原子レベルの機械的表面創成機構の分子動力学による解明とその極限精度加工への応用

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05402030
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 井川 直哉 大阪大学, 工学部, 教授 (60028983)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 打越 純一 大阪大学, 工学部, 助手 (90273581) ; 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 / 計算機シミュレーション / 分子動力学 / 加工精度 / 仕上面性状

Research Abstract

本研究は、分子動力学法を用いて、原子レベルでの除去加工機構および加工精度の到達限界を明らかにし、その結果を実用機械加工技術に応用して極限精度での加工を実現しようとするもので、今年度の主な成果は次の通りである。
1.分子動力学解析と極微小切削実験の結果から、工具が安定して工作物表面を削り取り得る限界の厚さである最小切り取り厚さは銅で1nm、アルミニウムで2nm程度であること、また工具輪郭の仕上面への転写精度も同じ程度であることを示した。
2.アルミニウムの仕上面品位が銅に比べて低いのは、工具・被削材間の相互作用が強く、被削材の塑性変形抵抗が低いことにもとづくことを示した。
3.ダイヤモンド工具の微小損耗機構は被削材との熱化学的な相互作用にもとづくことを明らかにし、界面での反応を考慮した分子動力学解析手法を提案し、工具損耗のシミュレーションを可能にした。
4.加工機構に及ぼす加工速度の効果を分子動力学を用いて明らかにし、銅の切削においては物理的な限界速度が1700m/s程度であること、また、200m/sの付近に、切削抵抗、仕上面あらさ観点から、最適の速度域が存在することを示した。

Research Products

• [Publications] S.Shimada: "Brittle-Ductile Transition Phenomena in Microindentation and Micromachining" Annals of the CIRP. 44. 523-526 (1995)
• [Publications] S.Shimada: "Molecular Dynamics Analysis in Microstructure of Diamond Turned Surface" Proc.SPIE. 2576. 396-405 (1995)
• [Publications] S.Shimada: "Molecular Dynamics Analysis of Nanometric cutting pricess" J.JSPE. 29. 283-286 (1995)