JP2018134807A - Simulation method of resin fluidity - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主として、繊維が混入されたFRP、その他フィラーが添加された樹脂材料を金型に注入し、冷却固化させて樹脂製品を成形する場合に、予め金型内における樹脂の流動性を予測し検証するための手法に関する。 In the present invention, in the case where a resin material to which FRP mixed with fibers and other fillers are added is poured into a mold and then cooled and solidified to form a resin product, the fluidity of the resin in the mold is previously determined. It relates to methods for predicting and verifying.
GFRPやCFRPなどのFRP(繊維強化樹脂)は、樹脂に繊維を混練することで、樹脂単体にはない高強度、高弾性率といった特性を発揮する。
FRPは軽量で高い強度が必要とされる部材の材料として用いられ、軽量で高剛性であることが要求される自動車の内外装材は、図8に示されるように、FRP成形品100の表面にリブ100aやボス100bといった複雑な凹凸形状を賦形して設計されることが多い。
FRP (fiber reinforced resin) such as GFRP and CFRP exhibits characteristics such as high strength and high elastic modulus that are not found in a single resin by kneading fibers into the resin.
FRP is used as a material of a member that is lightweight and requires high strength, and an automotive interior / exterior material that is required to be lightweight and highly rigid is a surface of an FRP molded
この場合、リブやボスといった凹凸部位に繊維が十分に充填されていなければ目的とする強度が発現せず、製品不良を引き起こす。精度の高い強度設計をするにはは、リブやボスといった凹凸部位に繊維が十分に充填されることを把握することが肝要であり、通常、凹凸部位を有する樹脂製品の金型を設計するにあたり、シミュレーションソフトを用いて金型内部の溶融樹脂の挙動予測を行い、凹凸部位に樹脂がうまく充填されるか否かを確認している(例えば特許文献1参照)。 In this case, if the uneven portions such as ribs and bosses are not sufficiently filled with fibers, the intended strength is not exhibited, resulting in product defects. In order to design strength with high accuracy, it is important to grasp that the uneven parts such as ribs and bosses are sufficiently filled with fibers, and it is usually necessary to design a mold for resin products having uneven parts. The behavior of the molten resin inside the mold is predicted using simulation software, and it is confirmed whether or not the resin is satisfactorily filled in the uneven portion (for example, see Patent Document 1).
前記シミュレーションソフトでは、フィラーが混入されていない単体の樹脂のシミュレーションは高精度で行えるものの、FRP製品のシミュレーションにおいては、観察対象が微細な繊維ということと相まって計算処理が複雑となり、高い精度でシミュレーションを行うには不十分であった。
前記の通り、FRP製品の微細な凹凸部位への繊維の充填性の予測は、製品不良を発生しないようにするためにも非常に重要であり、FRP製品の製品化に先立ち、実際に金型でFRP成形品を試作・評価することができれば微細な凹凸部位への樹脂及び繊維の充填度合を確実に確認することが可能である。しかし、そのためには高価な金型を作製する必要があり、試作・評価を繰り返し実施することは、それに要する時間とコストの面から効率的ではない。
Although the simulation software can simulate a single resin with no filler mixed with high accuracy, in the simulation of FRP products, the calculation processing becomes complicated due to the fact that the observation target is a fine fiber, and the simulation is performed with high accuracy. Was insufficient to do.
As described above, it is very important to predict the filling property of the fibers in the fine uneven portions of the FRP product so as not to cause the product defect. Prior to commercialization of the FRP product, the mold is actually used. Thus, if the FRP molded product can be prototyped and evaluated, it is possible to surely confirm the degree of filling of the resin and fibers into the fine irregularities. However, for that purpose, it is necessary to produce an expensive mold, and it is not efficient from the viewpoint of time and cost required to repeatedly perform trial manufacture and evaluation.
FRP製品の繊維充填性の予測に当たっては、簡便に評価することができ、且つ予測精度が高いことが望まれるが、これらを満たす方法は確立されていないのが現状である。 In predicting the fiber filling properties of FRP products, it is desired that the evaluation can be easily performed and the prediction accuracy is high, but there is no established method for satisfying these conditions.
本発明は従来技術の有するこのような問題点に鑑み、圧縮成形法によって樹脂成形品を成形するにあたり、成形金型に樹脂がどのように充填されるかをシミュレーションによって簡便且つ高精度に予測できるようにし、これにより樹脂成形品の設計時間を短縮し、開発に要する時間とコストを削減することを課題とする。 In view of such problems of the prior art, the present invention can easily and accurately predict how a resin is filled in a molding die by molding a resin molded product by a compression molding method. Thus, it is an object to shorten the design time of the resin molded product, thereby reducing the time and cost required for development.
前記の通り、実際に金型を作製し、これを用いて樹脂成形品を試作し評価したのでは時間とコストが嵩むことは避けられない。
そこで、前記の課題解決にあたり本発明では、実際の金型の代替えとして模擬容器を用い、実際に実際の材料、或いはそれに相当する材料を用い、これを前記模擬容器に充填して成形を行うことにより、樹脂が金型内部にどのように充填されるかの予測を簡便に且つ高精度に行うことのできる手法を構築した。
As described above, it is inevitable that time and cost will be increased if a mold is actually produced and a resin molded product is made and evaluated using this mold.
Therefore, in solving the above problems, the present invention uses a simulated container as an alternative to an actual mold, actually uses an actual material or a material corresponding thereto, and fills the simulated container with this to perform molding. Thus, a method was constructed that can easily and accurately predict how the resin is filled into the mold.
