本发明涉及纤维强化复合材料或金属的切削加工用盖片及其切削加工方法。
背景技术:
与玻璃纤维强化塑料(GFRP、Glass Fiber Reinforced Plastics)、芳纶纤维强化塑料(AFRP、Aramid Fiber Reinforced Plastics)、不锈钢材(SUS)相比较,纤维强化塑料(FRP、Fiber Reinforced Plastics)所代表的纤维强化复合材料、尤其是碳纤维强化塑料(CFRP、Carbon Fiber Reinforced Plastics)的拉伸强度、拉伸弹力大且密度小,因此近年来有频繁用于飞机、车辆的外板等的倾向。此处,CFRP是指层叠1张或2张以上使基质树脂浸渗于碳纤维而成的预浸料并进行加热成型或加热加压成型的塑料。由该CFRP形成的部件被螺栓、铆钉等联接元件固定于结构体。因此,将CFRP固定于飞机部件等的结构体时,需要进行切削加工、尤其是在CFRP中开通多个用于贯通联接元件的孔的开孔加工。
为了在CFRP的开孔加工中得到高品质的孔而提出了几种技术。例如例示出了:阶段性地变更工具的形状、例如钻头的前倾面曲率或前端角等方法(例如参照专利文献1和专利文献2)。另外,因为CFRP是难切削材料,所以对CFRP进行钻头开孔加工时,钻头的开孔加工寿命非常短。因此例示出了:通过变更钻头的形状、加工条件而降低对钻头的负荷,从而规避钻头的加工寿命降低的方法(例如参照专利文献3和专利文献4)。另外例示出了:利用在纤维强化塑料的加工中除了使用钻头开孔加工以外还组合使用高功率激光和超短脉冲激光的加工装置进行的切削加工(例如参照专利文献5)。另外,还例示出了:在与CFRP不同领域的印刷电路板领域中,在钻头进入面配置由合成树脂材料和碳纤维等复合材料形成的复合薄膜,并将其用作垫板来进行开孔加工的方法(例如参照专利文献6)。然而,在专利文献6所述的方法中,CFRP是垫板而非切削加工对象,尚不存在CFRP加工用垫板的技术。进而,专利文献6记载的方法中虽然提出了在使用难切削材料且钻头的刃容易磨耗的碳纤维作为垫板时能够防止钻头的位置偏移、且孔的形成位置精度格外地提高这一观点,但没有得到实施例的支持。
另外,飞机的机体结构用材料(结构材料)的主体为金属材料,铝合金占据大部分。另外,在机体结构中可能达到更高温度的部位、例如喷气排气部位或再燃装置(after burner)附近使用作为耐热合金的钛合金、不锈钢等。进而,将来随着飞机高速化的推进,现有铝合金的强度会因空气动力加热而降低。因此,可以预见到今后作为机体结构的主体要使用更硬的钛合金、不锈钢作为结构材料。为了用螺栓连接金属材料之间或者连接金属材料与CFRP(Carbon fiber reinforced plastic)等其它材质的结构材料,需要利用钻头对这些构成飞机机体的结构材料进行开孔加工。
在金属的开孔加工中,已经提出了几种技术。例如,由于钛合金材料为难切削材料,所以钻头的开孔加工寿命非常短。针对这种问题,例示出了:喷洒切削油剂而进行加工的方法;通过改变钻头的形状来降低对钻头的负荷,从而规避钻头的加工寿命降低的方法(例如参照专利文献7和专利文献8)。
另外,对于作为纤维强化复合材料的CFRP的相关开孔加工,例示出了阶段性地变更切削工具的形状、例如钻头的前倾面曲率或前端角等的方法(例如参照专利文献2)。
另一方面,对于与金属加工不同领域的印刷电路板领域,提出了使用盖片进行开孔加工的方法(例如参照专利文献9)。但是,印刷电路板所使用的材料由有机物、玻璃布和薄铜箔形成,对于钻头的负荷小且其加工性与金属比较非常地容易。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2012-210689号公报
专利文献2:日本特开2012-223882号公报
专利文献3:日本特开2009-241239号公报
专利文献4:日本特开2009-39810号公报
专利文献5:日本特开2011-56583号公报
专利文献6:日本特开2000-61896号公报
专利文献7:日本特开2006-150557号公报
专利文献8:日本特开2002-210608号公报
专利文献9:日本特开2003-175412号公报
技术实现要素:
发明要解决的问题
对CFRP进行开孔时通常使用钻头。利用一般的钻头进行CFRP的开孔时,钻头的开孔加工寿命极短。如果增加加工孔数,则钻头的刃产生磨耗,从而加工孔的品质降低。具体而言,所加工的孔的内径容易变小且在钻头贯通的出口部容易发生碳纤维的起毛,被层叠的预浸料之间还容易发生层间剥离。进而,加工孔的内径有时因磨耗而不均匀,且以这些凹凸作为起点产生层间剥离。这样的现象被认定为重大缺陷。像这样,由于钻头的刃的磨耗而导致加工孔产生品质问题的可能性高。对此,使用了飞机用CFRP的结构体的制造等中,特别追求高品质的开孔加工,解决上述的起毛、层间剥离等问题变得极其重要。
然而,CFRP是多种多样的。通常用途的产品通过使用使大量碳纤维浸渗于基质树脂而成的预浸料、增加预浸料之间的树脂厚度来降低碳纤维的用量,从而取得成本和性能的平衡。另外,具有如下层叠构成:CFRP的表层使用使碳纤维织布浸渗于基质树脂而成的预浸料(布材),内部使用使基质树脂浸渗于将纤维方向统一至一个方向的碳纤维而成的预浸料(UD材料、Unidirectional材料,单向材料)。当然,还有包括表层在内的全部用UD材料层叠的构成。进而,使用UD材料时,还有使其纤维方向在预浸料之间每隔45°或每隔90°进行旋转而层叠的构成。或者,也有在基质树脂中分散强化了将碳纤维切断而成的短纤维的粒料状注射成型材料。注射成型CFRP例如是适用于车辆用途的材料。另一方面,对于飞机用途产品而言,由于其用途而要求数十年保持高强度和高可靠性。另外,在外观上不能检测出CFRP内部的不合格。因此,通过使用特别严密地管理了碳纤维中浸渗的基质树脂量的预浸料,使预浸料之间的树脂层较薄且密密地重叠碳纤维,从而能够降低碳纤维层与只有树脂的层之间产生的强度偏差,实现高强度和高可靠性。并且,飞机用途的预浸料不限定于使用碳纤维织布的布材,为了确保各向同性,也使用使UD材料的纤维方向适宜旋转的UD材料。另外,飞机用途的基质树脂应用了不仅重视粘接性还特别重视高韧性的组成。
在CFRP的开孔加工中,工具磨耗加剧、切削阻力变得越大等,则加工孔越容易产生品质问题。特别是,在高强度的飞机用途CFRP等中,碳纤维高密度地存在,因此随着钻头摩擦碳纤维的频率增加,切削工具的磨耗更快地加剧。作为对策,现状是:为了维持孔品质而加快工具的更换,工具费用在加工成本中所占的比例变高。另外,使用了UD材料的CFRP中,以平行于碳纤维方向的方向作为基准,着眼于该纤维方向和钻头的刃的旋转方向时,为与碳纤维方向平行的0°和180°时,钻头的刃平行地擦过碳纤维束。为90°和270°时,钻头的刃与碳纤维束垂直,所以容易剪切。为45°和225°时,钻头的刃以咬合切挖角度进入碳纤维束;为135°和315°时,钻头的刃追踪且摩擦进入碳纤维束。因此,在45°和225°的附近,存在孔的内壁容易产生纤维翘曲部的问题。
如专利文献1~6记载的那样,从工具方面研究了难以开孔加工的纤维强化复合材料(例如CFRP)的加工性改良,但其效果不充分。
因此,本发明的第一课题的目的在于,在纤维强化复合材料(例如CFRP)的切削加工中通过以非工具的其它途径来提高加工性,例如提供一种盖片,其与现有的纤维强化复合材料(例如CFRP)的开孔加工相比较,通过降低对于钻头的负荷来抑制钻头的磨耗,从而能够得到加工孔的内径均匀且高品质的加工孔。
另外,通常使用钻头对金属进行开孔,即便使用金属专用的钻头,钻头的开孔加工寿命也短,使用一般的钻头时,钻头的开孔加工寿命极其短。另外,随着加工孔数的增加,钻头的刃产生磨耗而加工孔的品质降低。具体而言,所加工的孔的内径容易变小、在钻头贯通的出口部容易产生毛刺。进而,通过钻头的磨耗,用螺栓连接的金属材料与CFRP等其它材质的结构材料之间产生间隙,有时在这些结构材料之间产生浮起、加工屑进入所产生的间隙。这种现象被视作重大缺陷。像这样,由钻头的刃的磨耗导致加工孔产生品质问题的可能性高。在这样的状况下,在使用飞机用钛合金材料的结构体的制造等中,特别地追求高品质的开孔加工,解决上述的钻头开孔加工寿命、金属材料与不同种结构材料之间产生浮起等问题变得极其重要。
如专利文献2、7和8记载那样,从切削工具、切削加工方法的方面研究了改良难以开孔加工的金属的加工性,但其效果不充分。另外,本发明人等还研究了利用印刷电路板用盖片来改良加工性,但其效果也不充分。
因此,本发明的第二课题的目的在于,在金属的切削加工中通过以非切削工具的其它途径来提高金属的加工性,例如提供一种盖片,其与现有的金属的开孔加工相比较,通过降低对于钻头的负荷来抑制钻头的磨耗,从而能够实现钻头开孔加工寿命的长寿命化。
另外,使用钻头进行金属的开孔加工时,旋转的钻头与金属之间产生摩擦热,加工孔附近的温度局部地上升。因此,加工孔数多时,随着加工孔数的增加,钻头和作为被加工材料的金属被蓄热。为导热率低的金属时,放热不充分,因此加工孔附近的温度上升。此时,金属温度上升则金属软化,因此在加工孔的钻头贯通的出口部产生毛刺。另外,还有如下情况:金属的加工屑由于加工热而与钻头熔接,对钻头造成过剩的负荷,导致加工装置停止。像这样,因开孔加工时的蓄热引起加工孔产生品质问题的可能性高。在这样的状况下,使用了飞机用钛合金材料的结构体的制造等中,特别是追求高品质的开孔加工,解决上述毛刺所涉及的问题变得极为重要。
为了防止这样的加工部位和钻头的蓄热,以往使用切削油等进行湿式加工。但是,在湿式加工的情况下,切削加工结束时需要洗涤工序。进一步,油分残留在加工孔附近、内部时,有可能用贯通孔连接时作为连接件的螺丝劣化、在连接部发生松弛,这些故障有可能导致致命的事故。
如专利文献2、7和8记载那样,从切削工具、切削加工方法的方面出发,研究了改良难以开孔加工的金属的加工性,但其效果不充分。
因此,本发明的第三课题在于,提供一种切削加工方法,其在纤维强化复合材料和/或金属的切削加工(例如利用钻头的开孔加工)中,通过抑制加工孔附近的蓄热,从而与现有的加工方法相比较,能够降低在加工孔附近产生的毛刺的量。另外,提供通过该切削加工方法形成的高品质的贯通孔。
用于解决问题的方案
本发明人等为了解决上述第一课题而进行了各种研究,结果发现,对纤维强化复合材料(例如CFRP)进行切削加工(例如开孔加工)时,通过在纤维强化复合材料(例如CFRP)上的切削工具(例如钻头)的进入面配置盖片(例如具有润滑性的树脂片),切削工具(例如钻头)进入纤维强化复合材料(例如CFRP)时的推力负荷、扭矩等切削应力得以降低,由此对于切削工具(例如钻头)的负荷降低,切削工具(例如钻头)的磨耗被抑制。因此,钻头开孔加工时能够得到内径均匀且高品质的加工孔,至此完成本发明。
另外,本发明人等为了解决上述第二课题而进行了各种研究,结果发现,对金属进行切削加工(例如开孔加工)时,在金属上的切削工具(例如钻头)的进入面配置的盖片(例如包含带润滑性的树脂片的盖片)能够降低切削工具(例如钻头)进入金属时的推力负荷、扭矩等切削应力,由此降低对于切削工具(例如钻头)的负荷,从而抑制切削工具(例如钻头)的磨耗。最终发现:盖片(例如包含树脂片的盖片)使切削加工(例如钻头开孔加工)寿命呈现长寿命化,至此完成本发明。
进而,本发明人等为了解决上述第三课题而进行了各种研究,结果发现,对纤维强化复合材料和/或金属进行切削加工(例如开孔加工)时,一边使用气体对切削加工部位和/或切削工具(例如钻头)进行冷却一边进行切削加工,由此能够抑制因纤维强化复合材料和/或金属与切削工具(例如钻头)的摩擦热产生的热,从而在进行钻头开孔加工的情况下,能够降低在加工孔附近产生的毛刺的量,能够提供高品质的加工孔。另外,进行切削加工(例如钻头开孔加工)时,通过组合使用包含金属箔和/或树脂片的盖片,切削加工(例如钻头开孔加工)的寿命变长,至此完成本发明。
即,本发明如下所示。
(1)一种盖片,其特征在于,其在对纤维强化复合材料和/或金属进行切削加工时使用。
(2)根据(1)所述的盖片,其包含树脂片。
(3)根据(2)所述的盖片,其中,前述树脂片包含水溶性树脂。
(4)根据(2)或(3)所述的盖片,其中,前述树脂片包含非水溶性树脂。
(5)根据(2)~(4)的任一项所述的盖片,其中,前述树脂片包含固体润滑剂。
(6)根据(2)~(5)的任一项所述的盖片,其中,前述树脂片包含2种以上树脂组合物层。
(7)根据(2)~(6)的任一项所述的盖片,其中,前述树脂片的厚度为0.1mm以上且20mm以下。
(8)根据(2)~(7)的任一项所述的盖片,其中,在前述树脂片的至少单面具备金属箔。
(9)根据(8)所述的盖片,其中,在前述金属箔与前述树脂片之间形成有粘接层。
(10)根据(9)所述的盖片,其中,前述粘接层为树脂覆膜。
(11)根据(1)~(10)的任一项所述的盖片,其中,在与纤维强化复合材料和/或金属接触的面形成有粘合层。
(12)根据(1)~(11)的任一项所述的盖片,其中,要进行前述切削加工的纤维强化复合材料包含碳纤维强化塑料。
(13)根据(1)~(12)的任一项所述的盖片,其中,要进行前述切削加工的金属包含钛合金。
(14)根据(1)~(13)的任一项所述的盖片,其中,要进行前述切削加工的金属包含铝合金。
(15)根据(1)~(14)的任一项所述的盖片,其中,要进行前述切削加工的对象为以金属与纤维强化复合材料接触的方式进行重叠的材料。
(16)根据(1)~(15)的任一项所述的盖片,其包含金属。
(17)根据(1)~(16)的任一项所述的盖片,其在一边使用气体对切削加工部位和/或切削工具进行冷却一边对纤维强化复合材料和/或金属进行切削加工时使用。
(18)一种切削加工方法,其特征在于,使用(1)~(17)的任一项所述的盖片对纤维强化复合材料和/或金属进行切削加工。
(19)根据(18)所述的切削加工方法,其中,要进行前述切削加工的纤维强化复合材料和/或金属的切削工具进入面配置前述盖片而进行切削加工。
(20)根据(18)或(19)所述的切削加工方法,其中,前述切削加工为开孔加工。
(21)根据(18)~(20)的任一项所述的切削加工方法,其中,前述盖片包含铝箔。
(22)根据(18)~(21)的任一项所述的切削加工方法,其中,前述切削加工是一边使用30℃以下的气体对切削加工部位和/或切削工具进行冷却一边进行的。
(23)根据(18)~(22)的任一项所述的切削加工方法,其中,前述切削加工中使用的切削工具为由硬质合金制成的钻头。
(24)根据(18)~(23)的任一项所述的金属切削加工方法,其中,前述切削加工是在纤维强化复合材料和/或金属形成贯通孔的加工。
(25)根据(18)~(24)的任一项所述的切削加工方法,其中,前述切削加工是一边使用气体对切削加工部位和/或切削工具进行冷却一边进行的,
对前述切削加工部位和/或切削工具供给的气体量为5~300L/分钟,供给该气体的装置的气体出口面积为7mm2~2000mm2,并且供给该气体的装置的气体出口与前述加工部位和/或切削工具之间的距离为100mm~500mm。
