| 研究課題/領域番号 |
18K03884
|
|---|
| 研究機関 | 静岡理工科大学 |
|---|
研究代表者 |
後藤 昭弘 静岡理工科大学, 理工学部, 教授 (00711558)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| キーワード | 電解 / 研削 / 複合加工 / 超硬合金 / 切削 |
|---|
| 研究実績の概要 |
本研究では、超硬合金（炭化タングステンWCとコバルトCoを主成分とした硬質の焼結材料）の高速高精度な加工方法として、電解加工を併用した研削加工（以下、電解複合研削と呼ぶ）に注目している。研削加工に電解加工の作用を複合させることで、加工効率を飛躍的に高めることができるが、一方で電解作用による超硬合金材料の品質を劣化させるという問題があることがわかってきている。本研究では、電解加工によりCoを適切な速度で溶出させ、研削加工の効率を上げると同時に、過多なCoの溶出を防止し、超硬合金の品質を劣化させず、高品位高効率に加工する技術の確立を目指している。
平成30年度は、本方法により、超硬合金の高能率加工が可能であることの確認と、電解作用の加工面への影響の調査を行ったが、令和1年度は、絶縁性の切れ刃としてダイヤモンド砥粒を用いた電着回転工具を用いた加工に特化して、電解の条件の違いによる、加工効率に与える影響、および、加工面に与える影響について調べた。電解の作用を強くする、すなわち、電解のための電圧を上昇させると、超硬合金表面に起きる反応が加速されること、また、超硬合金表面に起きる反応の順番は変化がないこと、がわかった。しかし、一方で電解の作用を強くしすぎ、研削加工の速度が追い付かない場合には、超硬合金の表面に酸化物を作り、材料の劣化につながることもわかり、電解の作用の強さと研削加工の速度の間には適切な組み合わせがあることがわかった。
超硬合金にも腐食対策としてCrを含む材料がある。本方法でCrを含む超硬合金を加工すると毒性のある六価クロムが生成するが、本方法を普及されるためには、六価クロムの生成を防止する必要がある。クーラント兼電解液にFeイオンを添加する方法の基礎的な実験を行い、Crを含む材料でも六価クロムを生成することなく電解加工できることを示した。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成30年度に続き、複合加工に利用する電解現象について調査した。電解の電圧を上げて電解作用を強くしても、超硬合金表面では、最初にCoの溶出が起き、表面のCoが溶出した後で酸化現象が起きるという順番は変わらず、反応の速度が加速されることが確認できた。しかし、研削加工による除去の速度が遅いままの状態で電解の作用を強くすると、超硬合金の表面に起こす必要のないWの酸化反応が起き、超硬合金の広い範囲にダメージを与える可能性のあることもわかった。すなわち、研削により超硬合金を除去する速度に適した電解の強さがあることがわかり、それ以上の電解作用を与える必要はなく、無駄むしろ問題であることがわかった。本方法の加工条件構築の際の指標を示すことができた。
また、Crを含む超硬合金を加工することを想定し、六価クロムの生成防止技術の研究を行った。実験では、Crを含む材料であるステンレス鋼の加工により基礎技術の確立を進めた。標準電極電位の関係から電解加工中に六価クロムの生成自体を抑えられないか検討した。すなわち、電解液中に，酸化されやすいFe2+イオンが多く含まれている状態にすれば、Cr3+イオンが六価クロムに酸化されるよりも、Fe2+イオンが先にFe3+に酸化されて六価クロムの生成を防止できるのではないかと考えた。Fe2+イオンを電解液に供給するための鉄イオン供給装置を作り試験を行ったところ、六価クロムの生成を防止することができた。
また、より効率的な加工を行うための専用工具の設計を行った。これまで絶縁性の切れ刃としてダイヤモンド砥粒を電着した工具を用いてきたが、導電性の本体からの絶縁性切れ刃の突出量がランダムであり、加工中に短絡するなどの問題があることがわかった。そこで、切れ刃の突出量を決められる独自の工具の設計を行い、試作品を製作した。
|
| 今後の研究の推進方策 |
これまでに加工の原理を確立し、基礎的な現象について解明してきた。基礎的な現象は解明したが、実験装置の都合により、電解条件、研削条件等の加工条件は必ずしも適切な条件にはなっていなかった。最終年度である令和2年度は、本技術を実用化するときに必要となる実用的な加工条件の確立を目指す。実際的な高速回転を実現できる装置を立上げ、その条件での本技術の有効性を確認する。また、正確な研削抵抗測定システムを立上げ、最適な加工条件の確立を行う。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
中古の研削盤を購入して実験に使用する計画であったが、希望する機械を購入することができなかったため、既設のフライス盤を継続して使用することとしたため、その分の支出は減った。動力計の費用が予定額を超過した、また、工具の費用も予定額を超えた。
3月に精密工学会に出張予定であったが、新型コロナウイルスの影響で中止になったため、旅費が減った。
|
