(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイスに載置された被加工材をしわ押え板で一定の荷重で保持し、ダイスを一定速度で回転させ、従動回転する押え棒を被加工材に対して角度をもって接触させ、被加工材に対して任意の断面形状に移動可能な移動台に押え棒を保持し、ダイスの回転により被加工材を回転させながら押え棒を製品形状に沿って移動させ、ダイス内に被加工材を引き込むことにより板材を成形することを特徴とする板材の成形方法。
【請求項２】
請求項１において、製品形状に沿って複数回にわたって押え棒を被加工材に接触させていくことで板材を成形することを特徴とする板材の成形方法。
【請求項３】
請求項１において、被加工材の板厚よりも厚い治具を被加工材の外周の一部もしくは全周に取り付けて板材を成形することを特徴とする板材の成形方法。
【請求項４】
請求項１において、ダイスとしわ押え板との間に被加工材を挟み込む際に弾性部材を介在させて板材を成形することを特徴とする板材の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力容器の薄板鏡板等の軸対称部品の板材を塑性加工する板材の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧力容器の薄板鏡板等の軸対称部品の塑性加工においは、プレス成形及びへら絞り成形が主に用いられている。
【０００３】
図５に基づいてプレス成形の加工方法を説明する。図５には板材をプレス成形している状態の断面を示してある。図に示すように、常温または加熱した円板状の被加工材１を外型２の上に載置し、被加工材１を内型３で外型２内に押し込んで薄板鏡板４を成形する。
【０００４】
図６に基づいてへら絞り成形方法を説明する。図６には板材を絞り成形している状態の断面を示してある。図に示すように、内型３に保持された被加工材１を回転台５の上に設置し、回転台５の中心を回転軸６の先端に接続すると共に、被加工材１の上面中心をピストン７で圧接固定する。回転軸６の駆動により回転台５を回転させ、回転する被加工材１を内型３の外周面に沿って冷間または熱間でロール８によってへら押さえして薄板鏡板４を成形する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプレス成形では、生産性がよいといったメリットがある反面、成形する製品の形状や寸法が変わる毎に外型２及び内型３の双方の型を変更する必要があった。また、薄板鏡板４は薄板の半球鏡板となっているので、成形加工中に発生する周方向の圧縮応力に起因して被加工材１にしわが発生し、しわを抑制するための成形工数が増加してしまう。このため、型費の増大及び成形工数の増加により製造コストが嵩んでいた。
【０００６】
一方、従来のへら絞り成形では、製品の形状や寸法が変わった場合、製品形状に応じた内型３のみが必要で外型２は不要であるため、プレス成形に比べて型費用が抑制される。しかし、へら絞り成形では、縁曲げ加工部の厚みの減少が生じるので、予め使用耐圧厚より厚い被加工材１を用いる必要があり、また、縁曲げ加工部の内面に疵がでやすく仕上がり寸法が不正確になりやすい問題があった。更に、しわの発生についてもプレス成形と同じであり、しわを抑制するための成形工数が増加してしまう。このため、局部的な厚みの減少や疵の発生、あるいは仕上げ寸法の精度不良等が発生し、これらを解消するために成形工数が増加していた。
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、型費や成形工数の減少、局部的な厚みの減少や疵の発生の防止、仕上がり寸法精度の向上等を図り、寸法精度がよく製作コスト及び製作工数を減少させた板材の成形方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の板材の成形方法は、ダイスに載置された被加工材をしわ押え板で一定の荷重で保持し、ダイスを一定速度で回転させ、従動回転する押え棒を被加工材に対して角度をもって接触させ、被加工材に対して任意の断面形状に移動可能な移動台に押え棒を保持し、ダイスの回転により被加工材を回転させながら押え棒を製品形状に沿って移動させ、ダイス内に被加工材を引き込むことにより板材を成形することを特徴とする。
【０００９】
そして、製品形状に沿って複数回にわたって押え棒を被加工材に接触させていくことで板材を成形することを特徴とする。また、被加工材の板厚よりも厚い治具を被加工材の外周の一部もしくは全周に取り付けて板材を成形することを特徴とする。更に、ダイスとしわ押え板との間に被加工材を挟み込む際に弾性部材を介在させて板材を成形することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
