2021 Fiscal Year Research-status Report
Flexible Thickness Control of Hydroforming by Forced Lubrication Method in Arbitrary Region and Time
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21K14058
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
窪田 紘明 東海大学, 工学部, 講師 (30845920)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 強制潤滑 / ハイドロハイドロフォーミング / 摩擦低減 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ハイドロフォーミングでは，金型と管の間に摩擦が発生する．そのため，肉厚偏差が発生し割れが生じることがある．そこで，金型と管の間に高圧の潤滑剤を供給する強制潤滑技術を開発した．実験には直径50.8 mm，長さ300 mm，厚さ1.2 mmの機械構造用炭素鋼鋼管（JIS：STKM11A）を使用した．金型はこの実験のために特別に設計されたものである．キャビティの形状は以下の通りである．成形領域の長さは140 mm，コーナーの半径は5 mmである．管の端部の軸押しは行わなかった．潤滑剤供給口は直径3 mmのものを金型内の平坦部の中央に配置した．また，コーナー部には4つの潤滑剤吐出口を設けた．本研究では無潤滑法（従来法）と強制潤滑法（提案法）の2種類の実験を行った．内圧は手動操作でほぼ直線的に上昇させた．潤滑剤の供給ポンプはポンプの最大能力に設定した．実験の結果，潤滑剤の圧力は内圧によって制御されることがわかった．そして，加工中も高い圧力が維持された．
従来法では金型と管の接触部では摩擦により肉厚が変化せず，管が不均一に変形した．また，成形後期にはコーナー部付近で管が割れた．提案法では金型と管の接触部分の厚みを減じることができた．一方，コーナー部付近の肉厚減少は抑制された．つまり，強制潤滑はコーナー部への材料流動を促進し，成形性を向上させることができる．さらに強制潤滑の効果は潤滑剤供給口付近だけでなく広い範囲に及んでいた．このことは本技術が長尺管に適用できる可能性を示している．
提案法の摩擦係数の推定と変形機構を調べるために有限要素法解析を実施した．その結果，摩擦係数が大幅に低減されていることがわかった．また管と金型の接触面圧を調査し，潤滑剤が広範囲に拡散する理由を明らかにした．本検討により実部品の成形プロセス設計を可能とする基礎的知見を得ることができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
「強制潤滑ハイドロフォーミングの開発」「潤滑効果の実証」「現象解明」が完了した．また「有限要素法解析による工程設計技術の開発」に着手している．以上は当初計画した研究開発日程通りである．
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は「有限要素法解析による工程設計技術の開発」を継続する．また，2021年度に設計製作を行った圧力制御装置を用いて，時間差潤滑技術の検討を行う．さらに，部位によって潤滑状態を変える域差潤滑技術の検討を行う．
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