2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study on High-performance Surface Finishing by Large-area Electron Beam Irradiation
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16H04248
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
岡田 晃 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (60263612)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 康寛 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (40304331)
篠永 東吾 岡山大学, 自然科学研究科, 助教 (60748507)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 電子ビーム / 表面仕上げ / 金型 / 熱伝導解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大面積パルス電子ビーム照射法では金属材料の高能率表面仕上げが可能であるが、高いエネルギー密度条件では、凸部形状が丸みを帯び金型の形状精度を悪化させる場合がある。また、高低差のある表面形状では低部や凹部への電子ビーム照射が不十分となり、平滑化は難しい。これらを解消し、本加工法の高性能化を目的として検討を行ってきた。
昨年度は本大面積電子ビーム照射法を再現した解析モデルを構築し、電磁場解析および電子軌道解析を活用し、工作物凹凸表面上での電子ビームのエネルギー密度分布を明らかとした。また、その分布を基に熱伝導解析によって大面積電子ビーム照射時の表面温度分布、材料除去状態や形状変化を予測した。
これらの結果を形状精度維持のための最適電子ビーム照射法について検討した結果、低エネルギー密度の電子ビームによる多数回照射や電子ビーム照射間のインターバルを長くとることが凸部形状変化を低減させるために効果があることが分かった。
また、凸部優先材料除去を積極的に利用した高能率な微細バリ取りの可能性を検討するため、切削バリや熱加工バリ形状が電子ビーム照射によりどのように変化するのか、実験的、解析的に検討した。その結果、切削ロールオーババリのような連続したバリにおいては電子の集中効果がさほど大きくないため、バリの完全除去は難しいが、ある程度の低減は可能であることが分かった。昨年度構築した解析モデルによって照射回数ごとのバリ形状変化を予測することができた。一方、放電加工やレーザ加工で生じる断続的な熱加工ばりについては、その高さが50ミクロン程度であれば、大面積電子ビームによる完全除去が可能であった。
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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
微細バリ取りの検討に時間を要したため，若干の遅れがあるが，概ね当初の計画通り研究を遂行しており，それぞれの検討項目で有益な知見を得ているため．
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は、当初の予定通り次の二つの項目について検討を行って行く。
・検討項目１：磁場制御による穴底面仕上げの可能性の検討
大面積電子ビーム照射法では、爆発的電子放出現象を発生させるために、電子銃カソード直下にアルゴンプラズマを発生させる際に磁場を発生させている。その際電子銃カソードから工作物方向に向かって鉛直方向に磁力線が生じる。電子はこの磁力線に対して螺旋運動を行いながら磁力線にそって進行する性質があるため、大面積電子ビーム径が拡大するのを防止する効果も有する。この磁場を制御できれば電子ビームを所望の位置に集中できる可能性がある。そこで穴底面付近への電子ビームの誘導を目的として、磁石を用いた磁場の制御と穴底面の可能性について検討を行う。磁石の強度や設置位置によって表面平滑領域の制御の可能性、穴底面の表面平滑化に及ぼす影響を実験的に検討する。
・検討項目２：非磁性材質の高能率表面仕上げ
これまで主に鉄鋼家の金型材料に対して様々な検討を行ってきたが、他の材料に対する平滑化特性は不明であるために、本仕上げ法の応用分野拡大のために検討を行う特に、工作物の熱物性値、および磁性が大きく影響すると考えられるため、それらの異なる材料を用いて基礎的な検討を行い、異なる材料に対する平滑化のための指針を明らかにする。
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