JPWO2014157570A1 - 繊維強化複合材又は金属の切削加工用エントリーシート及び該切削加工方法 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、本発明の第一の課題は、繊維強化複合材(例えば、CFRP)の切削加工において、工具とは別のアプローチで加工性を向上させることを目指し、例えば、従来の繊維強化複合材(例えば、CFRP)の孔あけ加工に比べて、ドリルへの負荷を低減させることでドリルの摩耗を抑制し、加工した孔の内径が均一で高品質な加工孔を得ることができるエントリーシートを提供することにある。
そこで、本発明の第二の課題は、金属の切削加工において、切削工具とは別のアプローチにより金属の加工性を向上させることを目指し、例えば、従来の金属の孔あけ加工に比べて、ドリルへの負荷を低減させることで、ドリルの摩耗を抑制し、ドリル孔あけ加工寿命の長寿命化を達成することができるエントリーシートを提供することにある。
そこで、本発明の第三の課題は、繊維強化複合材及び/又は金属の切削加工(例えば、ドリルによる孔あけ加工)において、加工孔周辺の蓄熱を抑制することで、従来の加工方法に比べて加工孔周辺にできるバリの量を低減できる切削加工方法を提供することである。また、その切削加工方法によって形成される高品質な貫通孔を提供することにある。
(1)
繊維強化複合材及び/又は金属を切削加工する際に用いることを特徴とするエントリーシート。
(2)
樹脂シートを含む(1)に記載のエントリーシート。
(3)
前記樹脂シートが水溶性樹脂を含む(2)に記載のエントリーシート。
(4)
前記樹脂シートが非水溶性樹脂を含む(2)又は(3)に記載のエントリーシート。
(5)
前記樹脂シートが固体潤滑剤を含む(2)〜(4)のいずれかに記載のエントリーシート。
(6)
前記樹脂シートが2種類以上の樹脂組成物層を含む(2)〜(5)のいずれかに記載のエントリーシート。
(7)
前記樹脂シートの厚みが0.1mm以上20mm以下である(2)〜(6)のいずれかに記載のエントリーシート。
(8)
前記樹脂シートの少なくとも片面に金属箔を備える(2)〜(7)のいずれかに記載のエントリーシート。
(9)
前記金属箔と前記樹脂シートとの間に接着層が形成されている(8)に記載のエントリーシート。
(10)
前記接着層が樹脂皮膜である(9)に記載のエントリーシート。
(11)
繊維強化複合材及び/又は金属と接する面に粘着層が形成されている(1)〜(10)のいずれかに記載のエントリーシート。
(12)
前記切削加工される繊維強化複合材が炭素繊維強化プラスチックを含む(1)〜(11)のいずれかに記載のエントリーシート。
(13)
前記切削加工される金属がチタン合金を含む(1)〜(12)のいずれかに記載のエントリーシート。
(14)
前記切削加工される金属がアルミニウム合金を含む(1)〜(13)のいずれかに記載のエントリーシート。
(15)
前記切削加工される対象が、金属と繊維強化複合材とが接するように重ねあわされた材料である(1)〜(14)のいずれかに記載のエントリーシート。
(16)
金属を含む(1)〜(15)のいずれかに記載のエントリーシート。
(17)
ガスを用いて切削加工箇所及び/又は切削工具を冷却しながら繊維強化複合材及び/又は金属を切削加工する際に用いる(1)〜(16)のいずれかに記載のエントリーシート。
(18)
(1)〜(17)のいずれかに記載のエントリーシートを用いて繊維強化複合材及び/又は金属を切削加工することを特徴とする切削加工方法。
(19)
前記切削加工される繊維強化複合材及び/又は金属における切削工具進入面に前記エントリーシートを配置して切削加工を行う(18)に記載の切削加工方法。
(20)
前記切削加工が孔あけ加工である(18)又は(19)に記載の切削加工方法。
(21)
前記エントリーシートがアルミニウム箔を含む(18)〜(20)のいずれかに記載の切削加工方法。
(22)
前記切削加工が、30℃以下のガスを用いて切削加工箇所及び/又は切削工具を冷却しながら行われる(18)〜(21)のいずれかに切削加工方法。
(23)
前記切削加工に用いる切削工具が超硬合金からなるドリルである(18)〜(22)のいずれかに記載の切削加工方法。
(24)
前記切削加工が繊維強化複合材及び/又は金属に貫通孔を形成する加工である(18)〜(23)のいずれかに記載の金属切削加工方法。
(25)
前記切削加工が、ガスを用いて切削加工箇所及び/又は切削工具を冷却しながら行われ、
前記切削加工箇所及び/又は切削工具に供給するガス量が5〜300L/minであり、該ガスを供給する装置のガスの出口面積が7mm2〜2000mm2であり、且つ、該ガスを供給する装置のガス出口と前記加工箇所及び/又は切削工具との距離が100mm〜500mmである(18)〜(24)のいずれかに記載の切削加工方法。
(26)
