自動車ホイールのディスク成形に おける肉厚分布を持つ円環の加工 加工能率低下 図 ディスク成形 塑性加工研究室 中川原 大助 スピニング 中川原 大助 スピニング 成形 加工能率低下 曲げ，溶接 穴抜き スピニング加工量 の低減 揺動成形 １段目 円環に肉厚分布を 付ける 自動車ホイールのディスク成形における肉厚分布をもつ円環の加工 大型自動車用ホイールのディスクは外径500mm.内径200mm.板厚10mmと非常に大きく、 材料の歩留まりが問題となっています。 そこで改善方法の一つとしまして、 矩形の板材を曲げて、継ぎ目を溶接する電報円環で揺動成形を行い、 スピニング加工で所定の肉厚を付けて、ディスク製品を作るというほうほうが 新しく開発されています。 しかし、スピニング加工においてスピニング加工量を低減させることが出来れば歩留まりを 向上させるだけでなく、加工時間の短縮や機械にかける負担を 軽くするなどの利点が得られます． そこで本研究では，円環の肉厚分布を付けモデル実験を行い 肉厚分布について検討しました． 揺動成形 ２段目 図 ディスク成形
( a) 揺動成形（局部変形） ( b) プレス成形（軸対称変形） 図 揺動成形の軸対称近似 まず、初めに本研究の成形方法について説明させて頂きます。 大きな物を成形する場合、荷重が非常に大きくなるために 実際には図のａの局部変形が可能な揺動成形が用いれれています． しかし、揺動成形は金型でこねるようにして局部変形されていくため 機構が複雑です、そのため容易にモデル実験が行えるように、 軸対称変形するプレス成形を用い、揺動成形を軸対称近似しました。 揺動成形．．．．． 図 揺動成形の軸対称近似
開始 終了 (a) 第１段 (b) 第２段 図 ディスク成形工程 次にプレス成形でディスクが作られる工程について説明いたします。 ディスク成形は２段で行われ、第１段では、円環を内側ですぼめ、外側で広げる 予成形を行います． その後第２段で、更に外側へ広げ下部をフラットにしディスクが成形されます。 終了 (a) 第１段 (b) 第２段 図 ディスク成形工程
図 肉厚分布を付けた試験片寸法 t = 1.2，1.1，1.0，0.8，0.6 Φ42.2 1.6 5.0 1.2 8.0 2.0 12.0 1.5 12.0 15.0 21.9 1.7 Φ39.4 次に本研究で用いた試験片について説明します。 本研究ではスピニング加工量を低減できるような形状を考慮し，このような 肉厚分布を仮定しました。またこの肉厚最小部ｔの厚さを1.2～0.6ｍｍまで変化させ、 その部分について検討してみました． また形状の寸法は実際のホイールの約１/10になっております。 Φ41.8 図 肉厚分布を付けた試験片寸法
軸対称シミュレーション 肉厚分布を付けた断面 第１段 anime1-30.bmp 軸対称シミュレーション anime1-30.bmp 肉厚分布を付けた断面 第１段 本研究ではモデル実験と同時に有限要素シミュレーションを行いました． 有限要素シミュレーションで円管断面の変形の様子を示します． １段目ではこのような結果となっております．
軸対称シミュレーション 肉厚分布を付けた断面 第２段 ２段目ではこのような結果となっております．
（a） 第1段加工後 （b）第２段加工後 図 モデル実験の各段の外観（t=0.9mm） これは実際にモデル実験を行って成形出来た試験片です。 第２段加工後においては中心から半径方向に肉厚を取るために レーザー変位計を用いて、形状を測定し、そこから肉厚を求めました． 図 モデル実験の各段の外観（t=0.9mm）
10 15 20 25 30 0.5 1 1.5 2 2.5 中心からの半径 ／ mm 加工後の肉厚 22 最小肉厚部 図 第2段加工後の肉厚分布 10 15 20 25 30 0.5 1 1.5 2 2.5 1.6 1.2 1.1 1.0 0.8 0.6 中心からの半径 ／ mm 加工後の肉厚 t / mm ( 均一肉厚 ) 折れ曲がり 22 最小肉厚部 その測定結果がこの図です． 縦軸に肉厚をとり、横軸に中心からの半径を取りました。 今回変化させた最小肉厚部ｔは半径２２ｍｍの所に相当し， そこを見てみますと均一肉厚では厚さ２ｍｍをこえていますが，肉厚分布をを付けた 試験片につきましては肉厚を減らしていくにつれて減少しています．
(a) t=1.6mm （均一肉厚） (b) t=0.8mm (c) t=0.6mm （折れ曲がり） 図 第２段加工後の断面 折れ曲がり （均一肉厚） (b) t=0.8mm (c) t=0.6mm （折れ曲がり） これは第２段加工後の断面写真です。 均一肉厚やｔ＝0.8ｍｍの試験片ではこのようになめらかに加工されていますが ｔ＝0.6ｍｍの試験片でこのような折れ曲がりが生じていました． よって、ディスク成形において最適な肉厚分布が存在し，本研究では 最適な肉厚を求めることが出来た． 図 第２段加工後の断面