すなわち、本発明の樹脂流動性のシミュレーション方法は、樹脂成形品を圧縮成形法により成形する際の成形金型内部の樹脂の流動挙動を解析する方法であって、
成形する前記樹脂成形品の全体又は一部の形状に沿った空洞部を備えた模擬容器を作製し、
前記成形に用いる樹脂又は軟質な材料からなる解析用材料を模擬容器の空洞部に充填し、模擬容器内で圧縮して解析用成形品を成形し、
この解析用成形品の強度又は断面の状態を検証し評価することで前記樹脂成形品の実成形時の樹脂の流動挙動を解析することを特徴とするものである。
That is, the resin fluidity simulation method of the present invention is a method for analyzing the flow behavior of the resin inside a molding die when molding a resin molded product by a compression molding method,
Produce a simulated container with a cavity along the shape of the whole or part of the resin molded product to be molded,
Filling the cavity of the simulated container with the analytical material made of resin or soft material used for the molding, and molding the molded article for analysis by compressing in the simulated container,
The flow behavior of the resin during actual molding of the resin molded product is analyzed by verifying and evaluating the strength or cross-sectional state of the molded product for analysis.
本発明のシミュレーション方法において、模擬容器は成形する樹脂成形品の全体に沿った空洞部(キャビティ)、又は樹脂成形品の凹凸部位を含む一部分の形状に沿った空洞部と、空洞部内に充填された解析用材料を圧縮する部位を備えた形態に構成される。 In the simulation method of the present invention, the simulated container is filled in the cavity portion along the entire shape of the resin molded product to be molded, or a cavity portion along the shape of a part including the uneven portion of the resin molded product, and the cavity portion. The analysis material is configured to have a portion for compressing.
前記空洞部内に充填された解析用材料を圧縮部位で圧縮する際、材料から生じる反力によって模擬容器を変形させてしまうと、目的の成形品が得られないこととなる。一般的な成形においては、設計された通りの形状が保てるように、鋼で作られた模擬容器を用いて圧縮成形を行うことが望ましい。
また、圧縮成形時に型に起こる変形を抑えるため、模擬容器は肉厚が厚いことが好ましい。模擬容器の変形が起こり難いように、容器の外周面を金属板や繊維強化樹脂で囲うなどして補強してもよく、容器の内部に金属板や繊維強化樹脂を配置するなどして補強してもよい。
When the analytical material filled in the cavity is compressed at the compression site, if the simulated container is deformed by the reaction force generated from the material, the intended molded product cannot be obtained. In general molding, it is desirable to perform compression molding using a simulated container made of steel so that the shape as designed can be maintained.
Moreover, in order to suppress the deformation | transformation which arises at the time of compression molding, it is preferable that the simulation container is thick. To prevent deformation of the simulated container, the outer peripheral surface of the container may be reinforced by surrounding it with a metal plate or fiber reinforced resin, or reinforced by placing a metal plate or fiber reinforced resin inside the container. May be.
また、本発明においては、金属製の模擬容器以外に、合成樹脂その他の材料により形成された模擬容器を用いることができる。
例えば、ベースとなる模擬容器から、シリコンや石膏、樹脂などの材料に形状を転写することで、模擬型を反転させた子型容器を作ることができ、さらに子型容器からシリコンなどの前記材料に形状を転写することで、孫型容器を作ることができる。このような模擬型の転写物、その転写物の系統から作られた型容器を用いて解析用材料を圧縮成形してもよい。
In the present invention, a simulated container formed of a synthetic resin or other material can be used in addition to the metal simulated container.
For example, by transferring the shape from a base simulated container to a material such as silicon, gypsum, or resin, a child container can be created by inverting the simulated mold. A grandchild-shaped container can be made by transferring the shape to. The material for analysis may be compression-molded using a mock-type transcript and a mold container made from the transcript series.
さらに、合成樹脂製の模擬容器として、3Dプリンターで造形されたものを用いることができる。
3Dプリンターは3DCADによって作図された形状を読み込み、読み込んだ形状に合わせて、例えば樹脂溶融法によって樹脂の積層を繰り返し、製品形状を得る方法であり、その際、積層ピッチや成形品内部の空洞率を設定することが可能である。
Furthermore, what was modeled with 3D printer as a synthetic resin simulation container can be used.
The 3D printer reads the shape drawn by 3D CAD, and repeats the lamination of the resin by, for example, the resin melting method according to the read shape to obtain the product shape. At that time, the lamination pitch and the void ratio inside the molded product Can be set.
3Dプリンターで作製する模擬容器は、熱溶解積層法、インクジェット法、粉末焼結法、光造形法、或いはプロジェクション法などの、いかなる方法で造形されたものであっても構わず、また、模擬容器は、表面を平滑にするためにコーティングが施されていてもよく、成形品を容器から取り外しやすいように離形処理が施されていてもよい。 The simulated container produced by the 3D printer may be formed by any method such as a hot melt lamination method, an ink jet method, a powder sintering method, an optical modeling method, or a projection method. May be coated to smooth the surface or may be subjected to a release treatment so that the molded product can be easily removed from the container.
