分子動力学を応用したナノメートルレベルでの微小切削機構の解明

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03452112
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 井川 直哉 大阪大学, 工学部, 教授 (60028983)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大森 義市 大阪大学, 工学部, 講師 (80029040) ; 島田 尚一 大阪大学, 工学部, 助教授 (20029317)
• Keywords: 超精密切削 / 切削機構 / 分子動力学 / コンピューターシミュレーション / 最小切り取り厚さ / 切削抵抗

Research Abstract

銅およびアルミニウムの極微小切削において、切り取り厚さがナノメートルレベルにまで小さくなっても、安定した切くずが排出されることは前年度までの実験によって確かめられている。このように、切り取り厚さにして数原子層の極微小切削における加工機構を解明するには従来の連続体力学にもとづくマクロなアプローチでは不十分であり、本研究では、原子・分子のレベルで変形・破壊を取り扱うことのできる分子動力学の手法を切削現象の解明に導入して解析を行った結果、次の成果を得た。
1.切り取り厚さがナノメートルレベル以上での極微小切削実験結果と、サブナノートルレベル以下での分子動力学法にもとづく解析結果は、切くず形態、切削抵抗の観点からは良い整合性を示し、本手法の有用性が明らかになった。
2.分子動力学法による解析から、機械が理想的に運動している時の最小切り取り厚さは工具切れ刃稜丸み半径の1/10〜1/20であり、現実的に実現可能な切れ刃稜丸みから、切削加工精度の到達限界は1nm以下であると考えられる。
3.面あらさ、加工変質層などの仕上面性状の観点からも加工精度の到達限界はやはり1nm程度であると考えられる。
4.加工精度限界を支配する要因として、工具切れ刃稜丸みおよび被削材の機械的特性の影響が大きく、工具・被削材間の相互作用、切削条件の影響は比較的小さいと考えられる。
5.極微小切削における加工機構そのものは、従来のマクロな切削加工におけるそれと大きな相違はないと考えられるが、工具切れ刃稜の微視的構造による加工精度への影響は極めて大きいことが明らかになった。

Research Products

• [Publications] N.Ikawa,S.Shimada H.Tanaka: "Minimum Thickness of Cut in Micromachining" Nanotechnology. 3. 6-9 (1992)
• [Publications] S.Shimada,N.Ikawa,G.Ohmori,H.Tanaka,J.Uchikoshi: "Molecujar Dynamics Analysis as Compared with Experimental Results of Micromachining" Annals of the CIRP. 41. 117-120 (1992)