コイリングピン式で作製されたばねに発生する応力・ひずみ解析

自動車部品全般の軽量化によって設計応力が増加することに起因した、有効巻数の減少とばねピッチの増加に対して、設計のみならずその製造過程の最適化を検討する必要がある。本研究では、有限要素解析 LS-DYNA を用いた動的陽解法によってコイリングピン式コイリング加工のシミュレーションを実施し、コイリング加工によって生じるばね素線断面の応力・ひずみ分布を明らかにした。その結果、ばね素線の中立軸は、コイリング中の圧縮軸力によってコイルの外側に向かって移動した。しかしながら、コイリング後に若干の残留引張応力が残留した。これは、コイリング加工中にばねが激しい塑性変形に耐えたことを示唆しているが、この残留引張応力はコイリング中の引張軸力によってより多くの残留圧縮応力が生じる旋盤式コイリング加工で製造されたばねと比較して、疲労特性を低下させることを示唆している。このことは、コイリングピン式で製造されたばねには、残留引張応力を低減するために何らかの後処理が必要であることを示唆している。

One needs to consider the optimization for the decrease in the number of effective coils and the increase in the pitch of a spring not only in the design but also the manufacturing because of causing higher design stress due to weight reduction with all automobile parts. In this study, the simulation of coiling process with coiling pin system was carried out by the dynamic explicit method with finite element analysis, LS-DYNA, and revealed the stress and strain distribution caused by the coiling process in the cross section of the spring wire. As a result, the neutral axis of the spring wire moved toward the outside of the coiling because this movement was caused by the axial compression during the process. However, there was some residual tensile stress after the coiling. This suggested that the spring endured in severe plastic deformation during the coiling process, while the residual tensile stress effected the fatigue less compared to the spring manufactured by lathe system coiling, which caused more residual compressive stress due to the axial tension during the process. It should indicate that some post process to any spring made by coiling pin system might be needed for less the stress.

Coiling, Coiling Pin System, Lathe System, Finite Element Analysis, Dynamic Explicit Method