3Dプリンターで造形する模擬容器は、目的とする樹脂成形品の表面に賦形されたリブやボスなどの凹凸部位に、樹脂及びこれに添加されたフィラーがどのように入っていくかを評価することができれば、樹脂成形品の全体を成形する形態のものでも、一部分を成形するものでも何れでも構わない。
なお、前記の通り、一般的に3Dプリンターでは内部空洞率を設定し、外観を変えずに造形時間の短縮、材料の低減を図ることができるが、本発明においては模擬容器で樹脂材料を圧縮成形する観点から、模擬容器の内部における空洞率が高いことによって剛性が低下してしまうことは好ましくない。
実際の製品設計で3DCADモデルを作成し、CAE(Computer Aided Engineering)によって製品の剛性や強度を解析し、安全性や軽量性を検証する工程は必要不可欠であるが、3Dプリンターで必要な形状データも3DCADモデルであり、樹脂流動性のシミュレーションへの3Dプリンターで造形した模擬容器の利用は、充填性予測を行う成形に必要な容器を作製するにあたって新たに3DCADモデルを作成しなくて良い点もメリットといえる。樹脂流動性のシミュレーションに3Dプリンターで作製した模擬容器を用いることで、最終的な製品形状を得る工程において3DCADが作成される関係から、余分な工程が省かれることなる。
The simulated container modeled by the 3D printer evaluates how the resin and filler added to the concave and convex portions such as ribs and bosses formed on the surface of the target resin molded product enter. As long as it is possible, it may be in the form of molding the entire resin molded product, or may be molded in part.
As described above, in general, 3D printers can set the internal cavity ratio to shorten the molding time and material without changing the appearance, but in the present invention, the resin material is compressed with a simulated container. From the viewpoint of molding, it is not preferable that the rigidity is lowered due to the high void ratio inside the simulated container.
It is indispensable to create a 3D CAD model by actual product design, analyze the rigidity and strength of the product by CAE (Computer Aided Engineering), and verify the safety and lightness, but the shape data required for 3D printers Is also a 3D CAD model, and the use of a simulated container modeled by a 3D printer for simulation of resin fluidity is that it is not necessary to create a new 3D CAD model when preparing a container necessary for molding for predicting fillability This is a merit. By using a simulated container produced by a 3D printer for the simulation of resin fluidity, an extra process is omitted from the relationship in which 3D CAD is created in the process of obtaining the final product shape.
模擬容器の材料は、3Dプリンターの材料であるABS樹脂、PLA樹脂、ポリカーボネート樹脂、ASA樹脂、ポリエーテルイミド樹脂などの熱可塑性樹脂、又はUV硬化樹脂を用いることができる。これら樹脂の中でも荷重撓み温度やガラス転移点が高いポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂が好ましい。 As the material of the simulated container, a thermoplastic resin such as an ABS resin, a PLA resin, a polycarbonate resin, an ASA resin, or a polyetherimide resin, which is a material of the 3D printer, or a UV curable resin can be used. Among these resins, polycarbonate resins and polyetherimide resins having a high load deflection temperature and a high glass transition point are preferable.
前記模擬容器を構成する合成樹脂のガラス転移温度Tgは、100℃以上が好ましく、140℃以上がより好ましく、160℃以上がさらに好ましい。ガラス転移温度Tgを上記範囲とすることで、模擬容器が温度変化によってその剛性が低下し、変形することをより抑制することができ、成形材料のシミュレーションをより正確に予測することができる。 The glass transition temperature Tg of the synthetic resin constituting the simulated container is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 140 ° C. or higher, and further preferably 160 ° C. or higher. By setting the glass transition temperature Tg in the above range, the rigidity of the simulated container can be further suppressed from being deformed due to temperature change, and deformation of the simulated container can be more accurately predicted.
また、模擬容器を合成樹脂材料で形成する場合、その全体又は一部を透明乃至半透明に設ければ、容器の外側から空洞部内に充填された樹脂の流動の様子を目視で確認することができて好ましい。なお、半透明の定義としては、LEDランプなどの光源から可視光を照射することによって容器内の充填材料の影を外側から確認することができる程度に透光性を有することをいう。 Further, when the simulated container is formed of a synthetic resin material, if the whole or a part thereof is provided transparent or translucent, it is possible to visually check the flow of the resin filled in the cavity from the outside of the container. This is preferable. In addition, the definition of translucent means that it has translucency so that the shadow of the filling material in the container can be confirmed from the outside by irradiating visible light from a light source such as an LED lamp.
前記の通り、合成樹脂製の模擬容器を用いても樹脂流動性のシミュレーションは可能であり、解析用材料としてフィラー含有樹脂を容器内に充填して圧縮成形することができる。
例えば、SMCとよばれるSheet Molding Compound材料は、繊維が充填されているものの、材料作製後は常温で人の手によって曲げられるほど軟らかく、高温下で架橋反応が進むことによって硬化が進展する。また、成形開始時には常温で金型へ配置されるため、SMC材料は軟らかい状態である。
解析用材料としてSMC材料を用いた場合に、模擬容器を用いて圧縮成形を行う際、成形過程において軟らかい樹脂を圧縮成形するには、模擬容器は金属ほどの弾性率を必要とせず、合成樹脂製の模擬容器でも空洞部内面に賦形された樹脂成形品の形状を充填材料に転写して成形品の形状を保持することが可能である。
As described above, simulation of resin fluidity is possible even using a synthetic resin-made simulated container, and the container can be filled with a filler-containing resin as an analysis material and compression molded.
For example, although a sheet molding compound material called SMC is filled with fibers, it is so soft that it can be bent by a human hand at room temperature after the material is produced, and curing progresses as a crosslinking reaction proceeds at a high temperature. Moreover, since it is arrange | positioned at a normal temperature at the time of a shaping | molding start, SMC material is a soft state.
