JP2014094489A - Press molding device and press molding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プレス成形装置、及び、プレス成形方法に関するものである。 The present invention relates to a press molding apparatus and a press molding method.
例えば、特許文献1では、C/C成形素材を成形用金型に入れたのち、高温で押圧用金型によりホットプレスしてC/C成形体に成形するに際し、C/C成形素材の側縁部と成形用金型との間に、ホットプレス後の冷却時におけるC/C成形体と成形用金型との間の熱膨張係数の違いにより生ずる熱収縮差を吸収するテーパー面をそなえた熱収縮吸収部材を介在させると共に、C/C成形素材の押圧用ホットプレスすることを特徴とするC/C成形体のホットプレス成形方法として開示されている。
For example, in
本発明は、炭素繊維強化熱可塑性プラスチックを効率的に加工できるプレス成形装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the press molding apparatus which can process a carbon fiber reinforced thermoplastic plastic efficiently.
本発明に係るプレス成形装置は、繊維強化熱可塑性樹脂を含む被成形物をプレス加工するプレス成型装置であって、前記被成形物を切断する切断手段と、前記切断手段による切断処理の後に、前記被成形物の少なくとも一部を加圧する加圧手段とを有する。 A press molding apparatus according to the present invention is a press molding apparatus that presses a molding containing a fiber-reinforced thermoplastic resin, and a cutting means that cuts the molding, and after a cutting process by the cutting means, Pressurizing means for pressurizing at least a part of the molding.
好適には、前記加圧手段は、前記切断手段により切断された領域の近傍で、前記被成形物を加圧する。 Suitably, the said pressurizing means pressurizes the said to-be-molded object in the vicinity of the area | region cut | disconnected by the said cutting | disconnection means.
好適には、前記加圧手段は、前記被成形物の冷却が完了する前に、前記被成形物を加圧する。 Preferably, the pressurizing unit pressurizes the molding object before the cooling of the molding object is completed.
好適には、前記切断手段は、前記被成形物のフランジ部の一部を切断し、前記加圧手段は、少なくとも、前記フランジ部を加圧する。 Suitably, the said cutting means cut | disconnects a part of flange part of the said to-be-molded object, and the said pressurizing means pressurizes at least the said flange part.
また、本発明に係るプレス成形方法は、繊維強化熱可塑性樹脂を含む被成形物をプレス加工する工程であって、前記被成形物を切断する工程と、切断された前記被成形物の少なくとも一部を加圧する工程とを有する。 The press molding method according to the present invention is a step of pressing a molding containing a fiber-reinforced thermoplastic resin, the step of cutting the molding, and at least one of the cut molding Pressing the part.
好適には、前記被成形物を型部材に押し込む工程と 型部材に押し込まれた前記被成形物をプレスする工程とをさらに有し、前記切断する工程において、前記被成形物が型部材内で加圧された前記被成形物のうち、前記型部材からはみ出した領域の一部を切断し、前記加圧する工程において、前記型部材からはみ出した領域を加圧する。 Preferably, the method further includes a step of pushing the molding object into the mold member and a step of pressing the molding object pushed into the mold member. In the cutting step, the molding object is formed in the mold member. A part of the region that protrudes from the mold member is cut out of the pressed object to be molded, and the region that protrudes from the mold member is pressed in the pressing step.
本発明によれば、炭素繊維強化熱可塑性プラスチックを効率的に加工できる。 According to the present invention, carbon fiber reinforced thermoplastic can be processed efficiently.
本実施形態の背景と概要とについて説明する。
例えば、自動車に使用される部品には、車体部品、駆動部品、懸架部品、又は、機構部品がある。これらの部品には、搭乗者の安全面の観点から、衝撃に耐えるよう部品の高硬度化が必要である。また、これらの部品は、高硬度化することにより伴う重量の増加を抑えるため、軽量化も求められる。さらに、これらの部品は、車輌の受けた衝撃を吸収するための適度な柔軟性を必要とする。
The background and outline of this embodiment will be described.
For example, parts used in automobiles include body parts, drive parts, suspension parts, and mechanism parts. From the viewpoint of passenger safety, it is necessary to increase the hardness of these parts to withstand impacts. In addition, these components are required to be light in weight in order to suppress an increase in weight caused by increasing the hardness. In addition, these parts require moderate flexibility to absorb the impact received by the vehicle.
近時、高硬度、及び、軽量を兼ねる性質を有する炭素繊維強化複合材料が使用される。
炭素繊維強化複合材料には、熱硬化性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料が用いられることが多い。熱硬化性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料の成形には、加熱、及び、加圧を同時に行うオートクレーブ装置を使用する。熱硬化性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料の成形は、真空引き後に高温高圧ガスを注入することにより、熱硬化性樹脂を成形し、高温高圧ガスを排出後に冷却することにより、形状を固定させる。このため、熱硬化性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料の成形は、設備費や、大量の高温高圧気体の充填及び排出をおこなうために成形時間がかかるため、安価に大量生産を行うには難しい。また、熱硬化性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料は、冷却することにより硬化するため、適度は柔軟性を得るには難しい。
Recently, a carbon fiber reinforced composite material having the properties of both high hardness and light weight is used.
