Development of wood forming method with high hydrostatic pressure that achieves large deformation and high strength

开发实现大变形、高强度的高静水压木材成型方法

• 批准号: 22K04773
• 负责人: 梶川 翔平
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: The University of Electro-Communications
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04773/
• 关键词: 木材・木質材料; 塑性加工; 静水圧効果; 大変形; 金型

2022年度は，密度が異なる2種類の材料（スギ，ウリン）に対して簡易金型を用いた鍛造加工実験を行い，鍛造加工時における静水圧状態が小型容器の成形性に及ぼす影響を調査した．また，高静水圧プレス金型の設計および製作を行った．主な実績は以下の通りである．(1) 鍛造加工時において，内部に空隙が多いスギ材と比べ，高密度なウリン材の場合に流動変形が生じやすい傾向を示した．スギの場合，圧密変形量は大きいものの，圧密完了後の流動変形が生じにくい．(2) プレス方向に対する木材の年輪方向によって，変形挙動は大きく変化した．繊維方向に圧縮する場合，繊維間の剥離が生じやすく，パンチが接触する部分のみが圧密され，高密度化しやすい．一方，半径方向に圧縮する場合，材料全体が圧密・高密度化しやすい傾向を示した．特に，加工初期から高密度なウリン材の場合，半径方向圧縮の場合において，高密度化からの流動変形が生じやすいことがわかった．(3) 形状が異なる種々のパンチを用いることによって，鍛造加工時における材料の静水圧状態を変化させた結果，静水圧が高いほど型の端部まで充填しやすく，成形品密度も向上した．一方で，型端部にて材料を十分に圧密するためには，金型・木材間の摩擦の低減も必要であることが示唆された．(4) 高静水圧プレス金型の設計を行った．本金型を用いることによって，下部から背圧を加えた状態で，木材をプレスし，変形させることができる．簡易金型を用いた鍛造加工実験の結果に基づき，必要となる背圧や，金型の表面処理の検討なども完了した．

2022年，我们利用简易模具对两种不同密度的材料（雪松和尿素）进行了锻造实验，研究了锻造过程中的静水压力状态对小型容器成形性的影响．我们还设计和制造了高静压压力机模具。主要成果如下。 (1) 在锻造过程中，高密度尿素材料比内部空隙较多的杉木材料更容易发生流动变形。以雪松为例，虽然固结变形量较大，但固结完成后不太可能发生流动变形。 (2) 变形行为根据树木年轮相对于压制方向的方向而变化很大。当沿纤维方向压缩时，纤维之间容易发生分离，仅与冲头接触的部分被固结，从而导致高密度。另一方面，当沿径向压缩时，整个材料趋于固结和致密化。特别是，在加工初期就具有高密度的尿液材料的情况下，发现当沿径向压缩时容易发生由于高密度而导致的流动变形。 (3)由于采用各种不同形状的冲头，改变了锻造时材料的静水压力状态，静水压力越高，越容易填充到模具的边缘，成型品的密度也提高。产品也得到了改进。另一方面，有人提出，为了使模具边缘处的材料充分固结，还需要减少模具与木材之间的摩擦。 (4)设计了高静压压力机模具。通过使用该模具，可以在从底部施加背压的同时对木材进行加压并使其变形。基于简单模具的锻造实验结果，我们还完成了模具所需的背压和表面处理的研究。