材料の不均質性を考慮した多軸応力下における自由表面あれ挙動予測モデリング

摘要

多結晶金属を塑性変形させると，工具と接していない自由表面で表面あれが発生する．この自由表面あれは製品の美観を損ね，摩擦潤滑や凝着，精度などにも影響を及ぼす．特にマイクロ加工では肉厚に対する粗さの相対的割合が大きくなり成形限界に．影響するため，表面あれの予測が非常に重要となる．表面あれをモデリングするには，発生原因である材料の不均質性を評価·考慮する必要がある．Zhaoらは各結晶粒の方位を考慮することにより不均質性を表現し，結晶塑性を用いて表面あれを解析している．山口らは結集粒に見立てた要素に変形抵抗差を与えることで不均質材料モデルを考案している．しかし結晶塑性モデルは，精度は非常に高いが計算が複雑で予測に膨大な時間がかかる．後者は2種類のみの要素を規則的に並べたもので，実際の材料の不均質性を十分には表現しておらず，また表面あれ挙動を予測するためのものではない．このように表面あれの実用的な予測モデルはまだ無いのが現状である．本研究は複雑な計算を用いず，かつある程度の精度を有する実用的な自由表面あれ3次元予測モデルの考案を目的とした．材料の不均質パラメータとしては，材料固有である単軸応力状態下での表面粗さの増加の傾きに注目し，これを不均質パラメータとして－解析モデルに反映させることで表面あれ挙動の予測を行った．