前記切削加工が、ガスを用いて切削加工箇所及び/又は切削工具を冷却しながら行われ、
前記切削加工箇所及び/又は切削工具に供給するガスに含まれる水分の量が20g/m3以下である(18)〜(25)のいずれかに記載の切削加工方法。
(27)
前記切削加工が、ガスを用いて切削加工箇所及び/又は切削工具を冷却しながら行われ、
前記切削加工箇所及び/又は切削工具に供給するガスに含まれる油分が10mg/m3以下である(18)〜(26)のいずれかに記載の切削加工方法。
(28)
前記切削加工される金属がチタン合金を含む(18)〜(27)のいずれかに記載の切削加工方法。
(29)
前記切削加工される金属がアルミニウム合金を含む(18)〜(28)のいずれかに記載の切削加工方法。
(30)
前記切削加工される対象が、金属と繊維強化複合材とが接するように重ねあわされた材料であり、繊維強化複合材が金属よりも切削工具進入側になるように配置して切削加工する(18)〜(29)のいずれかに記載の切削加工方法。
(31)
(18)〜(30)のいずれかに記載の切削加工方法によって形成された貫通孔。
(32)
(18)〜(30)のいずれかに記載の切削加工方法によって繊維強化複合材を切削加工する工程を含む繊維強化複合材の製造方法。
(33)
(18)〜(30)のいずれかに記載の切削加工方法によって金属を切削加工する工程を含む金属の製造方法。
本実施の第一の形態は、繊維強化複合材(例えば、炭素繊維強化プラスチック)を切削加工する際に用いるエントリーシートである。
本実施の第一の形態のエントリーシートにおいて、樹脂シートを形成する成分は、水溶性樹脂でも非水溶性樹脂でもよく、特に限定されるものではない。
一方、樹脂シートを形成する成分のうち潤滑性向上成分として、特に限定されないが、例えば、変性ポリアミド、エチレンビスステアロアミド、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、メチレンビスステアルアミドなどで例示されるアマイド系化合物;ラウリン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、オレイン酸などで例示される脂肪酸系化合物;ステアリン酸ブチル、オレイン酸ブチル、ラウリン酸グリコールなどで例示される脂肪酸エステル系化合物;流動パラフィン、ポリエチレンワックスなどで例示される脂肪族炭化水素系化合物;オレイルアルコールなどで例示される高級脂肪族アルコール;スチレン単独重合体(GPPS)、スチレン−ブタジエン共重合体(HIPS)、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体(例えばMS樹脂)などで例示されるポリスチレン系樹脂が挙げられ、これらのうち少なくとも1種を選択することができる。
本実施の第一の形態エントリーシートは、樹脂シート及び金属箔を含む場合、該樹脂シートの少なくとも片面に金属箔を備えることが好ましい。
本実施の第一の形態のエントリーシートは、このように樹脂シートの少なくとも片面に金属箔を備えた複数層からなる場合、剛性が高まり、ハンドリング性が向上する。さらに、例えば、ドリル孔あけ加工を行う場合、金属箔がドリルの直進性を保持することによって、ドリルの求芯性が向上し、設計通りの位置に孔をあけることができる。さらに、被切削加工材と樹脂シートとの間に金属箔があることで、熱溶融した樹脂シート形成成分が加工孔の上部及び内部に固着することを防ぐ役割を果たす。
また、金属箔の金属種としてはアルミニウムが好ましく、アルミニウム箔の材質としては、純度95%以上のアルミニウムが好ましい。具体的には、特に限定されないが、例えば、JIS−H4160に規定される、5052、3004、3003、1N30、1N99、1050、1070、1085、1100、8021などが例示される。金属箔に高純度のアルミニウム箔を使うことで、例えば、ドリル孔あけ加工を行う場合、アルミニウム箔に含まれる不純物によるドリルの欠けや局所的な摩耗などを低減させ、ドリルへの切削負荷を低減することができる。
本実施の第一の形態において、樹脂シート及び金属箔を含む複数層を形成する方法としては、特に限定されないが、例えば、金属箔のすくなくとも片面に樹脂シートを直接形成する方法や、予め作製した樹脂シートと金属箔とを、ラミネート法などで貼り合わせる方法などが挙げられる。その際に、支持体として予め接着層を形成した金属箔を用いることで、樹脂シートと金属箔とを積層一体化させる方法などが挙げられる。
