ADEMシミュレーションによる粉体圧縮成形における粉化•圧密挙動の解析

摘要

A new simulation approach using Advanced Distinct Element Method (ADEM) was proposed to predict the compression behavior and the characteristic of the compact. Relationship between compression load and compressive strength of compact have been analyzed. The breakage behavior and discrete motion of particles during compression was simulated by ADEM. ADEM parameters represent the property of samples, it was determined to fit the experimental results of load-displacement curve obtained by single particle compression test. Internal structure of compact was measured by X-ray CT imaging, information of particle breakage and density distribution was obtained. High density compact could make as a result of high compression load, on the other hand, compressive strength of compact decrease when the compression load was much high. There was optimum condition to obtain the tough compact. Simulation analysis could visualize the compression behavior of compact, fine powder ratio suggest the optimum compression load for powder compact.%粉体の圧縮成形は，セラミツクスゃ食品，製剤などの分野において原料粉末を押し固める操作であり，原料粉末を適切な形状や構造を有した成形体に加工するために行われている。原料を型内に充填し，加圧して圧密を行うが，成形時に不均一な粒子構造であるとその後の焼結プロセスにおける異常粒成長や気孔の発達の要因となり，製品強度の低下や品質に悪影響をおよぼすことから，成形体内の微構造力5'均一になるように成形することが求められている[1,2]。均一かつ緻密に型内に充填するために造粒などにより原料を顆粒状にして流動性を高めて用いることが一般に行われているが，圧密時の顆粒の変形，破砕による再配列が成形体構造に影響をおよぼすことから，顆粒の力学特性を把握し，適切に設計することが重要であり，顆粒特性から圧縮成形時の挙動や成形体特性を予測することが望まれている。しかしながら，圧縮成形時の変形，破砕を伴う顆粒挙動や成形体内部の応力状態は複雑であり，単一の顆粒特性と圧縮成形挙動の関係は十分に明らかになつているとはいいにくい。粉体圧縮成形に関する実験的な検討は古くから実施されており.圧縮過程における成型圧力と成形体密度の関係を理論的に導く試みや[3]や，セラミックス材料のほか，金属材料を対象とした検討[4]，凝集現象を考慮すべき微粉の圧縮成形に開する検討[5]などが報告されている。実験的な検討の積み重ねにより多くの知見が報告されているが[6-8]，粉体の力学的な挙動に影響をおよぼす因子は限りなく，新規材料の成形を試みる場合には試行錯誤的な条件出しがいまだに行われており，プロセスの効率化の妨げとなっている。