エアコンを代表とする熱交換器の熱効率を向上させるための手段として、伝熱管の内面に螺旋状の突起を付与する方法が有効であることが知られている。

現在、このような管を成形するためには、押出材に対して転造を行うことにより管内面に突起を成形する手法が主流となっているが、転造法は生産効率が悪く、生産性とコストの面で問題となっている。そこで、当研究室では、押出し加工時に溝形状を有する特殊なマンドレルを用いることにより、押出し加工による1工程のみで内面に螺旋突起を有する管材を成形する方法を考案した。現在は、加工に用いる工具の形状が管内の螺旋突起の形状に与える影響について、加工実験を通した検討を行っている。

口絞り加工とは円管の末端部をすぼめる加工法を指し、主に加工品は配管材の接合部等に使われる。

口絞り加工は一般的には円錐型のダイスにプレスで管材を押し込むことによりテーパ形状を得ていたが、大きな加工力が必要・加工限界が低いという欠点を持っている。そこで、円錐型のダイスに「逃げ」を有する「逃げ有りダイス」を開発し、回転成形を行うことでテーパーを得る加工法を提案した。

逃げ有りダイスはプレスのものと比べ加工力は約1/2、加工限界は2倍の結果を得た。

板金の曲げ加工法の一つであるV曲げ加工は、汎用金型を用いて様々な形状の製品を加工することができるため、金属加工の分野で広く使用されている。従来のV曲げ加工は対称性を持つ曲げ方法が一般的となっているが、工具と材料の干渉から生じる成形形状の制限や材料の跳ね上がりによる作業性の低下などが問題点として挙げられる。そのため、非対称で行う曲げの導入が効果的であると考えられる。

そこで本研究室ではアンバランス曲げ加工法を提案した。しかし、非対称性を持たせるためにパンチの位置を変えるだけでは、パンチに水平方向の荷重が生じるため、加工機とパンチの接続部分が破損する危険性が生じる。したがって、パンチに生じる水平荷重を抑制しつつ、非対称性を併せ持つ手法の考案が必要となる。そこで本研究では水平荷重の抑制を可能とする手法を提案し、その妥当性を検証している。

モータの筐体のような円筒容器内面に特殊な形状が付与されている製品は、軸やコイルを固定するための溝が切削加工により成形されている。切削加工での成形は熟練の技術者による手作業が必要となることが多いため、生産性がよくない。

この切削加工を代替する加工法として、しごき加工という金属製容器の厚みを縦方向に減少させる加工を施す際に、容器内に特殊な形状が付与された金型を設置することで、加工の進展と同時に容器内面に金型の形状を転写させる手法が提案されている。

しかし、転写された形状には材料が充填されない不良現象が発生する。この不良現象を抑え、加工法を確立させるため、FEM解析を用いて材料の変形挙動を予測し、実機による再現実験を行って比較及び検討している。

様々な製品の加工法として広く用いられている深絞り加工において、工具と材料の間に存在する潤滑剤は、製品の品質や成形限界の向上など、大きな役割を担っている。しかし、成形後に潤滑剤は洗浄しなければならず、この際、洗浄のためのコストが必要となるとともに、環境には大きな負荷をもたらすこととなる。近年では潤滑油の洗浄・脱脂に多く用いられていた有機溶剤への規制が、地球環境保護の立場から厳しくなっており、環境にやさしい洗浄技術の開発が求められている。

これに伴い、洗浄・脱脂の要らない環境にやさしい潤滑法として、対向液圧深絞り法や周液圧深絞り法においても、水を圧力媒体とする研究がなされているが、生産性の問題点から、特殊な状況を除いて実現が困難なのが現状である。そこで、加工が最も厳しいとされるダイスの肩部、及びフランジ部に複数の微小なノズルを配置し、高圧水を送り込み直接潤滑することで、しわ押さえ部の摩擦低減効果を容易に得ることのできる加工機を開発した。そして種々の加工条件が成形性に与える影響について実験的に検討を行っている。

