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管端スピニング加工に関する研究 (第2報) : 加工部の組織変化について

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Academic year: 2021

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管端スピニング加工に関する研究 (第2報) : 加工

部の組織変化について

著者

岡村 俊一, 田中 秀穂

雑誌名

鹿児島大学工学部研究報告

8

ページ

27-39

別言語のタイトル

Experimental study for tube end spinning

(Report 2) : examination of stock structure

(2)

管端スピニング加工に関する研究 (第2報) : 加工

部の組織変化について

著者

岡村 俊一, 田中 秀穂

雑誌名

鹿児島大学工学部研究報告

8

ページ

27-39

別言語のタイトル

Experimental study for tube end spinning

(Report 2) : examination of stock structure

(3)

管端スピニング加工に関する研究(第2報)

加 工 部 の 組 織 変 化 に つ い て

岡 村 俊 一 * ・ 卜 H 中 秀 穂 * *

(受理|│州'42イ'三5,31冊)

EXPERIMENTALSTUDYFORTUBEENDSPINNING(Report2)

ExaminationofStoockStructure. ShunichiOKAMURA*andHidehoTANAKA** Furtherexaminationsontheexperimentalstudyoftubeendspinningwasmadeonthe stockstructure・Theresultsobtainedshowthatthestructureofworkedportiononthestock arerecrystalizedcrystalsmeaningthatthecoldworkmethodofshapingwithouttheappli‐ cationofextemalheat,ischangedintothehotstatedeformationduringoperation. 1.緒 目 前報')で菅端スピニングルⅡ工法を紹介し,釧管を絞 る場合について,種々の加工条件のもとで,その加T 1性を調べ,最適加工条件などについて検討したが,そ の巾で加T性に影響をおよぼすものとして,発牛湿度 の関係からダイス回転数,試料の送り速度,あるいは ダイス頂角の影響があげられた. しかし,同一加工条件のもとではダイスに没けた溝 によって,その加工性に苫しい影響を与えることがわ かった.従って,,今後,このダイスに設けられた溝の 有意性,即ち変形過程巾に果す役割を解明することが 必要となる. そこで,木報ではまづ本加丁法の加工現象の本質お よび溝の有意性を確めるための一手段として,加丁部 の顕微鏡観察により,結晶粒度および肉厚の変化など と加工条件との関係について報告するものである. 2.実験装置および実験方法 2-1.顕微鏡観察 前報')において加工された銅符を長手方向に切断 し,その断而を電解研摩後,図lに示すように,加丁 部3ケ所をその先端よりI,Ⅱ,ⅡIと顕微鏡(オリン パス金属顕微鏡MF)観察し,粒度測定には比較法 を採用し,その平均結局粒度をもちいた. 寒 鹿 児 烏 大 学 工 学 部 機 械 工 学 教 室 ・ 教 授 * * 鹿 児 烏 大 学 工 学 部 機 械 工 学 教 室 ・ 講 師 図 1 顕 微 鏡 観 察 位 置 2-2.肉厚の測定 加工部の肉厚の測定にあたっては,図2に示すよう に加工部を長手方向に3ケ所α,6,cの各点につい て,円周方向に5点を板厚に直角に,ポイントマイク ロメーターで測定し,その平均値を肉厚とした. 図 2 内 厚 測 定 位 置 3.実験結果および考察 3-1.加工部の組織変化 図4∼図10に加丁部の顕微鏡写真を示すが,非加

(4)

