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としはるおおかわち
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1 三条工業会の HP から第 12 回目鍛造加工生命医科学部医工学科バイオメカニクス研究室 ( 片山田中研 ) IN116N 田中和人内線 : 6408 材料加工 Ⅱ Biomechanics Laboratory 鍛造 BC40C BC35C 金, 銀, 銅 : 装飾品, 武器, 神器鉄鍛造中世 15C 圧延板の製造水力ハンマー分化 18C(1784) 蒸気ハンマー板材成形鍛造一, 二次加工 : 鋳塊鍛錬, 成形二次加工 : 成形鍛錬 : 金属中の粗大な結晶粒子の微細化, じん性向上などの物理的性質の改善クランクシャフトの鍛造 (Forging) 鍛造 (forging) の歴史自動車製造における塑性加工

2 定義材料の全部または一部を工具によって, たたいたり押しつぶしたりして, 比較的短いものをつくる. 直接圧縮工具で加圧方向に材料をつぶし, 加圧直角方向に広げる間接圧縮工具の加圧で, 材料を拘束している他の工具から横方向の反力を受けて押しつぶされ伸ばされるプリント No.11 図 1,5 教科書図 10.1,5 プリント No.11 図 1 教科書図 10.1 鍛造 (forging) 鍛造 (forging) の分類鋳造組織の粗大な柱状晶を破壊鋳巣, 収縮孔の消滅, 局所的な偏析の拡散金属の連続的な流れ ( メタルフロー ) による連続した繊維組織 (= 鍛流線 )<=> 切削との相違引張り強さ, 伸び, しぼり, 衝撃値などが著しく向上成形 + 材質の改善方法高品質が必要な部材 ( 例えば, 信頼性の必要な足回りの自動車部品等 ) は, 鍛造加工で製作. プリント No.11 図 1,2 教科書図 10.1,2 材質改善効果直接圧縮式鍛造

3 押出し押出し鍛造形材前方押出し後方押出し側方押出し前後方組み合わせ押出しプリント No.11 図 3, 4 中実押出し中空押出し容器押出しプリントNo.11 図 5 教科書図 10.5 教科書図 10.3, 4 直接圧縮式鍛造間接圧縮式鍛造温度再結晶温度熱間 : 大型温間冷間 : 高精度速度ひずみ速度ハンマ : 速いプレス : 遅い型自由鍛造 : 素材表面の大部分を自由にしたまま, 汎用工具型鍛造 : 金型を用いて材料全体を成形回転鍛造 : 回転工具を使う自由鍛造型鍛造プリントNo.11 図 1,2,3 教科書図 10.1,2,3 鍛造 (forging) の分類自由鍛造と型鍛造

4 鍛造を行う方向と直角の方向に材料が自由に変形できる製品の形状の金型間で素材を圧縮開放型 : 型による拘束 : 小, 自由鍛造に近い密閉型 : 材料の逃げる場所 : 無, 型内圧力 : 高半密閉型 : 実際は, 材料の一部分が薄いバリとなって逃げるようにした教科書図 5.2, 5.3 自由鍛造型鍛造方式材料のほぼ全表面を拘束する ( 密閉型金型を用いてばりを出さず加工直接圧縮 + 間接圧縮金型プリント No.11 図 6 教科書図 10.6 密閉鍛造型鍛造

5 ダイ内に材料を入れパンチによって加圧所定の形状に材料を流出させ成形する加工法型内の空間に材料を閉じ込め材料にパンチを押し込んで型空間を埋める加工前方押出し後方押出し前方後方押出し押出し鍛造閉塞鍛造厚さ方向の寸法ぞろえ, くぼみ作成長所材料の変形能が高くなり, 大きな変形を与えられるもろい材料を鍛錬して強靱に, 異種材料の圧接, 空洞除去鍛流線により表面に生じる引張応力に対して強靱鍛流線 : 繊維組織を有する素材を鍛造成形すると生じる繊維流れ模様自由鍛造 : 多種少量生産に向く型鍛造 : 寸法精度の良好な製品の大量生産短所接触面の応力は最低で材料の変形抵抗危険, 騒音振動が大きい自由鍛造 : 時間がかかる, 熟練, 製品の表面, 寸法精度不良型鍛造 : 型と機械が高い圧印 ( コイニング ) 鍛造の特徴

