2017 Fiscal Year Annual Research Report
Micro textuing of hard-to-cut materials using micro milling tool of nano polycrystalline diamod
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16H04251
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| Research Institution | Chubu University |
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Principal Investigator |
鈴木 浩文 中部大学, 工学部, 教授 (20282098)
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2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ナノ多結晶ダイヤモンド / 超精密切削 / セラミックス / テキスチャリン / 回転工具 / cBN工具 / 微細加工 / 断続切削 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，断続切削可能な「マイクロフライス工具」に着目し，レーザ加工を応用してナノ多結晶ダイヤモンド等のマイクロフライス工具の創成技術を開発し，硬質脆性材料のセラミックスに対して，微細で構造的な超精密形状の創成を目指し，そのメカニズムを明らかにすることを目的に，H29年度は以下について実証試験を行った．
１．ナノ多結晶材料製マイクロフライス工具の試作 (1)工具の形状を設計し，CAMデータを基に工具を試作した．工具は超硬のシャンクにロウ付けしてから，レーザ加工した．(2)摩耗特性を比較するため，先端がシャープなものとアール加工をしたものを試作した．(3)刃数，すくい角，逃げ角，ランド幅（逃げ面幅）を変化させ，様々な形状の工具を試作した．
２．ナノ多結晶材料製マイクロフライス工具の摩耗特性評価ナノ多結晶材料（NPCD，NPCBN）の刃先のエッジのアールなど工具の仕様を変化させ，摩耗特性を評価した．試作した工具を超高速空気静圧スピンドルに取り付け，平面形状のセラミックス（超硬合金，SiC），難削材（Ti）を切削加工し，様々な形状の工具の摩耗速度を比較評価した．(1) 摩耗の評価法：工具をスピンドルに取り付けた直後と，所定の切込回数毎に，カーボン板をダミー材としてプランジカットし，その形状を非接触形状測定装置により計測し，そのデジタルデータからPCにて摩耗量を計算・評価した．(2)単結晶ダイヤモンドやｃBNの各結晶方位と比較しながら，ナノ多結晶材料（NPCD，NPCBN）に対するセラミックスの耐摩耗特性を評価し，データベース化した．
３．NPCD製マイクロフライス工具による回折型非球面金型の加工特性の評価 最も優れた形状の工具を用いて，非球面・微細形状の超硬合金，SiC金型を超精密切削し，表面粗さ，形状精度，摩耗量の変化を評価し，従来の砥石を用いる研削加工と比較調査した．
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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
本研究では，断続切削可能な「マイクロフライス工具」に着目し，レーザ加工を応用してナノ多結晶ダイヤモンド等のマイクロフライス工具の創成技術を開発し，硬質脆性材料のセラミックスに対して，微細で構造的な超精密形状の創成を目指し，そのメカニズムを明らかにすることを目的に，H29年度はおおむね予定通りに実証試験を行うことができた．
ナノ多結晶材料製マイクロフライス工具の試作では，工具の形状を設計し，CAMデータを基に工具を試作した．工具は超硬のシャンクにロウ付けしてから，レーザ加工した．摩耗特性を比較するため，先端がシャープなものとアール加工をしたものを試作した．刃数，すくい角，逃げ角，ランド幅（逃げ面幅）を変化させ，様々な形状の工具を試作した．
次に，ナノ多結晶材料製マイクロフライス工具の摩耗特性評価ナノ多結晶材料（NPCD，NPCBN）の刃先のエッジにおいて摩耗特性を評価した．試作した工具を超高速空気静圧スピンドルに取り付け，平面形状のセラミックス（超硬合金，SiC），難削材（Ti）を切削加工し，様々な形状の工具の摩耗速度を比較評価した．摩耗の評価法は，工具をスピンドルに取り付けた直後と，所定の切込回数毎に，カーボン板をダミー材としてプランジカットし，その形状を非接触形状測定装置により計測し，そのデジタルデータからPCにて摩耗量を計算・評価した．単結晶ダイヤモンドやｃBNの各結晶方位と比較しながら，ナノ多結晶材料（NPCD，NPCBN）に対するセラミックスの耐摩耗特性を評価できた．
NPCD製マイクロフライス工具による回折型非球面金型の加工特性の評価については，最適な工具形状を用いて，非球面・微細形状の超硬合金，SiC金型を超精密切削し，表面粗さ，形状精度，摩耗量の変化を評価し，従来の砥石を用いる研削加工と比較調査できた．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は以下のように推進する．
１．ナノ多結晶cBN製マイクロフライス工具の摩耗特性評価 ナノ多結晶ｃBN（NPBN）の刃先のエッジのアールなど工具の仕様を変化させ，摩耗特性を評価する．試作したNPBN工具を超高速空気静圧スピンドルに取り付け，平面形状のTi合金を切削加工し，摩耗速度を比較評価し，従来の砥石を用いる研削加工と比較調査する．(1)摩耗の評価法：NPCDの評価と同様に行う．(2)NPCDに対するセラミックスの耐摩耗特性を評価し，データベース化する．(3)耐摩耗性を考慮し，最適な工具形状を明らかにする．(4)NPCBNの構造をX線回折，TEM（大学内）にて観察し，加工に伴う表面と内部の変化を観察する．
２．ナノ多結晶cBN製マイクロフライス工具によるTi合金のテキスチャリングの加工特性の評価 最も優れた形状のナノ多結晶cBN製工具を用いて，Ti合金のテキスチャリング形状を超精密切削し，表面粗さ，形状精度，摩耗量の変化を評価し，従来の旋削加工の結果と比較調査する．同時４軸（X,Y,Z,C）超精密加工装置ULG100DSH3（位置決め分解能1nm），ZYGO社製表面粗さ計NewView6200，三鷹光器㈱製形状測定器NH3SPを用いて評価する．生体融合性の評価は，様々なピッチのパターン溝形状：矩形，円弧，溝幅：2～20µm，深さ：1～5µm）のTi合金試験サンプルを中部大学で作製し，東北大学にて生体細胞の融和性を評価する．
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