TWI607824B - 纖維強化複合材或金屬之切削加工用進入引導片及該切削加工方法、貫通孔、纖維強化複合材之製造方法及金屬之製造方法 - Google Patents
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Description
本發明,係關於一種纖維強化複合材或金屬之切削加工用進入引導片及該切削加工方法。
以纖維強化塑膠(FRP,Fiber Reinforced Plastics)為代表之纖維強化複合材,其中,碳纖維強化塑膠(CFRP,Carbon Fiber Reinforced Plastics),其與玻璃纖維強化塑膠(GFRP,Glass Fiber Reinforced Plastics)、芳香族聚醯胺纖維強化塑膠(AFRP,Aramid Fiber Reinforced Plastics)不鏽鋼材(SUS)比較,拉伸強度、拉伸彈力大,密度小,因而近年有多作為航空器與車輛之外板等使用的傾向。此處,CFRP係指,堆疊1片或2片以上之將碳纖維浸漬於基質樹脂的預浸體,將其加熱成型或加熱加壓成型而形成之塑膠。將由此一CFRP形成之構件,使用螺栓、鉚釘等栓扣要素固定於構造體。因此,於航空器零件等構造體固定CFRP時,加以切削加工,其中必須有在CFRP鑽出多個用於使栓扣要素通過的孔之鑽孔加工。
為了在CFRP之鑽孔加工中獲得高品質的孔,前人已提出數個技術。
例示有將例如工具的形狀,如鑽頭之切削面的曲率、前端角階段性地改變等方法(例如參考專利文獻1及專利文獻2)。此外,CFRP係為難削材,故在將CFRP進行鑽頭鑽孔加工的情況,鑽頭鑽孔加工壽命非常地短。因此,例示藉由改變鑽頭的形狀與加工條件而減少對鑽頭的負載,避免鑽頭的加工壽命降低之方法(例如參考專利文獻3及專利文獻4)。此外,例示在纖維強化塑膠之加工中,除了鑽頭鑽孔加工以外,更併用高輸出雷射與超短脈衝雷射之加工裝置所產生的切削加工等(例如參考專利文獻5)。此外在與CFRP為不同領域之印刷配線基板領域中,亦例示:將由合成樹脂材料與碳纖維等複合材料構成之複合膜配置於鑽頭進入面並將其作為襯墊板使用而進行鑽孔加工之方法(例如參考專利文獻6)。然而,專利文獻6記載的方法中,CFRP為襯墊板而非切削加工對象,未有CFRP加工用之襯墊板的技術。更甚者,專利文獻6所記載之方法中,雖主張若使用係難削材而使鑽頭的刃部容易磨耗之碳纖維作為襯墊板,則防止鑽頭的位置偏移,顯著提高孔的形成位置精度,但並無實施例的支持。
此外,航空器之機體構造用材料(構造材)的主體為金屬材,以鋁合金佔大部分。此外,在機體構造中可能成為更高溫處,例如在噴射機排氣處、後燃器周邊,使用係耐熱合金之鈦合金或不鏽鋼等。進一步,將來,一旦航空器的高速化有所進展,則習知的鋁合金因空氣動力加熱而強度降低。因此,今後,作為機體構造的主體期望使用較堅硬的鈦合金或不鏽鋼作為構造材。此等構成航空器之機體的構造材,為了將金屬材彼此,或金屬材與CFRP(Carbon fiber reinforced plastic)等其他材質的構造材,以螺栓栓扣,而必須藉由鑽頭進行鑽孔加工。
在金屬之鑽孔加工中,前人已提出數種技術。例如,因鈦合金材為難削材,故鑽頭鑽孔加工壽命非常地短。對於此等課題,例示噴灑切削油劑而加工之方法,以及藉由改變鑽頭的形狀而減少對鑽頭的負載,避免鑽頭的加工壽命降低之方法(例如參考專利文獻7及專利文獻8)。
此外,針對關於係纖維強化複合材之CFRP的鑽孔加工,例示有將切削工具的形狀,例如鑽頭之切削面的曲率、前端角階段性地改變等方法(例如參考專利文獻2)。
另一方面,針對與金屬加工為不同領域之印刷配線基板領域,提議使用進入引導片進行鑽孔加工之方法(例如參考專利文獻9)。然則,印刷配線基板所使用之材料為以有機物、玻璃布及薄銅箔構成之材料,對鑽頭的負載小,其加工性與金屬相較下非常地簡單。
專利文獻1:日本特開2012-210689號公報
專利文獻2:日本特開2012-223882號公報
專利文獻3:日本特開2009-241239號公報
專利文獻4:日本特開2009-39810號公報
專利文獻5:日本特開2011-56583號公報
專利文獻6:日本特開2000-061896號公報
專利文獻7:日本特開2006-150557號公報
專利文獻8:日本特開2002-210608號公報
專利文獻9:日本特開2003-175412號公報
對CFRP的鑽孔,通常使用鑽頭。一般鑽頭產生之CFRP的鑽孔,鑽頭鑽孔加工壽命極短。隨著加工孔數增加,而於鑽頭的刃部產生磨耗,加工孔的品質降低。具體而言加工之孔的內徑容易變小,在鑽頭貫通之出口部容易產生碳纖維的起毛,亦變得容易產生疊層之預浸體間的層間剝離。進一步,由於磨耗,而有加工孔的內徑不均一,以其凹凸為起點產生層間剝離之情況。此一現象被視為重大缺陷。
如此地,起因於鑽頭的刃部之磨耗,而使加工孔產生品質上之問題的可能性高。與此相對,使用航空器用之CFRP的構造體之製造等,特別要求高品質之鑽孔加工,在解決上述起毛、層間剝離等問題上變得極為重要。
而CFRP有各式各樣。一般用途品,使用將碳纖維浸漬於大量基質樹脂的預浸體,使預浸體間的樹脂厚度增厚,藉以減少碳纖維的使用量,取得成本與性能的平衡。此外,雖於CFRP之表層使用將碳纖維織布浸漬於基質樹脂的預浸體(布材),但具有於內部使用將纖維方向一致朝向一方向之碳纖維浸漬於基質樹脂的預浸體(UD材,Unidirectional材)之疊層構成。自然,亦有包含表層在內,全部以UD材堆疊之構成。更進一步,亦有使用UD時,使其纖維方向於預浸體間每45°,或每90°地旋轉而堆疊之構成。
抑或,亦有使切斷碳纖維之短纖維分散強化於基質樹脂的,丸粒狀之射出成型材料。射出成型CFRP,例如為適用於車用途之材料。另一方面,航空器用途品,因其用途而需要歷經數十年之高強度與高可靠度。此外,外觀上,無法檢測出CFRP內部的不良。因此,使用特別嚴格管理浸漬碳纖維之基質樹脂量的預浸體,將預浸體間之樹脂層調整為薄層而使碳纖維縝密地重疊,藉以減少在碳纖維層與僅有樹脂的層產生之強度不均,達成高強度與高可靠度。而航空器用途之預浸體,不限於使用碳纖維織布的布材,為了確保等向性,亦使用使UD材的纖維方向適當旋轉之UD材。此外,航空器用途的基質樹脂,應用除了黏接性以外,特別重視高靭性之組成。
CFRP之鑽孔加工中,工具磨耗持續,切削阻力變得越大,越容易發生加工孔的品質問題。特別是,高強度之航空器用途的CFRP等,因碳纖維高密度地存在,故鑽頭擦過碳纖維之頻度增加,切削工具的磨耗更快速地進行。作為其對策,為了維持孔品質而及早更換工具,使現狀中加工成本所佔之工具費的比例變高。此外,使用UD材之CFRP,以與碳纖維方向平行的方向為基準,著眼於其纖維方向與鑽頭的刃部之旋轉方向,則在與碳
纖維方向並行之0°及180°,鑽頭的刃部與碳纖維束並行地擦過。90°及270°中,鑽頭的刃部與碳纖維束垂直,故容易剪斷。45°及225°中,鑽頭的刃部以剜鑿碳纖維束的角度進入,而135°及315°中鑽頭的刃部追蹤並擦過碳纖維束。因此,45°及225°之附近,具有容易在孔的內壁產生纖維彎曲部之問題。
如同專利文獻1~6所記載,鑽孔加工困難之纖維強化複合材(例如CFRP)的加工性改良,雖自工具的面向進行檢討,但其效果並不充分。
而本發明之第一課題為,在纖維強化複合材(例如CFRP)之切削加工中,以藉由與工具不同的手段提高加工性為目標,例如提供一種進入引導片,與習知的纖維強化複合材(例如CFRP)之鑽孔加工相比,藉由減少對鑽頭的負載而抑制鑽頭之磨耗,能夠獲得加工之孔的內徑均一且高品質的加工孔。
此外,通常,對金屬的鑽孔雖係使用鑽頭施行,但即便使用金屬專用之鑽頭,鑽頭鑽孔加工壽命仍短,使用一般鑽頭的情況,鑽頭鑽孔加工壽命極短。此外,隨著加工孔數增加,於鑽頭的刃部產生磨耗,而使加工孔的品質降低。具體而言加工過之孔的內徑容易變小,於鑽頭貫通之出口部亦變得容易產生毛邊。進一步,由於鑽頭的磨耗,在螺栓栓扣之金屬材與CFRP等其他材質之構造材間產生間隙,有在此等構造材間產生翻翹,加工屑進入至產生之間隙的情況。此一現象被視為重大缺陷。如此地,起因於鑽頭的刃部之磨耗,而使加工孔產生品質上之問題的可能性高。此一狀況中,在使用航空器用之鈦合金材的構造體之製造等,特別要求高品質之鑽孔加工,在解決上述鑽頭鑽孔加工壽命、於金屬材與不同種構造材間產生之翻翹等問題上變得極為重要。
如同專利文獻2、7及8所記載,鑽孔加工困難之金屬的加工性改良,雖自切削工具與切削加工方法的面向檢討,但其效果並不充分。此外,本
案發明人等,雖亦檢討印刷配線基板用之進入引導片所產生的加工性之改良,但其效果並不充分。
而本發明之第二課題為,金屬之切削加工中,以藉由與切削工具不同的手段提高金屬之加工性為目標,例如提供一種進入引導片,與習知的金屬之鑽孔加工,藉由減少對鑽頭的負載,而可抑制鑽頭之磨耗,達成鑽頭鑽孔加工壽命之使用壽命增長。
此外,使用鑽頭施行金屬之鑽孔加工的情況,在旋轉的鑽頭與金屬間產生摩擦熱,局部性地使加工孔周邊的溫度上升。因此,加工孔數多的情況,隨著加工孔數的增加,於係鑽頭及被加工材之金屬蓄熱。為熱傳導率低之金屬的情況,由於熱排放不充分,故加工孔周邊的溫度上升。此時,若金屬的溫度上升則致使金屬軟化,因而在加工孔之鑽頭貫通的出口部產生毛邊。此外,亦有金屬的加工屑,因加工熱而熔接於鑽頭,鑽頭被施加過剩的負載於而加工裝置停止的情況。如此地,起因於鑽孔加工時之蓄熱,而使加工孔產生品質上之問題的可能性高。此一狀況中,在使用航空器用之鈦合金材的構造體之製造等,特別要求高品質之鑽孔加工,在解決上述關於毛邊之問題上變得極為重要。
為了防止此一加工處及鑽頭之蓄熱,過去,施行使用切削油等之濕式加工。然則,濕式加工的情況,於切削加工結束時必須有洗淨步驟。進一步,在油分殘留於加工孔周邊、內部的情況,有貫通孔中係栓扣時之栓扣具的螺絲之劣化、栓扣部產生鬆弛的可能性,此等不良有與致命的事故產生關連之疑慮。
如同專利文獻2、7及8所記載,鑽孔加工困難之金屬的加工性改良,雖自切削工具與切削加工方法的面向檢討,但其效果並不充分。
而本發明之第三課題為,在纖維強化複合材及/或金屬之切削加工(例如,鑽頭產生之鑽孔加工)中,提供一種切削加工方法,藉由抑制加工孔
周邊之蓄熱,而與習知的加工方法相比,可減少加工孔周邊產生之毛邊的量。此外,提供藉由該切削加工方法形成之高品質的貫通孔。
本案發明人等,為了解決上述第一課題,施行各種檢討,結果在將纖維強化複合材(例如CFRP)切削加工(例如鑽孔加工)時,藉由在纖維強化複合材(例如CFRP)上之切削工具(例如鑽頭)的進入面配置進入引導片(例如,具有潤滑性的樹脂片),減少切削工具(例如鑽頭)進入纖維強化複合材(例如CFRP)時之推力負載、扭距等切削應力,藉以減少對切削工具(例如鑽頭)的負載,抑制切削工具(例如鑽頭)的磨耗。因此,發現在鑽頭鑽孔加工的情況,可獲得內徑均一且高品質的加工孔,以至於完成本發明。
此外,本案發明人等,為了解決上述第二課題,施行各種檢討,結果發現:將金屬切削加工(例如鑽孔加工)時,配置於金屬上之切削工具(例如鑽頭)的進入面之進入引導片(例如,含有具有潤滑性的樹脂片之進入引導片),減少對於金屬的切削工具(例如鑽頭)進入時之推力負載、扭距等切削應力,藉而減少對切削工具(例如鑽頭)的負載,抑制切削工具(例如鑽頭)的磨耗。最終發現,進入引導片(例如含有樹脂片之進入引導片)使切削加工(例如鑽頭鑽孔加工)壽命之使用壽命增長,以至於完成本發明。
進一步,本案發明人等,為了解決上述第三課題,施行各種檢討,結果發現:將纖維強化複合材及/或金屬切削加工(例如鑽孔加工)時,使用氣體冷卻切削加工處及/或切削工具(例如鑽頭)並切削加工,藉而可抑制因纖維強化複合材及/或金屬與切削工具(例如鑽頭)之摩擦熱而產生的熱,藉此,在鑽頭鑽孔加工的情況,可減少在加工孔周邊產生之毛邊的量,可提供高品質的加工孔。此外,發現切削加工(例如鑽頭鑽孔加工)時,藉由併用含有金屬箔及/或樹脂片之進入引導片,而使切削加工(例
如鑽頭鑽孔加工)壽命增長,以至於完成本發明。
亦即本發明如同下述。
(1)
一種進入引導片,其特徵為:在將纖維強化複合材及/或金屬切削加工之時使用。
(2)
如第(1)項記載之進入引導片,其中,含有樹脂片。
(3)
如第(2)項記載之進入引導片,其中,該樹脂片含有水溶性樹脂。
(4)
如第(2)或(3)項記載之進入引導片,其中,該樹脂片含有非水溶性樹脂。
(5)
如第(2)至(4)項中任一項記載之進入引導片,其中,該樹脂片含有固體潤滑劑。
(6)
如第(2)至(5)項中任一項記載之進入引導片,其中,該樹脂片含有2種以上之樹脂組成物層。
(7)
如第(2)至(6)項中任一項記載之進入引導片,其中,該樹脂片的厚度為0.1mm以上20mm以下。
(8)
如第(2)至(7)項中任一項記載之進入引導片,其中,於該樹脂片之至少單面具備金屬箔。
(9)
如第(8)項記載之進入引導片,其中,於該金屬箔與該樹脂片之間形成黏接層。
