σrσθσz0tt管βφαrzpθr00(1)１．研究の目的と背景キーワード：拡管，口広げ，抽伸，薄肉管幅広い産業分野において，構造材や配管部品として用いられる管の軽量化および高強度化は，持続可能な開発目標（SDGs）を達成する上で，極めて重要である．例えば，輸送機器の部品として用いられる管の軽量化および高強度化は，車体の軽量化につながるため燃費性能の向上や，省部材化に貢献する．このため，薄肉管を効率的に製造するための技術開発が望まれる．一般的な薄肉管の製造手法として，管を縮径しながら加工する抽伸加工が挙げられる．この工法では，1パスあたりの減肉量に限界があるため，薄肉管の製造にあたっては，繰り返し抽伸加工を行うことによって，徐々に減肉する必要がある．これは，1パスあたりの減肉量を大きくしすぎると，加工荷重が大幅に増大し，管が破壊するためである．このため，加工に時間を要する．その他の薄肉管製造手法として，スピニングや圧延も挙げられるが，生産性において抽伸加工に劣る．申請者らは，これまでに少工程にて薄肉管を製造する技術として拡管型抽伸加工を提案している１）．提案工法では，管端部にプラグを押し込み，口広げ加工した後に，口広げ部をチャックし，プラグを引き抜くことによって，管全体を拡管する．肉厚方向に働く負の偏差応力σr’が従来の縮管型よりも大きいため，効率的な減肉が可能である．しかしながら，拡管型抽伸加工における現状の課題として，口広げ加工時に生じる成形不良や，プラグ引抜き後の成形品の寸法精度が挙げられる．口広げ加工においては，拡管率を大きく設定した場合に座屈や割れが生じるため，拡管率が大きな条件で抽伸加工を行うことができない．また，プラグ引抜き時において，管材の寸法精度を悪化させる要因は，管内壁のオーバーシュートおよび周方向の偏肉である．さらに，成形品を様々な産業分野における機械部品として活用することを考慮すると，様々な材料を素管として用いた際の成形性を検討する必要がある．本研究では，これらの課題を解決するため，逃げ有りパンチを用いた回転口広げ加工および拡管型抽伸加工から構成される加工プロセスを提案し，高精度な薄肉管材を得るにあたって適正な工具形状や素管の材種の影響について調査した．電気通信大学大学院情報理工学研究科機械知能システム学専攻（ ■ ■年度一般研究開発助成■■■ ■ ■■■■■■ ）准教授梶川翔平２．逃げ有り回転口広げおよび拡管型抽伸加工による管材成形プロセス３．逃げ有りパンチを用いた回転口広げ加工２■３）ププララググ引引抜抜きき− 178 −図１に，本研究にて提案する加工プロセスを示す．まず，図１(a) に示すように，逃げ有りパンチを用いた回転口広げ加工によって，管端部を拡管する．逃げ有りパンチを用いると，管とパンチの接触面積が小さくなるため，加工荷重が減少し，成形不良の1つである座屈を抑制できる２）．その後，図１(b) に示すように，抽伸工程として，プラグを口広げ部に挿入し，引き抜くことによって，管全体を拡管する．抽伸工程に用いるプラグには，ガイドおよびコーナ半径Rpを設ける．ガイドを設けることによって，抽伸時に管とプラグの軸が一致しやすくなるため，管の周方向の偏肉抑制が期待できる．また，角部のRpによって，オーバーシュートの抑制が期待できる．本研究では，回転口広げ工程および抽伸工程のそれぞれにおいて，適正な工具形状を調査した．■・■実験および解析方法逃げ有りパンチを用いた回転口広げ加工においては，パンチと管の接触面積が成形限界に大きく影響する．接触面積を表す合計接触角γは以下の式で定義される．ここで，ncは接触面数，βは1つの接触面の大きさを表す接触角である．これまでの調査において，γ= 300 °程度に(a) 逃げ有りパンチを用いた回転口広げ加工図１高精度薄肉管加工プロセスの概略(b) 拡管型抽伸加工チャック回回転転&押押込込みみ中子逃げ有りパンチプラグ接触部逃げ部中子DDDDLgp逃げ有り回転口広げと拡管型抽伸による高精度薄肉管加工プロセスの開発𝛾𝛾=𝛽𝛽𝑛𝑛𝑐𝑐
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