本実施の第二の形態のエントリーシートは、樹脂シート及び金属箔を含む場合、樹脂シートの少なくとも片面に金属箔を備えることがより好ましい。これは、樹脂シートの少なくとも片面に金属箔を備えたエントリーシートを用いると、金属箔の剛性によって、例えば、ドリル孔あけ加工を行う場合、ドリルの求芯性が向上し、設計通りの位置に孔をあけることができるからである。また、切削加工対象である金属と樹脂シートとの間に金属箔を配置することで、熱溶融した樹脂シートを形成する樹脂組成物が加工孔の上部及び内部に固着することを防ぐ効果もある。なかでも、樹脂シートの両面に金属箔を備えた3層構造のエントリーシートが、樹脂シートの潤滑性を十分に発揮することができるので、特に好ましい。例えば、ドリル孔あけ加工を行う場合、ドリルの進入面の最表層に金属箔が配置されていると、金属を切削加工する際、金属の切り屑がドリルに巻き付き、回転する切り屑により、樹脂シートが抉られることを抑制できる。その結果、潤滑性を十分に発揮でき、ドリルの摩耗低減効果が向上する。
本実施の第三の形態は、繊維強化複合材及び/又は金属を切削加工する際、ガスを用いて切削加工箇所及び/又は切削工具を冷却しながら切削加工を行うことが好ましい。
本実施の第三の形態の切削加工方法において、前記切削加工される対象が、金属と繊維強化複合材とが接するように重ねあわされた材料であり、繊維強化複合材が金属よりも切削工具進入側になるように配置して切削加工することが好ましい。このような場合に本実施の第三の形態の切削加工方法の効果がより顕著に発現する。
本実施の第三の形態において、金属箔を含むエントリーシートに使用できる金属箔の厚さは特に限定されないが、0.05〜0.5mmが好ましく、0.05〜0.3mmがより好ましい。金属箔の厚さが0.05mm以上の場合、エントリーシート製造時や孔あけ加工時のハンドリング性が向上する。一方、金属箔の厚さが0.5mm以下であると、切削加工時に発生する切削屑の排出が容易になる。
本実施の第三の形態において好適に使用できる、樹脂シートを含むエントリーシートの製造方法は、特に限定されるものではなく、例えば、樹脂組成物を適宜融解させて液状にしたのち、支持体に塗布、冷却、固化させて樹脂組成物層を形成し、その後、支持体を除去又は剥離して、樹脂シートを含むエントリーシートを製造する方法が挙げられる。また、樹脂組成物を溶媒に溶解もしくは分散させて液状にしたのち、支持体に塗布、乾燥、冷却、固化させて、樹脂組成物層を形成し、その後、支持体を除去又は剥離して、樹脂シートを含むエントリーシートを製造する方法も挙げられる。その際、支持体は、特に限定されるものではなく、金属箔やフィルム、金属ロールなどを適宜用いることができる。液状の樹脂組成物層を支持体上に形成する方法としては、工業的に使用される公知の方法であれば、特に限定されない。例えば、樹脂組成物を溶媒に溶解もしくは分散し、バーコーターやグラビアロール、ダイなどを用いて塗布するコーティング法などで、支持体上に樹脂組成物層を形成する方法や、樹脂組成物をロールやニーダー、又は他の混練手段を使用して、適宜加熱溶融して混合し、ロール法やカーテンコート法などで、支持体上に樹脂組成物層を形成する方法が挙げられる。また、前記した支持体上に樹脂組成物層を形成する方法以外に、樹脂組成物をロールやニーダー、又は他の混練手段を使用して、適宜加熱溶融して混合し、樹脂組成物をロールやT−ダイ押出機等を使用し、支持体を用いないで、所望の厚みの樹脂組成物層に形成して樹脂シートとする方法なども使用できる。
本実施の第三の形態の切削加工方法においては、上述した金属箔又は樹脂シートを含むエントリーシートが好適に使用できるが、以下に記す、樹脂シートの少なくとも片面に金属箔を備えるエントリーシートがより好ましい。これは、樹脂シートの少なくとも片面に金属箔を備えるエントリーシートを用いると、金属箔の剛性によって、例えば、ドリル孔あけ加工を行う場合、ドリルの求芯性が向上し、設計通りの位置に孔をあけることができるからである。また、切削加工対象(例えば、金属)と樹脂シートとの間に金属箔を配置することで、熱溶融した樹脂シートの樹脂組成物が加工孔の上部及び内部に固着することを防ぐ効果もある。中でも、樹脂シートの両面に金属箔を備えた3層構造を含むエントリーシートが、樹脂シートの潤滑性を十分に発揮することができるので、特に好ましい。例えば、ドリル孔あけ加工を行う場合、ドリルの進入面の最表層に金属箔が配置されていると、切削加工対象(例えば、金属)を切削加工する際、切削加工対象(例えば、金属)の切り屑がドリルに巻き付き、回転する切り屑により、樹脂シートが抉られることを抑制できる。その結果、潤滑性を十分に発揮でき、ドリルの摩耗低減効果が向上する。
(シート1−Aの作製)
ポリエチレングリコール・ジメチルテレフタレート重縮合物(パオゲンPP−15、第一工業製薬株式会社製)30重量部、ポリオキシエチレンモノステアレート(ノニオンS−40、日本油脂株式会社製)70重量部を、双方ニーダーを使用し、温度150℃の窒素雰囲気中で混錬して混錬物を得た。得られた混錬物を押出機にて成形することにより、厚み0.2mmの樹脂シートであるシート1−Aを作成した。
(シート1−Bの作製)
