Rapid Generation and Sliding Characteristics of Aligned Microtextures by Phase-Controlled Ultrasonic Cutting

相控超声切割对齐微纹理的快速生成和滑动特性

基本信息

批准号：
21H01225
负责人：
磯部浩已
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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

项目摘要

摺動面のトライボロジー特性改善の手法として表面テクスチャリングが知られている．本研究の目的は，機械加工で生産される高精度で複雑な部品の表面に，高い機能性を有するマイクロテクスチャを，超音波切削加工によって整列配置して創成する技術の開発である．切削工具の振動状態を超音波周波数に比して充分に高速，かつ被削材送り運動に対して高精度に同期させることで，ピッチ数～数十μm，深さ数μmの整列配置されたマイクロテクスチャを工作機械で創成するシステムを構築する．切削による成形仕上げ加工と同時にテクスチャリングできるので，生産性を落とすことなく機能性表面を創成できる点が大きな特長である．本年度は，複屈折性を有する樹脂素材（主にアクリル樹脂）に，本加工手法でテクスチャを創成し，その構造が摺動特性に与える理由について，光弾性法でテクスチャに作用する応力状態から考察した。その結果，非テクスチャ面では，旋盤加工によるカスプの弾性変形が支配的であった。一方，テクスチャ構造では，広い面積で荷重を支えることで，被削材に作用する最大応力が低下することが確認できた。光弾性法で得られた結果について，ＦＥＭ解析を行い，検証とともに可視化結果の定量化も進めている。また，加工面の残留応力分布について，ＥＢＳＤ測定を開始した。超音波振動加工では，一般的には残留応力が減少するといわれているが，本加工手法のような被削材法線方向への振動での加工についての研究報告は少なく，原理について明らかにしていく。研究成果については，論文投稿，学術講演会での口頭発表とともに，機械加工や要素に関する展示会にてサンプル展示を行うことで，共同研究へつなげることができた。

表面纹理化被认为是一种改善滑动表面摩擦学性能的方法。这项研究的目的是开发一种技术，通过在机械加工生产的高精度和复杂零件的表面上使用超声波切割来对齐和排列它们，从而创建高功能的微纹理。通过以与超声波频率相比足够高的速度和高精度使切削工具的振动状态与工件进给运动同步，可以以几十微米的节距排列排列切削工具，并且我们将构建一个使用机床创建微观纹理的系统。一个主要优点是纹理化可以在切割精加工的同时进行，从而可以在不降低生产率的情况下创建功能表面。今年，我们将使用这种加工方法在具有双折射的树脂材料（主要是丙烯酸树脂）中创建纹理，并使用光弹性方法从作用于纹理的应力状态来研究该结构影响滑动性能的原因。。做过。结果，在无纹理的表面上，由于车床加工导致的尖头的弹性变形占主导地位。另一方面，通过纹理结构，可以确认通过在大面积上支撑负载，作用在工件材料上的最大应力减小。我们正在对使用光弹性方法获得的结果进行有限元分析，并对可视化结果进行验证和量化。我们还开始对加工表面的残余应力分布进行 EBSD 测量。一般认为，超声波振动加工可以减少残余应力，但像这种加工方法那样利用工件法线方向的振动进行加工的研究报道很少，其原理也尚未明确。关于研究成果，我们通过提交论文、在学术讲座上进行口头报告、在与机械加工和元件相关的展览会上展示样品来引导联合研究。