(26)根据(18)~(25)的任一项所述的切削加工方法,其中,前述切削加工是一边使用气体对切削加工部位和/或切削工具进行冷却一边进行的,
对前述切削加工部位和/或切削工具供给的气体所包含的水分量为20g/m3以下。
(27)根据(18)~(26)的任一项所述的切削加工方法,其中,前述切削加工是一边使用气体对切削加工部位和/或切削工具进行冷却一边进行的,
对前述切削加工部位和/或切削工具供给的气体所包含的油分为10mg/m3以下。
(28)根据(18)~(27)的任一项所述的切削加工方法,其中,要进行前述切削加工的金属包含钛合金。
(29)根据(18)~(28)的任一项所述的切削加工方法,其中,要进行前述切削加工的金属包含铝合金。
(30)根据(18)~(29)的任一项所述的切削加工方法,其中,要进行前述切削加工的对象为以金属与纤维强化复合材料接触的方式进行重叠的材料,以较之金属更靠近切削工具进入侧的方式配置纤维强化复合材料,进行切削加工。
(31)一种贯通孔,其是通过(18)~(30)的任一项所述的切削加工方法而形成的。
(32)一种纤维强化复合材料的制造方法,其包括:通过(18)~(30)的任一项所述的切削加工方法对纤维强化复合材料进行切削加工的工序。
(33)一种金属的制造方法,其包括:通过(18)~(30)的任一项所述的切削加工方法对金属进行切削加工的工序。
发明的效果
通过在纤维强化复合材料(例如CFRP)的切削加工中使用本发明的盖片,降低对于切削工具(例如钻头)的负荷而抑制切削工具(例如钻头)的磨耗,在钻头开孔加工的情况下,能够得到加工孔的内径均匀且高品质的加工孔。其结果,能够进行高品质且生产率优异的切削加工(例如钻头开孔加工)。
另外,通过在金属的切削加工中使用本发明的盖片,能够降低对于切削工具(例如钻头)的负荷而抑制切削工具(例如钻头)的磨耗,能够实现切削加工(例如钻头开孔加工)寿命的长寿命化。其结果,与现有技术相比能够进行生产率更优异的切削加工(例如钻头开孔加工)。
进而,在纤维强化复合材料和/或金属的切削加工中,通过本发明的金属切削加工方法,能够有效地降低切削加工时产生的加工部位附近的蓄热,所以与现有的加工方法相比较,能够进行在加工部位附近产生的毛刺量明显少的高品质加工。特别是,在钻头开孔加工中,与现有技术相比能够进行生产率和品质更优异的钻头开孔加工。
附图说明
图1-1是实施例1-1和比较例1-1中的孔的内径推移比较。
图1-2是实施例1-1和比较例1-1中的推力测定结果。
图1-3是实施例1-1和比较例1-1中的切削扭矩测定结果。
图1-4是实施例1-1和比较例1-1中的推力、切削扭矩、钻头磨耗量比较。
图1-5是实施例1-2~1-9和比较例1-2~1-6中的孔的内壁粗糙度(Ra:算术平均粗糙度)比较。
图1-6是实施例1-2~1-9和比较例1-2~1-6中的孔的内壁粗糙度(Rz:十点平均粗糙度)比较。
图1-7是实施例1-2~1-9和比较例1-2~1-6中的钻头的磨耗量比较。
图2-1是实施例2-1~2-9和比较例2-1~2-3所使用的新品钻头的前端照片。
图2-2是实施例2-1~2-9中的加工后的钻头前端照片。
图2-3是比较例2-1~2-3中的加工后的钻头前端照片。
图2-4是实施例2-1~2-9和比较例2-1~2-3中的相对于加工后的新品钻头的主切削刃剩余量。
图3-1是实施例3-1~3-4和比较例3-1~3-2中的钛合金板的钻头出口侧的加工孔照片。
图3-2是实施例3-1~3-4和比较例3-1~3-2中的钛合金板的钻头出口侧的毛刺的高度。
图3-3是实施例3-1~3-4和比较例3-1~3-2中使用的新品钻头、实施例3-2和比较例3-1~3-2中的加工后的钻头前端照片。
具体实施方式
以下,对于本发明的实施方式(以下,也称为“本实施方式”。)进行说明。需要说明的是,以下的实施方式是用于说明本发明的例示,本发明不限定于其实施方式。
本实施方式的盖片的特征在于,在对纤维强化复合材料和/或金属进行切削加工时使用。
本发明的第一方式是在对纤维强化复合材料(例如碳纤维强化塑料)进行切削加工时使用的盖片。
本发明的第一方式中,作为切削加工材料的纤维强化复合材料是指将2种不同的原材料一体地组合而提高了特性的材料;只要是由基质树脂与强化纤维组合而构成的材料,则没有特别的限定。
对于前述纤维强化复合材料所使用的强化纤维的种类、形态,没有特别的限定。例如,作为强化纤维的种类,优选为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。其中,特别优选作为强化纤维使用了碳纤维的碳纤维强化塑料。对于强化纤维的形态,没有特别的限定,可列举出例如长丝、纤维束(tow)、布、织物(braid)、短切原丝、磨碎纤维、毡垫、纸、预浸料等。
作为前述纤维强化复合材料所使用的基质树脂,对于树脂成分没有特别的限定。具体而言,优选为环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、乙烯酯树脂、不饱和聚酯树脂等热固性树脂;ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)树脂、PA(聚酰胺)树脂、PP(聚丙烯)树脂、PC(聚碳酸酯)树脂、甲基丙烯酸甲酯树脂、聚乙烯、丙烯酸类、聚酯树脂等热塑性树脂。进而,也可以在纤维强化复合材料的基质树脂中适宜配混无机填料、有机填料等。需要说明的是,为了与使用热塑性树脂以外的树脂的复合材料相区分,有时将前述纤维强化复合材料中使用热塑性树脂作为基质树脂且使用碳纤维作为强化纤维的复合材料称为碳纤维强化热塑性塑料(CFRTP、Carbon Fiber Reinforced Thermo Plastics),但本实施方式中,包括于碳纤维强化塑料(CFRP)中。
本发明的第一方式的盖片优选包含树脂片。
本发明的第一方式的盖片中,形成树脂片的成分可以是水溶性树脂,也可以是非水溶性树脂,没有特别的限定。
作为形成树脂片的成分而使用水溶性树脂时,作为该水溶性树脂,只要是25℃、1个大气压、相对于水100g溶解1g以上的高分子化合物,则没有特别的限定。作为形成树脂片的成分而使用水溶性树脂时,由于水溶性树脂所具有的润滑性,切削加工时的切削屑的排出性提高,进而树脂片的表面硬度变得适度柔软,所以具有能够降低对于切削工具的负荷的效果,另外,能够容易地去除在切削加工后附着于加工孔的树脂成分。作为水溶性树脂的具体例,没有特别的限定,可列举出例如:聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚环氧丙烷、水溶性氨基甲酸酯、聚醚系水溶性树脂、水溶性聚酯、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚亚烷基二醇的酯类、聚亚烷基二醇的醚类、聚甘油单硬脂酸酯类、聚氧乙烯-丙烯共聚物及它们的衍生物,可以选择这些中的至少一种。其中,更优选聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚醚系水溶性树脂。
作为形成树脂片的成分而使用非水溶性树脂时,对该非水溶性树脂的种类没有特别的限定。作为形成树脂片的成分而使用非水溶性树脂时,与使用水溶性树脂的情况相比,树脂片的表面硬度高,因此例如钻头开孔加工时钻头的咬合性提高而能够在设想的位置开孔,进而树脂片的刚性提高且处理性提高。例如,作为树脂片形成成分,没有特别的限定,可例示出氨基甲酸酯系聚合物、丙烯酸系聚合物、乙酸乙烯酯系聚合物、氯乙烯系聚合物、聚酯系聚合物及它们的共聚物、环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、密胺树脂、脲醛树脂、热固性聚酰亚胺等。
另一方面,作为形成树脂片的成分中的润滑性提高成分,没有特别的限定,可列举出例如改性聚酰胺、亚乙基双硬脂酰胺、油酰胺、硬脂酰胺、亚甲基双硬脂酰胺等所例示的酰胺系化合物;月桂酸、硬脂酸、棕榈酸、油酸等所例示的脂肪酸系化合物;硬脂酸丁酯、油酸丁酯、月桂酸乙二醇酯等所例示的脂肪酸酯系化合物;液体石蜡、聚乙烯蜡等所例示的脂肪族烃系化合物;油醇等所例示的高级脂肪族醇;苯乙烯均聚物(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树脂)等所例示的聚苯乙烯系树脂,可以选择它们中的至少一种。
形成树脂片的成分也可以使用纤维素衍生物作为水溶性树脂。对于纤维素衍生物,没有特别的限定,可例示出例如羟乙基纤维素、羧甲基纤维素。羟乙基纤维素是纤维素{H-(C6H10O5)n-OH}所包含的羟基的氢原子的至少一部分被〔-(CH2-CH2-O)m-H〕取代的化合物;在水中的溶解度在25℃、1个大气压下至少为0.05g/L(其中,n、m为1以上的整数。)。该纤维素衍生物例如可以使环氧乙烷加成于纤维素而得到。
另一方面,羧甲基纤维素为纤维素{H-(C6H10O5)n-OH}所包含的羟基的氢原子的至少一部分被羧甲基〔-CH2-COOH〕取代的化合物;在水中的溶解度在25℃、1个大气压下至少为0.05g/L(其中,n为1以上的整数。)。另外,该羧甲基中的羧基的一部分也可以是钠盐。该纤维素衍生物例如可以使氯乙酸加成于纤维素而得到。需要说明的是,本实施方式中所述的“纤维素”是指多个β-葡萄糖通过糖苷键键合而成的高分子化合物,且纤维素的葡萄糖环中的2位、3位、6位的碳原子所键合的羟基没有取代。另外,“纤维素所包含的羟基”是指纤维素的葡萄糖环中的2位、3位、6位的碳原子所键合的羟基。
本发明的第一方式所使用的树脂片中,可以根据需要配混添加剂。作为添加剂的种类,没有特别的限定,可列举出例如表面调整剂、流平剂、抗静电剂、乳化剂、消泡剂、蜡添加剂、偶联剂、流变调节剂、防腐剂、防霉剂、抗氧化剂、光稳定剂、成核剂、有机填料、无机填料、固体润滑剂、增塑剂、柔软剂、热稳定剂、着色剂等。
本发明的第一方式中,作为形成树脂片的方法,没有特别的限定,可列举出例如如下方法等:使形成上述树脂片的成分适宜熔融,涂布于支撑体并使之冷却、固化而形成树脂片;或者,使形成上述树脂片的成分溶解或分散于溶剂中制成为液态,进行涂布、干燥、冷却、固化而形成树脂片,之后去除、剥离支撑体而制成树脂片。
作为将前述液态的树脂片形成成分涂布于支撑体的方法,只要是工业上所使用的公知方法,则没有特别的限定。具体而言,可例示出:使用辊、捏合机或其他的混炼装置将树脂片形成成分适宜加热熔融而进行混合,用辊法、帘式涂布法等在脱模膜上形成树脂片的方法;将树脂片形成成分使用辊、T模挤出机等预先形成为期望厚度的树脂片的方法等。
本发明的第一方式中,树脂片优选为由2种以上树脂组合物层形成的多层。具体而言,通过在多层的各层中,将由润滑效果高的树脂组合物形成的层和由用于提高位置精度的树脂组合物形成的层、与由非水溶性树脂等树脂组合物形成的刚性高的层等适宜组合,由此能够更有效且切实地达成本发明的目的,因而更加优选。另外,通过设置由非水溶性树脂等树脂组合物形成的刚性高的层,本发明的第一方式的盖片的处理性提高,从该点出发更优选。
本发明的第一方式中,作为将树脂片形成为多层的方法,没有特别的限定,可列举出例如:在预先制作的层的至少单面直接形成另一层的方法;将预先制作的层与另一层利用粘接树脂、热层压法等进行贴合的方法等。
本发明的第一方式盖片优选包含金属,该金属更优选为金属箔。
本发明的第一方式盖片包含树脂片和金属箔的情况下,优选在该树脂片的至少单面具备金属箔。
本发明的第一方式的盖片这样地由在树脂片的至少单面具备金属箔的多层形成时,刚性高且处理性提高。进而,例如进行钻头开孔加工时,由于金属箔保持钻头的直行性,钻头的定心性提高而能够在设想位置开孔。进而,由于在被切削加工材料与树脂片之间存在金属箔,从而起到防止热熔融的树脂片形成成分粘合于加工孔的上部和内部的效果。
本发明的第一方式中使用的金属箔的厚度优选为0.05~0.5mm,更优选为0.05~0.3mm。金属箔的厚度为0.05mm以上时,有制造时、开孔加工时的处理性提高的倾向。另一方面,金属箔的厚度为0.5mm以下时,切削加工时产生的切削屑的排出变得容易。
另外,作为金属箔的金属种类,优选为铝;作为铝箔的材质,优选纯度95%以上的铝。具体而言,没有特别的限定,可例示出例如JIS-H4160所规定的5052、3004、3003、1N30、1N99、1050、1070、1085、1100、8021等。通过金属箔中使用高纯度的铝箔,例如,在进行钻头开孔加工时,能够降低由铝箔所包含的杂质导致的钻头缺损、局部磨耗等,从而能够降低对钻头的切削负荷。
本发明的第一方式的盖片包含树脂片和金属箔的情况下,优选在前述金属箔与前述树脂片之间形成粘接层。前述粘接层更优选为树脂覆膜。
本发明的第一方式中,作为形成包含树脂片和金属箔的多层的方法,没有特别的限定,可列举出如下方法等:例如,在金属箔的至少单面直接形成树脂片的方法;将预先制作的树脂片和金属箔用层压法等进行贴合。此时,可列举出:通过使用预先形成了粘接层的金属箔作为支撑体,使树脂片与金属箔层叠一体化的方法等。
对于用于使树脂片与金属箔层叠一体化的预先形成粘接层的金属箔,使用形成有厚度0.001~0.5mm的树脂覆膜的金属箔时,从提高金属箔与树脂片的密合性的观点出发而优选。对于树脂覆膜所使用的树脂,没有特别的限定,可以为热塑性树脂、热固性树脂的任一者,也可以将它们组合使用。作为热塑性树脂,没有特别的限定,可列举出例如氨基甲酸酯系聚合物、丙烯酸系聚合物、乙酸乙烯酯系聚合物、氯乙烯系聚合物、聚酯系聚合物以及它们的共聚物。作为热固性树脂,没有特别的限定,可列举出例如酚醛树脂、环氧树脂、密胺树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯树脂、醇酸树脂、聚氨基甲酸酯、热固性聚酰亚胺、氰酸酯树脂等树脂。优选可列举出环氧树脂、聚酯系树脂。另外,作为本发明的第一方式所使用的金属箔,也可以使用对市售的金属箔预先用公知的方法涂覆树脂覆膜而成的物质。
为了使本发明的第一方式的盖片与被切削加工材料(例如CFRP)密合,在本发明的第一方式的盖片中,优选在与被切削加工材料(例如CFRP)接触的树脂片表面或金属箔表面形成具有粘合性的层(粘合层)。作为该粘合层的成分,没有特别的限定,可以为热塑性树脂、热固性树脂的任一者,也可以将它们组合使用。作为热塑性树脂,没有特别的限定,可列举出例如:氨基甲酸酯系聚合物、丙烯酸系聚合物、乙酸乙烯酯系聚合物、氯乙烯系聚合物、聚酯系聚合物及它们的共聚物。对于热固性树脂,没有特别的限定,可列举出例如:酚醛树脂、环氧树脂、密胺树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯树脂、醇酸树脂、聚氨基甲酸酯、热固性聚酰亚胺、氰酸酯树脂等树脂。其中,由于要求对被切削加工材料(例如CFRP)没有胶残留且能够在常温下容易粘合的特性,所以更优选丙烯酸系粘合剂。进而,丙烯酸系粘合剂中,优选使用溶剂型丙烯酸系粘合剂和丙烯酸系乳液型粘合剂(水系)。丙烯酸系粘合剂是以聚(甲基)丙烯酸酯和增粘剂作为主要成分的组合物。进而,也可以根据需要另行向粘合层的成分中添加抗氧化剂等防劣化剂、碳酸钙、滑石、二氧化硅等无机填料。