薄板の半球板成形において、被加工材の半径が減少しない張出し成形では、しわを抑制することはできるが伸びが１００％以上必要であり、割れが発生するため成形不可能である。そこで、本発明の実施形態例では、半径を減少させる絞り加工を採用している。
【００１１】
図１、図２には本発明の第１実施形態例に係る板材の成形方法を実施している状態の断面を示してある。
【００１２】
被加工材１２は、板厚１ｍｍ  で外径２７０ｍｍ  のＳＵＳ３０４板である。穴径２００ｍｍ  のリング状のダイス１１には被加工材１２が載置され、被加工材１２はしわ押え板１３で一定の荷重でダイス１１との間に保持されている。ダイス１１は図示しないＮＣ旋盤のチャックに取り付けられて回転されるようになっている。製品形状は外形２００ｍｍ  の２：１  正半楕円形の鏡板（軸対称品）であり、被加工材１２の直径方向にフランジ部に材料が残る設定となっている。
【００１３】
しわ押え板１３は弾性部材としてのばね１４を介してダイス１１との間で被加工材１２を挟み込んでいる。しわ押え板１３の押え力は、ばね１４の圧縮特性から、２ＫＮとなるようにボルト１５及びナット１６が締め込まれている。ボルト１５は周方向均等に８本用いている。押え棒１７はベアリングケース１８のベアリングを介して従動回転可能となり、押え棒１７は被加工材１２に対して角度をもって接触される。押え棒１７のベアリングケース１８は図示しないＮＣ旋盤のダイス台（移動台）に固定され、ダイス台の移動により１ｍｍ／ｒｅｖ  でＸ−Ｙ  方向に移動自在となっている。即ち、押え棒１７はＮＣ旋盤のダイス台に保持されることにより、被加工材１２に対して任意の断面形状に移動可能な状態になっている。
【００１４】
成形方法を説明する。ダイス１１を６０ｒｐｍ  で回転させ、押え棒１７のベアリングケース１８をＮＣ旋盤のダイス台に固定して押え棒１７を１ｍｍ／ｒｅｖ  でＸ−Ｙ  方向に移動させながら成形を行う。第１のステップとして、図２に示すように、クラウン部の成形を１回で行った。第２のステップとして、図１に示すように、ナックル部及びフランジ直線部の成形を３回にわたって徐々に行った。この第２のステップの成形では、押え棒１７の掴み角度を変更し、被加工材１２との角度を保持したまま、しわ押え板１３との干渉を防止している。
【００１５】
成形後の製品形状には、しわや割れは見られず、減肉が５％以下であり、形状もＪＩＳ  Ｂ  ８２４３の規定を満足していることが確認できた。ここで、しわや割れの抑制の作用について説明する。
【００１６】
被加工材１２をしわ押え板１３とダイス１１との間に、所定の範囲の力（しわ押え力）で挟み込むことにより、被加工材１２をダイス１１内に滑り込ませると共に、フランジ部のしわの発生を抑制する。ダイス１１にしわ押え板１３を固定するボルト１５にばね１４を介在させることにより、簡単にしわ押え力を制御することができる。
【００１７】
押え棒１７により被加工材１２のダイス１１内への引き込み成形を徐々に行うため、押え棒１７と被加工材１２の接触面での加工力は小さく、割れが抑制できる。このため、しわ押え力を高くすることが可能になり、クラウン部（ボディー）のしわも抑制される。また、押え棒１７の動きを制御し、製品形状に沿って複数回にわたって押え棒１７を被加工材１２に接触させていくことで、徐々に製品形状に成形し、しわの発生抑制を増大している。
【００１８】
押え棒１７を従動回転自在とし、被加工材１２に角度をもって接触させることにより、被加工材１２の回転に伴って押え棒１７が回転する。このため、被加工材１２の表面に疵を付けずに成形することが可能になり、押え棒１７に負荷される荷重も低くできる。また、押え棒１７を移動させることで成形を行うため、製品形状に応じた金型を製作する必要がない。
【００１９】
図３、図４に基づいて本発明の第２実施形態例を説明する。図３、図４には本発明の第２実施形態例に係る板材の成形方法を実施している状態の断面を示してある。尚、図１、図２に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００２０】
被加工材１２は、第１実施形態例と同様に、板厚１ｍｍ  で外径２７０ｍｍ  のＳＵＳ３０４板であり、被加工材１２の外周部の６箇所に止め治具２１として、板厚１ｍｍ  のＳＵＳ３０４が溶接されている。止め治具２１には、止め板２２として、板厚３ｍｍ  のＳＵＳ３０４が図示しないボルトによって固定されている。
【００２１】