(10)
如第(9)項記載之進入引導片,其中,該黏接層為樹脂膜。
(11)
如第(1)至(10)項中任一項記載之進入引導片,其中,在與纖維強化複合材及/或金屬接觸的面形成黏著層。
(12)
如第(1)至(11)項中任一項記載之進入引導片,其中,該被切削加工之纖維強化複合材含有碳纖維強化塑膠。
(13)
如第(1)至(12)項中任一項記載之進入引導片,其中,該被切削加工之金屬含有鈦合金。
(14)
如第(1)至(13)項中任一項記載之進入引導片,其中,該被切削加工之金屬含有鋁合金。
(15)
如第(1)至(14)項中任一項記載之進入引導片,其中,該被切削加工之對象為,以使金屬與纖維強化複合材接觸的方式重疊之材料。
(16)
如第(1)至(15)項中任一項記載之進入引導片,其中,含有金屬。
(17)
如第(1)至(16)項中任一項記載之進入引導片,其中,在使用氣體冷卻切削加工處及/或切削工具並將纖維強化複合材及/或金屬切削加工之時使用。
(18)
一種切削加工方法,其特徵為:使用如第(1)至(17)項中任一項記載之進入引導片而將纖維強化複合材及/或金屬切削加工。
(19)
如第(18)項記載之切削加工方法,其中,於該被切削加工之纖維強化複合材及/或金屬中的切削工具進入面配置該進入引導片,施行切削加工。
(20)
如第(18)或(19)項之切削加工方法,其中,該切削加工為鑽孔加工。
(21)
如第(18)至(20)項中任一項之切削加工方法,其中,該進入引導片含有鋁箔。
(22)
如第(18)至(21)項中任一項之切削加工方法,其中,該切削加工,係一面使用30℃以下之氣體將切削加工處及/或切削工具冷卻,一面進行。
(23)
如第(18)至(22)項中任一項之切削加工方法,其中,該切削加工所使用之切削工具為由超硬合金形成的鑽頭。
(24)
如第(18)至(23)項中任一項之切削加工方法,其中,該切削加工為於纖維強化複合材及/或金屬形成貫通孔之加工。
(25)
如第(18)至(24)項中任一項之切削加工方法,其中,該切削加工,係一面使用氣體將切削加工處及/或切削工具冷卻一面進行;
對該切削加工處及/或切削工具供給的氣體量為5~300L/min,供給該氣體的裝置之氣體的出口面積為7mm2~2000mm2,且供給該氣體的裝置之氣體出口與該加工處及/或切削工具之距離為100mm~500mm。
(26)
如第(18)至(25)項中任一項之切削加工方法,其中,該切削加工,係一面使用氣體將切削加工處及/或切削工具冷卻一面進行;
對該切削加工處及/或切削工具供給的氣體所含有之水分的量為20g/m3以下。
(27)
如第(18)至(26)項中任一項之切削加工方法,其中,該切削加工,
係一面使用氣體將切削加工處及/或切削工具冷卻一面進行;對該切削加工處及/或切削工具供給的氣體所含有之油分為10mg/m3以下。
(28)
如第(18)至(27)項中任一項之切削加工方法,其中,該被切削加工之金屬含有鈦合金。
(29)
如第(18)至(28)項中任一項之切削加工方法,其中,該被切削加工之金屬含有鋁合金。
(30)
如第(18)至(29)項中任一項之切削加工方法,其中,該被切削加工之對象為,以使金屬與纖維強化複合材接觸的方式重疊之材料,將該被切削加工之對象配置為使纖維強化複合材較金屬更接近切削工具進入側而進行切削加工。
(31)
一種貫通孔,藉由如第(18)至(30)項中任一項之切削加工方法而形成。
(32)
一種纖維強化複合材之製造方法,包含藉由如第(18)至(30)項中任一項之切削加工方法將纖維強化複合材切削加工的步驟。
(33)
一種金屬之製造方法,包含藉由如第(18)至(30)項中任一項之切削加工方法將金屬切削加工的步驟。
纖維強化複合材(例如CFRP)之切削加工中,藉由使用本發明之進入引導片,而減少對切削工具(例如鑽頭)的負載,抑制切削工具(例如鑽頭)的磨耗,在鑽頭鑽孔加工的情況,可獲得加工之孔的內徑均一且高品質的加工孔。此一結果,可成為高品質且生產力優良之切削加工(例如鑽
頭鑽孔加工)。
此外,金屬之切削加工中,藉由使用本發明之進入引導片,而減少對切削工具(例如鑽頭)的負載,可抑制切削工具(例如鑽頭)的磨耗,可圖求切削加工(例如鑽頭鑽孔加工)壽命之使用壽命增長。此一結果,可成為生產力較習知技術更優良之切削加工(例如鑽頭鑽孔加工)。
進一步,纖維強化複合材及/或金屬之切削加工中,若依照本發明之金屬切削加工方法,則可有效地減少切削加工時產生的加工處周邊之蓄熱,故與習知的加工方法相比,可施行加工處周邊產生之毛邊的量大幅減少之高品質的加工。特別是,鑽頭鑽孔加工中,可成為生產力與品質較習知技術更優良之鑽頭鑽孔加工。
【圖1-1】實施例1-1及比較例1-1之孔的內徑趨勢比較。
【圖1-2】實施例1-1及比較例1-1之推力測定結果。
【圖1-3】實施例1-1及比較例1-1之切削扭距測定結果。
【圖1-4】實施例1-1及比較例1-1之推力、切削扭距、鑽頭磨耗量比較。
【圖1-5】實施例1-2~1-9及比較例1-2~1-6之孔的內壁粗糙度(Ra:算術平均粗糙度)比較。
【圖1-6】實施例1-2~1-9及比較例1-2~1-6之孔的內壁粗糙度(Rz:十點平均粗糙度)比較。
【圖1-7】實施例1-2~1-9及比較例1-2~1-6之鑽頭的磨耗量比較。
【圖2-1】實施例2-1~2-9及比較例2-1~2-3所使用之新鑽頭的前端照片。
【圖2-2】實施例2-1~2-9之加工後的鑽頭前端照片。
【圖2-3】比較例2-1~2-3之加工後的鑽頭前端照片。
【圖2-4】實施例2-1~2-9及比較例2-1~2-3之加工後的相對於新鑽頭之切刃剩餘量。
【圖3-1】實施例3-1~3-4及比較例3-1~3-2之鈦合金板的鑽頭出口側之加工孔照片。
【圖3-2】實施例3-1~3-4及比較例3-1~3-2之鈦合金板的鑽頭出口側之毛邊的高度。
【圖3-3】實施例3-1~3-4及比較例3-1~3-2所使用之新鑽頭、實施例3-2及比較例3-1~3-2之加工後的鑽頭前端照片。
以下,對本發明之實施形態(以下亦記作「本實施形態」)加以說明。另,以下之實施形態,為用於說明本發明之例示,本發明並受限於此實施形態。
本實施形態之進入引導片的特徵為,在將纖維強化複合材及/或金屬切削加工之時使用。
本實施之第一形態為,將纖維強化複合材(例如碳纖維強化塑膠)切削加工之時所使用的進入引導片。
本實施之第一形態中,係切削加工之材料的纖維強化複合材為,將2個相異素材一體化地組合而提高特性之材料,若為以基質樹脂與強化纖維組合的構成之材料,則無特別限定。
該纖維強化複合材所使用之強化纖維的種類、形態並無特別限定。例如,作為強化纖維的種類宜為玻璃纖維、碳纖維、芳香族聚醯胺纖維等。其中,作為強化纖維特別宜為使用碳纖維之碳纖維強化塑膠。強化纖維之
形態,雖無特別限定,但例如列舉:絲、絲束、布、翼片、碎塊、磨碎纖維、氈墊、紙、預浸體等。
作為該纖維強化複合材所使用之基質樹脂,樹脂成分並無特別限定。具體而言,宜為環氧樹脂、酚樹脂、氰酸酯樹脂、乙烯酯樹脂、不飽和聚酯樹脂等熱硬化性樹脂,或ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)樹脂、PA(聚醯胺)樹脂、PP(聚丙烯)樹脂、PC(聚碳酸酯)樹脂、甲基丙烯酸甲酯樹脂、聚乙烯、丙烯、聚酯樹脂等熱可塑性樹脂。進一步,亦可於纖維強化複合材之基質樹脂中,適當地摻混無機填料或有機填料等。另,雖於該纖維強化複合材中,使用熱可塑性樹脂作為基質樹脂,並使用碳纖維作為強化纖維之複合材,為了與使用熱可塑性樹脂以外的樹脂之複合材加以區別,而亦有將其稱作碳纖維強化熱可塑性塑膠(CFRTP,Carbon Fiber Reinforced Thermo Plastics)之情形,但本實施形態中,使其包含於碳纖維強化塑膠(CFRP)。
本實施之第一形態的進入引導片,宜含有樹脂片。
本實施之第一形態的進入引導片中,形成樹脂片之成分,可為水溶性樹脂亦可為非水溶性樹脂,並無特別限定。
使用水溶性樹脂作為形成樹脂片之成分的情況,該水溶性樹脂,若為在25℃,1大氣壓中,對水100g溶解1g以上之高分子化合物,則無特別限定。使用水溶性樹脂作為形成樹脂片之成分的情況,藉由水溶性樹脂擁有的潤滑性,而提高切削加工時之切削屑的排出性,進一步,樹脂片的表面硬度為適度的柔軟性,故具有減少對切削工具之負載的效果,此外,可簡單地去除切削加工後附著於加工孔之樹脂成分。作為水溶性樹脂的具體例,雖無特別限定,但例如列舉:聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚氧丙烯、水溶性氨基甲酸乙酯、聚醚系水溶性樹脂、水溶性聚酯、聚丙烯酸鈉、聚丙烯醯胺、聚乙烯四氫咯酮、聚乙烯醇、聚烯烴基二醇之酯類、聚烯烴基二
醇之醚類、聚單硬脂酸甘油酯類、聚氧乙烯丙烯共聚物及其等之衍生物,可選擇其中之至少1種。其中更宜為聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚醚系水溶性樹脂。
使用非水溶性樹脂作為形成樹脂片之成分的情況,該非水溶性樹脂的種類並無特別限定。作為形成樹脂片之成分,使用非水溶性樹脂的情況,與使用水溶性樹脂的情況相較,樹脂片的表面硬度高,因此,例如提高鑽頭鑽孔加工時之鑽頭的嚙合性,可在如同設計之位置開孔,進一步,提高樹脂片的剛性,提高操控性。例如,作為樹脂片形成成分,雖無特別限定,但可例示:氨基甲酸乙酯系聚合物、丙烯系聚合物、醋酸乙烯系聚合物、氯乙烯系聚合物、聚酯系聚合物及其等之共聚物,或環氧樹脂、酚樹脂、氰酸酯樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂、熱硬化性聚醯亞胺等。
另一方面,作為形成樹脂片之成分中的提高潤滑性成分,雖無特別限定,但例如列舉:以變性聚醯胺、亞乙基雙硬脂醯胺、油酸醯胺、硬脂酸醯胺、亞甲基雙硬脂醯胺等為例之醯胺系化合物;以月桂酸、硬脂酸、軟脂酸、油酸等為例之脂肪酸系化合物;以硬脂酸丁酯、油酸丁酯、月桂酸乙二醇等為例之脂肪酸酯系化合物;以流動石蠟、聚乙烯蠟等為例之脂肪族烴系化合物;以油醇等為例之高級脂肪族醇;以苯乙烯同元聚合物(GPPS)、苯乙烯-丁二烯共聚物(HIPS)、苯乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物(例如MS樹脂)等為例之聚苯乙烯系樹脂;可選擇其中之至少1種。
形成樹脂片之成分,亦可將纖維素衍生物作為水溶性樹脂使用。作為纖維素衍生物,雖無特別限定,但例如例示羥乙基纖維素、羧甲基纖維素。羥乙基纖維素為,纖維素{H-(C6H10O5)n-OH}所含有之羥基的氫原子中之至少一部分,被〔-(CH2-CH2-O)m-H〕置換的化合物,對水之溶解度為在25℃,1大氣壓中至少0.05g/L(但n、m為1以上的整數)。該纖維素衍生物,例如可對纖維素附加氧化乙烯而獲得。
另一方面,羧甲基纖維素為,纖維素{H-(C6H10O5)n-OH}所含有之羥基的氫原子中之至少一部分,被羧甲基〔-CH2-COOH〕置換的化合物,對水之溶解度為在25℃,1大氣壓中至少0.05g/L(但n為1以上的整數)。此外,該羧甲基中之羧基的一部分亦可為鈉鹽。該纖維素衍生物,例如可對纖維素附加氯乙酸而獲得。另,本實施形態所指之「纖維素」,為將多個β-葡萄糖藉由糖苷鍵結合之高分子化合物,未置換纖維素之葡萄糖環中的與2位、3位、6位之碳原子結合的羥基。此外,「纖維素所含有之羥基」,係指纖維素之葡萄糖環中的與2位、3位、6位之碳原子結合的羥基。
於本實施之第一形態所使用的樹脂片,可因應必要而摻混添加劑。作為添加劑的種類,雖無特別限定,但例如列舉:表面調整劑、勻塗劑、抗靜電添加劑、乳化劑、消泡劑、蠟添加劑、偶合劑、流變控制劑、防腐劑、防黴劑、抗氧化劑、光安定劑、成核劑、有機填料、無機填料、固體潤滑劑、塑化劑、柔軟劑、熱安定劑、著色劑等。
本實施之第一形態中,作為形成樹脂片之方法,雖無特別限定,但例如列舉如下方法:將形成上述樹脂片之成分適當熔化,於支撐體塗布、冷卻、固化,或使其為溶解或分散於溶媒之液狀,塗布、乾燥、冷卻、固化以形成樹脂片,之後,去除支撐體,剝離而製造樹脂片。
作為將上述液狀的樹脂片形成成分塗布於支撐體之方法,若為工業上使用之習知方法,則無特別限定。具體而言,例示:利用輥筒、揉合機、或其他混練手段,將樹脂片形成成分適當加熱熔融而混合,藉由輥塗法、淋幕式塗布法等,於分離膜上形成樹脂片之方法;以及利用輥筒、T型模押出機等,將樹脂片形成成分,形成為預先期望之厚度的樹脂片之方法等。
本實施之第一形態中,樹脂片,宜為由2種以上之樹脂組成物層構成的複數層。具體而言,藉由在複數層的各層中,適宜組合由潤滑效果高之
樹脂組成物構成的層、由提高位置精度之樹脂組成物構成的層、由非水溶性樹脂等樹脂組成物構成的剛性高之層等,而可更有效並確實地達成本發明之目的,故更為適宜。此外,藉由設置由非水溶性樹脂等樹脂組成物構成的剛性高之層,而在提高本實施之第一形態的進入引導片之操控性的觀點上,更為適宜。
