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要旨集●Vol.40 No.1（2005年３月発行）
研究報告
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p.36
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青山隆之，鈴木繁雄，川本敦史，野田卓，
小笹俊博，加藤丈幸，伊藤天
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This paper presents an analysis
of noise occurrence at a diesel engine, and a design
to prevent the noise which occurred unperiodically
with frequency over 5kHz. The mechanism of noise occurrence
was assumed to be as follows. The noise occurred when
the following conditions were combined: (1) cavitation
appeared in the oil film at the main bearing, (2)
main journal vibration in the radial direction induced
further appearance and collapse of the cavitation.
The mechanism was verified by the following items
derived from numerical analyses and experimental results,
(a) the existence of cavitation at the time of noise
occurrence, (b) the instability of the main journal-oil
film, (c) the simultaneous fluctuation of the combustion
pressure.
Finally, the observation of
excited oil film and the measurement of noise were
conducted simultaneously by making a test rig based
on the mechanism in order to investigate the relation
between the cavitation and noise. The noise occurred
when the cavitation reached the atmosphere at the
end of oil film. The reaching of cavitation was prevented
by cutting a ring groove at the end of a circular
piece, and the noise was reduced. The noise reduction
was confirmed on an actual engine by using a main
bearing with grooves cut at both ends.
エンジンの振動・騒音は，多くの研究や技術開発によって低減されてきたものの，未解決の課題も存在する。その一つに，ディーゼルエンジンにおける主軸受油膜のキャビテーションの発生・崩壊に起因する高周波数かつ断続的なノイズがある。このノイズの解析法および防止法を解説する。このノイズは，以下の３つの条件
(①軸受油膜のキャビテーションの存在，②軸‐軸受系の不安定状態の存在，③軸の高周波加振力の存在) が重なったときに発生するというメカニズムを仮定し，数値解析
(質量保存を考慮した弾性流体潤滑解析と軸‐軸受系の不安定性解析) および実験によって妥当性を確認した。次に，上記ノイズ発生メカニズムを基に，キャビテーションとノイズの関係を明らかにするために，油膜を加振した際の油膜可視化実験を行った。その結果，加振によって崩壊したキャビテーションが，大気に到達した際にノイズが発生することを明らかにした。また，軸受端部に油を満たした溝を設置しキャビテーションの大気への到達を防止することで，ノイズを防止できた。このノイズ防止法は実機においても効果を確認できた。
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P.43
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田中利秋，中西広吉，与語康宏，近藤小有里，
土屋能成，鈴木寿之，渡邊敦夫
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Hot forging is a manufacturing method that is applied
to a wide variety of high-strength automotive components.
To satisfy demands for lower costs and shorter production
preparation times, it is vital that we be able to
predict the die life. Around 70 % of the die failures
that occur in hot forging processes result from the
wear that occurs as the temperature of the die increases.
In this paper, we describe a newly developed technology
that can be used to predict the temperature and wear
of the dies used in hot forging. Through an examination
of axisymmetric dies, we found that the amount of
wear in the dies can be forecast using a model composed
of the cumulative friction work of the metal flow
on the surfaces of the dies and the yield strengths
of the die materials at elevated temperatures. We
also found that the die temperature can be predicted
by applying a cooling model that considers the relationship
between the heat transfer coefficient and the Reynolds
number of the lubricant jets that are generally used
in hot forging. Using the cooling and die load models,
we were able to determine the hot forging die life
with sufficient accuracy at the process design stage.
We have also developed a process design CAE system,
based on our wear and cooling models, which is capable
of predicting the die wear life and temperature.
自動車用強度部品の素形材は熱間鍛造により大量に生産されており，一層のコスト低減や生産準備期間の短縮が求められている。この型寿命の70%は型温度上昇と関連した摩耗である。そこで，熱間鍛造金型の温度と摩耗量を設計段階で予測，寿命確保するための技術を開発した。第1ステップとして，軸対称金型を対象に検討し，金型の摩耗は，型表面を流動する材料により生ずる摩擦仕事量と温度上昇によって軟化した型強度からなる予測式により求められることを明らかにした。次いで，熱間鍛造時に噴流方式で潤滑剤を吹付ける場合の状態量としてレイノルズ数を取り上げ，金型冷却能との関連を解明した。その結果，温度予測が可能な冷却モデルを提案した。これらの摩耗や冷却モデルを用いて，工程設計段階で金型温度と摩耗寿命を予測するシステムを構築した。
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P.50
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澤村政敏，与語康宏，近藤小有里，田中利秋，
中西広吉，鈴木寿之，渡邊敦夫
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We have been developing a process design CAE system
to predict die wear life in the process design stage
for the hot forging of steel. Our goal is to reduce
production costs by shortening the development period,
while maximizing the life of the die. In our system,
we use an expression that defines the relationship
between die wear, die strength, and friction factors,
such as die pressure, sliding speed, and the coefficient
of friction. To predict the die wear life with high
precision, it is important to obtain the actual coefficient
of friction and the heat transfer coefficient for
use in a die temperature analysis that considers both
heat and deformation. It is also important to clarify
the effect of these friction factors on the die softening
and wear. For this study, we considered the use of
a hot forging die with a forging machine that is typically
used for the production of connecting rods and so
on. We determined the lubricant adhesion and the heat
transfer coefficient variation that results from spraying
lubricant, by performing a lubricant spray model test.
Moreover, we devised a new hot ironing test to obtain
the relationship between the coefficient of friction
and the lubricant conditions, as well as the relationship
between the friction factors and die temperature.
鋼の熱間鍛造において，工程設計段階で型摩耗寿命を予測し得る工程設計支援システムの開発を行っている。その目的は，生産準備期間の短縮や長寿命な型設計による生産コストの低減である。このシステムでは，型摩耗量と面圧，すべり速度，摩擦係数等の摩擦因子や型強度との関係を式で表している。型摩耗寿命を高精度で予測するためには，熱-変形連成温度解析に必要な実際の摩擦係数や熱伝達係数を得ることが重要である。また，型軟化や摩耗に対するそれらの摩擦因子の影響割合を明らかにすることも重要である。我々が現在開発しているシステムでの対象型は，コンロッドなどの生産に使用している鍛造機用の熱間鍛造型である。我々は，潤滑剤スプレーモデル試験を用いて，潤滑剤スプレーによる潤滑剤付着性および冷却における熱伝達係数の変化を得た。また，我々は新たに熱間しごき形試験法を提案し，潤滑条件と摩擦係数の関係や摩擦因子と型温度の関係を得た。
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