Ultrasonic heating type incremental sheet forming method creating complex shape and controlling surface function

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K03812
• Research Institution: Tokyo Metropolitan College of Industrial Technology
• Principal Investigator: 青木 繁 東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 名誉教授 (20106610)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 酒井 康徳 芝浦工業大学, システム理工学部, 助教 (70774769)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 超音波 / 摩擦攪拌 / 塑性流動 / 成形技術

Outline of Annual Research Achievements

近年，フレキシブルかつ変種変量生産に対応可能な，薄肉で複雑形状を有する微細部品の製造技術が要求されている．これを満たすため，軟化させたシート状材料に工具を押し当てて逐次成型するインクリメンタルシート成形（ISF）が，金型を必要としない手法として期待されている．一方で，既存のISFでは，加工原理に起因する亀裂の発生や精度の低さが指摘されており，高精度な複雑形状成形を実現する上で重大な課題である．本研究では，亀裂が生じにくく，成形と同時に表面機能も制御可能な新原理ISF技術「超音波加熱型ISF（Ultrasonic Heating-ISF）」を開発し，高精度かつ高付加価値なマイクロ部品成形を実現する．
本年度は超音波振動の振幅や振動数が塑性加工性に及ぼす影響について見通しをつけることができた。振幅が大きいほど、振動数が高いほど塑性加工の効率が高まる傾向が見られた。さらに、本研究の目的を達成するための準備として、ヒーターおよび摩擦攪拌にも応用することができる成形装置の試作をした。この装置によって材料の成形が可能であり、今後の研究に用いることが可能であることを確認することができた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

超音波振動の振幅や振動数が塑性加工性に及ぼす影響について見通しをつけることができた。シミュレーションのためにはさらに温度なども含めた詳細なデータが必要であるが、まだ不十分である。

Strategy for Future Research Activity

超音波印加条件（振動数，振幅）が樹脂材料の塑性加工性に及ぼす影響の解明をさらに詳細に進め、試作した装置を用いて本来の計画に近づけるようにする予定である。

Causes of Carryover

超音波印加条件（振動数，振幅）が樹脂材料の塑性加工性に及ぼす影響の見通しを得ることができたが、さらに詳細な実験が必要である。今年度は基礎的な実験を行ったために次年度使用額が生じた。