JP5805456B2 - 複合材長尺部材用の複合材成形型の製作方法 - Google Patents
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Description
金属で製作する場合にはマスターモデルを製作し、マスターモデルから鋳型を製作し、鋳型に溶融金属を流し込み、鋳造型を製作した後に、機械加工により必要な形状、寸法、表面粗さを得る。このような複雑な工程を経て製作する必要があり、コスト、リードタイムが多く必要である。
または、必要な寸法を包含するような金属のブロックから直接機械加工を行う方法もあるが材料のムダが多く発生し、加工時間も多く必要である。金属であるので、複合材の型と比較して重いのも難点である。
成形型に対応する反転型を機械加工により製作し、反転型上に型用プリプレグを積層し、バッギングしオートクレーブ等により加圧、加熱し硬化させる。
反転型の材料は石膏等の無機多孔質材料やエポキシ樹脂から製作されるが、これらの材料は強度が低く、脆性材料であり、長尺の反転型の場合はその取り扱いが困難である。また、素材寸法に限りがあり、長尺製品に対しては定尺寸法の素材の接着処理を行わなくてはならないという不便もある。
オートクレーブ成形の際にはプリプレグの硬化温度にさらされるが、石膏等の無機多孔質材料やエポキシ樹脂は強度が低下し、成形圧力や線膨張係数の差異による熱応力により反転型に割れが発生する可能性がある。
二次元的な真直な型については、下記特許文献1に開示されている通常の連続プルトルージョン成形法で製作する。
曲がりやねじれを有する型については、下記特許文献2または特許文献3に開示されている。
金属型用の反転型(鋳型)を製作するには複雑な工程を経る必要がある。複合材型用の反転型は強度や加熱に対しての信頼性の低いものであり、いずれの場合にも型製作の期間、原価を引き上げている。
10メートル以上の長尺の型に対しても、連続プルトルージョン成形を利用すれば、1メートル程度の長さの型で良いので初期投資を低く抑えることができる。
まず、プリプレグを積層した材料をプルトルージョンにより成形品1に対応する型材2を完全硬化状態で成形する。
その後に、成形装置10をオートクレーブ等で加圧、加熱して製品である成形品1を成形する。
上述した工程により、二次元形状を有する長尺の複合材の成形品1を得ることができる。
断面形状が全長にわたって同一形状の長尺の成形品1を製造する方法は、図1〜図3に示す二次元形状の型を用意しなくても、従来のプルトルージョン方法によっても製造することはできる。
図4では、図2で説明したと同様のプルトルージョン製法により完全硬化した二次元形状の長尺の型2を製造する。
次に、ジョグル部2a、2bを有する型2をオートクレーブ等で加熱・加圧して、図6に示す完全硬化させて型3を製造する。
この型3は、レイアップにより形成したジョグル部3a、3bを有する。
このプリプレグ40がレイアップされた成形装置10をオートクレーブに送り、所定の加熱・加圧を施すことにより、図9に示すジョグル部41a、41bを有する成形品41を得ることができる。
まず、図10に示すプリプレグ材をプルトルージョン加工により二次元形状を有する半硬化状態の型素材200を製作する。型素材200は半硬化状態であるので、塑性変形させることができる。
成形装置100は、架台110上にベースプレート120を有する。そして、このベースプレート上に5枚のテンプレート131、132,133、134、135が立設される。
図12は、図11のA―A断面で示すテンプレート131の形状を示す。テンプレート131は、型素材200が嵌合される凹部131aと中央の凸部131bを有し、水平面に対して傾いた形状を有する。型素材はテンプレート131により20aの形状に変形する。
そして、これらのテンプレート131、132、133、134、135を連続してつないで形成される曲面は、三次元形状を有する。
そして、成形装置100全体をオートクレーブにより加圧、加熱することにより、型220を得ることができる。必要により追加積層したプリプレグ部周辺を機械加工を施して段差をなくしてスムーズなジョグル部220jを持つ型を得ることができる(図20)。
