Research and development on cooling effect of cutting tool edge and heat dissipation type tool by utilizing ultra-high pressure coolant during interrupted cutting

断续切削时利用超高压冷却液的切削刃及散热型刀具冷却效果研究与开发

• 批准号: 21K03787
• 负责人: 臼杵 年
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03787/
• 关键词: エンドミル加工; 超高圧クーラント; 放熱型工具; チタン合金; 超耐熱合金

本研究では、これまで の知見を基にチタン合金およびNi基超耐熱合金を対象に、超高圧クーラントを利用した逃げ面への直接給油可能なエンドミル加工を実施し、冷却効果に着 目して、その際に生じる現象(化合 物の生成も含む)の知見を得ることを目的としている。 計画している具体的な研究項目は、1.断続切削時の超高圧クーラントの効果の検証、2.放熱型(断続切削用)工具の開発、の2つである。まず市販の熱流体シミュレーションソフトを活用して工具刃先周りの流体(切削油剤)の纏わり方を可視化して、供給ノズル位置、角度の検討を行い、工具の試作を行なった。 若干の手直しを行って、逃げ面供給の工具寿命への効果(旋 削、エンドミル加工)クーラント圧の相違による影響とすくい面供給を含めた比較切削実験をTi6Al4V(V=200m/min)とInconel718(V=120m/min)に対して行った。その結果、同一切削距離切削時の工具摩耗は、乾式と外部給油に比べ3MPa以上の給油圧で摩耗が減少し、２色放射温度計による工具逃げ面表面温度も同様に低下、また切削抵抗の低下も確認でき、更なる高速化が可能で、継続調査を行う。さらに旋削で同様に超高圧給油(すくい面、逃げ面同時供給)を行い、工具摩耗面の凝着物付着界面を観察するために断面を取りTEM観察した結果、界面および凝着物内部に油剤成分を全く検出出来なかった(摩耗部接触領域を含め)。これは切削時に油剤は接触界面等に侵入していないことを示し、切削抵抗の減少はトライボロジー的な潤滑効果ではないことを示唆する。この現象の機構については、いくつかの可能性を考慮して継続検討する。さらにGaNを利用した放熱型コーティング工具の試作を行なっているが、切削性能の評価(主 に工具摩耗工具寿命)を含めて継続検討を行う。

This study is aimed at finding out the phenomenon of compound formation and its effect on the production of Ni-based superalloys and Ni-based superalloys, especially on the application of ultra-high-pressure superalloys to the production of Ni-based superalloys and Ni-based superalloys. The specific research items of the plan are: 1. The demonstration of the effect of ultra-high pressure during fracture cutting; 2. The development of exothermic tools (for fracture cutting); and 2. Use of hot fluid solutions for tool cutting edge advance, visualization of fluid (cutting oil), supply of fluid position, angle, and tool commissioning Some of the effects of tool life on hand straightness and surface supply (turning, machining) include the effects of phase pressure on surface supply including comparative cutting conditions Ti6Al4V (V=200m/min) and Inconel718(V=120m/min). The results show that the tool friction loss during cutting at the same cutting distance is reduced compared with the oil supply pressure of 3MPa or more in dry and external oil supply, the surface temperature of the tool escape surface is reduced uniformly in two-color radiation thermometer, the reduction of cutting resistance is confirmed, and it is possible to increase the speed of cutting. In addition, the ultra-high pressure oil supply at the same time of rotation (the middle surface and the escape surface are supplied at the same time), the contact surface of the tool wear surface and the condensate contact surface are inspected, and the TEM inspection results, the contact surface and the oil composition inside the condensate are completely detected. The oil contact interface during the cutting process indicates that the cutting resistance is reduced and the lubrication effect is reduced. The mechanism of this phenomenon is considered to be possible. For example, GaN is used in the test operation of exothermic tools, and the evaluation of cutting performance (main tool wear tool life) is included in the test operation.

项目成果

A Study on Prototype of End Mill for Ultra-High Pressure Coolant Supplying from Flank Surface Side Using Fluid Simulation

后刀面侧超高压供冷立铣刀样机的流体模拟研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Jingtian Mao;Hiroshi Usuki;Chikara Morito and Shinji Yukinari
• 通讯作者: Chikara Morito and Shinji Yukinari