電解加工による大面積一括表面テクスチャリングの実現とその切削工具への応用

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K04123
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 小谷野 智広 金沢大学, 機械工学系, 准教授 (20707591)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 電解加工 / 表面テクスチャ / 微細テクスチャ / 短パルス / 切削加工 / 切削工具 / 超硬合金

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，微細周期構造を有するmmオーダー以上の工具電極形状を電解加工によって工作物に転写することにより，大面積の表面テクスチャリングを高精度かつ高速に実現することを目的としている．さらに，本手法により超硬合金等の切削工具に種々のテクスチャを付与することで，切削加工特性向上を目指す．
電解加工によるテクスチャリング用電極として，複数の薄板を積層する工具電極を新たに開発し，加工部と非加工部となる薄板の厚さを小さくすることにより，テクスチャ周期を75 μm程度まで小さくすることができた．また，電解加工の特徴として，工具電極が消耗しないため繰り返し使用することができる点が挙げられる．そこで，工具電極の連続使用について検討した結果，電解液流量を増やすことにより連続して加工可能な回数も増やすことができた．これは，電解液流量を大きくすると加工間隙から電解生成物等が十分に排出されたためと考えられる．一方で，電解液流量を大きくしすぎるとキャビテーションの発生などにより，加工可能な回数がかえって減少してしまうことが明らかとなり，電解液流量を適切な値に設定する必要があることがわかった．
さらに，切削工具として用いられる超硬合金の電解加工において，超硬合金中のコバルトの過度な溶出の防止と超硬合金中のタングステンカーバイドの除去を目的として，両極性パルスを用いて加工を行った．その結果，両極性パルスによりコバルトだけでなくタングステンカーバイドも除去することができ，良好な表面粗さが得られた．また，工作物が陽極となる極性でのパルス電圧のパルス幅を小さくすることで，極間距離が小さくなり，加工精度が向上した．また，タングステンカーバイドの除去には，工作物が陰極となる極性でのパルス電圧のパルス幅や印可するタイミングが大きく影響することが明らかとなった．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

新たに開発したテクスチャリング用の工具電極により，100μm以下の微細なテクスチャの加工が可能となった．また，工具電極が消耗しないため，繰り返し加工を行っても問題ないことがわかった．超硬合金切削工具へのテクスチャリングにおいては，コバルトの過度な溶出により工具表面が脆化し，工具摩耗が増加している可能性があった．この改善のために両極性パルスを用いた結果，良好な結果が得られた．今後は両極性パルスを用いて超硬合金切削工具へテクスチャリングを行い，切削加工特性を評価する．

Strategy for Future Research Activity

工具電極の面積をさらに大きくし，大面積への一括テクスチャリングを行う．その際，テクスチャを付与した複数の工具電極に対して別々のパルス電源を接続する分割給電法を用いる．また，両極性パルスを用い，複数の超硬合金切削工具への同時テクスチャリングを行う．さらに，両極性パルスを用いてフライス加工用超硬合金切削工具へのテクスチャリングを行い，工具摩耗や切削抵抗などの切削加工特性を調査する．また，印可するパルス電圧の条件が切削加工特性に与える影響を調査する．テクスチャの形状としては，形状，周期が100μm以下の溝やディンプル形状を用いる．

Causes of Carryover

工具電極材料，工作物材料等の消耗品の支出がわずかに少なかったためであるが，次年度に予定している加工面積を増加させる実験において工具電極材料等の購入が必要なため，それに充てる．