28 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 8 号 (×250) (×1000) 図 3 非 加 工 部 の 結 晶 組 織 工部の組織を示すば'3(試料として,もちいた銅管 は,冷間引抜き管であるため,繊維状組織を呈し,結 晶粒は長手方向に流れている)にくらべ,再結晶を起 している.また,いづれの場合でも先端Iの方が、 の部分より結晶粒が大きいことより,先端部Iの方 が加工時の熱影響が大であることがわかる. i)溝の面積比(金)の影響 図4∼図6は,加工部の組織がダイスの内壁血に設 けられた溝の面積比(Ar=泡'//4×100%,A′;溝の面 積,A;ダイス内壁面積)をかえることにより,どの ように変化するかを示したものである.試料の送り速 度(パリ、m/rew)が0.1mm/revのとき,溝の面稜 比(Ar)が大きくなるにつれ結晶粒が細くなってい く.これは図11−(イ)にてわかるように,この粒度 の変化は,図中に示した温度の変化と似た傾向を示し ている. 試料の送り速度(ん)が0.5mm/revとはやくな ると,全面的に結晶粒は加工方向に流れた状態とな り,パリ=0.1mm/revのときにくらべ結晶粒は微細で ある.図5では,溝の面積比(4】.)によるはっきり した差異は認められないが,図6でみると,やはり溝 の面積比(Ar)による差異が認められる.このよう に,試料の送り速度(皿)が大きいと,あまりはっき りした差異がでないのは,試料の送り速度(‘)が大 であると加工時間も短く,また加工中の発生温度も低 く,且つ加工中の各加工部‘位における温度差も少いた め と 思 わ れ る . ii)試料の送り速度(ん)による影響 叉'7,図8に加工部の組織が試料の送り速度(似) によって,どのような影響をうけるかを示す, パリ=0.1mm/revのときにくらべ,ん=0.23mm/ revでは,結晶粒は細く,特に九,=0.5mm/revに なると大半の結晶粒は加工方向に流れており,そのLl-1 に微細な結晶粒が混在している. 図11−(ロ)でわかるように,送り速度が大きくな ると発生温度も低くなり,且つ粒度変化も全く温度変 化と同一傾向を示している.i)における場合と同じ ように,再結晶粒の成長の温度依存性がはっきりとう かがわれる. iii)ダイス頂角(2α)による影響 図9,図10にダイス頂角(2α)によって,加工部 の組織がどのように影響をうけるかを示す. 溝の面積比(金)の大きい図10では,送りもはや いためにダイス頂角の変化による結晶粒度の変化はあ まり認められないが,図9ではダイス頂角2α=45° のときが一番小さく,次いで2α=30.,60コの順とな る. これを図11−(ハ)でみると明らかなように,i), iii)でみたような図中の温度変化と結晶粒度の変化の 間には関係がないが,これはダイス頂角(2α)が異れ ば加工度も違い,加工時間も異るために,温度からだ けでは推論できず,加工変形速度および時間を考慮に 入 れ る 必 要 が あ る . iv)加工終点による影響 図12に加工終点,即ち加工の終了した位置による 結晶粒度の差異を示す.同一加工条件でa)の程度 に絞ったときと,b)のように少し絞り過ぎた(加工 時間が長くなる)ときとでは,結晶状態はa')がb')

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A Ar= 12.5% B 4r= 25硯 C 47= 50姥 D Ar= 75% 岡村・田中:管端スピニソグ加工に関する研究(第2報) l 平 均 結 晶 粒 度 0.018mm Ⅱ 平 均 結 晶 粒 度 0.010mm 1 1 1 平 均 結 晶 粒 度 0.007mm 29 閉

i

篭 弧蕊j鱗撫

1J ロバ昂距<g告寄 l 平 均 結 晶 粒 度 0.015mm 平 均 結 晶 粒 度 0.015mm 平 均 結 晶 粒 度 0.010mm Ⅱ 平 均 結 晶 粒 度 0.010mm Ⅱ 平 均 結 晶 粒 腰 0.010mm 晶軍

1 1 平 均 結 晶 粒 度 0.007mm Ⅱ I 平 均 結 晶 粒 度 0.007mm Ⅱ I 平 均 結 晶 粒 度 0.004mm l Ⅱ 平 均 結 晶 粒 度 0.003mm 図 4 溝 の 面 積 比 ( 鋤 ・ ) に よ る 加 工 部 の 組 織 変 化 ( × 2 5 0 ) 加工条件jVb:3000r、p.m. 2α:60。 創r:(A)12.5%(B)25%(C)50%(D)75影 パリ:0.1mm/rev

(6)

30 A AI・= 12.5% B 』ノ・= 25% C Aノー 50% D 47= 75% 鹿 児 烏 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 8 号 I Ⅱ 、 Ⅱ 111

霧蕊

I Ⅱ nl 1 1 1 図 5 溝 の 面 積 比 ( A r ) に よ る 加 工 部 の 組 織 変 化 ( × 2 5 0 ) 111 加 工 条 件 ⅣD:3000r、p.m. 2α:60. Ar:(A)12.5%(B)25%(C)50%(D)75% パリ:0.5mm/rev

(7)

A Ar= 12.5% B Ar= 25粥 C Aノ鋤= 50隼 D 4r= 75% ド 岡 村 ・ 田 中 : 管 端 ス ピ ニ ン グ 加 工 に 関 す る 研 究 ( 第 2 報 ) 塁録為障,

