Creation and Production...Rapid prototyping 押出し成形 射出成形 ブロー成形 熱成形 ... New manufacturing method for high-mix low-volume production ......

創 成 学Creation and Production

平成23年 機械・知能系 ５セメスター

そう せい がく

平成25年度 機械・知能系5セメ5th semester

機械システムデザイン工学専攻Department of Mechanical Systems and Design

准教授 山口健Takeshi Yamaguchi

[email protected]

目的 Objective

「ものづくり」に必要な工学技術について，材料と成形加工技術に関する知識と発想を学ぶ．

To learn knowledge and ideas of materials and fabrication processes necessary for manufacturing 

(Monozukuri)

創成学授業計画 Schedule

4/11  材料加工法概説

Introduction to material processing4/18  素材の創成：設計と材料の関係

Creation of materials : relation between design and material4/25 素材の創成：表面の性状

Creation of materials : characteristics of surface5/2  成形加工：鋳造

Forming processes : casting5/9 成形加工：塑性加工

Forming processes : plastic forming5/16 成形加工：粉末成形

Forming processes : powder processing5/23 中間テスト

Mid‐term examination

創成学授業計画 Schedule

5/30 除去加工：切削加工

Machining and finishing processes : machining processes6/6 除去加工：研削加工

Machining and finishing processes : grinding processes6/13 除去加工：特殊加工

Machining and finishing processes : advanced processes6/20 付加加工：接合・溶接

Joining processes : welding and bonding6/27 付加加工：表面処理・表面加工

Joining processes : surface treatment and modification7/4 環境にやさしい創成

Green design and manufacturing7/11 期末テスト

Final examination

成績評価の方法と基準 Evaluation method

・出席点 Attendance（30%）毎回行う小テストを提出すること．Submission of a quiz after every class

・中間テストMid‐term exam（35%）・期末テスト Final exam（35%）

以下の項目に基づいて成績評価を行う．Evaluation will be based on the following results. 

製品が出来上がるまで Steps involved in product design and manufacturing

市場調査製品要求事項の決定

Definition of product needs; marketing information

材料・製造方法の選定Material specification;

process selection

概念設計と評価Conceptual design and

evaluation

試作品の製造・評価Prototype production and

evaluation

設計図・手順書の作成Production drawings;Instruction manuals

試験生産 Pilot production

生産 Production

梱包 Packaging

製品・出荷 Product

成形加工・塗装・組立Manufacturing:

forming; machining; paint; assembling 設計・規格調査など

Design ; standard review検査 Inspection

主な製品の部品点数 Approximate number of parts in products

製品Product

部品点数Number of parts

シャープペンシルMechanical pencil

( )

芝刈り機Rotary lawn mower

( )

グランドピアノGrand piano

( )

自動車Automobile

( )

航空機Boeing 747-400

( )

複合材料Composites

工業材料の分類 Engineering materials

(                      )

(                        )(                        )

(                       ) (                      )

自動車の構成材料 Constituent materials of automobile

ゴム rubber

アルミ合金，銅合金aluminum, copper alloys

ウレタンurethane

プラスチックplastics

繊維, 皮革fiber, leather

鉄鋼材料 steelガラスglass

鉄鋼材料Steel 55%

鋳鉄 Cast iron11%

( )13%

( )9%

( )3％

構成材料materials

その他Others 7％

ガラス Glass2％

銅製油圧チューブ

真鍮，鋼製ボルト

鍛鋼製クランクシャフト

ブランク鋼製平歯車

鋳造アルミシリンダヘッド

黒鉛被覆鋳造アルミ合金製ピストン

銅合金製ブラシ

コネクティングロッド

セラミックスハウジング

鋳造性シリンダボアライナ

自動車用エンジンの構成要素およびその材料

Various components of automotive engine and the materials used in making them

材料加工において考慮すべき事項

Points to be considered in material processing1. (                                   )

2. (                                   )

3. (                                   )

4. (                                   )

5. (                                   )

6. (                                      )

7. (                                      )

8. (                                      )

9. (                                      )

設計要求に応じて適切な加工方法を選択する必要がある．Needs to select a particular manufacturing process based on requirement and within constraint conditions

主な材料加工法 Manufacturing processes成形加工 除去加工 付加加工

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

めっき、蒸着

Forming processes Removal processing Joining processes

鋳造 Casting processes

( )

型：使い捨てExpendable pattern and mold

型：使い捨て，繰り返し使用Expendable mold, permanent pattern

型：繰り返し使用Permanent mold

焼き流し鋳造 ロストワックス 単結晶鋳造 融解紡糸

砂型鋳造 シェル型鋳造 セラミック型鋳造

金型鋳造 ダイキャスト 遠心鋳造 溶湯鍛造

塑性加工 Plastic forming processes

( )