6 鍛鋼品 : 鋼自由鍛造発電用タービンローターオイルタンカーのかじ原子炉用圧力容器型鍛造クランクシャフト熱間コンロッドボルト, ナット冷間軸受け用ボール, ローラ鍛造品 : 非鉄金属電気電子部品, 自転車, カメラ部品熱間鍛造長所室温では硬く脆い材料の加工が可能大寸法製品の加工が可能大変形や複雑形状の加工が可能圧下率 : 大, 加工回数 : 減短所加熱による材料表面の酸化, 工具表面の摩耗熱膨張と冷却圧縮 : 寸法精度が悪い鍛造の利用状況温度による分類 ( 熱間鍛造と冷間鍛造 ) 鍛造前の材料の厚さ to 鍛造により変化した厚さ t 減少量の比 : 圧下率 e 材料を加熱して再結晶温度以上固相線温度未満の温度範囲 e=(t o -t)/t o 圧下率熱間鍛造

7 冷間鍛造長所寸法精度と表面状態 : 良好, 後仕上げ : 不要 or 研削加工硬化 : 降伏点上昇, 被削性の改善室温または室温に近い温度短所加工硬化 : 工具大負荷加工硬化 : 脆い, 変形中に割れる温度による分類 ( 熱間鍛造と冷間鍛造 ) 冷間鍛造鍛造比 : 鍛造による材質の改善を表す値. 鍛造前と後の断面積と長さを, A0, L0, A1, L1とすると, 次式で定義される. A0 L1 鍛造比 =, または A L 1 0 鍛造比が 3~4 になると絞り, 伸び, 衝撃値等のじん性値が著しく改善. これ以上大きくなると, 横方向のじん性値が劣化. 鍛造によって生じた円柱の軸方向, 周方向, 半径方向の真ひずみは次式で定義される. 各ひずみは主ひずみで,εl が絶対値の最大である. L 1 A 0 1 L 1 1 ε = n = n, εθ = εr = n = ε L0 A1 2 L0 2 鍛造に必要な荷重を検討する簡易式 : P = CkS P: 鍛造荷重, k: 平均変形抵抗 S: 投影接触面積 C: 拘束係数 ( 1.2 ~ 2.5) 定数 C は, 素材の形状, 型の表面状態, 潤滑状態などにより変わる. 鍛造の加工因子 ( 鍛造比 ) 鍛造の加工因子 ( 鍛造力 )

8 長所材料の変形能が高くなり, 大きな変形を与えられるもろい材料を鍛錬して強靱に, 異種材料の圧接, 空洞除去鍛流線により表面に生じる引張応力に対して強靱鍛流線 : 繊維組織を有する素材を鍛造成形すると生じる繊維流れ模様自由鍛造 : 多種少量生産に向く型鍛造 : 完成品またはそれに近い寸法形状に成形できるので, 寸法精度の良好な製品を大量生産可能短所接触面の応力は最低で材料の変形抵抗危険, 騒音振動が大きい自由鍛造 : 時間がかかる, 熟練, 製品の表面, 寸法精度不良型鍛造 : 型と機械が高い液圧プレス : 水, 油などの高圧液体をシリンダーの中に導き, ラムを駆動する形式のプレス機械. (1) 大型の鍛造プレスに用いられる. (2) 騒音や振動の発生が少なく自由鍛造に多く用いられる. (3) 加工速度が遅い. 教科書図 5.13 鍛造の特徴まとめ鍛造機械 ( 分類 : 液圧プレス ) 機械プレス : モータの回転力を機械的にラムの往復運動に変換して行うプレス機の総称. 回転運動往復運動への変換方式 1 クランクプレス,2 エキセンプレス ( クランクレスプレス ),3 ナックルプレス,4 フリクションプレスに分類生産性が高い. 60MN 程度の機械も可能. 自動車部品の熱間鍛造用としてよく使用される. 機械プレスの加圧力は, 下死点から離れるに従い急激に減少するので, 長いストロークや加工初期に大きなプレス力を必要とする鍛造用としては不向きである. 1 クランクプレス : クランクシャフトの回転運動をラムの往復運動に変えて材料を加圧する. 2 エキセンプレス ( クランクレスプレス ): クランク軸の代わりに偏心軸の上下運動を利用する. 教科書図 5.14 教科書図 5.15 鍛造機械 ( 分類 : 機械プレス (1)) 鍛造機械 ( 分類 : 機械プレス (2))