本實施之第一形態中,作為形成複數層樹脂片之方法,雖無特別限定,但例如列舉:在預先製作之層的至少單面直接形成另一層之方法;以及將預先製作之層與另一層,藉由黏接樹脂或熱產生的壓合法等貼合之方法等。
本實施之第一形態進入引導片,宜含有金屬,更宜使該金屬為金屬箔。
本實施之第一形態進入引導片,含有樹脂片及金屬箔的情況,宜於該樹脂片之至少單面具備金屬箔。
本實施之第一形態的進入引導片,如此地由在樹脂片之至少單面具備金屬箔的複數層構成之情況,剛性上升,提高操控性。進一步,例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,金屬箔保持鑽頭之直進性,藉而提高鑽頭之向心性,可在如同設計之位置鑽孔。進一步,被切削加工材與樹脂片之間具有金屬箔,藉而達到防止熱熔融的樹脂片形成成分固接於加工孔之上部及內部的作用。
本實施之第一形態所使用的金屬箔之厚度宜為0.05~0.5mm,更宜為0.05~0.3mm。金屬箔的厚度為0.05mm以上,則有製造時或鑽孔加工時之操控性提高的傾向。
另一方面,若金屬箔的厚度為0.5mm以下,則切削加工時產生之切削屑的排出變得簡單。
此外,作為金屬箔的金屬種類宜為鋁,作為鋁箔之材質,宜為純度95%以上的鋁。具體而言,雖無特別限定,但例如例示:JIS-H4160所規定之5052、3004、3003、1N30、1N99、1050、1070、1085、1100、8021等。藉由在金屬箔使用高純度的鋁箔,而例如於施行鑽頭鑽孔加工的情況,減少鋁箔含有的雜質所產生之鑽頭的缺損或局部的磨耗等,可減少對鑽頭的切削負載。
本實施之第一形態的進入引導片,含有樹脂片及金屬箔的情況,宜於該金屬箔與該樹脂片之間形成黏接層。更宜使該黏接層為樹脂膜。
本實施之第一形態中,作為形成含有樹脂片及金屬箔的複數層之方法,雖無特別限定,但例如列舉:於金屬箔之至少單面直接形成樹脂片之方法;以及將預先製作之樹脂片與金屬箔,藉由壓合法等貼合之方法等。此時列舉:藉由使用預先形成有黏接層之金屬箔作為支撐體,而將樹脂片與金屬箔一體化地疊層之方法等。
關於供將樹脂片與金屬箔一體化地疊層所用之預先形成黏接層的金屬箔,若使用形成有厚度0.001~0.5mm的樹脂膜之金屬箔,則自提高金屬箔與樹脂片之密接性的觀點來看,較為適宜。樹脂膜所使用的樹脂並無特別限定,可為熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂中之任一,亦可併用其等。作為熱可塑性樹脂雖無特別限定,但例如列舉:氨基甲酸乙酯系聚合物、丙烯系聚合物、醋酸乙烯系聚合物、氯乙烯系聚合物、聚酯系聚合物及其等之共聚物。作為熱硬化性樹脂,雖無特別限定,但例如列舉:酚樹脂、環氧樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂、不飽和聚酯樹脂、酸醇樹脂、聚氨酯、熱硬化性聚醯亞胺、氰酸酯樹脂等樹脂。宜列舉環氧樹脂、聚酯系樹脂。
此外,作為本實施之第一形態使用的金屬箔,亦可使用在市售之金屬箔預先藉由習知方法塗布樹脂被膜者。
為了使本實施之第一形態的進入引導片與被切削加工材(例如CFRP)
密接,本實施之第一形態的進入引導片中,宜在與被切削加工材(例如CFRP)接觸之樹脂片表面或金屬箔表面形成具有黏著性的層(黏著層)。該黏著層之成分,並無特別限定,可為熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂之任一,亦可併用其等。作為熱可塑性樹脂雖無特別限定,但例如列舉:氨基甲酸乙酯系聚合物、丙烯系聚合物、醋酸乙烯系聚合物、氯乙烯系聚合物、聚酯系聚合物及其等之共聚物。作為熱硬化性樹脂,雖無特別限定,但例如列舉:酚樹脂、環氧樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂、不飽和聚酯樹脂、酸醇樹脂、聚氨酯、熱硬化性聚醯亞胺、氰酸酯樹脂等樹脂。其中,要求膠糊不殘餘在被切削加工材(例如CFRP)地,可於常溫簡單地黏著之特性的觀點來看,更宜為丙烯系黏著劑。進一步,丙烯系黏著劑中,亦宜使用溶劑型丙烯黏著劑及丙烯乳膠型黏著劑(水系)。丙烯系黏著劑為,以聚(甲基)丙烯酸酯與增黏劑為主成分之組成物。進一步,因應其他必要,可於黏著層之成分添加抗氧化劑等劣化抑制劑,碳酸鈣、滑石、二氧化矽等無機填料。
作為於進入引導片表面形成該黏著層之方法,若為工業上使用之習知方法,則無特別限定。具體而言,例示:藉由輥塗法、淋幕式塗布法、噴塗法等形成黏著層之方法;以及利用輥筒、T型模押出機等,形成預先期望之厚度的黏著層之方法等。該黏著層的厚度,並無特別限定,可藉由被切削加工材(例如CFRP)的曲率、樹脂片及進入引導片的構成,適宜選擇最佳厚度。
使用本實施之第一形態的進入引導片時,被切削加工材(例如CFRP)不限為平面,亦有曲面的情況。因此,本實施之第一形態的進入引導片亦有要求曲面追蹤性的情況。為了對本實施之第一形態的進入引導片,賦予曲面追蹤性,例如,宜於形成樹脂片的樹脂組成物中摻混塑化劑、柔軟劑。作為該塑化劑、柔軟劑的具體例,宜為鄰苯二甲酸酯、已二酸酯、偏苯三甲酸酯、聚酯、磷酸酯、枸櫞酸酯、環氧化植物油、癸二酸酯等。藉由摻混該塑化劑、柔軟劑,在將進入引導片配置於被切削加工材(例如CFRP)
曲面時,例如藉由減輕對樹脂片的應力、應變,而可抑制樹脂片的破裂。
本實施之第一形態的進入引導片,例如,在CFRP的鑽孔、切削、切斷等切削加工中使用,對於切削加工之工具及方法,並無特別限定。具體而言,列舉:藉由鑽頭、起槽機、銑床、端銑刀、邊刃等,形成貫通孔、未貫通孔之鑽孔加工;以及藉由起槽機、切管器、端銑刀、金屬開縫鋸等,將CFRP切斷之加工。此外,於切削工具之刃尖,為了提高硬度而抑制磨耗,亦可形成鈦、鑽石、類鑽碳等塗層膜。
本實施之第一形態中,切削加工的對象,雖以纖維強化複合材(例如CFRP)為目標,但並未限定於纖維強化複合材(例如CFRP)。本實施之第一形態中,進入引導片亦可應用於鈦合金等難削金屬之切削加工。進一步,該被切削加工之對象,宜為以使金屬與纖維強化複合材接觸的方式重疊之材料。本實施之第一形態中,自以下理由來看,例如,亦可將重疊CFRP與鈦合金之材料共鑽孔。CFRP與鈦合金之最佳鑽孔條件大幅相異。CFRP的鑽孔,適合高速旋轉且低速進給量。另一方面,鈦合金,例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,為了減少鑽頭的溫度上升,抑制鑽頭的刃部之磨耗,故適合低速旋轉且高速進給量。特別是,不耐熱的鑽石塗層鑽頭中,此等鑽孔條件為必須。對於相反的鑽孔條件,在實際之加工現場,於CFRP與鈦合金的邊界改變鑽孔條件,或以取中庸之同一條件加以鑽孔加工。抑或例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,為了防止鑽頭的溫度上升,而於航空器用途的鈦合金之鑽孔加工時,施行噴吹冷風,並以集塵機集塵之動作。然而,藉由使用本實施之第一形態的進入引導片,而具有可大幅緩和因摩擦熱而容易發熱之鈦合金的鑽孔條件之制約的次要效果。進一步,不限於鈦合金,亦可將重疊CFRP與鋁合金之物共鑽孔。除此以外,亦可使用單獨鈦合金或鋁合金的鑽孔、切削、切斷等切削加工。
本案發明人等,將纖維強化複合材及/或金屬切削加工時,藉由使用含有樹脂片之進入引導片,而例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,使包含鑽
頭的溝表面在內之鑽頭表面與加工孔內的潤滑性皆提高,使鑽頭的刃部切削之碳纖維與難削金屬中之難削粒子的排出簡易化,減輕擦過鑽頭的刃部之頻度與程度,故吾人認為鑽頭的刃部之磨耗減少。例如,施行鑽頭鑽孔加工的情況,若難削粒子擦過鑽頭的刃部,則產生研磨磨耗,故減少研磨磨耗,與減少鑽頭的刃部之磨耗相關。另,此一作用原理,於切削工具全盤相通。因此,特別在航空器用途等高強度的CFRP之切削加工中,本實施之第一形態的進入引導片展現顯著的效果。此係因,如同前述地,例如在航空器用途等的CFRP之鑽頭鑽孔加工中,CFRP的碳纖維密集存在,故碳纖維之切削量顯著地增加,鑽頭的刃部容易磨耗。因此,航空器用途等的CFRP之鑽頭鑽孔加工中,有助於減少鑽頭之刃部磨耗的本實施之第一形態的進入引導片,為至今未曾有過之有效解決手段。
進一步,在UD材之鑽頭鑽孔加工的情況,45°及225°中鑽頭的刃部以剜鑿碳纖維束的角度進入,故45°及225°之附近,容易在孔的內壁產生纖維彎曲部。本實施之第一形態的進入引導片,在含有潤滑性改良劑的情況,由於潤滑性優良,故抑制纖維彎曲,進一步,亦抑制摩擦熱所產生的溫度上升,故基質樹脂變得難以到達玻璃轉移點(溫度)或軟化點,可維持碳纖維之緊束的狀態,抑制纖維彎曲。因此,本實施之第一形態的進入引導片,在UD材之切削加工的情況,亦展現顯著的效果。
本實施之第一形態的進入引導片中,在含有樹脂片的情況,該樹脂片的厚度,例如,藉由CFRP之切削加工時的切斷、切削方法、面積、體積、或鑽孔加工時使用的鑽頭徑、CFRP的構成、厚度等,加以適宜選擇。該樹脂片的厚度,宜為0.1~20mm的範圍,更宜為0.2~10mm的範圍,進一步宜為0.5~5mm的範圍。該樹脂片的厚度,若為0.1mm以上,則充分減少切削應力,例如,在施行鑽頭鑽孔加工的情況,對鑽頭的負載變小而可抑制鑽頭折損。
另一方面,若該樹脂片的厚度為20mm以下,則例如在施行鑽頭鑽孔
加工的情況,樹脂片對鑽頭之沾附減少,可抑制樹脂片中的龜裂產生。特別在樹脂量為適量的情況,可抑制樹脂成為切削粉之黏結劑,可減少切削粉貯留於加工孔之情形,因而可抑制孔內部的凹凸擴大。亦即,藉由將樹脂片之組成與厚度最佳化,而可提高潤滑性,例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,可使通過鑽頭溝之切削粉的排出最佳化。此外,為了使本發明之效果更上一層,宜適當控制樹脂片的總厚度,亦可重疊複數片薄層樹脂片而使用。
構成本實施之第一形態的進入引導片之樹脂片層、金屬箔、黏接層、黏著層等各層的厚度,如同下述地測定。首先,利用剖面拋光儀(日本DATUM股份有限公司製CROSS-SECTION POLISHER SM-09010)、或超薄切片機(Leica社製EM UC7),將進入引導片加以從對進入引導片垂直方向切斷。其次,利用SEM(掃描式電子顯微鏡,Scanning Electron Microscope,KEYENCE社製VE-7800),對切斷面自垂直方向觀察切斷面,測定構成進入引導片之各層的厚度。此時,對1視野測定5處的厚度,使其平均值為各層的厚度。
使用本實施之第一形態的進入引導片之鑽頭鑽孔加工,在將CFRP鑽頭鑽孔加工時,宜於CFRP之鑽孔加工的最頂面,以使該進入引導片之樹脂片成為鑽頭進入面的方式配置,從進入引導片之樹脂片的面,施行鑽頭鑽孔加工。
本實施之第二形態為,將金屬切削加工之時所使用的進入引導片。本實施之第二形態的進入引導片,宜含有樹脂片。
可利用本實施之第二形態的進入引導片之切削加工對象的金屬,若為一般作為構造材使用之金屬則無特別限定。作為此等金屬,雖無特別限定,但例如列舉:航空器的機體構造用材料所使用之金屬材料。其中,如鋁合金、鎂合金、鈦合金、低合金鋼、不鏽鋼、耐熱合金等強度高的金屬,宜
作為使用本實施之第二形態的進入引導片之切削加工對象的金屬。此係因,強度越高的金屬,切削工具的壽命延長效果越顯著之故。切削加工對象之金屬,可為單獨1種,亦可組合2種以上。此外,上述金屬之中,鈦合金特別適宜作為切削對象之金屬。其係因,鈦合金與鋁合金相比,為拉伸強度強2倍,耐蝕、耐熱性亦優良之材料,但其為硬度高的難削材,故習知技術中,必須使切削加工條件或切削工具的形狀特殊化,但若使用本實施之第二形態的進入引導片,則不必非得使切削加工條件或切削工具的形狀特殊化,仍可使切削工具之使用壽命更為增長。另,本實施形態中,切削加工對象之金屬,亦可含有纖維強化複合材等不同種構造材。
可利用本實施之第二形態的進入引導片之切削加工方法並無特別限定,例如列舉:形成貫通孔、未貫通孔之鑽孔、切削、切斷等。此外,於切削加工時可使用之切削工具的種類亦無特別限定,例如列舉鑽頭、起槽機、銑床、端銑刀、邊刃等。另外,此等切削工具,可為一般材質的切削工具,亦可為以提高硬度而抑制磨耗為目的,於切削工具之刃尖形成有鈦、鑽石、類鑽碳等塗層膜的特殊切削工具。此係因,本實施形態之進入引導片,在以下任一加工中,皆可延長切削工具的加工壽命之故:使用一般材質的切削工具之加工;及利用在切削工具之刃尖形成有鈦、鑽石、類鑽碳等塗層膜的特殊切削工具之加工。特別是,利用在切削工具之刃尖形成有鈦、鑽石、類鑽碳等塗層膜的特殊切削工具之加工,其加工壽命的延長效果顯著,故在利用此等工具的加工上,適合使用本實施之第二形態的進入引導片。