作为在盖片表面形成前述粘合层的方法,只要是工业上能够使用的公知的方法,则没有特别的限定。具体而言,可例示出用辊法、帘式涂布法、喷雾喷出法等形成粘合层的方法;使用辊、T模挤出机等预先形成期望厚度的粘合层的方法等。该粘合层的厚度没有特别的限定,可以根据被切削加工材料(例如CFRP)的曲率、树脂片和盖片的构成来适宜选择最佳的厚度。
使用本发明的第一方式的盖片时,被切削加工材料(例如CFRP)不限定于平面,也可以是曲面。因此,有时也对本发明的第一方式的盖片要求曲面追随性。为了对本发明的第一方式的盖片赋予曲面追随性,例如,优选在形成树脂片的树脂组合物中配混增塑剂、柔软剂。作为该增塑剂、柔软剂的具体例子,优选为邻苯二甲酸酯、己二酸酯、偏苯三酸酯、聚酯、磷酸酯、柠檬酸酯、环氧化植物油、癸二酸酯等。通过配混该增塑剂、柔软剂,在被切削加工材料(例如CFRP)曲面配置盖片时,例如对于树脂片的应力、变形得以减轻,由此能够抑制树脂片的裂纹。
本发明的第一方式的盖片在例如CFRP的开孔、切削、切断等切削加工中使用,对于切削加工的工具和方法没有特别的限定。具体而言,可列举出:用钻头、刳刨机、铣刀、端铣刀、侧铣刀(side cutter)等形成贯通孔、非贯通孔的开孔加工;用刳刨机、切管机、端铣刀、金属用锯(metal saw)等将CFRP切断的加工等。另外,对于切削工具的刃尖,为了提高硬度而抑制磨耗,也可以形成钛、金刚石、类金刚石碳等的涂膜。
本发明的第一方式中,虽然指出切削加工的对象为纤维强化复合材料(例如CFRP),但不限定于纤维强化复合材料(例如CFRP)。本发明的第一方式中,盖片也可以适用于钛合金等难切削金属的切削加工。进而优选要进行前述切削加工的对象为以金属与纤维强化复合材料接触的方式进行重叠的材料。本发明的第一方式中,出于以下的理由也可以对例如将CFRP与钛合金重叠的材料进行共同开孔。CFRP与钛合金的最佳开孔条件明显不同。CFRP的开孔适合于高速旋转且低速进给量。另一方面,对于钛合金例如进行钻头开孔加工时,为了抑制钻头的温度上升且抑制钻头的刃的磨耗,适合于低速旋转且高速进给量。特别是,不耐热的金刚石涂层钻头需要这样的开孔条件。对于相反的开孔条件,在实际的加工现场,在CFRP与钛合金的边界改变开孔条件或者取中庸的相同条件下进行开孔加工。或者,例如进行钻头开孔加工时,为了防止钻头的温度上升,在飞机用途的钛合金的开孔加工时,也进行了一边吹冷风一边用集尘机进行集尘的尝试。然而,通过使用本发明的第一方式的盖片,具有如下额外效果:能够极大地缓和由于摩擦热而容易发热的钛合金的开孔条件的制约。进而,不限定于钛合金,也可以对将CFRP与铝合金重叠的重叠物进行共同开孔。进而,也可以在对钛合金、铝合金单独开孔、切削、切断等的切削加工中使用。
本发明人等认为:通过在对纤维强化复合材料和/或金属进行切削加工时使用包含树脂片的盖片,进行例如钻头开孔加工时,包括钻头的槽表面在内的钻头表面与加工孔内的润滑性均提高,钻头的刃所切削的碳纤维、难切削金属中的难切削颗粒容易排出,与钻头的刃摩擦的频率和程度减轻,所以钻头的刃的磨耗被降低。例如,进行钻头开孔加工的情况下,难切削颗粒与钻头的刃摩擦时产生研磨磨耗,所以减轻该研磨磨耗有助于降低钻头的刃的磨耗。需要说明的是,该作用原理对于所有切削工具都说得通。因此,特别是在飞机用途等高强度的CFRP的切削加工中,本发明的第一方式的盖片表现出显著的效果。这是因为,如上所述,例如在飞机用途等CFRP的钻头开孔加工中,CFRP的碳纤维密密地存在,因此碳纤维的切削量格外地增加,从而钻头的刃容易磨耗。因此,在飞机用途等CFRP的钻头开孔加工中有助于降低对于钻头的刃的磨耗的本发明第一方式的盖片成为目前为止不存在的有效解决手段。进而,在进行UD材料的钻头开孔加工时,在45°和225°时,钻头的刃以咬合切挖角度进入碳纤维束,因此在45°和225°的附近,在孔的内壁容易产生纤维翘曲部。本发明的第一方式的盖片包含润滑性提高剂时,润滑性优异,所以抑制纤维翘曲进而也抑制由摩擦热导致的温度上升,所以基质树脂难以到达玻璃化转变温度(温度)或软化点,能够维持碳纤维的牢固成束的状态,从而抑制纤维翘曲。因此,本发明的第一方式的盖片即便在UD材料的切削加工时也表现出显著的效果。
本发明的第一方式盖片中含有树脂片时,该树脂片的厚度可以根据例如CFRP切削加工时的切断、切削方法、面积、体积、开孔加工时使用的钻头直径、CFRP的构成、厚度等适宜选择。前述树脂片的厚度优选为0.1~20mm的范围,更优选为0.2~10mm的范围,进而优选为0.5~5mm的范围。前述树脂片的厚度为0.1mm以上时,能够实现切削应力的充分降低,例如进行钻头开孔加工时,对于钻头的负荷变小而能够抑制钻头折损。另一方面,前述树脂片的厚度为20mm以下时,例如进行钻头开孔加工时,树脂片对于钻头的卷绕减少而能够抑制树脂片中产生龟裂。特别是,树脂量为适量的情况下,能够抑制树脂成为切削粉的粘结剂、能够降低切削粉在加工孔的滞留,因此能够抑制孔内部的凹凸扩大。即,通过将树脂片的组成和厚度最优化,能够提高润滑性,例如进行钻头开孔加工时,能够将通过钻头槽排出切削粉进行最优化。另外,为了进一步得到本发明的效果,优选适宜控制树脂片的总厚度,也可以将薄的树脂片重叠多张使用。
构成本发明的第一方式的盖片的树脂片层、金属箔、粘接层、粘合层等各层的厚度如下进行测定。首先,使用CROSS-SECTION POLISHER(JEOL Ltd.DATUM Solution Business Operations制CROSS-SECTION POLISHER SM-09010)或超微切片机(Leica公司制EM UC7),将盖片沿着垂直于盖片的方向切断。接着,使用SEM(扫描型电子显微镜、Scanning Electron Microscope、KEYENCE公司制VE-7800)从垂直于切割面的方向进行观察,测定构成盖片的各层的厚度。此时,对于1个视野测定5个部位的厚度,将其平均值作为各层的厚度。
使用了本发明的第一方式的盖片的钻头开孔加工优选在对CFRP进行钻头开孔加工时,在要进行CFRP的开孔加工的最上表面上,以该盖片的树脂片成为钻头进入面的方式进行配置,由盖片的树脂片的面起进行钻头开孔加工。
本发明的第二方式是对金属进行切削加工时使用的盖片。本发明的第二方式的盖片优选包含树脂片。
能够使用本发明第二方式的盖片的切削加工对象金属只要是通常作为结构材料而使用的金属,则没有特别的限定。对于这样的金属,没有特别的限定,可列举出例如:飞机的机体结构用材料所使用的金属材料。其中,铝合金、镁合金、钛合金、低合金钢、不锈钢、耐热合金这样的高强度金属优选用作本发明第二方式的盖片的切削加工对象金属。这是因为,强度越高的金属,延长切削工具寿命的效果越显著。切削加工对象金属可以为单独一种,也可以为2种以上的组合。另外,上述金属中,特别优选钛合金作为切削对象金属。这是因为,与铝合金相比较,钛合金的拉伸强度强至2倍,是耐腐蚀性、耐热性也优异的材料,但由于是高硬度的难切削材料,因此现有技术中需要特殊的切削加工条件、切削工具形状,使用本发明第二方式的盖片时,无需特殊的切削加工条件、切削工具形状也能够使切削工具的寿命更长。需要说明的是,本实施方式中,切削加工对象金属也可以包含纤维强化复合材料等不同种类的结构材料。
对于能够使用本发明第二方式的盖片的切削加工方法没有特别的限定,可列举出例如:形成贯通孔、非贯通孔的开孔;切削;切断等。另外,对于切削加工时能够使用的切削工具的种类也没有特别的限定,可列举出例如:钻头、刳刨机、铣刀、端铣刀、侧铣刀等。另外,这些切削工具可以为通常材质的切削工具,也可以是为了提高硬度、抑制磨耗而在切削工具的刃尖形成了钛、金刚石、类金刚石碳等的涂膜的特殊切削工具。这是因为,在使用了通常材质的切削工具的加工、使用了在切削工具的刃尖形成了钛、金刚石、类金刚石碳等的涂膜的特殊切削工具的加工中的任意加工中,本实施方式的盖片都能够使切削工具的加工寿命延长。特别是,使用了在切削工具的刃尖形成了钛、金刚石、类金刚石碳等的涂膜的特殊切削工具的加工中,加工寿命的延长效果显著,所以在使用这样的工具的加工中,优选使用本发明的第二方式的盖片。
能够使用本发明第二方式的盖片的开孔加工中使用的钻头只要是通常使用的钻头,则钻头的直径、材质、形状和表面覆膜的有无均没有特别限定。例如,钻头的直径优选为1mmφ以上且10mmφ以下,更优选飞机用基材的开孔加工中较多使用的2mmφ以上且7mmφ以下。另外,作为钻头的材质,优选将硬质的金属碳化物粉末烧结而制作的硬质合金。对于这样的硬质合金没有特别的限定,可列举出例如:将碳化钨和作为粘接剂的钴混合而烧结的金属。为了根据使用目的进一步提高材料特性,这样的硬质合金中有时也添加碳化钛、碳化钽等。另一方面,钻头的形状可以根据开孔加工的条件、被加工材料的种类、形状等适宜选择。对于钻头的形状没有特别的限定,可列举出例如:钻头的前端角、槽的扭转角、主切削刃的个数等。钻头的表面覆膜可以根据开孔加工的条件、被加工材料的种类、形状等适宜选择。作为优选的表面覆膜的种类,可列举出金刚石涂层、类金刚石涂层、陶瓷涂层等。
对于本发明的第二方式的盖片,以下详细地进行说明。对于本发明的第二方式的盖片的制造方法没有特别限定,可列举出如下方法:例如使树脂组合物适宜熔融而制成为液态之后,涂布于支撑体,使之冷却、固化而形成树脂组合物层(树脂片);之后,将支撑体去除或剥离,从而制造包含树脂片的盖片。另外,还可列举出如下方法:使树脂组合物溶解或分散于溶剂中而制成为液态之后,涂布于支撑体使之干燥、冷却、固化,形成树脂组合物层,之后将支撑体去除或剥离,从而制造包含树脂片的盖片。此时,对于支撑体没有特别限定,可以适宜使用例如金属箔、薄膜、金属辊等。作为在支撑体上形成液态的树脂组合物层的方法,只要是工业上使用的公知方法则没有特别限定。可列举出例如:使用辊、捏合机或其他的混炼装置将树脂组合物适宜加热熔融而进行混合,用辊法、帘式涂布法等在支撑体上形成树脂组合物层(树脂片)的方法。另外,还可列举出:将树脂组合物溶解或分散于溶剂中,使用棒涂机、凹版辊、模具等进行涂布的涂布法等,在支撑体上形成树脂组合物层(树脂片)的方法。另一方面,除了在前述支撑体上形成树脂组合物层(树脂片)的方法以外,也可以使用如下方法等:使用辊、捏合机或其他混炼装置将树脂组合物适宜加热熔融而进行混合,使用辊、T模挤出机等且不使用支撑体,形成期望厚度的树脂组合物层,从而制成树脂片。
作为形成树脂片的树脂组合物的成分,通常可以使用水溶性树脂、非水溶性树脂,本发明的第二方式的盖片中包含树脂片时,也可以使用水溶性树脂、非水溶性树脂作为形成树脂片的树脂组合物成分。这些树脂作为润滑性提高成分而具有提高加工时的润滑性的作用,作为树脂片形成成分而具有提高加工性的作用。其中,水溶性树脂由于树脂所具有的润滑性而具有提高切削加工时的切削屑排出性的效果。另外,将水溶性树脂作为树脂组合物成分的树脂片由于其表面硬度适度柔软,因此也具有降低切削工具的加工负荷的效果。进而,能够容易地去除在切削加工之后附着于加工孔的树脂成分。另一方面,与使用了水溶性树脂的树脂片相比较,使用了非水溶性树脂作为树脂组合物成分的树脂片的特征在于,树脂片的表面硬度硬,因此在例如进行钻头开孔加工的情况下,钻头的咬合性良好而在设想位置开孔。另外,由于树脂片的刚性高,所以处理性也优异。
本发明的第二方式的盖片中,作为树脂片的树脂组合物的成分而优选的水溶性树脂的一个类别为在25℃、1个大气压下相对于水100g溶解1g以上的高分子化合物。作为这样的水溶性树脂没有特别的限定,可列举出例如聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚环氧丙烷、水溶性氨基甲酸酯、聚醚系水溶性树脂、水溶性聚酯、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚亚烷基二醇类、聚亚烷基二醇的酯类、聚亚烷基二醇的醚类、聚甘油单硬脂酸酯类、聚氧乙烯-丙烯共聚物及它们的衍生物,可以选择它们中的至少一种以上而使用。其中,聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚醚系水溶性树脂作为树脂组合物的成分而更优选。
本发明的第二方式的盖片中,作为形成树脂片的树脂组合物成分而优选的水溶性树脂的另一个类别是纤维素衍生物。需要说明的是,本发明的第二方式中,“纤维素”是指多个β-葡萄糖通过糖苷键键合的高分子化合物,且纤维素的葡萄糖环中的2位、3位、6位的碳原子所键合的羟基没有取代。另外,“纤维素所包含的羟基”是指纤维素的葡萄糖环中的2位、3位、6位的碳原子所键合的羟基。作为前述纤维素衍生物,可列举出例如羟乙基纤维素、羧甲基纤维素。通常地,羟乙基纤维素是纤维素{H-(C6H10O5)n-OH}所包含的羟基的氢原子的至少一部分被〔-(CH2-CH2-O)m-H〕取代的化合物(其中,n、m为1以上的整数),其在水中的溶解度在25℃、1个大气压下至少为0.05g/L。这样的羟乙基纤维素例如是使环氧乙烷加成于纤维素而合成的。
另一方面,羧甲基纤维素是纤维素{H-(C6H10O5)n-OH}所包含的羟基的氢原子的至少一部分被羧甲基〔-CH2-COOH〕取代的化合物(其中,n为1以上的整数),其在水中的溶解度在25℃、1个大气压下至少为0.05g/L。另外,前述羧甲基中的羧基的一部分也可以为钠盐。羧甲基纤维素例如可以使氯乙酸加成于纤维素而得到。
本发明的第二方式的盖片中包含树脂片时,对于能够用作形成树脂片的树脂组合物的成分的非水溶性树脂,没有特别的限定。本发明的第二方式中,非水溶性树脂作为树脂片形成成分、润滑性提高成分等而使用。对于作为树脂片形成成分使用的优选非水溶性树脂,没有特别的限定,可列举出例如氨基甲酸酯系树脂、丙烯酸系树脂、乙酸乙烯酯系树脂、氯乙烯系树脂、聚酯系树脂及它们的共聚物、酚醛树脂、环氧树脂、密胺树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯树脂、醇酸树脂、聚氨基甲酸酯、热固性聚酰亚胺、氰酸酯树脂、环氧树脂、聚酯系树脂。另外,可以从它们中选择至少一种作为树脂片形成成分而使用。另一方面,对于作为润滑性提高成分所使用的优选非水溶性树脂,没有特别的限定,可列举出例如改性聚酰胺、亚乙基双硬脂酰胺、油酰胺、硬脂酰胺、亚甲基双硬脂基酰胺等所例示的酰胺系化合物;月桂酸、硬脂酸、棕榈酸、油酸等所例示的脂肪酸系化合物;硬脂酸丁酯、油酸丁酯、月桂酸乙二醇酯等所例示的脂肪酸酯系化合物;液体石蜡、聚乙烯蜡等所例示的脂肪族烃系化合物;油醇等所例示的高级脂肪族醇;苯乙烯均聚物(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树脂)等所例示的聚苯乙烯系树脂。其中,可以选择至少一种作为润滑性提高成分而使用。进而,本发明的第二方式的盖片中,也可以组合使用树脂片形成成分和润滑性提高成分。
