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チタン合金のドライ切削技術を開発することが本研究の目的である。切削液の機能として、(1)潤滑、(2)冷却、(3)切り屑排出の3つがある。切削液をなくしてドライ化するためには、これら機能を代替する技術が必要になる。本研究では、超音波振動切削によりチタン合金のドライ切削化を試みる。超音波振動の付加により、切削抵抗の低減、切り屑排出性の向上が期待できるからである。また、連続切削である旋削を、超音波振動を負荷し断続切削にすることにより、工具温度の冷却が図られ、工具磨耗の低減、さらには、工具寿命の延長も期待できる。
超音波振動切削では、切削条件や超音波振動条件、工具形状やコーティングなど、多くの因子の影響を検討する必要がある。切削試験を試行錯誤的に繰り返して、研究するのは非効率的で、高価なチタン合金を大量の切り屑に変えてしまうことは避けるべきである。そこで、本研究では、有限要素法による切削シミュレーションを活用し、さらに、これに品質工学のパラメータ設計手法(タグチメソッド)を組合せ、効率よく因子の効果を調べ、最適切削条件を見出した。シミュレーションでは、超音波振動の付加により、切削温度を約100℃低減できる効果があることがわかった。
シミュレーションで決定した最適条件で、実際にチタン合金の超音波振動ドライ切削を行ったところ、以下の結果が得られた。
1)超音波振動なしの慣用切削に比べて、超音波振動切削は、切削抵抗は1/2から1/3に低減する。
2)切削温度も低減するため、切りくずの溶着を防ぎ、工具磨耗も小さくできることがわかった。
3)切りくず排出性も良くなるので、切りくず巻き込みなどのトラブルも見られなくなる。
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