インクリメンタルフォーミングと射出成型を融合したものづくり教材開発と実践

渐进成形与注射成型相结合的制造教材的开发与实践

基本信息

批准号：
18H00245
负责人：
竹内修
金额：
$ 0.32万
依托单位：
Kochi National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18H00245/
关键词：
インクリメンタルフォーミング射出成形張り出し成形法

项目摘要

プラスチックの射出成形は、180～450℃に加熱溶融させた熱可塑性樹脂を、圧力を付加して金型に注入し、冷却、固化して成形品を得る加工技術である。これを適用するためには、射出設備の他に、製品と同形状の空洞を持ち、高圧に耐える金型、その開閉用プレスが必要となる。この金型の製作には多大な時間と費用を要するため、一般に射出成形を多品種少量生産品へ適用することは困難とされている。これに対し、金属薄板を自在な形状に成形するインクリメンタルフォーミング技術(逐次張出し成形法)を用いて射出成形の金型製作することにより、短期間でしかも低コストで多品種の金型製作する方法を考案した。この技術と射出成形技術が融合し、少量生産に対応した射出成形の実施が可能となると考えられる。ものづくり学習においても、金型製作において棒状工具を使い金属薄板が変形して目的とする形状に立体化していくインクリメンタルフォーミング技術を視覚に訴え、射出成形によって製品が出来るまでの一連の流れを理解、学習させる教育効果は多様な造形作業を学ぶ上で非常に大きいと考えており本研究で検証した。○3Dプリンタ、ダイレスフォーミングマシン、射出成形機を用いての加工プロセスの開発本研究では、3Dプリンタ、マシニングセンタを用いて合理的にデータを共有することにより、素板支持型を短時間で製作する。そしてインクリメンタルフォーミングにより薄板を製品と同形状に成形し、これをクランプ等で補強することにより、射出成形型として完成させる。この型を用いて熱可塑樹脂を注型し製品の試作を行う。この一連の加工プロセスを、従来の射出成形金型の製作を含めたプロセスと比較し、本法の評価を行う。評価は、リードスパン、コスト、そして製品の品質等、多方面から実施した。○ものづくり学習においての教育的効果インクリメンタルフォーミング法(張出成形)をベースに新しい射出成形法を考案、実践した。3Dプリンタ、ダイレスマシン、射出成形機を組み合わせた生産プロセスを構築した。ダイレスマシンで成形型を張出成形する事によって短時間、低コストで多品種製作する事が出来た。今後問題点を改善していき、ものづくり学習において、学生への体験学習となる工作実習や卒業研究への取り入れ、学校開放行事においての記念品製作の取り組みなどを企画しているところである。

塑料注射成型是将热塑性树脂在180～450℃下加热熔融，在压力下注射到模具中，然后冷却固化而获得成型制品的加工技术。为了实现这一点，除了注射设备外，还需要具有与产品形状相同的型腔并能承受高压的模具，以及用于打开和关闭模具的压力机。由于制造这种模具需要大量的时间和费用，因此通常认为很难将注射成型应用于高品种、小批量的生产。另一方面，通过使用将薄金属板成型为任意形状的渐进成型技术（连续拉伸成型法）来制造注射模具，设计了一种在短时间内以低成本制造各种模具的方法。人们认为，该技术与注射成型技术的融合将使得实现与小批量生产兼容的注射成型成为可能。在制造学习中，学生们直观地感受到了渐进成形技术，即使用条形工具制作模具，将薄金属板转变为所需的形状，学生们能够理解直到完成为止所发生的一系列步骤。一个产品是通过注塑制成的。我们认为，学习的教育效果在学习各种建模任务中是非常大的，我们在这项研究中验证了这一点。 ○开发使用3D打印机、无模成型机、注塑机的加工工艺在本研究中，我们将利用3D打印机和加工中心合理共享数据，在短时间内制造毛坯支撑模具。然后，通过渐进成型，将薄板成型为与产品相同的形状，并通过夹具等对其进行加固，从而完成注射模具。使用该模具，浇铸热塑性树脂以形成产品原型。这一系列的加工工艺将与传统工艺（包括注塑模具的生产）进行比较，以评估该方法。评估从交货期、成本、产品质量等多个方面进行。 ○制造学习的教育效果在渐进成形法（膨胀成形）的基础上，设计并实施了新的注射成形法。我们建立了结合 3D 打印机、无模机和注塑机的生产流程。通过使用无模机拉伸模具，我们能够在短时间内以低成本生产多种产品。未来我们会针对这些问题进行改善，并计划将其纳入工艺培训和毕业研究中，作为学生的实践学习，并在学校公开活动中制作纪念物品。