| 研究課題/領域番号 |
18K03882
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| 研究機関 | 国士舘大学 |
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研究代表者 |
大橋 隆弘 国士舘大学, 理工学部, 教授 (80277821)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 摩擦攪拌成形 / 成形限界 / 材料流れ |
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| 研究実績の概要 |
摩擦攪拌成形において流動可能な材料体積が限られることから充満可能な下穴の最大径に制約があり、また、摩擦抵抗と成形圧力により充満可能な下穴の最小径にも制約があると考えられる。そこで２～9mmの5種の下穴に対し、単独穴および、近接する２つの穴、および４つの穴について、密度（穴間距離）を変えて、穴部に対するA5083アルミ合金の充満実験を行った。ツール直下の材料の攪拌領域のうち、ツールの進行方向に対して後方側（Trail Side; TS）はプローブ痕の埋戻しに材料体積を消費する．また，ツールの進行方向に対して後方側に位置する下穴には，他の穴より早くツールの前方側（Leading Side：LS）と接触し材料が流入する．そのため，ツールの進行方向に対して後方側の下穴は，近接する前方側の下穴と比較して多くの材料が充満すると，当初予想していた。しかしながら、実験を行った結果、近接する下穴のペアにおける前方側下穴と後方側下穴の材料流入量の差はほとんどないか、むしろ工具と接触の遅れる前方側下穴により多くの材料体積が充満した。これについては、今後、材料流れの詳細を明らかにして原因を明らかにする必要がある。また，ツール前進側(Advancing Side; AS)に位置する下穴と後退側(Retreating Side; RS)の下穴では RSの方がより多くの材料体積が充満した。これはプローブ痕の埋め戻しによる材料消費で説明できる。ツール直下で100％充満可能な範囲は、ショルダ径15-30mmの工具を用い、ツール中心に対し43-60%で、プローブのショルダ径が大きくなるほど有利であった。
金型への温度分布センサーの埋め込み、継手のせん断強度・十字引張強度試験については、装置の故障などの理由により着手が遅れたが、今後加速的に研究を推進することで、当初の研究計画に整合するように研究を推進していく。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初計画では、「(i)FSFにより接合可能な最大・最小の下穴寸法と穴の密度の調査（FY 30上期～FY30下期）」「(ii)せん断強度・十字引張強度の評価（FY30下期～FY 31上期）」をFY30年度について行うこととしていた。これに対し、「(i)FSFにより接合可能な最大・最小の下穴寸法と穴の密度の調査」に関しては、2～9mmの5種の下穴に対し、単独穴および、近接する２つの穴、および４つの穴について、密度（穴間距離）を変えて、穴部に対するA5083アルミ合金の充満実験を行い、ほぼ当初計画通りの実験を行うことができた。ただし、当初、金型内に温度センサを組み込み、温度分布を測定することを予定していたが、埋め込み予定の金型とツールが途中の実験で破損して作り直す必要が出てきてしまったために、その完成を待って埋め込むこととした。また、「(ii)せん断強度・十字引張強度の評価（FY30下期～FY 31上期）」に関してはFY30下期に着手を予定していたが、これについても、金型とツールが途中の実験で破損して作り直す必要が出てきてしまったために着手が遅れているが、今後加速的に研究を推進することで、当初の研究計画に整合するように研究を推進していく。
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| 今後の研究の推進方策 |
金型とツールを早急に作り直して遅れを取り戻し、「(ii)せん断強度・十字引張強度の評価（FY30下期～FY 31上期）」「(iii)せん断時のクリアランスと接合強度の関係（FY 31下期～FY 32上期）」「(iv)応力集中を考慮した継手形成の試みと実証実験（FY 32上期～FY 32下期）」について進めていく。
(ii)せん断強度・十字引張強度の評価（FY30下期～FY 31上期）：せん断引張試験、十字引張試験を行い、下穴一つ当たり強度と継手強度の評価を行う。継手形成は下穴のパンチ側、ダイ側の表裏を反転させた両方のパターンで行う。
(iii)せん断時のクリアランスと接合強度の関係（FY 31下期～FY 32上期）：慣用せん断において、クリアランスを（適正に）小さくすることによりばりが抑えられるが、それによりだれが減り、円孔壁面の傾きが垂直に近くなるため、十字引張強度は低下すると考えられる。そこで、各穴径についてクリアランスを変化（少なくとも５種類）させて、継手を形成し、十字引張試験を行う。これも、下穴のパンチ側、ダイ側を反転させた両パターンで行う。
(iv)応力集中を考慮した継手形成の試みと実証実験（FY 32上期～FY 32下期）：(ii)について下穴が破壊されて継手がせん断破壊した条件を対象に、応力集中を避ける穴パターンを検討する。一般に異径の穴３つからなる配列について、弾性解析システム（ANSYS）を用い、強度検討を行い、それに基づき実際に継ぎ手を提案手法により、製作し、効果を実証する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
金型への温度分布センサーの埋め込み、継手のせん断強度・十字引張強度試験については、装置の故障・金型及びツールの損耗のため、埋め込み対象の金型及びツールを作り直してから行う必要が生じたことなどの理由により着手が遅れた。それに伴い、「試験用FSF工具冶具・特注」に関して設計を見直すことになった。今後加速的に研究を推進することで、当初の研究計画に整合するように研究を推進していく。
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