2021 Fiscal Year Annual Research Report
Study on Formation of High-performance Metal Mold Surface by EDM with Hybrid Metal Powder Mixed Fluid
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20H02050
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
岡田 晃 岡山大学, 自然科学学域, 教授 (60263612)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 康寛 岡山大学, 自然科学学域, 准教授 (40304331)
北田 良二 崇城大学, 工学部, 教授 (60540276)
篠永 東吾 岡山大学, 自然科学学域, 助教 (60748507)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 放電加工 / 粉末混入加工液 / 金型 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
放電加工によって金型加工面へ表面粗さの小さいクロム炭化物含有表面層を形成する，高機能金型仕上げ面の創成を目的としている． 2020年度にクロム粉末混入放電加工による硬質クロム表面層形成について検討し，電気条件や加工液へのクロム粉末混入濃度が表面層組成や層厚さに及ぼす影響を明らかにした．また，電極材質の加工面への含有現象を利用したクロム含有層形成も可能であることが判明した．
これらの成果を基に，2021年度は，まず，炭化クロム含有層の表面粗さ低減のため，クロム粉末混入加工液に炭素粉末を混入して加工を行うハイブリッド粉末混入放電仕上げ加工を検討した．各粉末混入濃度や，放電加工条件の最適化検討を行ったが，粗さの低減にあまり効果がなかった．そこで，従来表面粗さ低減のために実用されているシリコン粉末混入放電加工を活用し，シリコン粉末とクロム粉末によるハイブリッド粉末混入放電加工を試みた．その結果，適切なシリコン粉末混入濃度の条件下では，加工面のクロム含有率をほとんど低減させることなく，表面粗さ約1.5μmRzまでの低減が可能となった．さらに，電気条件の最適化検討によって，極小の電流値で加工面でのクロム含有率を向上させ，かつ表面粗さを約1.0μmRzに低減できることが明らかとなった．この際クロム成分は表面全体に均一に分布し，良質なクロム炭化物含有層を形成できることが明らかとなった．
さらに，2020年度検討において電極材質の加工表面への含有が判明したため，クロム電極を用いたクロム炭化物含有層形成の後に，超硬合金電極を用いた仕上げ加工を行い，２層表面構造の創成について基礎的検討を進めた．電極消耗の大きい条件を用いることで電極のタングステン成分が加工面への含有可能かの基礎検討を行った．その結果，放電エネルギーの小さい条件の下でタングステン成分を加工面に薄く含有できることが判明した．
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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
研究代表者，研究分担者，および大学院生が本年度前半期間において1か月程度，放電加工装置を用いての加工実験が十分に行えない期間があったため，本年度実施予定の検討事項が一部十分実施できなかった．ただし，このクロム粉末と炭素粉末を用いたハイブリッド粉末混入放電加工においては，結果的に所望する，表面粗さが小さく硬質炭化クロム含有層が形成できないことが判明したため，本項目の検討実施を最小限にとどめて，次の検討に進めたことで，結果的に成果の期待できる主要な検討項目はほぼ実施できている．若干の未実施検討項目については2022年度早期に実施する予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
2020，および2021年度の研究遂行によって，電気加工条件や加工液へのクロム粉末混入濃度がクロム含有表面層の組成や層厚さに及ぼす影響，炭化クロム含有表面層組織を調査し，クロム炭化物が含有していることを確認した．また，電極材質の加工面への含有を利用したクロム含有層形成も可能であることが判明した．さらに，クロム粉末と炭素粉末でのハイブリッド粉末混入放電加工による表面粗さの小さい良質な炭化クロム含有層の生成は困難であったが，クロム電極と超硬電極による2層構造表面創成の可能性を見出すことができた．
これらの成果を受け，2022年度はまず，シリコン粉末とクロム粉末のハイブリッド粉末混入放電仕上げ面の硬度や耐食性などの表面特性について調査し，表面成分や材料組織との相関を明らかにする．また，クロム電極と超硬電極によるクロム，およびタングステン成分の含有が可能になったことから，この現象を利用した2層構造表面，あるいは傾斜組成を有する表面層形成について詳細に検討を行う．具体的には，クロム電極を用いてある程度厚いクロム炭化物含有層を形成した後に，超硬電極を用いた表面粗さの小さい炭化タングステン含有表面層の形成を試み，クロムやタングステンの深さ方向の分布について詳細な検討を行う．さらに，4年度に向けて，放電加工面と成形樹脂との離型性を評価するための，樹脂剥離装置を検討する．そして，最終年度においては，放電加工による高性能金型表面に対し，成形樹脂との離型性を含めた各種表面特性を評価し，本手法確立のための指針を明らかにする．
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