2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of a fixed abrasive polishing method combined with the Magnetic Abrasive Finishing Process
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18K03866
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
鄒 艶華 宇都宮大学, 工学部, 准教授 (10516678)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 隆之介 宇都宮大学, 工学部, 准教授 (20312861)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 磁気研磨法 / 固定砥粒研磨法 / 複合研磨 / 難削材 / 高能率加工 / 高精度加工 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，高品位高能率加工が求められる難削材などに対して，微細磁性粒子ブラシによる精密仕上げと固定砥粒研磨法を融合させた新しい磁気援用固定砥粒研磨法を提案し，高精度と高能率の両立を図る．また，本手法は良好な精密仕上げ面と高能率除去との両立を可能とするだけでなく，既存の工作機械への適用も容易であることから，当分野に大きく寄与することも期待される．
本研究で提案する磁気援用固定砥粒研磨法では，磁気ブラシの形成および分離・再生が適切に行われることが重要である．平成30年度にはまず磁気ブラシ形成及び作用条件を検討した．その結果，砥石寸法が直径10mm，高さ10mmの軸付電着砥石に対して砥石の上部にリング状のNd-Fe-B磁石を取り付けることにより磁石と反対側の工具端面に磁気吸引力が発生し，磁気ブラシが形成されることが確認された．形成された磁気ブラシは工具回転数が8000min-1に達しても遠心力によって分離することは無く，加工に十分な磁気吸引力が発生しているといえる．
次いで，加工対象に応じた加工条件の最適化と難削材への適用を目的として実験的検討を行うため，研究代表者，研究分担者の双方で加工装置を試作した．試作した加工装置を用いて，それぞれ，アルミナセラミックス，Ti合金に対して本研究で提案する手法を適用しその効果を検証した．その結果，いずれの材料に対しても既存の手法に比べて高能率，高品位化が達成されることが示され，その効果は負荷荷重や磁性粒子径などの加工条件によって異なることが明らかとなった．
また，これらの研究成果をまとめ，学会発表を行い、特許出願を予定している．
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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
平成30年度にはまず磁気ブラシ形成及び作用条件を解明することを目的とした．磁気ブラシに働く力は工具端面に磁気吸引力によって付着している磁性粒子が工作物表面と直接接触し，接線研磨抵抗と遠心力を受ける．吸引磁力が接線研磨抵抗と遠心力の和より大きければ，磁性粒子は工具端面に留まりながら工作物表面の加工に関与し続け，逆に小さくなると分離脱落する．磁気吸引力は永久磁石の磁気特性や磁性粒子サイズ，磁極形状等によって変化することから，磁場測定・解析を行い永久磁石の仕様，磁極形状を検討した．その結果，市販の直径10mm，高さ10mmの軸付電着砥石に対して砥石の上部にリング状のNd-Fe-B磁石を取り付けることにより磁気ブラシが形成されることを明らかにし，磁性粒子径が比較的小さい0.03mmの場合でも工具回転数が8000min-1に達しても遠心力によって分離することは無く，加工に十分な磁気吸引力が発生していることを確認した．
さらに，磁気ブラシを工作物に対して適切に作用させるためには磁性粒子に対して十分に大きい砥粒突出し高さが必要であることから，#120の粗粒ダイヤモン粒を有する電着軸付砥石を用いた加工実験に着手した．この加工実験に先立ち，研究代表者，研究分担者の双方で加工実験装置を製作した．アルミナセラミックス，Ti合金に対して加工実験を行い，固定砥粒による高能率除去と磁気ブラシによる精密仕上げの複合作用が実現化されることを明らかにし，これらの研究成果をまとめ，学会発表を行い，特許出願を予定している．
以上より，当該研究はおおむね順調に進展していると評価する．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度の研究により固定砥粒による高能率除去と磁気ブラシによる精密仕上げの複合作用が一定の条件下で実現されることを明らかにすることができた．本手法の適用範囲を広げるためにはより詳細な検討が必要とされる．そこで平成31年度以降は，高品位高能率加工を実現する加工条件の最適化を図る．固定砥粒研磨においてプレストンの法則が成り立つとすれば，高能率化に寄与する要因は定圧力と工具回転速度である．いずれも高くなるほど除去能率は高くなる．しかし，定圧力の増加は接線研磨抵抗の増大を招き，工具回転速度の増加は遠心力を増加させるため磁気ブラシの形成に影響を与える．また，仕上げ面性状に影響する要因として，磁性砥粒の種類，サイズおよび固定砥粒のサイズが考えられる．一般に砥粒サイズが小さくなるほど仕上げ面粗さは良好になるが除去能率の低下を招き，固定砥粒サイズが大きい場合は入念なドレッシングが必要となる．さらに固定砥粒サイズの減少は砥粒突出し高さの減少につながるため磁気ブラシの形成に影響する．従って，高能率除去と精密仕上げを両立させるためには，(1)定圧力，(2)磁性砥粒の種類，サイズ，(3)固定砥粒サイズ，(4)工具回転速度について最適化を図る必要があり，加工実験を行い加工量，仕上げ面粗さを評価することによりこれらの条件を実験的に検討する．またこれらの条件のうち，(3)固定砥粒サイズ，(4)工具回転速度については，磁気ブラシの形成およびその作用条件に関係することから随時フィードバックしながら検討を進める．
最終的に，現在生産現場で高品位高能率加工が強く求められている次世代難削材に対して本加工法を適用し，その有効性を実験的に検証する．そして，研究成果をまとめ，学会発表し、論文投稿する．
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| Causes of Carryover |
本年度の研究計画の遂行に当たり加工実験装置を2台試作したが，そのうち1台に使用する負荷荷重測定データを記録するためのデータロガー（GRAPHTEC社製，midi LOGGER GL240，\110,000）は本年度に限り現有機器を借用して研究を遂行した．また，加工実験装置材料についても素材は現有物を多用し，その加工についても外注せずに自ら行ったため，当初計画より146,183円のマイナスとなった．
次年度においては，当初計画どおり当該実験装置専用のデータロガーを購入，設置して研究を遂行すると共に，試作した加工実験装置の改良に対して当該経費を使用する．
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Research Products
(1 results)