As the carbon fiber reinforced composite material, a carbon fiber reinforced composite material using a thermosetting resin is often used. For molding a carbon fiber reinforced composite material using a thermosetting resin, an autoclave apparatus that simultaneously performs heating and pressurization is used. Molding of carbon fiber reinforced composite material using thermosetting resin, molds thermosetting resin by injecting high temperature and high pressure gas after evacuation, and fixes shape by cooling after discharging high temperature and high pressure gas Let For this reason, molding of a carbon fiber reinforced composite material using a thermosetting resin takes equipment time and molding time for filling and discharging a large amount of high-temperature and high-pressure gas. difficult. Moreover, since the carbon fiber reinforced composite material using the thermosetting resin is cured by cooling, it is difficult to obtain a suitable flexibility.
そこで、本実施形態では、熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料を用いる。
熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料は、大気中で加熱し、プレス加工により成形することができる。プレス加工を行うことにより成形時間を短縮することができる。このように、熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料は、設備費及び成形時間を抑えることができる。また、熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料は、リサイクル性も高い。
Therefore, in this embodiment, a carbon fiber reinforced composite material using a thermoplastic resin is used.
A carbon fiber reinforced composite material using a thermoplastic resin can be heated in the air and molded by pressing. By performing the press working, the molding time can be shortened. Thus, the carbon fiber reinforced composite material using the thermoplastic resin can reduce the equipment cost and the molding time. A carbon fiber reinforced composite material using a thermoplastic resin is also highly recyclable.
熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料は、加熱による熱可塑性樹脂の軟化により、既定の形状に成形される。また、熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料は、成形された状態で、冷却されることにより、形状が固化し金型から離型される。熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料は、金型から離型された後に、熱可塑性温度まで再加熱を行う場合に、金型から離型した形状の被成形物を得ることはできない。
具体的には、熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料は、熱可塑性樹脂の軟化する温度に再加熱して加工を行う加工、例えば、成形加工、曲げ加工、穴開け加工、又は、トリミング加工のような再加工を行う場合に、金型からの離型直後の形状を保つことができない。
したがって、熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料は、再加熱を行わないような成形加工を行い、被成形物に必要な全ての加工を一回の成形により行わなければならない。
A carbon fiber reinforced composite material using a thermoplastic resin is molded into a predetermined shape by softening the thermoplastic resin by heating. In addition, the carbon fiber reinforced composite material using the thermoplastic resin is cooled in a molded state, so that the shape is solidified and released from the mold. When the carbon fiber reinforced composite material using the thermoplastic resin is reheated to the thermoplastic temperature after being released from the mold, it is not possible to obtain a molded object having a shape released from the mold.
Specifically, a carbon fiber reinforced composite material using a thermoplastic resin is processed by being reheated to a temperature at which the thermoplastic resin softens, for example, molding, bending, drilling, or trimming. When performing reworking such as processing, it is not possible to maintain the shape immediately after releasing from the mold.
Therefore, a carbon fiber reinforced composite material using a thermoplastic resin must be molded so as not to be reheated, and all the processes necessary for the molding must be performed by a single molding.
そこで、本実施形態では、熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料を用いた被成形物は、成形時に、既定の成形形状の鍔部(フランジ部)に相当する箇所を切断加工される。
ダイは、ダイの外周にトリミング機能を有する部材を設置される。トリミング機能を有する部材は、被成形物の切断を行うために角部を鋭利に加工されるため、成形時に、被成形物の鍔部を、既定の形状に切断加工することができる。本実施形態では、被成形物の切断加工を一例に説明するが、これに限定するものではなく、穴加工も行うこともできる。
Therefore, in the present embodiment, a molding using a carbon fiber reinforced composite material using a thermoplastic resin is cut at a portion corresponding to a flange (flange) having a predetermined molding shape at the time of molding.
The die is provided with a member having a trimming function on the outer periphery of the die. Since the member having the trimming function is sharply processed at the corners in order to cut the molding, the collar portion of the molding can be cut into a predetermined shape during molding. In the present embodiment, the cutting process of the object to be molded will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and hole machining can also be performed.
まず、従来の金属材料のプレス加工工程について説明する。
図5は、従来の金属材料のプレス絞り加工工程を説明する図である。
図5に例示するように、従来のプレス絞り加工は、大きく分けて4つの工程があり、図5(a)材料投入工程、図5(b)上金型の降下工程、図5(c)絞り工程、及び、図5(d)取出し工程である。
First, a conventional metal material pressing process will be described.
FIG. 5 is a diagram for explaining a conventional press drawing process of a metal material.
As illustrated in FIG. 5, the conventional press drawing process is roughly divided into four steps: FIG. 5 (a) material feeding step, FIG. 5 (b) upper die lowering step, FIG. 5 (c). It is a drawing process and FIG.5 (d) extraction process.
まず、絞り加工の成形に用いられる金型について説明する。
絞り加工の成形に用いられる金型は、上金型100a、及び、下金型100bで構成される。
上金型100aは、少なくとも、ダイ(ダイス)103、及び、ノックアウトピン106で構成される。
ダイ(ダイス)103は、後述するパンチ104と対となる受け金型である。
ダイ(ダイス)103は、例えば、金属部材で構成される。ダイ103は、被成形物102を包みこみ、形状・寸法を定めるための成形用金型である。ダイ103は、後述するパンチ104を内部に挿入することできる凹部を有する。
ノックアウトピン106は、例えば、金属部材で構成される。ノックアウトピン106は、ダイ103の内部に付着する被成形物102を離すために、スライド内に設けられる棒状の部品である。ノックアウトピン106は、ダイ103の内部で摺動する。
First, the metal mold | die used for shaping | molding of a drawing process is demonstrated.