次に、この半硬化状態の部材をテンプレート等に載置して三次元形状の部材に塑性変形させる。そして、この半硬化状態の部材を加熱・加圧して完全硬化させる。
上述した工程で製作された部材を型として使用することによって、三次元形状の複合材成形品を容易に形成することができる。
2 連続プルトルージョン成形による二次元複合材成形型
3 ジョグル部を有する成形型
4 二次元成形型上に積層された製品用プリプレグ
10 二次元形状部品用成形装置
11 架台
12 ベースプレ−ト
40 ジョグル部を有する成形品
100 三次元形状部品用成形装置
110 架台
120 ベースプレート
131 テンプレート
132 テンプレート
133 テンプレート
134 テンプレート
135 テンプレート
200 連続プルトルージョン成形により予備成形された複合材成形型素材
210 三次元形状の成形型
211〜215 追加積層プリプレグシート
220 ジョグル部を有する三次元成形型
300 三次元成形型上に積層されたプリプレグシート
310 三次元成形品
400 ジョグル部を有する三次元成形型上に積層されたプリプレグシート
410 ジョグル部を有する三次元成形品
510 本発明の型により成形された断面がC形で横方向に曲がりが与えられた成形品
520 本発明の型により成形された断面がC形でたて方向に曲がりが与えられた成形品
530 本発明の型により成形された断面がHまたはI形で横方向に曲がりが与えられた成形品
540 本発明の型により成形された断面がJ形で横方向に曲がりが与えられた成形品
550 本発明の型により成形された断面が帽子形で横方向に曲がりが与えられた成形品
Claims (3)
- 長尺部材の成形用の型の製作方法であって、
強化繊維に熱硬化樹脂を含浸させたプリプレグシートを必要枚数重ね合わせた材料に張力を与えながら連続してホットプレスと熱硬化炉を通過させて、断面形状が全長にわたって同一形状の完全硬化状態の成形型の素材を成形する工程と、
完全硬化した断面形状が全長にわたって同一形状の成形型の素材表面の一部に必要枚数のプリプレグシートを積層して断面形状が局部的に異なるジョグル部を形成する工程と、
ジョグル部が形成された成形用型材を加熱・加圧して完全硬化させる工程と、
を備える複合材長尺部材用の複合材成形型の製作方法。 - 長尺部材の成形用の型の製作方法であって、
強化繊維に熱硬化樹脂を含浸させたプリプレグシートを必要枚数重ね合わせた材料に張力を与えながら連続してホットプレスと熱硬化炉を通過させて、断面形状が全長にわたって同一形状の半硬化状態の成形型の素材を成形する工程と、
半硬化状態の成形型の素材を成形装置のベースプレート上に間隙を有して立設した複数個のテンプレート上に載置して成形型の素材を三次元形状に塑性変形させる工程と、
三次元形状に変形した成形型の素材を載置した成形装置を加熱・加圧して半硬化状態の成形型の素材を完全硬化させる工程と、
を備える複合材長尺部材用の複合材成形型の製作方法。 - 長尺部材の成形用の型の製作方法であって、
強化繊維に熱硬化樹脂を含浸させたプリプレグシートを必要枚数重ね合わせた材料に張力を与えながら連続してホットプレスと熱硬化炉を通過させて、断面形状が全長にわたって同一形状の半硬化状態の成形型の素材を成形する工程と、
半硬化状態の成形型の素材を成形装置のベースプレート上に間隙を有して立設した複数個のテンプレート上に載置して成形型の素材を三次元形状に塑性変形させる工程と、
三次元形状に変形した成形型の素材を載置した成形装置を加熱・加圧して半硬化状態の成形型の素材を完全硬化させる工程と、
完全硬化した成形用型材の表面の一部に必要枚数のプリプレグシートを積層して断面形状が局部的に異なるジョグル部を形成する工程と、
ジョグル部が形成された成形用型材を加熱・加圧して完全硬化させる工程と、
を備える複合材長尺部材用の複合材成形型の製作方法。
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