2016 Fiscal Year Research-status Report
難削材切削時の工具寿命予測のための生成エントロピー重畳法の開発
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16K06021
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| Research Institution | Chuo University |
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Principal Investigator |
井原 透 中央大学, 理工学部, 教授 (80134831)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 工具摩耗構成式 / 工具欠損構成式 / 準転位理論 / 構成凝着層 / エントロピー生成 / 難削材 / 摩耗および欠損の構成式重畳法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
切削開始から定常状態になる迄の間の摩耗経過および欠損進展経過の予測を行なう理論開発、および凝着現象の成長を促す条件を明らかにして凝着の工具刃先の保護効果を説明するという研究目的に対し、本年度は申請計画にしたがい工具すくい面と逃げ面に関する摩耗経過と欠損状況に関する各種計測を実施した。その結果、凝着層は摩耗と欠損に多大な影響を及ぼすことが確認された。
そこで、凝着層の一種である構成凝着層のすくい面上での核形成過程を①切りくず内における「損傷の進行によって解放される弾性ひずみエネルギー」「塑性仕事が熱となって散逸されるエネルギー」「ひずみ硬化に費やされる散逸エネルギー」の和と②工具境界層における「凝着によるスティック・スリップで散逸されるエネルギー」「界面で増加する弾性ひずみエネルギー」「塑性仕事が熱となって散逸されるエネルギー」の和を、等温仮定の下で算出した生成エントロピーを比較することによって、①②のいずれかの最小側で破壊するという条件を用いることによって決定する手法を提案した。本成果は焼入れ鋼の場合に関する論文として精密工学会に報告し、現在、掲載可の状況となっている。研究協力者「高橋幸男氏」は同論文共著者となっている。
また、同手法の提案に先立ち、実験成果および考察を日本機械学会のMechanical Engineering Journalに報告している。研究協力者「何偉銘氏」が論文共著者となっている。
さらに、申請した本年度計画の実験的検証および予測理論に向けた検討に関しては、炭素鋼切削の場合と難削材インコネルの場合について、寿命予測の理論に向けた検討を行ない、同成果を精密工学会にて講演発表している。
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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
本研究の目的は切削開始から定常状態になる迄の間の摩耗経過および欠損進展経過の予測を行なう理論開発、および凝着現象の成長を促す条件を明らかにして凝着の工具刃先の保護効果を説明することにある。この目的に対し、本年度は申請計画に従って、工具すくい面と逃げ面に関する摩耗経過と欠損状況に関する各種計測を実施し、凝着層が摩耗と欠損に多大な影響を及ぼすことを確認し、刃先保護作用を有する構成凝着層のすくい面上での核形成過程を決定する手法を提案している。この成果は摩耗経過および欠損進展経過の予測を行なう構成式を作成するうえでの要になると考えているので良好なスタートが切れたと判断される。
実際、本年度計画となっている摩耗と欠損に関する構成式の作成に関し、摩耗に関しては準転位理論を用いた工具表面への負荷サイクルによって工具が劣化した後に摩耗粉が生ずるという概念のもとで摩耗経過を同定する構成式が作成できているので、これに上記成果を考慮することで最終目的を達成できるものと考えられる。しかしながら、欠損に関しては構成式が未だ完成できていないので、摩耗と欠損の重畳法はできていないが、研究協力者らによるチタン合金、インコネル、コバルトクロム合金等の難削材の切削実験ではたびたび欠損が生じ、同工具切れ刃エッジの観察・測定はできているので、欠損に関する構成式の作成という遅れが生じている進捗を、研究協力者とのディスカッションを深めることによって挽回できる予定である。
なお、実験的検証および予測理論に向けた検討に関しては、炭素鋼切削の場合と難削材インコネルの場合について学会にて講演発表できているので進捗はおおむね良好だと判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、まず欠損に関する構成式作成の遅れを、研究協力者とのディスカッションを深めることによって挽回する計画である。このため、まずは欠損進展状況の計測と欠損に関する生成エントロピーの試算を繰り返す。次いで、欠損に関する構成式ができたところで摩耗に関する構成式との重畳法を検討する。具体的には以下の推進方策を取る。
①欠損進展状況の計測と欠損に関する構成式の作成 (1)対象が欠陥となるため、大学設備であるSEM、CTスキャン、AFM、レーザー照射強度測定機等の利用時に共同研究者高橋氏に補助をしてもらい、4月に開始して8月迄に目途をつける予定である。2) 8月～12月に欠損進展を同定する構成式を作成し、2～3月にかけてサクサワット博士の評価を受ける。
②摩耗構成式および欠損構成式の重畳手法の完成 (1)既に作成した摩耗構成式および今年度作成する欠損構成式を基に、9月から生成エントロピー算出に基づいた重畳法の検討に着手し、翌年1月迄に重畳手法の完成を目指す。なお、算出するデータは次の３つである。「等温過程近似データ：準転位領域の結合力に切りくず流出速度をかけて単位面積あたりの仕事Aを算出する。また、扁平楕円欠陥周りの弾性歪エネルギー解放率を求めて単位体積当たりの仕事Bを算出する。」「生成エントロピー和のデータ：上述した量を、各瞬間あたりの各部位における温度で除して求めた値の和を算出する。」「生成エントロピーの積算量データ：第1項で求めた量A,Bを各瞬間あたりの各部位における温度で除し、AおよびBの履歴で積算する。」(2)検証実験を行なう。
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Research Products
(6 results)