可利用本實施之第二形態的進入引導片之鑽孔加工所使用的鑽頭,若為一般使用之鑽頭,則對鑽頭的徑、材質、形狀及表面被膜的有無,並無特別限定。例如,鑽頭的徑宜為1mmφ以上10mmφ以下,更宜為在航空器用基材之鑽孔加工被大量使用的2mmφ以上7mmφ以下。此外,作為鑽頭之材質,宜為將硬質的金屬碳化物之粉末燒結而製作出的超硬合金。作為此等超硬合金,雖無特別限定,但例如列舉:將碳化鎢與係結合劑的鈷混
合而燒結之金屬。此等超硬合金,亦有為了因應使用目的進一步提高材料特性,而添加碳化鈦、碳化鉭等情形。另一方面,鑽頭的形狀,可藉由鑽孔加工的條件、被加工材的種類、形狀等,加以適當選擇。作為鑽頭的形狀,雖無特別限定,但例如列舉:鑽頭的前端角、溝的扭轉角、切刃的數目等。鑽頭之表面被膜,可藉由鑽孔加工的條件、被加工材的種類、形狀等,加以適當選擇。作為適宜之表面被膜的種類,列舉有鑽石塗層、類鑽塗層、陶瓷塗層等。
針對本實施之第二形態的進入引導片,於以下詳細地說明。本實施之第二形態的進入引導片之製造方法,並無特別限定,例如列舉:適宜熔化樹脂組成物而使其為液狀後,於支撐體塗布、冷卻、固化而形成樹脂組成物層(樹脂片),之後,去除或剝離支撐體,製造含有樹脂片的進入引導片之方法。此外亦列舉:將樹脂組成物溶解或分散於溶媒而使其為液狀後,於支撐體塗布、乾燥、冷卻、固化,形成樹脂組成物層,之後,去除或剝離支撐體,製造含有樹脂片的進入引導片之方法。此時,支撐體,並無特別限定,例如,可適當使用金屬箔或膜、金屬輥等。作為於支撐體上形成液狀之樹脂組成物層的方法,若為工業上使用之習知方法,則無特別限定。例如,利用輥筒、揉合機、或其他混練手段,將樹脂組成物適當加熱熔融而混合,藉由輥塗法、淋幕式塗布法等,於支撐體上形成樹脂組成物層(樹脂片)之方法。
此外亦列舉:將樹脂組成物溶解或分散於溶媒,藉由利用桿塗布裝置、凹版輥、模具等塗布之塗布法等,於支撐體上形成樹脂組成物層(樹脂片)之方法。另一方面,除了前述的於支撐體上形成樹脂組成物層(樹脂片)之方法以外,亦可使用:利用輥筒、揉合機、或其他混練手段,將樹脂組成物適當加熱熔融而混合,並利用輥筒、T型模押出機等,以不使用支撐體的方式,形成為期望的厚度之樹脂組成物層而作為樹脂片之方法等。
作為形成樹脂片的樹脂組成物之成分,一般雖使用水溶性樹脂、非水
溶性樹脂,但本實施之第二形態的進入引導片中,亦在含有樹脂片的情況,可將水溶性樹脂、非水溶性樹脂,作為形成樹脂片的樹脂組成物之成分使用。此等樹脂,作為提高潤滑性成分而具有提高加工時之潤滑性的功用,作為樹脂片形成成分而具有提高加工性的功用。其中,水溶性樹脂,藉由樹脂擁有的潤滑性,而有提高切削加工時之切削屑的排出性之效果。此外,將水溶性樹脂作為樹脂組成物之成分的樹脂片,其表面硬度為適度的柔軟性,故亦具有減少切削工具之加工負載的效果。進一步,亦可簡單地去除切削加工後附著於加工孔的樹脂成分。另一方面,將非水溶性樹脂作為樹脂組成物之成分使用的樹脂片,樹脂片的表面硬度,較使用水溶性樹脂之樹脂片更硬,故例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,具有鑽頭之嚙合性佳,於如同設計的位置鑽孔之特徵。此外,由於樹脂片的剛性高,故操控性亦優良。
本實施之第二形態的進入引導片中,宜作為樹脂片的樹脂組成物之成分的水溶性樹脂之一種,為在25℃,1大氣壓中,對水100g溶解1g以上的高分子化合物。作為此等水溶性樹脂,雖無特別限定,但例如列舉:聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚氧丙烯、水溶性氨基甲酸乙酯、聚醚系水溶性樹脂、水溶性聚酯、聚丙烯酸鈉、聚丙烯醯胺、聚乙烯四氫咯酮、聚乙烯醇、聚烯烴基二醇類、聚烯烴基二醇之酯類、聚烯烴基二醇之醚類、聚單硬脂酸甘油酯類、聚氧乙烯丙烯共聚物及其等之衍生物,可選擇使用其中之至少1種。其中聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚醚系水溶性樹脂,更宜作為樹脂組成物之成分。
本實施之第二形態的進入引導片中,形成宜作為樹脂片的樹脂組成物之成分的水溶性樹脂之另一種,為纖維素衍生物。另,本實施之第二形態中,「纖維素」,為將多個β-葡萄糖藉由糖苷鍵結合之高分子化合物,未置換纖維素之葡萄糖環中的與2位、3位、6位之碳原子結合的羥基。此外,「纖維素所含有之羥基」,係指纖維素之葡萄糖環中的與2位、3位、6位之碳原子結合的羥基。作為上述纖維素衍生物,例如列舉羥乙基纖維素、
羧甲基纖維素。一般而言,羥乙基纖維素為,纖維素{H-(C6H10O5)n-OH}所含有之羥基的氫原子中之至少一部分,被〔-(CH2-CH2-O)m-H〕置換的化合物(但n、m為1以上的整數),其對水之溶解度為,在25℃,1大氣壓中至少0.05g/L。此一羥乙基纖維素,例如係對纖維素附加氧化乙烯而合成。
另一方面,羧甲基纖維素為,纖維素{H-(C6H10O5)n-OH}所含有之羥基的氫原子中之至少一部分,被羧甲基〔-CH2-COOH〕置換的化合物(但n為1以上的整數),其對水之溶解度為,在25℃,1大氣壓中至少0.05g/L。此外,該羧甲基中之羧基的一部分亦可為鈉鹽。羧甲基纖維素,例如可對纖維素附加氯乙酸而獲得。
本實施之第二形態的進入引導片中,在含有樹脂片的情況,可作為形成樹脂片的樹脂組成物之成分的非水溶性樹脂,並無特別限定。本實施之第二形態中,非水溶性樹脂,作為樹脂片形成成分、提高潤滑性成分等而使用。宜作為樹脂片形成成分使用之非水溶性樹脂,雖無特別限定,但例如可列舉:氨基甲酸乙酯系樹脂、丙烯系樹脂、醋酸乙烯系樹脂、氯乙烯系樹脂、聚酯系樹脂及其等之共聚物,或酚樹脂、環氧樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂、不飽和聚酯樹脂、酸醇樹脂、聚氨酯、熱硬化性聚醯亞胺、氰酸酯樹脂、環氧樹脂、聚酯系樹脂。此外,可選擇其等中之至少任1種作為樹脂片形成成分使用。另一方面,宜作為提高潤滑性成分使用之非水溶性樹脂,雖無特別限定,但例如可列舉:以變性聚醯胺、亞乙基雙硬脂醯胺、油酸醯胺、硬脂酸醯胺、亞甲基雙硬脂醯胺等為例之醯胺系化合物;以月桂酸、硬脂酸、軟脂酸、油酸等為例之脂肪酸系化合物;以硬脂酸丁酯、油酸丁酯、月桂酸乙二醇等為例之脂肪酸酯系化合物;以流動石蠟、聚乙烯蠟等為例之脂肪族烴系化合物;以油醇等為例之高級脂肪族醇;以苯乙烯同元聚合物(GPPS)、苯乙烯-丁二烯共聚物(HIPS)、苯乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物(例如MS樹脂)等為例之聚苯乙烯系樹脂。可選擇其等之中,至少任1種作為提高潤滑性成分使用。進一步,本實施之第二形
態的進入引導片中,亦可將樹脂片形成成分與提高潤滑性成分併用。
本實施之第二形態的進入引導片中,在含有樹脂片的情況,樹脂片的厚度,係考慮成為切削加工對象之金屬的種類與厚度、切削加工所使用之切削工具的種類與切削方法、鑽孔加工時使用的鑽頭徑等,加以適宜選擇。樹脂片的厚度,宜為0.1~20mm的範圍,更宜為0.2~10mm範圍,進一步宜為0.5~5mm的範圍。若該樹脂片的厚度為0.1mm以上,則充分減少切削應力,例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,對鑽頭的負載變小,可抑制鑽頭折損。另一方面,若該樹脂片的厚度為20mm以下,則例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,減少樹脂組成物對鑽頭之沾附,可抑制樹脂片中的龜裂產生。特別是在作為目的之切削加工中,若使樹脂片的厚度最佳化,則可抑制樹脂組成物成為切削粉之黏結劑的功用,可減少切削粉貯留於加工處之情形,可抑制加工處周邊的溫度上升,可抑制係切削加工對象之金屬的熔接。亦即,因應切削加工對象與切削方法,藉由使樹脂片之構成、樹脂組成物之成分、樹脂片之厚度最佳化,而可使潤滑性、通過加工溝之切削粉的排出最佳化。如同以上地,本實施形態中,宜適當控制樹脂片的總厚度,亦可重疊複數片薄層樹脂片而使用。
本實施之第二形態的進入引導片中,在含有樹脂片的情況,樹脂片,可為由單層之樹脂組成物層構成的構造,亦可為由複數層之樹脂組成物層構成的構造,但自提升特性及操作性的理由來看,宜含有將2種以上之樹脂組成物層疊層的層狀構造。此一本實施之第二形態的進入引導片中,樹脂組成物層之組合,雖無特別限定,但在高加工精度、長加工壽命、良好操控性的觀點上,宜將由具有提高切削加工時之潤滑性的功用之水溶性樹脂或作為提高潤滑性成分的非水溶性樹脂構成之樹脂組成層、以及由具有提高位置精度的功用或提高剛性的功用之作為樹脂片成分的非水溶性樹脂構成之樹脂組成物層,加以適宜組合。
本實施之第二形態的進入引導片中,作為製造包含疊層有複數層樹脂
組成物層的層狀構造之樹脂片的方法,雖無特別限定,但例如列舉:於預先製作之由單層或複數層的樹脂組成物層構成之樹脂片的至少單面,進一步直接形成樹脂組成物層之方法。於樹脂片的單面形成樹脂組成物層之方法並無特別限定,例如列舉:適宜熔化樹脂組成物而使其為液狀後,於作為支撐體之樹脂片上,塗布、冷卻、固化成為液狀的樹脂組成物而形成樹脂組成物層之方法。此外亦列舉:將樹脂組成物溶解或分散於溶媒而使其為液狀後,於作為支撐體之樹脂片上,塗布、乾燥、冷卻、固化成為液狀的樹脂組成物,形成樹脂組成物層之方法。作為於係支撐體的樹脂片上形成液狀之樹脂組成物層的方法,若為工業上使用之習知方法,則無特別限定。例如列舉:將樹脂組成物溶解或分散於溶媒,藉由利用桿塗布裝置、凹版輥、模具等塗布之塗布法等而形成樹脂組成物層之方法;以及利用輥筒、揉合機、或其他混練手段,將樹脂組成物適當加熱熔融而混合,藉由輥塗法、淋幕式塗布法等形成樹脂組成物層之方法。
作為製造包含疊層有複數層樹脂組成物層的層狀構造之樹脂片的其他方法,亦可使用:將由單層或複數層之樹脂組成物層構成的樹脂片,重疊複數片,使用樹脂貼合之方法;以及藉由熱產生的壓合法貼合之方法等。使用樹脂貼合之方法與熱產生的壓合法,若為工業上使用之習知方法,則無特別限定。
本實施之第二形態的進入引導片中,在含有樹脂片的情況,樹脂片,可因應必要而摻混添加劑。添加劑的種類,雖無特別限定,但例如可使用:表面調整劑、勻塗劑、抗靜電添加劑、乳化劑、消泡劑、蠟添加劑、偶合劑、流變控制劑、防腐劑、防黴劑、抗氧化劑、光安定劑、成核劑、有機填料、無機填料、固體潤滑劑、塑化劑、柔軟劑、熱安定劑、著色劑。
其中,固體潤滑劑,具有提高進入引導片的潤滑性、延長切削工具的加工壽命之效果,故本實施之第二形態的進入引導片中,樹脂片宜含有固體潤滑劑。固體潤滑劑的種類,若為具有潤滑性的固體,則無特別限定。
例如宜為石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、鉬化合物、聚四氟乙烯、聚醯亞胺等。其中,因石墨具有適度的硬度故適宜,可適當使用天然石墨、人造石墨、活性碳、乙炔黑、碳黑、膠質石墨、熱分解石墨、膨脹化石墨、鱗片狀石墨。其中,鱗片狀石墨,因可藉由其形狀、粒徑而有效地圖求磨耗減少的提升故特別適宜。此等石墨可單獨使用1種,亦可混合使用2種以上。
本實施之第二形態的進入引導片中,將固體潤滑劑與樹脂組成物組合使用之效果,可如同下述地說明。例如,鑽頭鑽孔加工中,樹脂組成物及固體潤滑劑,藉由附著於鑽頭的表面與溝、以及被切削加工材之加工孔的側面而展現潤滑性。此時,固體潤滑劑,與樹脂組成物相比,伴隨溫度變化之體積及硬度的變化小,故例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,即便鑽頭、加工處的溫度上升,仍可保持一定的體積及硬度。亦即,固體潤滑劑,例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,常存於鑽頭與被切削加工材之間而提高潤滑性,可展現如軸承之效果,故具有抑制鑽頭之磨耗的效果。
對於本實施之第二形態的進入引導片可使用之固體潤滑劑中宜為石墨的理由加以敘述。若前述固體潤滑劑的硬度小,則缺少軸承效果,有潤滑性降低之情形。另一方面,若固體潤滑劑的硬度大,則例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,有產生鑽頭前端之磨耗促進、鑽頭前端之缺損等問題的可能性。因此,作為固體潤滑劑,宜為具有適度的硬度之石墨。
固體潤滑劑的使用量,對於樹脂組成物100重量份,合計宜使用5重量份~200重量份,更宜使用10重量份~100重量份,特別宜使用20重量份~100重量份。固體潤滑劑的使用量為5重量份以上的情況,充分發揮固體潤滑劑所產生之潤滑效果。另一方面,固體潤滑劑的使用量為200重量份以下的情況,具有經濟上的合理性,在製造上有利。
使用本實施之第二形態的進入引導片時,係被切削加工材的金屬不限為平面,亦有曲面的情況。因此,本實施之第二形態的進入引導片亦有要
