2017 Fiscal Year Research-status Report
Tapping Small Diameter Screw Threads with Ultrasonic Vibration
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17K06133
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| Research Institution | Nagano National College of Technology |
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Principal Investigator |
岡田 学 長野工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (70249788)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 機械要素 / 精密部品加工 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
小径のタップに超音波振動を与えながらめねじ加工を行った。おねじの加工が塑性加工である転造が主流になった現在でも、めねじの加工は切削加工であるタップ加工が主流である。
加工するねじのサイズは、一般的に市販されているタップの最小の呼び径であるM1とした。使用するタップの種類は、手作業の加工に使用されるハンドタップと、タップ盤等の機械による加工に使用されるスパイラルタップ（切屑は手前側へ排出）とポイントタップ（切屑は向う側へ排出）の３種類を使用した。めねじ加工を行うときの回転速度は、電動回転ステージに被削材を取り付けて回転させることによって、一定速度で回転するようにした。装置は超音波振動子の振動を、円錐型振動体（ホーン）によって振幅を拡大して、タップを加振した。超音波振動の周波数は、28kHz, 40kHz, 60kHzの３種類とした。振動を与えない場合についても実験を行った。ファンクションジェネレータで各周波数の正弦波を発生させて、それを増幅器で増幅して振動子を駆動した。増幅器の出力電圧は80Vとした。振動周波数の変化によって振動の波長が変化するため、ホーンは各振動周波数ごとに製作した。被削材はアルミ合金A5052の板で、厚さは3mm。めねじ加工の下穴径は0.75mmとした。
実験の結果、加工トルクは各タップとも、振動が無い場合に比べて振動を与えた場合の方が低下した。振動低下の比率は振動周波数が高い方が大きかった。振動を加えた場合に加工トルクが低下した理由は、他の超音波振動援用加工と同様に、超音波振動援用加工の基礎的効果と言われるBlaha効果、摩擦低減効果及び潤滑促進効果、ハンマリング効果等によるものと思われる。しかし、振動を加えるとタップが破損するトルクも低下した。ハンマリング効果による衝撃作用が脆性材であるタップの破壊も促進した可能性が考えられる。
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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
当初の計画通り、超音波振動が加工トルクに与える影響について、３つの周波数の超音波振動について実験を行った。
めねじ加工に使用するタップは、計画では１種類しか予定していなかったが、実際には３種類のタップを使って実験を行い、それぞれの加工について超音波振動が与える影響を調べることができたので、そのことに関しては当初の計画以上に研究を進展させることができた。
また、実験条件を安定させるため、前倒し請求を行い、加工実験に電動ステージを導入して、回転速度を安定させた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度については予定通りに溝無しタップを使用した、めねじの塑性加工を行う予定である。ただし、塑性加工によるねじ山の成形性を観察するときに、小径ねじの小さなねじ山を観察する必要性から、ディジタル顕微鏡を新規購入する予定だったが、平成29年度の前倒し請求の影響から予定を変更して、現有品のディジタルカメラによる撮影等で対応する。
平成31年度についても、予定通りにタッピンねじに超音波振動を適用する予定である。
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| Causes of Carryover |
購入品の予定購入価格に対して、実際の購入価格が時期により、納入業者により、ある程度変動することなどの影響から、次年度使用額が15千円生じた。
平成29年度に前倒し請求を200千円行ったことによって平成30年度と31年度の使用予定額が各100千円ずつ減少するが、出来るだけ当初の予定通りの実験等が行えるように、次年度使用額は平成30年度使用額と合わせて実験で使用する溝無しタップや被削材等の購入に充てたい。
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