将来的には、超高速送り方式を使用して熱可塑性炭素繊維ラミネートを穴あけできるようになります。

将来的には、超高速送り方式を使用して熱可塑性炭素繊維ラミネートを穴あけできるようになります。

航空宇宙と自動車の製造は、現代の産業分野における産業能力とサプライチェーンの完全性を最もよく反映する 2 つの産業であり、無数の技術と材料が関与しています。炭素繊維および複合材料は現在、工業生産において非常に人気のある新しいタイプの材料であり、その優れた機械的特性により有利な用途が得られています。実際の用途では、炭素繊維はさまざまなマトリックス材料と組み合わせることができる強化材料として機能し、さまざまな形状の工業用部品に加工することができ、その一部は航空宇宙や自動車の製造分野に応用できます。

現在主流の熱硬化性炭素繊維と、今後さらに有利になる熱可塑性炭素繊維は、超えることが難しい高性能複合材料と考えられています。ただし、これらの炭素繊維複合材料を最終製品に加工するには、さまざまな設備や機械の調整が必要となるため、一定の課題が生じます。穴あけ、切断、くり抜きなどの基本的な作業が不可欠です。ただし、機械加工作業はカーボンファイバー製品の性能にも大きく関係しているため、これらの基本的な加工ステップを過小評価してはなりません。この記事では、国際的な学術文献を参照して超高速送り穴あけ加工方法を紹介し、他の 2 つの加工方法、超音波振動およびアブレイシブ ウォーター ジェット切断と比較します。

熱可塑性炭素繊維 (CF/PA6) ラミネートの 3 つの穴あけ方法

1.超高速送りドリリング(UFFD): 切削熱と摩擦熱により熱可塑性樹脂マトリックスの溶解が起こり、穴あけの効率と結果に影響を与える可能性があります。超高速送り穴あけ法の実際の効果を調べるために、熱可塑性炭素繊維積層体を固定し、三成分動力計を使用して測定する送り速度 3000、5000、および 7000 mm/min を選択しました。

2.超音波振動ドリリング(UVD): 圧電水晶発振器が装置に取り付けられ、70 kHz の一定周波数を提供し、熱可塑性炭素繊維ラミネートに穴あけする際の超音波振動の実際の影響を観察できます。

3.アブレイシブウォータージェットドリリング（AWJ）：アブレイシブウォータージェット加工は現在、熱硬化性炭素繊維製品の切断方法として主流です。ウォータージェットの軌道を円形に設計し、一定の水圧を加えて熱可塑性炭素繊維ラミネートに穴を開け、実際の効果を観察します。

超高速送りドリリングの実際の効果を実証

1.穴あけ効果の比較：送り速度3000mm/minと低送り速度50mm/minを比較すると、前者の方が早く切削完了し、切りくずの排出も少なく、加工穴付近のバリも残りません。対照的に、後者は、ドリルビットが前面のラミネートを貫通するときに大きな変形を示し、穴の周囲に大量のチップ残留物とクラウン状のバリが発生します。 3000 mm/min のピーク推力は 50 mm/min の 6 倍で、ほぼ 22N に達しますが、穴あけ時間は後者のわずか 1/60 であり、穴あけ効率が大幅に向上し、穴あけ品質が向上します。