求曲面追蹤性(柔軟性)的情況。本實施之第二形態的進入引導片,在賦予曲面追蹤性之目的下,例如,宜於形成樹脂片的樹脂組成物中因應必要而摻混塑化劑、柔軟劑。作為塑化劑、柔軟劑,宜為鄰苯二甲酸酯、已二酸酯、偏苯三甲酸酯、聚酯、磷酸酯、枸櫞酸酯、環氧化植物油、癸二酸酯等。藉由摻混此等塑化劑、柔軟劑,在將進入引導片配置於金屬曲面時,可減輕對樹脂片的應力、應變,抑制樹脂片的破裂。
本實施之第二形態進入引導片,宜含有金屬,更宜使該金屬為金屬箔。
本實施之第二形態的進入引導片,含有樹脂片及金屬箔的情況,更宜於樹脂片之至少單面具備金屬箔。此係因,若使用於樹脂片之至少單面具備金屬箔的進入引導片,則藉由金屬箔之剛性,例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,提高鑽頭之向心性,而可在如同設計的位置鑽孔。此外,藉由將金屬箔配置於係切削加工對象的金屬與樹脂片之間,而亦具有防止熱熔融的形成樹脂片之樹脂組成物固接於加工孔之上部及內部的效果。其中,於樹脂片之兩面具備金屬箔的3層構造之進入引導片,由於可充分發揮樹脂片的潤滑性,故特別適宜。例如,施行鑽頭鑽孔加工的情況,若於鑽頭的進入面之最表層配置金屬箔,則可抑制在將金屬切削加工時,金屬的切削碎屑沾附於鑽頭,而因旋轉的切削碎屑,使樹脂片被挖鑿。此一結果,可充分發揮潤滑性,提高鑽頭之磨耗減少效果。
本實施之第二形態之進入引導片可使用的金屬箔之厚度,雖無特別限定,但宜為0.05~0.5mm,更宜為0.05~0.3mm。金屬箔的厚度為0.05mm以上的情況,有進入引導片製造時或鑽孔加工時之操控性提高的傾向。另一方面,若金屬箔的厚度為0.5mm以下,則切削加工時產生之切削屑的排出變得簡單。
本實施之第二形態之進入引導片可使用的金屬箔之種類,雖無特別限定,但宜為鋁箔。此係因,使用鋁箔作為金屬箔的情況,鋁箔與係被切削
加工材之金屬比較,具為適度的柔軟性,故例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,具有在鑽頭旋轉而侵入時,抑制鑽頭之芯部偏移的效果,此一結果,可對設定座標鑽出正確的孔。此外,藉由抑制旋轉的鑽頭之芯部偏移,而使鑽頭的移動距離、以及與被切削加工材的接觸面積變小,藉而亦具有減少鑽頭之磨耗的效果。
使用鋁箔作為金屬箔的情況之鋁純度雖無特別限定,但宜為純度95%以上。此係因,藉由在金屬箔使用高純度的鋁箔,而例如於施行鑽頭鑽孔加工的情況,減少鋁箔含有的雜質所產生之鑽頭的缺損或局部的磨耗等,可減少對鑽頭的切削負載之故。作為此等鋁箔,雖無特別限定,但例如列舉:JIS-H4160所規定之5052、3004、3003、1N30、1N99、1050、1070、1085、1100、8021等。
本實施之第二形態中,製作於樹脂片之至少單面具備金屬箔的進入引導片之方法,雖無特別限定,但例如列舉:於金屬箔之至少單面直接形成單層或複數層的樹脂組成物層之方法、以及將預先製作之樹脂片與金屬箔藉由熱產生的壓合法等貼合之方法。於金屬箔之至少單面直接形成單層或複數層的樹脂組成物層之方法,並無特別限定,例如列舉:適宜熔化樹脂組成物而使其為液狀後,於作為支撐體的金屬箔上,將成為液狀的樹脂組成物塗布、冷卻、固化1次或複數次,而形成單層或複數層的樹脂組成物層之方法。此外亦列舉:將樹脂組成物溶解或分散於溶媒而使其為液狀後,於作為支撐體的金屬箔上,將成為液狀的樹脂組成物塗布、乾燥、冷卻、固化1次或複數次,形成單層或複數層的樹脂組成物層之方法。作為於係支撐體的金屬箔上形成液狀之樹脂組成物層的方法,若為工業上使用之習知方法,則無特別限定。例如列舉:將樹脂組成物溶解或分散於溶媒,藉由利用桿塗布裝置、凹版輥、模具等塗布之塗布法等而形成樹脂組成物層之方法;以及利用輥筒、揉合機、或其他混練手段,將樹脂組成物適當加熱熔融而混合,藉由輥塗法、淋幕式塗布法等形成樹脂組成物層之方法。另一方面,作為將樹脂片與金屬箔藉由熱產生的壓合法貼合之方法,若為
工業上使用之習知方法,則無特別限定。
製作本實施之第二形態的進入引導片時,亦可於金屬箔與樹脂片之間形成黏接層。本實施之第二形態的進入引導片,於金屬箔與樹脂片之間形成黏接層,可使金屬箔與樹脂片之密接性良好,故較適宜。另,本說明書,將為了使金屬箔與樹脂片的密接性良好而使用之化合物的層,定義為黏接層。黏接層可使用之樹脂並無特別限定,例如可使用熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂。此外,亦可併用其等。作為適宜之熱可塑性樹脂,列舉:氨基甲酸乙酯系樹脂、丙烯系樹脂、醋酸乙烯系樹脂、氯乙烯系樹脂、聚酯系樹脂及其等之共聚物。此外,作為適宜之熱硬化性樹脂,列舉:酚樹脂、環氧樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂、不飽和聚酯樹脂、酸醇樹脂、聚氨酯、熱硬化性聚醯亞胺、氰酸酯樹脂。其中,更宜為環氧樹脂、不飽和聚酯系樹脂。作為黏接層的厚度,宜為0.001~0.5mm。此係因,在使金屬箔與樹脂片之密接性良好上,於此一範圍可獲得充分的黏接效果之故。此外,形成黏接層之方法亦若為工業上使用之習知方法,則無特別限定。例如列舉;將上述樹脂溶解或分散於溶媒,藉由利用桿塗布裝置、凹版輥、模具等塗布之塗布法等形成黏接層之方法;以及利用輥筒、揉合機、或其他混練手段,將上述樹脂適當加熱熔融而混合,藉由輥塗法、淋幕式塗布法等形成黏接層之方法。此外,作為本實施之第二形態使用的金屬箔,亦可使用於金屬箔塗布黏接層之市售品。
使用本實施之第二形態的進入引導片之切削加工方法中,使進入引導片與係被切削加工材的金屬密接之方法並無特別限定,例如列舉:將進入引導片與係被切削加工材的金屬,藉由夾子、夾具物理性地固定之方法;以及使用在與係被切削加工材的金屬接觸之樹脂片表面或金屬箔表面形成具有黏著性之化合物的層(黏著層)之進入引導片的方法。另,本說明書中,將為了固定被切削加工材之金屬與進入引導片而使用的具有黏著性之化合物的層,定義為黏接層。其中,使用在與係被切削加工材的金屬接觸之樹脂片表面或金屬箔表面形成有黏著層的進入引導片,由於不須夾具等
之固定,故較適宜。因此,本實施之第二形態的進入引導片,宜在與係被切削加工材的金屬接觸之樹脂片表面或金屬箔表面形成有黏著層。黏著層之成分並無特別限定,例如可使用熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂。此外,亦可併用其等。作為適宜之熱可塑性樹脂,列舉:氨基甲酸乙酯系樹脂、丙烯系樹脂、醋酸乙烯系樹脂、氯乙烯系樹脂、聚酯系樹脂及其等之共聚物。作為適宜之熱硬化性樹脂,列舉:酚樹脂、環氧樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂、不飽和聚酯樹脂、酸醇樹脂、聚氨酯、熱硬化性聚醯亞胺、氰酸酯樹脂。其中,自具有使膠糊不殘餘在係被切削加工材的金屬地,可於常溫簡單地黏著之特性的觀點來看,更宜為丙烯系黏著劑。進一步,丙烯系黏著劑之中,亦特別宜為溶劑型丙烯黏著劑及丙烯乳膠型黏著劑(水系)。此處,本說明書中之丙烯系黏著劑,除非另有說明,否則係指以聚(甲基)丙烯酸酯與增黏劑為主成分之組成物。進一步,因應必要,可於黏著層之成分添加抗氧化劑等劣化抑制劑,碳酸鈣、滑石、二氧化矽等無機填料。
作為於進入引導片表面形成黏著層之方法,若為工業上使用之習知方法,則無特別限定。例如列舉:藉由輥塗法、淋幕式塗布法、噴塗法等形成之方法,或利用輥筒、T型模押出機等形成之方法等。該黏著層的厚度,並無特別限定,可藉由金屬的曲率、樹脂片及進入引導片的構成,適宜選擇最佳厚度。
構成本實施之第二形態的進入引導片之樹脂片層、金屬箔、黏接層、黏著層等各層的厚度,如同下述地測定。首先,利用剖面拋光儀(日本DATUM股份有限公司製CROSS-SECTION POLISHER SM-09010)、或超薄切片機(Leica社製EM UC7),將進入引導片加以從對進入引導片垂直方向切斷。其次,利用SEM(掃描式電子顯微鏡,Scanning Electron Microscope,KEYENCE社製VE-7800),對切斷面自垂直方向觀察切斷面,測定構成進入引導片之各層的厚度。此時,對1視野測定5處的厚度,使其平均值為各層的厚度。
可利用本實施之第二形態的進入引導片之切削加工對象並未僅限於金屬,亦可為以使金屬與纖維強化複合材接觸的方式重疊之材料。本實施之第二形態的進入引導片,例如亦可應用於以使金屬與CFRP等纖維強化複合材料接觸的方式重疊之材料的共鑽孔加工。作為重疊之態樣,並無特別限定。具體而言,列舉:將金屬與纖維強化複合材,利用夾具重疊而固定之方法;以及將金屬與纖維強化複合材,介由黏接層重疊而固定之方法等。一般而言,例如,已知鈦合金與CFRP之最佳鑽孔條件大幅相異。例如,施行鑽頭鑽孔加工的情況,鈦合金的鑽孔,為了減少鑽頭的溫度上升,抑制鑽頭的刃部之磨耗,故適合低速旋轉且高速進給量。特別是,在不耐熱的鑽石塗層鑽頭中,此等鑽孔條件為必須。另一方面,CFRP的鑽孔,適合高速旋轉且低速進給量。對於此等相反之鑽孔條件,在實際之加工現場,於鈦合金與CFRP的邊界改變鑽孔條件,或以取中庸之同一條件加以鑽孔加工。此外,為了防止鑽頭的溫度上升,於航空器用途的鈦合金之鑽孔加工時,亦採用添加切削油並加工之方法。
其中,特別是在將如同堆疊1片或2片以上之將碳纖維浸漬於基質樹脂的預浸體,將其加熱成型或加熱加壓成型而製造之CFRP的碳纖維複合材料,藉由磨耗持續之鑽頭加工的情況,由於係在將碳纖維壓緊而切割的狀態下切削,故變得容易發生疊層之預浸體間的層間剝離,結果具有容易於鑽頭貫通的出口部產生碳纖維之起毛的缺點。然則,藉由使用本實施之第二形態的進入引導片,例如,抑制金屬之切削加工時的鑽頭磨耗,藉而具有可大幅緩和因鑽頭磨耗而容易對加工孔的品質造成影響之碳纖維複合材料其切削加工之制約的效果。
使用本實施之第二形態的進入引導片之切削加工方法,宜於切削加工時之切削工具進入面,配置本實施之第二形態的進入引導片而施行切削加工。此時,使用含有樹脂片之進入引導片的情況,宜在切削加工之最表面,以使該進入引導片之樹脂片面成為切削工具進入面的方式配置,從進入引
導片之樹脂片面起,施行切削加工。此外,將金屬與纖維強化複合材共鑽孔加工時,宜在重疊有金屬與纖維強化複合材的狀態之最表面,以使該進入引導片之樹脂片面成為切削工具進入面的方式配置,從進入引導片之樹脂片面起,施行切削加工。另一方面,使用於樹脂片之至少單面具備金屬箔的進入引導片之情況,宜於切削加工之表面,以與該進入引導片之金屬箔的面接觸的方式配置,從進入引導片之最表面起施行切削加工。此外,將金屬與纖維強化複合材共鑽孔加工時,宜於重疊有金屬與纖維強化複合材的狀態之最表面,以與該進入引導片之金屬箔的面接觸的方式配置,從進入引導片之最表面起施行切削加工。進一步,在施行纖維強化複合材及/或金屬之切削加工時,特別宜使用氣體冷卻切削加工處及/或切削工具並切削加工。
本案發明人等,例如對使用鑽頭之鑽孔加工,就使用含有樹脂片之進入引導片的效果,如同以下地考量。藉由使用含有樹脂片之進入引導片,而使包含鑽頭的溝表面在內之鑽頭表面與加工孔內的潤滑性皆提高,使鑽頭的刃部切削之難削金屬中之難削粒子的排出簡易化,可減輕擦過鑽頭的刃部之頻度與程度,故作為結果,吾人認為鑽頭的刃部之磨耗減少。亦即,若難削粒子擦過鑽頭的刃部,則產生研磨磨耗,故減少研磨磨耗,與減少鑽頭的刃部之磨耗相關。另,此一作用原理,於切削工具全盤相通。因此,特別在航空器用途等高強度的金屬之切削加工中,本實施之第二形態,展現顯著的效果。此係因,航空器用途等的金屬,為了提高強度,而有含有更高硬度之金屬的傾向,在此等金屬之切削加工中,有助於減少切削工具之磨耗的本實施之第二形態的進入引導片,為至今未曾有過之有效解決手段。
本實施之第三形態為一種切削加工方法,其特徵為使用上述進入引導片而將纖維強化複合材及/或金屬切削加工。
本實施之第三形態,宜在將纖維強化複合材及/或金屬切削加工時,
使用氣體冷卻切削加工處及/或切削工具並施行切削加工。
本實施之第三形態中,係切削加工對象之金屬,若為一般作為構造材使用之金屬則無特別限定。作為此等金屬,雖無特別限定,但例如列舉:航空器的機體構造用材料所使用之金屬材料。其中,如鋁合金、鎂合金、鈦合金、低合金鋼、不鏽鋼、耐熱合金等強度高的金屬,宜為本實施之第三形態的切削加工方法可適用之切削加工對象的金屬。此係因,強度越高的金屬,切削加工時之摩擦熱所產生的溫度上升之程度越大,故毛邊的產生量容易變多,本實施之第三形態的切削加工方法具有效果。切削加工對象之金屬,可為單獨1種,亦可組合2種以上。此外,前述金屬之中,鈦合金,作為本實施之第三形態的切削加工方法可適用之切削加工對象的金屬更為適宜。進一步,鈦合金之中,亦特別宜為由鈦、鋁及釩形成之強度更高的Ti-6Al-4V。鈦合金,與鋁合金相比,為拉伸強度強2倍,耐蝕、耐熱性亦優良之材料,但硬度高,且熱傳導率小,故具有摩擦熱所產生的溫度上升所致之毛邊的產生量容易變得極多之特徵。因此,習知的技術在將鈦合金鑽孔加工時,對切削工具施加強大負載,故必須改良加工條件或切削工具的形狀等,但本實施之第三形態的切削加工方法,即便未對加工條件或切削工具的形狀下工夫,仍可切削加工。