鶴鵜i1蕊

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I Ⅱ ⅡI 、 Ill n輪

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Ⅱ 、 Ⅱ ⅡI 図6溝の面積比(金)による加工部の組織変化(×1000) 加工条件JVD:3000r,p.m. 2α:60. Ar:(A)12.5%(B)25%(C)50%(D)75免 凡:0.5mm/rev 3]

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32 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 8 号 平 均 結 晶 粒 度 0.018mm l 平 均 結 晶 粒 度 0.007mm l 平 均 結 晶 粒 度 0.003mm A / 0.1mm/rev Ⅱ 平 均 結 晶 粒 度 0.010mm Bバリ=0.23mm/rev 1 1 平 均 結 晶 粒 度 0.006mm Cバリ=0.5mm/rev 廷巽強? nq 負?

謹蕊蕊

Ⅱ 平 均 結 晶 粒 度 0.003mm Ⅱ I 平 均 結 晶 粒 度 0‘007mm Ⅱ I 平 均 結 晶 粒 度 0.004mm 1 1 1 平 均 結 晶 粒 度 0.003mm 図7送り速度(パリ)による加工部の組織変化(×250) 加 工 条 件 IVD:3000r、p.m. 2α:60. Ar:12.5% バリ:(A)0.1mm/rev(B)0.23mm/rev(C)0.5mm/rev

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岡 村 ・ 田 中 : 管 端 ス ピ ニ ン グ 加 工 に 関 す る 研 究 ( 第 2 報 ) 平 均 結 晶 粒 度 0.015mm l 平 均 結 晶 粒 度 0.007mm l 平 均 結 晶 粒 度 0.003mm

0 . 3 Aん=0.1mm/rい :『。 1 1 平 均 結 晶 粒 度 0.010mm Bん=0.23mm/rev Ⅱ 平 均 結 晶 粒 度 0.006mm C/hノー0.5mm/rev 1 1 平 均 結 晶 粒 度 0.003mm

舜 カ ー 1 1 1 平 均 結 晶 粒 度 0.004mm 111平均結晶粒度 0.003mm Ⅱ I 平 均 結 晶 粒 度 0.003mm 33 図 8 送 り 速 度 ( バ リ ) に よ る 加 工 部 の 組 織 変 化 ( × 2 5 0 ) 加工条件ノV、:3000r,p.m. 2α:60コ 』γ:50% ノルノ:(A)0.1mm/rev(B)0.23mm/rev(C)0.5mm/rev

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皿 平 均 結 晶 粒 度 0.007mm 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 8 号 図 9 ダ イ ス 頂 角 ( 2 α ) に よ る 加 工 部 の 組 織 変 化 ( × 2 5 0 ) 加工条件jVD:3000r,p.m. 2α:(A)30°(B)45。(C)60. 鋤・:12.5% パリ:0.1mm/rev l 平 均 結 晶 粒 度 0.018mm A 2 α = 3 0 。 l Ⅱ 平 均 結 晶 粒 度 0.007mm 平 均 結 晶 粒 度 0.007mm Ⅱ 平 均 結 晶 粒 度 0.010mm -凸r も愚:; 皿 平 均 結 晶 粒 度 0.004mm §

l 平 均 結 晶 粒 度 0.012mm 1 1 平 均 結 晶 粒 度 0.010mm C 2 α = 6 0 。 B 2 α = 4 5 。

難識謹

Ⅱ 平 均 結 晶 粒 度 0.007mm 34

§;

蔓舗醗鏡

。 I

(11)

35 岡村・田中:管端スピニング加工に関する研究(第2報) 図10ダイス頂角(2α)による加工部の組織変化(×250) 加工条件ノV、:3000r・p.m. 2α:(A)30,(B)45。 (C)60, Ar:50% (,:0.5mm/rev IⅡ Ⅱ 、睡

溌雲蕊溌

謹霊

A 2 α = 3 0 。

§難裏j熱i1R縄綴麹

酵物pqH 睡絢睡色、".、マイアョー‘1.コ唾囚

蟻i職醗

I Ⅱ IⅡ B 2 α = 4 5 。

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醗壷髄躍唖題 録Zi

識舗蕊錘撫ii

囲彊海軍簿頃f趣

塞総謹撚鶏

牙J堕 挙一ぺ I Ⅱ ⅡI C 2 α = 6 0 ,

(12)

