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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 PowerPoint Presentation
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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。