When SMC material is used as a material for analysis, when performing compression molding using a simulated container, in order to compress and mold a soft resin in the molding process, the simulated container does not require an elastic modulus as high as that of a metal. Even in the manufactured simulated container, it is possible to transfer the shape of the resin molded product shaped on the inner surface of the cavity to the filling material and maintain the shape of the molded product.
模擬容器は、成形する樹脂成形品の全体又は一部に沿った形状の空洞部を有する固定型と、空洞部に充填された解析用材料を圧縮する部位を有する可動型により構成することができる。固定型と可動型はともに複数の部材に分割し、及び接続一体化することができる形態に構成することができるとともに、ボルトとナットなどの定着部材を介して固定型と可動型を型締めすることで、可動型で固定型内に充填された材料を圧縮するように構成することができる。
例えば、模擬容器の少なくとも一つの型にナットをインサート成形しておき、少なくとも一つの型とボルトで締結して、固定型に可動型を押圧連結するように形成することが可能である。この場合、固定型内部に材料を充填する工程において、型閉じのための装置などを必要としないため好ましい。なお、ナットをインサート成形せずともボルト径よりも小さな穴を空けておくことで、ボルトと締結するように形成されていてもよい。
The simulated container can be composed of a fixed mold having a hollow portion shaped along the whole or a part of the resin molded product to be molded, and a movable mold having a portion for compressing the analytical material filled in the hollow portion. . Both the fixed mold and the movable mold can be divided into a plurality of members and connected and integrated, and the fixed mold and the movable mold are clamped via fixing members such as bolts and nuts. Thus, the material filled in the movable mold can be configured to be compressed.
For example, a nut can be insert-molded in at least one mold of the simulated container, fastened with at least one mold and a bolt, and the movable mold can be press-connected to the fixed mold. In this case, it is preferable because a device for closing the mold is not required in the step of filling the material into the fixed mold. In addition, you may form so that it may fasten with a volt | bolt by making a hole smaller than a bolt diameter without insert-molding a nut.
前記本発明のシミュレーション方法において、解析用材料は、実際の樹脂成型品の成形に用いられる樹脂や、これと同様な性状の軟質な材料を用いることができる。 In the simulation method of the present invention, the analysis material can be a resin used for molding an actual resin molded product or a soft material having the same properties.
解析用材料として用いる樹脂は、前述のような熱硬化性樹脂であってもよいし、熱可塑性樹脂であってもよい。但し、熱可塑性樹脂を成形する場合には、別途熱源を用意し、十分な流動性が得られるような温度条件で成形を行う必要がある。
また、熱硬化性樹脂であっても別途熱源を用意し、温調を行った上で成形を行っても何ら問題はない。
The resin used as the analysis material may be a thermosetting resin as described above, or may be a thermoplastic resin. However, when molding a thermoplastic resin, it is necessary to prepare a separate heat source and perform molding under a temperature condition that provides sufficient fluidity.
Even if it is a thermosetting resin, there is no problem if a separate heat source is prepared and the temperature is adjusted and then molded.
模擬容器で成形を行う際、通常の成形金型での成形と同じように模擬容器に温度調整を施して成形することが可能である。この場合の調整温度は、解析用材料のガラス転移温度Tgよりも低い温度とすることが成形性の観点から好ましい。 When molding with a simulated container, it is possible to perform molding by adjusting the temperature of the simulated container in the same manner as with a normal molding die. In this case, the adjustment temperature is preferably lower than the glass transition temperature Tg of the analysis material from the viewpoint of formability.
詳細には、模擬容器を構成する合成樹脂のガラス転移温度Tg(℃)と、解析用材料として用いる樹脂の圧縮成形中の最高温度Tmax(℃)が下記式(1)を満たす温度に調整するようにすることができる。
式(1):−100(℃)≦ T1−Tmax ≦ 300(℃)
より詳細には、式(1)より得られる数値の下限は、−100℃以上であることが好ましく、−50℃以上であることがより好ましく、−30℃以上であることがさらに好ましい。
また、式(1)より得られる数値の上限は、特に規定することはないが、300℃以下であることが好ましく、100℃以下であることがより好ましく、50℃以下であることがさらに好ましく、0℃以下であることが特に好ましい。式(1)より得られる数値を上記範囲とすることで、樹脂成形品を所望の形状で得る目的において模擬容器が変形することなく、成形材料のシミュレーションをより正確に予測することができる。
Specifically, the glass transition temperature Tg (° C.) of the synthetic resin constituting the simulated container and the maximum temperature Tmax (° C.) during compression molding of the resin used as the analysis material are adjusted to satisfy the following formula (1). Can be.
Formula (1): −100 (° C.) ≦ T1-Tmax ≦ 300 (° C.)
More specifically, the lower limit of the numerical value obtained from the formula (1) is preferably −100 ° C. or higher, more preferably −50 ° C. or higher, and further preferably −30 ° C. or higher.
The upper limit of the numerical value obtained from the formula (1) is not particularly specified, but is preferably 300 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or lower, and further preferably 50 ° C. or lower. It is particularly preferable that the temperature is 0 ° C. or lower. By setting the numerical value obtained from Equation (1) within the above range, the simulation of the molding material can be predicted more accurately without the simulated container being deformed for the purpose of obtaining the resin molded product in a desired shape.