本发明的第二方式的盖片中包含树脂片时,树脂片的厚度可以考虑切削加工对象金属的种类、厚度、切削加工所使用的切削工具的种类、切削方法、开孔加工时使用的钻头直径等而适宜选择。树脂片的厚度优选为0.1~20mm的范围,更优选为0.2~10mm的范围,进而优选为0.5~5mm的范围。前述树脂片的厚度为0.1mm以上时,能够实现切削应力的充分降低,例如进行钻头开孔加工时,对于钻头的负荷变小且能够抑制钻头折损。另一方面,前述树脂片的厚度为20mm以下时,例如进行钻头开孔加工时,树脂组合物对于钻头的卷绕减少而能够抑制树脂片中产生龟裂。特别是,在目标的切削加工中,将树脂片的厚度最优化时,能够抑制树脂组合物发挥切削粉的粘结剂的作用,能够降低切削粉在加工部位的滞留,因此能够抑制加工部位附近的温度上升,能够抑制作为切削加工对象的金属的熔接。即,可以根据切削加工对象、切削方法将树脂片的构成、树脂组合物的成分、树脂片的厚度最优化,由此能够将润滑性和通过加工槽的切削粉的排出最优化。如上所述,本实施方式中,优选适宜控制树脂片的总厚度,也可以将薄的树脂片多张重叠而使用。
本发明的第二方式的盖片中包含树脂片时,树脂片可以是由单层树脂组合物层形成的结构,也可以是由多层树脂组合物层形成的结构,但从特性和操作性提高的理由出发,优选包含将2种以上的树脂组合物层层叠而成的层状结构。这样的本发明的第二方式的盖片中,对于树脂组合物层的组合没有特别限定,从高加工精度、长加工寿命、良好处理性的观点出发,优选将由具有提高切削加工时的润滑性的作用的水溶性树脂、作为润滑性提高成分的非水溶性树脂形成的树脂组合物层与由具有提高位置精度的作用、提高刚性的作用的作为树脂片成分的非水溶性树脂形成的树脂组合物层适宜组合。
本发明的第二方式的盖片中,对于包含使多个树脂组合物层层叠而成的层状结构的树脂片的制造方法,没有特别限定,可列举出:例如在预先制作的包含单层或多层树脂组合物层的树脂片的至少单面上进一步直接形成树脂组合物层的方法。对于在树脂片的单面上形成树脂组合物层的方法,没有特别限定,可列举出如下方法:例如使树脂组合物适宜熔融而制成为液态之后,在作为支撑体的树脂片上涂布制成为液态的树脂组合物,使之冷却、固化而形成树脂组合物层。另外,还可列举出如下方法:使树脂组合物溶解或分散于溶剂中而制成液态之后,在作为支撑体的树脂片上涂布制成为液态的树脂组合物,使之干燥、冷却、固化,从而形成树脂组合物层。对于在作为支撑体的树脂片上形成液态的树脂组合物层的方法,只要是工业上使用的公知方法,则没有特别限定。可列举出:例如利用将树脂组合物溶解或分散于溶剂中并使用棒涂机、凹版辊、模具等涂布的涂布法等形成树脂组合物层的方法;使用辊、捏合机或其他的混炼装置将树脂组合物适宜加热熔融进行混合,用辊法、帘式涂布法等形成树脂组合物层的方法。
作为包含使多个树脂组合物层层叠而成的层状结构的树脂片的其他制造方法,也可以使用如下方法:将包含单层或多层树脂组合物层的树脂片重叠多张,使用树脂进行贴合的方法;利用热层压法进行贴合的方法等。使用树脂进行贴合的方法、利用热的层压法,只要是工业上使用的公知方法,则没有特别的限定。
本发明的第二方式的盖片中包含树脂片时,树脂片可以根据需要配混添加剂。添加剂的种类没有特别限定,可以使用例如表面调整剂、流平剂、抗静电剂、乳化剂、消泡剂、蜡添加剂、偶联剂、流变调节剂、防腐剂、防霉剂、抗氧化剂、光稳定剂、成核剂、有机填料、无机填料、固体润滑剂、增塑剂、柔软剂、热稳定剂、着色剂。
其中,固体润滑剂具有提高盖片的润滑性、延长切削工具的加工寿命的效果,所以本发明的第二方式的盖片中优选树脂片包含固体润滑剂。对于固体润滑剂的种类,只要是具有润滑性的固体,则没有特别的限定。例如优选为石墨、二硫化钼、二硫化钨、钼化合物、聚四氟乙烯、聚酰亚胺等。其中,由于石墨具有适度的硬度而优选,可以优选使用天然石墨、人造石墨、活性炭、乙炔黑、碳黑、胶体石墨、热解石墨、膨胀石墨、鳞片状石墨。其中,鳞片状石墨因其形状、粒径而能够有效地实现降低磨耗的改善,所以特别优选。这些石墨可以单独使用一种,也可以混合两种以上使用。
本发明的第二方式的盖片中,对于将固体润滑剂与树脂组合物组合使用的效果可以如下说明。例如在钻头开孔加工中,树脂组合物和固体润滑剂通过附着于钻头的表面、槽和被切削加工材料的加工孔的侧面而表现出润滑性。此时,与树脂组合物相比较,固体润滑剂的伴随着温度变化的体积和硬度的变化小,因此例如进行钻头开孔加工时,即便钻头、加工部位的温度上升,也能够保持一定的体积和硬度。即,例如进行钻头开孔加工时,固体润滑剂一直存在于钻头与被切削加工材料之间而提高润滑性,能够表现出如轴承的效果,所以具有抑制钻头磨耗的效果。
对于本发明的第二方式的盖片能够使用的固体润滑剂中优选为石墨的理由进行叙述。如果前述固体润滑剂的硬度小,则有时缺乏轴承效果而润滑性降低。另一方面,如果固体润滑剂的硬度大,则例如进行钻头开孔加工时,有产生钻头前端的磨耗加剧、钻头前端的缺损等问题的可能性。因此,作为固体润滑剂,优选具有适度硬度的石墨。
固体润滑剂的用量相对于树脂组合物100重量份,以总计计优选使用5重量份~200重量份,更优选使用10重量份~100重量份,特别优选使用20重量份~100重量份。固体润滑剂的用量为5重量份以上时,充分地发挥出由固体润滑剂带来的润滑效果。另一方面,固体润滑剂的用量为200重量份以下时,具有经济的合理性,在制造上是有利的。
使用本发明的第二方式的盖片时,作为被切削加工材料的金属不限于平面,还有曲面的情况。因此,有时也对本发明的第二方式的盖片要求曲面追随性(柔软性)。本发明的第二方式的盖片以赋予曲面追随性为目的,例如优选在形成树脂片的树脂组合物中根据需要配混增塑剂、柔软剂。作为增塑剂、柔软剂,优选为邻苯二甲酸酯、己二酸酯、偏苯三酸酯、聚酯、磷酸酯、柠檬酸酯、环氧化植物油、癸二酸酯等。通过配混这些增塑剂、柔软剂,在金属曲面配置盖片时,对于树脂片的应力、变形得以减轻,能够抑制树脂片的裂纹。
本发明的第二方式的盖片优选包含金属,该金属更优选为金属箔。
本发明的第二方式的盖片包含树脂片和金属箔时,更优选在树脂片的至少单面具备金属箔。这是因为,使用在树脂片的至少单面具备金属箔的盖片时,例如在进行钻头开孔加工时,由于金属箔的刚性,钻头的定心性提高而能够在设想位置开孔。另外,通过在作为切削加工对象的金属与树脂片之间配置金属箔,还具有防止热熔融的形成树脂片的树脂组合物粘合于加工孔的上部和内部的效果。其中,在树脂片的双面具备金属箔的3层结构的盖片由于能够充分地发挥树脂片的润滑性,因而特别优选。例如进行钻头开孔加工时,若在钻头进入面的最外表层配置有金属箔,则对金属进行切削加工时,能够抑制金属切屑卷绕于钻头并因旋转的切屑导致树脂片被切挖。结果,能够充分地发挥润滑性,降低钻头磨耗的效果提高。
对于本发明的第二方式的盖片能够使用的金属箔的厚度,没有特别的限定,优选为0.05~0.5mm,更优选为0.05~0.3mm。金属箔的厚度为0.05mm以上时,有制造盖片时、开孔加工时的处理性提高的倾向。另一方面,金属箔的厚度为0.5mm以下时,切削加工时产生的切削屑容易排出。
对于本发明的第二方式的盖片能够使用的金属箔的种类,没有特别限定,优选为铝箔。这是因为,作为金属箔使用铝箔时,与作为被切削加工材料的金属相比较,铝箔具有适度的柔软度,因此例如进行钻头开孔加工时,具有钻头旋转而侵入时抑制钻头的芯抖动的效果,其结果,能够对于设定坐标进行正确的开孔。另外,通过抑制旋转的钻头的芯抖动,钻头的移动距离、与被切削加工材料的接触面积变小,所以也具有降低钻头磨耗的效果。
对于作为金属箔使用铝箔时的铝纯度,没有特别限定,纯度优选为95%以上。这是因为,通过金属箔中使用高纯度的铝箔进行例如钻头开孔加工时,能够减少由铝箔包含的杂质导致的钻头缺损、局部磨耗等,从而降低对于钻头的切削负荷。对于这样的铝箔,没有特别限定,可列举出例如JIS-H4160规定的5052、3004、3003、1N30、1N99、1050、1070、1085、1100、8021等。
本发明的第二方式中,对于制作在树脂片的至少单面具备金属箔的盖片的方法,没有特别的限定,可列举出:例如在金属箔的至少单面直接形成单层或多层的树脂组合物层的方法;将预先制作的树脂片和金属箔利用热层压法等进行贴合的方法。对于在金属箔的至少单面直接形成单层或多层树脂组合物层的方法,没有特别的限定,可列举出如下方法:例如使树脂组合物适宜熔融而制成为液态之后,在作为支撑体的金属箔上1次或数次地涂布制成为液态的树脂组合物并使之冷却、固化,从而形成单层或多层的树脂组合物层。另外,还可列举出如下方法:使树脂组合物溶解或分散于溶剂中而制成为液态之后,在作为支撑体的金属箔上1次或数次地涂布制成为液态的树脂组合物并使之干燥、冷却、固化,从而形成单层或多层的树脂组合物层。对于在作为支撑体的金属箔上形成液态的树脂组合物层的方法,只要是工业上使用的公知方法,则没有特别的限定。例如可列举出:利用将树脂组合物溶解或分散于溶剂中并使用棒涂机、凹版辊、模具等进行涂布的涂布法等形成树脂组合物层的方法;使用辊、捏合机或其他的混炼装置将树脂组合物适宜加热熔融进行混合,用辊法、帘式涂布法等形成树脂组合物层的方法。另一方面,作为将树脂片和金属箔利用热层压法进行贴合的方法,只要是工业上使用的公知方法,则没有特别的限定。
制作本发明的第二方式的盖片时,也可以在金属箔与树脂片之间形成粘接层。本发明的第二方式的盖片在金属箔与树脂片之间形成粘接层能够使金属箔与树脂片的密合性良好,因而优选。需要说明的是,本说明书中,将为了使金属箔与树脂片的密合性良好而使用的化合物的层定义为粘接层。只要是粘接层中能够使用的树脂,则没有特别的限定,可以使用例如热塑性树脂、热固性树脂。另外,也可以将它们组合使用。作为优选的热塑性树脂,可列举出:氨基甲酸酯系树脂、丙烯酸系树脂、乙酸乙烯酯系树脂、氯乙烯系树脂、聚酯系树脂及它们的共聚物。另外,作为优选的热固性树脂,可列举出:酚醛树脂、环氧树脂、密胺树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯树脂、醇酸树脂、聚氨基甲酸酯、热固性聚酰亚胺、氰酸酯树脂。其中,更优选环氧树脂、不饱和聚酯系树脂。作为粘接层的厚度,优选为0.001~0.5mm。这是因为,为了使金属箔与树脂片的密合性良好,在该范围能够得到充分的粘接效果。另外,对于形成粘接层的方法,只要是工业上使用的公知方法,也没有特别的限定。可列举出例如:利用将上述树脂溶解或分散于溶剂中并使用棒涂机、凹版辊、模具等进行涂布的涂布法等形成粘接层的方法;使用辊、捏合机或其他的混炼装置将上述树脂适宜加热熔融进行混合,用辊法、帘式涂布法等形成粘接层的方法。另外,作为本发明的第二方式中使用的金属箔,也可以使用在金属箔上涂布有粘接层的市售品。
使用了本发明的第二方式的盖片的切削加工方法中,对于使盖片与作为被切削加工材料的金属密合的方法,没有特别的限定,可列举出:例如将盖片与作为被切削加工材料的金属用卡具(clip)、夹具(jig)物理地固定的方法;使用在与作为被切削加工材料的金属接触的树脂片表面或金属箔表面形成具有粘合性的化合物层(粘合层)的盖片的方法。需要说明的是,本说明书中,将用于固定被切削加工材料的金属与盖片而使用的具有粘合性的化合物的层定义为粘合层。其中,使用在与作为被切削加工材料的金属接触的树脂片表面或金属箔表面形成了粘合层的盖片时,由于不需要利用夹具等进行固定,因而优选。因此,本发明的第二方式的盖片优选在与作为被切削加工材料的金属接触的树脂片表面或金属箔表面形成粘合层。对于粘合层的成分,没有特别的限定,可以使用例如热塑性树脂、热固性树脂。另外,也可以将它们组合使用。作为优选的热塑性树脂,可列举出:氨基甲酸酯系树脂、丙烯酸系树脂、乙酸乙烯酯系树脂、氯乙烯系树脂、聚酯系树脂及它们的共聚物。作为优选的热固性树脂,可列举出酚醛树脂、环氧树脂、密胺树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯树脂、醇酸树脂、聚氨基甲酸酯、热固性聚酰亚胺、氰酸酯树脂。其中,从对于作为被切削加工材料的金属没有胶残留、具有在常温下能够容易粘合的特性出发,更优选为丙烯酸系粘合剂。进而,丙烯酸系粘合剂中,特别优选溶剂型丙烯酸系粘合剂和丙烯酸系乳液型粘合剂(水系)。此处,本说明书中的丙烯酸系粘合剂只要没有特别的限定,是指将聚(甲基)丙烯酸酯和增粘剂作为主要成分的组合物。进而,也可以根据需要向粘合层的成分中添加抗氧化剂等防劣化剂、碳酸钙、滑石、二氧化硅等无机填料。
作为在盖片表面形成粘合层的方法,只要是工业上使用的公知方法,则没有特别的限定。可列举出例如:用辊法、帘式涂布法、喷雾喷出法等形成的方法;使用辊、T模挤出机等形成的方法等。对于该粘合层的厚度,没有特别的限定,可以根据金属的曲率、树脂片和盖片的构成适宜选择最佳厚度。
构成本发明的第二方式的盖片的树脂片层、金属箔、粘接层、粘合层等各层的厚度如下进行测定。首先,使用CROSS-SECTION POLISHER(JEOL Ltd.DATUM Solution Business Operations制CROSS-SECTION POLISHER SM-09010)或超微切片机(Leica公司制EM UC7),将盖片沿着垂直于盖片的方向切断。接着,使用SEM(扫描型电子显微镜、Scanning Electron Microscope、KEYENCE公司制VE-7800)从垂直于切割面的方向进行观察,测定构成盖片的各层的厚度。此时,对于1个视野测定5个部位的厚度,将其平均值作为各层的厚度。
能够使用本发明的第二方式的盖片的切削加工对象,不只限定于金属,也可以是以金属与纤维强化复合材料接触的方式进行重叠的材料。本发明的第二方式的盖片也可以适用于例如对以金属与CFRP等纤维强化复合材料接触的方式进行重叠的材料的共同开孔加工。对于重叠的方式,没有特别的限定。具体而言,可列举出:将金属与纤维强化复合材料使用夹具重叠而固定的方法;将金属与纤维强化复合材料通过粘接层进行重叠而固定的方法等。通常地,已知例如钛合金与CFRP的最佳开孔条件明显不同。例如进行钻头开孔加工时,在钛合金的开孔中,为了抑制钻头的温度上升且抑制钻头的刃的磨耗,适合于低速旋转且高速进给量。特别是,不耐热的金刚石涂层钻头需要这样的开孔条件。另一方面,CFRP的开孔适合于高速旋转且低速进给量。对于这样相反的开孔条件,在实际的加工现场,在钛合金与CFRP的边界改变开孔条件、或在取中庸的相同条件下进行开孔加工。另外,为了防止钻头的温度上升,在飞机用途的钛合金的开孔加工时,也采用一边滴加切削油一边进行加工的方法。其中,特别是对于层叠1张或2张以上使基质树脂浸渗于碳纤维而成的预浸料并进行加热成型或加热加压成型而制造的CFRP这样的碳纤维复合材料,用磨耗加剧了的钻头进行加工时,在压切状态下对碳纤维进行切削,所以容易产生层叠的预浸料之间的层间剥离,结果存在在钻头贯通的出口部容易发生碳纤维的起毛的缺点。但是,通过使用本发明的第二方式的盖片,具有如下效果:例如由于金属切削加工时的钻头磨耗得以抑制,能够极大地缓和由钻头磨耗导致容易对加工孔的品质带来影响的碳纤维复合材料的切削加工的制约。
