Study on cooling method of tool cutting edge using coolant containing fine bubbles
Project/Area Number |
21K04717
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
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Research Institution | Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute |
Principal Investigator |
國枝 泰博 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 研究開発本部機能化学材料技術部プロセス技術グループ, 研究員 (80746206)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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Keywords | クーラント / 微小気泡 / 熱伝達 / タッピングトルク試験 / 切削加工 / 切削油 / 熱伝達率 |
Outline of Research at the Start |
航空機部品に用いられるチタン合金等の難削材をエンドミル加工すると工具刃先が高温になるため工具損耗が著しく改善が求められている. 本研究では,工具刃先の温度上昇を抑制するために,気体・密度等を変えた微小気泡を各種クーラントに添加したときの熱伝達率変化を明らかにし,熱伝達率が向上する条件を明らかにする.また,微小気泡を添加したクーラントに最適なクーラントノズル形状を提案し,工具刃先冷却効果を向上させ難削材の高速切削加工の実現を目指す
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Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、クーラントの熱伝達率がクーラントの種類や微小気泡の状態による変化を明らかにし、クーラントの熱伝達率すなわち冷却能力を向上させることを目的としている。また、件研究では、得られた知見により工具刃先冷却を促進させる方法を提案する。本年度は、微小気泡添加クーラントを利用するためのクーラント供給装置とクーラントの切削性能を評価する実験方法を検討した。 ①クーラント供給装置 本研究で用いている微小気泡発生装置では、気泡の直径が1マイクロメートル以下のUFBとそれ以上のFBの両方が発生する。FBのような大きな気泡はクーラントの熱伝導率を阻害することが計算より求められた。従来型のクーラントポンプで供給する方法では、供給時に大きな気泡が発生しクーラントの熱伝導率を低下させてしまうため、大きな気泡の発生を抑制した供給方法を新たに考えた。その方法を採用すると、工具にクーラントを供給する際に用いるノズルに工作機械で多用されているフレキシブルノズルを用いても大きな気泡が抑制されていた。 ②クーラントの切削性能を評価する実験方法 クーラントメーカでは、クーラントの切削性能をタッピングトルク試験で評価することが多い。タッピングトルク試験とは、雌ネジをタップ工具でクーラントを供給しながら加工し、その時に発生する加工トルクを測定し、その大小により切削性能を評価する方法である。タッピングトルク試験を採用することにした理由は、加工条件が厳しく発熱も大きいことから工具冷却の評価方法として適切であると考えたためである。本年度は、実験方法を検証し評価方法を確立した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
令和4年度の計画では、(Ⅰ)クーラントの熱伝達率測定装置の構築、(Ⅱ)微小気泡クーラントの熱伝達率の解明、(Ⅲ)クーラントノズルの最適化の途中までが完了している予定であった。それに対し、(Ⅰ)クーラントの熱伝達率測定装置の構築が完了し、(Ⅱ)微小気泡クーラントの熱伝達率の解明および(Ⅲ)クーラントノズルの最適化に関しては途中までとなっており計画に対してやや遅れている。ただし、令和5年度に着手予定の(Ⅳ)微小気泡添加クーラントが工具寿命に与える影響に関しては、切削性能の評価として先行して取組んだ。 (Ⅱ)微小気泡クーラントの熱伝達率の解明に関しては熱伝達率の計算がうまくいかず、遅れている。また、(Ⅲ)クーラントノズルの最適化に関しては、微小気泡添加クーラントの利用技術として大きな泡が発生しにくいクーラント供給装置を検討したが、熱伝達評価までは至っておらずやや遅れている。 以上のことを総合的に考慮して「やや遅れている」と判断した。
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Strategy for Future Research Activity |
令和5年度は、熱伝達率の評価方法を熱伝達率の逆問題に対する計算方法もしくは十分加熱したブロックを冷却した際の温度変化により評価する方法のどちらかに決定し、微小気泡添加クーラントの熱伝達を評価する。また、考案した大きな泡の発生が抑制されたクーラント供給装置が微小気泡添加クーラントの熱伝達率向上に寄与するか否かを評価する。さらに、微小気泡添加クーラントの切削性能をタッピングトルク試験により評価し、実加工に適用したときの利用方法を考察する。
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Report
(2 results)
Research Products
(1 results)