成形プロセス：材料の成形操作|製造科学
成形プロセス：材料の成形操作
操作番号 1。ローリング ：
通常、上部ロールは各パス後のギャップを制御するように調整されます。広範なマテリアルハンドリングの問題を回避するために、ロールの回転方向を逆にする機能を備えていることが望ましい。その結果、ワークピースは連続したパスで前後に移動します。場合によっては、3つの高さの圧延機を使用してスペースを最適化することができます。
熱間圧延中は、ジョブが継続的に冷却されるため、時間の経過を最小限に抑える必要があります。これは、圧延機のレイアウトにおける主要な考慮事項の1つである必要があります。通常、ジョブの移動はサポートロールを提供することによって容易になります。仕事が十分に長くて柔軟である場合、最初のパスが完了する前でさえ、3つの高さの圧延機に2番目のパスを供給するための何らかの配置を提供することができます。これは、一般にルーピングミルとして知られているものによって達成されます。
一般にドラフトとして知られる、与えられた面積の減少に対して、ロールを曲げる傾向があるロール分離力は、式（3.20）で与えられるロール半径Rとともに直線的に増加します。
したがって、ロールの曲げたわみは、大きなドライブロールを使用して非常に効果的かつ経済的に制御することはできません。ロールのたわみを減らすためのより良い、より経済的な方法は、バッキングロールを使用することです。
この図では、バッキングロールを使用する2つの異なる方法が示されています。ロール分離力はドライブロールの半径に依存するため、これらは常に小さいサイズに保たれますが、バッキングロールは剛性を高めるために大きな半径が提供されます。
ただし、ある程度のロール曲げは避けられませんが、ロール分離力により曲げる非円筒状ロール（図3.36a）を使用することで対応できます。ロール間の均一なギャップ（図3.36b）。図3.36aに示すロールは、凸状のキャンバーを備えたロールと呼ばれます。図3.36cで説明されているように、キャンバーのないロールでは、圧延されたストリップの厚さが中央でより厚くなります。ロールを端で支えられた太くて短い梁と考えると、中央でのたわみは次のように表すことができます-
操作番号 2。鍛造 ：
（iii） プレス鍛造：
繰り返しの打撃の代わりに、プレス鍛造では徐々に力が加えられます。ただし、作業の複雑さによっては、最終製品を入手するために一連のダイが必要になる場合があります。ここで、ダイの2つの半分の位置合わせは、ドロップ鍛造よりも問題が少ないことは明らかです。操作は一気に完了するため、空気と余分なダイ潤滑剤を逃がすための対策を講じる必要があります。
多くの場合、偽造する必要があるのはジョブの一部だけです。一般的な例は、ロッドの一端でのボルトヘッドの鍛造です。このような局所的な鍛造作業は、一般にアプセットとして知られています。動揺操作は、図１および２に示されるように、閉鎖および開放の両方であり得る。それぞれ3.38aと3.38b。明らかに、この操作には棒材の縦方向の圧縮が含まれます。
したがって、座屈を防ぐために、鍛造されるサポートされていない長さに関して、次の規則が守られています。
（a）オープン操作では、サポートされていない部分の長さ（l）は3dを超えてはなりません。dはジョブの直径です。
（b）lが3dを超える場合は、ダイの直径D≤1.5dで閉じた操作を実行する必要があります。
（c）閉じた操作中に、サポートされていない長さがダイキャビティ（図3.38c）を超えてl 1 の量だけ伸びた場合 、次にl 1 ≤d。
（i）角の周りの金属の流れを容易にするために、適切なフィレット半径を常に提供する必要があります。これは、コーナー付近の金属の過度のダイ摩耗や破壊を防ぐのにも役立ちます。
（ii）成形パターンの場合と同様に、ここでもすべての垂直面に適切なドラフトを与えて、ダイからジョブを簡単に削除できるようにする必要があります。
（iii）すでに述べたように、フラッシュと呼ばれる余分な材料を収容するために、ダイのエッジの周りにスペースを設ける必要があります。このフラッシュを受信するには、フラッシュガターを用意することをお勧めします。
熱間鍛造では、鍛造品は通常、その後の全体的な仕上げ操作を受けないため、ダイの寸法には（冷却後の製品の収縮を補うために）収縮許容値を含める必要があります。鍛造金型は、大きな負荷がかかるため、通常、高炭素または中炭素合金鋼で作られています。硬度（R c ）ダイの通常は45〜60の範囲です。
操作番号 3。描画：