使用本发明的第二方式的盖片的切削加工方法优选在切削加工时的切削工具进入面配置本发明的第二方式的盖片并进行切削加工。此时,使用包含树脂片的盖片时,优选在切削加工的最外表面以该盖片的树脂片面成为切削工具进入面的方式进行配置,由盖片的树脂片面进行切削加工。另外,对金属与纤维强化复合材料进行共同开孔加工时,优选在将金属与纤维强化复合材料重叠的状态的最外表面上,以该盖片的树脂片面成为切削工具进入面地配置,由盖片的树脂片面进行切削加工。另一方面,使用在树脂片的至少单面具备金属箔的盖片时,优选以要进行切削加工的表面接触该盖片的金属箔的面的方式进行配置,由盖片的最外表面进行切削加工。另外,对金属与纤维强化复合材料进行共同开孔加工时,以将金属与纤维强化复合材料重叠的状态的最外表面接触该盖片的金属箔的面的方式进行配置,由盖片的最外表面进行切削加工。进而,对纤维强化复合材料和/或金属进行切削加工时,特别优选一边使用气体对切削加工部位和/或切削工具进行冷却一边进行切削加工。
本发明人等针对例如使用了钻头的开孔加工中使用包含树脂片的盖片的效果考虑如下。可以认为:通过使用包含树脂片的盖片,包括钻头的槽表面在内的钻头表面和加工孔内的润滑性均提高,钻头的刃所切削的难切削金属中的难切削颗粒容易排出,减轻了与钻头的刃摩擦的频率和程度,其结果,钻头的刃的磨耗得以降低。即,难切削颗粒与钻头的刃摩擦时发生研磨磨耗,因此减轻该研磨磨耗有助于降低钻头的刃的磨耗。需要说明的是,该作用原理对于所有切削工具都说得通。因此,特别是飞机用途等高强度的金属的切削加工中,本发明的第二方式表现出显著的效果。这是因为,飞机用途等的金属为了提高强度而存在含有硬度更高的金属的倾向,在这样的金属的切削加工中,对于有助于降低切削工具的磨耗的本发明的第二方式的盖片成为目前为止不存在的解决手段。
本发明的第三方式是特征在于使用上述盖片对纤维强化复合材料和/或金属进行切削加工的切削加工方法。
本发明的第三方式优选在对纤维强化复合材料和/或金属进行切削加工时,一边使用气体对切削加工部位和/或切削工具进行冷却一边进行切削加工。
本发明的第三方式中,对于作为切削加工对象的金属,只要是通常作为结构材料而使用的金属,则没有特别的限定。对于这样的金属,没有特别的限定,可列举出例如:飞机的机体结构用材料所使用的金属材料。其中,铝合金、镁合金、钛合金、低合金钢、不锈钢、耐热合金这样的强度高的金属优选作为本发明的第三方式的切削加工方法能够适用的切削加工对象的金属。这是因为,强度越高的金属,由切削加工时的摩擦热导致的温度上升的程度越大,因此毛刺的产生量越容易变多,本发明的第三方式的切削加工方法是有效的。作为切削加工对象的金属可以单独使用一种,也可以组合使用2种以上。另外,前述的金属中,钛合金更优选作为本发明的第三方式的切削加工方法能够适用的切削加工对象金属。进而,钛合金中,特别优选由钛、铝和钒构成的强度更高的Ti-6Al-4V。钛合金的特征在于,其与铝合金相比较拉伸强度强2倍,是耐腐蚀性、耐热性也优异的材料,但硬度高且导热率小,因此由摩擦热导致温度上升而带来的毛刺产生量容易变得特别多。因此,在现有的技术中,对钛合金进行开孔加工时,对于切削工具带来大的负荷,因此需要对加工条件、切削工具的形状等进行改良,但本发明的第三方式的切削加工方法中,即便不对加工条件、切削工具的形状动脑筋也能够进行切削加工。
本发明的第三方式的切削加工方法能够适用的切削加工对象并不只限定于金属,可以为纤维强化复合材料,可以为将金属与纤维强化复合材料组合的材料,也可以为以金属与纤维强化复合材料接触的方式进行重叠的材料。本发明的第三方式的切削加工方法也能够适用例如以金属与CFRP等碳纤维复合材料接触的方式进行重叠的材料的共同开孔加工。对于重叠的方式,没有特别的限定。具体而言,可列举出:将金属与纤维强化复合材料使用夹具进行重叠而固定的方法;将金属与纤维强化复合材料通过粘接层进行重叠而固定的方法等。通常已知的是,例如钛合金和CFRP的最佳开孔条件明显不同。例如,进行钻头开孔加工的情况下,钛合金的开孔中,为了抑制钻头温度上升且抑制钻头的刃的磨耗,适合于低速旋转且高速进给量。特别是,不耐热的金刚石涂层钻头需要这样的开孔条件。另一方面,CFRP的开孔适合于高速旋转且低速进给量。对于这样相反的开孔条件,在实际的加工现场,在变更钛合金与CFRP的边界的开孔条件或取中庸的相同条件下进行开孔加工。另外,为了防止钻头的温度上升,在飞机用途的钛合金的开孔加工时,也可以采用一边施加切削油一边进行加工的方法。其中,特别是对于层叠1张或2张以上使基质树脂浸渗于碳纤维而成的预浸料进行加热成型或加热加压成型而制造CFRP这样的碳纤维复合材料,用磨耗加剧了的钻头进行加工时,在压切状态下对碳纤维进行切削,所以容易产生层叠的预浸料之间的层间剥离,结果存在在钻头贯通的出口部容易发生碳纤维的起毛的缺点。但是,通过使用本发明的第三方式的切削加工方法,金属切削时的加工部位和/切削工具的温度上升得以降低,因此来自金属的毛刺量减少、另外对于钻头的负荷降低且钻头磨耗得以抑制,由此具有如下效果:能够极大地缓和由钻头磨耗而容易对加工孔的品质带来影响的碳纤维复合材料的切削加工的制约。
本发明的第三方式的切削加工方法中,要进行前述切削加工的对象为以金属与纤维强化复合材料接触的方式进行重叠的材料,优选以比金属靠近切削工具进入侧的方式配置纤维强化复合材料,并进行切削加工。这样的情况下,本发明的第三方式的切削加工方法的效果会更明显地表现出来。
对于本发明的第三方式的切削加工方法能够适用的切削加工的种类,没有特别的限定,可列举出例如:形成贯通孔、非贯通孔的开孔;切削;切断等。另外,对于切削加工时能够使用的切削工具的种类,没有特别的限定,可列举出例如:钻头、刳刨机、铣刀、端铣刀、侧铣刀等。另外,对于这些切削工具,可以是通常材质的切削工具;也可以是以提高硬度来抑制磨耗为目的而在切削工具的刃尖形成了钛、金刚石、类金刚石碳等的涂膜的特殊切削工具。这是因为,一边使用气体对切削加工部位和/或切削工具进行冷却一边对纤维强化复合材料和/或金属进行切削加工时,在使用了通常材质的切削工具的加工、使用了在切削工具的刃尖形成了钛、金刚石、类金刚石碳等的涂膜的特殊切削工具的加工中的任一加工中,本发明的第三方式的切削加工方法均具有由气体冷加工带来的降低毛刺的效果。
使用了本发明的第三方式的切削加工方法的开孔加工中,能够使用的钻头只要是通常使用的物质,则对于钻头的直径、材质、形状和表面覆膜的有无没有特别的限定。例如,钻头的直径优选为1mmφ以上且10mmφ以下,更优选为飞机用基材的开孔加工中较多使用的2mmφ以上且7mmφ以下。另外,作为钻头的材质,优选为将硬质的金属碳化物粉末烧结而制作的硬质合金。对于这样的硬质合金,没有特别的限定,可列举出例如:将碳化钨和作为粘接剂的钴混合而烧结的金属。为了根据使用目的而进一步提高材料特性,也可以向这样的硬质合金中添加碳化钛、碳化钽等。另一方面,钻头的形状可以根据开孔加工的条件、被加工材料的种类、形状等而适宜选择。对于钻头的形状,没有特别的限定,可列举出例如:钻头的前端角、槽的扭转角、主切削刃的个数等。钻头的表面覆膜可以根据开孔加工的条件、被加工材料的种类、形状等而适宜选择。对于优选的表面覆膜的种类,没有特别的限定,可列举出例如:金刚石涂层、类金刚石涂层、陶瓷涂层等。
针对本发明的第三方式的切削加工方法中,一边使用气体对切削加工部位和/或切削工具进行冷却一边对纤维强化复合材料和/或金属进行切削加工的情况,以下详细地进行说明。本发明的第三方式中,使用气体对切削加工部位和/或切削工具进行冷却的方法,只要是能够对切削加工部位和/或切削工具供给气体的方法,则没有特别的限定。例如,对于切削加工部位和/或切削工具供给压缩气体的方法、通过抽吸切削加工部位/或切削工具附近的气体而从周围对切削加工部位和/或切削工具供给气体的方法可以在本发明的第三方式的切削加工方法中使用。其中,对于切削加工部位和/或切削工具供给压缩气体的方法是简便且合适的。
另外,对于用于向切削加工部位和/或切削工具供给气体的装置,也没有特别的限定。例如,作为对切削加工部位和/或切削工具供给压缩气体的装置,作为优选的装置可列举出:升压至压缩比小于1.1为止的作为鼓风机的风扇、升压至压缩比为1.1以上且小于2.0为止的作为鼓风机的吹风机、升压至压缩比为2.0以上的作为压缩机的压缩器。其中,从能够供给稳定的温度和量的气体出发,特别优选为压缩器。即,本发明的第三方式中,使用气体对切削加工部位和/或切削工具进行冷却的优选方法是使用前述风扇、吹风机、压缩器对切削加工部位和/或切削工具供给气体的方法。其中,使用压缩器对切削加工部位和/或切削工具供给气体的方法是特别优选的方法。
对于用于抽吸切削加工部位/或切削工具附近的气体的装置,也没有特别的限定,只要是工业上所使用的减压装置,则可以在本发明的第三方式的切削加工方法中使用。
如上所述,本发明的第三方式的切削加工方法中,优选为能够对切削加工部位和/或切削工具稳定地供给规定温度、规定气体量的气体的方法,但此时,特别优选对切削加工部位和/或切削工具局部地供给气体。对于这样的方法,没有特别的限定,可列举出例如:在气体供给装置的气体出口安装喷嘴而进行的方法。此时,喷嘴前端的截面积优选为7mm2~2000mm2,更优选为20mm2~1000mm2,特别优选为20mm2~600mm2。喷嘴前端的截面积为7mm2以上时,能够供给的气体量是充分的,或者能够通过气体而冷却至适宜的范围,所以能够充分地发挥本发明的第三方式的冷却效果。另一方面,喷嘴前端的截面积为2000mm2以下时,能够通过气体冷却的范围不会过广而能够进行局部的冷却,从而能够充分地发挥本发明的第三方式的冷却效果。需要说明的是,本实施方式中,气体供给装置的气体出口不仅包括装置主体的气体出口,还包括延长至切削加工部位附近为止的配管、软管类的气体出口。
本发明的第三方式中,对切削加工部位和/或切削工具供给气体时的、气体供给装置的气体出口与切削加工部位和/或切削工具的距离,没有特别的限定,优选为100mm~500mm,更优选为150mm~500mm,特别优选为200mm~400mm。气体供给装置的气体出口与切削加工部位和/或切削工具的距离为100mm以上时,例如在进行钻头开孔加工时,能够降低钻头开孔加工中的切削屑与气体供给装置的气体出口接触而带来的危险。另一方面,气体供给装置的气体出口与切削加工部位和/或切削工具的距离为500mm以下时,能够进行局部的冷却且能够充分地发挥本发明的第三方式的冷却效果。
本发明的第三方式中,对切削加工部位和/或切削工具供给的气体的种类,没有特别的限定,可以使用例如:空气、氮气、非活性气体等。其中,空气因实用而优选。
本发明的第三方式中,对切削加工部位和/或切削工具供给的气体的温度,没有特别的限定,优选为30℃以下,更优选为-50~30℃,进而优选为-15~25℃。该气体的温度为30℃以下时,能够发挥出减少切削加工时切削加工部位和/或切削工具的温度上升的效果,且能够充分地发挥出本发明的第三方式的效果。另一方面,该气体的温度为-50℃以上时,能够抑制因极端冷却而在被切削加工材料、切削工具的表面产生冷凝,且能够抑制被切削加工材料生锈。
本发明的第三方式中,对切削加工部位和/或切削工具供给的气体量,没有特别的限定,优选为5~300L/分钟,更优选为50~250L/分钟,进而优选为80~200L/分钟。该气体的量为5L/分钟以上时,能够发挥出减少切削加工时的切削加工部位和/或切削工具的温度上升的效果,且能够充分地发挥出本发明的第三方式的效果。另一方面,该气体的量为300L/分钟以下时,难以产生相对于气体供给的应力,因此例如进行钻头开孔加工时,能够抑制钻头定心性的降低,且能够容易地进行正确的钻头开孔加工。
本发明的第三方式中,对切削加工部位和/或切削工具供给的气体所包含的水分量,没有特别的限定,优选为20g/m3以下,更优选为15g/m3以下,特别优选为10g/m3以下。对于该气体所包含的水分量的下限,没有特别的限定,例如为0.5g/m3。如果供给的气体所包含的水分量为20g/m3以下,则能够降低切削加工后在被切削加工材料的加工孔附近的水分残留量,因此能够抑制被切削加工材料的生锈、劣化,并且能够提高加工孔的品质。
本发明的第三方式中,对切削加工部位和/或切削工具供给的气体所包含的水分量进行测定的方法,只要是通常的测定方法,则没有特别的限定。具体而言,可列举出:使用干湿计求出气体的相对湿度和温度,使用露点计测定气体中的露点温度(水分量)的方法等。
本发明的第三方式中,对切削加工部位和/或切削工具供给的气体所包含的油分量,没有特别的限定,优选为10mg/m3以下,更优选为8mg/m3以下,特别优选为5mg/m3以下。供给的气体所包含的油分量为10mg/m3以下时,能够降低切削加工后在被切削加工材料的加工孔附近的油分的残留量,因此不需要洗涤工序。另外,即便在不洗涤的情况下,也能够抑制被切削加工材料被油分侵蚀且能够维持加工孔的品质。
本发明的第三方式中,测定对切削加工部位和/或切削工具供给的气体所包含的油分量的方法,只要是通常的测定方法,则没有特别的限定。具体而言,可列举出:使用颗粒计数器(Particle Counter)对气体中的油分的细颗粒数进行测定的方法;使用气体品质测定用检测管(油分量)(602SP、光明理化学工业株式会社制)进行测定的方法等。
本发明的第三方式中,对被切削加工材料的切削加工部位和/或切削工具供给气体的方向,没有特别的限定。例如在进行钻头开孔加工的情况下,可以由钻头的进入面侧对切削加工部位和/或切削工具供给气体,或者也可以由钻头的出口面侧对切削加工部位和/或切削工具供给气体。另外,只要切削加工部位是被切削加工材料的端部,则也可以由被切削加工材料的横向供给气体。其中,由于能够对切削加工部位附近有效地进行冷却,所以更优选能够对切削加工部位和/或切削工具进行直接冷却的由钻头进入面侧供给气体。
如上所述,本发明的第三方式的切削加工方法中,优选一边使用气体对切削加工部位和/或切削工具进行冷却一边进行切削加工。此时,优选组合使用上述盖片进行切削加工。这是因为,不仅能够得到由气体冷却带来的能够降低切削加工部位附近的毛刺量的效果,还能得到通过使用盖片进行例如钻头开孔加工时,降低对于钻头的负荷且抑制钻头磨耗的效果。以下,对于本发明的第三方式的切削加工方法中可优选使用的盖片,具体的地进行说明。
本发明的第三方式的切削加工方法中能够使用的盖片为上述的盖片。作为优选的盖片可列举出例如:包含金属箔的盖片、包含树脂片的盖片、包含金属箔和树脂片的盖片。其理由是,金属箔具有提高工具前端的咬合性的作用是由树脂片的作为构成成分的树脂组合物具有提高润滑性的作用带来的。上述之中,从提高工具前端的咬合性、提高润滑性的观点出发,更优选包含将金属箔与树脂片层叠的层状结构的盖片。
进行切削加工时,盖片可以配置于切削加工的材料中的切削工具的进入面和出口面,但更优选配置于进入面。此时,使用包含树脂片的盖片时,优选在要进行切削加工的最外表面以该盖片的树脂片面成为切削工具进入面的方式进行配置且由盖片的树脂面进行切削加工。另外,使用包含金属箔的盖片时,优选在要进行切削加工的最外表面以该盖片的金属箔面成为切削工具进入面的方式配置,且由盖片的金属箔面进行切削加工。进而,对金属与纤维强化复合材料进行共同开孔加工时,优选在将金属与纤维强化复合材料重叠状态下的最外表面,以该盖片的树脂片面成为切削工具进入面的方式进行配置,且由盖片的树脂片面进行切削加工。另一方面,使用在树脂片的至少单面具备金属箔的盖片时,优选以要进行切削加工的表面接触该盖片的金属箔的面的方式配置,且由盖片的最外表面进行切削加工。另外,对金属与纤维强化复合材料进行共同开孔加工时,优选在将金属与纤维强化复合材料重叠状态下的最外表面,以该盖片的金属箔的面接触的方式配置,且由盖片的最外表面进行切削加工。
