分子吸着による塑性変形挙動の変化を利用した“潤滑”に依存しない切削加工技術の探求

利用分子吸附引起的塑性变形行为的变化，探索不依赖“润滑”的切削技术

基本信息

批准号：
22H01376
负责人：
杉原達哉
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

高精度かつ高能率な付加価値の高い切削加工技術を確立する上で，切削油剤などの供給による加工点近傍への潤滑性向上は欠かせない要素である一方で，著しく過酷な摩擦環境に晒される工具-切りくず界面への潤滑性の付与・維持は極めて困難である．そこで本研究は，従来型の“潤滑”に依存した切削加工技術の限界を打破するため，金属表面への分子の吸着によって引き起こされる塑性変形挙動の変化に着目し，「切削加工における塑性変形挙動のin-situ観察」，「自己集積化単分子膜による吸着分子制御」といったコア技術を軸に研究を展開することで，その作用機序や発現条件を解明していく．そして，同現象を積極的に活用した切削加工技術を構築することで，「“潤滑”に依存しない切削加工特性の飛躍的向上」という新たな価値創出によるブレイクスルーを図るというものである．本年度はまず，DIC解析を援用した切削加工のin-situ観察手法の構築を行い，切削加工プロセスにおける被削材内部のすべり線場，ひずみ，ひずみ速度分布の計算手法を確立した．そして構築した手法を用い，炭素数の異なる脂肪酸を有する切削油剤を用いた実験を行ったところ，(i) 切削加工特性は脂肪酸の炭素水素鎖長さに大きく依存し，炭素数の大きい脂肪酸で著しい切削抵抗の低減効果が得られること，(ii) 脂肪酸による切削抵抗の低減効果は，工具-切りくず界面における潤滑効果ではなく，被削材自由面側に吸着した脂肪酸によってもたらされていること，(iii) 被削材自由面側に吸着した脂肪酸が，吸着面に表面応力場を付与することで，切削低減の低減が起きている可能性があること，などを明らかにした．

为了建立高精度、高效率、高附加值的切削技术，必须通过供给切削液等来改善加工点附近的润滑性。在刀具处提供并保持润滑性是极其困难的。芯片接口。因此，为了克服依赖“润滑”的常规切削技术的局限性，本研究重点关注金属表面分子吸附引起的塑性变形行为的变化，通过围绕“润滑”等核心技术进行研究。通过“分子的原位观察”和“利用自组装单分子层控制吸附分子”，我们将阐明作用机制和表达条件。通过构建积极利用这种现象的切削技术，目标是通过创造新价值来实现突破，“大幅提高不依赖于润滑的切削特性。”今年，我们首先开发了利用DIC分析的切削原位观察方法，并建立了计算切削过程中工件内部滑移线场、应变和应变率分布的方法。利用所开发的方法，我们使用含有不同碳原子数的脂肪酸的切削液进行了实验，发现（i）切削性能很大程度上取决于脂肪酸的碳氢链的长度；脂肪酸的切削力降低作用不是由刀具-切屑界面的润滑作用引起的，而是由吸附在工件自由表面上的脂肪酸引起的，(iii)。研究表明，吸附在工件自由表面上的脂肪酸可以通过向吸附表面施加表面应力场来减少切削减量。