近年、超微細かつ高精密な部材加工品の製造は、様々な機器の高性能化を先導している。特に極細線と呼ばれる超微細な線材は多種多様な用途を持つ素材として期待されている。細線、極細線の製造法である伸線加工では、穴型ダイスを用いる引き抜き加工が中心であるが、この方法では個々の仕上げ径に応じたダイスが必要になり、また、超極細穴系を有するダイスそのものの製造が困難となる可能性もある。

そこで、ニ個一対の凹ロールを用いる伸線加工を提案した。凹ロールの隙間を調整することによって任意の径の線材を得ることが出来る。また、素線の扁平を矯正する効果も存在する。

現在では、直径0.6mmの細線を得ることに成功している。

腹腔鏡手術に用いられる手術用ロボットのマニピュレータには、関節部に「曲げやすく、ねじりに強い」特性が求められる。

巻線に高矩形比を有するコイルばねは、この要求を満たす有効な解決策である。しかし、高矩形比のコイルばねは曲げ剛性が高く、成形が困難であり、現在は切削加工により成形されている。そのため、加工コストが高く、ロボット自体の価格、ひいては手術代の高騰につながっている。

そこで、当研究室では、巻線が円形のコイルばねをコイル軸方向に据込み加工することによって、高矩形比を有するコイルばねを成形し、製造コストを抑えることに成功した。

自動車部品やねじ、歯車などの軸対象部品を成形するときに転造加工が用いられる。転造加工のメリットは生産速度が速いこと、材料の無駄が少ないこと、出来上がった製品の品質が良いことがある。

しかし、条件によっては材料中心部に割れが発生する場合がある。割れは材料内部で発生するため、検査が難しく原因解明が求められている。

本研究では、模擬実験と数値解析を行い、内部割れ発生原因を調査した。今後は実験結果と解析結果を基に割れの発生を予測していく。

機械装置において、二つの金属工具が負荷を受けながら接触する場合、疲労損傷が発生し機械装置の寿命が決定される。機械装置の損傷・破壊の原因の多くが疲労によるものであり、機械装置部品の寿命の予測や疲労の低減が産業界の課題の一つとなっている。しかし、疲労損傷はさまざまなパラメータの影響を受けるため、疲労寿命はばらつきが生じることが多く、正確に疲労寿命を予測する手法は確立されていない。

本研究では、有限要素法を用いた金属工具の接触解析を行っており、初期段階の解析として、半球と平面板の接触について解析を行い、解析結果の妥当性の確認、解析モデルのメッシュ分割数が解析数値に及ぼす影響の確認を行った。現在は、解析結果に従来から提案されている疲労寿命の予測手法を適用し、得られた疲労寿命の予測結果について、妥当性の確認および検討を行っている。

抽伸加工とは、金属材料をダイスに通して引抜くことで材料の外径をダイス穴径と同一にする加工法であり、橋梁のワイヤや自動車部品、油井管の製造など幅広い分野で用いられている。

抽伸加工に用いられるような円管材には、その製造方法の特性から偏肉が必然的に生じてしまうため、製品に高い精度が求められる場合は抽伸加工を行う前に切削による偏肉の改善が行われる。そのため、抽伸加工による管外径の矯正と同時に偏肉の改善が可能となれば切削の作業工程が省略されて、作業効率の向上および製造コストの削減が期待できる。

そこで当研究室では抽伸加工に関するFEM解析および加工実験を用いた調査を行い、加工条件が偏肉変化の挙動に及ぼす影響について定量的な評価を行っている。

金属材料を加工する際、用いる素材の材料特性に応じた適正な条件の下で加工を行うことが重要となる。材料特性を定量的に表現するために用いられる応力-ひずみ線図は一般に引張試験により測定されるが、引張試験は製造ライン外にて行われるため、個々の材料に対応した線図を測定することは現実的に難しい。

この問題に対して、製品の成形時に端材として切り出される箇所に前もって張出し加工を行い、得られた荷重-ストローク線図を用いて材料の応力-ひずみ線図を推定する手法を考案した。本手法は製造ライン上での適用が可能であるため、個々の材料特性のバラツキに応じた測定が可能となる。本手法について、加工条件が推定精度に及ぼす影響を調査し、適正条件の検討を行っている。