在使用了本发明的第三方式的盖片的切削加工方法中,对于将盖片与被切削加工材料(例如金属)密合的方法,没有特别的限定,可列举出例如:将盖片与被切削加工材料(例如金属)用卡具、夹具物理地进行固定的方法;使用在与被切削加工材料(例如金属)接触的树脂片表面或金属箔表面形成了具有粘合性的化合物层(粘合层)的盖片的方法。需要说明的是,本说明书中,将用于固定被切削加工材料(例如金属)与盖片的具有粘合性的化合物的层定义为粘合层。其中,因为不需要利用夹具等进行固定,所以优选使用在与被切削加工材料(例如金属)接触的树脂片表面或金属箔表面形成了粘合层的盖片。因此,本发明的第三方式使用的盖片优选在与被切削加工材料(例如金属)接触的树脂片表面或金属箔表面形成了粘合层的盖片。对于粘合层的成分,没有特别的限定,可以使用例如热塑性树脂、热固性树脂。另外,也可以将它们组合使用。作为优选的热塑性树脂,可列举出:氨基甲酸酯系树脂、丙烯酸系树脂、乙酸乙烯酯系树脂、氯乙烯系树脂、聚酯系树脂及它们的共聚物。作为优选的热固性树脂,可列举出:酚醛树脂、环氧树脂、密胺树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯树脂、醇酸树脂、聚氨基甲酸酯、热固性聚酰亚胺、氰酸酯树脂。其中,从对被切削加工材料(例如金属)没有胶残留、能够在常温下容易地粘合的特性出发,更优选为丙烯酸系粘合剂。进而,丙烯酸系粘合剂中,特别优选溶剂型丙烯酸系粘合剂和丙烯酸系乳液型粘合剂(水系)。此处,只要没有特别的限定,本说明书中的丙烯酸系粘合剂是指将聚(甲基)丙烯酸酯和增粘剂作为主要成分的组合物。进而,也可以根据需要向粘合层的成分中添加抗氧化剂等防劣化剂、碳酸钙、滑石、二氧化硅等无机填料。
作为在盖片表面形成粘合层的方法,只要是工业上使用的公知方法,则没有特别的限定。可列举出例如:用辊法、帘式涂布法、喷雾喷出法等形成的方法;使用辊、T模挤出机等形成的方法等。对于该粘合层的厚度,没有特别限定,可以根据被切削加工材料(例如,金属)的曲率、树脂片和盖片的构成来适宜选择最佳的厚度。
以下,对于本发明的第三方式的切削加工方法中优选的盖片及其制造方法进行叙述。
<包含金属箔的盖片>
本发明的第三方式中,对于包含金属箔的盖片中能够使用的金属箔的厚度,没有特别的限定,优选为0.05~0.5mm,更优选为0.05~0.3mm。金属箔的厚度为0.05mm以上时,制造盖片时、孔加工时的处理性提高。另一方面,金属箔的厚度为0.5mm以下时,切削加工时产生的切削屑的排出变得容易。
本发明的第三方式中,对于包含金属箔的盖片中能够使用的金属箔的种类,没有特别的限定,优选为铝箔。这是因为,作为金属箔使用铝箔时,铝箔与被切削材料相比具有适度的柔软度,因此例如进行钻头开孔加工时,在钻头旋转地侵入时,具有抑制钻头的芯抖动的效果,结果能够对设定坐标进行正确的开孔。另外,通过抑制旋转的钻头的芯抖动,减小钻头与移动距离、被切削材料的接触面积,由此也具有降低钻头磨耗的效果。
对于作为金属箔使用铝箔情况下的铝纯度,没有特别的限定,纯度优选为95%以上。这是因为,通过在金属箔中使用高纯度的铝箔,在例如进行钻头开孔加工时,能够降低由铝箔所包含的杂质导致的钻头缺损、局部磨耗等,且能够降低对于钻头的切削负荷。对于这样的铝箔,没有特别的限定,可列举出例如:JIS-H4160所规定的5052、3004、3003、1N30、1N99、1050、1070、1085、1100、8021等。
本发明的第三方式中,对于包含金属箔的盖片的制造方法,没有特别的限定,可以使用金属箔的通常制造方法。
<包含树脂片的盖片>
对于本发明的第三方式中优选使用的、包含树脂片的盖片的制造方法,没有特别的限定,可列举出如下方法:例如使树脂组合物适宜熔融而制成为液态之后,涂布于支撑体并使之冷却、固化而形成树脂组合物层,之后将支撑体除去或剥离,从而制造包含树脂片的盖片。另外,还可列举出如下方法:使树脂组合物溶解或分散于溶剂中而制成液态之后,涂布于支撑体并使之干燥、冷却、固化而形成树脂组合物层,之后将支撑体除去或剥离,从而制造包含树脂片的盖片。此时,对于支撑体,没有特别的限定,可以适宜使用金属箔、薄膜、金属辊等。对于在支撑体上形成液态的树脂组合物层的方法,只要是工业上使用的公知方法,则没有特别的限定,可列举出:例如将树脂组合物溶解或分散于溶剂中,使用棒涂机、凹版辊、模具等进行涂布的涂布法等而在支撑体上形成树脂组合物层的方法;使用辊、捏合机或其他的混炼装置将树脂组合物适宜加热熔融进行混合,用辊法、帘式涂布法等在支撑体上形成树脂组合物层的方法。另外,除了在前述的支撑体上形成树脂组合物层的方法以外,还可以使用如下方法等:使用辊、捏合机、或其他的混炼装置将树脂组合物适宜加热熔融进行混合,再使用辊、T模挤出机等而不使用支撑体地将树脂组合物形成为期望厚度的树脂组合物层,从而制成树脂片。
如上所述,作为盖片中包含的树脂片所使用的树脂组合物的成分,可以使用水溶性树脂、非水溶性树脂,但本发明的第三方式的切削加工方法能够使用的盖片中,也可以使用水溶性树脂、非水溶性树脂作为树脂组合物的成分。这些树脂具有:作为润滑性提高成分而提高切削加工时的润滑性的作用;作为树脂片形成成分而提高加工性的作用。其中,水溶性树脂具有由树脂所具有的润滑性带来的提高切削加工时的切削屑排出性的效果。另外,将水溶性树脂作为树脂组合物成分的树脂片由于其表面硬度适度的柔软,所以也具有降低工具的加工负荷的效果。进而,能够在加工后容易地去除附着于加工孔的树脂成分。另一方面,使用了非水溶性树脂作为树脂组合物成分的树脂片的特征在于,树脂片的表面硬度比使用了水溶性树脂的树脂片的表面硬度高,因此例如在进行钻头开孔加工时,钻头的咬合性良好而在设想位置开孔。另外,由于树脂片的刚性高,所以处理性也优异。
本发明的第三方式所使用的包含树脂片的盖片中,作为树脂片的树脂组合物成分而优选的水溶性树脂的一个类别是在25℃、1个大气压下在水100g中溶解1g以上的高分子化合物。对于这样的水溶性树脂,没有特别的限定,可列举出例如:聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚环氧丙烷、水溶性氨基甲酸酯、聚醚系水溶性树脂、水溶性聚酯、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚亚烷基二醇类、聚亚烷基二醇酯类;聚亚烷基二醇的醚类;聚甘油单硬脂酸酯类;聚氧乙烯-丙烯共聚物及它们的衍生物,可以从它们中选择至少一种而使用。其中,聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚醚系水溶性树脂更优选作为树脂组合物的成分。
本发明的第三方式中使用的包含树脂片的盖片中,作为树脂片的树脂组合物的成分而优选的水溶性树脂的另一类别是纤维素衍生物。需要说明的是,本发明的第三方式中,“纤维素”是指多个β-葡萄糖通过糖苷键键合的高分子化合物,且纤维素的葡萄糖环中的2位、3位、6位碳原子所键合的羟基没有取代。另外,“纤维素所包含的羟基”是指纤维素的葡萄糖环中的2位、3位、6位的碳原子所键合的羟基。对于前述的纤维素衍生物,没有特别的限定,可列举出例如:羟乙基纤维素、羧甲基纤维素。通常地,羟乙基纤维素是纤维素{H-(C6H10O5)n-OH}所包含的羟基的氢原子的至少一部分被〔-(CH2-CH2-O)m-H〕取代的化合物(其中,n、m为1以上的整数);其在水中的溶解度在25℃、1个大气压下至少为0.05g/L。这样的羟乙基纤维素是例如使环氧乙烷加成于纤维素而合成的。
另一方面,羧甲基纤维素是纤维素{H-(C6H10O5)n-OH}所包含的羟基的氢原子的至少一部分被羧甲基〔-CH2-COOH〕取代的化合物(其中,n为1以上的整数);其在水中的溶解度在25℃、1个大气压下至少为0.05g/L。另外,前述羧甲基中的羧基的一部分也可以为钠盐。羧甲基纤维素可以是例如使氯乙酸加成于纤维素而得到的。
本发明的第三方式所使用的包含树脂片的盖片中,对于可以作为树脂片的树脂组合物成分而使用的非水溶性树脂,没有特别的限定。本发明的第三方式中,非水溶性树脂作为树脂片形成成分、润滑性提高成分等而使用。作为树脂片形成成分而使用的优选非水溶性树脂,没有特别的限定,可列举出例如:氨基甲酸酯系树脂、丙烯酸系树脂、乙酸乙烯酯系树脂、氯乙烯系树脂、聚酯系树脂及它们的共聚物;酚醛树脂、环氧树脂、密胺树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯树脂、醇酸树脂、聚氨基甲酸酯、热固性聚酰亚胺、氰酸酯树脂、环氧树脂、聚酯系树脂。另外,可以从它们中选择至少一种作为树脂成分而使用。另一方面,作为润滑性提高成分而使用的优选非水溶性树脂,可列举出:改性聚酰胺、亚乙基双硬脂酰胺、油酰胺、硬脂酰胺、亚甲基双硬脂基酰胺等所例示的酰胺系化合物;月桂酸、硬脂酸、棕榈酸、油酸等所例示的脂肪酸系化合物;硬脂酸丁酯、油酸丁酯、月桂酸乙二醇酯等所例示的脂肪酸酯系化合物;液体石蜡、聚乙烯蜡等所例示的脂肪族烃系化合物;油醇等所例示的高级脂肪族醇;苯乙烯均聚物(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树脂)等所例示的聚苯乙烯系树脂。其中,可以选择至少一种用作润滑性提高成分。进而,本发明的第三方式中使用的盖片也可以将片形成成分和润滑性提高成分组合使用。
对于本发明的第三方式使用的包含树脂片的盖片中的树脂片的厚度,可以考虑作为加工对象的金属的种类、厚度、切削加工所使用的切削工具的种类、切削方法、开孔加工时使用的钻头直径等而适宜选择。树脂片的厚度优选为0.1~20mm的范围,更优选为0.2~10mm的范围,进而优选为0.5~5mm的范围。树脂片的厚度为0.1mm以上时,能够实现切削应力的充分降低;例如进行钻头开孔加工时,对于钻头的负荷变小且难以产生钻头折损。另一方面,树脂片的厚度为20mm以下时,例如进行钻头开孔加工时,树脂组合物对于钻头的卷绕降低而树脂片难以产生龟裂等。特别是,在目标切削加工中,树脂片的厚度在上述范围内时,能够抑制树脂组合物作为切削粉的粘结剂的作用,从而规避了切削粉在切削加工部位的滞留,因此能够抑制切削加工部位附近的温度上升且能够抑制切削加工对象(例如金属)的熔接。即,根据切削加工对象、切削方法,将树脂片的构成、树脂组合物的成分、树脂片的厚度最佳化,由此能够将润滑性和通过加工槽的切削粉的排出最佳化。如上所述,在本发明的第三方式中,优选适宜控制树脂片的总厚度,也可以将薄的树脂片重叠多张而使用。
本发明的第三方式中使用的包含树脂片的盖片的树脂片,可以是由单层的树脂组合物层形成的结构,也可以是由多层的树脂组合物层形成的结构,但从特性和操作性提高的理由出发,优选包含使2种以上的树脂组合物层层叠而成的层状结构。对于本发明的第三方式中所使用的盖片中的树脂组合物层的组合,没有特别的限定,但从高加工精度、长加工寿命、良好处理性的观点出发,优选将由具有提高加工时的润滑性作用的水溶性树脂、作为润滑性提高成分的非水溶性树脂形成的树脂组合物层与由具有提高位置精度的作用、提高刚性的作用的作为树脂片成分的非水溶性树脂形成的树脂组合物层适宜组合。
本发明的第三方式中使用的包含树脂片的盖片中,对于制造包含使多个树脂组合物层层叠而成的层状结构的树脂片的方法,没有特别的限定,可列举出如下方法:例如在预先制作的包含单层或多层树脂组合物层的树脂片的至少单面进一步直接形成树脂组合物层。对于在树脂片的单面形成树脂组合物层的方法,没有特别的限定,可列举出如下方法:例如使树脂组合物适宜熔融而制成为液态之后,在作为支撑体的树脂片上涂布制成为液态的树脂组合物并使之冷却、固化而形成树脂组合物层的方法。另外,还可列举出如下方法:使树脂组合物溶解或分散于溶剂中制成为液态之后,在作为支撑体的树脂片上涂布制成为液态的树脂组合物并使之干燥、冷却、固化而形成树脂组合物层。对于在作为支撑体的树脂片上形成液态的树脂组合物层的方法,只要是工业上使用的公知方法,则没有特别的限定。例如,将树脂组合物溶解或分散于溶剂中,使用棒涂机、凹版辊、模具等进行涂布的涂布法等形成树脂组合物层的方法;使用辊、捏合机或其他的混炼装置将树脂组合物适宜加热熔融进行混合,用辊法、帘式涂布法等形成树脂组合物层的方法。
作为制造包含使多个树脂组合物层层叠而成的层状结构的树脂片的其它方法,还可列举出:将包含单层或多层的树脂组合物层的树脂片重叠多张,使用树脂进行贴合的方法;利用热层压法进行贴合的方法等。使用树脂进行贴合的方法、利用热层压法只要是工业上使用的公知方法,则没有特别的限定。
本发明的第三方式中使用的包含树脂片的盖片中,可以根据需要在树脂片的树脂组合物中配混添加剂。对于添加剂的种类,没有特别的限定,可以使用例如表面调整剂、流平剂、抗静电剂、乳化剂、消泡剂、蜡添加剂、偶联剂、流变调节剂、防腐剂、防霉剂、抗氧化剂、光稳定剂、成核剂、有机填料、无机填料、固体润滑剂、增塑剂、柔软剂、热稳定剂、着色剂。
其中,因为固体润滑剂具有使盖片的润滑性提高且延长切削工具的加工寿命的效果,所以在本发明的第三方式使用的盖片中,形成树脂片的树脂组合物优选为包含固体润滑剂的树脂组合物。对于固体润滑剂的种类,只要是具有润滑性的固体,则没有特别的限定。优选为例如:石墨、二硫化钼、二硫化钨、钼化合物、聚四氟乙烯、聚酰亚胺等。其中,石墨因具有适度的硬度而优选;可以优选使用:天然石墨、人造石墨、活性炭、乙炔黑、碳黑、胶体石墨、热解石墨、膨胀石墨、鳞片状石墨。其中,鳞片状石墨根据其形状、粒径而谋求有效地实现磨耗降低的改善,所以特别优选。这些石墨可以单独使用一种,也可以混合两种以上使用。
本发明的第三方式中使用的包含树脂片的盖片中,对于将固体润滑剂与树脂组合物组合使用的效果,可以如下进行说明。例如在钻头开孔加工中,树脂组合物和固体润滑剂通过附着于钻头的表面、槽、和被切削加工材料的加工孔的侧面而表现出润滑性。此时,固体润滑剂与树脂组合物相比较,伴随着温度变化的体积和硬度的变化小,因此例如在进行钻头开孔加工时,即便钻头、加工部位的温度上升也能够保持一定的体积和硬度。即,例如进行钻头开孔加工时,固体润滑剂一直存在于钻头与被加工材料之间而提高润滑性,能够表现出如轴承的效果,所以具有抑制钻头磨耗的效果。
对于盖片中能够使用的固体润滑剂中优选石墨的理由进行叙述。如果前述固体润滑剂的硬度小,则缺乏轴承效果而润滑性降低。另一方面,如果固体润滑剂的硬度大,则例如进行钻头开孔加工时有钻头前端的磨耗加剧、钻头前端缺损等问题产生的可能性。因此,作为固体润滑剂,优选具有适度的硬度的石墨。