描画操作は、主にバーとワイヤーの直径を小さくするために使用されます。線引き速度は、大径の場合の10 m / minから非常に細いワイヤの場合の1800m / minまで変化します。操作を開始するには、ストックの開始端をより小さな直径にスエージ加工して、ダイに簡単に挿入できるようにします。
通常、大型のダイは高炭素鋼または高速度鋼でできていますが、中型のダイには炭化タングステンが使用されます。細いワイヤーを引くために、ダイはダイヤモンドで作られています。
操作番号 4。深絞り：
ただし、ブランクホルダーからの過度の圧力は、材料をダイに簡単に引き込むのに抵抗します。描画比率（r j として定義）の場合 / r d ）が1.2以下の場合、ブランクホルダーがなくても操作が可能です。図3.43に示すように、ブランクとダイのプロファイルの厚さによっては、より高い絞り比の値を実現できます。
ただし、ここで説明するように、実際の状況は正反対です。従来の再描画（図3.44a）では、材料はブランクホルダーとダイコーナーの周りで反対方向に曲がります。一方、逆引きでは（図3.44b）。材料は一方向、つまり外側と内側のダイコーナーに沿ってのみ曲がります。極端な場合、図3.44cに示すように、ダイに丸いエッジを設けることができ、その結果、材料の動作がそれほど厳しくなりません。
初期操作中にある程度のひずみ硬化が発生するため、通常、再描画操作を開始する前に（延性を回復するために）アニーリングすることをお勧めします。
一般に、金属の流れはワークピース全体で均一ではなく、ほとんどの場合、不要な金属を除去するために、描画されたパーツをトリミングする必要があります。このようなトリミングは、手動操作または別のトリミングダイを使用して行うことができます。
操作番号 5。曲げ：
操作番号 6。押し出し：
押し出しは、最も可能性が高く有用な金属加工プロセスの1つであり、塗布方法にはさまざまなバリエーションがあります。高温と低温の両方の条件下で実行できます。熱間押出しは、作業負荷を軽減するのに役立ちますが（特に高強度材料の場合）、冷却装置や急速なダイの摩耗など、より多くの問題が発生します。
すでに説明した単純な前方押し出しプロセスの分析から、この直接プロセスでは、ビレット全体を前方に移動する必要があり、大きな摩擦損失と高い摩擦損失が発生することが明らかです。作業負荷。この高い作業負荷の結果として、コンテナは高い半径方向の応力にさらされます。
前述の問題は、ビレットが静止したままの後方押し出しプロセスを使用することで回避できます。したがって、摩擦力はビレットとコンテナの間に存在せず、ダイとコンテナの境界面でのみ作用します。後者の大きさは、前方押し出しプロセスで遭遇する摩擦力の大きさよりもはるかに小さい。したがって、作業負荷が軽減され、ビレットの長さに依存しません。
図3.51に示すように、ラムと一緒にマンドレルを使用して管状セクションを押し出すこともできます。初期ブランク形状に応じて、開（図3.51a）と閉（図3.51b）の両方の最終製品を得ることができます。マンドレルは、図3.51cに示すように、ラムまたは別の本体に固定できます。
断面が不均一な複雑な形状のジョブを作成するには、スプリットダイを使用したクローズドキャビティ押し出しを使用できます。このプロセスはクローズドダイ鍛造に似ており、図3.53cに示されています。
操作番号 7。パンチングとブランキング：
パンチングとブランキングは、金属ストリップのせん断を伴う最も一般的な板金操作ですが、（i）ノッチング、（ii）ランシング、（iii）スリット、 （iv）ニブリング、および（v）トリミング。
ニブル操作では、外側の境界またはパンチ穴から始まる重なり合うノッチを作成することにより、板金から複雑な形状を切り出します。特別な工具を使用せずに、小さな寸法の単純な円形または三角形のパンチが固定位置で往復運動します。シートメタルは、カットの目的の形状が得られるようにガイドされます。トリミングとは、フランジまたはフラッシュの余分な材料を取り除くことです。
スペースと時間を最適化するために、同じアセンブリで複数のダイとパンチのセットを使用して、1回のストロークで複数の操作を実行できます（図3.56）。このようなアセンブリは、一般に複合ダイとして知られています。図3.56では、ブランキングパンチとダイが反転した位置にあることに注意してください。内穴の穴あけは、ブランキングの前に実行する必要があることは明らかです。場合によっては、描画（または曲げ）とブランキングの組み合わせも経済的に使用されます。