本實施之第三形態的切削加工方法可適用之切削加工對象並未僅限於金屬,可為纖維強化複合材,亦可為將金屬與纖維強化複合材組合之材料,或以使金屬與纖維強化複合材接觸的方式重疊之材料。本實施之第三形態的切削加工方法,例如,亦可應用於以使金屬與CFRP等碳纖維複合材料接觸的方式重疊之材料的共鑽孔加工。作為重疊之態樣,並無特別限定。具體而言,列舉:將金屬與纖維強化複合材,利用夾具重疊而固定之方法;以及將金屬與纖維強化複合材,介由黏接層重疊而固定之方法等。一般而言,例如,已知鈦合金與CFRP之最佳鑽孔條件大幅相異。例如,施行鑽頭鑽孔加工的情況,鈦合金的鑽孔,為了減少鑽頭的溫度上升,抑制鑽頭的刃部之磨耗,故適合低速旋轉且高速進給量。
特別是,在不耐熱的鑽石塗層鑽頭中,此等鑽孔條件為必須。另一方面,CFRP的鑽孔,適合高速旋轉且低速進給量。對於此等相反之鑽孔條件,在實際之加工現場,於鈦合金與CFRP的邊界改變鑽孔條件,或以取中庸之同一條件加以鑽孔加工。此外,為了防止鑽頭的溫度上升,於航空器用途的鈦合金之鑽孔加工時,亦採用添加切削油並加工之方法。其中,特別是在將如同堆疊1片或2片以上之將碳纖維浸漬於基質樹脂的預浸體,將其加熱成型或加熱加壓成型而製造之CFRP的碳纖維複合材料,藉由磨耗持續之鑽頭加工的情況,由於係在將碳纖維壓緊而切割的狀態下切削,故變得容易發生疊層之預浸體間的層間剝離,結果具有容易於鑽頭貫通的出口部產生碳纖維之起毛的缺點。然則,藉由使用本實施之第三形態的切削加工方法,而減少金屬切削時之加工處及/或切削工具的溫度上升,故源自金屬之毛邊的量減少,此外,減少對鑽頭的負載,抑制鑽頭磨耗,藉而具有可大幅緩和因鑽頭磨耗而容易對加工孔的品質造成影響之碳纖維複合材料其切削加工之制約的效果。
本實施之第三形態的切削加工方法中,該被切削加工之對象為,以使金屬與纖維強化複合材接觸的方式重疊之材料,宜以纖維強化複合材較金屬更接近切削工具進入側的方式配置而切削加工。於此一情況,更顯著地展現本實施之第三形態的切削加工方法之效果。
本實施之第三形態的切削加工方法可適用之切削加工的種類並無特別限定,例如列舉:形成貫通孔、未貫通孔之鑽孔、切削、切斷等。此外,於切削加工時可使用之切削工具的種類亦無特別限定,例如列舉鑽頭、起槽機、銑床、端銑刀、邊刃等。另外,此等切削工具,可為一般材質的切削工具,亦可為以提高硬度而抑制磨耗為目的,於切削工具之刃尖形成有鈦、鑽石、類鑽碳等塗層膜的特殊切削工具。此係因,本實施之第三形態的切削加工方法,在使用氣體冷卻切削加工處及/或切削工具並將纖維強化複合材及/或金屬切削加工的情況,於以下之任一加工中,皆具有減少
氣體冷加工產生之毛邊的效果:使用一般材質的切削工具之加工;及利用在切削工具之刃尖形成有鈦、鑽石、類鑽碳等塗層膜的特殊切削工具之加工。
利用本實施之第三形態的切削加工方法之鑽孔加工可使用的鑽頭,若為一般使用之鑽頭,則對鑽頭的徑、材質、形狀及表面被膜的有無,並無特別限定。例如,鑽頭的徑宜為1mmφ以上10mmφ以下,更宜為在航空器用基材之鑽孔加工被大量使用的2mmφ以上7mmφ以下。此外,作為鑽頭之材質,宜為將硬質的金屬碳化物之粉末燒結而製作出的超硬合金。作為此等超硬合金,雖無特別限定,但例如列舉:將碳化鎢與係結合劑的鈷混合而燒結之金屬。此等超硬合金,亦有為了因應使用目的進一步提高材料特性,而添加碳化鈦、碳化鉭等情形。另一方面,鑽頭的形狀,可藉由鑽孔加工的條件、被加工材的種類、形狀等,加以適當選擇。作為鑽頭的形狀,雖無特別限定,但例如列舉:鑽頭的前端角、溝的扭轉角、切刃的數目等。鑽頭之表面被膜,可藉由鑽孔加工的條件、被加工材的種類、形狀等,加以適當選擇。作為適宜之表面被膜的種類,雖無特別限定,但例如列舉鑽石塗層、類鑽塗層、陶瓷塗層等。
針對本實施之第三形態的切削加工方法中,使用氣體冷卻切削加工處及/或切削工具並將纖維強化複合材及/或金屬切削加工的情況,於以下詳細地說明。本實施之第三形態中,使用氣體冷卻切削加工處及/或切削工具之方法,若為可對切削加工處及/或切削工具供給氣體之方法,則無特別限定。例如,可於本實施之第三形態的切削加工方法中使用如下方法:對切削加工處及/或切削工具供給壓縮的氣體之方法;以及藉由抽吸切削加工處/或切削工具附近的氣體,而自周圍對切削加工處及/或切削工具供給氣體之方法。其中,對切削加工處及/或切削工具供給壓縮的氣體之方法甚為簡便,為合適方法。
此外,供對切削加工處及/或切削工具供給氣體所用之裝置亦無特別
限定。例如,作為對切削加工處及/或切削工具供給壓縮的氣體之裝置,列舉以下適宜裝置:將壓縮比升壓至未滿1.1的係送風機之風扇、將壓縮比升壓至1.1以上未滿2.0的係送風機之送風機、將壓縮比升壓至2.0以上的係壓縮機之壓縮機。其中,自可供給穩定的溫度及量之氣體的觀點來看,特別宜為壓縮機。亦即,本實施之第三形態中,使用氣體冷卻切削加工處及/或切削工具之方法,為利用前述風扇、送風機、壓縮機,對切削加工處及/或切削工具供給氣體之方法。其中,利用壓縮機,對切削加工處及/或切削工具供給氣體之方法為特別適宜的方法。
供抽吸切削加工處/或切削工具附近的氣體所用之裝置,亦無特別限定,若為工業上使用之減壓裝置,則可使用在本實施之第三形態的切削加工方法。
如同上述,本實施之第三形態的切削加工方法,宜為可對切削加工處及/或切削工具,穩定地供給既定氣體量之既定溫度的氣體之方法,但此時,特別宜對切削加工處及/或切削工具,局部性地供給氣體。作為此等方法,雖無特別限定,但例如列舉:於供給氣體的裝置之氣體出口,裝設噴嘴而加以施行之方法。此時,噴嘴前端的截面積,宜為7mm2~2000mm2,更宜為20mm2~1000mm2,特別宜為20mm2~600mm2。噴嘴前端的截面積為7mm2以上的情況,可供給的氣體量充足,或可藉由氣體將適當範圍冷卻,故能夠充分發揮本實施之第三形態的冷卻效果。另一方面,噴嘴前端的截面積為2000mm2以下的情況,可藉氣體冷卻的範圍未變得過廣,可局部的冷卻,能夠充分發揮本實施之第三形態的冷卻效果。另,本實施形態中,供給氣體之裝置的氣體出口,不僅為裝置本體的氣體出口,亦包含延長至切削加工處附近之配管或軟管類的氣體出口。
本實施之第三形態中,對切削加工處及/或切削工具供給氣體時的,供給氣體之裝置的氣體出口與切削加工處及/或切削工具的距離,雖無特別限定,但宜為100mm~500mm,更宜為150mm~500mm,特別宜為200mm
~400mm。若供給氣體之裝置的氣體出口與切削加工處及/或切削工具的距離為100mm以上,則例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,可減少鑽頭鑽孔加工中的切削屑與供給氣體之裝置的氣體出口接觸之危險。另一方面,若供給氣體之裝置的氣體出口與切削加工處及/或切削工具的距離為500mm以下,則可局部性地冷卻,可充分發揮本實施之第三形態的冷卻效果。
本實施之第三形態中,對切削加工處及/或切削工具供給之氣體的種類,並無特別限定,例如可使用空氣、氮、惰性氣體等。其中,空氣具實用性故適宜。
本實施之第三形態中,對切削加工處及/或切削工具供給之氣體的溫度,雖無特別限定,但宜為30℃以下,更宜為-50~30℃,進一步宜為-15~25℃。該氣體的溫度為30℃以下的情況,顯現減少切削加工時之切削加工處及/或切削工具的溫度上升之效果,可充分發揮本實施之第三形態的效果。另一方面,若該氣體的溫度為-50℃以上,則可抑制因極端冷卻而使被切削加工材、切削工具的表面產生結露之情形,可抑制被切削加工材生鏽之情形。
本實施之第三形態中,對切削加工處及/或切削工具供給之氣體的量,雖無特別限定,但宜為5~300L/min,更宜為50~250L/min,進一步宜為80~200L/min。該氣體的量為5L/min以上的情況,顯現減少切削加工時之切削加工處及/或切削工具的溫度上升之效果,可充分發揮本實施之第三形態的效果。另一方面,若該氣體的量為300L/min以下,則對於氣體之供給的應力不易發生,故例如在鑽頭鑽孔加工的情況,可抑制鑽頭之向心性降低,正確的鑽頭鑽孔加工變得簡單。
本實施之第三形態中,對切削加工處及/或切削工具供給之氣體所含有之水分的量雖無特別限定,但宜為20g/m3以下,更宜為15g/m3以下,特別宜為10g/m3以下。該氣體所含有之水分的量之下限雖無特別限定,
但例如為0.5g/m3。
若供給的氣體所含有之水分的量為20g/m3以下,則可減少切削加工後在被切削加工材的加工孔周邊之水分的殘存量,故可抑制被切削加工材的生鏽、劣化,可提高加工孔的品質。
本實施之第三形態中,測定對切削加工處及/或切削工具供給之氣體所含有之水分的量之方法,若為一般的測定方法則無特別限定。具體而言,列舉:利用乾濕度計求出氣體的相對濕度與溫度,並利用露點計測定氣體中的露點溫度(水分量)之方法等。
本實施之第三形態中,對切削加工處及/或切削工具供給之氣體所含有之油分的量雖無特別限定,但宜為10mg/m3以下,更宜為8mg/m3以下,特別宜為5mg/m3以下。若供給的氣體所含有之油分的量為10mg/m3以下,則可減少切削加工後被切削加工材的加工孔周邊之油分的殘存量,故不需要洗淨步驟。此外,即便在未洗淨的情況,仍可抑制被切削加工材被油分侵蝕,可維持加工孔的品質。
本實施之第三形態中,測定供給至切削加工處及/或切削工具的氣體所含有之油分的量之方法,若為一般的測定方法則無特別限定。具體而言,列舉:利用微粒子計數器(Particle Counter),測定氣體中之油分的微粒子數之方法;以及利用氣體品質測定用的偵測管(油分量)(602SP,光明理化學工業製)加以測定之方法等。
本實施之第三形態中,對切削加工之材料其切削加工處及/或切削工具供給氣體的方向,並無特別限定。例如,施行鑽頭鑽孔加工的情況,可自鑽頭的進入面之側起對切削加工處及/或切削工具供給氣體,或自鑽頭的出口面之側起對切削加工處及/或切削工具供給氣體亦可。此外,切削加工處若為被切削加工材的端部,則亦可自被切削加工材之橫方向供給氣
體。其中,自可將切削加工處及/或切削工具直接冷卻的鑽頭進入面之側起供給氣體,由於可將切削加工處周邊有效率地冷卻,故更為適宜。
如同上述,本實施之第三形態的切削加工方法,宜使用氣體冷卻切削加工處及/或切削工具並施行切削加工。此時,宜併用上述進入引導片而施行切削加工。此係因,不僅氣體冷卻產生的可減少切削加工處周邊之毛邊的量之效果,更藉由使用進入引導片,例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,減少對鑽頭的負載,亦獲得抑制鑽頭之磨耗的效果之故。以下,對於本實施之第三形態的切削加工方法中可適宜使用之進入引導片,具體地說明。
本實施之第三形態的切削加工方法中可使用之進入引導片,為上述之進入引導片。作為適宜的進入引導片,例如列舉:含有金屬箔之進入引導片、含有樹脂片之進入引導片、含有金屬箔及樹脂片之進入引導片。其理由為,金屬箔具有提高工具前端之嚙合性的功用;樹脂片中,係構成成分之樹脂組成物,具有提高潤滑性的功用。上述內容中,含有將金屬箔與樹脂片疊層之層狀構造的進入引導片,自提高工具前端之嚙合性、提高潤滑性等觀點來看,更為適宜。
切削加工時,雖可將進入引導片配置於切削加工的材料中之切削工具的進入面與出口面,但更宜配置於進入面。此時,使用含有樹脂片之進入引導片的情況,宜在切削加工之最表面,以使該進入引導片之樹脂片面成為切削工具進入面的方式配置,從進入引導片之樹脂片面起,施行切削加工。此外,使用含有金屬箔之進入引導片的情況,宜於切削加工之最表面,以使該進入引導片之金屬箔面成為切削工具進入面的方式配置,從進入引導片之金屬箔面起,施行切削加工。進一步,將金屬與纖維強化複合材共鑽孔加工時,宜在重疊有金屬與纖維強化複合材的狀態之最表面,以使該進入引導片之樹脂片面成為切削工具進入面的方式配置,從進入引導片之樹脂片面起,施行切削加工。另一方面,使用於樹脂片之至少單面具備金屬箔的進入引導片之情況,宜於切削加工之表面,以與該進入引導片之金
屬箔的面接觸的方式配置,從進入引導片之最表面起施行切削加工。此外,將金屬與纖維強化複合材共鑽孔加工時,宜於重疊有金屬與纖維強化複合材的狀態之最表面,以與該進入引導片之金屬箔的面接觸的方式配置,從進入引導片之最表面起施行切削加工。
