Establishment of multi-scale evaluation method for thermoplastic carbon fiber reinforced plastics and investigation of machinability and free-cutting property

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本研究課題において初年度にあたる２０２２年度（令和４年度）は，切削加工により得られる熱可塑性炭素繊維強化樹脂材料の新生面を適切に評価可能な品質評価手法を検討した（取組事項①）．加えて，ナノ・ミクロレベルにおける切れ刃と被削材間で生じる諸現象を理論的に評価できるモデルを作成するために分子動力学法を用いた材料除去機構の単純なモデル化を試みた（取組事項②）．さらに，切削加工により高品位な仕上げ面を得るために求められる，仕上げ面創成機構について，エンドミル加工を対象とした実験的検討を進めた（取組事項③）．以下に各取組事項の概要をそれぞれ示す．取組事項①：本取り組みでは，切削加工により形状創成された炭素繊維強化樹脂の適切な品質評価を実現するために，短冊状の薄板試験片に対し，中央部にドリル加工を施したうえで，その両端を固定して引張荷重を付与することで，破断に至るまでの荷重変化挙動からの評価を試みた．取組事項②：炭素繊維強化樹脂材料の切削加工において，切れ刃先端と被削材界面で生じるナノ・ミクロレベルでの現象を理論的に紐解くために，分子動力学法を用いて，切れ刃先端を模擬した圧子状の工具材料が，炭素繊維強化樹脂材料を模したグラフェンシートの積層材に強制的に侵入した際の，材料変形挙動のシミュレーションモデルを構築した．取組事項③：炭素繊維強化樹脂材料の切削加工による表面品質の高品位化のための基礎的な検討として，切れ刃形状が異なる複数種類のエンドミルを用いた側面加工により得られた仕上げ面の繊維破壊形態ならびに表面粗さ，切削抵抗などから仕上げ面の創成機構を明らかにした．これらの取り組みにより，本研究課題の目的としている被削性と切削性の両面の評価について，それぞれの観点から研究を進展でき，加えて，理論的な検討についても試みを進めることができた．