研究課題/領域番号 |
22K03806
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研究機関 | 筑波技術大学 |
研究代表者 |
明松 圭昭 筑波技術大学, 産業技術学部, 准教授 (20396766)
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研究分担者 |
後藤 啓光 筑波技術大学, 産業技術学部, 准教授 (90389718)
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研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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キーワード | 複合材料・物性 |
研究実績の概要 |
CFRPは高強度,高剛性,耐食性に優れる,など従来の材料にはない優れた特性を有するため,様々な分野で適用が進んでいる。近年,成形のしやすさ,リサイクル性の良さなどから熱可塑性CFRPの開発が進められているが,成形後の加工(2次加工)においては炭素繊維を含んだ材料であるため加工が困難なうえ,繊維破断や層間はく離などが生じた場合には金属材料以上に著しい強度低下が生じることが問題となっている。これは加工部分の材料を取り除く除去加工では必ず生じる問題である。そのため一体成型を行うなどして2次加工を少なくしている。その結果,大型設備が必要なうえ汎用性が乏しいなどコストが高くなることで普及の妨げとなっている。 そこで我々の研究グループが開発したのが超音波穿孔加工法である。本手法は除去加工とは異なり,強度低下につながる繊維破断を回避しながら加工が可能,加工時間の大幅な短縮が可能,硬度の低い材料(アルミニウム針等)を工具として適用し穴加工可能など,熱可塑性CFRP材の穴加工に適していることが明らかになっている。しかし本手法は2016年に開発された新しい加工法であるため,応用研究が全くなされていない。また最適な加工条件の明確化および詳細な加工メカニズムの解明には至っていない。そこで本研究では超音波穿孔加工を応用し加工した穴に高強度なワイヤーを通し縫い合せることで熱可塑性CFRP板材同士を接合する技術の確立を目指した。その結果,本年度は高強度ワイヤーで接合するために熱可塑性CFRP板材に超音波穿孔加工を行った。その際,「超音波穿孔加工が熱可塑性CFRP板材の強度におよぼす加工工具および加工条件の影響」を調査した。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の目標である超音波穿孔加工が熱可塑性CFRP板材の強度におよぼす加工工具および加工条件の影響を調査するために,針状工具の材質,形状の検討および装置改良を行った。 具体的には,ミシン縫いに適した針状工具の形状(先端形状,角度,表面粗さ,など)および材質(鉄,アルミニウム,タングステン,など)が加工におよぼす影響を調査した。その結果,針状工具の先端は砲弾型で,材質はステンレス鋼程度以上の硬度が適していることが分かった。
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今後の研究の推進方策 |
超音波穿孔加工時に熱可塑性CFRPの炭素繊維の破断(強度低下)を減少させるために,押付け力,定速送りなど加工速度が材料強度におよぼす影響を調査する。加工速度の制御を行うことで加工条件を検討する。また複数枚の熱可塑性CFRP板材を重ねて穿孔加工を行う。その際,上面と下面それぞれにAEセンサを貼り付け加工のモニタリングを同時に行う。不連続体を加工する際に生じる摩擦熱の影響,固定治具の影響などを調査する。
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次年度使用額が生じた理由 |
針状工具先端形状などの観察に使用予定の顕微鏡購入が遅れたため,予算消化が進まなかった。今年度,購入予定である。
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