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May 27, 2026

複合材料加工における三大欠陥

 

複合構造の加工は金属部品の加工とは大きく異なるため、特有の加工欠陥が発生します。多くの研究でこれらの欠陥が観察されています。複合材料加工におけるほとんどの問題は加工品質に関連しています。主な加工欠陥は次のとおりです。

 

機械的損傷によって引き起こされる欠陥には、繊維の引き抜き、層間剥離、引き裂き、材料の表面亀裂の形成などが含まれます。{0}}

熱ダメージによる欠陥:基板焼けなど。

化学的損傷によって引き起こされる欠陥: マトリックス材料の収縮と繊維-の界面の剥離。

 

複合材料の加工中に発生する機械的衝撃および熱的衝撃により、前述の欠陥が発生しました。

 

cnc-machining-carbon-fiber-parts

 

機械的損傷

 

1. 繊維バリ

切削工具が繊維を効果的に切断できず、バリが発生します。切断された繊維は、穴あけまたはフライス加工中に工具のすくい面と擦れます。この現象は主にアラミド繊維複合材を加工する際に発生します。

2. ファイバーの引き出しとマトリックスの剥離

壊れていない繊維がマトリックスから分離し、繊維の剥離が生じます。刃先が機械加工面に作用し、繊維が曲がり、マトリックスに対して変位します。繊維の滑りは、繊維とマトリックスの界面で剥離を引き起こします。

繊維の引き抜きは、繊維の方向が工具の変位方向に対して 15 度から 75 度の範囲にある場合に発生します。{0}}繊維は応力を受けると繊維とマトリックスの間に引き裂きが生じ、その結果、機械加工された表面にピットが生じます。この現象は、材料が高度に配向した積層板である場合、または工具の切れ味が低下している場合に、より一般的です。この現象は、各層のツールとファイバーの間で同じ角度で繰り返されます。

3. レイヤリング

層間剥離は、複合材料の厚さ方向に沿った層の分離と層間の微小亀裂の形成によって特徴付けられます。この形式の損傷は、穴あけ中に、特にドリルビットが複合材料プレートから出ようとしているとき、またはすでに出たときに発生します。フライス加工中、この現象は、材料の表面層をコア層から分離する切削工具の形状に関連しています。

層間亀裂は加工によっても発生する可能性があり、主に繊維方向と工具の変位方向によって決まります。

 

熱損傷

複合材料の加工中に局所的に過熱すると、熱損傷が発生する可能性があります。一般に、この損傷は熱硬化性マトリックスの炭化と熱可塑性マトリックスの溶融を引き起こします。また、繊維を損傷する(カーボン繊維の焼け)可能性もあります。この損傷は、熱劣化の有無にかかわらず、2 つの形式で発生します。

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