The mold used for the drawing process is composed of an upper mold 100a and a lower mold 100b.
The upper mold 100a includes at least a die (die) 103 and a
A die (die) 103 is a receiving mold that is paired with a
The die (die) 103 is made of a metal member, for example. The die 103 is a molding die for wrapping the
The
下金型100bは、少なくとも、パンチ104、及び、しわ押え部105で構成される。
パンチ104は、例えば、金属部材で構成される。パンチ104は、棒状の形状であり、被成形物の内部の形状・寸法を定める。パンチ104は、ダイ103の有する凹部に挿入され、ダイ103と挟み込んだ被成形物102を加圧する。
しわ押え部105は、例えば、金属部材で構成される。しわ押え部105は、被成形物102の周縁部を挟み込み、被成形物の板厚方向に適度な圧力を一定に掛けるため、絞り加工時の被成形物102の周縁部に発生する重層、又は、波形のような変形を防止する。
The lower mold 100b includes at least a
The
The
次に、従来の金属材料のプレス絞り加工工程を説明する。
図5に示すように、図5(a)材料投入工程において、下金型100bは、被成形物102を載置される。下金型100bは、被成形物102を載置されるとき、しわ押え部105の既定の領域内に被成形物102を載置される。
図5(b)上金型の降下工程において、上金型100aは、下金型100bの鉛直方向に位置する。具体的には、ダイ103は、パンチ104の鉛直上方にあり、ダイ103の有する凹部に、パンチ104を挿入されるような位置に配置される。また、ダイ103は、しわ押え部105の鉛直上方に位置し、降下することにより被成形物102をしわ押え部105と挟み込める位置に配置される。
上金型100aは、下金型100bに鉛直下方に向かって降下する。上金型100a、及び、しわ押え部105は、被成形物102を挟み込む。このとき、しわ押え部105は、ダイクッション(不図示)により被成形物102を押える圧力を調整される。ここで、鋼板の一般的絞り加工における押え圧力は、1平方センチメートル辺り100〜200Nの圧力となるよう設定される。また、しわ押え部105は、被成形物102を押える圧力を、図5(c)絞り工程においてもほぼ一定に保つ。
図5(c)絞り工程において、上金型100aは、下降限界範囲まで下降する。ダイ103は、ダイ103の有する穴部にパンチ104を挿入される。ダイ103は、パンチ104の上方に載置される被成形物102の領域と、パンチ104とを凹部に挿入されることにより、被成形物102を内部に引き込み加圧する。
また、しわ押え部105、及び、ダイ103は、被成形物102の周縁部を押えており、成形過程においてほぼ一定に圧力を掛けることにより、被成形物102の変形を防止する。
図5(d)取出し工程において、上金型100aは、鉛直上方に上昇する。具体的には、しわ押え部105、及び、ダイ103は、被成形物102の周縁部を押えた状態を保ちながら上昇し、被成形物102をパンチ104から取り外す。このとき、ダイ103は、被成形物102を凹部に挿入された状態で上昇する。ノックアウトピン106は、被成形物102を取り出せる距離を確保してから、被成形物102を押し出す。
以上、説明したように、従来の金属材料のプレス絞り加工は、上金型100aの移動する鉛直方向の圧力を被成形物102に加えることができる。
Next, a conventional press drawing process of a metal material will be described.
As shown in FIG. 5, in the material charging step shown in FIG. 5A, the
5B, in the lowering process of the upper mold, the upper mold 100a is positioned in the vertical direction of the lower mold 100b. Specifically, the
The upper die 100a descends vertically downward to the lower die 100b. The upper mold 100a and the
In FIG. 5 (c), the upper mold 100a is lowered to the lower limit range. In the
Further, the
In FIG. 5D, the upper mold 100a is moved vertically upward. Specifically, the
As described above, in the conventional press drawing of a metal material, the vertical pressure in which the upper mold 100a moves can be applied to the
次に、本実施形態について説明する。
以下、本発明の実施形態の構成を、図面を参照して説明する。ただし、本発明の範囲は、図示例に限定されるものではない。
本実施形態では、合成樹脂を用いた繊維強化複合材料の成形について説明する。合成樹脂を用いた複合材料には、繊維強化熱硬化性プラスチック(FRP:Fiber Reinforced Plastics)、及び、繊維強化熱可塑性プラスチック(FRTP:Fiber Reinforced Thermo Plastics)があり、本実施形態では、繊維強化熱可塑性プラスチックについて説明する。
また、本実施形態では、繊維強化熱可塑性プラスチックを用いるため、合成樹脂に熱可塑性樹脂を用いて説明する。熱可塑性樹脂には、例えば、メタクリル酸メチル、又は、メチルメタアクリレートなどが含まれる。また、繊維強化熱可塑性プラスチックに用いられる繊維素材には、例えば、天然繊維、ガラス繊維、化学繊維、及び、炭素繊維が含まれる。本実施形態では、繊維素材に炭素繊維を用いて説明する。従って、本実施形態では、本発明に係る被成形物の一例として、炭素繊維強化熱可塑性プラスチック(CFRTP:Carbon Fiber Reinforced Thermo Plastics)を成形素材として説明する。
Next, this embodiment will be described.
Hereinafter, the configuration of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the scope of the present invention is not limited to the illustrated examples.
