金属組織制御と多軸CNC制御の統合によるタービンエンジンの複雑形状部品の表面改質
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22K03857
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
朱 疆 東京工業大学, 工学院, 助教 (70509330)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 組織制御 / CNC多軸制御 / 表面改質 / バニシング加工 |
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| Outline of Research at the Start |
過酷な環境で稼働するタービンエンジン部品の高性能化及び長寿命化を実現するために，複雑形状を有する薄肉板部品の高能率，高品質な表面改質法が求められている．そこで，本研究では，タービンエンジンの複雑形状部品の機械的性質を向上するために，バニシング加工を利用した金属材料の組織制御，と複雑形状に対応する多軸CNC制御を統合することにより，高品質な表面改質層を高能率に創生する手法の確立を目的としている．本研究で提案する表面改質技術の開発により，タービンエンジン部品の品質向上，工期短縮，コスト低減を実現することにより，我が国の自動車産業，航空産業の国際競争力の強化につなげる．
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| Outline of Annual Research Achievements |
過酷な環境で稼働するタービンエンジン部品の高性能化及び長寿命化を実現するために，複雑形状を有する薄肉板部品の高能率，高品質な表面改質法が求められている．そこで，本研究では，タービンエンジンの複雑形状部品の機械的性質を向上するために，バニシング加工により実現した金属材料の組織制御，と複雑形状に対応する多軸CNC制御を統合することにより，高品質な表面改質層を高能率に創生する手法の確立を目的としている．
タービンブレードのような薄肉板状部品をバニシング加工するときに，工作物の変形量を最小限に抑える必要がある．2022年度には，まずバニシングボールが部品の両面から押し付けることが可能なバニシング工具を開発した．また，開発した工具を3軸マシニングセンターに取り付けて，ステンレスの試験片に対して加工実験を行い，構築した加工システムの有効性が確認した．
2023年度は，バニシング加工の加工条件が被加工材の表面性質および組織状態に及ぼす影響を調査した．開発した両面加工可能なバニシング工具を用いて，ステンレス，アルミ合金，マグネシウム合金，及びチタン合金の試験片に対して，細かく加工条件（工具の送り速度，バニシング力，潤滑油など）を変更し，加工による得られた表面改質層に対して，粗さ計測，硬さ計測，残留応力分析を行い，加工条件が表面特性に与える影響の解明を試みた．
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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
バニシング加工の加工条件が被加工材の表面性質および組織状態に及ぼす影響を解明するために，開発した両面加工可能なバニシング工具を用いて，厚み1㎜，ステンレス（SUS304），アルミ合金（A5052），マグネシウム合金（AZ31），及びチタン合金（Ti64）の4種類の試験片に対して，細かく加工条件（工具の送り速度，バニシング力，潤滑油など）を変更し，加工による得られた表面改質層に対して，粗さ計測，硬さ計測，残留応力分析を行い，加工条件が表面特性に与える影響の解明を試みた．
厚み1mmのSUS304では表面粗さ，硬度，引張強さ，疲労強度が向上していることを確認した．A5052でも同様の効果があり，残留応力の計測では深さ0.15mm程度まで圧縮残留応力が強化されていることが分かった．Ti64では硬度は向上したが，表面粗さや引張強さは向上しなかった．
一方で製作した工具による加工では加工中に切粉が生じており，これはスライドバニシング方式に起因すると考えた．加工先端部を転がる構造に変えてことで，スライドバニシング方式に比べて改善する可能性が考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度では，開発したバニシング工具を5軸マシニングセンターに取付，三次元自由曲面のバニシング加工に適したシステムを構築する予定である．また，加工先端部を転がる構造に変えて，その加工結果をスライドバニシング方式の加工結果と比較する予定である．
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
