2013 Fiscal Year Annual Research Report
砥石内直接研削液供給による研削点環境最適化に関する研究
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25289012
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
笹原 弘之 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00205882)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中本 圭一 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90379339)
岩本 薫 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50408712)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 機械工作・生産工学 / 研削加工 / 研削油剤 |
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| Research Abstract |
研削砥石の内部から研削液を研削点に直接的に供給することを可能とし，研削点の温度・雰囲気を最適制御する新しい加工方法を提案している．この方法によれば，①研削加工の高能率化，②加工変質層の最小化，③加工精度と加工面あらさの向上，④曲面の形状加工の自由度向上が見込まれる．高い加工能率と優れた加工面性状を得るための統合的な研削点の加工環境の最適化について検討した．
・ 砥石内直接研削液供給を可能とする試験装置の開発と製作を行った．また，研削液と不活性ガスの気液混合体の供給手法について検討し，混合部分の設計製作を行った．
・ 研削点加工環境として特に加工温度を制御し，その効果を定量的に測定した．熱電対を工作物表面層に埋め込む方法と，薄物の工作物の裏側から赤外線放射温度計で温度分布を測定する方法との二つの方法を採用した．本手法を適用した場合と，通常の外部ノズルからの研削液供給による場合を比較すると，前者の温度が低いことが明らかとなった．加工面層の断面を琢磨・エッチングして加工変質層の観察を行ったところ，加工変質層の厚さが小さくなることも見いだされた．
・研削加工が困難とされるチタン合金に対しても，本手法により十分な表面粗さで研削加工が可能であることがわかった．また，加工面の残留応力生成状態についても検討を行い，研削焼けの発生により引張残留応力が生成することが示された．加工条件との関連についてはより詳細に実験を重なる必要がある．
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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
1) 研削液を砥石内部より圧送し強制的に供給する機構により，より効率的に研削液を研削点に供給することを可能とする手法の確立．2) 研削点での十分な冷却と酸化反応抑制を発揮するための，研削液と不活性ガスの気液混合体の供給手法・指針の確立．3) 研削液の流動抵抗低減と，切りくずの目づまり除去のために有効な脈動の圧力振幅および振動数の解明．4) 温度と加工雰囲気による加工点での現象を的確に予測するシミュレーション手法の開発．5) 砥石内直接研削液供給用の砥石仕様の設計指針の確立．以上のうち，1)はほぼ完成し温度や加工力，加工変質層への影響について解明が進んでいる．2)以降は第2,3年度に推進する予定であり予備的な準備に着手している状況である．初年度までの達成度については概ね順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
1) 研削点環境として不活性ガス・研削液の気液混合体の供給効果： 研削点環境の最適化において，研削液と同時に不活性ガスなどの気体を気液混合状態で供給する効果を重畳する．砥石周速が高い研削加工では工作物の切りくずが溶融し火花となるような状況にもなるが，そこで酸化による発熱や砥粒自体の劣化に大きく影響する．窒素ガスやアルゴンなどを研削液と混合することで，研削点での空気中の酸素を排除する．前年度と同様に，研削温度，研削力，加工面粗さ，加工変質層の測定により，ガス・研削液混合体の供給効果を明らかにする．
2) 砥石内直接研削液供給用の砥石仕様の設計と砥石製作： 砥石の粒度を細かく，組織を密にしていくと，必然的に空孔割合が小となり，研削液の透過性が低くなることが想定される．砥石は外周部周辺は砥粒密度が高く難削材の研削に適した砥粒層とし，研削性能と研削液の透過性を両立する砥石仕様について流体力学的な見地に基づき検討する．
3) 研削液供給における脈動の付与とその効果の検討： 研削液の流動抵抗低減と，切りくずの目づまり除去のために有効と考えられる脈動の付与について，圧力振幅，振動数などについて最適な値について検討を行う．
4) 超砥粒メタルボンドホイールへの適用： 砥粒，ボンドの種類により，切れ味や熱伝導率が異なる．特に熱伝導率の高いダイヤモンドやCBN等超砥粒のメタルボンド砥石では，加工熱の砥石側への流入割合も増し，その熱を速やかに加工液により除去することができれば，加工点の温度上昇が抑えられることになる．ここでは，台金付の超砥粒ホイールに対し，台金を通して砥石内部から研削液を供給し，その供給効果を明らかにする．
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