製品の疲労強度に与える影響因子について
- 製品加工工程の違いによる疲労強度の影響について調査中です。
- 一般に疲労限度は、素材強度と表面の残留応力で決定されると考えますが、本件に関しては他にどの様な要素を考慮すれば寿命の違いを説明できるでしょう？
- プレス工程の影響で製品の疲労強度が低下しているが、具体的な原因は明らかではない。プレス肌による表面欠陥も疑われるが、寿命はプレスの方が長いため説明ができない。
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製品の疲労強度に与える影響因子について
製品加工工程の違いによる疲労強度の影響について調査中です。 製品は繰り返し荷重を与える事により下記３工程目のプレスであけた穴より亀裂が発生します。 製品の工程 １、鍛造（板厚7mm） ２、全面粗切削（板厚5.3mm） ３、プレス穴あけ ４、仕上げ切削（板厚5mm）（プレス破断面側のみ加工） 試作品として同一鍛造品を加工し３工程目の穴あけのみ機械加工（マシニング）した場合、疲労強度が大幅に低下します。（寿命時間1/10以下） 【質問】 一般に疲労限度は、素材強度と表面の残留応力で決定されると考えますが、本件に関しては下記理由により当てはまらない様です。他にどの様な要素を考慮すれば寿命の違いを説明できるでしょう？ １、素材は同一鍛造を使用している為、材料強度は同じ ２、表面の残留応力に影響を与えるのは切削工程であるが切削条件は同じ （実際に残留応力を測定してみましたが、量産品も試作品も同等で有りました） 唯一の違いであるプレス工程の影響である事は明らかですが、何が直接原因でしょうか？プレス肌による表面欠陥も疑いましたが、寿命はプレスの方が長く此方では説明出来ません。
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貴殿の記述内容からの推測では、素材の"応力除去焼きなまし"の差位しか 検討がつきません。 さて、製品加工工程の違いによる疲労強度の影響について調査中です…、 製品は繰り返し荷重を与える事により下記３工程目のプレスであけた穴より 亀裂が発生しますの記述ですが、繰り返し荷重は10の何乗回与えた結果なので しょうか？ 小生も疲労強度影響ではなく、鍛造工程で内部応力が蓄積され、全面粗切削で その内部応力が解放され、切削後の塑性変形や内部応力均衡が崩れた応力が 継続していて、“３のプレス穴明け”にて再び塑性変形や内部応力均衡が崩れ た応力が穴に向かい、微小クラックが入る事になります。それに、その穴が プレス加工なら、穴内面は荒れていて且つカエリが大きかったら、更に問題 となります。 以上のような内容を“応力集中”と言います。 “応力集中”は、穴や段付きコーナー部、切欠きに発生し易く、微小部分では 表面粗さの山形の切り欠き分でも起きます。 そして、発生した微小クラックや大きなカエリ部分のクラックが、繰り返し 荷重で成長し、目に見えるクラックとなり、問題化するが原因んと考えます。 解決策は、“３のプレス穴明け”前までに、"応力除去焼きなまし"をすると 良いでしょう。また、穴明けの内面が荒れないように、パンチとダイの管理 を充分に行ない、カエリ取り工程も追加すると良いのではないでしょうか？ 穴明けによる応力集中やその穴明けの面粗度等による応力集中と考えます。 穴明けにより、例えば応力が10％増加すれば、１０＾7回クリアが、１０＾5 から１０^6程度まで低下した。 S-N曲線をみれば判ると思います。 １０＾7回をぎりぎりクリアした応力と、１０＾5の応力又は１０^6の応力が 何％増加しているかを確認する方法等で。
疲労強度の低下は穴あけによる応力集中が原因のように思います。実際の 材料で疲労強度を実測すると，かなりばらつきのある数値になります。 穴部への集中応力を緩和する方策が，強度改善の糸口のように思います。 添付資料の48ページ以降をご覧下さい。 >切削加工面よりプレス加工面の方がミクロ的には欠陥（切欠き）となり不利 な方向となる様に考えます。 プレス加工面は塑性変形を伴なったせん断面ですので，穴の近傍は加工硬化 による強度の向上が認められ，一方切削面は加工硬化はほとんどないと思い ます。この考えに基づけば強度は 切削加工面＜プレス加工面 と言うこと になります。
お礼
コメント有難う御座います。 問題点は素材と穴形状が同じでも加工方法によって疲労限度が大幅に異なるという点です。（この現象に関しては10以上の供試品で確認済みであります。） 応力集中の視点から言うと、切削加工面よりプレス加工面の方がミクロ的には欠陥（切欠き）となり不利な方向となる様に考えます。 （しかし結果は逆であります） これらの現象を繋ぎ合わせる説明に苦慮しています。
補足
色々確認してきて、プレス面の面状態が良い方向に作用しているのではないかと考えています。 プレス時の側方力によりプレス面に圧縮の残留応力があるのかも知れません。
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