Elucidation of shear deformation mechanism of amorphous electrical steel sheet by punching tool with nano-metric structure

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K03789
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 白鳥 智美 富山大学, 学術研究部工学系, 教授 (80607755)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: せん断加工 / アモルファス電磁鋼板 / ナノ周期構造

Outline of Annual Research Achievements

超硬工具にダイヤモンドをコーティングした工具を製作した。2021年度に抽出したナノメートル周期構造をレーザ加工によって丸パンチに付与する条件を用いて、ダイヤモンドコーティング部分にナノメートル周期構造を付与した。この結果、超硬工具への加工と異なり、ダイヤモンドコーティング部へのナノメートル周期構造付与では、ナノ周期構造が規則的にあらわれず、電子顕微鏡での観察も難しく、溝深さが超硬で200 nm~300 nmであったものが100 nm～200 nmと浅く形成されていた。ダイヤモンドをコーティングしてナノメートル周期構造を付与した工具について、5枚のアモルファス電磁鋼板のせん断加工を行う準備を整えた。切り口面の性状確認、穴径変化、穴だれ部に生じるだれやしわ、亀裂の加工影響について討議し、破壊進展のメカニズムを予測した。
5枚の積層せん断を穴の表面にき裂を生じずに加工を行うために、シミュレーションによる応力解析をおこなった。1枚抜きと5枚抜きにおいて主応力分布を解析から把握した。この結果、アモルファス電磁鋼板にパンチが接触してからせん断を開始するまでにパンチの外側となる穴側の材料表面にアモルファス電磁鋼板の引張強さ2.1 GPaを超える主応力が加わることが明らかとなった。この解析結果は2021年度の5枚せん断加工時の結果と対応しており、今後の破壊進展過程を考察する際に役立つシミュレーション技術を構築することができた。
2022年度にはアモルファス電磁鋼板のせん断加工について５社からの相談を受けた。アモルファス電磁鋼板を採用するモータの実現が喫緊の課題であることを共有し、本研究がモータの実用化を支える基盤技術となっていくことを確認した。引き続いて本研究で最適加工条件の抽出やメカニズム解明を計り、ユーザ企業とも情報交換を進め、早急な実用化につなげていく。

Current Status of Research Progress

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

Reason

ナノテクスチャ工具のレーザ加工条件の抽出を進めた。この結果、超硬工具とダイヤモンド工具についてナノテクスチャの付与に成功している。また、加工実現と現象解明に向けてシミュレーションを活用した現象理解を進めた。これにより応力部分の大まかな状況を把握している。順調に計画を遂行している。

Strategy for Future Research Activity

科研費を申請して研究内容の実用化に向けた研究を推進していく予定である。

Causes of Carryover

レーザ加工価格の上昇から当初よりも数量を減じたため、次年度使用額が生じた。