2013 Fiscal Year Research-status Report
ラピッドローテーション研削によるダイヤモンドの高温軟化促進研削法に関する研究
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25420052
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
太田 稔 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 教授 (60504256)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / ラピッドローテーション研削 / 高速研削 / 高温軟化 |
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| Research Abstract |
本研究では、ダイヤモンドの高温軟化特性と超高速研削による研削抵抗低減の相乗効果を利用した『高温軟化促進研削法』によって、ダイヤモンドの加工能率を飛躍的に増大することを目的としている。
この目的達成のため、平成25年度は次のような研究計画および具体的方法で研究を遂行することとした。①ダイヤモンドの高温材料特性の調査：ダイヤモンドの高温硬さ・強度、高温反応性等の高温材料特性を調査する。②ダイヤモンド研削時の研削熱解析：有限要素法を用いて、ダイヤモンド研削時の研削熱流動解析を行う。③ダイヤモンドの高温軟化条件の明確化：研削温度の推定により、ダイヤモンドの高温軟化に必要な研削条件を解明し、研削実験により確認する。④超高速研削砥石の強度・熱連成解析：研削砥石組織内における熱伝達と超高速研削時の応力の連成解析を行う。
上記計画に対して、多結晶ダイヤモンド（以下、PCDと呼ぶ）を対象工作物として、以下の通りの実験・解析を行った。①PCDの材料特性および高温反応性を調査し、高温軟化に必要な温度条件を推定した。②有限要素法を用いて、超砥粒ホイールをモデル化した研削熱解析を行った。③高速定圧研削装置および定圧連続ドレッシング装置を製作し、超高速研削盤に搭載することによって、高速定圧・連続ドレッシング研削実験装置を製作した。高速研削による研削熱の効果を調査するため、研削熱測定システムを製作し、PCDの高速定圧研削実験を行い、高速研削により加工能率および表面粗さの両者が同時に向上することを明らかにした。また、研削熱の測定により、その原因として高速研削時の研削熱が関与していることが推定できた。④砥石の応力・熱連成解析はモデル作成まで実施した。今後、このモデルを用いて解析を進める。
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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
平成25年度は，ダイヤモンドの高温軟化条件を明らかにし、高温軟化促進研削法のコンセプトの成立性を実証することを目的とした。そのために、有限要素法による研削熱解析および高速研削実験による研削特性の解明を試みた。
研削熱解析の結果から、ラピッドローテーション研削によれば、ダイヤモンドホイール内部への熱流入は予想より小さく、ボンドの軟化等の問題が発生しにくいことが分かった。
また、ダイヤモンドの高速研削基礎特性解明のため、高速定圧研削装置と連続ドレッシング装置を備えた高速定圧・連続ドレッシング研削実験装置を製作した。この実験装置を用いた高速定圧研削実験により、砥石周速度60m/sの高速研削において、研削能率および表面粗さが両方とも向上する現象を発見できた。この現象は一般的な砥石周速度20～30m/sでは現れない現象であった。そこで、研削熱測定実験を行った結果、高速研削時の研削点近傍では600℃以上の研削温度に達することが推定できた。すなわち、高速研削によりダイヤモンドの高温軟化が促進され、研削能率と表面粗さが同時に向上したことが推定できた。さらに、連続ドレッシング研削により、ダイヤモンドホイールの砥粒突出し量を一定に保ちながら、研削を継続できることを明らかにした。
以上の結果から、当初の目的である、ダイヤモンドの高温軟化促進研削法のコンセプトが実証できたと判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度で、砥石周速度60m/sでの高速研削により、ダイヤモンドの高温軟化促進研削が可能であることが判明した。さらに、研削能率の向上だけでなく、表面粗さも改善される現象を発見した。これによって、研削能率と表面粗さの両立という新しい研削法を開発できる可能性が示された。
そこで、平成26年度では、高速研削による加工能率と表面粗さの両立の現象について、詳細な研削熱解析・研削熱測定実験を行い、その原因を具体的に解明する。そのため、研削熱測定装置の改良を行い、研削熱が研削特性に及ぼす影響を詳細に解明する。また、ダイヤモンドホイールの構造を考慮した研削熱解析を行い、解析結果からも研削熱が研削特性に及ぼす影響を推定できるようにする。
一方で、砥石メーカーの協力を得ながら、砥石周速度160m/s以上の超高速研削が可能な、高強度高耐熱ボンドを用いた「超高速ダイヤモンドホイール」の開発に着手する。併せて、電解放電ツルーイング及び放電複合研削を効率的に行うことができる導電性ダイヤモンド砥粒を用いた「超高速導電性ダイヤモンドホイール」の仕様検討を行い、基本コンセプトを決定する。砥石の開発については、砥石メーカーの協力が不可欠であるため、共同研究体制に基づき研究を遂行する。
さらに、ディスク外周にダイヤモンドを張り付けた工作物を準備し、超高速ワークスピンドルを搭載した超高速研削実験装置を用いて、ラピッドローテーション研削実験を行い、工作物を高速回転したときの効果を検討する。
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