2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of discharge surface modification method and metal 3D deposition method using sliding arc plasma
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20K04189
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| Research Institution | Tsukuba University of Technology |
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Principal Investigator |
谷 貴幸 筑波技術大学, 産業技術学部, 教授 (80279554)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
丹野 格 筑波技術大学, 産業技術学部, 准教授 (30435391)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 放電加工 / 表面改質 / 走査加工 / パイプ電極 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、電極と加工物との間に高速に相対運動を与え、アーク柱を滑らせながら加工することにより、電極材料を被加工物側に移行させる表面改質法を提案している。アーク柱を滑らせることにより、入熱量がコントロールでき、加工物を除去することなく、表面改質を達成することを目的としている。具体的には、薄肉のパイプ電極を高速に回転させながら、長いパルス幅の放電の発生させ、アーク柱が材料面上を引きずるような状態を実現させることによって表面改質を実施する。放電が一点に集中した場合には、材料が溶融除去されるが、熱源が高速に移動することによって、溶融除去に至らず、電極成分のみが移行することになる。薄肉のパイプを使うことにより、放電点の高速移動に加え、消耗しやすい条件を整えることも同時に実現できる。
上記の条件を整えることが出来る装置を製作し、銅パイプ電極にて実験を実施した。その結果、加工物側はやや除去されたが、その表面には銅成分が均一に付着している様子が確認された。今後は、さらなる材料の組み合わせを検討し、より堆積を厚さを厚くするための電源の開発も試みる。また、一発の放電現象に着目した現象解析なども同時に実施し、電源開発などに活用する。電源には、除去に寄与していると考えられる放電初期の電流密度の高い状態を回避するために、スロープコントロール電源の適用も試みる。これらの成果に基づき、金属３Ｄプリンタへの発展性についても検討する。
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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
提案した手法が実現できる制御を組み込んだ放電加工機を制作し、表面改質実験を実施している。パイプ電極成分が被加工物表面の全面に渡って移行する現象を確認することが出来ており、スロープコントロールに向けた電源構成もほぼ終了しており、おおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
ベースとなる装置および電源製作は終了しているので、今後は改質特性を評価しながら、放電改質専用の電源の改良に取り組む。また、一発の放電による現象の解析なども経て、電源開発にフィードバックさせながら研究を推し進める。さらに、電極の消耗をより促進できる形状とするなどの工夫を加え、アークの柱の滑り現象を利用した放電表面改質法の確立を目指す。
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| Causes of Carryover |
学会発表等はすべてオンラインでの対応となり、予定していた旅費を使わなかったことと学内予算により装置、消耗品の一部を購入できた。次年度は、物品費により装置のさらなる改良を加え、一部対面実施の学会に参加する。また、これまでの成果をしての論文投稿も行う。
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