円管のしごきスピニング加工の

しごきスピニング加工の
近似3次元有限要素シミュレーション
塑性加工研究室 明石 和繁
円管
素材
テーパ状ディスク
マンドレル
局部的な変形
肉厚分布を持った製品
低い加工荷重
ロール
しごきスピニング加工
ロール
素管
3次元FEMの問題点
膨大な計算時間
複雑な境界条件
近似3次元計算による
比較的短時間での計算
マンドレル
円管のしごきスピニング加工
一般化平面ひずみ近似
ε x , ε y , γ xy:通常の四角形要素
ε z  vz Lz
vz
y
z
Lz:接触長
さ
x
Lz
軸方向のせん断ひずみ変形
Lz
剛体回転
せん断変形




γ zx  2 vx  v*x Lz
γ yz  2 v y  v*y Lz
シミュレーション結果
ロール
マンドレル
ロール
素管材質:A1050
素管直径:30mm
素管肉厚:2mm
変形抵抗: σ  190ε 0.34 MPa
送り速度:v=0.2mm/s
肉厚減少率:R=30%
回転数:70rpm
PentiumⅡ 400MHz
128MB SDRAM
約20分
ロール入り口部の盛上がり
(a) n=0回転
(b) n=1.4回転
v=1.0mm/s R=30%
(c) n=2.4回転
ロール入り口部における盛上がり率の定義
ロール
素材
tb
盛上がり
ta
マンドレル
 tb  ta R 


盛上がり率 a  
nm 
 ta
送り方向
R:肉厚減少率
n:ロールの個数
m:総回転数
盛上がり率に及ぼす加工速度の影響(R=30%)
盛上がり率a / %
10
8
6
v=1.5mm/s
1.0
0.8
0.6
0.5
4
2
0
2
4
回転数 n / 回
6
盛上がり率から求められた加工限界曲線
30
肉厚減少率R / %
計算 実験 欠陥
なし
あり
20
a=6%
10
0
0.5
1
1.5
送り速度v / mm/s
2
テーパ状ディスクのしごきスピニング加工
スピニング加工
z
r
軸対称近似
+
円周方向のせん断ひずみ
z
r
円周方向のせん断ひずみ変形
素材
ロール
接触長さLθ
rc
r
θ
vr
せん断ひずみ速度
押込み量ΔL
マンドレル
γ rθ 
2vr
Lθ
Lθ  rccos1
rc  ΔL
rc
vr:半径方向速度
シミュレーション結果
35°
素板材質:A1050
素板板厚:3mm
素板直径:110mm
回転数:53rpm
送り速度:v=0.1mm/s
変形抵抗:σ  190ε 0.34 MPa
φ72
マンドレル
素板
ロール
PentiumⅡ 400MHz
128MB SDRAM
約15分
計算と実験の断面比較
(a)ローラ逃げなし
計算
実験
(b)ローラ逃げあり
加工荷重の比較
計算
実験
荷重P / N
800
600
400
200
0
10
20
ストロークs / mm
30
まとめ





円管のしごきスピニング加工の
近似3次元シミュレーション法
円管のしごきスピニング加工について
加工限界を求めた
テーパ状ディスクのしごきスピニング加工の
近似3次元シミュレーション法
テーパ状ディスクのしごきスピニング加工の
加工荷重を予測
計算に要する時間は短時間