大型ホイールのディスク成形における 有限要素シミュレーション 塑性加工研究室 高橋 大 直径：約 500 mm 板厚：約 10 mm 曲げ，溶接 打抜き 揺動鍛造 １段目 ２段目 スピニング 加工 スピニング 加工 穴抜き 穴抜き (a) 一般的方法 (b) 本方法 有限要素 シミュレーション 工具と素材形状 の最適化 材料の歩留り向上 解析モデル 揺動鍛造 厳密には３次元変形 計算の複雑化 計算時間の増大 軸対称鍛造 軸対称近似 ２次元モデル 計算時間の短縮 軸対称剛塑性有限要素 シミュレーション (a) 揺動鍛造(３次元変形) (b) 軸対称鍛造 軸対称有限要素シミュレーション 第１段 円環断面 工具 軸対称有限要素シミュレーション 第２段 計算 パソコンで 約３０分 軸対称シミュレーションと揺動鍛造実験の結果 計算 実験 (a) 第1段 (b) 第2段 図 断面形状の比較 軸対称シミュレーションと揺動鍛造実験の結果 10 荷重 / MN 8 6 計算 実験 4 2 0 図 20 40 60 80 ストローク / mm 100 第2段加工における荷重とストロークの関係 欠陥発生を防止する加工条件の検討 口絞りによる しわ（圧縮） (a) 第１段 口広げによる 割れ（引張り） カーリングによる 割れ（引張り） (b) 第２段 軸対称モデル成形（実加工の１／１０） 上工具 上工具 Φ42.6 φ38 1.6 α 20.0 φ28 35° φ40 下工具 下工具 α=50°55°60°65°70° (a) 第1段 (b) 第2段 図 工具の形状 図 円環の形状 円周方向応力 σθ / MPa 0 -200 -400 α 50° 55° 60° 65° 70° -600 -800 0 5 10 15 ストローク s / mm 図 第１段における内側端部の 円周方向応力ーストローク曲線 20 円周方向応力 σθ / MPa 図 800 600 400 200 0 50 55 60 65 第１段工具角度 α / ° 70 第２段加工における外側端部の最大円周方向応力 に及ぼす第１段工具角度の影響 0.3 0.2 Δl 最大カーリング率 c 0.4 0.1 a 0 50 図 ｃ＝ Δl a 55 60 65 第１段工具角度α/ ° 70 第２段加工における最大カーリング率に 及ぼす第１段工具角度の影響 スピンニグ加工量の減少 円環の肉厚分布の最適化 シミュレー ション (a) 第１段加工前 シミュレー ション (b) 第２段加工前 シミュレーション 修正前 修正後 繰返し 計算 目標 (c) 第２段加工後 円環の肉厚分布の最適化 求められた 形状 計算 目標 工具 第１段加工前 第２段加工後 (a) １回目 (b) ３回目 (c) ５回目 最適な肉厚分布の円環の実験結果 (a) 加工前 (b) 加工後 目標 実験 (c) 断面形状の比較 大型ホイールのディスク成形における 有限要素シミュレーション (1) 軸対称有限要素法によって円環の揺動 鍛造をほぼシミュレートできた． (2) 欠陥発生を防止する最適な第１段工具 角度を決定した． (3) 円環の最適な肉厚分布を決定し，本最 適化法の有効性を確かめた．
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