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

基本信息

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

项目摘要

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。

在本研究中，我们基于以往的知识，使用能够直接润滑后刀面的超高压冷却液对钛合金和镍基超耐热合金进行立铣，并着眼于冷却效果。了解此过程中发生的现象（包括化合物的形成）。计划的两个具体研究项目是：1.断续切削时超高压冷却液效果的验证；2.散热型刀具的开发（断续切削用）。首先，我们使用市售的热流体模拟软件来可视化流体（切削液）如何在刀具切削刃周围流动，检查供应喷嘴的位置和角度，并生产原型刀具。进行一些修改后，我们进行了比较切削实验，包括后刀面供给量对刀具寿命（车削、立铣）的影响、冷却液压力差异的影响以及前刀面供给量对 Ti6Al4V 的影响 (V = 200 m/min)和 Inconel718 (V=120m/min)。结果发现，与干法和外部供油相比，相同切削距离的切削过程中，通过3 MPa或更高的供油油压，可以减少刀具磨损，并且通过双色测量仪测量刀具后刀面温度。辐射温度计也同样降低，切削力也降低了。我们还确认了速度的降低，并且可以进一步加速，因此我们将继续研究。另外，在车削时，以同样的方式供给超高压油(同时供给前刀面和后刀面)，并进行截面观察和TEM观察，观察磨损件上附着有附着物的界面。结果，在界面和附着物内部（包括与磨损部件接触的区域）完全检测不到油成分。这表明切削过程中油没有侵入接触界面，并且表明切削阻力的降低不是摩擦润滑效应。我们将继续研究这种现象的机制，考虑几种可能性。此外，我们目前正在使用 GaN 制作散热涂层刀具原型，我们将继续对此进行研究，包括评估切削性能（主要是刀具磨损和刀具寿命）。