( )

( )

( )

平板圧延 形材圧延 リング圧延 ロール鍛造

自由鍛造 閉そく型鍛造 頭部成形 せん孔加工

直接押出し 冷間押出し 引き抜き 管引き抜き

( )

( )

( )

( )

塑性加工 Plastic forming processes

打ち抜き加工 切断 穴抜き 穴あけ加工

曲げ加工 折り曲げ加工 ロール成形 深絞り加工

ストレッチフォーミング ハイドロフォーミング へら絞り 磁気パルス成形

樹脂の成型方法 Polymer processing

( )

熱可塑性樹脂Thermoplastics

熱硬化性樹脂Thermosets

ラピッドプロトタイピングRapid prototyping

押出し成形 射出成形 ブロー成形 熱成形

圧縮成形 引き抜き成形 真空バッグ成形 トランスファー成形

光造形 熱溶融樹脂法 3次元プリンタ 薄膜積層法

( )

( )

( )

( )

除去加工 Removal processing

旋盤加工 ドリル加工 フライス加工 ブローチ加工

ワイヤ放電加工 化学加工 レーザー加工 ウォータージェット加工

平面研削 センタレス研削 ラップ加工 電気化学研磨

( )

( )

( )

( )

接合・溶接 Bonding and welding

被覆アーク溶接 MIGアーク溶接 フラックス入りワイヤアーク溶接 TIG溶接

摩擦撹拌接合 抵抗溶接 爆発溶接 冷間圧接

接着 機械締結 流動はんだ付け ろう付け

各種方法で加工された製品の例 Examples

アルミホイールAluminum wheel⇒ ( )

プラモデルplastic model⇒射出成形

( )金剛力士像Standing Kongo Rikishi⇒ ( )

金の指輪Golden ring⇒ ( )

配管 piping⇒ ( )

2ピース缶 2 piece can⇒ ( )

100円硬貨 ¥100 coin⇒ ( )

加工法の特性比較 Characteristics of various processes

○：良、△：やや良、×：不良

加工法 process

鋳造 casting

塑性加工 plastic forming

粉末成形 powder forming

射出成形 Injection molding

切削加工 machining

研削・砥粒加工 grinding

特殊加工 advanced machining

溶接 welding接着剤による接合

Adhesive bonding

表面処理 Surface treatment

成形加工

Form

ing

proc

esse

s

除去加工

Rem

oval

pr

oces

sing

付加加工

Join

ing

proc

esse

s

汎用性生産速度

材料のロス

寸法精度

表面性状

中空構造

材質改善

× × × ×○ ○ ○

× × × ×○ ○○

× ×○ △ △ △△

× × ×○ △ △△

× × ×△ △△ △

×○ ○△ △ △ △

× ○ ○ ○ ○△△

× △○ × ○○ △

× ○○ △ △ △△

Versatility SpeedMaterial

loss Accuracy Surface roughness

Hollow structure

Material modification

Excellent Good Difficult

材料加工における技術的課題 Technical problems in material processing

（１）(                                                         )

（２）(                                                         )

（３）(                                                          )e.g ) 生産を始めるまでに必要な準備を行う時間（ ）の短縮e.g.) Reduction in (                                     )(preparation time before production)

（４）(                                                            )e.g.) 多品種小量生産に対する新しい加工法e.g.) New manufacturing method for high-mix low-volume production

（５）環境にやさしい加工技術 Environmentally friendly                        manufacturing technology

e.g.) ( )

本日のまとめ Today’s summary

創成学では「ものづくり」に必要な工学技術について，材料と成形加工技術に関する知識と発想を学ぶ．In this class, knowledge and ideas of materials and fabrication processes necessary for manufacturing (monozukuri) is given.

最適な製品を最小工程で短時間に製作するには、多くの加工法の知識が必要。A lot of knowledge of fabrication method is needed to manufacture desired products in less processes and a short time.

材料加工には、成形加工、除去加工、付加加工の3種類がある。Material processing is classified into forming, removal and joining processes.

加工方法にはそれぞれメリット、デメリットがあり、材料や形状、寸法等に合わせた方法を選択する必要がある。Optimal processes should be selected based on materials, shapes, dimensions, and etc.

http://www.glocaldream.mech.tohoku.ac.jp/yamaguchi/sousei2013.html

今週の授業内容と来週のテキストは下記ホームページからダウンロードしてください。

Download the handouts from the following URL.