塑性波伝播形態を考慮した超高速切削機構の材料物理学的検討

考虑塑性波传播模式的超高速切削机理材料物理研究

• 批准号: 13750093
• 负责人: 篠塚 淳
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750093/
• 关键词: 塑性波; 超高速切削; 熱弾塑性有限要素法; 切削加工; 流動応力特性; 衝撃波; 動的陽解法

切削速度が被削材材料の塑性波伝播速度以上となる超高速切削過程では,塑性波が衝撃波となって伝播するため,せん断面では非常に高い静水圧が発生する.このため超高速切削過程では工具すくい面に非常に高い応力が発生する.この現象をまず動的熱弾塑性FEMシミュレーションソフトウェアを新たに開発しシミュレーション上で確認した.本シミュレーションでは,切りくずと工具の動的弾塑性接触問題を解析できるように,変位と温度に関するペナルティ係数を新規に提案した.シミュレーションでは,低炭素鋼S15Cを超硬P20工具で切削する場合を想定し,切削速度50m/sから700m/sで解析を行った.S15Cの材料特性より,本切削条件での塑性波伝播速度は100m/s以上である.そのため切削速度100m/s以下では,切削速度が切削機構に及ぼす影響はほとんど無いが,切削速度が400m/sを超えると,せん断面の静水圧の影響が顕著になり,せん断角は40°に至るにも関わらず急激に切削力が高くなることが分かった.すなわち通常は切削速度を増加させると切削力は熱軟化により減少していくと考えられているが,切削速度が塑性波伝播以上の速度になると切削力は急に増加することになる.この現象を実際の切削実験で確認するために,本研究で開発した圧縮空気を用いた衝撃切削試験装置で実験を行った.本試験装置は最大60m/sの二次元切削が可能ではあるが,通常の鋼の塑性波伝播速度以下である.そこで被削材に塑性波伝播速度の小さい鉛を用いて実験を行った.その結果シミュレーション結果と定性的に同じ結果が得られ,超高速切削過程では,せん断角が高く薄い切りくずを生成するにも関わらず,切削力が高くなることが分かった.

Cutting speed が の were cutting wood material plastic wave 伝 sowing speed above と な る ultra-high speed cutting process で は, plastic が blunt shock wave と な っ て 伝 sowing す る た め, せ ん section で は に い very high hydrostatic 圧 が 発 raw す る. こ の た め ultra-high speed cutting process で は tool す く に very high に い い surface 応 force が 発 raw す る. こ の phenomenon を ま ず 弾 hot plasticity FEM シ ミ ュ レ ー シ ョ ン ソ フ ト ウ ェ ア を new た に open 発 し シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で identifying し た. This シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で は, cut り く ず と tool の moving 弾 plastic contact problem を parsing で き る よ う に, temperature - a と に masato す る ペ ナ ル テ ィ coefficient を new rules proposed に し た. シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で は, low carbon steel S15C を superhard cutting tools P20 で す る occasions を し scenarios, cutting speed of 50 m/s か ら 700 m/s で parsing line を っ た. S15C の material properties よ り, the cutting condition で の plastic wave は 伝 sowing speed above 100 m/s で あ る. そ の た め cutting speed below 100 m/s で は, cutting speed が cutting に and ぼ す influence は ほ と ん ど no い が, cutting speed 400 m/s が を super え る と, せ ん section の hydrostatic 圧 の influence が 顕 The に な り, せ ん broken 40 ° Angle は に to る に も masato わ ら ず nasty shock に が high cutting force く な る こ と が points か っ た. す な わ ち usually は cutting speed を raised さ せ る と cutting force softening に は よ り reduce し て い く と exam え ら れ て い る が, cutting speed above が plastic wave 伝 sowing の に な る と は urgent に raised and cutting force す る こ と に な る. を こ の phenomenon be interstate の cutting be 験 で confirm す る た め に, this research で open 発 し た 圧 contraction cavity 気 を with い た rush shock cutting test device で be 験 を line っ た. This test device は 60 m/s largest の two dimensional cutting が may で は あ る が, usually の steel の plastic wave 伝 sowing speed under で あ る. そ こ で に by cutting material plastic wave 伝 sowing speed の small さ lead い を use い て be 験 を line っ た. そ の results シ ミ ュ レ ー シ ョ ン result with the result of じ が と qualitative に ら れ, ultra-high speed cutting process で は, せ ん Angle が high cut off Youdaoplaceholder0 thin く cutting く くずを generates するに <s:1> relations わらず, and the cutting force が is high くなる くなる とが and とが are divided into った.

项目成果

Obikawa Toshiyuki, Li Chengfa, Shinozuka Jun: "Finite Element Analysis of Machining Nickel-Base Superalloy"Progress of Machining Technology, ICPMT'2002. 772-777 (2002)

带川敏之、李成发、筱冢淳：《镍基高温合金加工的有限元分析》机械加工技术进展，ICPMT2002。

篠塚淳, 帯川利之, 李成発: "超高速切削過程における衝撃波と切削機構"日本機械学会論文集C2編. (2003年2月3日掲載決定). (2003)

Jun Shinozuka、Toshiyuki Obikawa、Chengfa Lee：“超高速切削过程中的冲击波和切削机制”，日本机械工程师学会会议录，C2 版（2003 年 2 月 3 日出版）。

季成発, 篠塚淳, 帯川利之: "ニッケル基耐熱超合金の切削シミュレーション"2002年度精密工学会春季大会学術講演会. (2002)

Hatsu Kisari、Jun Shinozuka、Toshiyuki Obikawa：“镍基耐热高温合金的切削模拟”2002年精密工程学会春季会议学术讲座（2002年）。

帯川利之, 李成発, 篠塚淳: "切削シミュレーションによるニッケル基超耐熱合金の被削性評価"精密工学会誌. 69・1. 105-109 (2003)

Toshiyuki Obikawa、Seungfa Lee、Jun Shinozuka：“通过切削模拟评估镍基超耐热合金的切削性能”日本精密工程学会杂志 69・1（2003 年）。