In this embodiment, molding of a fiber reinforced composite material using a synthetic resin will be described. Composite materials using synthetic resins include fiber reinforced thermosetting plastics (FRP) and fiber reinforced thermoplastics (FRTP). In this embodiment, fiber reinforced heat plastics are used. The plastic plastic will be described.
Further, in the present embodiment, since fiber reinforced thermoplastic is used, description will be made using a thermoplastic resin as a synthetic resin. The thermoplastic resin includes, for example, methyl methacrylate or methyl methacrylate. The fiber material used for the fiber reinforced thermoplastic includes, for example, natural fiber, glass fiber, chemical fiber, and carbon fiber. In the present embodiment, description will be made using carbon fiber as the fiber material. Therefore, in the present embodiment, carbon fiber reinforced thermoplastics (CFRTP) will be described as an example of a molded article according to the present invention.
図1は、本実施形態に係る成形装置1の構成を例示する図である。
図2は、本実施形態に係る成形装置1の内部構成を例示する図である。
図1、及び、図2に例示するように、本実施形態のプレス成形装置1は、上型1a、及び、下型1bを有する。
上型1aは、ダイ3、ダイホルダ4、押えプレート5、及び、上部ダイプレート6を有する。
ダイ3は、本発明に係る加圧手段の一例である。
ダイ3は、例えば、金属部材で構成される。具体的には、ダイ3は、少なくとも一部をアルミニウム合金により構成される。ダイ3は、後述するパンチ22より、熱膨張係数の高い材料で構成される。
ここで、本実施形態で用いられるアルミニウム合金は、被成形物2であるCFRTPに使用される熱可塑性樹脂の熱膨張係数(約20×10−6)と近似するために選択される。また、成形する成形素材の熱膨張係数に合わせて、適宜にダイ3の構成素材を変更することもできる。
ダイ3は、被成形物2と熱膨張係数が近似する金属部材を用いることにより、被成形物2の冷却を行う場合に、被成形物2と、ダイ3とが略等しい割合で収縮するため、被成形物2に対して一定の圧力をそれぞれの面に対して直角に加圧する。
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a
FIG. 2 is a diagram illustrating the internal configuration of the
As illustrated in FIGS. 1 and 2, the
The upper mold 1 a includes a
The
The
Here, the aluminum alloy used in the present embodiment is selected in order to approximate the thermal expansion coefficient (about 20 × 10 −6 ) of the thermoplastic resin used for the CFRTP that is the
Since the
ダイ3は、成形後の被成形物2の形状、及び、寸法を定める成形用凹型金型である。ダイ3は、凹部、及び、平面部のプレス面を有する。ダイ3は、被成形物2を、パンチ22a、及び、コーナーパンチ22bとにより押し込まれる凹部を有する。ダイ3は、凹部を成形したい形状に適宜に変更することができる。
また、ダイ3は、凹部の外側の外縁に平面部を有する。ダイ3は、凹部よりはみ出した被成形物2をしわ押え板20と加圧を行うための平面部を有する。
ダイ3は、平面部の周縁に切断機能を有する切断部3aを具備する。ダイ3は、切断部3aと、後述するトリミングダイ23とにより、被成形物2の凹部よりはみ出した被成形物2の切断を行う。本実施形態では、ダイ3の切断部3aによる凹部よりはみ出した被成形物2の切断を行うため、ダイ3と、被成形物2とは、同じ大きさに成形される。また、ダイ3の有する切断部3aは、ダイ3と別に構成されてもよく、適宜に構成を変更することができる。
ダイ3は、ダイホルダ4に設置される。具体的には、ダイ3は、凹部分を下型1bに対向するように設置される。さらに具体的には、ダイ3は、パンチ22aにより凹部分を加圧されるように鉛直上方の位置に設置される。
また、ダイ3は、後述するキラーピン8、及び、ノックアウトピン10を内部に具備する。さらに、ダイ3は、冷却流体用流路40、ヒーター41、及び、温度センサー42を具備する。
The
The
The
The
The
ここで、冷却流体用流路40、ヒーター41、及び、温度センサー42について説明する。
冷却流体用流路40は、冷却装置の一例である。
冷却流体用流路40は、金型の温度を降下させるために設けられた穴部である。本実施形態では、冷却流体用流路40は、穴部に冷却媒体を循環させるより、金型の温度を降下させる。冷却流体用流路40は、金型の温度を降下させる効果を有するならば、適宜に設置方法、設置場所、及び、装置を適宜に変更することができる。
ヒーター41は、加熱装置の一例である。
ヒーター41は、金型の温度を上昇させる装置である。ヒーター41は、例えば、金型に穴部を設けてから設置される。ヒーター41は、金型の温度を上昇させる機能を有するならば、設置方法、設置場所、及び、装置を適宜に変更することができる。
温度センサー42は、温度測定装置の一例である。
