Transcript リングの回転成形の近似3次元有限要素シミュレーション

リングの回転成形の
近似３次元有限要素シミュレーション
塑性加工研究室 平松直登
外ロール
•一般化平面ひずみを用い
た近似３次元FEM
•実際的な計算時間
内ロール
ベアリングレース
•孔型への充満を予測
•板厚分布の予測
リング
自動車用ホイール
３次元モデル
計算時間が膨大
計算が複雑
剛塑性FEMにより計算
計算の高速化
Ｌｚ
Ｌｚ：接触長さ
ｖｚ：円周方向の速度
(a)リングの回転成形 (b)一般化平面ひずみ近似モデル
円周方向のせん断変形
外ロール
外側
圧下部
Ｌｚo
リング
内側
Ｌｚi
中心
内ロール
Ｌｚo：外ロールとの接触長さ
Ｌｚi：内ロールとの接触長さ
円周方向変形の拘束
圧下部
外ロール
Ｐ
Ｐ
圧縮力
速度 正 α＝ １
リング
内ロール
速度 負 ０＜α＜１
→ 速度 ０
リングローリング加工における
計算，実験に使用した条件
変形抵抗(炭素鋼）
MPa
摩擦係数
0.1
外ロール直径
185 mm
(a) 素材寸法
(b) 製品寸法
内ロール直径
45 mm
外ロール回転速度
400 rpm
圧下速度
1 mm/s
リングローリング加工の計算における
断面の変形形状の変化
計算時間：約7分
リングローリング加工における断面の
変形形状の計算および実験結果の比較
(a) r=0%
(c) r=37%
(b) r=16%
(d) r=48%
計算
実験
リングローリング加工における
充満率の計算と実験結果の比較
100
A0
充満率 f　/%
80
60
r=0%
40
A
計算
実験
20
0
10
20
30
中央部圧下率r　/%
40
50
リングローリング加工における
直径の計算と実験結果の比較
120
リング直径　/mm
100
外径
80
60
内径
実験　計算
40
20
0
10
20
30
40
中央部圧下率ｒ /%
50
自動車用ホイールのリムのロール成形
における計算，実験に使用した条件
切断
曲げ，溶接
変形抵抗
摩擦係数
外ロールの直径
内ロールの直径
外ロール回転速度
圧下速度 v
口広げ加工
0.1
350 mm
350 mm
280 rpm
14 mm/s
ロール成形
製品
自動車用ホイールのリムの
ロール成形における計算結果
計算時間：約30分
口広げ加工
自動車用ホイールのリムのロール成形
における計算と実機の結果の比較
計算
実験
口広げ加工
第１ロール成形
第２ロール成形
第３ロール成形
自動車用ホイールのリムの
初期板厚の最適化
従来：板厚一定
余分な肉厚
板厚分布の最適化
材料節約
軽量化
自動車用ホイールのリムの
初期板厚の最適化の結果
初期形状
最終形状
１回目
初期形状
最終形状
２回目
初期形状
最終形状
３回目
計算
目的形状
まとめ
・リングの回転成形の近似３次元有限要素法
・一般化平面ひずみ，円周方向のせん断ひずみ
円周方向の圧縮力
・リングローリング加工の断面形状の予測が可能
・自動車用ホイールのリムの板厚分布が予測可能
・リムの初期板厚分布の最適化が可能
・比較的短い計算時間
リングローリング加工の
接触長さの変化
接触長さ　/mm
1.5
1
0.5
0
10
20
30
圧下率　/%
40
50
リングローリング加工の
製品の相当ひずみ分布
自動車用ホイールリムの口広げ加工
における板厚ひずみの比較
0.1
板厚方向のひずみ
0
-0.1
-0.2
計算
実験
-0.3
-0.4
0
100
測定位置　/mm
200
自動車用ホイールリムの第１ロール成形
における板厚ひずみの比較
0.1
板厚方向のひずみ
0
-0.1
-0.2
計算
実験
-0.3
-0.4
0
100
測定位置　/mm
200
自動車用ホイールリムの第2ロール成形
における板厚ひずみの比較
0.1
板厚方向のひずみ
0
-0.1
-0.2
計算
実験
-0.3
-0.4
0
100
測定位置　/mm
200
自動車用ホイールリムの第3ロール成形
における板厚ひずみの比較
0.1
板厚方向のひずみ
0
-0.1
-0.2
-0.3
-0.4
0
計算
実験
100
測定位置　/mm
200
自動車用ホイールリム
の初期板厚の最適化の結果
8
製品板厚　/mm
3回目
6
4
2
2回目
１回目
0
-100
目的の板厚分布
途中の板厚分布
0
中心からの距離　/mm
100