う0 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 8 号 DOOrr 36 4 . 結 論 以上,符端スピニング加工部の顕微鏡観察および肉 厚測定から次のことがいえる. 1.試料の送り速度が小さいとき((=0.1mm/rev) は,明らかな再結晶組織が観察される. 2.試料の送り速度か大きいとき(ん=0.5mm/rev) は,小さいとき(ん,=0.1mm/rev)ほど,再結晶組 織は明確ではないが,やはり再結晶組織が観察され る. 3-2.肉厚の変化 図13,図14に加工部の肉厚の変化についてホす が,縦軸に非加工部の肉厚(romm)に対する加工部 の肉厚(rmm)の比をとり,横軸に加工部の各測定 位置における管の外径(‘m、)と,加工前の外径 (α'0mm)の比で測定位置を示している. これからわかるように,袴端スピニング加工におい ては,加工部の肉厚は素材の肉厚より厚くなり,ま た,いづれの場合でも加工部先端に向って厚くなって いるか,α0/ば=1.1sあたりまでは増加の割合が急 で,あと除々にゆるやかになっている.これは加工進 行中の温度上昇・割合と関係があるのではないかと思わ れる.即ちダイス入口附近では(試料先端がダイス壁 面に最初に接触するとき)試料の温度も低く,従って スラスト(P量)の上昇も急勾配である.しかし,加工 が進むにつれて試料の温度もあがり,だんだんスラス トの増加割合も小さくなってくる.このため,ダイス 内における試料の円周方向の圧縮ノJもこれに応じて小 さくなるため,先端にいくほど,肉厚の増加の割合も 小さくなるものと思われる. また,ダイスに設けられた満の曲積比』.が小さい ときは,肉厚の増11Ⅱ割合も直線的であるが,溝の而積 比〃が大きくなると放物線となりゆるやかである. 特に,試料の送り速度が小さいとき((‘=0.1mm/ rev)にその傾向かはっきりしているが,これは送り 速 度 が 小 さ い と 加 工 状 態 が 安 定 し て い る た め , バ ラ ツ キが少いためと'思われる. このように,木加工法においては加工部の肉厚は, 大体,素材の肉厚の,.5倍から’、7倍程度に厚くなっ ている.図,5に,例として冷間引抜きの際における 肉厚変化を汁算して求めたものと,本加工法の’例を 比較したが,これでもわかるよう木加工法の肉厚変化 は相当大きいことがわかる.

00000岨酪哩皿、肥妬“似0

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指 示 湿 度 指 示 温 度 図11 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 Ar(%) (イ)溝の面積比(小)と結晶粒度 お よ び 温 度 DUOrr iiO DOOrp fw:0.1mm/rev のように変化してくるので,木実験では加工終点はな るべく一定になるように心掛けた. ● 。 ● 、 ● ● ● ● ● ︵肥叩”︾ハ叩叩︾︿、叩︾︽叩叩叩﹀︽、叩U︿叩叩﹀︵叩叩叩︾︽ぬ叩叩﹀︽、叩︶ Ar:12.5% 結晶粒度(比較法による) ● ③ 。 ● ● ● ● ● 八mⅧ︾︽、叩叩︾八m町﹀一nm咽︶︽恥叩M︾︿叩叩︶︵、Ⅲ︾︵Ⅲ叩︶ 0 . 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 3 0 。 4 0 。 5 0 ° 6 0 . f w ( m m ' r f w ) 2 α (ロ)送り速度(ん)と('、)ダイス頂角(2α)と 結 黒 粒 度 お よ び 温 度 結 晶 粒 度 お よ び 温 度 結 黒 粒 度 の 変 化

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。‘) b') I 岡 村 ・ 田 中 : 管 端 ス ピ ニ ン グ 加 工 に 関 す る 研 究 ( 第 2 報 ) a) b) 加 工 終 点 が は や い と き 1 1 加 工 終 点 が お そ い と き 1 1 図 1 2 加 工 終 点 に よ る 結 晶 粒 度 の 差 異 加工条件ⅣD:3000r・p.m. 2α:60. 4.:25% /耐:0.5mm/rev ,“ '唇.』.、T,学マTr,‐酵誕、1体 1000) 37 IⅡ 111

(14)

