提案して，ゆがみをもたらす残留応力の生成メカニズムを考察した．その結果によれば，工具進行方向の残留応力の板厚方向分布の形態は従来の研究と同様に工具下の材料の曲げ・曲げ戻し・直線化により形成される．一方，子午線方向の残留応力の一部は，素材クランプ位置端近傍での材料の曲げによる応力分布が起因となって，工具接触側が引張りとなる応力分布が材料中心へ向かって成長する．しかし，素材クランプ位置端近傍の剛性を下げる工夫をしても子午線方向残留応力は消失しない．また，ダブルサイド・インクリメンタルフォーミングの2工具の相対配置を系統的に変更してそれが残留応力に及ぼす影響を考察した．この方式では，独立したマスターおよびスレーブの2つの工具を素板の両側に配置して成形を行うが，対称対向あるいは偏差を与えることにより素材に曲げ・曲げ戻しの負荷を複雑に素材に導入できる．加えて，広範囲に配置制御できれば，たわみあるいはだれ変形を抑制しながら成形を行うことができる．この方式では，適切な工具系の縦揺れにより工具パス方向の残留モーメントがほぼ0になる．また，工具間隙は，初期板厚程度にした場合に工具パス方向の残留モーメントが小さくなる．さらに，工具系の横揺れにより，クリアランス部等のたわみ変形を抑制できる．一方，残留応力を実験的に評価することは本研究では重要であるが，薄板成形品内の板厚方向の残留応力分布の計測精度を上げるために，ASTMに記載されているHole-Drilling法に関する考察を行い，その修正を提案した．
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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
コロナ感染拡大に伴う自粛等により実験的な考察の準備等は開始が遅れたが，その期間に系統的な数値シミュレーションを行ったことにより，ゆがみをもたらす残留応力の生成メカニズムを対する新しい知見を得ることができた．その結果によれば，子午線方向の残留応力では，素材クランプ位置端近傍での材料の曲げによる応力分布が起因となって，工具接触側が引張りとなる応力分布が材料中心へ向かって成長する．しかし，その原因を抑制する工夫をしても子午線方向残留応力は消失しない．加えて，ダブルサイド・インクリメンタルフォーミングの2工具の相対配置を系統的に変更してそれが残留応力に及ぼす影響を考察した．その結果，適切な工具系の縦揺れにより，工具パス方向の残留モーメントがほぼ0になることを確認した．また，工具間隙は，初期板厚程度にした場合に工具パス方向の残留モーメントが小さくなる．さらに，工具系の横揺れにより，クリアランス部等のたわみ変形を抑制できる．残留応力を評価するためのHole-Drilling法の修正を提案した．
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| Strategy for Future Research Activity |
数値シミュレーションで得られた結果を実験的に確認するための実験装置の改造と方法について準備・考察を進める予定である．ただし，コロナ感染拡大に伴う電子部品の不足に起因してサーボモータ等の実験装置主要部品調達に問題が生じており，継続して対応を検討するが，数値シミュレーションや既有の装置を用いる考察を主体とした修正も並行して進める．
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