2015 Fiscal Year Research-status Report
トライボ圧縮静水圧による局所的材料硬化を活用した高品位切削法の新開発
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15K05753
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
清水 淳 茨城大学, 工学部, 教授 (40292479)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
周 立波 茨城大学, 工学部, 教授 (90235705)
小貫 哲平 茨城大学, 工学部, 准教授 (70400447)
尾嶌 裕隆 茨城大学, 工学部, 講師 (90375361)
山本 武幸 茨城大学, 工学部, 技術職員 (40396594)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | トライボロジー / 機械工作・生産工学 / 計算物理 / 静水圧 / 加工変質層 / バリ / 工具 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
切削による除去加工において，延性材料ではバリを代表とする余分な塑性変形を，脆性材料では，き裂の拡大による破壊を極力低減させることが，加工後の表面品位を向上させるために求められている．本研究では，すべりないし転がり接触圧により，延性・脆性材料の加工領域に局所的に圧縮静水圧を付与することで材料を硬化させ，簡便に余分な塑性変形やき裂を抑制しつつ精密かつ高品位に切削する新手法を開発する．これにより，研削を用いなければ得難いとされている圧縮静水圧環境を切削にも導入可能となり，高表面品位の加工が実現できると考えられる．
平成27年度は，まず，提案手法の効果と工具の設計指針を明らかにするため，分子動力学シミュレーションモデルを構築し，アルミニウムおよびシリコンを被削材に想定し，すべりおよび転がり治具を付与することによって切削点近傍に局所的に圧縮静水圧環境を付与できる剛体ダイヤモンド工具による切削過程のシミュレーションを試みた．その結果，双方の材料に対しても，切削点直下の領域にGPaオーダの圧縮静水圧環境が生成され，バリの低減が達成可能なことを明らかにした．
次に，シミュレーション結果を参考にしつつ，実際にすべり治具を付与した局所圧縮静水圧生成型切削工具の製作を試みた．汎用性を考慮して，金属用の局所圧縮静水圧生成型工具は，市販の切削工具を複数組み合わせて連結させる工夫によって実現させた．一方，脆性材料用の局所圧縮静水圧生成型工具は，単結晶ダイヤモンド工具に対し，ピコ秒パルスレーザ照射による除去加工を施すことにより，治具と切削工具が一体型となる方式で実現させた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
まず，局所静水圧生成型切削工具のモデルを用いた分子動力学シミュレーションを遂行した結果，切削点近傍における準静水圧の付与と，バリの低減が認められた．次に，金属用に市販工具の組合せによるすべり治具付き静水圧生成型切削工具を試作できた．また，脆性材用に単結晶ダイヤモンド工具のピコ秒レーザ加工により，すべり治具一体型の静水圧生成型切削工具を試作できた．これらの成果は，ほぼH27年度の研究計画に記載した予定のとおりに進んだために得られたことから，おおむね順調と判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度に，当初の予定のとおりに分子動力学シミュレーションによって局所静水圧付与型切削の有効性が示され，また，すべり治具付き工具が試作できたことから，平成28年度の計画に示したように，すべり治具付き静水圧付与型工具による延性・脆性材料の実切削による性能評価と，転がり治具付き静水圧付与型工具の設計・試作に取り組む方針である．
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| Causes of Carryover |
平成27年度にすべり治具を付与した局所圧縮静水圧生成型切削工具の試作はある程度できたものの，平成28年度の実切削による性能評価を受けて，さらなる工具の改良が必要になることが高確率で予想されることと，それに伴い実切削実験における学生アルバイトへの人件費が当初予想より膨らむ可能性が高いことから，それらに対する費用を平成28年度に先送りすべきと判断したためである．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
比較的早期に各種工具を購入して改良型工具を製作するとともに，学生アルバイトを起用しての追加実切削実験を遂行する．
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