固体润滑剂的用量相对于树脂组合物100重量份,以总计计优选使用5重量份~200重量份,更优选使用10重量份~100重量份,特别优选使用20重量份~100重量份。固体润滑剂的用量为5重量份以上时,充分地发挥出由固体润滑剂带来的润滑效果。另一方面,固体润滑剂的用量为200重量份以下时,具有经济的合理性,在制造上是有利的。
使用本发明的第三方式中使用的包含树脂片的盖片时,被切削加工材料(例如金属)不限于平面,还有曲面的情况。因此,对于本发明的第三方式中使用的包含树脂片的盖片,也有要求曲面追随性(柔软性)的情况。以对本发明的第三方式中使用的包含树脂片的盖片赋予曲面追随性为目的,优选根据需要向树脂片的树脂组合物中配混增塑剂、柔软剂。作为增塑剂、柔软剂,优选:邻苯二甲酸酯、己二酸酯、偏苯三酸酯、聚酯、磷酸酯、柠檬酸酯、环氧化植物油、癸二酸酯等。通过配混这些增塑剂、柔软剂,在被切削加工材料(例如金属)曲面配置盖片时,对于树脂片的应力、变形得以减轻,从而能够抑制树脂片的裂纹。
<包含金属箔和树脂片的盖片>
本发明的第三方式的切削加工方法中,可以优选使用上述的包含金属箔或树脂片的盖片,但更优选以下记载的、在树脂片的至少单面具备金属箔的盖片。这是因为,使用在树脂片的至少单面具备金属箔的盖片时,例如在进行钻头开孔加工时,由于金属箔的刚性,钻头的定心性提高而能够在设想位置开孔。另外,通过在作为切削加工对象(例如金属)与树脂片之间配置金属箔,还具有防止热熔融的树脂片的树脂组合物粘合于加工孔的上部和内部的效果。其中,包含在树脂片的双面具备金属箔的3层结构的盖片由于能够充分地发挥树脂片的润滑性,因而特别优选。例如进行钻头开孔加工时,在钻头的进入面的最外表层配置有金属箔时,对于切削加工对象(例如金属)进行切削加工时,能够抑制切削加工对象(例如金属)的切屑卷绕于钻头并因旋转的切屑导致树脂片被切挖。结果,能够充分地发挥润滑性,降低钻头磨耗的效果提高。
对于上述的在树脂片的至少单面具备金属箔的盖片,构成其的金属箔和树脂片可以使用上述包含金属箔的盖片的项目、以及包含树脂片的盖片的项目中说明的金属箔、树脂片。另外,树脂片中能够添加的成分也可以使用相同的物质。
本发明的第三方式中,对于制作在树脂片的至少单面具备金属箔的盖片的方法,没有特别的限定,可列举出例如:在金属箔的至少单面直接形成单层或多层的树脂组合物层的方法;将预先制作的树脂片和金属箔用利用热层压法等进行贴合的方法。对于在金属箔的至少单面直接形成单层或多层的树脂组合物层的方法,没有特别的限定,可列举出如下方法例如:使树脂组合物适宜熔融制成为液态之后,在作为支撑体的金属箔上1次或数次地涂布制成为液态的树脂组合物并使之冷却、固化,从而形成单层或多层的树脂组合物层。另外,还可列举出如下方法:使树脂组合物溶解或分散于溶剂中制成为液态之后,在作为支撑体的金属箔上1次或数次地涂布制成为液态的树脂组合物并使之干燥、冷却、固化,从而形成单层或多层的树脂组合物层。对于在作为支撑体的金属箔上形成液态的树脂组合物层的方法,只要是工业上使用的公知方法,则没有特别的限定。可列举出:例如利用将树脂组合物溶解或分散于溶剂中并使用棒涂机、凹版辊、模具等进行涂布的涂布法等形成树脂组合物层的方法;使用辊、捏合机或其他的混炼装置将树脂组合物适宜加热熔融进行混合,用辊法、帘式涂布法等形成树脂组合物层的方法。另一方面,作为将树脂片和金属箔用热层压法进行贴合的方法,只要是工业上使用的公知方法,则没有特别的限定。
本发明的第三方式中,制作在树脂片的至少单面具备金属箔的盖片时,也可以在金属箔与树脂片之间形成粘接层。因为能够使金属箔与树脂片的密合性良好,所以本发明的第三方式中使用的盖片优选在金属箔与树脂片之间形成粘接层。需要说明的是,本说明书中,将用于使金属箔与树脂片的密合性良好而使用的化合物的层定义为粘接层。对于粘接层中能够使用的树脂,没有特别的限定,可以使用例如热塑性树脂、热固性树脂。另外,也可以将它们组合使用。作为优选的热塑性树脂,可列举出:氨基甲酸酯系树脂、丙烯酸系树脂、乙酸乙烯酯系树脂、氯乙烯系树脂、聚酯系树脂及它们的共聚物。另外,作为优选的热固性树脂,可列举出:酚醛树脂、环氧树脂、密胺树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯树脂、醇酸树脂、聚氨基甲酸酯、热固性聚酰亚胺、氰酸酯树脂。其中,更优选环氧树脂、不饱和聚酯系树脂。作为粘接层的厚度,优选为0.001~0.5mm。这是因为,为了使金属箔与树脂片的密合性良好,在该范围能够得到充分的粘接效果。另外,对于形成粘接层的方法也是,只要是工业上使用的公知方法,则没有特别的限定,可列举出例如:利用将上述树脂溶解或分散于溶剂中并使用棒涂机、凹版辊、模具等进行涂布的涂布法等形成粘接层的方法;使用辊、捏合机或其他的混炼装置将上述树脂适宜加热熔融进行混合,用辊法、帘式涂布法等形成粘接层的方法。另外,作为本发明的第三方式中使用的金属箔,也可以使用金属箔涂布有粘接层的市售品。
本实施方式的贯通孔是通过上述的切削加工方法形成的贯通孔。通过用上述切削加工方法进行例如钻头开孔加工,形成的贯通孔的出口部的毛刺高度的最大值为0.3mm或0.2mm以下,平均值为0.1mm以下或0.08mm以下,标准偏差为0.1mm以下或0.05mm以下。进而,该毛刺高度的特征在于,只要钻头的主切削刃没有完全消失,则即便每一根钻头的累积加工孔数增加也看不到极端的毛刺的高度增加。
构成盖片的树脂片层、金属箔、粘接层、粘合层等各层的厚度如下进行测定。首先,使用CROSS-SECTION POLISHER(JEOL Ltd.DATUM Solution Business Operations制CROSS-SECTION POLISHER SM-09010)或超微切片机(Leica公司制EM UC7),将盖片沿着垂直于盖片的方向切断。接着,使用SEM(扫描型电子显微镜,Scanning Electron Microscope、KEYENCE公司制VE-7800),沿着垂直于切割面的方向进行观察,测定构成盖片的各层的厚度。此时,对于1个视野测定5个部位的厚度,将其平均值作为各层的厚度。
本实施方式的纤维强化复合材料的制造方法包括通过上述切削加工方法对纤维强化复合材料进行切削加工的工序。另外,本实施方式的金属的制造方法包括通过上述的切削加工方法对金属进行切削加工的工序。
实施例
以下,示出实施例和比较例对本发明具体地进行说明。需要说明的是,下述的实施例仅示出了本发明的实施方式的一例,本发明不限定于它们。
表1-1中示出:实施例1-1~1-9的盖片的制造中所使用的树脂成分等、实施例1-1~1-9和比较例1-1~1-5中进行了开孔加工的材料、用于评价的装置等的规格。
[表1-1]
<盖片的制作例>
(片1-A的制作)
针对聚乙二醇·对苯二甲酸二甲酯缩聚物(パオゲンPP-15、第一工业制药株式会社制)30重量份、聚氧乙烯单硬脂酸酯(ノニオンS-40、日本油脂株式会社制)70重量份,使用双向捏合机在温度150℃的氮气环境中进行混炼,得到混炼物。通过将得到的混炼物用挤出机进行成型,制成作为厚度0.2mm的树脂片的片1-A。
(片1-B的制作)
针对聚乙二醇·对苯二甲酸二甲酯缩聚物(パオゲンPP-15、第一工业制药株式会社制)20重量份、聚环氧乙烷(アルトップMG150、明成化学工业株式会社制)20重量份、聚氧乙烯单硬脂酸酯(ノニオンS-40、日本油脂株式会社制)60重量份、石墨(X-100、伊藤黑铅工业株式会社)50重量份,使用双向捏合机在温度150℃的氮气环境中进行混炼,得到混炼物。通过对得到的混炼物用挤出机进行成型,制成厚度0.2mm的树脂片。另行准备:在厚度0.15mm的铝箔(1N30-H18、Mitsubishi Aluminum Co.,Ltd.制)的单面形成了厚度0.01mm的聚酯系树脂层(バイロナールMD-1200、东洋纺绩株式会社制)作为粘接层的物质。在该形成了粘接层的铝箔上,将上述制成的树脂片重叠5张,使用层压装置(OHL-2400、ONC Inc.制)在150℃的温度下进行热层压而层叠一体化,从而制作片1-B。
(片1-C的制作)
针对聚乙二醇·对苯二甲酸二甲酯缩聚物(パオゲンPP-15、第一工业制药株式会社制)20重量份、聚环氧乙烷(アルトップMG150、明成化学工业株式会社制)20重量份、聚氧乙烯单硬脂酸酯(ノニオンS-40、日本油脂株式会社制)60重量份,使用双向捏合机在温度150℃的氮气环境中进行混炼,得到混炼物。通过对得到的混炼物用挤出机进行成型,制成厚度0.2mm的树脂片。另行准备:在厚度0.15mm的铝箔(1N30-H18、Mitsubishi Aluminum Co.,Ltd.制)的单面形成了厚度0.01mm的聚酯系树脂层(バイロナールMD-1200、东洋纺绩株式会社制)作为粘接层的物质。在该形成了粘接层的铝箔上,将上述制成的树脂片重叠5张,进而在最上部层叠同样的铝箔。此时,以树脂片与铝箔表面的粘接层接触的方式进行配置,使用层压装置(OHL-2400、ONC Inc.制),在150℃的温度下进行热层压而层叠一体化,从而制作片1-C。
(片1-D的制作)
针对聚乙二醇·对苯二甲酸二甲酯缩聚物(パオゲンPP-15、第一工业制药株式会社制)20重量份、聚环氧乙烷(アルトップMG150、明成化学工业株式会社制)20重量份、聚氧乙烯单硬脂酸酯(ノニオンS-40、日本油脂株式会社制)60重量份、石墨(X-100、伊藤黑铅工业株式会社)50重量份,使用双向捏合机在温度150℃的氮气环境中进行混炼,得到混炼物。通过对得到的混炼物用挤出机进行成型,制成厚度0.2mm的树脂片。另行准备:在厚度0.15mm的铝箔(1N30-H18、Mitsubishi Aluminum Co.,Ltd.制)的单面形成了厚度0.01mm的聚酯系树脂层(バイロナールMD-1200、东洋纺绩株式会社制)作为粘接层的物质。在该形成了粘接层的铝箔上,将上述制成的树脂片重叠5张,进而在最上部层叠同样的铝箔。此时,以树脂片与铝箔表面的粘接层接触的方式进行配置,使用层压装置(OHL-2400、ONC Inc.制),在150℃的温度下进行热层压而层叠一体化,从而制作片1-D。
(关于片1-E)
将厚度0.15mm的铝箔(1N30-H18、Mitsubishi Aluminum Co.,Ltd.制)作为片1-E。
<实施例1-1~1-9>
用夹具将如上述制作的各片固定在被切削加工材料的切削工具(硬质合金钻头)进入面。对于实施例1-2~1-9,以被切削加工材料的切削加工面与盖片的铝箔接触的方式进行配置。利用硬质合金钻头的切削加工条件以转速为5000rpm、进给速度为500mm/分钟、其它为表1-2所示的条件进行开孔加工。关于实施例1-1,对于推力、切削扭矩、钻头的磨耗量、孔的内径、孔的内径推移进行评价。将该评价结果示于表1-3。关于实施例1-2~1-9,对于孔的内壁粗糙度、钻头的磨耗量进行评价。将该评价结果示于表1-4。
<比较例1-1~1-6>
除了不在被切削加工材料的切削加工面配置片以外,与实施例1-1~1-6同样地进行开孔加工。开孔条件如表1-2所示。与实施例1-1同样地,关于比较例1-1,对于推力、切削扭矩、钻头的磨耗量、孔的内径、孔的内径推移进行评价。将该评价结果示于表1-3中。关于比较例1-2~1-6,对于孔的内壁粗糙度、钻头的磨耗量进行评价。将该评价结果示于表1-4。
[表1-2]
[表1-3]
[表1-4]
将表1-3的实施例1-1和比较例1-1的结果分评价项目地示于图1-1~图1-4中。可以确认:在进行切削加工时,通过将实施例1-1中列举的树脂片配置于被切削加工材料的钻头进入面,钻头的垂直方向上施加的切削应力(推力)的最大值降低了10%左右。另外可以确认:在进行切削加工时,通过将实施例1-1中列举的树脂片配置于被切削加工材料的钻头进入面,钻头的旋转方向上施加的切削应力(切削扭矩)降低了50%左右。进而可以确认:在进行切削加工时,通过将实施例1-1中列举的树脂片配置于被切削加工材料的钻头进入面,这些垂直方向、旋转方向上施加的切削应力降低,对于钻头的负荷降低,钻头磨耗降低了30%以上。可以推测其有利于降低加工孔出口侧的毛刺(毛羽)、降低CFRP层间剥离。
另外,可以确认:在进行切削加工时,通过将实施例1-1中列举的树脂片配置于被切削加工材料的钻头进入面,相对于钻头行进方向的孔的内径均匀性优异,并且增加切削加工孔数时的孔的内径均匀性优异。由此可以判断:通过将树脂片配置于被切削加工材料的钻头进入面,钻头磨耗得以降低,由此能够均匀且高品质地进行开孔。由此可以推测:使用螺栓、铆钉等联接元件将CFRP固定于结构体时,不用费力气就能将联接元件压入,因此有助于降低CFRP层间剥离。
将表1-4的实施例1-2~1-9和比较例1-2~1-6的结果分评价项目地示于图1-5~图1-7中。可以确认:在进行切削加工时,通过将实施例1-2~1-8中列举的树脂片配置于被切削加工材料的钻头进入面,孔的内壁粗糙度变小,并且钻头的磨耗量也变小。另外可以确认:即便在使用实施例1-9中列举的铝箔单体时,同样地内壁粗糙度也变小,并且钻头的磨耗量也变小。通过减小这些孔的内壁粗糙度,CFRP中的被切削加工的孔的品质提高,进而通过减小钻头磨耗量,能够增加平均一个钻头可切削加工的孔数。
<评价方法>
1)推力和切削扭矩的测定
推力和切削扭矩通过设置于被切削加工材料(CFRP)的试验片保持器下面的共和电业株式会社的六分力动力计进行测量。测定钻头贯通CFRP试验片时的作用于六分力计的3轴方向的力和3轴方向的力矩,通过AD转换器将数据存储于个人计算机中,分别测量相对于钻头的轴的轴方向阻力和轴方向扭矩,作为推力和切削扭矩。
2)钻头的磨耗量的测定
利用激光显微镜(KEYENCE CORPORATION.制)取得钻头侧面的图像,在图像上测量钻头刃尖后隙面中的磨耗截面积,并乘以钻头后隙面的磨耗长度,由此计算出磨耗体积。
3)孔的内径的测定
CFRP的孔内径使用内径用电子测微计,根据其与标准试验片的偏差以1·m的分辨率进行测量。孔内径在钻头开孔加工中的入口部、中央部和出口部是不同的,因此对于12.5mm的板厚而言,在自入口起3mm、自入口起6.3mm、自入口起9.5mm的深度位置测定内径,将它们分别定义为入口部、中央部和出口部的内径而进行测量。
表2-1中示出实施例2-1~2-9和比较例2-1~2-3中使用的树脂成分、固体润滑剂、金属箔、被切削加工材料、切削工具等的规格。
[表2-1]
<钻头磨耗量的评价方法>
实施例2-1~2-9和比较例2-1~2-3的钻头磨耗量如下进行评价。
(1)钻头前端主切削刃的剩余面积
将附着于钻头前端部的切削加工屑等污垢去除之后,使用V-LASER显微镜(VK-9600、KEYENCE CORPORATION.制),对于开孔加工后的钻头前端进行拍摄。接着,使用分析软件(VK_Analyzer版本1.2.0.2、KEYENCE CORPORATION.制),计算出从钻头的前端方向观察时的、钻头主切削刃的第2面和第3面中的无磨耗部分的面积,将其作为钻头前端主切削刃剩余面积。
(2)相对于新品钻头的主切削刃剩余量
相对于新品钻头的主切削刃剩余量是指:将新品钻头的前端主切削刃面积设为100时的、切削加工后的钻头主切削刃的无磨耗部分的面积残留比例。
<盖片的制作例>
(片2-A的制作)