穴径２００ｍｍ  のリング状のダイス１１には被加工材１２が載置され、被加工材１２はしわ押え板１３で一定の荷重でダイス１１との間に保持されている。ダイス１１は図示しないＮＣ旋盤のチャックに取り付けられて回転されるようになっている。製品形状は外形２００ｍｍ  の２：１  正半楕円形の鏡板（軸対称品）であり、被加工材１２の直径方向にフランジ部に材料が残る設定となっている。しわ押え板１３はばね１４を介してダイス１１との間で被加工材１２及び止め治具２１を挟み込んでいる。しわ押え板１３の押え力は、ばね１４の圧縮特性から、２ＫＮとなるようにボルト１５及びナット１６が締め込まれている。
【００２２】
成形方法を説明する。ダイス１１を６０ｒｐｍ  で回転させ、押え棒１７のベアリングケース１８をＮＣ旋盤のダイス台に固定して押え棒１７を１ｍｍ／ｒｅｖ  でＸ−Ｙ  方向に移動させながら成形を行う。第１のステップとして、図４に示すように、クラウン部の成形を１回で行った。この時、止め治具２１には止め板２２が設置されているため、ダイス１１との接触により被加工材１２の端部がこれ以上滑り込まないように制限が加えられている。
【００２３】
第２のステップとして、図３に示すように、ナックル部及びフランジ直線部の成形を３回にわたって徐々に行った。この時、止め板２２を止め治具２１の外側に付け替え、被加工材１２の半径を第１のステップに比べて小さくすると共に、半径縮小量に制限を加えている。この第２のステップの成形では、押え棒１７の掴み角度を変更し、被加工材１２との角度を保持したまま、しわ押え板１３との干渉を防止している。
【００２４】
成形後の製品形状には、しわや割れは見られず、減肉が５％以下であり、形状もＪＩＳ  Ｂ  ８２４３の規定を満足していることが確認できた。また、止め治具２１及び止め板２２を採用することにより、円周全域で半径方向の縮小量が均一となり、成形がより安定して行える。
【００２５】
ダイス１１を回転させて押え棒１７で被加工材１２をダイス１１内に引き込むようにした場合、芯ずれにより被加工材１２の引き込み量（半径の減少量）が周方向で異なる現象が起こる可能性があり、この現象が増幅されると成形が不可能となる。このため、被加工材１２よりも厚い止め板２２を外周の一部もしくは全周に設け、ダイス１１（またはしわ押え板１３）からの被加工材１２の引き込み量（半径の減少量）に制限を与え、芯ずれによる成形の不具合をなくしている。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の板材の成形方法は、ダイスに載置された被加工材をしわ押え板で一定の荷重で保持し、ダイスを一定速度で回転させ、従動回転する押え棒を被加工材に対して角度をもって接触させ、被加工材に対して任意の断面形状に移動可能な移動台に押え棒を保持し、ダイスの回転により被加工材を回転させながら押え棒を製品形状に沿って移動させ、ダイス内に被加工材を引き込むことにより板材を成形するようにしたので、製品に対応した金型が不要となると共に、成形が困難な形状であっても押え棒の経路を任意に設定してしわ等を発生させることなく成形可能となり、更に、加工力を小さくすることができる。
【００２７】
この結果、型費や成形工数の減少、局部的な厚みの減少や疵の発生の防止、仕上がり寸法精度の向上等を図り、寸法精度がよく製作コスト及び製作工数を減少させることが可能となる。
【００２８】
また、製品形状に沿って複数回にわたって押え棒を被加工材に接触させていくことで板材を成形するようにしたので、しわの発生をより効果的に抑制することが可能となる。また、被加工材の板厚よりも厚い治具を被加工材の外周の一部もしくは全周に取り付けて板材を成形するようにしたので、芯ずれによる成形の不具合をなくすことが可能となる。また、ダイスとしわ押え板との間に被加工材を挟み込む際に弾性部材を介在させて板材を成形するようにしたので、しわ押え力を容易に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る板材の成形方法を実施している状態の断面図。
【図２】本発明の第１実施形態例に係る板材の成形方法を実施している状態の断面図。
【図３】本発明の第２実施形態例に係る板材の成形方法を実施している状態の断面図。
【図４】本発明の第２実施形態例に係る板材の成形方法を実施している状態の断面図。
【図５】板材をプレス成形している状態の断面図。
【図６】板材をへら絞り成形している状態の断面図。
【符号の説明】
１１  ダイス
１２  被加工材
１３  しわ押え板
１４  ばね
１５  ボルト
１６  ナット
１７  押え棒
１８  ベアリングケース
２１  止め治具
２２  止め板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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