温度センサー42は、金型の温度を測定する装置である。温度センサー42は、金型の温度を測定し、測定結果を制御装置(不図示)に出力する。温度センサー42は、金型の温度を測定できる機能を有するならば、適宜に変更できる。また、温度センサー42は、金型の温度を測定できる位置に設置されるならば、適宜に設置場所を変更することができる。
Here, the cooling
The cooling
The cooling
The
The
The
The
ダイホルダ4は、例えば、金属部材で構成される。具体的には、ダイホルダ4は、鉄又は、鋼などの合金により構成される。ダイホルダ4は、ダイ3を支持する。また、ダイホルダ4は、ダイ3と上部ダイプレート6とに挟み込まれるように設置される。
また、ダイホルダ4は、後述するキラーピン8、及び、ノックアウトピン10を内部に具備する。
The
The
押えプレート5は、例えば、金属部材で構成される。具体的には、押えプレート5は、鉄、又は、鋼などの合金により構成される。押えプレート5は、トリミングダイ23と対向するように設置される。押えプレート5は、ダイ3の周縁部に設置される。押えプレート5は、しわ押え板20より外側にはみ出した被成形物2を加圧する。
The
上部ダイプレート6は、例えば、金属部材で構成される。具体的には、上部ダイプレート6は、鉄、又は、鋼などの合金により構成される。上部ダイプレート6は、ダイホルダ4を支持する。
The
ダイ3、及び、ダイホルダ4の内部には、キラーピン8、及び、ノックアウトピン10を具備する。
キラーピン8は、離間手段の一例である。
キラーピン8は、例えば、金属部材で構成される。キラーピン8は、弾性部材をダイホルダ4の内部に、棒状部材をダイ3の内部に設置される。ここで、キラーピン8は、しわ押え板20を加圧できるならば、設置場所、及び、個数を適宜に変更することができる。キラーピン8は、ダイホルダ4の内部に設置される弾性部材を調節することにより、しわ押え板20を加圧する力を適宜に変更することができる。
キラーピン8は、上型1aの内部に設置され、棒状部材を既定の長さだけダイ3の端面より突出した状態で設置される。キラーピン8の突出量は、素材寸法と、成形品のフランジ寸法との関係によって決められる。
キラーピン8は、上型1aが鉛直方向に下降した場合に、ダイ3の端面より突出した棒状部材の端面を、しわ押え板20の上端平面部に接触させ、既定の圧力でしわ押え板20を加圧する。[図3(a)]キラーピン8は、ダイ3と、パンチ22aとによる被成形物2の過度の挟み付けを防止する。
A
The
The
The
When the upper die 1a is lowered in the vertical direction, the
ノックアウトピン10は、例えば、金属部材で構成される。ノックアウトピン10は、ダイホルダ4の内部に動作を行う機構部材が設置され、棒状部材をダイ3に内部に設置される。ノックアウトピン10は、成形後にダイ3の凹部分に付着する被成形物2を離型させる。ノックアウトピン10は、成形後の凹部分に付着する被成形物2を離型させる機能を有するならば適宜に変更することができる。
The
下型1bは、しわ押え板20、パンチ22、トリミングダイ23、パンチホルダ24、下部ダイプレート26、及び、クッションピン28を有する。
しわ押え板20は、例えば、金属部材で構成される。具体的には、しわ押え板20は、鉄、又は、鋼などの合金により構成される。
しわ押え板20は、パンチ22a、及び、コーナーパンチ22bを挿入できる穴部を有する。しわ押え板20は、被成形物2を載置でき、ダイ3の平面部との加圧を行うために対向して設置される。しわ押え板20は、ダイ3の凹部よりはみ出した被成形物2の外縁部分を、ダイ3の平面部と挟み込み加圧する。しわ押え板20は、ダイ3の凹部に被成形物2の押し込みが完了したときに、被成形物2の外縁部分の加圧を増加させる。
また、しわ押え板20は、ヒーター41、冷却流体用流路40、及び、温度センサー42を具備する。
The
The
The
Further, the
パンチ22は、パンチ22a及びコーナーパンチ22bで構成される。
パンチ22aは、例えば、金属部材で構成される。具体的にはパンチ22aは、パンチ22aは、アルミニウム合金以外の金属で構成され、例えば、鉄、又は、鋼などの合金により構成される。ここで、パンチ22aは、ダイ3よりも熱膨張係数の低い材料で構成され、例えば、鉄、及び、鋼により構成されるため、熱膨張係数は約12×10−6である。
パンチ22aは、ダイ3の凹部に対応する先端形状を有する。本実施形態では、パンチ22aは、略円柱形状をしており、平面を有する上端面と、上端面から胴部にかけて、連続して滑らかな円弧を描くような角部を形成する。
パンチ22aは、被成形物2の必要形状に応じて適宜に形状を変更することができる。
また、パンチ22aは、ヒーター41、冷却流体用流路40、及び、温度センサー42を内部に具備する。
The punch 22 includes a
The
The
The shape of the
The
コーナーパンチ22bは、例えば、金属部材で構成される。具体的には、コーナーパンチ22bは、鉄、又は、鋼などの合金により構成される。コーナーパンチ22bは、筒部と、脚部とを有する。コーナーパンチ22bは、パンチ22aの外径より大きい内径を有し、しわ押え板20の穴部の内径より小さい外径をする筒部である。コーナーパンチ22bは、パンチ22aより短筒であり、内径から外径に向かってテーパ加工される。コーナーパンチ22bは、ダイ3の凹部から平面部に連続する角部を加圧するため、ダイ3の凹部から平面部に連続する角部に応じた形状をする。また、コーナーパンチ22bは、筒部を支持する脚部をさらに有する。
The
トリミングダイ23は、例えば、金属部材で構成される。具体的には、トリミングダイ23は、鉄、又は、鋼などの合金により構成される。トリミングダイ23は、押えプレート5と対向するように設置される。トリミングダイ23は、ダイ3に具備される切断部3aと同様の機能を有する切断部3bを具備する。
ここで、切断部3a及び切断部3bは、本発明に係る切断手段の一例である。
また、トリミングダイ23は、しわ押え板20の近傍に設置される。具体的には、トリミングダイ23は、上型1aが降下した場合に、ダイ3に具備される切断部3aと、トリミングダイ23に具備される切断部3bとが互いにかみ合った状態となる位置関係となるように設置される。トリミングダイ23の切断部3aは、しわ押え板20の降下を制限された場合に、しわ押え板20の平面部上端より、上型1aに近くなる位置に設定される。トリミングダイ23は、切断部3bの設置する場所、及び、形状を適宜に変更することができる。