ポリエチレングリコール・ジメチルテレフタレート重縮合物(パオゲンPP−15、第一工業製薬株式会社製)20重量部、ポリエチレンオキサイド(アルトップMG150、明成化学工業株式会社製)20重量部、ポリオキシエチレンモノステアレート(ノニオンS−40、日本油脂株式会社製)60重量部、黒鉛(X−100、伊藤黒鉛工業株式会社)50重量部を、双方ニーダーを用いて、温度150℃の窒素雰囲気中で混錬して混錬物を得た。得られた混錬物を押出機にて成形することにより、厚み0.2mmの樹脂シートを作成した。これとは別に、厚み0.15mmのアルミニウム箔(1N30−H18、三菱アルミニウム株式会社製)の片面に、接着層として厚み0.01mmのポリエステル系樹脂層(バイロナールMD−1200、東洋紡績株式会社製)を形成したものを準備した。この接着層を形成したアルミニウム箔上に、上記作成した樹脂シートを5枚重ね、ラミネート装置(OHL―2400、株式会社オー・エヌ・シー製)を用いて、150℃の温度で熱ラミネートして、積層一体化し、シート1−Bを作製した。
(シート1−Cの作製)
ポリエチレングリコール・ジメチルテレフタレート重縮合物(パオゲンPP−15、第一工業製薬株式会社製)20重量部、ポリエチレンオキサイド(アルトップMG150、明成化学工業株式会社製)20重量部、ポリオキシエチレンモノステアレート(ノニオンS−40、日本油脂株式会社製)60重量部を、双方ニーダーを用いて、温度150℃の窒素雰囲気中で混錬して混錬物を得た。得られた混錬物を押出機にて成形することにより、厚み0.2mmの樹脂シートを作成した。これとは別に、厚み0.15mmのアルミニウム箔(1N30−H18、三菱アルミニウム株式会社製)の片面に、接着層として厚み0.01mmのポリエステル系樹脂層(バイロナールMD−1200、東洋紡績株式会社製)を形成したものを準備した。この接着層を形成したアルミニウム箔上に、上記作成した樹脂シートを5枚重ね、さらに最上部に同様のアルミニウム箔を積層した。このとき、樹脂シートとアルミニウム箔表面の接着層とが接するように配置し、ラミネート装置(OHL―2400、株式会社オー・エヌ・シー製)を用いて、150℃の温度で熱ラミネートして、積層一体化し、シート1−Cを作製した。
(シート1−Dの作製)
ポリエチレングリコール・ジメチルテレフタレート重縮合物(パオゲンPP−15、第一工業製薬株式会社製)20重量部、ポリエチレンオキサイド(アルトップMG150、明成化学工業株式会社製)20重量部、ポリオキシエチレンモノステアレート(ノニオンS−40、日本油脂株式会社製)60重量部、黒鉛(X−100、伊藤黒鉛工業株式会社)50重量部を、双方ニーダーを用いて、温度150℃の窒素雰囲気中で混錬して混錬物を得た。得られた混錬物を押出機にて成形することにより、厚み0.2mmの樹脂シートを作成した。これとは別に、厚み0.15mmのアルミニウム箔(1N30−H18、三菱アルミニウム株式会社製)の片面に、接着層として厚み0.01mmのポリエステル系樹脂層(バイロナールMD−1200、東洋紡績株式会社製)を形成したものを準備した。この接着層を形成したアルミニウム箔上に、上記作成した樹脂シートを5枚重ね、さらに最上部に同様のアルミニウム箔を積層した。このとき、樹脂シートとアルミニウム箔表面の接着層とが接するように配置し、ラミネート装置(OHL―2400、株式会社オー・エヌ・シー製)を用いて、150℃の温度で熱ラミネートして、積層一体化し、シート1−Dを作製した。
(シート1−Eについて)
厚み0.15mmのアルミニウム箔(1N30−H18、三菱アルミニウム株式会社製)をシート1−Eとした。
上記のようにして作製した各シートを、被切削加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)進入面に治具にて固定した。実施例1−2〜1−9については、被切削加工材料の切削加工面にエントリーシートのアルミニウム箔が接するように配置した。超硬合金ドリルによる切削加工条件は、回転数が5,000rpm、送り速度が500mm/minで、その他は表1−2に示す条件で孔あけ加工を行った。実施例1−1については、スラスト力、切削トルク、ドリルの摩耗量、孔の内径、孔の内径推移について評価した。当該評価結果を表1−3に示した。実施例1−2〜1−9については、孔の内壁粗さ、ドリルの摩耗量について評価した。当該評価結果を表1−4に示した。
被切削加工材料の切削加工面にシートを配置しなかった以外は、実施例1−1〜1−6と同様にして孔あけ加工をおこなった。孔あけ条件は、表1−2に記載した。実施例1−1と同様にして、比較例1−1については、スラスト力、切削トルク、ドリルの摩耗量、孔の内径、孔の内径推移について評価した。当該評価結果を表1−3に示した。比較例1−2〜1−6については、孔の内壁粗さ、ドリルの摩耗量について評価した。当該評価結果を表1−4に示した。
1)スラスト力及び切削トルクの測定