9 3 ナックルプレス : トグル機構で作用するプレス機. 教科書図フリクションプレス : はずみ車の回転運動をねじ機構により直結している垂直スクリューシャフトの上下運動に変えて素材の加圧を行う. 最も古くから用いられてきた塑性加工機械である. ハンマの運動エネルギーを材料の変形エネルギーに変換することが基本原理である. 3つの形式に大別できる. (1) 重力だけによる自由落下ハンマ (2) 外力を加えて加速落下させる加圧ハンマ (3) 上下のラムを相打ちさせる相打ちハンマ教科書図 5.18,19,20 教科書図 5.17 鍛造機械 ( 分類 : 機械プレス (3)) 鍛造機械 ( 分類 : ハンマ (1)) ハンマの速度は 3~7m/s で, 多数回の打撃が行われる. 高速ハンマでは 10~30m/s という高速で大きなエネルギーを与え,1 回の打撃で行われる場合もある. ハンマは成形速度が速いため, 材料と工具の接触時間が短く, 温度変化が小さく, 小型で安価な機械で比較的大型の製品の加工も可能. 自由鍛造や型鍛造に広く用いられている. 騒音振動が大きく, 加工精度も低いのでプレス機に移る傾向. 熱間鍛造による材質の改善形材粗大結晶粒の破砕再結晶, 偏析の拡散空隙の圧着鍛錬成形比 : 変形前後の長さ or 面積の比, またはその逆数 ( 常に 1 より大 ) プリントNo.11 図 7 教科書図鍛造機械 ( 分類 : ハンマ (2)) 鍛造の材料学

10 抜けこう配が必要徐々に最終製品の形状に仕上げていくプリント No.11 図 8 プリント No.11 図 9, 10 教科書図教科書図 10.24, 25 型の設計工程設計プリント No.11 図 11 教科書図工程設計型組み

11 油圧プレス : 油圧, 空気圧, 水圧ストローク長い加圧力, 加圧速度の制御 C 形ストレートサイド形プリントNo.13 図 12, 13 教科書図機械プレス : 機械的機構回転運動をスライド ( 工具が取り付けられる ) の直線往復運動に変える機構によって異なるクランク式ナックル式テンションナックル式プリントNo.13 図 9, 10, 11 教科書図 11.19, 20, 21 プレス機械プレス機械の構造

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Microsoft PowerPoint - 材料加工2Y0807V1pdf.ppt 第 7 回目圧延生命医科学部医工学科バイオメカニクス研究室 ( 片山田中研 ) IN6N 田中和人 E-ail: 内線 : 648 圧延の定義回転する上下ロール間に素材をかみこませ, 厚さや断面積の小さな板, あるいは形材等をつくる方法圧延の歴史 5 世紀末 : レオナルドダビンチ 6 世紀 : 棒や板材の圧延 8 世紀末 : 動力に蒸気力を利用ロール, ハウジングの大型化ロールの多段化世紀