| 研究課題/領域番号 |
15K17954
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| 研究機関 | 一関工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
原 圭祐 一関工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (30515812)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 超音波切削 / 被削性改善 / 高速切削 / トライボロジー特性 / 規則テクスチャ |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題では，超音波振動切削により，高速切削を行いつつ加工面に規則テクスチャを残す，付加価値のある加工技術を構築することを目的とする。平成２８年度は，高速切削で規則テクスチャを得るための切削実験装置ならびにトライボ特性の評価実験装置について設計・製作・整備を行った。
まず，規則テクスチャ切削実験装置であるが，市販の高速スピンドルと電動送りステージを用い，小型自動旋盤形態の加工機を製作している。これに，超音波切削装置を組み合わせ，規則テクスチャ加工機とした。超音波切削装置だが，市販の超音波駆動電源，振動素子に，独自設計の工具ホルダーを取り付け，工具選択の自由度を高めている。現在までに製作したホーンでは，TNGG110304形状の超硬合金チップの振動に成功している。以上のように要素された装置で，アルミニウム合金ならびにチタン合金の試験切削を行ったところ，アルミニウム合金の高速切削は可能であったが，チタン合金の切削ではびびり振動を引き起こし，剛性不足があることが判明した。
トライボ特性の評価実験装置については，市販の３分力ロードセルと測定物に相対運動を与える駆動機構を製作し組み合わせ構築した。超音波振動を付与して端面切削を行った試験片のトライボ特性を測定した結果，超音波振動なしの慣用切削に比べ摩擦係数の平均値が低減(μ=0.38→0.12)することを確認できた。しかし，被削材材質によっては逆に摩擦係数が増加したものもある。その原因については，切削面の３次元テクスチャの分析などを行い，解明していく予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
昨年に引き続き，実施項目の順序が入れ替わっている状態である。現在のところ，３年目に実施予定であった，トライボ特性の評価方法の検証，難削材加工性能の評価試験について進行しており，振動方向制御システムについてはシステムが複雑であり，現在のところ実施に至っていない。以上の事から，全体として進行状態がやや遅れていると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は，以下の項目について引き続き実施していく予定である。
○半径方向振動を重畳するシステムの構築→特殊電源の製作と背分力方向振動機能付き工具ホルダーの設計・製作
○テクスチャ面の生成実験ならびに幾何学模様の評価試験→テクスチャの凹凸のピッチや交差角度を可変する技術を構築する
○規則テクスチャ面のトライボ特性評価実験→まずは，最も評価が容易である，端面切削面の評価を実施。その後，円筒面の評価も実施する。また，トライボ特性と３次元テクスチャの関連性についても評価を行う。
○難削材加工の被削特性改善→現在，チタン合金の切削試験を実施中，これを継続して行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
予算を大きく使用する，背分力方向振動装置の開発を後発としたことが大きな理由である。強力超音波電源，信号取得システムに大きな費用を要するが，これを今年度に発注しなかったことが主要因である。なお，今年度は実験装置の小改修・トライボ試験装置の製作に必要な材料・部品，試験片の購入と学会参加費用等の執行に留まっている。
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| 次年度使用額の使用計画 |
試験装置の大きな改修を予定しており，これに充当する計画である。
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