焼結材料の延性モード加工を可能とする超高周波振動切削加工に関する研究

烧结材料延性加工的超高频振动切削研究

基本信息

批准号：
17760103
负责人：
鈴木教和
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では従来より振動切削に用いられている振動周波数(主に20kHz)に対して一桁以上高周波となる数百kHz〜1MHz程度の低振幅振動(0.1〜1μm_<p-p>)を工具刃先に付加する振動切削加工技術の実現に挑戦する.本年度の研究では,有限要素解析技術を用いて,縦振動とたわみ振動を200kHz以上の高周波で組み合わせることのできる振動工具の設計を行い,試作装置の振動特性について評価を行った.また,別途開発を行ってきた40kHzの振動装置を用いて焼結金属(タングステン合金)に対する加工特性評価実験,および超精密金型の試作を行った.さらに試作した金型を用いてガラス部品の成形試験を行い,本手法の実用性について評価を行った.以下に得られた成果および知見を示す.(1)有限要素解析技術を利用して2次の縦振動と4次のたわみ振動の共振周波数がともに200kHzとなる超音波楕円振動子の設計を行った.実際に振動子の試作を行い振動特性の評価を行った結果,たわみ振動の共振周波数が181kHz,縦振動が208kHzとなり,27kHzのずれが生じることがわかった.また,約200kHz付近で駆動することにより0.1μm_<p-p>の楕円振動を発生できることを確認した.(2)40kHzの超音波楕円振動装置を用いてタングステン合金の超精密加工実験を行った.近似2次元切削実験の結果,1μm前後の切取り厚さが延性-脆性の臨界条件となり,0.2μmの切取り厚さにおいても連続型の切りくずが生成されることを確認した.(3)上記の振動装置を用いてタングステン合金性の金型を試作し,良好な形状精度と仕上げ面性状を両立できることを確認した.さらに,試作した金型を用いて光学ガラスの成形を行った結果,微細形状が精密に転写され良好なガラス部品を成形可能であることを確認した.

在这项研究中，我们应用数百kHz至1MHz的低振幅振动（0.1至1μm_<p-p>），这比传统用于振动切削的振动频率（主要是20kHz）高一个数量级，以增加了刀具切削刃。迎接实现加工技术的挑战。在今年的研究中，我们利用有限元分析技术设计了一种能够在200kHz或更高的高频下结合纵向振动和弯曲振动的振动工具，并评估了原型的振动特性设备。我们还使用单独开发的 40kHz 振动装置和玻璃零件的超精密模具原型来评估烧结金属（钨合金）的加工特性。我们进行了测试并评估了该方法的实用性，所得结果和知识如下所示：（1）使用有限元分析技术的超声波椭圆，频率均为200kHz。我们设计了一个振动器。通过实际制作振动器的原型并评估其振动特性，我们发现弯曲振动的共振频率为181kHz，纵向振动为208kHz，导致偏差为27kHz，约20证实以0kHz左右驱动可产生0.1μm_<p-p>的椭圆振动。 (2)利用40kHz超声椭圆振动装置进行了钨合金的超精密加工实验。实验结果确认，切削厚度为1μm左右成为延性-脆性的临界条件，即使切削厚度为0.2μm，也会产生连续切屑。 (3)利用上述。振动装置钨合金模具我们制作了原型，并确认可以同时实现良好的形状精度和成品表面质量。此外，使用原型模具成型光学玻璃的结果是，可以精确地转印精细形状，可以成型优质的玻璃部件。经证实。