| 研究課題/領域番号 |
19H02481
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| 研究機関 | 首都大学東京 |
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研究代表者 |
楊 明 首都大学東京, システムデザイン研究科, 教授 (90240142)
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| 研究分担者 |
清水 徹英 首都大学東京, システムデザイン学部, 助教 (70614543)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 材料加工・処理 / 精密部品加工 / 超音波振動 / 金属成形加工 / 塑性変形 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、超音波振動が素材変形に及ぼす影響に関するメカニズムおよびそのスケール効果の解明及び素材変形に関する理論モデル（塑性変形構成式）の提案を目的とし、変形抵抗や結晶構造が異なる被加工素材に対して、超音波振動エネルギーと素材の変形促進因子である転位移動エネルギーとの相関に着目し、超音波振動による塑性変形時の素材転位密度の変化を実験的に評価し、素材変形抵抗の変化との関係から素材変形促進効果を定量化する。さらに素材の結晶構造、転位ポテンシャルエネルギー、転位密度などのパラメータ及びスケール効果を考慮した素材変形理論モデルを構築し、プロセスシミュレーションによって、その妥当性を評価する。今年度内に、下記項目を実施し、ある程度の成果が得られた。
１．超音波振動の各種効果の分離
金属材料を用いたマイクロ圧縮試験を行い、素材の変形特性を従来の準静的な応力ひずみ及び動的な応力変動特性をそれぞれ計測評価した。超音波振動付与の有無、および振動条件によって、それぞれの変形特性を分析し、個々の現象に応じて、その効果を応力重畳と音響軟化と衝撃効果の３つに分けた。
２．各種効果が素材変形に及ぼす影響、およびそのメカニズムの解明
各条件での素材変形形態に関して電子顕微鏡EBSD分析を行い、素材の結晶構造の変化、転位密度の変化などを評価した。異なる材質、結晶構造の材料に対して、振動エネルギーが変形に及ぼす影響を評価した。
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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
新たに振動に伴う動的特性を計測するセンサーを導入し、素材変形に及ぼす振動援用効果を確認、分離することができた。また、圧縮されたサンプルに対して、SEM-EBSD分析を行うことで、材料の変形特性をより定量的に評価することができたので、ほぼ当初の計画通りに進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の計画通り、以下の項目を次年度に実施する予定である。
１．各種効果が素材変形に及ぼす影響、およびそのメカニズムの解明
異なる材質、結晶構造の材料に対しても、素材変形形態に関して電子顕微鏡EBSD分析を行い、素材の結晶構造の変化、転位密度の変化などを評価する。また、異なる材質、結晶構造の材料に対して、振動エネルギーが変形に及ぼす影響を評価する。
２．各種効果に応じた素材変形モデルを作成し、新しい塑性変形構成モデルの構築とその妥当性評価
振動エネルギーと素材変形促進効果をその各種メカニズムに応じて、応力重畳と音響軟化と衝撃効果の３つに分離し、素材の結晶構造、転位ポテンシャルエネルギー、転位密度などのパラメータ及びスケール効果を考慮した素材変形理論モデルに反映していく。これらを統合した理論モデルを構築し、塑性加工プロセスシミュレーションによって、その妥当性を評価する。
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