(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所要温度に加熱された超塑性の板材を、ほぼ直角状壁面の凹みを有する複雑形状の型面を有するキャビティを備えた金型を用いかつ気体圧を作用させてブロー成形する方法であって、
前記複雑形状部分を成形する時点である成形末期の直前で、前記気体圧の板材への作用を一時中断する第１工程と、
前記板材付近に残留している圧縮気体を排出する第２工程と、
前記板材に圧縮気体を前記複雑形状部分側に向けて噴出する第３工程と、
を含むことを特徴とする超塑性板材のブロー成形方法。
【請求項２】
所要温度に加熱された超塑性の板材を、複雑形状の型面を有する金型を用いかつ気体圧を作用させてブロー成形する超塑性板材のブロー成形装置であって、
ほぼ直角状壁面の凹みを有する複雑形状の型面を有するキャビティを備えた分割式金型と、
前記板材に圧縮気体を前記複雑形状側に向けて噴射する圧縮気体噴射手段と、
前記キャビティ内を大気に対して開閉する開閉手段と、
前記圧縮気体噴射手段および前記開閉手段を制御するコントローラと、
を具備し、
これにより、前記複雑形状部分を成形する時点である成形末期の直前で前記気体圧の板材への作用を一時中断し、続いて、前記板材付近に残留している圧縮気体を排出し、その後、前記板材に圧縮気体を前記複雑形状部分側に向けて噴出するようにしたことを特徴とする超塑性板材のブロー成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所要温度に加熱された超塑性の板材を、複雑形状の型面を有するキャビティを備えた金型を用いかつ気体圧を作用させてブロー成形する方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、 アルミニウム板等の超塑性の特性を有する板材を所要温度に加熱した後ブロー成形する方法が開発されている。この成形方法では、成形過程において板材の形状や厚さが変化することを考慮して、ひずみ速度の最大値を所定値以下に制御することが重要である。この制御方式として、「高橋明男等：塑性と加工（日本塑性加工学会誌）31（1990）p.1128」や「N.Suzuki et.al. : Materials ScienceForum Vols. 304-306(1999)p.777に報告」がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の超塑性板材のブロー成形方法では、複雑形状の型面を有するキャビティを備えた金型を用いて特に厚い板材を成形する場合、複雑形状部分を成形する時点付近である成形末期には、１ＭＰａ以上の気体圧力が必要となる。このため、一般的な工場内の圧縮空気では対応できない状況になり、大規模な圧縮空気発生装置を備えた高価なブロー成形設備が必要になるなどの問題がある。
【０００４】
本発明は上記の事情に鑑みて成されたもので、その目的は、型面の複雑形状部分を成形するに当たり、成形末期に１ＭＰａ以上の気体圧力を必要とする場合にも、１ＭＰａ以下の気体圧力でその複雑形状部分を成形可能なブロー成形方法およびその装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために請求項の発明における超塑性板材のブロー成形方法は、所要温度に加熱された超塑性の板材を、ほぼ直角状壁面の凹みを有する複雑形状の型面を有するキャビティを備えた金型を用いかつ気体圧を作用させてブロー成形する方法であって、前記複雑形状部分を成形する時点である成形末期の直前で、前記気体圧の板材への作用を一時中断する第１工程と、前記板材付近に残留している圧縮気体を排出する第２工程と、前記板材に圧縮気体を前記複雑形状部分側に向けて噴出する第３工程と、を含むことを特徴とする
【０００６】
【発明の実施の態様】
なお、本発明において用いる超塑性板材としては、アルミニウム合金板、マグネシウム合金板、チタン合金板に代表される各種のものがある。
【０００８】
また、板材の加熱温度は、例えばアルミニウム板の場合、再結晶温度ないし固相線温度であって４００〜５５０℃くらいであり、一般には材料の融点の５０〜８０％ぐらいである。
【０００９】
【実施例】
以下、発明の一実施例について図１および図２に基づき詳細に説明する。図１は本発明の一実施例の概略正面図である。図１に示すように、本発明の超塑性板材のブロー成形装置は、複雑形状の型面としてほぼ直角状壁面の凹み１を有するキャビティ２および３を備えた分割式の上・下金型４・５と、圧縮気体を前記凹み１側に向けて噴射する圧縮気体噴射手段６と、前記キャビティ２・３を大気に対して開閉する開閉手段としての開閉弁７と、前記上金型４に装着され前記キャビティ２内の圧力を検知する圧力センサ８と、コントローラとしてのコンピュータ９と、で構成してある。そして、前記上金型４は図示しない昇降手段により昇降するようになっており、また前記下金型５には電気ヒータ１０が内蔵してある。
