2017 Fiscal Year Research-status Report
Development of high precision machining method for CFRP with hybrid electroplated end-mill
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17K14570
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
古木 辰也 岐阜大学, 工学部, 助教 (00783482)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | CFRP / エンドミル加工 / 研削加工 / モニタリング / 難削材料 / 温度測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
安定した加工および実験を実施するために，加工システムのモニタリングシステムの構築を試みた．構成要素としては，研削動力計と加速度計，ハイスピードカメラ，サーモグラフィカメラである．またこのシステムを用いた加工実験において，工具を工具把持具であるホルダに取り付けて静的振れを測定し，振れ精度を修正・統一しているにも関わらず，実験データに再現性が得られないことがあったため，フィールドバランサを用い，動バランスを評価・修正することで再現性の確保を行なうことができた．代表者の提案するエンドミル形状と電着砥石を組み合わせたハイブリッド電着エンドミルは工具逃げ面側に固定されたcBN砥粒がCFRPを微小切込みで除去する．したがって，加工に有効な砥粒数が増加するには，逃げ角を小さくすることが有効であるが，この場合研削抵抗が大きくなり，CFRPの弾性変形により寸法誤差が生じることを懸念した．そこで逃げ角が0°～15°の間で異なる工具を試作し加工実験を行った．その結果，懸念事項と反する傾向を示し，逃げ角が小さい方が研削抵抗は小さくなった．この理由としては，逃げ角が大きくなることで有効砥粒数が減少し，CFRPが除去されずに見かけの切り込み量が増加したことが原因である．以上より，ハイブリッド電着エンドミルの逃げ角は0°もしくは5°が最適であることがわかり，この成果を国際会議では発表するとともに，国際誌に研究論文として発表した．
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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
申請段階で計画したとおり，研削動力計により加工抵抗を，加速度計により主軸系の振動状態を，ハイスピードカメラにより工具たわみ量を，サーモグラフィカメラにより加工中のCFRP温度を，デジタルダイヤルゲージにより主軸変位を同時かつリアルタイムにモニタリングするシステムの構築を行った．加えて，工具セットアップ時の動的振れ精度を統一するために，フィールドバランサを活用し，安定的かつ再現性の高い実験データ取得を可能とした．モニタリングシステムの構築は計画通りに遂行されたため，現在ではモニタリングデータに基づいて加工条件の自動変更を行なうことが可能なシステムへの改善を試みている．この構築したシステムを用い，開発するハイブリッド電着エンドミル形状の改善を行い，エンドミル逃げ角の最適化を行った．その結果，航空機分野でよく使用されているCFRPに用いられている熱硬化性エポキシ樹脂のガラス転移温度を十分に下回る加工温度で，未切断繊維やバリの発生していない良好な加工面を得られることができた．また工具摩耗についても，エンドミル形状外周に固定されたcBN砥粒は脱落することがなく，高い工具寿命を示すこともわかった．この成果を研究論文として発表した．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究成果によりハイブリッド電着エンドミルの形状および使用砥粒の粒径はおおよそ決定できた．次に，当該開発工具でCFRPを加工する際の加工条件がCFRP温度や工具摩耗，寸法誤差に与える影響を解明したい．また，これまでの結果は冷却・潤滑油を用いないドライ環境下におけるものであり，ウェット環境での開発工具の加工特性については未確認であるため，ウェット環境下での加工特性についても解明したい．しかしながら，ウェット環境ではサーモグラフィカメラによる温度測定が困難であるため，CFRP作製時に熱電対を埋め込むことで温度測定を試みる．以上の目標の達成のため，加工条件が加工特性に与える影響について定量的に示す．
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