研究開発された技術紹介

航空機産業では燃費向上を図るために軽量化が求められており、その対応として炭素繊維強化熱硬化性プラスチックの採用が行われているが、これにかかる切削加工に関しては、加工時に生ずるバリ・剥離等の加工損傷に対する技術が確立していないのが現状である。本研究開発では、加工損傷を防止するとともに高精度、高能率、低コストな加工を目指し、ウォータージェット方式と工具切削を併用した複合切削技術を確立するものである

CFRPの切削加工における、ウォータージェットによる高精度・高効率な加工技術の開発
・穴加工に関する技術的目標値→穴加工数:60穴以上、加工時間:5min/1穴
・加工精度(加工面精度)に関する技術的目標値→テーパー角度:90度、穴加工面精度:5/100mm
・適正工具課題(工具寿命)への対応【加工条件:穴径φ20mm、径方向25mm】→リーマ穴加工:60穴以上、ノズル寿命:100時間
(新技術)
＜ウォータージェットによる加工＞
(新技術の特徴)
・加工損傷(バリ・剥離)防止への対応
・加工精度維持等への対応(穴加工精度、直角精度、加工面の精度)
・工具等の長寿命化への対応(ダイヤモンド粉末を電着塗装した工具の開発等)

・ウォータージェットによる高精度・高効率な加工技術の開発
‐当初の目的である穴径φ20mmの加工を実施する最適な加工条件(切削速度、ドリルの回転数、ガーネット量など)を見出した
‐穴加工時の精度向上策を検討した結果、水圧、ドリルの種類などの影響が強いことが判明した。切削速度と水圧との関係では、最適な条件を見出すことができた
・加工後のCFRPの分析評価
‐加工面は目視でも損傷の程度が判別できるが、穴加工内面の損傷は判別は困難である。観察方法として超音波探傷器を導入し、損傷の有無の判別を可能とする基盤的知見を得た
・刃型・すくい角度の切削状態
‐製品の仕上がり精度、加工速度は工具であるドリルの影響を受ける。天然ダイヤモンドと人工ダイヤモンドの2通りのドリルを準備し、加工を行った。結果、人工ダイヤドリルの方が精度が高いことが確認された
・ウォータージェット加工機に付加される制御装置等の検討
‐加工精度を高めるには、水圧、ガーネット量、切削速度だけではなく、ウォータージェット加工機のノズル角度補正値、ノズル径補正値が重要であることが確認された
・初期穿孔のための切削加工加工面
～ドリルユニットシステムを使用し、材料をクランプで固定し、湿式(水)加工を行った～

・出展:航空宇宙シンポジウム(H20.10、ポートメッセナゴヤ)、量産・試作加工技術展(H22.11、東京ビッグサイト)
・新聞:日刊工業新聞(H22.4)、日本経済新聞(H22.5)
・受賞:経済産業省「元気なものづくり中小企業300社」(H20)

炭素繊維強化熱硬化性の切削加工

・H24年度に実用化に成功
・CFRP部品加工サンプルあり

・納期・製作時間短縮:機械加工に比べ作業準備及び加工時間が約1/20に短縮でき短納期対応が可能となった
・精度向上:アグレイシブウオータージェットにより下穴を開け、リーマで仕上げて更に精度を上げることが可能となった
・歩留まり向上・ロス削減等:従来の加工に対して、不良率が低下し安定した加工が可能となった

市場ニーズに応じた補完研究を継続実施
・ユーザーより、面精度の向上の要求があり、引き続き補完研究を継続中
・新型航空機用部材加工に対応するため今後研究を続ける予定
・航空宇宙部材用に、アグレイシブウォータージェットを使用した、CFRP加工の加工量増量を予定している