The trimming die 23 is made of, for example, a metal member. Specifically, the trimming die 23 is made of an alloy such as iron or steel. The trimming die 23 is installed so as to face the
Here, the cutting
The trimming die 23 is installed in the vicinity of the
パンチホルダ24は、例えば、金属部材で構成される。具体的にはパンチホルダ24は、鉄、又は、鋼などの合金により構成される。
パンチホルダ24は、パンチ22aを支持する。また、パンチホルダ24は、パンチ22aの具備するヒーター41、冷却流体用流路40、及び、温度センサー42の穴部を備えてもよい。パンチホルダ24は、穴部の方向や数を適宜に変更することができる。
また、パンチホルダ24は、しわ押え板20の降下を制限する。パンチホルダ24は、しわ押え板20の上昇降下を補助するクッションピン28、及び、ダイクッションピン30を内部に設置するための貫通孔を有する。パンチホルダ24は、貫通孔の大きさや数を、適宜に変更することができる。
The
The
Further, the
下部ダイプレート26は、例えば、金属部材で構成される。具体的には下部ダイプレート26は、鉄、又は、鋼などの合金により構成される。下部ダイプレート26は、パンチホルダ24を支持する。下部ダイプレート26は、パンチホルダ24と同様に、しわ押え板20の上昇降下を補助するクッションピン28、及び、ダイクッションピン30を内部に設置するための貫通孔を具備してもよい。
The
クッションピン28は、例えば、金属部材で構成される。具体的にはクッションピン28は、鉄、又は、鋼などの合金により構成される。クッションピン28は、しわ押え板20により鉛直下方に加えられる圧力をダイクッションピン30に伝達する。クッションピン28は、スプリング32の代用として弾性部材を纏わせてもよい。具体的には、クッションピン28は、例えば、ばねやゴムなどの弾性性能を有する部材をピンに纏わせ、しわ押え板20の降下に対応してもよい。本実施例のクッションピン28は、しわ押え板20を支える機能を有する一例である。クッションピン28は、しわ押え板20に固定されることにより、しわ押え板20の脱落を防止する。
The
ダイクッションピン30は、例えば、金属部材で構成される。具体的にはダイクッションピン30は、鉄、又は、鋼などの合金により構成される。ダイクッションピン30は、クッションピン28より伝達された鉛直下方の圧力を、クッション32に伝達する。ダイクッションピン30は、クッションピン28と一体としてもよい。
The
クッション32は、鉛直下方の圧力を緩衝する弾性部材の一例であり、適宜に仕様形態を変更できる。例えば、クッションピン28に弾性部材を纏わせて、代用してもよい。クッション32は、上型1aにより鉛直下方の圧力を下型1bに加えた場合に、鉛直下方の圧力を緩衝する機能を有する。
The
次に、本実施形態の流れについて説明する。
図3は、本実施形態に係る成形装置1の成形工程を例示する図である。
図4は、施工工程S100を説明するフローチャートである。
Next, the flow of this embodiment will be described.
FIG. 3 is a diagram illustrating a molding process of the
FIG. 4 is a flowchart illustrating the construction process S100.
図4に例示するように、ステップ100(S100)において、ダイ3、しわ押え板20、及び、パンチ22は、内臓されるヒーター41により、予熱される。
ステップ102(S102)において、しわ押え板20は、被成形物2を設置される。このとき、パンチ22aの中心と、被成形物2の中心とを合わせるようにして設置される。
As illustrated in FIG. 4, in step 100 (S <b> 100), the
In step 102 (S102), the to-
ステップ104(S104)において、ダイ3、しわ押え板20、及び、パンチ22は、ヒーター41により被成形物2の成形しやすい温度になるように加熱される。ダイ3、しわ押え板20、及び、パンチ22は、加熱されることにより、温度上昇に伴って長さ・体積などが増加する(熱膨張)。ここで、ダイ3は、少なくとも一部をアルミニウム合金で構成される。また、パンチ22は、鉄、又は、鋼により構成される。ダイ3は、パンチ22より熱膨張係数の高い部材を用いて構成されることにより、加熱時に、パンチ22より長さ・体積などを増加させることができる。
In step 104 (S 104), the
図3は、模式的に被成形物2の成形工程を例示したものである。
ステップ106(S106)において、図3(a)に例示するように、上型1aは、鉛直下方に降下する。キラーピン8は、上型1aの鉛直下方に降下することにより、ダイ3の端面より突出した棒状部材の端面を、しわ押え板20の平面部の上端に接触させ、既定の圧力でしわ押え板20を加圧する。キラーピン8は、キラーピン8の有する弾性体により、しわ押え板20の平面部の上端にかける圧力を調節され、ダイ3と、しわ押え板20とを既定量だけ離間させる。
ここで、キラーピン8によるしわ押え板20の加圧する位置は、被成形物2と接触しない位置に設定される。図3では、キラーピン8、及び、被成形物2は、重複して図示されているが、本来接触していないものとする。
FIG. 3 schematically illustrates the molding process of the
In step 106 (S106), as illustrated in FIG. 3A, the upper mold 1a descends vertically downward. The
Here, the position where the
ステップ108(S108)において、キラーピン8は、クッションピン28、ダイクッションピン30、及び、クッション32による鉛直上方の圧力より強い圧力をしわ押え板20にかける。そのため、キラーピン8は、パンチホルダ24によるしわ押え板20の降下を制限される直前まで、ダイ3の端面より棒状部材を突出した状態を維持するため、しわ押え板20を鉛直下方に加圧する。
In step 108 (S108), the
