| 研究課題/領域番号 |
16K06013
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| 研究機関 | 香川大学 |
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研究代表者 |
吉村 英徳 香川大学, 工学部, 准教授 (30314412)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 中空金属球 / 成形体 / 絞り加工 / 薄板材 / 機械的特性 |
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| 研究実績の概要 |
卵パック形中空金属球（卵パック形MHS）成形体の製造法について，H29年度も検討した．H28年度には，半球パンチ工具およびダイスを作製し，1工程のみの絞り加工によって板材を半球形状に絞ったが，低張出し量で破断したため，破断直前の卵パック形MHSにて成形体を作製し，圧縮および曲げ試験を行った．しかし，初期の変形抵抗の上昇が弱かったため，H29年度は，半球近くまで絞るための加工プロセスを有限要素シミュレーションにより検討した．現状，他機関も含め，破断判定は予測式が発展途上のため困難であり，肉厚での判定でのプロセス検討であったが，様々な検討の結果4工程にて行うことを提案した．おおまかな改善点は，隣接する半球の間の非張出し部（板材平坦部）を第1工程で逆再絞りをすること，第2工程で球頭ではなく，破断しにくい角頭のパンチを使用することで，非張出し部の変形を促進し，その肉を張出し部に流入させることによって，半球まで絞るというものである．そして，その提案したプロセスにおいて，第3工程以外の金型を外注・作製し，それを用いて卵パックMHSを試作した．第3工程がなく，また第2工程のパンチ先端の角丸みの加工精度の問題から，H28年度の張出し量よりも少し減少してしまったが，円柱に少し近い張出し形状となり，積層したときに張出し先端が上下の卵パックMHSの板材の非張出し部（平坦な領域）に当たってしまっていた現象は回避できた．その結果，積層成形体での圧縮試験において，かなり初期の変形抵抗の上昇が見られ，プラトー領域が拡大した．当初H29年度の計画であるカシメに関しては，非張出し部のサイズから金型精度が保証できず，断念することとしたが，今回提案したプロセスにより，接着剤でも球同士が滑り込んで初期変形抵抗の上昇が小さくなる現象が回避し，最終年度に機械特性を評価できる試験片が作製できるようになった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
H28年度の成果については，H28年度日本塑性加工学会春季講演会にて，成果発表した．
しかし，性能が不足していたため，所定の張出し量まで加工できる卵パック形中空金属球（卵パックMHS）の製造方法について検討し，半球絞りを想定したプロセスおよび金型を設計できたと言える．H28年度の繰り越しおよびH29年度の助成額の多くを金型費用に充てたが，すべての工程の金型を製作するには不足したため，第3工程を除いて外注・製作した．結果として，H28年度のMHSの試作よりも良好な機械的特性を示すMHSが作製できたことから，概ね順当に遂行できていると言える．一方で，張出し量が不足し，想定した相対密度0.08より大きい0.95近くの成形体となったこと，初期変形抵抗の立ち上がりを更に上げたいことから，当初予定の張出し量まで板材を絞り加工することが必要であると言えるため，当初の計画以上に遂行できているとは言い難い．H29年度の研究計画にあるカシメによる卵パックMHS化については，非張出し部のサイズが小さく，金型外注先との打合せで現在の技術では困難であることが分かった．したがって，その時の対応策として申請していた他の積層固化技術として，接着剤シートによる積層固化を検討し，成形体が作製できることを確認した．また，完全な半球形状に絞らず，円柱形状に近く張り出させることでブリッジ効果を出し，初期抵抗の立上がりを大きくできる知見も得た．最終的な目標であるエネルギー吸収効率が高いポーラス材料の作製としては，順調に進んでいると言え，やや遅れているということはあり得ないと判断している．
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度の実績概要および進捗でも記載しているが，十分な張出し量が得られる加工プロセスが重要である．したがって，H29年度で提案した板成形の4工程の内，外注できなかった第3工程の金型の製造をH30年度予算で実施すること，加工精度が原因で第2工程で予定よりパンチ角部で局部的に薄肉化が進んだことの改善として角丸みを修正することで，更なる性能向上を図る．これにより，初期予定の相対密度0.08のポーラス金属材料を目指す．金型製造が終了することにより，サーボプレスにて大量生産に入れることから，圧縮試験や曲げ試験，引張試験などの機械的特性試験を十分にできるようになると考えている．すでに，有限要素シミュレータ上の4工程で加工した形状の卵パック形MHSの積層成形体の圧縮の変形挙動シミュレーションは実施しており，半球ではなく，初期変形抵抗を上昇させるためのさらに効果的な形状ができつつあるため，金型を微調整して，プラトー領域として目標の65%ひずみを目指し，当初予定以上の成果を上げることができると考えている．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2,299円と少額が残っただけである．H30年度に第3工程の金型として数十万必要であるが，最終年度であり，計画の申請額としては多額ではないことから，年度末年度初めに必要な消耗品を買うなどするといった使い切りをせず，わずかな額でも次年度に繰り越すこととした．
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