また、解析用材料としてSMC材料を用いた場合、繊維を樹脂に含浸させてつくられるシート状の材料を、成形品の形状に沿って設けた模擬容器の空洞部に充填し、圧縮成形によって解析用成形品を得ることができる。SMC材料の成形は、常温や低温に保った材料で成形を行うことができるため、模擬容器の温調を行わずに常温で充填した材料を圧縮し、その後に加熱するといった方法をとることも可能である。 In addition, when SMC material is used as an analysis material, a sheet-like material made by impregnating fibers with resin is filled into the cavity of a simulated container provided along the shape of the molded product, and analyzed by compression molding. A molded product can be obtained. Since molding of SMC material can be performed with a material kept at room temperature or low temperature, the material filled at room temperature may be compressed and then heated without adjusting the temperature of the simulated container. Is possible.
模擬容器に充填する解析用材料に含まれる繊維又はフィラーは、容器への充填開始時にランダムに配置されていても、規則性を有して配置されていても何れでも構わない。
繊維又はフィラーは、最低でも1本、又は1束が樹脂に混入していればよく、混入数に制限はないが、圧縮成形時の樹脂の流動性を妨げるような充填率であることは好ましくない。
繊維の長さは短いもので1mm以上であることが好ましく、長さに制限はないが基材である成形品の形状において最も長い直線距離を上限とするのが好ましい。例えば25mm角の正方形の基材を用いた場合、対角線上に繊維があるときには上限が35mm程度となる。
The fibers or fillers contained in the analytical material to be filled in the simulated container may be arranged randomly at the start of filling the container or may be arranged with regularity.
There is no limitation on the number of fibers or fillers mixed in the resin, and at least one fiber or filler is mixed, but it is preferable that the filling rate is such that the fluidity of the resin during compression molding is hindered. Absent.
The length of the fiber is short and is preferably 1 mm or more. The length is not limited, but the longest linear distance in the shape of the molded article as the base material is preferably set as the upper limit. For example, when a 25 mm square substrate is used, the upper limit is about 35 mm when there are fibers on the diagonal.
模擬容器に充填する材料は、繊維が入っていなくても、樹脂の流動性だけを評価することも可能である。例えば、着色した材料を容器内に充填させることによって、特定の部位に充填される樹脂が、もともとどの部位に配置したものなのかを、容器から取り出した解析用成形品から知ることができる。 Even if the material filled in the simulated container does not contain fibers, it is possible to evaluate only the fluidity of the resin. For example, by filling a colored material into a container, it is possible to know from which part of the analysis molded product taken out from the container which resin is originally placed in a specific part.
模擬容器で繊維含有樹脂を圧縮成形する際は、通常の成形で用いるプレス機で圧縮してもよいし、万力で型を締める方法でも構わない。
また、模擬容器が、ボルトを締結するなどの定着機構を備えているときは、ボルト締結による力で、容器空洞部内に充填された材料を容器内部へ押圧圧縮させることも可能である。
When the fiber-containing resin is compression-molded in the simulated container, the fiber-containing resin may be compressed by a press used in normal molding, or a mold may be clamped with a vise.
In addition, when the simulated container includes a fixing mechanism such as fastening a bolt, the material filled in the container cavity can be pressed and compressed into the container by the force of bolt fastening.
模擬容器による成形は、型閉じを完全に行わずに途中で停止させることで、成形状態の途中経過を確認することもできるし、模擬容器による成形品体積に比べて解析用材料の充填量を少なくし、ショートショットと呼ばれる充填不良時の挙動を現出させることも可能である。 Molding with a simulated container can be confirmed in the middle of the molding state by stopping the mold without completely closing the mold. It is also possible to make the behavior at the time of filling failure called short shot appear.
模擬容器により成形された解析用成形品の成形品の評価としては、成形品を焼きだして繊維がどのように分布しているか確認する方法や、成形品を切り出して機械物性を測定する方法、或いはX線撮影によって繊維を確認する方法をとるなどして評価することができる。目的の樹脂成形品によって要求される特性は異なるため、成形品の評価方法はどのような方法であっても構わない。
また、この際、解析用成形品を模擬容器から取り外さずに、例えば模擬容器ごと切断するなどして評価したり、焼きだして確認したりすることも可能である。
As an evaluation of the molded article for analysis molded by the simulated container, a method for checking how the fibers are distributed by baking the molded article, a method for measuring the mechanical properties by cutting the molded article, Or it can evaluate by taking the method of confirming a fiber by X-ray imaging. Since the required characteristics differ depending on the target resin molded product, any method for evaluating the molded product may be used.
At this time, the analysis molded product can be evaluated by, for example, cutting the entire simulated container or confirming it by baking without removing it from the simulated container.
解析用成形品を用いて成形性の評価を行い、目的の形状に繊維が十分に充填されることが確認された後は、模擬容器で予測された成形性を反映させた樹脂成形品の製品用の金型を作製し、金型を用いて製品を作製することが可能である。 After evaluating the moldability using the analytical molded product and confirming that the target shape is sufficiently filled with fibers, the resin molded product that reflects the moldability predicted by the simulated container It is possible to produce a mold for use and produce a product using the mold.
以上の工程において、作製された模擬容器を用いて樹脂流動試験を行うことによって、表面に凹凸部位を有する任意の形状における樹脂成形品の成形性、性能の予測が可能となる。
予測結果が目標値に対して十分であれば、製品設計の際に、実際に製品を作製する金型に結果を反映させることが可能であり、逆に不十分な結果であれば、再度3Dプリンターを用いるなどして模擬容器を作製し、或いは成形条件に修正を施した樹脂流動性のシミュレーションを実施し、目標値を満たす条件、形状を探索することが可能である。
なお、模擬容器で製品を作ることが十分に可能であれば、それをそのまま製造に用いてもよい。
By performing the resin flow test using the produced simulated container in the above steps, it becomes possible to predict the moldability and performance of a resin molded product in an arbitrary shape having an uneven surface on the surface.
