1994 Fiscal Year Annual Research Report
マイクロトライボロジーと超精密加工の境界領域における物理現象の分子動力学的検討
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05650137
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
前川 克廣 茨城大学, 工学部, 助教授 (20126329)
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| Keywords | マイクロトライボロジー / 超精密切削加工 / コンピュータシミュレーション / 分子動力学 / 原子間ポテンシャル / 摩擦 / 摩耗 / 加工限界 |
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| Research Abstract |
本研究は計算機実験の一手法である分子動力学法を用いて原子レベルの切削加工実験を行い,加工機構や加工限界を明らかにすることを目的とした.とくに,ナノスケールの切削における工具-被削材間の摩擦と工具摩耗に焦点を当て,ダイヤモンド工具を用いて銅単結晶を直交切削する場合について検討した.主な成果をまとめると次のようになる.
(1)計算時間の効率化を目的とした領域限定分子動力学法を提唱した。これを基礎に,初期モデルの作成から結果のグラフィック表示までをワークステーション上で一貫して行えるシミュレーションプログラムを作成した.
(2)工具-被削材間の摩擦の変化を界面ポテンシャルの凝集エネルギーの相違と仮定して切削シミュレーションを行った.マクロな切削と同様に,原子レベルにおいても摩擦の大小が切屑生成に大きく影響する.
(3)工具原子間ポテンシャルの凝集エネルギーを減少させることによって,工具切れ刃の摩耗現象を再現した.摩耗,被削材原子と工具原子の相互拡散および脱落した工具原子の工具への再凝着の過程から成る.
(4)界面ポテンシャル形状と工具摩耗は最小切削厚さ,すなわち機械加工限界にも影響し,界面原子同士あるいは工具原子同士の相互作用が強いほど最小切削厚さは薄くなる.
(5)銅完全単結晶(111)面を[101]方向に切削する場合の最小切削厚さは2原子層,このときの仕上げ面変質層深さは10原子層程度である.
(6)銅単結晶中に原子空孔や刃状転位が存在する場合には,切れ刃から進展する転位との相互作用によって,仕上げ面内部の原子配列の大きな乱れや切削抵抗の増大を引き起こす.
(7)ナノスケールの切削におけるトライボロジー現象が切屑生成や仕上げ面性状に及ぼす影響は,マクロな切削におけるものと類似する.
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[Publications] 前川克廣,伊藤彰彦: "ナノ切削機構の基礎研究(第1報)-計算機モデルと一二の結果" 1994年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. 165-166 (1994)
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[Publications] 前川克廣,伊藤彰彦: "機械加工限界の分子動力学的検討" 1994年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集. 98-103 (1994)
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[Publications] 前川克廣,北條 寧: "ナノ切削機構の基礎研究(第2報)-材料欠陥がある場合の切屑生成-" 1995年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. (1995)
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[Publications] 前川克廣,伊藤彰彦,北條 寧: "ナノスケールの切削におけるトライボロジー現象の分子動力学的検討" 日本機械学会論文集(A編). (1995)
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[Publications] K.Maekawa A.Itoh: "Friction and Tool Wear in Nanoscale Machining-a molecular dynamics approach" Wear. (1995)
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[Publications] K.Maekawa Y.Hojo: "Computer-Aided Simulation of Tribological Aspects in Macro-and Nano-Scale Metal Machining" Proc.8-IPES,Compiegne,France. (1995)