针对聚环氧乙烷(アルトップMG150、明成化学工业株式会社制)40重量份、聚乙二醇(PEG4000S、三洋化学株式会社制)50重量份、聚乙二醇·聚丙二醇共聚物(Blaunon P174、青木油脂工业株式会社制)10重量份,使用双向捏合机在温度150℃的氮气环境中进行混炼,得到混炼物。通过对得到的混炼物用挤出机进行成型,制成厚度0.2mm的树脂片。将该树脂片重叠5张,使用层压装置(OHL-2400、ONC Inc.制)在150℃的温度下进行热层压而层叠一体化,从而制成作为盖片的片2-A。
(片2-B的制作)
针对聚环氧乙烷(アルトップMG150、明成化学工业株式会社制)40重量份、聚乙二醇(PEG4000S、三洋化学株式会社制)50重量份、聚乙二醇·聚丙二醇共聚物(BlaunonP174、青木油脂工业株式会社制)10重量份,使用双向捏合机在温度150℃的氮气环境中进行混炼,得到混炼物。通过对得到的混炼物用挤出机进行成型,制成厚度0.2mm的树脂片。另行准备:在厚度0.15mm的铝箔(1N30-H18、Mitsubishi Aluminum Co.,Ltd.制)的单面形成了厚度0.01mm的聚酯系树脂层(バイロナールMD-1200、东洋纺绩株式会社制)作为粘接层的物质。在该形成了粘接层的铝箔上,将上述制成的树脂片重叠5张,进而在最上部层叠同样的铝箔。此时,以树脂片与铝箔表面的粘接层接触的方式进行配置,使用层压装置(OHL-2400、ONC Inc.制),在150℃的温度下进行热层压而层叠一体化,从而制成作为盖片的片2-B。
(片2-C的制作)
针对聚环氧乙烷(アルトップMG150、明成化学工业株式会社制)10重量份、聚乙二醇(PEG4000S、三洋化学株式会社制)40重量份、石墨(X-100、伊藤黑铅工业株式会社)50重量份,使用双向捏合机在温度150℃的氮气环境中进行混炼,得到混炼物。通过对得到的混炼物用挤出机进行成型,制成厚度0.2mm的树脂片。另行准备:在厚度0.15mm的铝箔(1N30-H18、Mitsubishi Aluminum Co.,Ltd.制)的单面形成了厚度0.01mm的聚酯系树脂层(バイロナールMD-1200、东洋纺绩株式会社制)作为粘接层的物质。在该形成了粘接层的铝箔上,将上述制成的树脂片重叠5张,进而在最上部层叠同样的铝箔。此时,以树脂片与铝箔表面的粘接层接触的方式进行配置,使用层压装置(OHL-2400、ONC Inc.制),在150℃的温度下进行热层压而层叠一体化,从而制成作为盖片的片2-C。
(片2-D的制作)
针对聚环氧乙烷(アルトップMG150、明成化学工业株式会社制)10重量份、聚乙二醇(PEG4000S、三洋化学株式会社制)40重量份、石墨(X-100、伊藤黑铅工业株式会社)50重量份,使用双向捏合机在温度150℃的氮气环境中进行混炼,得到混炼物。通过对得到的混炼物用挤出机进行成型,制成厚度0.2mm的树脂片。另行准备:在厚度0.15mm的铝箔(1N30-H18、Mitsubishi Aluminum Co.,Ltd.制)的单面形成了厚度0.01mm的聚酯系树脂层(バイロナールMD-1200、东洋纺绩株式会社制)作为粘接层的物质。在该形成了粘接层的铝箔上,将上述制成的树脂片重叠15张,进而在最上部层叠同样的铝箔。此时,以树脂片与铝箔表面的粘接层接触的方式进行配置,使用层压装置(OHL-2400、ONC Inc.制),在150℃的温度下进行热层压而层叠一体化,从而制成作为盖片的片2-D。
<实施例2-1~2-9>
用夹具将如上述制作的各盖片固定在被切削加工材料的切削工具(硬质合金钻头)进入面,在表2-2所示的条件下进行开孔加工。需要说明的是,对于实施例2-2~2-9,以被切削加工材料的切削加工面与盖片的铝箔接触的方式进行配置。对于开孔加工后的钻头的磨耗量进行评价。将该评价结果示于表2-3。另外,对于实施例2-5~2-7,一边使用喷嘴前端部的截面积为31.7mm2的喷嘴由距离切削加工部位为300mm的位置以155L/分钟对切削加工部位供给用压缩器压缩了的25℃的空气,一边进行切削加工(空气冷却切削加工)。需要说明的是,实施例2-9中,以作为切削加工对象的钛合金板与碳纤维强化塑料(CFRP)接触的方式进行重合,以CFRP比钛合金板靠近切削工具进入侧的方式配置,进行切削加工。
<比较例2-1~2-2>
除了未在被切削加工材料的切削加工面配置盖片以外,与实施例2-3~2-4同样地进行开孔加工。开孔条件如表2-2记载。与实施例2-3~2-4同样地,对于钻头的磨耗量进行评价。将该评价结果示于表2-3。
<比较例2-3>
除了未在被切削加工材料的切削加工面配置盖片、且使用切削油进行加工(切削油加工)以外,与实施例2-4同样地进行开孔加工。开孔条件记载于表2-2。与实施例2-4同样地进行钻头的磨耗量的评价。将该评价结果示于表2-3。需要说明的是,此处,切削油加工是指:进行切削加工时,一边以18L/分钟的流量持续地对钻头和开孔加工部位供给切削油,一边进行切削加工。
[表2-2]
[表2-3]
将表2-2的实施例2-1~2-9和比较例2-1~2-3中的开孔加工后的钻头前端照片示于图2-1~2-3。另外,将新品钻头主切削刃的面积设为100时的钻头主切削刃的剩余量示于图4中。可知:在进行开孔加工时,通过使用实施例2-1~2-9中列举的包含树脂片的盖片,主切削刃剩余量为64~98%,大于不使用树脂片时的5~51%。由这些数值可知:实施例2-1~2-9中列举的包含树脂片的盖片对于抑制钻头磨耗具有很大的效果。
表3-1中示出了实施例3-1~3-4和比较例3-1~3-2中使用的树脂成分、固体润滑剂、金属箔、被切削加工材料、切削工具等的规格。
[表3-1]
另外,实施例3-1~3-4和比较例3-1~3-2中,钻头出口侧的切削加工孔周围的毛刺高度、钻头磨耗量(钻头前端主切削刃剩余面积、相对于新品钻头的主切削刃剩余量)如下评价。
(1)钻头出口侧的切削加工孔周围的毛刺高度
对于切削加工后的贯通孔的钻头出口面,使用V-LASER显微镜(VK-9700、KEYENCE CORPORATION.制)进行拍摄。对于拍摄的数据使用分析软件(VK_Analyzer版本1.2.0.2、KEYENCE CORPORATION.制)测量钻头出口侧的切削加工孔周围的毛刺高度。此时,对于随机选择的10处测定毛刺的高度,求出最大值、平均值、标准偏差。
(2)钻头前端主切削刃剩余面积
去除附着于钻头前端部的切削加工屑等污垢之后,使用V-LASER显微镜(VK-9600、KEYENCE CORPORATION.制)对开孔加工后的钻头前端进行拍摄。接着,使用分析软件(VK_Analyzer版本1.2.0.2、KEYENCE CORPORATION.制),计算出从钻头的前端方向观察时的、钻头主切削刃的第2面和第3面中的无磨耗部分的面积,将其作为钻头前端主切削刃剩余面积。
(3)相对于新品钻头的主切削刃剩余量
相对于新品钻头的主切削刃剩余量是将新品钻头的前端主切削刃的面积设为100时的、切削加工后的钻头主切削刃的无磨耗部分的面积残留比例。
<参考例3-1>
对于厚度3.0mm的钛合金板(飞机用途同等材料(TI6AL4VELI)),使用直径6mm的钻头(前端角度:120°、扭转角度:40°、无表面涂层),连续地在平均1根为100孔的条件下进行开孔加工。此时,一边使用喷嘴前端部的截面积为31.7mm2的喷嘴由距离开孔加工部位为300mm的位置以155L/分钟对开孔加工部位供给用压缩器压缩的25℃的空气,一边进行开孔加工(空气冷却开孔加工)。在表3-2所示的加工条件下进行开孔加工,分开口加工孔数地测定开孔加工后的钛合金板的钻头出口侧的、开孔加工孔周围的毛刺高度的最大值。将该测定结果示于表3-3。另外,将第10孔、第50孔、第100孔的毛刺高度的最大值、平均值、标准偏差示于表3-4。
<实施例3-2>
针对聚环氧乙烷(アルトップMG150、明成化学工业株式会社制)10重量份、聚乙二醇(PEG4000S、三洋化学株式会社制)40重量份、石墨(X-100、伊藤黑铅工业株式会社)50重量份,使用双向捏合机在温度150℃的氮气环境中进行混炼,得到混炼物。通过对得到的混炼物用挤出机进行成型,制成厚度0.2mm的树脂片。另行准备:在厚度0.15mm的铝箔(1N30-H18、Mitsubishi Aluminum Co.,Ltd.制)的单面形成了厚度0.01mm的聚酯系树脂层(バイロナールMD-1200、东洋纺绩株式会社制)作为粘接层的物质。在该形成了粘接层的铝箔上,将上述制成的树脂片重叠5张,进而在最上部层叠同样的铝箔。此时,以树脂片与铝箔表面的粘接层接触的方式进行配置,使用层压装置(OHL-2400、ONC Inc.制),在150℃的温度下进行热层压而层叠一体化,从而制成作为盖片的片3-A。
将得到的片3-A配置于钛合金板的钻头进入面,在与参考例3-1相同的条件下进行开孔加工,分开孔加工孔数地测定开孔加工后的钛合金板的钻头出口侧的、开孔加工孔周围的毛刺高度的最大值。将该测定结果示于表3-3。另外,将第10孔、第50孔、第100孔中的毛刺高度的最大值、平均值、标准偏差示于表3-4。进而,将加工100孔后的钻头磨耗量的评价结果示于表3-5。
<实施例3-3>
与实施例3-2同样地制作片3-A。将得到的片3-A配置于厚度3.0mm的钛合金板(飞机用途同等材料(TI6AL4VELI))的钻头进入面。对于配置了该片3-A的钛合金板,使用直径6mm的钻头(前端角度:120°、扭转角度:40°、无表面涂层)连续地在平均1根为100孔的条件下进行开孔加工。此时,一边使用喷嘴前端部的截面积为31.7mm2的喷嘴由距离开孔加工部位为300mm的位置,以155L/分钟对开孔加工部位供给用压缩器压缩的-3.5℃的空气,一边进行开孔加工(空气冷却开孔加工)。在表3-2所示的加工条件下进行开孔加工,分开孔加工孔数地测定开孔加工后的钛合金板的钻头出口侧的、开孔加工孔周围的毛刺高度的最大值。将该测定结果示于表3。另外,将第10孔、第50孔、第100孔中的毛刺高度的最大值、平均值、标准偏差示于表3-4。
<实施例3-4>
与实施例3-2同样地制作片3-A。将得到的片3-A配置于厚度3.0mm的钛合金板(飞机用途同等材料(TI6AL4VELI))的钻头进入面。对于配置了该片3-A的钛合金板,使用直径6mm的钻头(前端角度:120°、扭转角度:40°、无表面涂层)连续地在平均1根为100孔的条件下进行开孔加工。此时,一边使用喷嘴前端部的截面积为31.7mm2的喷嘴由距离开孔加工部位为300mm的位置,以155L/分钟对开孔加工部位供给用压缩器压缩了的-25.5℃的空气,一边进行开孔加工(空气冷却开孔加工)。在表3-2所示的加工条件下进行开孔加工,分开孔加工孔数地测定开孔加工后的钛合金板的钻头出口侧的、加工孔周围的毛刺高度的最大值。将该测定结果示于表3-3。另外,将第10孔、第50孔、第100孔中的毛刺高度的最大值、平均值、标准偏差示于表3-4。
<比较例3-1>
针对厚度3.0mm的钛合金板(飞机用途同等材料(TI6AL4VELI))进行开孔加工时,除了不对开孔加工部位供给空气以外,与参考例3-1同样地进行开孔加工。分开孔加工孔数地测定开孔加工后的钛合金板的钻头出口侧的、加工孔周围的毛刺高度的最大值。将该测定结果示于表3-3。另外,将第10孔、第50孔、第100孔中的毛刺高度的最大值、平均值、标准偏差示于表3-4。进而,将加工100孔后的钻头磨耗量的评价结果示于表3-5。
<比较例3-2>
针对厚度3.0mm的钛合金板(飞机用途同等材料(TI6AL4VELI))进行加工时,对开孔加工部位供给切削油(SOLEX SM-70、SOTANI OIL.CO.,LTD制)来代替供给空气,并且与参考例3-1同样地进行开孔加工。分开孔加工孔数地测定开孔加工后的钛合金板的钻头出口侧的、加工孔周围的毛刺高度的最大值。将该测定结果示于表3-3。另外,将第10孔、第50孔、第100孔中的毛刺高度的最大值、平均值、标准偏差示于表3-4。进而,将加工100孔后的钻头磨耗量的评价结果示于表3-5。
[表3-2]
[表3-3]
[表3-4]
[表3-5]
将参考例3-1、实施例3-2~3-4、比较例3-1~3-2中的加工后的钛合金板的钻头出口侧的开孔加工孔周围的毛刺照片示于图3-1,将测量的毛刺高度示于表3-3和图3-2。另外,将实施例3-2、比较例3-1、比较例3-2中的开孔加工后的钻头前端照片示于图3-3。由参考例3-1可知:进行开孔加工时,通过一边用气体进行冷却一边进行开孔加工,钛合金板的钻头出口侧的开孔加工孔周围的毛刺高度降低。另外,由实施例3-2可知:一边使用气体进行冷却一边进行开孔加工时,如果进一步在钻头进入面配置盖片来进行加工,则毛刺高度进一步降低。另一方面,没有利用气体冷却地进行开孔加工的比较例3-1中,毛刺的高度超过1000μm。其与一边利用气体进行冷却一边进行开孔加工时比较最大为20倍的数值。由此可知:通过一边利用气体进行冷却一边进行开孔加工,开孔加工时的钛合金板的蓄热得以降低,其结果,钻头出口侧的加工孔附近的金属不会延展,形成贯通孔。
另一方面,如比较例3-2那样地使用切削油时,与利用气体进行冷却的开孔加工同样地,钛板合金的钻头出口的毛刺得以抑制。但是可知:与利用气体进行冷却的开孔加工相比较,毛刺高度的标准偏差增大。进而,在开孔加工后,钛合金板被切削油污染,因此必须利用溶剂进行洗涤。
进而,由实施例3-2可知:在利用气体进行冷却的同时使用盖片的情况下,钛板合金的钻头出口的毛刺得以抑制,并且还具有抑制钻头磨耗的效果。可以认为,这是由于盖片的树脂组合物具有润滑性。详细而言,可以认为:由于树脂组合物的存在,包括钻头的槽表面在内的钻头表面和加工孔内的润滑性均提高,钻头的刃所切削的难切削金属中的难切削颗粒容易排出,与钻头的刃进行摩擦的频率和程度能够减轻,因此,结果钻头的刃的磨耗得以降低。由比较例3-2可知:单纯地使用切削油时,缺乏润滑效果,所以钻头前端的磨耗加剧。
产业上的可利用性
使用本发明的盖片对纤维强化复合材料(例如CFRP)进行切削加工(例如开孔加工)的方法与现有的机械加工中对于这些难切削材料而言无法获得良好孔品质的方法相比,能够得到良好的孔品质、并且能够延长加工钻头的寿命。因此,能够有效地适用于最近作为飞机的结构材料而备受关注的CFRP,因此可以期待扩大利用于CFRP,产业上的可利用性极高。
另外,使用本发明的盖片对金属进行切削加工(例如开孔加工)的方法与现有的机械加工中对于这些难切削材料而言平均1根钻头可加工的孔数少相比,能够延长钻头的寿命。另外,现有的湿式加工中,因被加工材料的污染、清扫工序的负荷等导致生产率降低;而本发明中,通过使用盖片进行加工而能够实现干式加工,能够降低加工成本,因此产业上的可利用性极高。
进而,与现有的湿式切削加工相比较,使用本发明的切削加工方法对纤维强化复合材料和/或金属进行切削加工(例如开孔加工)的方法有助于提高生产率。现有的湿式加工中,因被加工材料的污染、清扫工序的负荷等导致生产率降低,而本发明的切削加工方法通过进行气体冷却加工、或者将气体冷却加工与盖片组合使用,从而能够实现干式加工,能够降低加工成本,因此产业上的可利用性极高。