If the prediction result is sufficient with respect to the target value, it is possible to reflect the result in the mold for actually producing the product when designing the product. It is possible to make a simulated container by using a printer or perform a simulation of resin fluidity in which molding conditions are corrected, and search for conditions and shapes that satisfy the target value.
If it is sufficiently possible to make a product with a simulated container, it may be used for production as it is.
本発明の樹脂流動性のシミュレーション方法を、図面を参照して説明する。
前述の通り、本発明は、樹脂成形品を圧縮成形法により成形する際の成形金型内部の樹脂の流動挙動を解析する方法であり、成形する樹脂成形品の全体又は一部の形状に沿った空洞部を備えた模擬容器を用い、模擬容器の空洞部に解析用材料を充填し、これを模擬容器内で圧縮して硬化させることにより解析用成形品を成形する。そして、この解析用成形品の表面形状又は断面の状態を検証し評価することで実成形時の樹脂の流動挙動を解析するものである。
The resin fluidity simulation method of the present invention will be described with reference to the drawings.
As described above, the present invention is a method for analyzing the flow behavior of a resin inside a molding die when a resin molded product is molded by a compression molding method, and conforms to the whole or part of the shape of the resin molded product to be molded. Using the simulated container provided with the hollow portion, the analytical material is filled in the hollow portion of the simulated container, and this is compressed and cured in the simulated container to mold the analytical molded product. And the flow behavior of the resin at the time of actual molding is analyzed by verifying and evaluating the state of the surface shape or the cross section of the analytical molded product.
詳しくは、例えば図1に示される、リブ1aを有する断面逆T字形の樹脂成形品1を圧縮成形法により成形する場合に、樹脂成形品1の全体又は一部分を、模擬容器を用いて解析用成形品を成形し、解析用成形品における樹脂の充填度合や成形品の凹凸部位への樹脂の流動性、特にフィラーを含む樹脂成形品では凹凸部位へのフィラーの流動状態を検証し、検証結果から実際の成形金型における樹脂の流動性を予測して製品設計に反映させるものである。
Specifically, for example, when a resin molded product 1 having a reverse T-shaped cross
図2は、前記図1に示される樹脂成形品1の成形に用いる模擬容器2の一形態を示している。
この模擬容器2は、3Dプリンターにより成形された合成樹脂製の成形容器であり、向かい合わせに接合することで上部に材料の充填領域である空洞部2aを形成する一対の型半部21a,21b及び接続した型半部21a,21bの外周に嵌合する型枠部21cからなる固定型21と、固定型21の上面に被せ、且つ下方へ押圧することで空洞部2a内に充填された材料を圧縮する可動型22により構成されている。前記空洞部2aの内面は、樹脂成形品1のリブ1aを含む表面形状に沿った凹凸形状に形成してある。
FIG. 2 shows one form of the
This
図3に示されるように、模擬容器2の固定型21は、型半部21a,21b同士を向かい合わせに接合し(同図(A))、その外周に型枠部21cを嵌め込むことで組み立てられ(同図(B))、樹脂成形品の全体又は一部の形状に沿った内面形状に設けられた空洞部2aが、組み立てられた固定型21の上部に配置される。
そして、前記空洞部2a内に解析用材料を充填し、空洞部2aの上部を可動型22で塞ぎ(同図(C))、充填された材料を可動型22で下方へ押圧し圧縮することで、空洞部2a内を流動した解析用材料に空洞部2aの内面形状が転写され、解析用成形品が造形される。
模擬容器2は、図4に示されるように、ボルトとナットなどの定着部材23,23を介して固定型21と可動型22を型締めすることで、可動型22で固定型21内に充填された解析用材料を圧縮するように構成してもよい。
As shown in FIG. 3, the fixed
Then, the
As shown in FIG. 4, the
以下、図1に示される樹脂成形品1(基材厚み5mm、リブ1aの厚み4mm、リブ1aの高さ15mm)を成形する場合の樹脂流動性をシミュレーションしたときの実施例について説明する。
Hereinafter, the Example when the resin fluidity | liquidity in the case of shape | molding the resin molded product 1 (base material thickness 5mm,
〈実施例1〉
解析用材料として、無水マレイン酸とグリコールの縮合反応によって得たポリエステルに、スチレンとラジカル開始材であるAIBN(アゾビスイソブチロニトリル)を添加することによって得られるシート状のSMC材料を用いた。使用するSMC材料全体に対する繊維の体積含有率は30%に設定した。
<Example 1>
As a material for analysis, a sheet-like SMC material obtained by adding AIBN (azobisisobutyronitrile), which is styrene and a radical initiator, to polyester obtained by condensation reaction of maleic anhydride and glycol was used. . The fiber volume content relative to the entire SMC material used was set to 30%.
