局所静水圧切削の提案

背 景

圧縮静水圧応力によっては対象物が塑性変形や破壊を起こさないこと，また材料内の欠陥を圧縮しそれらの成長を妨げることが知られている．よって，局所的な加工環境を付与しつつ切削加工することができれば，余計な塑性変形は抑制され加工表面品質の向上が期待できる．図1はその提案概略図である．

図1 局所静水圧場切削の提案モデル

目 的

・ 局所静水圧切削の分子動力学シミュレーションによる検証

・ 局所静水圧切削用工具の開発

分子動力学解析の概要

図2のようなシミュレーションモデルを利用する．工作物に単結晶アルミニウム，工具に完全剛体のダイヤモンドを想定する．原子間相互作用の記述にはMorseポテンシャルを用いる．工作物は原子レベルで完全な表面を持っているものとする．ここでは，工具－工作物間の潤滑作用を考慮するために，Al-C間の凝集エネルギーを文献値の10%としている．

図2 局所静水圧場生成型切削の分子動力学シミュレーションモデル

解析結果の概要

図3は，局所静水圧場生成型切削（左）と慣用切削（右）の分子動力学シミュレーション結果の一例を示している．

図3 局所静水圧場生成型切削（左）と慣用切削（右）のシミュレーション結果（中央断面より奥を表示）

得られた成果

・ 提案手法により加工領域に高い（準）静水圧を付与できることがわかった．

・ 提案手法では，切削溝周囲の塑性盛上りが抑制され，切りくずが円滑に排出されることがわかった（図3）．

現在の状況

・ より高い局所（準）静水圧の付与と加工変質層低減に有効な工具形状の探索

・ 提案した工具の実製作

参考論文

(1) Keito Uezaki, Jun Shimizu, Libo Zhou, Teppei Onuki, Hirotaka Ojima: Molecular Dynamics Simulation of Metal Cutting with Local Hydrostatic Pressure Field Formation, International Conference on Precision Engineering, Key Engineering Materials, Vols. 523-524, (2012.11) pp. 167-172.

(2) Keito Uezaki, Jun Shimizu, Libo Zhou, Development of metal cutting process accompanied by a localized compressive hydrostatic stress field formation: Examination by molecular dynamics simulation, Precision Engineering, 38, 2 (2014.4) pp. 371-378.