Shinozuka Lab
Jun SHINOZUKA
  篠塚 淳  Jun SHINOZUKA
職   名:准教授
研究組織:大学院工学研究院
       システムの創生部門/システムのデザイン分野
教育組織:大学院工学府
       システム統合工学専攻/機械システム工学コース
学部組織:工学部生産工学科
担当講義:<大学院>高速機械加工論,超高速加工現象特論
       <学  部>加工学U
       <第二部>機械加工学T

専   門:極限加工,衝撃力学,材料物性,
       加工シミュレーション

連絡先  :E-mail
篠塚研究室ホームページ
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● 研究テーマと概要 ●
 金属切削過程では,被削材材料はせん断域において通常の変形過程では有得ないほどの高温・高ひずみ・高ひずみ速度で大規模に塑性変形しています.切削過程では,最高温度は1000 ℃を軽く超え,ひずみ速度は10,000 1/sを越えます.この変形環境は材料にとって極限状態にあると言え,切削速度が高速になればなるほど,より過酷な状態になります.
 つまり,切削を研究することで極限環境下の変形特性を知ることができるのです.本研究室は,より極限状態下での材料物理現象の解明に挑戦するため,切削速度が被削材の塑性波伝播速度を越える超高速切削現象を研究対象としています.このような超高速の切削条件が産業界で即実用化できるかどうかは別として,未だ誰も見たことのない現象を探求することに重きを置いて研究を行っています.
 被削材のせん断面は大規模に塑性変形しているので弾性応力波のほかに塑性応力波が伝播しています.切削工具がこの塑性波速度よりも高速になれば,塑性せん断域に塑性衝撃波が発生するため,せん断域には通常の切削過程では発生し得ないほどの非常に高い静水圧が発生すると想定できます.この高い静水圧が切りくず生成,切削機構,仕上げ面特性にどのような影響を与えるのか,また,超高速切削過程で起こり得る現象をうまく利用すれば,通常の切削条件では得られない新しい特性や機能を持った仕上げ面を創生することができるのではないのか,などについて基礎的研究を行っています.
 研究室では,動的熱弾塑性FEM切削シミュレータを独自開発し解析的予測手法に基づき高速・超高速切削過程の解明を行うほか,実際に高速・超高速切削過程を実現できる空気銃型の高速切削試験機を独自開発して実験的に切削現象の解析に取り組んでいます.
 一方,工具−切りくず接触域は切削条件により変化しますが,概ね1〜2mm2程度と微小領域ですが,そこには概ね1000℃程度の温度勾配が,1GPa程度の応力勾配があり,非常に過酷な環境です.工具−切りくず接触域の温度や応力の分布は,切削過程の材料物理現象や切削状態を把握する上で非常に重要な物理量ですが,これら分布を直接測定することは困難を極め,実用的な手法は確立されていません.そこで,切削過程の物理現象を計測するためのセンサの開発に関する研究や,新しい工具による新しい切削加工法の提案に関する研究も行っています.
Examples of results simulated with the developed FEM cutting simulator High-speed impact cutting tester developed

● 主な公表論文 ●
1) Jun Shinozuka, Ali Basti and Toshiyuki Obikawa, Development of Cutting Tool with Built-in Thin Film Thermocouples for Measuring High Temperature Fields in Metal Cutting Processes, Transaction of the ASME, Journal of Manufacturing Science and Engineering,Vol.130, June, (2008)
2) 篠塚淳,内海幸治,バスティ アリ,帯川利之,薄膜熱電対内蔵型切削工具による工具すくい面温度分布の測定,日本機械学会論文集(C編), Vol.72, No.717, (2006) pp.1687-1694.
3) J.Shinozuka and T.Obikawa, Development of Orthogonal Impact Cutting Testing Machine, Key Engineering Materials, Vol.291-292, (2005) pp.507-512.
4) 篠塚淳,帯川利之,李成発,超高速切削過程における衝撃波と切削機構, 日本機械学会論文集(C編), Vol.69, No.680 (2003) pp.1123-1130.
5) 篠塚淳,帯川利之,白樫高洋,チップブレーカによる切りくず破断過程の熱弾塑性有限要素法シミュレーション,精密工学会誌, Vol.62, No.8 (1996) pp.1161-1166.

 Our laboratory is studying interesting physical phenomena that are encountered in metal cutting. Especially, phenomena in ultra high-speed cutting process whose cutting speed is faster than speed of plastic wave of workpiece material are one of our major research interests.
 We have developed a dynamic and thermo elastic plastic FEM cutting simulator to predict the cutting phenomena. The phenomena of ultra high-speed cutting predicted by using of the FEM simulator are that the plastic shock waves are generated in the shear zone, and that high levels of the hydrostatic stresses are induced by the plastic shock waves.  In order to ascertain this interesting phenomenon, we have also developed a high-speed impact cutting tester. This tester can investigate cutting phenomena at cutting speeds up to 150 m/s and 200 m/s in the atmosphere and in the vacuum conditions, respectively. We can also investigate influences of not only the cutting speed but also the cutting environment on the cutting phenomena with the tester.
 Furthermore our research interests are expanding to develop intelligent cutting tools to grasp cutting situation in detail.

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