積層材料の振動穴あけ加工に関する研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08650304
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Tokyo Metropolitan College of Technology
• Principal Investigator: 青木 繁 東京都立工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (20106610)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西村 惟之 東京都立工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (40124002)
• Keywords: 振動 / 積層材料 / ボール盤 / 剥離 / 切削加工 / 振動切削 / 減衰 / エネルギ

Research Abstract

FRP積層材料は軽量化や高強度化,形成が容易であることなどの有利な点が多いため,種々の構造物に使われている。FRP積層材は、とくに穴あけ加工の際に積層面での剥離が発生しやすい。切削時に比較的小さい振動荷重を加えることによって切削が困難な材料を切削することが出来,仕上げ精度が向上する例が報告されている。しかしながら,このような振動荷重を加えながらFRPを切削する方法について検討した研究はほとんどなく,剥離が発生しないような加振方法についても明らかにされていない。本研究では,このような観点から説くにFRP積層材料の穴あけ加工に着目し,振動荷重を理容師で積層面に剥離を生じない方法を開発することを目的としている。
昨年度は,FRP積層材料を加振誌ながら穴あけをする装置を作製し,実験によって積層面での剥離が発生しない条件について検討した。工作機械としてはボール盤を対象とした。加振部としては,今研究ではテーブルを加振する方法を採用した。そのため,ボール盤のテーブルを加振する装置を作製し,積層材料の伝達関数がピークとなる振動数で加振しながら穴あけを行った。その際に,加工後の加工面の表面粗さを測定した。積層材料のボール盤上での固定方法は実機を参考にして決めた。その結果,加振しながら穴あけをした方が剥離がおこりにくく,加工後の加工面の表面粗さがよくなることが明らかになった。
今年度は昨年度に得られた結果を理論的に求める方法を開発した。力学モデルとして積層面を減衰要素とし,積層面に吸収されるエネルギを求めた。その結果,振動荷重を加えると積層面に吸収されるエネルギが小さくなることが明らかになり,このモデルを用いて昨年度に得られた実験結果を説明することができた。

Research Products

• [Publications] 青木,繁: "積層材料の振動穴開け加工の解析モデル" 日本機械学会講演論文集. 983-1. 225-226 (1998)
• [Publications] 青木,繁: "複合材料の振動穴開け加工に関する研究" 山梨講演会講演論文集. 147-148 (1997)
• [Publications] 青木,繁: "Reduction of Residual Stress for Welding Joint Using Vibrational Load" Proceedings of International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology. BLDW/14. 385-392 (1997)
• [Publications] 青木,繁: "Reduction Method for Residual Stress of Welding Joint Using Vibration" Booklet of Abstracts of 7th International Conference on structural Safety and Reliability. 176 (1997)
• [Publications] 西村,惟之: "Reduction of Residual Stress by Ultrasonic Vibration during Welding" Book of Abstracts McNU'97,Joint ASME,ASCE and SES Summer Meeting. 371 (1997)