分子動力学による機械加工における加工速度の効果と限界の解明

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07455415
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 島田 尚一 大阪大学, 工学部, 助教授 (20029317)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 打越 純一 大阪大学, 工学部, 助手 (90273581)
• Keywords: 機械加工 / 高速切削 / 加工速度 / 分子動力学 / 計算機シミュレーション / 速度限界

Research Abstract

本研究は、分子動力学法を用いて、実験技術の限界を超える高速加工条件下での切りくず排出や仕上面創成などの機械加工現象におよぼす加工速度の効果を解明し、合わせて、高速加工における原理的な速度限界の究明することを試みるもので、今年度の主な成果は次の通りである。
1.分子動力学法で解析できるモデルの大きさには計算機の能力にもとづく限界がある。そのため、工具と並進する境界から工具に向かって連続的に原子を流入させる解析モデルを開発し、固定境界に影響されず切削距離がある程度大きくなった定常切削状態での分子動力学解析を可能にする手法を提案した。
2.分子動力学法は電子の存在を考慮していないため、電子の移動に基づく金属内の熱伝導は模擬できない。しかし、原子の運動エネルギ分布に適当な補正を加えることによって、熱伝導を加速し、金属の微小切削における切削温度分布を模擬できる手法を提案し、高速加工における限界速度を支配する主要因である加工温度分布の解析手法を確立した。
3.以上の手法を総合して、高速切削、研削における加工機構を解析するための分子動力学解析手法を確立し、加工速度の物理限界は被削材の凝集エネルギーによって支配され、動においては1,700m/s付近は加工速度にの限界であることを明らかにした。

Research Products

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