FORM TECH REVIEW_vol33

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z z0d–daR001000150020002500Circumferential speed/Axial speed r/v /°daofonoitcarFaxassertsaxaititcarFnartsnemercnneavuqeno���𝑑𝑑𝑑𝑑���𝑑𝑑𝑑𝑑���𝑑𝑑𝑑𝑑��𝑑𝑑𝑑𝑑��𝑑𝑑𝑑𝑑���3��𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟��1��𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟�𝑑𝑑𝑑𝑑̅𝑑𝑑𝑑𝑑��𝜎𝜎�𝜎𝜎����𝜎𝜎���𝑑𝑑𝑑𝑑���3𝜎𝜎���3������と表され，の上昇によりz，はそれぞれ低下，3���𝑑𝑑𝑑𝑑���1��𝑑𝑑𝑑𝑑��𝑑𝑑𝑑𝑑̅����増大する．被加工材の回転（z）軸からr方向距離rでのz𝑑𝑑𝑑𝑑�𝑑𝑑𝑑𝑑��方向の圧縮速度をv，方向のねじり速度をとし， = 0でのz，とすると，式(1)，(2)はそれぞれ， –110v /mm/s0.100.050.025Circumferential speed/Axial speed r/v /rad5101520253035401.00.80.60.40.20.05003025201510Rotation/Compression speed /v /radꞏmm1.00.8Exp. FEM0.60.40.2Eq.(3)0.00100200300400500600–1Rotation/Compression speed /v /°ꞏmm2�𝜎𝜎�𝑑𝑑𝑑𝑑̅𝑑𝑑𝑑𝑑���3��3𝑑𝑑𝑑𝑑̅𝑑𝑑𝑑𝑑��３．圧縮軸方向荷重の低減および付加ひずみの増大 と圧縮軸まわりの繰返し両振りねじり（a = 5°）を同時に付加し，溝付き工具により工具－被加工材間ですべりを生じさせずにねじりを付加した．また軸方向荷重率はねじりを付加した場合の軸方向荷重をねじりを付加しない場合の軸方向荷重で除したものである．図4では/v の上昇とともに軸方向荷重は低下し，/v ≥ 300°/mmでは軸方向荷重率は約0.2でほぼ一定となった．またを一定のままvを減速させ，/vを約1700°/mmまで上昇させることを鍛造実験で実現し，約0.2の軸方向荷重率を実証した14)．これらの据込み鍛造では塑性発熱による被加工材の温度上昇は最大でも約15K（/v = 600°/mm）であり，被加工材の軟化による荷重低減ではないことが示唆される．一方，被加工材の有効半径（約3.6mm）を考慮して式(3)の軸方向応力（）の理論値（図4中の破線）と比較すると，/v ≤ 50°/mmでは差異は小さかったが，/v ≥ 50°/mmでは差異は大きく，理論値の方が大幅に低かった．これは摩擦に𝑑𝑑𝑑𝑑̅，，������0/lifo05itlifoo/tilli02468 よる不均一変形（たる形変形），ねじりの不均一や加工硬化等の材料特性に起因するものと考えられる． 他にA6061-T6アルミニウム合金，C1020銅，C2700黄銅，AZ31Bマグネシウム合金の冷間据込み鍛造，Ti-6Al-4Vチタン合金の熱間据込み鍛造17)において，同様の軸方向荷重の低減が確認された． (1) (2) (3) (4) �𝜎𝜎�𝜎𝜎���と表され，z/z0，とr/vの関係は図図315)のように�𝑑𝑑𝑑𝑑̅𝑑𝑑𝑑𝑑��示される．z方向に塑性変形させながら方向にねじりを付加することで，z方向荷重の低減，付加ひずみの増大が示唆される．なおねじりによる方向ひずみはr方向に分布を有するため，被加工材全体のz/z0，を考える場合は有効半径（中実材の場合，0.724r）16)で見積もることとする． 図4 A1070アルミニウム円筒素材の据込み鍛造における軸方向荷重とねじり速度の関係14) 3.3 後方押出し鍛造における軸方向荷重の低減 図図5 15)はA1070アルミニウムの冷間後方押出し鍛造（図1(a)）における押出し圧力（押出し荷重／押出しパンチ先端部の断面積）である．押出しパンチを押出し方向に移動させながら，ノックアウトパンチを押出し軸まわりに繰返し両振り回転（a = 5°）させた．溝付きパンチによりパンチ端面－被加工材端面間にすべりを生じさせることなくねじりを付加した． 図5では/v ≥ 18°/mmのねじり付加ではねじり開始とともに押出し圧力が低下し，/v = 30°/mmの両振りねじり付加での加工終盤では約20%低下した．ただし，ノックアウトパンチの回転が反転する±5 °の位置では，瞬間的にねじりが付加されないため，瞬時的な押出し圧力の上昇が見られた．また図5内の点線は先端面を鏡面仕上げした溝な上ラムは上下（z方向）へ移動，下ラムは上下（z）軸まわりに方向へ回転する．上ラムは最大負荷荷重100kN，最高速度10mm/s，下ラムは最大負荷トルク200N·m，最高回転速度25rpmである．以降では，上ラムの下降（圧縮）速度をv，下ラムの回転速度を，振幅角度をaと記し，特段の説明がない場合，ねじり速度と回転速度は等しいものとする． 3.1 力学理論による検討 非加工硬化性の等方性材料を仮定し，rz座標系においてz方向に垂直応力zと方向にせん断応力zあるいはrが同時にはたらく場合を考える（ここではzrと取り扱う）．z方向，方向の塑性ひずみ増分，相当応力，相とし，当ひずみ増分をそれぞれて，流れ則およびMisesの降伏条件式に従うと仮定すると， をそれぞれz0，𝑑𝑑𝑑𝑑̅図3 非加工硬化性の等方性円柱素材の圧縮における軸方向垂直応力，相当ひずみとねじり速度の関係15) 3.2 据込み鍛造における軸方向荷重の低減 図図414)はA1070アルミニウムの冷間据込み鍛造（図1(a)）における軸方向荷重率と/vの関係である．軸方向の圧縮- 17 -