(57)【要約】  【目的】ブロー成形中、被成形体の成形温度、成形高さ、板厚、ひずみ速度を非破壊、非接触で精度良く測定することができ、容易にブロー成形性の評価を行うことを可能とする熱間ブロー成形性評価装置を提供する。  【構成】被成形体の成形高さをレーザ変位計で測定し、ブロー成形により突出した被成形体の頂点部の厚さを、被成形体の上下部からレーザ変位計で測定した被成形体の成形高さの変化量から算出するとともに、撮影装置により被成形体の表面に画かれた画線の変化を撮影して被成形体のひずみ速度を求めるよう構成される。  【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱材で内張りされヒータを配設した上部容器および下部容器に、それぞれ上金型および下金型を装着し、上部容器と下部容器の開放端を合わせ、上金型と下金型との間に被成形体を挟持し、前記ヒータにより被成形体を加熱し、加圧ガスを導入して被成形体をバルジ成形したとき、均一な成形温度、一定のガス圧が得られるよう構成された熱間ブロー成形性評価装置であって、被成形体をブロー成形するための加圧ガス注入管、被成形体の近傍に配置された金型温度測定用熱電対、被成形体の温度を測定するための放射温度計、上部容器の上面および下部容器の下面に配置され、耐熱ガラスを通して被成形体の成形高さを測定するためのレーザ変位計、耐熱ガラスを通して被成形体を撮影するための撮影装置をそなえ、被成形体の成形高さをレーザ変位計で測定し、ブロー成形により突出した被成形体の頂点部の厚さを、上部容器の上面および下部容器の下面に配置されたレーザ変位計で測定した被成形体の成形高さの変化量から算出するとともに、撮影装置により被成形体の表面に画かれた画線の変化を撮影して被成形体のひずみ速度を求めるよう構成したことを特徴とする熱間ブロー成形性評価装置。
【請求項２】
断熱材で内張りされヒータを配設した上部容器および下部容器に、それぞれ上金型および下金型を装着し、上部容器と下部容器の開放端を合わせ、上金型と下金型との間に被成形体を挟持し、前記ヒータにより被成形体を加熱し、加圧ガスを導入して被成形体をバルジ成形したとき、均一な成形温度、一定のガス圧が得られるよう構成された熱間ブロー成形性評価装置であって、下部容器に装着された被成形体を上向きブロー成形するための加圧ガス注入管、被成形体の近傍に配置された金型温度測定用熱電対、被成形体の温度を測定するための放射温度計、上部容器の上面および下部容器の下面に配置され、耐熱ガラスを通して被成形体の成形高さを測定するためのレーザ変位計、耐熱ガラスを通して被成形体を撮影するための撮影装置をそなえ、被成形体の成形高さを上部容器の上面に配置されたレーザ変位計で測定し、上向きブロー成形により上方へ突出した被成形体の頂点部の厚さを、上部容器の上面および下部容器の下面に配置されたレーザ変位計で測定した被成形体の成形高さの変化量から算出するとともに、撮影装置により被成形体の表面に画かれた画線の変化を撮影して被成形体のひずみ速度を求めるよう構成したことを特徴とする熱間ブロー成形性評価装置。
【請求項３】
前記撮影装置がＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項１または2記載の熱間ブロー成形性評価装置。
【請求項４】
ブロー成形されて上方または下方へ突出する被成形体の頂点部となる個所に、成形前に円形の画線を画いておき、請求項１または２記載の装置を用いて、ブロー成形時、円形の画線を撮影して、該円形の画線の寸法を測定し、成形前後の寸法から算出したひずみを成形時間で徐すことにより被成形体のひずみ速度を求めることを特徴とする熱間ブロー成形性評価方法。
【請求項５】
ブロー成形されて上方または下方へ突出する被成形体の頂点部となる個所に、成形前に円形の画線を画いておき、請求項３記載の装置を用いて、ブロー成形時、ＣＣＤカメラにより円形の画線を撮影して、モニター画面上で円形の画線の寸法を測定し、成形前後の寸法から算出したひずみを成形時間で徐すことにより被成形体のひずみ速度を求めることを特徴とする熱間ブロー成形性評価方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれかに記載の装置を用いて、被成形体が破断しない限界の成形高さおよび／または被成形体の頂点部の厚さを測定することを特徴とする熱間ブロー成形性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間ブロー成形性評価装置、とくにアルミニウム合金超塑性薄板材料について３５０〜６００℃で行われるガス圧によるバルジ成形（ブロー成形）におけるブロー成形性を評価するために好適な熱間ブロー成形性評価装置、および評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金超塑性材料など、金属系超塑性材料のバルジ試験によるブロー成形性試験・評価方法についてはＪＩＳ  Ｈ  ７５０４に規定されている。