上記の状況では、複数の操作が1つの場所でのみ実行されます。ただし、さまざまな場所で一連のダイパンチ要素を使用することもできます。ここでは、各ステーションで1つの操作が実行され、金属ストックが次のステーションに進められます。したがって、連続運転が可能である。このようなダイのアセンブリは、プログレッシブダイと呼ばれます。
円形の空白では、複数の行を選択することによってのみ、スクラップの節約を実現できます。
操作番号 8。高エネルギー率の成形プロセス：
これまでに説明したすべての金属成形プロセスでは、従来のエネルギー源が使用されます。これらに加えて、化学的、磁気的、および放電などのエネルギー源を使用することができます。このようなすべてのプロセスでは、エネルギーフローの速度がはるかに高次であるため、これらは一般に高エネルギーレート（HER）プロセスと呼ばれます。移動体の運動エネルギーは速度の2乗に比例するため、高速で移動する比較的小さな物体から大量のエネルギーを供給することができます。
ここで、前述の3つのケースでのエネルギー放出率について考えてみましょう。最初のケースでは、消費される一般的な時間は約0.5秒であり、150kWの電力を示します。ドロップハンマーが停止するまでに約0.06秒かかり、関連する電力は1.25MWであることがわかります。爆発操作は約0.0007秒で完了し、107MWの電力を意味します。これは、最後のケースが最もコンパクトであるだけでなく、最も強力なマシンになることを示しています。高速成形操作、すなわち爆発性および放電成形は、前述の原理に基づいている。
i。爆発成形 ：
小さな部分では、衝撃波面全体が限られたスペースで利用されますが、大きなオブジェクトでは、波面の一部のみが使用されます。明らかに、制限のない操作は効率が低くなります。ただし、爆発成形での制御の必然的な欠如により、制限された操作でダイが故障する危険性が高くなります。
伝送媒体として水を使用した場合、得られるピーク圧力pは次の式で与えられます–
非拘束成形）は、スタンドオフ距離の少なくとも2倍である必要があります。そうしないと、多くのエネルギーが失われ、操作の効率が低下します。さまざまな種類の工具を使用して、さまざまな形状を形成できます。一般に、材料特性に対するプロセスの影響は、従来の成形の場合と同様です。
電気油圧式成形の場合と同様に、電磁成形の場合も、電気エネルギーは最初にコンデンサバンクに蓄えられます。このエネルギーは、スイッチを閉じることによってコイルを介して放出されます。コイルは磁場を生成します。このフィールドの強度は、電流の値によって異なります。金属ワークピースはこの磁場（時間とともに変化する）にあるため、電流がジョブに誘導され、それが独自の磁場を設定します。
操作番号 9。コイニング：
コイニングは、薄くて平らなワークピースに（横方向の制約のために）厚さの望ましい変化を与えるクローズドダイ鍛造操作です。名前が示すように、このプロセスは、コインや、ダイフェースの明確な印象を必要とする他の同様のオブジェクトの作成に広く使用されています。
操作番号 10。ねじ山の回転：
ボルトやねじなどのねじ山付きオブジェクトの大量生産では、2つの平らな往復ダイ（または反対方向に回転するねじ山付きロール）を使用して、プラスチックを介してワークピースのねじ山を取得できます。変形。これは基本的にローリング操作であるため、スレッドローリングという名前が付けられています。
操作番号 11。 チューブピアス ：
シームレスチューブの製造は非常に重要であり、通常、チューブのピアシング操作によって実現されます。この操作では、反対方向に回転する2つの傾斜したローラーによって、固体の棒材が一方の端でマンドレル上を流れるように強制されます。ローラーの速度と傾斜量が送り速度を決定します。この操作は高温状態で行われます。
操作番号 12。回転 ：
紡績工程では、回転面を持つ物体が板金から製造されます。ブランクは、回転するフォームダイに対して保持され、特殊な形状のツールまたはローラーを使用して、シートメタルブランクがこのダイの上に置かれます。操作中に板金が同時に薄くなる場合、そのプロセスはせん断紡糸と呼ばれます。
操作番号 13。ストレッチフォーミング ：
板金の曲げ加工では、圧縮応力が常に発生します。特定の状況では、これが局所的な座屈やしわを引き起こすのに十分な大きさになる場合があります。このような問題は、操作中に金属ストリップに張力をかけたままにすることで回避できます。伸展と曲げを同時に行うこのプロセスは、ストレッチフォーミングと呼ばれます。
複合材料