スラスト力及び切削トルクは、被切削加工材料(CFRP)の試験片ホルダーの下に設置した共和電業(株)6分力動力計で計測した。CFRP試験片へのドリルの貫通時の6分力計に作用する3軸方向の力及び3軸方向のモーメントを計測し、AD変換器を通して、パーソナルコンピューターにデータを格納し、ドリルの軸に対する軸方向抵抗と軸方向トルクとをそれぞれスラスト力及び切削トルクとして計測した。
レーザー顕微鏡(キーエンス(株)製)によりドリル側面の画像を取得し、画像上でドリル刃先の逃げ面における摩耗断面積を計測し、それにドリルの逃げ面摩耗長さを乗じることで、摩耗体積を算出した。
CFRPの孔内径は、内径用の電気マイクロメーターを用いて、標準試験片との偏差から1・mの分解能で計測した。孔内径は、ドリル孔あけ加工における、入口部、中央部及び出口部で異なるため、12.5mmの板厚において、入口から3mm、入口から6.3mm、入口から9.5mmの深さの位置において内径を測定し、それらを入口部、中央部及び出口部の内径と定義し、計測した。
実施例2−1〜2−9及び比較例2−1〜2−3のドリル磨耗量は、次のようにして評価した。
(1)ドリル先端切れ刃残面積
ドリル先端部に付着した切削加工屑などの汚れを取り除いた後、V−LASER顕微鏡(VK―9600、株式会社キーエンス製)を用いて、孔あけ加工後のドリル先端を撮影した。次に、解析ソフト(VK_Analyzer バージョン1.2.0.2、株式会社キーエンス製)を用いて、ドリルの先端方向から観察した際の、ドリル切れ刃の2番面及び3番面における摩耗しなかった部分の面積を算出し、これをドリル先端切れ刃残面積とした。
(2)新品ドリルに対する切れ刃残量
新品ドリルに対する切れ刃残量は、新品のドリル先端切れ刃の面積を100とした際の、切削加工後のドリル切れ刃の磨耗しなかった部分の面積の残存割合とした。
(シート2−Aの作製)
ポリエチレンオキサイド(アルトップMG150、明成工業株式会社製)40重量部、ポリエチレングリコール(PEG4000S、三洋化学株式会社製)50重量部、ポリエチレングリコール・ポリプロピレングリコール共重合体(ブラウノンP174、青木油脂工業株式会社製)10重量部を、双方ニーダーを用いて、温度150℃の窒素雰囲気中で混錬して混錬物を得た。得られた混錬物を押出機にて成形することにより、厚み0.2mmの樹脂シートを作成した。この樹脂シートを5枚重ねて、ラミネート装置(OHL―2400、株式会社オー・エヌ・シー製)を用いて、150℃の温度で熱ラミネートして、積層一体化し、エントリーシートであるシート2−Aを作製した。
(シート2−Bの作製)
ポリエチレンオキサイド(アルトップMG150、明成工業株式会社製)40重量部、ポリエチレングリコール(PEG4000S、三洋化学株式会社製)50重量部、ポリエチレングリコール・ポリプロピレングリコール共重合体(ブラウノンP174、青木油脂工業株式会社製)10重量部を、双方ニーダーを用いて、温度150℃の窒素雰囲気中で混錬して混錬物を得た。得られた混錬物を押出機にて成形することにより、厚み0.2mmの樹脂シートを作成した。これとは別に、厚み0.15mmのアルミニウム箔(1N30−H18、三菱アルミニウム株式会社製)の片面に、接着層として厚み0.01mmのポリエステル系樹脂層(バイロナールMD−1200、東洋紡績株式会社製)を形成したものを準備した。この接着層を形成したアルミニウム箔上に、上記作成した樹脂シートを5枚重ね、さらに最上部に同様のアルミニウム箔を積層した。このとき、樹脂シートとアルミニウム箔表面の接着層とが接するように配置し、ラミネート装置(OHL―2400、株式会社オー・エヌ・シー製)を用いて、150℃の温度で熱ラミネートして、積層一体化し、エントリーシートであるシート2−Bを作製した。
(シート2−Cの作製)
ポリエチレンオキサイド(アルトップMG150、明成工業株式会社製)10重量部、ポリエチレングリコール(PEG4000S、三洋化学株式会社製)40重量部、黒鉛(X−100、伊藤黒鉛工業株式会社)50重量部を、双方ニーダーを用いて、温度150℃の窒素雰囲気中で混錬して混錬物を得た。得られた混錬物を押出機にて成形することにより、厚み0.2mmの樹脂シートを作成した。これとは別に、厚み0.15mmのアルミニウム箔(1N30−H18、三菱アルミニウム株式会社製)の片面に、接着層として厚み0.01mmのポリエステル系樹脂層(バイロナールMD−1200、東洋紡績株式会社製)を形成したものを準備した。この接着層を形成したアルミニウム箔上に、上記作成した樹脂シートを5枚重ね、さらに最上部に同様のアルミニウム箔を積層した。このとき、樹脂シートとアルミニウム箔表面の接着層とが接するように配置し、ラミネート装置(OHL―2400、株式会社オー・エヌ・シー製)を用いて、150℃の温度で熱ラミネートして、積層一体化し、エントリーシートであるシート2−Cを作製した。