この規格は板厚3mm以下の板状の金属系超塑性材料を超塑性状態で超塑性バルジ成形を行う場合のブロー成形性試験・評価方法を規定したものである。
【０００３】
試験装置の条件としては、成形型および試験片（被成形体）を加熱し，均一な成形温度を得ることができる加熱装置、成形中一定のガス圧を保持できるガス加圧装置を有するものとされている。ここで，成形温度とは成形するときの成形型温度であり，６００℃以下での許容温度範囲は±３℃とされ、温度測定は熱電対で行うとされている。ガス圧とは成形圧力のことであり，許容圧力範囲は成形圧力の１%または９．８ｋＰａのいずれか小さい値を取るとされている。成形型は上型および下型からなり、試験片を成形する円筒形状部分および試験片を固定してガス圧が低下しないようにするビード部とから構成される。
【０００４】
ブロー成形性の評価方法は、板厚均一性と成形時間によって行うと規定されている。板厚均一性は、半球まで成形したバルジ成形体頂点部の板厚減少率の大小で評価し，頂点部板厚減少率が小さいほど板厚均一性は良い評価になる。半球の成形体は、成形型半径Ｒに相当する高さＨまで成形した成形体のことである。成形時間は、成形型半径Ｒに相当する高さＨに達するまでの時間であり、成形時間が短いほど実使用上有利となる。成形高さは、バルジ試験終了後成形体を取出し，常温で薄板材料表面から成形体頂点部までの高さをハイトゲージ等を使用して測定するとしている。
【０００５】
ＪＩＳ  Ｈ  ７５０４におけるブロー成形性の評価は半球まで成形することを必要としているが，ブロー成形性に影響を及ぼす成形温度，成形ガス圧によっては半球まで成形できない条件も出てくる可能性が有り，この試験方法を適用できない場合がある。また，実使用上では半球までの成形を必要としない場合もある。このような場合におけるブロー成形性の評価としては、被成形体が破断しない限界の成形高さ、板厚が評価項目として妥当と考えられるが、本規格には規定されていない。
【０００６】
半球までの成形は、ガス圧を変化させた成形試験を繰り返し，成形体の高さと成形時間の関係を求め，そこから半球までの成形時間を推測する必要があるため，各種材料および各成形温度毎にその試験を行う必要があり，膨大な試験時間が必要となる。また，成形温度および成形ガス圧のばらつきにより，正確な半球を成形することは非常に難しく、ブロー成形性向上を目的として、ブロー成形性に及ぼす成形ガス注入量、成形ガス圧などの影響を調査する場合、成形条件が増えるため、ＪＩＳ  Ｈ  ７５０４によるブロー成形性の評価方法ではさらに膨大な試験時間を要するという難点がある。
【０００７】
ブロー成形中の成形高さをリアルタイムで測定する方法（特許文献１参照）も提案されているが、この手法においては、成形高さを被成形体の表面に検出棒の一端を形成する面板を当接し、検出棒の他端を梃を介して変位計に当接する接触式変位計を用いるものであるため、ブロー成形中の被成形体とくにアルミニウム系超塑性材料の場合には強度が低いことに起因して、成形体の頂点部が凹状に変形した状態で成形が進む可能性があり、正確な成形高さを測定できないことがある。
【０００８】
また、ブロー成形のシュミレーションを行うために、シュミレーションモデルを考察する場合、ブロー成形中の被成形体の温度変化、ひずみ速度変化、板厚変化に関するデータが必要となるが、上記の手法ではこれらのデータを採取することができないという問題もある。