模擬容器2として、前記図2及び図3に示された固定型21及び可動型22からなる容器を用いた。
模擬容器2は、その成形材料として、ポリエーテルイミド(STRATASYS社製、製品名「ULTEM 9085 Model」:ガラス転移温度186℃)を用い、3Dプリンターを用いて作製した。なお、ガラス転移温度は樹脂材料の動的粘弾性測定を測定し、tanδのピーク温度から求められる。
As the
The
前記手法によって得た、厚さ2mmのシート状のSMC材料(反応熱最高温度:200℃)を積層し、これを前記模擬容器2の固定型21の空洞部2a内に設置し、固定型21の上部開口に可動型22を被せ、充填された材料を可動型22で加圧した。加圧は、模擬容器2をプレス機に設置して、通常のプレス成形と同様の加圧となるようにして行った。
加圧処理後、SMC材料が充填されたままの模擬容器2を雰囲気温度が150℃のオーブンの中に静置し、30分後にオーブンから取り出した。
A sheet-like SMC material (maximum reaction heat temperature: 200 ° C.) having a thickness of 2 mm obtained by the above method is laminated, and this is placed in the
After the pressure treatment, the
オーブンから取り出した模擬容器2の可動型22を取り外して中を確認すると、SMC材料は硬化反応を起こして十分に硬化しており、さらに固定型21から取り外すことで、図1に示された形状の解析用成形品が得られた。
When the
〈実施例2〉
模擬容器2を、その成形材料として、ポリカーボネイト(STRATASYS社製、製品名「PC−ISO Model(Translucent)」:ガラス転移温度161℃)を用い、3Dプリンターを用いて作製した以外、実施例1と同じ条件で解析用成形品を作製し、樹脂流動性のシミュレーションを行った。
<Example 2>
Example 1 except that the
その結果、オーブンから取り出した模擬容器2の可動型22を取り外して中を確認すると、SMC材料は硬化反応を起こして十分に硬化しており、さらに固定型21から取り外すことで、図1に示された形状の解析用成形品が得られた。
As a result, when the
〈実施例3〉
解析用材料として、市販の粘土を用いた。
粘土は赤色と白色の二種類を用い、それぞれ5mm程度の長さに折った市販のシャープペンシルの芯をフィラーに見立てて複数混入し、これを図5に示されるように、これを赤色の粘土11aと白色の粘土11bをともに厚さ2mmで交互に重ねて4層に積層したものを解析用材料11とした。
<Example 3>
Commercially available clay was used as the analysis material.
Two types of clay, red and white, are used, and a plurality of commercially available mechanical pencil cores folded to a length of about 5 mm are mixed in as fillers. As shown in FIG. 11a and
模擬容器2として、前記図4に示された、定着部材23を備えた固定型21及び可動型22からなる容器を用いた。
模擬容器2は、その成形材料として、アクリロニトリル−スチレン−アクリル酸エステル(ASA樹脂)(STRATASYS社製、製品名「ASA Model(Natural)」:ガラス転移温度108℃)を用い、3Dプリンターを用いて作製した。
As the
The
図6に示されるように、解析用材料11を前記模擬容器2の固定型21の空洞部2a内に設置し、固定型21の上部開口に可動型22を被せ、充填された材料を可動型22で加圧することで材料の流動を促し、容器内部に充填した。
加圧は、容器に設けられた定着部材23であるボルト・ナットを利用し、固定型21と可動型22をボルトで締結することで、ボルトの力によって両型を締め付けて行った。
As shown in FIG. 6, the
The pressurization was performed by using bolts and nuts, which are fixing
加圧処理後、ボルトを取り外して固定型21と可動型22を分離させると、解析用材料11である粘土は硬化していて、図7(A)に示された形状の解析用成形品1が得られた。
この解析用成形品1の基部を切断すると、同図(B)に示されるように、色の違いによって材料の流動状態が断面から観察することができた。
また、観察の結果、材料に混入させた芯は、粘土の流動に沿った方向に向いており、ガラス繊維を含有するSMC材料に見られるような繊維配向挙動が確認された。
このような観点から、着色粘土と芯といった模擬材料によって、樹脂流動と繊維配向をシミュレーションすることが可能であることがわかった。
このように、流動の過程で着色粘土の何色の層がどこに流動するか知ることができ、さらには芯状の物体の向きを見ることで繊維配向を簡易に予測することが可能である。
After the pressure treatment, when the bolt is removed and the fixed
When the base portion of the analytical molded article 1 was cut, the flow state of the material could be observed from the cross section due to the difference in color as shown in FIG.
Further, as a result of observation, the core mixed in the material was directed in the direction along the flow of the clay, and the fiber orientation behavior as seen in the SMC material containing glass fiber was confirmed.
From this point of view, it has been found that resin flow and fiber orientation can be simulated by using simulated materials such as colored clay and a core.
In this way, it is possible to know where the colored layers of colored clay flow in the flow process, and it is possible to easily predict the fiber orientation by looking at the direction of the core-like object.
