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羽根板のプレス成形の FEM 解析 およびシミュレーション

羽根板のプレス成形の FEM 解析 およびシミュレーション. MK0704 　加藤　篤史. （スクリュー）. 応用： 気体・液体・粒状の物質の輸送機械、タービン、 　　　　　　 ポンプ、油田・建設用ボーリング　等 　　　生産： プレス加工（板金）、鋳造（鋳鉄、合金）、射出成形（プラスチック、樹脂）. １ . 　研究の背景. ２ . 　研究の目的と内容. 操作しやすい羽根板曲げ加工機開発プロジェクトの技術支援 　羽根板曲げ成形実験 FEM 解析およびシミュレーション FEM 解析のためのデータ処理プログラムの開発

elani
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羽根板のプレス成形の FEM 解析 およびシミュレーション

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Presentation Transcript

  1. 羽根板のプレス成形のFEM解析 およびシミュレーション MK0704　加藤　篤史

  2. （スクリュー） 応用： 気体・液体・粒状の物質の輸送機械、タービン、 　　　　　　 ポンプ、油田・建設用ボーリング　等 　　　生産： プレス加工（板金）、鋳造（鋳鉄、合金）、射出成形（プラスチック、樹脂） １.　研究の背景

  3. ２.　研究の目的と内容 • 操作しやすい羽根板曲げ加工機開発プロジェクトの技術支援 • 　羽根板曲げ成形実験 • FEM解析およびシミュレーション • FEM解析のためのデータ処理プログラムの開発 • 　羽根板のピッチとパンチ（ダイ）の傾斜角度、板厚、板材料等との関係

  4. ３.　プレス実験 試験片の製作 R50ｍｍ R25ｍｍ 1mm Rp アルミ：1mm、 2mm、 3mm

  5. プレス実験 傾斜角度3° 傾斜角度4.5° 傾斜角度6°

  6. ４.FEM解析の流れ ② ① ③ ④ ⑥ ⑤ ⑧ ⑦ ⑨ ⑫ ⑩ ⑪

  7. ５.FEM解析のプロセス 板材モデルの作成 幅25mm 内径50mm 板厚1mm, 2mm、3mm 開口1mm

  8. メッシュの作成

  9. パンチとダイ（2対）のモデルの作成 パンチB パンチA 傾斜-θ 水平線 傾斜θ ダイA（パンチ Aに平行） α=30° θ=3 °, 4.5 °, 6 ° 水平線 配置角度α 　　　　　ダイB （パンチBに平行）

  10. 初期境界条件の設定 接触点 接触点

  11. ヤング率　 75845MPa ポアソン比 0.3 密度 2.7e-6 kg/mm3 塑性変形特性 塑性ひずみ　　 応力 (MPa) 0289.59 1.748e-3307.36 3.494e-3311.36 6.766e-2438.97 9.531e-2489.2 1.57e-1560.67 2.07e-1610.62 2.623e-1 656.51 材料特性の設定 σ (×103MPa) アルミ板材 パンチ及び台 剛体 塑性ひずみ（×10-1） ε

  12. ヤング率　 206850MPa ポアソン比 0.3 密度 7.8e-6 kg/mm3 塑性変形特性： 塑性ひずみ　　 応力 (MPa) 0 268.905 7.0e-4403.357 1.6e-3437.364 2.55e-3 463.792 3.3e-3470.582 1.0e-2497.474 材料特性の設定 σ 　鋼板材 (×103MPa) 塑性ひずみ（×10-2） ε

  13. パンチの移動速度の設定 （mm/s） Ｖ 移動距離：10.5mm 押込時間：0.4秒 押込速度：26.25mm/s 戻り時間：0.1秒　　 戻り速度：-262.5mm/s t （秒）

  14. ６.　解析結果 ７回目プレスのシミュレーション スプリングバック前の開口距離

  15. スプリングバック後の開口距離 場所A

  16. スプリングバック前の相当応力

  17. スプリングバック前の相当全塑性ひずみ

  18. 相当残留応力

  19. 相当全残留塑性ひずみ 場所C

  20. 成形ピッチの計算値と実験値、最大相当応力・ひずみおよび相当残留応力・ひずみの計算値の一覧成形ピッチの計算値と実験値、最大相当応力・ひずみおよび相当残留応力・ひずみの計算値の一覧

  21. 解析精度とメッシュの数の関係 ７.　考　　察 相対誤差（％） 要素数

  22. 各プレスの変形量 変形量（mm） プレス回数 （アルミ、ｔ=2mm、θ=3°）

  23. 各プレスのスプリングバック スプリングバック（mm） プレス回数 （アルミ、ｔ=2mm、θ=3°）

  24. （アルミ、ｔ=2mm、θ=4.5°） （アルミ、ｔ=2mm、θ=3°、外径114mm） （アルミ、ｔ=1mm、θ=3°） （アルミ、ｔ=2mm、θ=6°） （アルミ、ｔ=3mm、θ=3°） （鋼、ｔ=１mm、θ=3°）

  25. 成形ピッチとパンチ傾斜角度の関係 成形ピッチ（mm） （1.1） 傾斜角度（°）

  26. 成形ピッチと板厚の関係 成形ピッチ（mm） 板厚（mm）

  27. ８.　結　論 （１）　パンチ（ダイ）の傾斜角度の増加に伴い羽根板の成形ピッチが大きくなり、　 　　　羽根板曲げ加工機のパンチ（ダイ）の傾斜角度を調整できる機構にするこ　 　　　とで、様々なピッチの羽根板を成形することができる。 （２）　本研究で作成したFEMモデルと計算した羽根板の成形ピッチが実験結 　　　　果とほぼ一致した。 FEMの計算は羽根板を成形加工する前のパンチと 　　　（ダイ）の傾斜角度の選定に応用し、試作のコスト削減と時間短縮ができる。 （３）　板材の変形抵抗・ヤング率が小さいほどスプリングバックが大きいこと、ま 　　　　た板厚が薄いほどスプリングバックが大きいことが明らかにした。理論式 （2.1）が確認できた。 （2.1）

  28. 結　論（続き） （４）　FEMで、羽根板の成形ピッチだけでなく、加工応力とひずみ 　　　および残留応力とひずみも計算できるので、プレス加工中や プレス製品使用中に板材の表面傷や割れの発生を予測する 　　　ことができる。 （５）　本研究で開発したデータ処理プログラムは効率的にデータ 　　　　変換ができた。FEMソフト間のデータ変換の仕組みを理解した。 （６)　本研究の一部の結果は㈱日本スライスセンターの羽根板曲 　　　げ加工機の開発に応用された。

  29. ９.　今後の課題 　　　本研究の結果を式　　　　　　　　　に加味すれば、比較的に正確な羽根板の成形ピッチの計算式を導くことができる。FEMの計算結果を参考にして誤差の少ない計算式を確立する。

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