使用本實施之第三形態的進入引導片之切削加工方法中,使進入引導片與被切削加工材(例如金屬)密接之方法並無特別限定,例如列舉:將進入引導片與被切削加工材(例如金屬),藉由夾子、夾具物理性地固定之方法;以及使用在與被切削加工材(例如金屬)接觸之樹脂片表面或金屬箔表面形成具有黏著性之化合物的層(黏著層)之進入引導片的方法。另,本說明書,將為了固定被切削加工材(例如金屬)與進入引導片而使用的具有黏著性之化合物的層,定義為黏接層。其中,使用在與被切削加工材(例如金屬)接觸之樹脂片表面或金屬箔表面形成有黏著層的進入引導片,由於不須夾具等之固定,故較適宜。因此,本實施之第三形態使用的進入引導片,宜為在與被切削加工材(例如金屬)接觸之樹脂片表面或金屬箔表面形成有黏著層的進入引導片。黏著層之成分並無特別限定,例如可使用熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂。此外,亦可併用其等。作為適宜之熱可塑性樹脂,列舉:氨基甲酸乙酯系樹脂、丙烯系樹脂、醋酸乙烯系樹脂、氯乙烯系樹脂、聚酯系樹脂及其等之共聚物。
作為適宜之熱硬化性樹脂,列舉:酚樹脂、環氧樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂、不飽和聚酯樹脂、酸醇樹脂、聚氨酯、熱硬化性聚醯亞胺、氰酸酯樹脂。其中,自具有使膠糊不殘餘在被切削加工材(例如金屬)地,可於常溫簡單地黏著之特性的觀點來看,更宜為丙烯系黏著劑。進一步,丙烯系黏著劑之中,亦特別宜為溶劑型丙烯黏著劑及丙烯乳膠型黏著劑(水系)。
此處,本說明書中之丙烯系黏著劑,除非另有說明,否則係指以聚(甲基)丙烯酸酯與增黏劑為主成分之組成物。進一步,因應必要,可於黏著
層之成分添加抗氧化劑等劣化抑制劑,碳酸鈣、滑石、二氧化矽等無機填料。
作為於進入引導片表面形成黏著層之方法,若為工業上使用之習知方法,則無特別限定。例如列舉:藉由輥塗法、淋幕式塗布法、噴塗法等形成之方法,以及利用輥筒、T型模押出機等形成之方法等。該黏著層的厚度,並無特別限定,可藉由被切削加工材(例如金屬)的曲率、樹脂片及進入引導片的構成,適宜選擇最佳厚度。
以下,對本實施之第三形態的切削加工方法中適合的進入引導片及其製造方法加以敘述。
<含有金屬箔之進入引導片>
本實施之第三形態中,含有金屬箔之進入引導片可使用的金屬箔之厚度雖無特別限定,但宜為0.05~0.5mm,更宜為0.05~0.3mm。金屬箔的厚度為0.05mm以上的情況,進入引導片製造時或鑽孔加工時之操控性提高。另一方面,若金屬箔的厚度為0.5mm以下,則切削加工時產生之切削屑的排出變得簡單。
本實施之第三形態中,含有金屬箔之進入引導片可使用的金屬箔之種類,雖無特別限定,但宜為鋁箔。此係因,使用鋁箔作為金屬箔的情況,鋁箔與被切削材比較,具為適度的柔軟性,故例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,具有在鑽頭旋轉而侵入時,抑制鑽頭之芯部偏移的效果,此一結果,可對設定座標鑽出正確的孔。此外,藉由抑制旋轉的鑽頭之芯部偏移,而使鑽頭的移動距離、以及與被切削加工材的接觸面積變小,藉而亦具有減少鑽頭之磨耗的效果。
使用鋁箔作為金屬箔的情況之鋁純度雖無特別限定,但宜為純度95%以上。此係因,藉由在金屬箔使用高純度的鋁箔,而例如於施行鑽頭鑽孔
加工的情況,減少鋁箔含有的雜質所產生之鑽頭的缺損或局部的磨耗等,可減少對鑽頭的切削負載之故。作為此等鋁箔,雖無特別限定,但例如列舉:JIS-H4160所規定之5052、3004、3003、1N30、1N99、1050、1070、1085、1100、8021等。
本實施之第三形態中,含有金屬箔之進入引導片的製造方法,並無特別限定,可使用金屬箔之一般製造方法。
<含有樹脂片之進入引導片>
本實施之第三形態中可適宜使用的,含有樹脂片之進入引導片的製造方法,並無特別限定,例如列舉:適宜熔化樹脂組成物而使其為液狀後,於支撐體塗布、冷卻、固化而形成樹脂組成物層,之後,去除或剝離支撐體,製造含有樹脂片之進入引導片的方法。此外亦列舉:將樹脂組成物溶解或分散於溶媒而使其為液狀後,於支撐體塗布、乾燥、冷卻、固化,形成樹脂組成物層,之後,去除或剝離支撐體,製造含有樹脂片之進入引導片的方法。此時,支撐體,並無特別限定,可適當使用金屬箔或膜、金屬輥等。作為於支撐體上形成液狀之樹脂組成物層的方法,若為工業上使用之習知方法,則無特別限定。例如列舉:將樹脂組成物溶解或分散於溶媒,藉由利用桿塗布裝置、凹版輥、模具等塗布之塗布法等,於支撐體上形成樹脂組成物層之方法;以及利用輥筒、揉合機、或其他混練手段,將樹脂組成物適當加熱熔融而混合,藉由輥塗法、淋幕式塗布法等,於支撐體上形成樹脂組成物層之方法。此外,除了於前述支撐體上形成樹脂組成物層之方法以外,亦可使用:利用輥筒、揉合機、或其他混練手段,將樹脂組成物適當加熱熔融而混合,並利用輥筒、T型模押出機等,將樹脂組成物以不使用支撐體的方式,形成為期望的厚度之樹脂組成物層而作為樹脂片之方法等。
如同上述,作為進入引導片所包含之樹脂片使用的樹脂組成物之成分,雖使用水溶性樹脂、非水溶性樹脂,而本實施之第三形態的切削加工
方法可使用之進入引導片中,亦可將水溶性樹脂、非水溶性樹脂,作為樹脂組成物之成分使用。此等樹脂,作為提高潤滑性成分而具有提高切削加工時之潤滑性的功用,作為樹脂片形成成分而具有提高加工性的功用。其中,水溶性樹脂,藉由樹脂擁有的潤滑性,而有提高切削加工時之切削屑的排出性之效果。此外,將水溶性樹脂作為樹脂組成物之成分的樹脂片,其表面硬度為適度的柔軟性,故亦具有減少工具之加工負載的效果。進一步,亦可簡單地去除加工後附著於加工孔的樹脂成分。另一方面,將非水溶性樹脂作為樹脂組成物之成分使用的樹脂片,樹脂片的表面硬度,較使用水溶性樹脂之樹脂片更硬,故例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,具有鑽頭之嚙合性佳,於如同設計的位置鑽孔之特徵。此外,由於樹脂片的剛性高,故操控性亦優良。
本實施之第三形態使用的含有樹脂片之進入引導片中,宜作為樹脂片的樹脂組成物之成分的水溶性樹脂之一種,為在25℃,1大氣壓中,對水100g溶解1g以上的高分子化合物。作為此等水溶性樹脂,雖無特別限定,但例如列舉:聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚氧丙烯、水溶性氨基甲酸乙酯、聚醚系水溶性樹脂、水溶性聚酯、聚丙烯酸鈉、聚丙烯醯胺、聚乙烯四氫咯酮、聚乙烯醇、聚烯烴基二醇類、聚烯烴基二醇之酯類、聚烯烴基二醇之醚類、聚單硬脂酸甘油酯類、聚氧乙烯丙烯共聚物及其等之衍生物,可選擇使用其中之至少1種。其中聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚醚系水溶性樹脂,更宜作為樹脂組成物之成分。
本實施之第三形態使用的含有樹脂片之進入引導片中,宜作為樹脂片的樹脂組成物之成分的水溶性樹脂之另一種,為纖維素衍生物。另,本實施之第三形態中,「纖維素」,為將多個β-葡萄糖藉由糖苷鍵結合之高分子化合物,未置換纖維素之葡萄糖環中的與2位、3位、6位之碳原子結合的羥基。此外,「纖維素所含有之羥基」,係指纖維素之葡萄糖環中的與2位、3位、6位之碳原子結合的羥基。作為上述纖維素衍生物,雖無特別限定,但例如列舉羥乙基纖維素、羧甲基纖維素。一般而言,羥乙基纖維素為,
纖維素{H-(C6H10O5)n-OH}所含有之羥基的氫原子中之至少一部分,被〔-(CH2-CH2-O)m-H〕置換的化合物(但n、m為1以上的整數),其對水之溶解度為,在25℃,1大氣壓中至少0.05g/L。此一羥乙基纖維素,例如係對纖維素附加氧化乙烯而合成。
另一方面,羧甲基纖維素為,纖維素{H-(C6H10O5)n-OH}所含有之羥基的氫原子中之至少一部分,被羧甲基〔-CH2-COOH〕置換的化合物(但n為1以上的整數),其對水之溶解度為,在25℃,1大氣壓中至少0.05g/L。此外,該羧甲基中之羧基的一部分亦可為鈉鹽。羧甲基纖維素,例如可對纖維素附加氯乙酸而獲得。
本實施之第三形態使用的含有樹脂片之進入引導片中,可作為樹脂片的樹脂組成物之成分使用的非水溶性樹脂,並無特別限定。本實施之第三形態中,非水溶性樹脂,作為樹脂片形成成分、提高潤滑性成分等而使用。宜作為樹脂片形成成分使用之非水溶性樹脂,雖無特別限定,但例如可列舉:氨基甲酸乙酯系樹脂、丙烯系樹脂、醋酸乙烯系樹脂、氯乙烯系樹脂、聚酯系樹脂及其等之共聚物,或酚樹脂、環氧樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂、不飽和聚酯樹脂、酸醇樹脂、聚氨酯、熱硬化性聚醯亞胺、氰酸酯樹脂、環氧樹脂、聚酯系樹脂。此外,可選擇其等中之至少任1種作為樹脂成分使用。另一方面,宜作為提高潤滑性成分使用之非水溶性樹脂,例如可列舉:以變性聚醯胺、亞乙基雙硬脂醯胺、油酸醯胺、硬脂酸醯胺、亞甲基雙硬脂醯胺等為例之醯胺系化合物;以月桂酸、硬脂酸、軟脂酸、油酸等為例之脂肪酸系化合物;以硬脂酸丁酯、油酸丁酯、月桂酸乙二醇等為例之脂肪酸酯系化合物;以流動石蠟、聚乙烯蠟等為例之脂肪族烴系化合物;以油醇等為例之高級脂肪族醇;以苯乙烯同元聚合物(GPPS)、苯乙烯-丁二烯共聚物(HIPS)、苯乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物(例如MS樹脂)等為例之聚苯乙烯系樹脂。可選擇其等之中,至少任1種作為提高潤滑性成分使用。進一步,本實施之第三形態使用的進入引導片中,亦可併用薄片形成成分與提高潤滑性成分。
本實施之第三形態使用的含有樹脂片之進入引導片其樹脂片的厚度,係考慮成為加工對象之金屬的種類與厚度、切削加工所使用之切削工具的種類與切削方法、鑽孔加工時使用的鑽頭徑等,加以適宜選擇。樹脂片的厚度,宜為0.1~20mm的範圍,更宜為0.2~10mm範圍,進一步宜為0.5~5mm的範圍。樹脂片的厚度,若為0.1mm以上,則充分減少切削應力,例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,對鑽頭的負載變小,不易產生鑽頭折損。另一方面,若樹脂片的厚度為20mm以下,則例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,樹脂組成物對鑽頭之沾附減少,不易於樹脂片發生龜裂等。特別是,作為目的之切削加工中,若樹脂片的厚度位於上述範圍內,則可抑制樹脂組成物成為切削粉之黏結劑的功用,避免切削粉貯留於切削加工處,故可抑制切削加工處周邊的溫度上升,可抑制切削加工對象(例如金屬)的熔接。亦即,因應切削加工對象與切削方法,藉由使樹脂片之構成、樹脂組成物之成分、樹脂片之厚度最佳化,而可使潤滑性、與通過加工溝之切削粉的排出最佳化。如同以上地,本實施之第三形態中,宜適當控制樹脂片的總厚度,亦可重疊複數片薄層樹脂片而使用。
本實施之第三形態使用的含有樹脂片之進入引導片的樹脂片,可為由單層之樹脂組成物層構成的構造,亦可為由複數層之樹脂組成物層構成的構造,但自提升特性及操作性的理由來看,宜含有將2種以上之樹脂組成物層疊層的層狀構造。本實施之第三形態使用的進入引導片其樹脂組成物層之組合,雖無特別限定,但在高加工精度、長加工壽命、良好操控性的觀點上,宜將由具有提高加工時之潤滑性的功用之水溶性樹脂或作為提高潤滑性成分的非水溶性樹脂構成之樹脂組成層、以及由具有提高位置精度的功用或提高剛性的功用之作為樹脂片成分的非水溶性樹脂構成之樹脂組成物層,加以適宜組合。
本實施之第三形態使用的含有樹脂片之進入引導片中,製造包含疊層有複數層樹脂組成物層的層狀構造之樹脂片的方法,雖無特別限定,但例
如列舉:於預先製作之由單層或複數層的樹脂組成物層構成之樹脂片的至少單面,進一步直接形成樹脂組成物層之方法。於樹脂片的單面形成樹脂組成物層之方法並無特別限定,例如列舉:適宜熔化樹脂組成物而使其為液狀後,於作為支撐體之樹脂片上,塗布、冷卻、固化成為液狀的樹脂組成物而形成樹脂組成物層之方法。此外亦列舉:將樹脂組成物溶解或分散於溶媒而使其為液狀後,於作為支撐體之樹脂片上,塗布、乾燥、冷卻、固化成為液狀的樹脂組成物,形成樹脂組成物層之方法。作為於係支撐體的樹脂片上形成液狀之樹脂組成物層的方法,若為工業上使用之習知方法,則無特別限定。
例如列舉:將樹脂組成物溶解或分散於溶媒,藉由利用桿塗布裝置、凹版輥、模具等塗布之塗布法等而形成樹脂組成物層之方法;以及利用輥筒、揉合機、或其他混練手段,將樹脂組成物適當加熱熔融而混合,藉由輥塗法、淋幕式塗布法等形成樹脂組成物層之方法。
作為製造包含疊層有複數層樹脂組成物層的層狀構造之樹脂片的其他方法,亦列舉:將由單層或複數層之樹脂組成物層構成的樹脂片,重疊複數片,使用樹脂貼合之方法;以及藉由熱產生的壓合法貼合之方法等。使用樹脂貼合之方法與熱產生的壓合法,若為工業上使用之習知方法,則無特別限定。
本實施之第三形態使用的含有樹脂片之進入引導片中,對樹脂片之樹脂組成物,可因應必要而摻混添加劑。