ステップ110(S110)において、上型1aの降下によって、下型1bと接触することにより、被成形物2を加圧する。
図3(b)に例示するように、キラーピン8は、ダイ3の端面より棒状部材を突出した状態を維持しながら降下し、ダイ3の内部に収納されながら、しわ押え板20鉛直下方に加圧する。
ヒーター41は、ダイ3、しわ押え板20、及び、パンチ22を加熱し、被成形物2の熱可塑性樹脂を軟化させている。そのため、パンチ22aは、しわ押え板20の降下により、軟化したことで変形する被成形物2を、平面状である上端面、しわ押え板20の平面部、及び、トリミングダイ23で支える。
ダイ3は、上型1aの降下により、凹部に被成形物2と、パンチ22aとを押し込まれる。このとき、ダイ3、及び、しわ押え板20は、キラーピン8により、しわ押え板20との既定の離間距離を保つことができる。そのため、ダイ3は、パンチ22aを押込まれる場合に、被成形物2の底面部、側面部、及び、鍔部(フランジ部)にかけて順に圧力を加えることができる。
In step 110 (S110), the
As illustrated in FIG. 3B, the
The
In the
ステップ112(S112)において、図3(c)に例示するように、ダイ3の切断部3a、及び、トリミングダイ23の切断部3bは、被成形物2の周縁部であるフランジ部の一部を切断する。具体的には、ダイ3は、パンチ22aにより、ダイ3の内部に被成形物2を押し込まれてから、ダイ3に具備される切断部3aと、トリミングダイ23に具備される切断部3bとが互いにかみ合うことにより、まだ押し込まれていない被成形物2のフランジ部の一部を切断する。
ダイ3、及び、しわ押え板20は、切断後に、切断された被成形物2の少なくとも一部をさらに加圧する。ダイ3は、少なくとも、被成形物2のフランジ部を、さらに加圧することにより、軟化する熱可塑性樹脂を切断された部分に押出し、切断された被成形物2の切断部分を軟化する熱可塑性樹脂により覆わせる。そのため、被成形物2の炭素繊維素材の切断に伴う粉塵等の発生を防止することができる。
キラーピン8は、ダイ3に被成形物2の押し込みを完了した後で、離間作用を解消する。
In step 112 (S112), as illustrated in FIG. 3C, the cutting
The
The
このように、ダイ3は、パンチ22aにより被成形物2を凹部に押込まれ、被成形物2に対して、順に圧力を掛けることができる。ダイ3は、凹部にパンチ22aを押し込むことにより被成形物2を加圧する。次に、ダイ3に具備される切断部3aと、トリミングダイ23に具備される切断部3bとが互いにかみ合うことにより、まだ押し込まれていない被成形物2のフランジ部の一部を切断する。ダイ3は、ダイ3にある凹部の外縁にある平面部と、しわ押え板20とにより、切断された被成形物2のフランジ部を加圧する。
ダイ3は、成形物2に対して、順に圧力を掛けることにより、ダイ3の内部に押込まれた部分に引っ張られて生ずる圧縮力をフランジ部に発生することを防止する。具体的には、ダイ3は、被成形物2に対して順に圧力を掛けることにより、ダイ3と被成形物2との接触面の摩擦力、及び、しわ押え板20と被成形物2との接触面との摩擦力による熱可塑性樹脂の静止力と、被成形物2の成形による炭素繊維のダイ3の内部に引き込まれる力とによるせん断応力の発生を減少させることができる。また、ダイ3、及び、しわ押え板20は、被成形物2に対して、過度な圧力を掛けることを防止でき、被成形物2の重層、又は、波形のような変形の発生を減少させることができる。
In this way, the
The
ステップ114(S114)において、ダイ3、しわ押え板20、及び、パンチ22は、被成形物2を加圧した状態で、冷却流体用流路40に流れる冷却媒体により、冷却される。冷却流体用流路40は、被成形物2の固化しうる温度になるまで、ダイ3、しわ押え板20、及び、パンチ22を冷却する。冷却流体用流路40は、熱可塑性樹脂の性質、板厚、及び、成形形状により、軟化時間、流動性、及び、冷却条件も変化するため、適宜に温度制御を行う。
ダイ3は、熱可塑性樹脂の熱膨張係数と近似するアルミニウム合金を採用することにより、冷却時に被成形物2と同様に、形状の収縮を行う。そのため、ダイ3は、冷却作用により収縮した場合に、ダイ3と、被成形物2との間に生ずる隙間を軽減させることができる。従って、ダイ3は、ダイ3に接触する被成形物2の接触面に対して、垂直方向に圧力を均一に掛けることができる。
また、ダイ3は、冷却作用による形状の収縮により、収縮した量だけ熱可塑性樹脂を外部へ押し出し、被成形物2の切断部分に熱可塑性樹脂を補充させる。
In step 114 (S114), the
The
Further, the
ステップ116(S116)において、上型1aは、鉛直上方に上昇を行う。上型1aは、上昇することにより、ダイ3の内部からキラーピン8の棒状部材を排出する。しわ押え板20は、キラーピン8の棒状部材の端面の上昇に伴って、クッションピン28、ダイクッションピン30、及び、クッション32による鉛直上方の圧力を受けて上昇する。
In step 116 (S116), the upper mold 1a moves up vertically. The upper die 1 a is lifted to discharge the rod-shaped member of the
ステップ118(S118)において、ノックアウトピン10は、被成形物2をダイ3の凹部より離型する。
In step 118 (S 118), the
以上、説明したように、本実施形態の成形装置1は、被成形物2であるCFRTPの成形に適したものである。
成形装置1は、上型1aにキラーピン8を有する。成形装置1は、キラーピン8をしわ押え板20に接触させ、しわ押え板20をパンチホルダ24に接触するまで押し下げる。成形装置1は、キラーピン8を既定量だけ突出させた状態で、しわ押え板20をパンチホルダ24に接触するまで押し下げることにより、既定の間隔を保持できるため過度な圧力を被成形物2に掛けることを防止する。また、成形装置1は、しわ押え板20をパンチホルダ24に接触するまで押し下げることにより、ダイ3による被成形物2の成形時に、底面部、側面部、及び、鍔部(フランジ部)にかけて順に圧力を掛けることができるため、被成形物2の内部に発生するせん断応力、及び、被成形物2に発生するしわや割れを抑えることができる。
As described above, the
The
