Study on cooling method of tool cutting edge using coolant containing fine bubbles

含细小气泡冷却液刀具切削刃冷却方法的研究

• 批准号: 21K04717
• 负责人: 國枝 泰博
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute
• 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-21K04717/
• 关键词: クーラント; 微小気泡; 熱伝達; タッピングトルク試験; 切削加工; 切削油; 熱伝達率

本研究は、クーラントの熱伝達率がクーラントの種類や微小気泡の状態による変化を明らかにし、クーラントの熱伝達率すなわち冷却能力を向上させることを目的としている。また、件研究では、得られた知見により工具刃先冷却を促進させる方法を提案する。本年度は、微小気泡添加クーラントを利用するためのクーラント供給装置とクーラントの切削性能を評価する実験方法を検討した。①クーラント供給装置本研究で用いている微小気泡発生装置では、気泡の直径が1マイクロメートル以下のUFBとそれ以上のFBの両方が発生する。FBのような大きな気泡はクーラントの熱伝導率を阻害することが計算より求められた。従来型のクーラントポンプで供給する方法では、供給時に大きな気泡が発生しクーラントの熱伝導率を低下させてしまうため、大きな気泡の発生を抑制した供給方法を新たに考えた。その方法を採用すると、工具にクーラントを供給する際に用いるノズルに工作機械で多用されているフレキシブルノズルを用いても大きな気泡が抑制されていた。②クーラントの切削性能を評価する実験方法クーラントメーカでは、クーラントの切削性能をタッピングトルク試験で評価することが多い。タッピングトルク試験とは、雌ネジをタップ工具でクーラントを供給しながら加工し、その時に発生する加工トルクを測定し、その大小により切削性能を評価する方法である。タッピングトルク試験を採用することにした理由は、加工条件が厳しく発熱も大きいことから工具冷却の評価方法として適切であると考えたためである。本年度は、実験方法を検証し評価方法を確立した。

本研究的目的是阐明冷却剂传热系数随冷却剂类型和微泡状态的变化，并提高冷却剂传热系数，即冷却能力。此外，在本研究中，我们将根据所获得的知识提出一种加速刀具切削刃冷却的方法。今年，我们研究了一种使用添加微泡冷却液的冷却液供应装置以及评估冷却液切削性能的实验方法。 ①冷却剂供给装置本研究中使用的微气泡发生器既产生气泡直径为1微米以下的UFB，也产生气泡直径大于1微米的FB。计算表明，FB 等大气泡会阻碍冷却液的导热性。使用冷却液泵供应冷却液的传统方法在供应过程中会产生大气泡，从而降低冷却液的导热性，因此我们设计了一种抑制大气泡产生的新供应方法。当采用这种方法时，即使使用机床中常用的柔性喷嘴向工具供应冷却剂，也可以抑制大气泡。 ②评价冷却液切削性能的实验方法 冷却液制造商经常采用攻丝扭矩试验来评价冷却液的切削性能。攻丝扭矩试验是在供给冷却液的同时用丝锥刀具加工内螺纹，测量此时产生的加工扭矩，并根据加工扭矩的大小评价切削性能的方法。我们决定使用攻丝扭矩测试的原因是，我们认为这是一种评估刀具冷却的合适方法，因为加工条件很严酷，发热也很大。今年我们验证了实验方法并建立了评价方法。

项目成果

Effect of Bubble Concentration Added to Coolant on Cutting

冷却液中添加的气泡浓度对切削的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: Yasuhiro KUNIEDA;Kenta NAKAMURA;Keita SHIMADA;Masayoshi MIZUTANI;Tsunemoto KURIYAGAWA
• 通讯作者: Tsunemoto KURIYAGAWA