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精密加工

波切削加工技術によりCFRPへの穴あけ加工を低コストで実現航空機機体等の軽量化に貢献する

千葉県

平和産業株式会社

2021年2月19日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 超音波切削加工技術を用いた航空機機体用複合材穴あけ加工技術の開発
基盤技術分野 精密加工
対象となる産業分野 航空・宇宙、自動車、産業機械、工作機械
事業化状況 事業化に成功し継続的な取引が続いている
事業実施年度 平成22年度~平成23年度

プロジェクトの詳細

事業概要

航空機産業では燃費向上のための機体軽量化が最重要課題とねっており、CFRPの需要が拡大している。他方CFRPは繊維素材特有の難削性のため、穴あけ加工に大量の特殊工具が必要なためアルミ系材料と比べ大幅なコスト増となっている。本事業では、超音波ねじり振動をドリルに付加することで加工品質、コストを向上させ実態に即した異種材料と接合加工に適応すべき問題を解決する

開発した技術のポイント

超音波切削加工技術により、低コスト、低環境負荷の加工方法を確立する
・トルクが高く複合材を切削できる飛行機機体専用の振動切削の開発→穴加工径φ6~10mmのドリルを安定して振動させる
・振動加工機に合致する切削工具の開発・試作機の製作→従来工法比3倍以上の工具寿命
・振動加工機の実利用のための機構(防塵・防爆構造等)を備えた試作機の開発
(新技術)
超音波ねじり振動を付加したドリルによる穴加工
・工具の刃先が超音波ねじり振動により切削・離脱を繰り返しながら切削し、切削抵抗が減少
特徴
・複合材の剥離等が抑えられ、加工精度が向上
・加工熱が減少し、複合材の樹脂部分の変質が抑えられる
・工具寿命が向上し、工具費が大幅に低減

具体的な成果

・CFRP板材に対する穴あけ加工用工具の開発
‐超音波回転振動装置を用いたCFRPの穴あけ加工手法は、直径8ミリ以内の加工では、デラミネーション発生を著しく低下できることを確認
‐数十種類の異なる先端形状のドリルを製作し、各種実験条件でその有効性を検証し、超音波回転振動装置を効果的に活用できるノウハウを習得
・CFRP+Ti重ね板に対する穴あけ加工用工具の開発
‐実用に近い、CFRPとチタン板同時穴あけ加工に最適な手法の研究(ドリル形状、加工条件の追及等)を実施
‐結果、一般的な超硬素材で製作された特殊ドリルと超音波回転振動付加で異材の同時加工が問題なく行えることを確認・証明
・集塵装置の試作機開発
‐CFRPの粉塵問題の解決のため、加工箇所から直接集塵・分別するサイクロン式分別を重ねた機構を開発
‐混在する異種材料の分別回収の達成が必須であるため、もう一段の研究を継続

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

・実用化に成功、H25年度の事業化を目指す
・開発ドリルの有償サンプル提供可能(川下企業要求により素材が異なるため、個別に機密契約が必要)

製品・サービスのPRポイント

・歩留まり向上→積層物の加工でありながら、穴加工後のバリ、めくれを7割以上削減。合格率の向上
・低コスト化→ダイヤモンドコーティングドリルと同等の寿命を一般的な超硬工具で実現。工具費7割削減
・汎用性向上→特殊技術が不要で、集塵の問題解決により一般に有している設備で加工が可能に

今後の実用化・事業化の見通し

川下企業からの要請を受け、継続研究中
・川下企業3社程度から開発中の素材を預かり、サポイン成果同様のドリル開発と加工賃加工の要請に応えながら、社内研究として取り組んでいる
・繊維メーカーの研究所からの依頼品を継続研究中。また、MHI、KHIの航空機機体部品の受注活動を継続
・継続して、川下企業からの要求を研究的サービスとして売り込んでいく

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 平和産業株式会社
事業管理機関 平和産業株式会社
研究等実施機関 国立大学法人東京農工大学

サポイン事業者 企業情報

企業名 平和産業株式会社
事業内容 ジグ、金型製造、航空機機体部品、航空機エンジン部品、発電用タービン部品の製造・開発支援
本社所在地 〒273-0024 千葉県船橋市海神町南1-1544-10
連絡先窓口 総務企画部営業課係長 子安玲
メールアドレス koyasu@heiwasangyo.co.jp
電話番号 047-435-2430