添加劑的種類,雖無特別限定,但例如可使用:表面調整劑、勻塗劑、抗靜電添加劑、乳化劑、消泡劑、蠟添加劑、偶合劑、流變控制劑、防腐劑、防黴劑、抗氧化劑、光安定劑、成核劑、有機填料、無機填料、固體潤滑劑、塑化劑、柔軟劑、熱安定劑、著色劑。
其中,固體潤滑劑,具有提高進入引導片的潤滑性、延長切削工具的加工壽命之效果,故本實施之第三形態使用的進入引導片中,形成樹脂片的樹脂組成物宜為含有固體潤滑劑之樹脂組成物。固體潤滑劑的種類,若為具有潤滑性的固體,則無特別限定。例如宜為石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、鉬化合物、聚四氟乙烯、聚醯亞胺等。其中,因石墨具有適度的硬度故適宜,可適當使用天然石墨、人造石墨、活性碳、乙炔黑、碳黑、膠質石墨、熱分解石墨、膨脹化石墨、鱗片状石墨。其中,鱗片狀石墨,因可藉由其形狀、粒徑而有效地圖求磨耗減少的提升故特別適宜。此等石墨可單獨使用1種,亦可混合使用2種以上。
本實施之第三形態使用的含有樹脂片之進入引導片中,將固體潤滑劑與樹脂組成物組合使用之效果,可如同下述地說明。
例如,鑽頭鑽孔加工中,樹脂組成物及固體潤滑劑,藉由附著於鑽頭的表面與溝、以及被切削加工材之加工孔的側面而展現潤滑性。
此時,固體潤滑劑,與樹脂組成物相比,伴隨溫度變化之體積及硬度的變化小,故例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,即便鑽頭、加工處的溫度上升,仍可保持一定的體積及硬度。亦即,固體潤滑劑,例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,常存於鑽頭與被加工材之間而提高潤滑性,可展現如軸承之效果,故具有抑制鑽頭之磨耗的效果。
對於進入引導片可使用之固體潤滑劑中宜為石墨的理由加以敘述。若前述固體潤滑劑的硬度小,則缺少軸承效果,有潤滑性降低之情形。另一方面,若固體潤滑劑的硬度大,則例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,有產生鑽頭前端之磨耗促進、鑽頭前端之缺損等問題的可能性。因此,作為固體潤滑劑,宜為具有適度的硬度之石墨。
固體潤滑劑的使用量,對於樹脂組成物100重量份,合計宜使用5重
量份~200重量份,更宜使用10重量份~100重量份,特別宜使用20重量份~100重量份。固體潤滑劑的使用量為5重量份以上的情況,對於樹脂組成物之固體潤滑劑量充足,故充分地展現固體潤滑劑所產生之潤滑效果。另一方面,固體潤滑劑的使用量為200重量份以下的情況,具有經濟上的合理性,在製造上有利。
利用本實施之第三形態使用的含有樹脂片之進入引導片時,被切削加工材(例如金屬)不限為平面,亦有曲面的情況。因此,本實施之第三形態使用的含有樹脂片之進入引導片亦有要求曲面追蹤性(柔軟性)的情況。本實施之第三形態使用的含有樹脂片之進入引導片,在賦予曲面追蹤性之目的下,宜於樹脂片之樹脂組成物中因應必要而摻混塑化劑、柔軟劑。作為塑化劑、柔軟劑,宜為鄰苯二甲酸酯、已二酸酯、偏苯三甲酸酯、聚酯、磷酸酯、枸櫞酸酯、環氧化植物油、癸二酸酯等。藉由摻混此等塑化劑、柔軟劑,在將進入引導片配置於被切削加工材(例如金屬)曲面時,可減輕對樹脂片的應力、應變,抑制樹脂片的破裂。
<含有金屬箔及樹脂片之進入引導片>
本實施之第三形態的切削加工方法中,雖可適宜使用上述含有金屬箔或樹脂片之進入引導片,但更宜為以下記載的,於樹脂片之至少單面具備金屬箔的進入引導片。此係因,若使用於樹脂片之至少單面具備金屬箔的進入引導片,則藉由金屬箔之剛性,例如在施行鑽頭鑽孔加工的情況,提高鑽頭之向心性,而可在如同設計的位置鑽孔。此外,藉由將金屬箔配置於切削加工對象(例如金屬)與樹脂片之間,而亦具有防止熱熔融的樹脂片之樹脂組成物固接於加工孔之上部及內部的效果。其中,於樹脂片之兩面具備金屬箔的含有3層構造之進入引導片,由於可充分發揮樹脂片的潤滑性,故特別適宜。例如,施行鑽頭鑽孔加工的情況,若於鑽頭的進入面之最表層配置金屬箔,則可抑制在將切削加工對象(例如金屬)切削加工時,切削加工對象(例如金屬)的切削碎屑沾附於鑽頭,而因旋轉的切削碎屑,使樹脂片被挖鑿。此一結果,可充分發揮潤滑性,提高鑽頭之磨耗
減少效果。
上述的,構成於樹脂片之至少單面具備金屬箔的進入引導片之金屬箔與樹脂片,可使用上述在含有金屬箔之進入引導片的內容、以及在含有樹脂片之進入引導片的內容所說明之金屬箔、樹脂片。此外可於樹脂片添加之成分亦可使用相同成分。
本實施之第三形態中,製作於樹脂片之至少單面具備金屬箔的進入引導片之方法,雖無特別限定,但例如列舉:於金屬箔之至少單面直接形成單層或複數層的樹脂組成物層之方法、以及將預先製作之樹脂片與金屬箔藉由熱產生的壓合法等貼合之方法。於金屬箔之至少單面直接形成單層或複數層的樹脂組成物層之方法,並無特別限定,例如列舉:適宜熔化樹脂組成物而使其為液狀後,於作為支撐體的金屬箔上,將成為液狀的樹脂組成物塗布、冷卻、固化1次或複數次,而形成單層或複數層的樹脂組成物層之方法。此外亦列舉:將樹脂組成物溶解或分散於溶媒而使其為液狀後,於作為支撐體的金屬箔上,將成為液狀的樹脂組成物塗布、乾燥、冷卻、固化1次或複數次,形成單層或複數層的樹脂組成物層之方法。作為於係支撐體的金屬箔上形成液狀之樹脂組成物層的方法,若為工業上使用之習知方法,則無特別限定。例如列舉:將樹脂組成物溶解或分散於溶媒,藉由利用桿塗布裝置、凹版輥、模具等塗布之塗布法等而形成樹脂組成物層之方法;以及利用輥筒、揉合機、或其他混練手段,將樹脂組成物適當加熱熔融而混合,藉由輥塗法、淋幕式塗布法等形成樹脂組成物層之方法。另一方面,作為將樹脂片與金屬箔藉由熱產生的壓合法貼合之方法,若為工業上使用之習知方法,則無特別限定。
本實施之第三形態中,製作於樹脂片之至少單面具備金屬箔的進入引導片時,亦可於金屬箔與樹脂片之間形成黏接層。本實施之第三形態使用的進入引導片,於金屬箔與樹脂片之間形成黏接層,可使金屬箔與樹脂片之密接性良好,故較適宜。另,本說明書,將為了使金屬箔與樹脂片的密
接性良好而使用之化合物的層,定義為黏接層。黏接層可使用之樹脂並無特別限定,例如可使用熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂。此外,亦可併用其等。作為適宜之熱可塑性樹脂,列舉:氨基甲酸乙酯系樹脂、丙烯系樹脂、醋酸乙烯系樹脂、氯乙烯系樹脂、聚酯系樹脂及其等之共聚物。此外,作為適宜之熱硬化性樹脂,列舉:酚樹脂、環氧樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂、不飽和聚酯樹脂、酸醇樹脂、聚氨酯、熱硬化性聚醯亞胺、氰酸酯樹脂。其中,更宜為環氧樹脂、不飽和聚酯系樹脂。作為黏接層的厚度,宜為0.001~0.5mm。此係因,在使金屬箔與樹脂片之密接性良好上,於此一範圍可獲得充分的黏接效果之故。此外,形成黏接層之方法亦若為工業上使用之習知方法,則無特別限定。例如列舉:將上述樹脂溶解或分散於溶媒,藉由利用桿塗布裝置、凹版輥、模具等塗布之塗布法等形成黏接層之方法;以及利用輥筒、揉合機、或其他混練手段,將上述樹脂適當加熱熔融而混合,藉由輥塗法、淋幕式塗布法等形成黏接層之方法。此外,作為本實施之第三形態使用的金屬箔,亦可使用於金屬箔塗布黏接層之市售品。
本實施形態之貫通孔,為由上述之切削加工方法形成的貫通孔。以上述之切削加工方法,例如,藉由鑽頭鑽孔加工,可使形成之貫通孔其出口部之毛邊高度的最大值為0.3mm或0.2mm以下,平均值為0.1mm以下或0.08mm以下,標準差為0.1mm以下或0.05mm以下。進一步,此毛邊的高度具有如下特徵:只要鑽頭的切刃未完全消失,則即便增加每一根鑽頭之累積加工孔數亦未看到極端的增加。
構成進入引導片之樹脂片層、金屬箔、黏接層、黏著層等各層的厚度,可如同下述地測定。首先,利用剖面拋光儀(日本DATUM股份有限公司製CROSS-SECTION POLISHER SM-09010)、或超薄切片機(Leica社製EM UC7),將進入引導片加以從對進入引導片垂直方向切斷。其次,利用SEM(掃描式電子顯微鏡,Scanning Electron Microscope,KEYENCE社製VE-7800),對切斷面自垂直方向觀察切斷面,測定出構成進入引導
片之各層的厚度。此時,對1視野測定5處的厚度,使其平均值為各層的厚度。
本實施形態之纖維強化複合材的製造方法,包含藉由上述之切削加工方法將纖維強化複合材切削加工的步驟。此外,本實施形態之金屬的製造方法,包含藉由上述之切削加工方法將金屬切削加工的步驟。
以下顯示實施例及比較例,具體地說明本發明。另,下述之實施例,僅表示本發明之實施形態的一例,本發明並未限定於此等實施例。
於表1-1,顯示在實施例1-1~1-9之進入引導片的製造上使用之樹脂成分等、於實施例1-1~1-9及比較例1-1~1-5鑽孔加工之材料、以及評價使用之裝置等規格。
Claims (27)
- 一種進入引導片,係在將纖維強化複合材及/或金屬切削加工之時使用,該進入引導片含有樹脂片,且該樹脂片含有水溶性樹脂及/或非水溶性樹脂,該被切削加工之纖維強化複合材含有碳纖維強化塑膠,該被切削加工之金屬含有鈦合金或鋁合金。
- 如申請專利範圍第1項之進入引導片,其中,該樹脂片含有固體潤滑劑。
- 如申請專利範圍第1或2項之進入引導片,其中,該樹脂片含有2種以上之樹脂組成物層。
- 如申請專利範圍第1或2項之進入引導片,其中,該樹脂片的厚度為0.1mm以上20mm以下。
- 如申請專利範圍第1或2項之進入引導片,其中,於該樹脂片之至少單面設有金屬箔。
- 如申請專利範圍第5項之進入引導片,其中,於該金屬箔與該樹脂片之間形成黏接層。
- 如申請專利範圍第6項之進入引導片,其中,該黏接層為樹脂膜。
- 如申請專利範圍第1或2項之進入引導片,其中,在與纖維強化複合材及/或金屬接觸的面形成黏著層。
- 如申請專利範圍第1或2項之進入引導片,其中,該被切削加工之對象為使金屬與纖維強化複合材以接觸方式疊合成之材料。
- 如申請專利範圍第1或2項之進入引導片,其中,含有金屬。
- 如申請專利範圍第1或2項之進入引導片,其中,在一面使用氣體冷卻切削加工處及/或切削工具一面將纖維強化複合材及/或金屬切削加工之時使用。
- 一種切削加工方法,其特徵為:使用如申請專利範圍第1至11項中任一項之進入引導片而將纖維強化複合材及/或金屬切削加工。
- 如申請專利範圍第12項之切削加工方法,其中,於該被切削加工 之纖維強化複合材及/或金屬中的切削工具進入面配置該進入引導片,而施行切削加工。
- 如申請專利範圍第12或13項之切削加工方法,其中,該切削加工為鑽孔加工。
- 如申請專利範圍第12或13項之切削加工方法,其中,該進入引導片含有鋁箔。
- 如申請專利範圍第12或13項之切削加工方法,其中,該切削加工,係一面使用30℃以下之氣體將切削加工處及/或切削工具冷卻,一面進行。
- 如申請專利範圍第12或13項之切削加工方法,其中,該切削加工所使用之切削工具為由超硬合金形成的鑽頭。
- 如申請專利範圍第12或13項之切削加工方法,其中,該切削加工為於纖維強化複合材及/或金屬形成貫通孔之加工。
- 如申請專利範圍第12或13項之切削加工方法,其中,該切削加工,係一面使用氣體將切削加工處及/或切削工具冷卻一面進行;且對該切削加工處及/或切削工具供給的氣體量為5~300L/min,供給該氣體的裝置之氣體的出口面積為7mm2~2000mm2,且供給該氣體的裝置之氣體出口與該加工處及/或切削工具之距離為100mm~500mm。
- 如申請專利範圍第12或13項之切削加工方法,其中,該切削加工,係一面使用氣體將切削加工處及/或切削工具冷卻一面進行;且對該切削加工處及/或切削工具供給的氣體所含有之水分的量為20g/m3以下。
- 如申請專利範圍第12或13項之切削加工方法,其中,該切削加工,係一面使用氣體將切削加工處及/或切削工具冷卻一面進行;且對該切削加工處及/或切削工具供給的氣體所含有之油分為10mg/m3以下。
- 如申請專利範圍第12或13項之切削加工方法,其中,該被切削加工之金屬含有鈦合金。
- 如申請專利範圍第12或13項之切削加工方法,其中,該被切削加工之金屬含有鋁合金。
- 如申請專利範圍第12或13項之切削加工方法,其中,該被切削加 工之對象為使金屬與纖維強化複合材以接觸方式疊合成之材料,且將該被切削加工之對象配置為使纖維強化複合材較金屬更接近切削工具進入側而進行切削加工。
- 一種貫通孔,藉由如申請專利範圍第12至24項中任一項之切削加工方法而形成。
- 一種纖維強化複合材之製造方法,包含藉由如申請專利範圍第12至24項中任一項之切削加工方法將纖維強化複合材切削加工的步驟。
- 一種金屬之製造方法,包含藉由如申請專利範圍第12至24項中任一項之切削加工方法將金屬切削加工的步驟。
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