また、成形装置1は、ダイ3を降下させ被成形物2を加圧する場合に、ダイ3に具備される切断部3aと、トリミングダイ23に具備される切断部3bとにより、被成形物2の周縁部を切断する。切断後、成形装置1は、しわ押え板20により、切断された被成形物2のフランジ部を加圧し、加圧されることにより被成形物2にある熱可塑性樹脂を切断された部分に補充する。成形装置1は、被成形物2の切断された部分に熱可塑性樹脂を補充することにより、炭素繊維素材による粉塵等の発生を防止するとともに、炭素繊維素材の切断面を熱可塑性樹脂により覆うことができる。
Further, when the
また、成形装置1は、ダイ3と、パンチ22とを熱膨張係数の異なる材料で構成し、上型1aにあるダイ3の構成部材を、被成形物2の熱膨張係数と近似する構成部材であるアルミニウム合金を用いることにより、金型、及び、被成形物2の冷却時に生ずる隙間を減少させることができる。成形装置1は、被成形物2の熱膨張係数と近似する構成部材を用いることにより、ダイ3に接触する被成形物2の接触面に対して、垂直方向に圧力を均一に掛けることができるため、板厚の均一化を図ることができる。
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、これらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加等が可能である。
Further, the
As mentioned above, although embodiment which concerns on this invention was described, it is not limited to these, A various change, addition, etc. are possible within the range which does not deviate from the meaning of invention.
1a 上型
3 ダイ
3a 切断部
4 ダイホルダ
5 押えプレート
6 上部ダイプレート
8 キラーピン
10 ノックアウトピン
40 冷却流体用流路
41 ヒーター
42 温度センサー
1b 下型
20 しわ押え板
22a パンチ
23 トリミングパンチ
3b 切断部
24 パンチホルダ
26 下部ダイプレート
28 クッションピン
30 ダイクッションピン
32 クッション
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a Upper die 3
Claims (6)
前記被成形物を切断する切断手段と、
前記切断手段による切断処理の後に、前記被成形物の少なくとも一部を加圧する加圧手段と
を有するプレス成型装置。 A press molding apparatus for pressing a molding including a fiber reinforced thermoplastic resin,
Cutting means for cutting the molding,
A press molding apparatus comprising: a pressurizing unit that pressurizes at least a part of the molding after the cutting process by the cutting unit.
請求項1に記載のプレス成型装置。 The press molding apparatus according to claim 1, wherein the pressurizing unit pressurizes the molding object in the vicinity of a region cut by the cutting unit.
請求項2に記載のプレス成型装置。 The press molding apparatus according to claim 2, wherein the pressurizing unit pressurizes the molding object before the cooling of the molding object is completed.
前記加圧手段は、少なくとも、前記フランジ部を加圧する
請求項3に記載のプレス成型装置。 The cutting means cuts a part of the flange portion of the molding,
The press molding apparatus according to claim 3, wherein the pressurizing unit pressurizes at least the flange portion.
前記被成形物を切断する工程と、
切断された前記被成形物の少なくとも一部を加圧する工程と
を有するプレス成形方法。 A step of pressing a molding containing a fiber-reinforced thermoplastic resin,
Cutting the molded article;
Pressurizing at least a part of the cut object to be molded.
型部材に押し込まれた前記被成形物をプレスする工程と
をさらに有し、
前記切断する工程において、前記被成形物が型部材内で加圧された前記被成形物のうち、前記型部材からはみ出した領域の一部を切断し、
前記加圧する工程において、前記型部材からはみ出した領域を加圧する
請求項5に記載のプレス成形方法。 A step of pushing the object to be molded into a mold member;
A step of pressing the object to be molded that has been pushed into the mold member,
In the cutting step, a part of a region protruding from the mold member is cut out of the molding object in which the molding object is pressed in the mold member,
The press molding method according to claim 5, wherein, in the pressurizing step, a region protruding from the mold member is pressurized.
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