(シート2−Dの作製)
ポリエチレンオキサイド(アルトップMG150、明成工業株式会社製)10重量部、ポリエチレングリコール(PEG4000S、三洋化学株式会社製)40重量部、黒鉛(X−100、伊藤黒鉛工業株式会社)50重量部を、双方ニーダーを用いて、温度150℃の窒素雰囲気中で混錬して混錬物を得た。得られた混錬物を押出機にて成形することにより、厚み0.2mmの樹脂シートを作成した。これとは別に、厚み0.15mmのアルミニウム箔(1N30−H18、三菱アルミニウム株式会社製)の片面に、接着層として厚み0.01mmのポリエステル系樹脂層(バイロナールMD−1200、東洋紡績株式会社製)を形成したものを準備した。この接着層を形成したアルミニウム箔上に、上記作成した樹脂シートを15枚重ね、さらに最上部に同様のアルミニウム箔を積層した。このとき、樹脂シートとアルミニウム箔表面の接着層とが接するように配置し、ラミネート装置(OHL―2400、株式会社オー・エヌ・シー製)を用いて、150℃の温度で熱ラミネートして、積層一体化し、エントリーシートであるシート2−Dを作製した。
上記のようにして作製した各エントリーシートを、被切削加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)進入面に治具にて固定して、表2−2に示す条件で孔あけ加工を行った。なお、実施例2−2〜2−9については、被切削加工材料の切削加工面にエントリーシートのアルミニウム箔が接するように配置した。孔あけ加工後のドリルの摩耗量について評価した。該評価結果を表2−3に示した。また、実施例2−5〜2−7については、コンプレッサーで圧縮した25℃の空気を、ノズル先端部の断面積が31.7mm2のノズルを用いて、切削加工箇所から300mm離れた位置から、155L/minで切削加工箇所に供給しながら切削加工(空冷切削加工)した。なお、実施例2−9では、切削加工対象であるチタン合金板及び炭素繊維強化プラスチック(CFRP)が接するように重ねあわされており、CFRPがチタン合金板よりも切削工具進入側になるように配置して切削加工を行った。
被切削加工材の切削加工面にエントリーシートを配置しなかった以外は、実施例2−3〜2−4と同様にして孔あけ加工をおこなった。孔あけ条件は、表2−2に記載した。実施例2−3〜2−4と同様にして、ドリルの磨耗量の評価を行った。該評価結果を表2−3に示した。
被切削加工材の切削加工面にエントリーシートを配置しなかったこと、また、切削油を用いて加工(切削油加工)を行った以外は、実施例2−4と同様にして孔あけ加工をおこなった。孔あけ条件は、表2−2に記載した。実施例2−4と同様にして、ドリルの磨耗量の評価を行った。該評価結果を表2−3に示した。なお、ここで、切削油加工とは、切削加工する際、切削油をドリル及び孔あけ加工箇所に18L/minの流量で、供給し続けながら行う切削加工とした。
(1)ドリル出口側における切削加工孔周囲のバリ高さ
切削加工後の貫通孔のドリル出口面を、V−LASER顕微鏡(VK−9700、株式会社キーエンス製)を用いて、撮影した。撮影したデータを解析ソフト(VK_Analyzer バージョン1.2.0.2、株式会社キーエンス製)を用いて、ドリル出口側における切削加工孔周囲のバリの高さを計測した。この時、ランダムに選んだ10箇所でバリの高さを測定し、最大値、平均値、標準偏差を求めた。
(2)ドリル先端切れ刃残面積
ドリル先端部に付着した切削加工屑などの汚れを取り除いた後、V−LASER顕微鏡(VK―9600、株式会社キーエンス製)を用いて、孔あけ加工後のドリル先端を撮影した。次に、解析ソフト(VK_Analyzer バージョン1.2.0.2、株式会社キーエンス製)を用いて、ドリルの先端方向から観察した際の、ドリル切れ刃の2番面及び3番面における摩耗しなかった部分の面積を算出し、これをドリル先端切れ刃残面積とした。
(3)新品ドリルに対する切れ刃残量
新品ドリルに対する切れ刃残量は、新品のドリル先端切れ刃の面積を100とした際の、切削加工後のドリル切れ刃の磨耗しなかった部分の面積の残存割合とした。
厚み3.0mmのチタン合金板(航空機用途同等材(TI6AL4VELI))を、直径6mmのドリル(先端角度:120°、ねじれ角度:40°、表面コーティングなし)を用いて、連続して、1本あたり100孔の条件で孔あけ加工を行った。その際、コンプレッサーで圧縮した25℃の空気を、ノズル先端部の断面積が31.7mm2のノズルを用いて、孔あけ加工箇所から300mm離れた位置から、155L/minで、孔あけ加工箇所に供給しながら孔あけ加工(空冷孔あけ加工)した。表3−2に示す加工条件で孔あけ加工を行い、孔あけ加工後のチタン合金板のドリル出口側における孔あけ加工孔周囲のバリの高さの最大値を、孔あけ加工孔数ごとに測定した。該測定結果を表3−3に示した。また、10、50、100孔目におけるバリの高さの最大値、平均値、標準偏差を表3−4に示した。
