高機能切削工具刃型形状の設計に関する研究

高性能切削刀具刀片形状设计研究

• 批准号: 11750094
• 负责人: 篠塚 淳
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750094/
• 关键词: 熱弾塑性有限要素法; 切削加工; 工具形状; CAE; 設計; 超高速切削; シミュレーション; コーティング膜

高機能切削工具の刃型形状は切削条件によって変化する,切削力,切削温度,工具摩耗速度,工具欠損確率,切りくず処理状態などの要因を全て考慮した上で設計される.そのため,高機能切削工具を開発するためには様々な切削条件における上記切削特性の因子を詳細に把握する必要がある.常用切削速度範囲における上記切削特性因子のおのおのは静的陰解法熱弾塑性FEM解析によって把握することができた.すなわち切削速度数m/s程度の二次元切削状態であれば解析的に予測することができ,解析結果から得られる情報を,統計的処理を用いて統合し,最適な工具形状を設計する手法の確立ができた.例えばニューラルネットワークを用いてFEM解析結果を学習させれば,与えられた工具形状に対する最適な切削条件を探索することが可能である.また,チップブレーカ工具のような工具形状を決定する幾つかの設計形状パラメータを因子とし,各因子を幾つかの水準に分けて実験計画法を用いて処理すると,切削性能に大きく影響を与える因子やそうでない因子を的確に選別でき,能率的に高機能工具形状を設計するための指針を得ることができた.さらに切削速度が数十m/s〜数百m/sとなる高速・超高速切削過程における,最適工具形状を解析的に設計するため,動的陽解法熱弾塑性FEMによる切削シミュレータを開発した.切削速度が非常に高速で被削材の塑性波伝播速度以上の切削速度域では,塑性波が衝撃波として伝播するためせん断面付近に非常に大きな圧縮の静水圧が発生し,切削力が非常に大きくなることがFEM解析結果より得られた.この現象は常用切削速度域では無い現象であるため,塑性波伝播速度を境にして最適工具形状は変化する可能性があることが得られた.超高速切削過程における切削力の変化や,仕上げ面の残留応力,残留ひずみの変化は以前より様々に議論されておいるが,本FEM解析によってより明白にすることができる可能性を得た.

高性能切割工具的刀片形状取决于切割条件，并且在考虑到所有因素之后设计的，例如切割力，切割温度，刀具磨损速度，刀具缺陷概率，芯片处理条件等。为了开发高性能切割工具，为了开发高性能切割工具，这对于了解各种切割特征的详细切割特征的因素是详细介绍的。正常切割速度范围内的上述每个切割特征因子都可以通过静态隐式热弹性塑性fem分析来掌握。也就是说，切割速度大约是切割速度的m/s数量。可以通过分析预测切割状态，并且可以使用统计处理来集成从分析结果中获得的信息，以建立一种设计最佳工具形状的方法。例如，通过使用神经网络学习FEM分析结果，可以为给定的工具形状寻找最佳切割条件。此外，确定工具形状的几个设计形状参数（例如芯片断路器工具）被用作因子，每个因素都分为几个级别。当使用切割方法处理时，准确选择了对切割性能或不显着影响切割性能的因素产生重大影响的因素，并有效地获得了设计高性能工具形状的指南。此外，为了在高速和超高的切割过程中分析设计最佳的工具形状，在高速和超高的切割过程中，切割速度为几十m/s至数百m/s，我们使用动态明确的热弹性塑料塑料FEM开发了切割模拟器。在切割速度范围内，切割速度极高，塑料波在塑料波上方传播随着冲击波的传播。因此，FEM分析结果表明，压缩的非常巨大的静水压力在剪切截面附近发生，并且切割力变得非常大。这种现象不在正常的切割速度范围内，因此发现最佳工具形状可能在塑料波传播速度的边界处发生变化。尽管在超高速度切割过程中切割力的变化发生了变化，但比以前讨论了剩余应力和残余应变的变化，但这种FEM分析已经获得了更清楚的可能性。

项目成果

T.Obikawa,J.Shimozuka,H.Kikuchi,K.Yoshino and T.Tanabe: "FINITE ELEMENT MODELING OF MACHINING WITH A HELICAL ENDMILL"PROGRESS OF MACHINING TECHNOLOGY September 16-20,2000 Beijing.China. 715-720 (2000)

T.Obikawa、J.Shimozuka、H.Kikuchi、K.Yoshino 和 T.Tanabe：“螺旋立铣刀加工的有限元建模”加工技术进展 2000 年 9 月 16-20 日，中国北京。

篠塚淳,藤田靖隆,帯川利之: "高速切削における材料物性の効果"2000年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. 186 (2000)

Jun Shinozuka、Yasutaka Fujita、Toshiyuki Obikawa：“高速切削中材料性能的影响”日本精密工程学会 2000 年春季会议记录 186 (2000)。

Jun Shinozuka,Toshiyuki Obikawa: "SIMULATION ANALYSIS HYPER VELOCITY MACHINING"ABRASIVE TECHNOLOGY Current Dvelopment and Application I. 378-385 (1999)

Jun Shinozuka，Toshiyuki Obikawa：“模拟分析超高速加工”磨料技术的当前发展和应用 I. 378-385 (1999)