2010 Fiscal Year Annual Research Report
超軽量薄肉構造を実現する高比強度材料の精密スプリングバックフリー成形
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22246093
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
柳本 潤 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90220194)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉山 澄雄 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (90242122)
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| Keywords | 板成形 / 温間成形 / 超軽量構造 / ステンレス鋼板 / スプリングバック / 成形性向上 / CFRP |
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| Research Abstract |
超軽量薄肉構造体は、輸送用機器・建築構造・熱交換デバイス等への幅広い適用でエネルギー利用効率向上など様々なメリットが得られることから、その研究は社会的価値が高く、今後長期間にわたり意義を持ち続けると考えられる。構造体部材には高比強度材料が使用されるが、大きな弾性回復量や残留応力に伴う変形により、金型を除去した成形加工後に目的形状へ成形できない不良であるスプリングバックが著しく発生し、その解消は現在でも課題である。スプリングバックには温度依存性があり、鋼板の場合には500℃程度までの温間温度域が有効であるとされている。また高比強度材料は結果として延性が低く難加工であるため、温間加工等を利用することが有効である。本研究の目的は、高比強度材料の高温精密スプリングバックフリー成形による、超軽量薄肉構造の実現であり、本年度は第一段階として高比強度材料の高温成形による成形性の基礎データを取得する実験を実施した。
実験としては加工温度を精密に制御した90度V曲げ成形を行った。装置には高温高速圧縮実験装置と新規製作した超硬合金製金型を使用した。材料は板厚1.0mm以下の薄鋼板およびステンレス鋼板、0.1mmまでの極薄ステンレス鋼板等の金属材料や炭素繊維強化プラスチック(CFRP)等の非金属材料を対象とした。加工温度は室温～600℃の温間温度域、加工速度は1～10mm/s、加工後保持時間は0s～5s程度、曲げ半径は1～2mmとした。実験中は温度・荷重履歴を新規購入のデジタルストレージで取得した。実験後の試験片画像から曲げ角を取得し、90度との差を成形性の指標であるスプリングバック量とした。また内部組織画像を顕微鏡で取得し、これら画像データを新規購入の情報処理装置に格納した。以上の結果より、スプリングバック量と各成形条件との関係を明らかにした。
板厚0.1mmの極薄ステンレス鋼板では、室温での成形では20度前後だったスプリングバック量が300℃では半分の約10度となった。さらに下死点で5s保持すると約6度、下死点で保持せず曲げ半径を1mmにするとスプリングバック量がほぼゼロとなったことから、スプリングバックフリー条件が明らかになった。これら事象の要因は高温での機械的特性の変化や曲げひずみ量の増大と考えられる。これ以外にも各種鋼板やCFRPでのスプリングバックの温度依存性が明らかになった。これらの結果をもとに、平成23年度にはデジタルサーボプレスによるモーション性を組み合わせた高比強度材料の精密成形に取り組んでいく。
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