ICTP2011(10th International Conference on Technology of Plasticity)

Visualization of Contact Condition between Workpiece andDie During Stamping
神奈川工科大学 創造工学部 自動車システム開発工学科
非常勤講師 萩野直人
（平成 23 年度国際会議等参加助成 AF-2011004）
キーワード：薄板加工，超音波，接触状態

すように下金型の裏面に探触子（超音波センサ）を取り付けた．
燃料電池セパレータの加工を対象とし，被加工材は SUS304，

１．開催日時2011 年 9 月 25 日（日）～2011 年 9 月 30 日（金）板厚 0.1mm のステンレス薄板とした．加工中の反射波高比とスライド位置の計測結果を Fig.4 に示す．ただし，図中の反射波高比は，加工中に計測された反射波高を，金型が開いている

２．開催場所

場合の反射波高で除したものである．スライドの降下とともに

ドイツ アーヘン Eurogress Convention Center

反射波高比が低下し，下死点においてほぼ一定となった．以上の結果より，超音波を用い加工中の試験片と金型の接触状態の３．国際会議報告
3 .1 会議について変化を計測が可能であることが分かった．
さらに，超音波の反射特性に対する試験片材料の材質と厚さ

今回発表を行った 10th International Conference on Technologyの影響を調べた．まず，超音波の反射波と透過波の関係を調べ

of Plasticity (ICTP2011)は 1984 年に第一回が東京で開催され，た．Fig.5 に実験装置を示す．探触子および超音波探傷器を 2

その後４年に一度開催される金属加工に関する国際会議である．

台用い，反射波と透過波を同時に計測できるようにした．

今回はドイツのアーヘンで開催された．論文関しては講演発表

Fig.6 に反射波と透過波を同時計測した結果を示す．図中に示が 412 件，ポスターセッション 47 件と多数の論文が発表されす透過波高比は，加圧中に計測された透過波高を，試験片を挟た．平均して各セッション 5 編の発表とそれに対する活発な討

まずに最大荷重とした場合の透過波高で除したものである．

論が行われた．本研究は Deep Drawing セッションにて発表さ

荷重の増加とともに反射波高比が減少し，透過波高比は増加しれた．

た．またある面圧以上では，波高比はほぼ一定となった．これは接触面の状態が荷重によりほとんど変化しない，すなわち密3 .2 発表内容

着状態であると見なせる．よって，入射した超音波の一部が試

近年，精密部品の大量生産の要求が高まってきており，多く験片と金型の境界面で反射し，残りが透過することが分かった．の研究者によってネットシェイプ加工法の研究が行われている．

次に Fig,7 に示すように試験片の材質を変更し実験を行った．

サーボプレスは高精度の加工を行うことが可能であるが，プレその結果，材質により反射波高比は変化することが分かった．

ス加工中に製品と金型の間にわずかな隙間が生じてしまう場合

これは各材質の音響インピーダンスの差により，境界面におけがある．このわずかな隙間をセンサによって検出し,サーボプる超音波の反射率が異なるためであると考えられる．さらに，レスを制御できればネットシェイプ加工が可能となる．従来，材質を SUS304 とし，板厚を変更して実験を行った．その結果金属接触面の面圧を,超音波を用いて計測した研究が行われてを Fig.8 に示す．板厚が薄くなると，反射波高比は減少するこ

きた[1][2]．本研究では，この超音波法を用い製品と金型の接とが分かった．これは，試験片内における超音波の干渉などに触状態を計測する手法の開発を行った．

よる影響と考えられる．

まず，製品と金型の接触面における超音波の反射特性を調べた．Fig.1 に実験装置を示す．超音波探傷器，探触子（超音波謝 辞センサ）およびモデル金型で構成される．金型は鉛直下方に油本国際会議への参加に当たり，公益財団法人 天田財団より国圧シリンダを用いて加圧される．隙間を模した深さ 0.08mm の際会議等参加助成を賜りました．ここに厚く御礼申し上げます．

溝が加工された金型に SUS304，板厚 0.2mm の試験片をはさみ超音波の反射と特性を調べた．その結果を Fig.2 に示す．溝が参考文献

ない場合比べ，溝がある場合の接触面における超音波反射強度[1] Masuko, M., Ito, Y., 1969. Measurement of contact pressure bymeans of ultrasonci waves. Annals of CIRP XVII(3), p. 289-296.
[2] Takeuchi, A., Kimura, T., Wakabayashi, T., Ishimaru, H., Mori, H.,
2003. Early detection of abromalities in ball bearings using an
ultrasonic technique. Trans.of the JSME Series C 69 (687),
p.3086-3091 (in Japanese).
[3] Hagino, N., Endou, J., Katoh, S., Okudera, S., Maruyama, M.,
Kubota, M., Murata, C., 2010. In-process monitoring for press
forming. Steel research international 81 (9), p. 674-677.のピークは増加することが分かる．したがって，ピーク高さを計測することにより隙間の有無を調べることができる．このピーク高さを反射波高とした．
次に 3000kN の加圧能力を有するサーボプレスを用いて，実際のプレス加工中の反射波高の変化を計測した[3]．Fig.3 に示－ 315 －B1
Upper die

0.5

B2

Reflected wave height ratio Er

Reflected wave intensity I r

1.0

Fig. 5 Experimental apparatus used to investigate reflection
and transmission characteristics at boundary between
workpiece and die simultaneously.

Lower die
Stainless steel sheet(a) Without groove0.0
B1 *1.0Groove depth

Incidentwave
B1 *Upper die
B1Groove
Stainless steel sheet B2
Lower die

0.5 (b) With groove(hg =0.08mm)
0.035 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45
Distance from boundary between
probe and upper die h (mm)

0.8

42

Inner slide

0.6 Bottom dead centre
of inner slide
0.4
2345Time t (s)

41640

Et

0.6

Er

0.4
0.2
0

0.8
0.6
0.4
0.2

570
68
66
646260Reflected wave height ratio Er

Reflected wave height ratio Er

1.043ratio

0.8101520Mean pressure P (MPa)025

Fig. 4 Example trace of reflected wave height ratio duringstamping

Wokpiece thickness : 0.5mm
Workpiece material
SUS304CP1100P
A5052P
Max.
Ave.
Min.

1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0

5101520
Mean pressure P (MPa)25

Fig. 7 Effect of workpiece material on reflected wave heightratio.

Outer slide stroke So (mm)Reflected wave heightratio Er

1.2 Wave height

44

Outer slide

Inner slide stroke Si (mm)Fig. 3 Apparatus for measuring gaps between workpiece anddie during stampinga1

Fig.6 Relationship between reflected wave height andtransmitted wave height in simultaneous measuring.

Fig. 2 Effect of pressure on reflected wave height ofultrasonic waves with workpiece mounted.

1.4

1Transmitted wave height ratio Et

Fig. 1 Experimental apparatus used to investigate reflection
characteristics at boundary between workpiece and die

Workpiece material : SUS304
Workpiece thickness
0.5 mm
0.3
Max.
0.2
Ave.
Min.

1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0

5

101520Mean pressure P (MPa)25Fig. 8 Relationship between workpiece thickness and reflectedwave height ratio.

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