| 研究概要 |
環境保護の観点から,油剤を使用しないセミドライMQL加工やドライ冷風加工などにおいて,空気単層流の加工点の冷却メカニズム,加工熱と供給空気冷却との熱収支限界の基礎関係を把握するための実験と解析をし,また実際のCBN研削により確認した.
赤外線加熱器によって,想定した加工熱を工作物に与え,その加熱点に与える空気の供給状態を変化させ実験を行い,また加工点の空気除熱伝熱関係を逆問題解析し,種々の供給条件における冷却特性を求めた.供給空気の流速が速く,低温になるほど,加工点および周囲の冷却性が高くなるとわかった.
また,CBNホイールで高能率冷風円筒研削を行い,工作物の表面組織状態,硬さ分布,残留応力分布を測定した.0.2Nm^3/min,-60℃の冷風で,高能率研削でも油剤と同じ冷却効果が得られることを確認した.
さらに,高速空気流の中に水滴ミストを混入させ,ミスト添加による乱れの増加や潜熱による冷却性向上を目的に基礎実験と解析を行い,その効果を明らかにした.
流速をレーザドップラー流速計で測定し,加熱点における液滴や液膜の状態を高速CCDカメラによって測定,観察した.加熱点温度は電圧制御され,定常状態にし,外挿値により加熱表面温度をフーリエの法則を用いて壁面熱流束を求めた.水滴を添加させたことによる気相の攪乱効果よりも液膜形成による潜熱効果が大きいことがわかった.水滴量0.3L/hでは,空気単層流の約3倍であり,水滴量に比例して冷却性効果があった.また,水滴速度が速い方が熱伝達率が高くなることがわかった.しかし,冷却性を高めるためにはある程度以上の水滴量が必要とわかった.
以上のように,空気単層流でも流量を少なくしても,流速を向上させることにより熱伝達率が向上し,冷却性が向上する.また水滴を圧縮空気とともに供給することによって,潜熱から冷却性が高くなることがわかった.
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