(比較例)
模擬容器2を、その成形材料として、ASA樹脂を用い、3Dプリンターを用いて作製した以外、実施例1と同じ条件で解析用成形品を作製し、樹脂流動性のシミュレーションを行った。
(Comparative example)
A
その結果、オーブンから取り出した模擬容器2の可動型22を取り外して中を確認すると、模擬容器2自体の高温時の自重による変形が確認され、この形状変形によってSMC材料と空洞部2aの内面が固着してしまい、所望の形状の解析用成形品を得ることができなかった。
As a result, when the
以上の実施例と比較例から、SMC材料を成形する際は、ガラス転移温度Tgが高い樹脂材料を用いた模擬容器2を作製し、これを用いて解析用成形品を成形すれば、適正な樹脂成形品の評価の実施が可能な解析用成形品が得られることが確認できた。また、解析用成形品の評価によって適切な設計情報を得ることが可能であることが判明した。
また、解析用材料として粘土を用いるなどの簡易的なシミュレーションでは、ASA樹脂のようなガラス転移温度が低い材料からなる模擬容器2を用いることによっても、実際の樹脂の流動や繊維やフィラーなどの配向に関する有用な情報を得ることが可能であることは判明した。
From the above examples and comparative examples, when molding the SMC material, if the
Further, in a simple simulation such as using clay as an analysis material, the actual flow of resin, fibers, fillers, etc. can also be obtained by using a
なお、図示した樹脂成形品1や模擬容器2の形状及び形態は一例であり、本発明は図示した構成や形態のものに限定されない。また、実施例で提示した成形に用いる樹脂材料は一例である。
In addition, the shape and form of the illustrated resin molded product 1 and the
1 樹脂成形品(解析用成形品)、2 模擬容器、2a 空洞部、21 固定型、22 可動型、23 定着部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Resin molded product (analysis molded product), 2 Simulated container, 2a Cavity, 21 Fixed type, 22 Movable type, 23 Fixing member
Claims (8)
成形する前記樹脂成形品の全体又は一部の形状に沿った空洞部を備えた模擬容器を作製し、
前記成形に用いる樹脂又は軟質な材料からなる解析用材料を模擬容器の空洞部に充填し、模擬容器内で圧縮して解析用成形品を成形し、
この解析用成形品の強度又は断面の状態を検証し評価することで前記樹脂成形品の実成形時の樹脂の流動挙動を解析する樹脂流動性のシミュレーション方法。 It is a method for analyzing the flow behavior of the resin inside the molding die when molding a resin molded product by the compression molding method,
Produce a simulated container with a cavity along the shape of the whole or part of the resin molded product to be molded,
Filling the cavity of the simulated container with the analytical material made of resin or soft material used for the molding, and molding the molded article for analysis by compressing in the simulated container,
A resin fluidity simulation method for analyzing the flow behavior of a resin during actual molding of the resin molded product by verifying and evaluating the strength or cross-sectional state of the molded product for analysis.
式(1):−100(℃)≦ Tg−Tmax ≦ 300(℃) The glass transition temperature Tg (° C) of the synthetic resin constituting the simulated container and the maximum temperature Tmax (° C) during compression molding of the resin used as the analysis material satisfy the following formula (1): 6. The resin fluidity simulation method according to any one of items 1 to 5.
Formula (1): −100 (° C.) ≦ Tg−Tmax ≦ 300 (° C.)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021002210A1 (en) * | 2019-07-02 | 2021-01-07 | 本田技研工業株式会社 | Resin behavior analysis device, resin behavior analysis method, and resin behavior analysis program |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06293036A (en) * | 1993-04-09 | 1994-10-21 | Kawasaki Steel Corp | Molding method of glass-fiber reinforced thermoplastic resin composite material |
JPH0976267A (en) * | 1995-09-08 | 1997-03-25 | Sumitomo Chem Co Ltd | Method for simulation of press molding or injection press molding |
JPH1095023A (en) * | 1996-09-20 | 1998-04-14 | Dainippon Ink & Chem Inc | Molding of smc or bmc |
JP2004338270A (en) * | 2003-05-16 | 2004-12-02 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Method for producing fiber-reinforced resin composite material and fiber-reinforced resin composite material |
JP2007168231A (en) * | 2005-12-21 | 2007-07-05 | Toho Tenax Co Ltd | Multi-stage molding method for lengthy thin frp article |
JP2008149708A (en) * | 2006-11-22 | 2008-07-03 | Fukui Prefecture | Thermoplastic resin multilayer reinforced sheet material, its manufacturing method, and thermoplastic resin multilayer reinforced molded article |
JP2010234800A (en) * | 2009-03-13 | 2010-10-21 | Gun Ei Chem Ind Co Ltd | Mold manufactured by laminate molding method |
JP2013173338A (en) * | 2012-01-26 | 2013-09-05 | Toyobo Co Ltd | Method for manufacturing fiber-reinforced thermoplastic resin molding |
-
2017
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Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06293036A (en) * | 1993-04-09 | 1994-10-21 | Kawasaki Steel Corp | Molding method of glass-fiber reinforced thermoplastic resin composite material |
JPH0976267A (en) * | 1995-09-08 | 1997-03-25 | Sumitomo Chem Co Ltd | Method for simulation of press molding or injection press molding |
JPH1095023A (en) * | 1996-09-20 | 1998-04-14 | Dainippon Ink & Chem Inc | Molding of smc or bmc |
JP2004338270A (en) * | 2003-05-16 | 2004-12-02 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Method for producing fiber-reinforced resin composite material and fiber-reinforced resin composite material |
JP2007168231A (en) * | 2005-12-21 | 2007-07-05 | Toho Tenax Co Ltd | Multi-stage molding method for lengthy thin frp article |
JP2008149708A (en) * | 2006-11-22 | 2008-07-03 | Fukui Prefecture | Thermoplastic resin multilayer reinforced sheet material, its manufacturing method, and thermoplastic resin multilayer reinforced molded article |
JP2010234800A (en) * | 2009-03-13 | 2010-10-21 | Gun Ei Chem Ind Co Ltd | Mold manufactured by laminate molding method |
JP2013173338A (en) * | 2012-01-26 | 2013-09-05 | Toyobo Co Ltd | Method for manufacturing fiber-reinforced thermoplastic resin molding |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021002210A1 (en) * | 2019-07-02 | 2021-01-07 | 本田技研工業株式会社 | Resin behavior analysis device, resin behavior analysis method, and resin behavior analysis program |
JP2021008081A (en) * | 2019-07-02 | 2021-01-28 | 本田技研工業株式会社 | Resin behavior analyzer, resin behavior analyzing method, and resin behavior analyzing program |
JP7134924B2 (en) | 2019-07-02 | 2022-09-12 | 本田技研工業株式会社 | Resin behavior analysis device, resin behavior analysis method, and resin behavior analysis program |
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