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。

通过涂上带有钻石的碳化物工具来制作工具。使用激光处理将纳米周期结构施加到圆形打孔的条件下，将纳米周期结构应用于钻石涂层。结果，与碳化物工具进行加工不同，在将纳米周期性结构应用于钻石涂层部分时，纳米周期结构并未定期出现，因此很难使用电子显微镜观察到200至300 nm的凹槽深度从100到200 nm。涂有钻石的工具可以使纳米周期结构剪切五个无定形磁性钢板。确认切割表面的特性，孔直径的变化，并讨论了裂缝，皱纹和裂纹的加工效应，并讨论了破坏进程的机理。为了处理五个层压剪切，而无需在孔表面破裂，使用模拟进行了应力分析。主要应力分布是通过一张和五张分析确定的。结果，已经揭示了超过非晶磁性钢板的拉伸强度的主要应力，该钢板大于2.1 GPa，将其应用于孔侧的材料表面，即孔的外部，从拳头接触无性磁性钢板到剪切的开始。该分析结果对应于2021年五张剪切的结果，并且能够构建模拟技术，这些模拟技术在考虑未来骨折进展时将很有用。在2022财政年度，咨询了五家公司，以剪切无形电磁钢板的加工。我们分享说，实现使用无定形电磁钢板的电动机是一个紧迫的问题，并确认这项研究将成为支持电动机实际应用的基础技术。然后，这项研究将检查最佳处理条件并阐明机制，并与用户公司进行信息交流，从而快速实用。