Visualization of Contact Condition between Workpiece andV-shape Die (Metal Forming 2012)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 24 年度国際会議等参加助成 AF-2012032）
キーワード：薄板加工，超音波，接触状態
１．開催日時

そこで，図 4 に示すようにブリネル硬度と密着圧力の関係を

2012 年 9 月 16 日（日）～2012 年 9 月 19 日（水）調べた．ブリネル硬度が大きいと PF も増加することが分かる．
これは，傾斜面に平行な力が加わることにより試験片にせん断

２．開催場所力が発生し，それが波高比に影響している可能性がある．一方，ポーランド クラクフ

縦波で入射した超音波が横波に変換される事も考えられるため，

AGH-University of Science and Technology

さらに詳しく調べる必要がある．また，波高比が一定となった
ときの波高比と試験片の音響インピーダンスの関係を調べた．

３．国際会議報告

その結果を図 5 に示す．試験片の音響インピーダンスが増加す

3.1 会議についてると，反射波高比は減少し，透過波高比は増加する傾向がみら

今回発表を行った Metal Forming 2012 は 1974 年に第一回がれた．これらの傾向は平面の場合と同様であった．

開催され，その後 2 年に一度開催される金属加工に関する国際さらに，超音波の反射・透過特性に対する試験片の厚さの影会議である．今回はポーランドのクラクフで開催された．論文

響を調べた．接触面圧と反射および透過波高比の関係を図 6 に関しては講演発表が 403 件と多数の論文が発表された．平均し示す．試験片の厚さを変更しても，密着圧力はほとんど変化して各セッション 5～6 編の発表とそれに対する活発な討論が行なかった．よって密着圧力は材質による影響が大きいといえる．

われた．本研究は sheet forming セッションにて発表された．

次に波高比が一定となったときの波高比と試験片の音響インピーダンスの関係を調べた．その結果を図 7 に示す．平面では，3.2 発表内容

反射および透過波高比は板厚により変化したが，傾斜面においプレス加工においてネットシェイプ加工法を実現するためにても波高比は板厚に影響されることが分かった．図 7 に示すよは金型形状を高精度で製品に転写する必要がある．従来，超音うに反射波高比が減少するとき，透過波高比も減少する傾向が波を用いて金属接触面の接触面圧を計測した研究が行われてき見られた．一方，平面においては，反射波高比が減少するとき，た[1]．著者らは金型と製品の接触状態を超音波を用いて計測透過波高比は増加した．これは，試験片内における超音波の伝する手法の開発を行っている[2][3]．本研究では，この手法を達経路が長くなり，挙動が平面の場合と異なってくると考えら

傾斜面を有する金型に適用し，傾斜面における超音波の反射・れる．また，前に述べたように，傾斜面方向のせん断力が発生透過特性を調べた．

し，それが波高比に影響している可能性がある．

図 1 に実験装置を示す．超音波探傷器，探触子（超音波セン以上の結果より，傾斜面を有する金型においても，超音波のサ）およびモデル金型で構成される．金型は 90°の V 角度を反射波あるいは透過波を計測することで金型－試験片間の接触有する．金型の間に薄板の試験片を挟み，鉛直下方に油圧シリ状態を計測できることがわかった．

ンダを用いてされる．超音波の反射と特性を調べた．その結果

謝 辞を図 2 に示す．金型と試験片の接触面圧が増加すると，反射波高比は減少し，透過波高比は増加した．また接触面圧が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55MPa を超えると，波高比はほぼ一定となった．これは接触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．

面の状態が荷重によりほとんど変化しない，すなわち密着状態であると見なせる．この波高比がほぼ一定となる圧力（以下；参考文献

密着圧力 PF と表す）は平面の場合[3]と比べ大きい．傾斜面に[1] Masuko, M., Ito, Y., 1969. Measurement of contact pressure bymeans of ultrasonic waves. Annals of CIRP XVII(3), p. 289-296.
[2] Hagino, N., Endou, J., Katoh, S., Okudera, S., Maruyama, M.,
Kubota, M., Murata, C., 2010. In-process monitoring for pressforming. Steel research international 81 (9), p. 674-677.
[3] N. Hagino, J. Endou, S. Katoh, S. Okudera, M. Maruyama, M.
Kubota, 2011.Visualization of Contact Condition between
Workpiece and Die During Stamping, Steel research int. 2011
Special Edition, p.390–395

超音波を入射すると，その入射面が楕円状になり，平面の場合の入射面より大きくなる．そのため金型や試験片の表面にある傷や表面粗さによる影響を受けやすくなることや，経路長が異なってくることなどが原因であると考えられる．
次に試験片の材質を変更して実験を行った．その結果を図 3に示す．材質を変更すると，PF が変化することが分かる．

ー 253 ー

Pressure of fixedcontact PF [MPa]6050403020100050100150
Brinell hardness HB

200

1.2
0.8

1ET

0.4

Max.
Ave.
Min.

0.2

ER

0.6

0.8

SUS304(JIS)C1100P(JIS)A5052P(JIS)

0.6
0.4
0.20

図 5 試験片の音響インピーダンスと反射および透過波高比の関係

0.6
0.4
0.2

1

Transmitted wave
height ratio ET

Max.
Ave.
Min.

01.2
0.8
0.6
0.4

1.2
10.8
0.6
0.4

Max.
Ave.
Min.

0.200.2

1.2

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
Mean pressure P [MPa]

図 2 V 字金型の傾斜面における接触面圧と反射および透過波高比の関係

0.6
0.4
0.2

10.8
0.4
0.2

Reflected wave
height ratio ER

01.2
10.8

Max.
Ave.
Min.

Workpiece material
SUS304(JIS)C1100P(JIS)A5052P(JIS)

0.6
0.4
0.2
0

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
Mean pressure P [MPa]

図 6 V 字金型の傾斜面における反射および透過波高比に対する試験片厚さの影響

0.6

Reflected wave heightratio ER

Transmitted wave
height ratio ET

01.2

Workpiece thickness
0.2mm0.3mm
0.5mm

10.8

1.20.8

図 3 V 字金型の傾斜面における反射および透過波高比に対する試験片材質の影響

ー 254 ー

1Max.
Ave.
Min.

0.6
0.40.205 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
Mean pressure P [MPa]

1.2
ET

1

ER
00.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Workpiece thickness t [mm]

0.8
0.6
0.4
0.2
00.6

Transmitted wave heightratio ET

Reflected wave
height ratio ER

10010203040506
Acoustic impedance of workpiece Z [10 kg/(m 2s)]

101.2

0.8

Reflected wave
height ratio ER

Transmitted wave
height ratio ET

図 1 V 字金型の傾斜面における超音波の反射および透過特性の実験・計測装置

1.2

Transmitted wave heightratio ET

Reflected wave heightratio ER

図 4 試験片硬度と密着圧力の関係

図 7 試験片厚さと反射および透過波高比の関係