【００１０】
また、前記圧縮気体噴射手段６は、圧縮空気貯蔵タンク１１と、圧縮空気貯蔵タンク１１を導管１２を介して前記上金型４の前記キャビティ３に接続する電空比例弁１３とで構成してある。そして、前記開閉弁７および前記電空比例弁１３は前記コンピュータ９に電気的に接続してある。また、コンピュータ９には、図２で示す気体圧力パターンのグラフが記憶してある。
【００１１】
なお、この気体圧力パターンのグラフは、上述した高橋氏等の理論に基づいて算出した結果をグラフで表示したものである。すなわち、超塑性板材の特性は、数式：σ＝ＫＶｍ……（１）で表示される。ここで、σは相当応力、Ｋは応力レベルを表す定数、Ｖは相当ひずみ速度、ｍはひずみ速度感受性指数である。
【００１２】
また、半球成形における力学的バランス式は、数式：Ｐ＝σφｔ/ρ……（２）
で表示される。ここで、Ｐは気体圧力、σφは円周方向の応力、ｔは板厚、ρは曲率半径である。なお、円周方向の応力σφは、対称性を考慮すると相当応力σと同一視することができる。
【００１３】
そこで、（１）式に所定の最大ひずみ速度を代入することにより最大速度の相当応力を求め、求めた最大速度の相当応力を、（２）式に円周方向の応力所定σφとして代入することにより、成形工程中において板厚ｔおよび曲率半径ρが時々刻々と変化する気体圧力Ｐａを求めることができる。
【００１４】
本実施例では、超塑性板材として厚さ１．５ｍｍのアルミニウム板を用いた。また、ひずみ速度感受性指数ｍ値は０．３２２、応力レベルを表す定数Ｋは９．２３×１０−７、最大ひずみ速度は１０−３
[１／ｓ]として気体圧力Ｐａを算出し、その結果を表示すると、図２で示めすグラフのようになる。
【００１５】
次に、このように構成された超塑性板材のブロー成形成形装置により厚さ１．５ｍｍのアルミニウム板Ｐを成形する手順について述べる。まず、アルミニウム板Ｐを図１に示すように、予め所定温度に加熱された上・下金型４・５の間にこれらで挟持するようにしてセットする。次いで、コンピュータ９の管理の下に、開閉弁７が閉じられかつ電空比例弁１３が適宜開かれて上金型４のキャビティ３に圧縮空気が供給され、アルミニウム板Ｐに気体圧が作用される。これにより、アルミニウム板Ｐはブロー成形される。
【００１６】
この場合、図２に示すように、この気体圧パターンでは成形末期において１ＭＰａ以上の気体圧力が必要である。そこで、気体圧パターンにおいて、１ＭＰａ以下の圧力レベルで制御が必要な領域である１７９０秒以下では、電空比例弁１３の制御によりアルミニウム板材に図２に示す気体圧が作用する。
【００１７】
そして、成形末期であって１ＭＰａ以上の圧力が必要となった時点では、電空比例弁１３は閉じられ、開閉弁７が開けられて、キャビティ３・２内から圧縮空気が排気される。その後、開閉弁７が再び閉じられるとともに、電空比例弁１３が一気に開けられて、キャビティ３内に瞬時に圧縮空気が導入される。これにより、アルミニウム板材Ｐは、この際の圧縮空気の衝撃力によって１ＭＰａ以上の圧力が作用して、成形されることとなる。
【 ００１８】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、請求項１に記載の発明は、所要温度に加熱された超塑性の板材を、ほぼ直角状壁面の凹みを有する複雑形状の型面を有するキャビティを備えた金型を用いかつ気体圧を作用させてブロー成形する方法であって、前記複雑形状部分を成形する時点である成形末期の直前で、前記気体圧の板材への作用を一時中断する第１工程と、前記板材付近に残留している圧縮気体を排出する第２工程と、前記板材に圧縮気体を前記複雑形状部分側に向けて噴出する第３工程と、を含むから、型面の複雑形状部分を成形するに当たり、成形末期に１ＭＰａ以上の気体圧力を必要とする場合にも、１ＭＰａ以下の気体圧力でその複雑形状部分を容易かつ確実に成形することができるなどの優れた実用的効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す概略正面図である。
【図２】ひずみ速度の最大値を所定値にするための気体圧力パターンの例を示すグラフである。
【符号の説明】
４  上金型
５  下金型
６  圧縮気体噴射手段
７  開閉弁
９  コンピュータ
【図１】
0003714522.tif 000002
【図２】
0003714522.tif 000003