放電援用ブラシ効果による工具摩耗制御を用いたCFRP切削の高品位化技術の開発

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K06088
• Research Institution: Sophia University
• Principal Investigator: 田中 秀岳 上智大学, 理工学部, 准教授 (10422651)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: CFRP / CFRTS / CFRTP / 通電加工 / 工具摩耗 / 機能性プラスチック

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，様々な機能性プラスチックに対して旋削加工を行い，それぞれの工作物に対する工具摩耗の定量的評価を行うことで，工作物側のバリの発生を抑制する方法を検討する．汎用旋盤でのCFRTPへの旋削加工実験では，汎用旋盤を用いてCFRTP(短繊維，マトリックス：PEEK)の棒材を旋盤で加工し，加工特性の観察を行った．周長切削距離400m分加工した後の工具先端の摩耗の様子は，いずれの条件下でものすくい面側から工具摩耗が進み，すくい面側の摩耗はほぼ見られなかった．NC旋盤でのCFRTSへの旋削加工実験では，NC旋盤を用いてCFRTS(長繊維，マトリックス：ビニルエステル)の棒材をNC旋盤で加工し，加工特性の観察を行った．周長切削距離1000m分加工した後の工具先端の摩耗の様子は，Top→Middle→　Bottomにいくにつれて摩耗が大きくなっている．また，CFRTPの時と比べるとすくい面も大きく摩耗している．これは棒材のバリが当たることによる炭素繊維のブラシ効果が原因であると考えられる．CFRPへの通電による加熱を行うことで炭素繊維をもろくさせ工具摩耗を減らす目的で行った．長繊維のCFRTSには通電したが同じ方法ではCFRTPには通電しなかった．また通電した方では工具と棒材の接触部分の温度が最も高くなり，そこが一番炭素繊維のもろくなる場所と考えられる．CFRTPの実験を行い，工具摩耗はほぼ逃げ面から発生することが判明した．また，CFRTSの実験を行い，CFRTPの時とは異なり工具摩耗は逃げ面，すくい面の両方から起き，すくい面の摩耗は棒材側のバリが原因であることが考えられた．
CFRTSへの通電実験は工具と棒材の接触点の温度が最も高くなったため，今後，通電しつつ旋削加工を行うことは可能であると考えられる．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究ではCFRTPとCFRTSの棒材の旋削加工特性を調べるため，汎用旋盤やNC旋盤を使用し，それぞれに対して旋削加工実験を行った．また，CFRTSとCFRTPの棒材への通電によって炭素繊維を加熱し，繊維の強度を下げることを目的とし，棒材と工具（チップ）の接点が局所的に加熱されることを確認するために実験を行った．以下に進捗状況を述べる．
CFRTPの棒材への旋削加工を行うことによって，工具の摩耗特性は観測点によってほぼ変わらなかった．また，工具摩耗はほぼ逃げ面から進んでいくことが分かった．
CFRTSの棒材への旋削加工を行うことによって，工具摩耗はそれぞれの観測点によってばらつきが大きく，すくい面と逃げ面がどちらも大きく摩耗している部分は，棒材のバリによる影響が大きいと考えられた．
CFRTSの棒材への通電実験によって，通電することが分かり，棒材と工具（チップ）の接点が局所的に最も温度が高くなることが判明した．また，導線と工具（バイト），棒材の接点温度は棒材と工具（チップ）の接点温度の半分程度かそれ以下であることが分かった．
CFRTPの棒材への通電実験によって，CFRTSの棒材への通電方法と同様に行った結果，通電することはなかった．その理由としてCFRTSの棒材と抵抗値を比べた結果，5000倍以上の違いがあった．したがって，短繊維のCFRTPの棒材では抵抗が大きすぎたため通電しなかったと考えられた．

Strategy for Future Research Activity

旋削実験の方はバリの発生を抑える方法を検討する．具体的な方法を挙げると，低周波振動切削という方法を用いるとバリの発生が抑えられる可能性がある．そのため，実験を行う．
通電実験の方は，CFRTSの棒材に対しては通電したため，通電装置を旋盤に組み込む方法を検討する．また，CFRTPの棒材に対しては通電しなかったため，電源装置を変えるなどして，通電を起こすことができるのかを検討する．