2018 Fiscal Year Annual Research Report
Orbital drilling of large diameter deep holes in aircraft parts
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17H03160
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
松村 隆 東京電機大学, 工学部, 教授 (20199855)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 切削 / 炭素繊維強化プラスチック / チタン合金 / オービタル加工 / 切削力 / 工具摩耗 / 切りくず生成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度に開発した切削シミュレーションに基づき加工誤差を評価するために，オービダル加工において安定した切削状態を実現する必要がある．航空機構造部材に対する加工では，通常，専用のオービタル加工装置を用いているが，その装置における工具の回転数などは，装置の仕様によって限定されている．また，オービタル加工用の専用工具がメーカから市販されている．平成30年度は，以上の状況を踏まえ，同条件でチタン合金に対して切削試験を実施した．
切削試験においては仕様に合わせて回転数を固定し，オービタル軌道における工具中心の回転速度，すなわち平面内における送り速度と，軸方向の送り速度が切削状態に及ぼす影響を調べた．工具が材料の軸方向に侵入する角度はそれぞれの送り速度の割合によって制御できるが，侵入角度は切りくず生成状態に影響する．侵入角度が大きい場合は，切りくず排出性が悪化し，仕上げ面が悪化する．この状態は，切削力によっても監視可能であることを確認した．
次に，炭素繊維強化プラスチックとチタン合金の重積材に対してオービタル加工を試み，以下の特性を得た．(1) それぞれの材料の切削初期では，工具摩耗の進行が速い．(2) 重積材の切削では，穴が深くなるため切りくずの排出性が悪い．(3) 重積材の境界部では，上部材料と下部材料の切りくず生成状態が異なり，相互に干渉するため，切削力が一時的に大きくなる．
平成30年度下半期では，平成31年度での加工誤差評価に向けたシミュレーションに必要な工具の変形特性を調べた．ここでは，静的荷重を負荷した変形特性とインパルス応答法による動的特性を調べた．これに基づき，工具の挙動を調べる段階に至った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成30年度では，安定した切削状態を実現できるオービタル加工条件を明らかにした．また，重積材特有の特性も見出した．その結果，切削試験によって加工誤差を測定できる環境を得た．また，切削シミュレーションによる加工誤差評価のための基礎特性を得た．
また，平成29年度から継続している残留応力の評価については工具形状を検討し，すでに予備試験を実施している．
以上の経緯を踏まえ，本研究課題については，ほぼ順調に進行しており，平成31年度に当初の目標を達成する目途が立っている．
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| Strategy for Future Research Activity |
開発した切削シミュレーションに基づき，加工誤差予測を試み，その妥当性を示す．なお，この評価は仕上げ工程を想定したものであり，最終削り代が加工誤差に及ぼす影響を明らかにしたい．
一方，穴内面の仕上げ面粗さ，残留応力を考慮した工具設計を考える．現時点では，金型加工用として市販されているバレル工具を改造し，オービタル加工に適用する．
以上の成果により，航空機構造用部材の大口径穿孔の実用化への指針を示すことができるものと考えている．
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