| 研究課題/領域番号 |
20K04218
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| 研究機関 | 福岡工業大学 |
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研究代表者 |
廣田 健治 福岡工業大学, 工学部, 教授 (50273256)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 鍛造 / 荷重 / 揺動 / 振動 |
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| 研究実績の概要 |
軽量化の観点から部位毎に厚さを変えた金属部品の需要が増えており、従来のプレス工法では成形荷重が高くなり加工が困難になる。この課題に対して、本研究では水平方向に揺動動作を与えることで加圧方向の変形抵抗を低減して荷重低減をはかる新たな鍛造加工技術を開発する。令和2年度は純アルミニウムの円柱試片を高さ方向に50%圧縮する加工を対象とし、加工装置の製作と提案する手法による荷重低減効果の検証を行った。
加圧には汎用の万能試験機を用い、金型の側面に直動アクチュエータを連結して水平方向に面内揺動を与える構造とした。実験に先立ちFEM解析による予備検討を行い、アクチュエータの定格推力以下で加圧中に水平方向の揺動を与えうるように寸法形状を決定した。また、その検討過程で、加圧面ですべりが生じ被加工材に所望のせん断応力を与えられないことが示唆された。このため、円柱試片の両端につかみ部を設けるように加工形状を変更した。さらに、加工の効率化を考え揺動動作は荷重の増加が顕著となる加圧の後半に与えるようにした。圧下速度と揺動振幅を一定にし揺動回数を変えてFEM解析を行った。その結果、揺動回数とともに荷重は減少し、一定回数以上になると荷重はほぼ一定になることがわかった。また、断面の応力分布をみると、荷重の減少が大きかった条件ほど加圧部のせん断応力が高く圧縮方向の垂直応力が低くなっていた。このような傾向はMisesの降伏条件式の中の応力成分との対応から説明された。
荷重の変化が見られた2つの揺動条件を選び、製作した装置を用いて実験を行った。その結果、揺動回数の多い条件の方が荷重は低くなり、揺動を与えない通常の方法に比べて約30%の荷重低減が達せられた。
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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
装置の設計および製作と並行してFEM解析による予備検討を行ったことで、摩擦保持だけでは十分なせん断応力を付与できないことなど、問題点の早期発見や実験条件の絞り込みを効率的に行うことができた。自作した装置を用いた実験により、提案した手法により荷重低減が可能であることが実証され、揺動条件と荷重低減効果の相関についてもFEM解析と実験で一致した。
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| 今後の研究の推進方策 |
実験とFEM解析において揺動条件に対する荷重低減の傾向は一致したが、荷重の低減量は解析結果よりも少なくなっており、その原因を究明し対策を検討する。揺動条件を変化させ、荷重低減に寄与するパラメータを明らかにする。
部位毎に厚さの異なる部品を想定して被加工材の一部だけを減肉する加工を試み、同様の荷重低減効果が得られるかどうかを検討する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用額は当該年度の直接経費の0.4%であり、概ね使用計画通りに執行できたと考える。次年度使用額は翌年度の物品費として使用する予定である。
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