非共振型超音波振動工具による放電加工

使用非共振超声波振动工具进行放电加工

• 批准号: 22K03850
• 负责人: 金子 健正
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Nagaoka National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03850/
• 关键词: 超音波振動; 放電加工; 超硬合金; 微細深穴; 超音波

本研究では、放電加工において工具電極が消耗しても超音波振動が継続し、かつ、加工に最適な任意の超音波振動周波数を付与できる“非共振型”の超音波振動工具の開発を目的としている。本機構の開発と放電加工への適用により、これまで超音波振動工具の適用が難しかった超硬合金や微細深穴加工の加工特性向上を目指している。今年度は、本機構の振動モードの解析を行った。試作した超音波振動工具のアドミッタンス曲線より非共振性を推測しているが、20 kHz超の超音波振動実現のためには振動モードを明らかにする必要がある。そこで、有限要素法に基づく計算ソフトであるANSYSを用い、超音波振動工具の形状、寸法、材料及び超音波振動子の拘束条件において、超音波振動の振動モードを解析した。次に、10kHz～50kHzの超音波振動付与と振幅測定を行った。レーザードップラー振動計を用いて振動周波数を変化させながら超音波振動振幅を測定し、非共振型超音波振動工具の振動特性を明らかにした。その結果、周波数全域で数μm程度の振動が観察され、特に12kHz、17kHz、40kHzでは10μm以上の振幅が得られた。また、これらの周波数においては20mm程度の工具電極の長さの変化によらず、継続して超音波振動が得られた。このことから、工具電極が消耗しても超音波振動が継続すると考えられる。開発した機構は、加工条件や工作物の種類に応じて周波数と振幅が変更できる超音波振動工具としての活用が期待される。

这项研究旨在开发一种“非谐振”超声波振动工具，即使在电气加工过程中磨损工具电极，也可能会继续引起超声波振动，并且可以提供对加工最佳的任意超声振动频率。通过开发这种机制并将其应用于电气加工中，我们旨在改善碳化物合金和细孔加工的加工特性，这些特性以前很难应用超声波振动工具。今年，我们分析了该机制的振动模式。尽管从原型超声振动工具的入院曲线中估算了非共振，但有必要阐明振动模式以实现超过20 kHz以上的超声振动。因此，使用基于有限元方法的计算软件ANSYS用于分析超声振动工具的形状，尺寸，材料和约束下的超声振动的振动模式。接下来，将超声波振动从10 kHz到50 kHz应用，并进行了振幅测量。在使用激光多普勒振动器更改振动频率时测量了超声振动幅度，以阐明非共鸣超声振动工具的振动特性。结果，在整个频率范围内观察到了约几μM的振动，并在12 kHz，17 kHz和40 kHz的情况下获得了10μM或更多的振动。此外，在这些频率下连续获得超声波振动，而不管刀具的长度约为20 mm。这可以假设即使磨损工具电极，超声波振动仍在继续。预计开发的机制将用作超声波振动工具，该工具可以根据处理条件和工件的类型来更改频率和振幅。