Elucidation of shear deformation mechanism of amorphous electrical steel sheet by punching tool with nano-metric structure

纳米结构冲裁工具阐明非晶电工钢板剪切变形机理

• 批准号: 21K03789
• 负责人: 白鳥 智美
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: University of Toyama
• 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 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03789/
• 关键词: せん断加工; アモルファス電磁鋼板; ナノ周期構造

超硬工具にダイヤモンドをコーティングした工具を製作した。2021年度に抽出したナノメートル周期構造をレーザ加工によって丸パンチに付与する条件を用いて、ダイヤモンドコーティング部分にナノメートル周期構造を付与した。この結果、超硬工具への加工と異なり、ダイヤモンドコーティング部へのナノメートル周期構造付与では、ナノ周期構造が規則的にあらわれず、電子顕微鏡での観察も難しく、溝深さが超硬で200 nm~300 nmであったものが100 nm～200 nmと浅く形成されていた。ダイヤモンドをコーティングしてナノメートル周期構造を付与した工具について、5枚のアモルファス電磁鋼板のせん断加工を行う準備を整えた。切り口面の性状確認、穴径変化、穴だれ部に生じるだれやしわ、亀裂の加工影響について討議し、破壊進展のメカニズムを予測した。5枚の積層せん断を穴の表面にき裂を生じずに加工を行うために、シミュレーションによる応力解析をおこなった。1枚抜きと5枚抜きにおいて主応力分布を解析から把握した。この結果、アモルファス電磁鋼板にパンチが接触してからせん断を開始するまでにパンチの外側となる穴側の材料表面にアモルファス電磁鋼板の引張強さ2.1 GPaを超える主応力が加わることが明らかとなった。この解析結果は2021年度の5枚せん断加工時の結果と対応しており、今後の破壊進展過程を考察する際に役立つシミュレーション技術を構築することができた。2022年度にはアモルファス電磁鋼板のせん断加工について５社からの相談を受けた。アモルファス電磁鋼板を採用するモータの実現が喫緊の課題であることを共有し、本研究がモータの実用化を支える基盤技術となっていくことを確認した。引き続いて本研究で最適加工条件の抽出やメカニズム解明を計り、ユーザ企業とも情報交換を進め、早急な実用化につなげていく。

我们制造了金刚石涂层硬质合金刀具。使用通过激光加工将纳米周期结构应用于圆冲头的条件，将2021年提取的纳米周期结构应用于金刚石涂层部件。结果，与加工硬质合金刀具不同，当将纳米周期结构应用于金刚石涂层时，纳米周期结构不规则地出现并且难以用电子显微镜观察，现在形成了300nm至300nm的纳米周期结构。浅至 100 至 200 nm。准备使用涂有金刚石的工具剪切五片非晶电工钢片，使其具有纳米周期性结构。我们确认了切削表面的特性，讨论了孔径的变化以及孔的下垂部分发生的下垂、皱纹和裂纹的加工效果，并预测了断裂进展的机制。为了加工五片层压剪切板而不引起孔表面裂纹，利用模拟进行应力分析。通过分析冲切一张板时和冲切五张板时，了解主应力分布。结果表明，从冲头接触时起，超过非晶电工钢板抗拉强度2.1GPa的主应力被施加到位于冲头外侧的孔侧的材料表面上。直到开始剪切Ta。该分析结果对应于 2021 年 5 件剪切加工的结果，我们能够构建一种模拟技术，该技术在考虑未来断裂进展过程时将很有用。 2022年度，我们收到了5家公司关于非晶电工钢板剪切加工的咨询。他们表示，实现使用非晶电工钢板的电机是一个紧迫的问题，并确认这项研究将成为支持电机实际应用的基础技术。这项研究将继续进行，旨在提取最佳加工条件并阐明其机制，并与用户公司交换信息，从而实现快速商业化。