ポリエチレンオキサイド(アルトップMG150、明成工業株式会社製)10重量部、ポリエチレングリコール(PEG4000S、三洋化学株式会社製)40重量部、黒鉛(X−100、伊藤黒鉛工業株式会社)50重量部を、双方ニーダーを使用し、温度150℃の窒素雰囲気中で混錬して混錬物を得た。得られた混錬物を押出機にて成形することにより、厚み0.2mmの樹脂シートを作成した。これとは別に、厚み0.15mmのアルミニウム箔(1N30−H18、三菱アルミニウム株式会社製)の片面に、接着層として厚み0.01mmのポリエステル系樹脂層(バイロナールMD−1200、東洋紡績株式会社製)を形成したものを準備した。この接着層を形成したアルミニウム箔上に、上記作成した樹脂シートを5枚重ねて、さらに最上部に同様のアルミニウム箔を積層した。この時、樹脂シートとアルミニウム箔表面の接着層とが接するように配置し、ラミネート装置(OHL―2400、株式会社オー・エヌ・シー製)を用いて、150℃の温度で熱ラミネートして、積層一体化し、エントリーシートであるシート3−Aを作製した。
得られたシート3−Aをチタン合金板のドリル進入面に配置し、参考例3−1と同じ条件で孔あけ加工を行い、孔あけ加工後のチタン合金板のドリル出口側における孔あけ加工孔周囲のバリの高さの最大値を、孔あけ加工孔数ごとに測定した。該測定結果を表3−3に示した。また、10、50、100孔目におけるバリの高さの最大値、平均値、標準偏差を表3−4に示した。さらに、100孔加工後のドリルの摩耗量について評価した結果を表3−5に示した。
実施例3−2と同様に、シート3−Aを作製した。得られたシート3−Aを、厚み3.0mmのチタン合金板(航空機用途同等材(TI6AL4VELI))のドリル進入面に配置した。該シート3−Aを配置したチタン合金板を、直径6mmのドリル(先端角度:120°、ねじれ角度:40°、表面コーティングなし)を用いて、連続して、1本あたり100孔の条件で孔あけ加工した。その際、コンプレッサーで圧縮した−3.5℃の空気を、ノズル先端部の断面積が31.7mm2のノズルを用いて、孔あけ加工箇所から300mm離れた位置から、155L/minで、孔あけ加工箇所に供給しながら孔あけ加工(空冷孔あけ加工)した。表3−2に示す加工条件で孔あけ加工を行い、孔あけ加工後のチタン合金板のドリル出口側における孔あけ加工孔周囲のバリの高さの最大値を、孔あけ加工孔数ごとに測定した。該測定結果を表3に示した。また、10、50、100孔目におけるバリの高さの最大値、平均値、標準偏差を表3−4に示した。
実施例3−2と同様に、シート3−Aを作製した。得られたシート3−Aを、厚み3.0mmのチタン合金板(航空機用途同等材(TI6AL4VELI))のドリル進入面に配置した。該シート3−Aを配置したチタン合金板を、直径6mmのドリル(先端角度:120°、ねじれ角度:40°、表面コーティングなし)を用いて、連続して、1本あたり100孔の条件で孔あけ加工した。その際、コンプレッサーで圧縮した−25.5℃の空気を、ノズル先端部の断面積が31.7mm2のノズルを用いて、孔あけ加工箇所から300mm離れた位置から、155L/minで、孔あけ加工箇所に供給しながら孔あけ加工(空冷孔あけ加工)した。表3−2に示す加工条件で孔あけ加工を行い、孔あけ加工後のチタン合金板のドリル出口側における加工孔周囲のバリの高さの最大値を、孔あけ加工孔数ごとに測定した。該測定結果を表3−3に示した。また、10、50、100孔目におけるバリの高さの最大値、平均値、標準偏差を表3−4に示した。
厚み3.0mmのチタン合金板(航空機用途同等材(TI6AL4VELI))を孔あけ加工する際、孔あけ加工箇所に対して空気を供給しなかった以外は、参考例3−1と同様にして孔あけ加工を行った。孔あけ加工後のチタン合金板のドリル出口側における孔あけ加工孔周囲のバリの高さの最大値を、孔あけ加工孔数ごとに測定した。該測定結果を表3−3に示した。また、10、50、100孔目におけるバリの高さの最大値、平均値、標準偏差を表3−4に示した。さらに、100孔加工後のドリルの摩耗量について評価した結果を表3−5に示した。
厚み3.0mmのチタン合金板(航空機用途同等材(TI6AL4VELI))を加工する際、孔あけ加工箇所に対して空気を供給するかわりに、切削油(SOLEX SM−70、SOTANI OIL. CO.,LTD製)を供給しながら、参考例3−1と同様にして孔あけ加工した。孔あけ加工後のチタン合金板のドリル出口側における孔あけ加工孔周囲のバリの高さの最大値を、孔あけ加工孔数ごとに測定した。該測定結果を表3−3に示した。また、10、50、100孔目におけるバリの高さの最大値、平均値、標準偏差を表3−4に示した。さらに、100孔加工後のドリルの摩耗量について評価した結果を表3−5に示した。
Claims (33)