● 報 告 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 38 C L O 一 〔 Y つ C 】 再 一 ● ● ● ● − 昌 一 一 弓 言● Cl/'1 t ∼ 《 C I D 守 < v う C u ‐ ●●●●●●●● 召 . 弓 ∼ 弓 一 一 Cl/1 [ ∼ 《 C u つ 、 寺 C Y つ C Q 弓 一 ● ● ● 。 ● ● ● ● 弓 弓 = 弓 一 声 U3,/1 でへ○つ︵ロ︶ や。[ぬ。[︾・[ぬ。[国・[﹃・[つ 窪荊率︾Ⅱ神川進童S甑S率H二Fや ら④︾ご国ICI遡求S通S程H員恥名 堅々一s巡H叩一一戸︾︾ 己へ○つ︵四︶壁蚕一G種H員函・︾己へ名 @・[ぬ。[ず。[弱・[四・[[・[つ ゃ・[ぬ。[〃守。[の.[ 課の↑”角く まゆ函 ︵ンの具E日m・っⅡ雪︶里剥e皿匿e話H民重函 < ○ t ∼ 《 。 L O 守 ぐ Y つ C , q ● 弓 一 一 一 弓 弓 Cl/1 守 C 干 。 G 可 一 つ 弓弓 -01,/1 つ [●﹃ < C u つ ● ● ∼ 胃 誤中国函・﹃く でへC己 ︵Q︶ @・[ぬ。[守。[ぬ。[詞・[[・[つ ○

訳つい︾﹄く 誤ぬく[︾・﹃く 第 8 号 ︵く︶ 函・[[・[つ 、 [ ∼ 《 。 L 、 寺 E v つ C u つ ●● 言一一一一弓弓 01/1 ● 【 ∼ < C L O 守 C Y う C q ‐ ● ● ● ● ● ● ● ● 弓 一 一 弓 弓 弓 弓 弓 Cl/1 石へ○壱 ︵ロ︶ や。[四・[守。[函・[函・弓[・[ cつ雨1114●111 .山守︲︲︲し千l︲ Cつや恥﹄句酎IlInYII 壱へ○つ︵ぬ︶ や。[ぬ。[︾・[面・[画・[[・[

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(15)

◎ ミミミ1.3 ー 岡 村 ・ 田 中 : 管 端 ス ピ ニ ン グ 加 工 に 関 す る 研 究 ( 第 2 報 )

/

W・JOHNSON:pLASTICITYFO P.B・MELLOR 39 あ と が き 急速な熱変化を伴う塑性変形過程において,熱移動 2α:60。 1 ) 岡 村 ・ 田 中 : 管 端 ス ピ ニ ン グ 加 工 に 関 す る 研 究 (擁一報)加工性に関する基礎的研究,鹿大工学部 研究報告,8号,42年月,p19. 2)BChalmers:ProgressinMetalPhysics3, 1952,p,276. A r:12.5% 2α:45u 2α:30と 1.6

AA

r:12.5% r:12.5% に実験による一例 。『凸 1.5 1.4 動 文 献 1.2 NGINEERS) RMECHANICALL 〆 = U Jucot 〆cot 1.1

x配

00

48

1.0 l ‘ 0 1 . 1 1 . 2 1 . 3 1 . 4 1 . 5 1 . 6 .0/d 図 1 5 肉 厚 変 化 の 比 較 の余裕なく,冷間加工から熱間加工に至る本加工法 を,変形抵抗を仮定する塑性力学によっては解析する ことはできない.そこで,基本的に変形過程における 熱的挙動,即ち発熱現象とその熱移動,ならびに材料 の変質に伴う変形抵抗を求めることにより,冷間から 熱間塑性域に至る連続的な塑性力学的解析が可能とな ると考えられるので,今後,これらの基礎的研究に移 ることにする. 3.結晶粒の大きさおよび組織は,同一加工条件で は明らかにダイスに設けた溝の影響をうけ,溝の面積 比(金)が大きくなると結晶粒は小さくなる。 4.試料の送り速度((,)が大きくなると,溝の影 響があまりはっきりしないが,これは加工速度がはや いため,熱的影響が少くなるためと思われる. 5.肉厚は,加工部の方が素材の肉厚よりも厚くな り,先端ほど厚くなるが,これは他の冷問加工の場合 にくらべ,肉厚比r/ro=1.5∼1.7と大きくなってい る。 6.以上加工条件により再結晶粒度に,ある種の規 則性を認めることができて最高加熱温度の変化を予想 できる2). また,いづれも加工部は再結晶を完了しており,変 形過程において熱間塑性域にあったことがわかる. なお,本実験にあたり,協力を惜しまれなかった中 西賢二助手に対し謝意を表するものである.

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