- 繊維強化複合材及び/又は金属を切削加工する際に用いることを特徴とするエントリーシート。
- 樹脂シートを含む請求項1に記載のエントリーシート。
- 前記樹脂シートが水溶性樹脂を含む請求項2に記載のエントリーシート。
- 前記樹脂シートが非水溶性樹脂を含む請求項2又は3に記載のエントリーシート。
- 前記樹脂シートが固体潤滑剤を含む請求項2〜4のいずれか一項に記載のエントリーシート。
- 前記樹脂シートが2種類以上の樹脂組成物層を含む請求項2〜5のいずれか一項に記載のエントリーシート。
- 前記樹脂シートの厚みが0.1mm以上20mm以下である請求項2〜6のいずれか一項に記載のエントリーシート。
- 前記樹脂シートの少なくとも片面に金属箔を備える請求項2〜7のいずれか一項に記載のエントリーシート。
- 前記金属箔と前記樹脂シートとの間に接着層が形成されている請求項8に記載のエントリーシート。
- 前記接着層が樹脂皮膜である請求項9に記載のエントリーシート。
- 繊維強化複合材及び/又は金属と接する面に粘着層が形成されている請求項1〜10のいずれか一項に記載のエントリーシート。
- 前記切削加工される繊維強化複合材が炭素繊維強化プラスチックを含む請求項1〜11のいずれか一項に記載のエントリーシート。
- 前記切削加工される金属がチタン合金を含む請求項1〜12のいずれか一項に記載のエントリーシート。
- 前記切削加工される金属がアルミニウム合金を含む請求項1〜13のいずれか一項に記載のエントリーシート。
- 前記切削加工される対象が、金属と繊維強化複合材とが接するように重ねあわされた材料である請求項1〜14のいずれか一項に記載のエントリーシート。
- 金属を含む請求項1〜15のいずれか一項に記載のエントリーシート。
- ガスを用いて切削加工箇所及び/又は切削工具を冷却しながら繊維強化複合材及び/又は金属を切削加工する際に用いる請求項1〜16のいずれか一項に記載のエントリーシート。
- 請求項1〜17のいずれか一項に記載のエントリーシートを用いて繊維強化複合材及び/又は金属を切削加工することを特徴とする切削加工方法。
- 前記切削加工される繊維強化複合材及び/又は金属における切削工具進入面に前記エントリーシートを配置して切削加工を行う請求項18に記載の切削加工方法。
- 前記切削加工が孔あけ加工である請求項18又は19に記載の切削加工方法。
- 前記エントリーシートがアルミニウム箔を含む請求項18〜20のいずれか一項に記載の切削加工方法。
- 前記切削加工が、30℃以下のガスを用いて切削加工箇所及び/又は切削工具を冷却しながら行われる請求項18〜21のいずれか一項に切削加工方法。
- 前記切削加工に用いる切削工具が超硬合金からなるドリルである請求項18〜22のいずれか一項に記載の切削加工方法。
- 前記切削加工が繊維強化複合材及び/又は金属に貫通孔を形成する加工である請求項18〜23のいずれか一項に記載の金属切削加工方法。
- 前記切削加工が、ガスを用いて切削加工箇所及び/又は切削工具を冷却しながら行われ、
前記切削加工箇所及び/又は切削工具に供給するガス量が5〜300L/minであり、該ガスを供給する装置のガスの出口面積が7mm2〜2000mm2であり、且つ、該ガスを供給する装置のガス出口と前記加工箇所及び/又は切削工具との距離が100mm〜500mmである請求項18〜24のいずれか一項に記載の切削加工方法。 - 前記切削加工が、ガスを用いて切削加工箇所及び/又は切削工具を冷却しながら行われ、
前記切削加工箇所及び/又は切削工具に供給するガスに含まれる水分の量が20g/m3以下である請求項18〜25のいずれか一項に記載の切削加工方法。 - 前記切削加工が、ガスを用いて切削加工箇所及び/又は切削工具を冷却しながら行われ、
前記切削加工箇所及び/又は切削工具に供給するガスに含まれる油分が10mg/m3以下である請求項18〜26のいずれか一項に記載の切削加工方法。 - 前記切削加工される金属がチタン合金を含む請求項18〜27のいずれか一項に記載の切削加工方法。
- 前記切削加工される金属がアルミニウム合金を含む請求項18〜28のいずれか一項に記載の切削加工方法。
- 前記切削加工される対象が、金属と繊維強化複合材とが接するように重ねあわされた材料であり、繊維強化複合材が金属よりも切削工具進入側になるように配置して切削加工する請求項18〜29のいずれか一項に記載の切削加工方法。
- 請求項18〜30のいずれか一項に記載の切削加工方法によって形成された貫通孔。
- 請求項18〜30のいずれか一項に記載の切削加工方法によって繊維強化複合材を切削加工する工程を含む繊維強化複合材の製造方法。
- 請求項18〜30のいずれか一項に記載の切削加工方法によって金属を切削加工する工程を含む金属の製造方法。
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