【特許文献１】特開平１−１９７０２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点を解消するために、ＪＩＳ  Ｈ  ７５０４に基くブロー成形性評価方式を改善するために、その構成について検討を加えた結果としてなされたものであり、その目的は、ブロー成形中、被成形体の成形温度、成形高さ、板厚、ひずみ速度を非破壊、非接触で精度良く測定することができ、容易にブロー成形性の評価を行うことを可能とする熱間ブロー成形性評価装置および評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための請求項１による熱間ブロー成形性評価装置は、断熱材で内張りされヒータを配設した上部容器および下部容器に、それぞれ上金型および下金型を装着し、上部容器と下部容器の開放端を合わせ、上金型と下金型との間に被成形体を挟持し、前記ヒータにより被成形体を加熱し、加圧ガスを導入して被成形体をバルジ成形したとき、均一な成形温度、一定のガス圧が得られるよう構成された熱間ブロー成形性評価装置であって、被成形体をブロー成形するための加圧ガス注入管、被成形体の近傍に配置された金型温度測定用熱電対、被成形体の温度を測定するための放射温度計、上部容器の上面および下部容器の下面に配置され、耐熱ガラスを通して被成形体の成形高さを測定するためのレーザ変位計、耐熱ガラスを通して被成形体を撮影するための撮影装置をそなえ、被成形体の成形高さをレーザ変位計で測定し、ブロー成形により突出した被成形体の頂点部の厚さを、上部容器の上面および下部容器の下面に配置されたレーザ変位計で測定した被成形体の成形高さの変化量から算出するとともに、撮影装置により被成形体の表面に画かれた画線の変化を撮影して被成形体のひずみ速度を求めることを可能としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２による熱間ブロー成形性評価装置は、断熱材で内張りされヒータを配設した上部容器および下部容器に、それぞれ上金型および下金型を装着し、上部容器と下部容器の開放端を合わせ、上金型と下金型との間に被成形体を挟持し、前記ヒータにより被成形体を加熱し、加圧ガスを導入して被成形体をバルジ成形したとき、均一な成形温度、一定のガス圧が得られるよう構成された熱間ブロー成形性評価装置であって、下部容器に装着された被成形体を上向きブロー成形するための加圧ガス注入管、被成形体の近傍に配置された金型温度測定用熱電対、被成形体の温度を測定するための放射温度計、上部容器の上面および下部容器の下面に配置され、耐熱ガラスを通して被成形体の成形高さを測定するためのレーザ変位計、耐熱ガラスを通して被成形体を撮影するための撮影装置をそなえ、被成形体の成形高さを上部容器の上面に配置されたレーザ変位計で測定し、上向きブロー成形により上方へ突出した被成形体の頂点部の厚さを、上部容器の上面および下部容器の下面に配置されたレーザ変位計で測定した被成形体の成形高さの変化量から算出するとともに、撮影装置により被成形体の表面に画かれた画線の変化を撮影して被成形体のひずみ速度を求めることを可能としたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３による熱間ブロー成形性評価装置は、請求項1または２において、撮影装置がＣＣＤカメラであることを特徴とする。
【００１３】
請求項４による熱間ブロー成形性評価方法は、ブロー成形されて突出する被成形体の頂点部となる個所に、成形前に円形の画線を画いておき、請求項１または２記載の装置を用いて、ブロー成形時、撮影装置により円形の画線を撮影して、円形の画線の寸法を測定し、成形前後の寸法から算出したひずみを成形時間で徐すことにより被成形体のひずみ速度を求めることを特徴とする。
【００１４】
請求項５による熱間ブロー成形性評価方法は、ブロー成形されて上方または下方へ突出する被成形体の頂点部となる個所に、成形前に円形の画線を画いておき、請求項３記載の装置を用いて、ブロー成形時、ＣＣＤカメラにより円形の画線を撮影して、モニター画面上で円形の画線の寸法を測定し、成形前後の寸法から算出したひずみを成形時間で徐すことにより被成形体のひずみ速度を求めることを特徴とする。
【００１５】
請求項６による熱間ブロー成形性の評価方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の装置を用いて、被成形体が破断しない限界の成形高さおよび／または被成形体の頂点部の厚さを測定することを特徴とする
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＪＩＳ  Ｈ  ７５０４に規定されるブロー成形性の評価を精度良く行うことができる。本発明においては、ブロー成形中において、被成形体の成形温度、成形高さ、板厚、ひずみ速度を非接触、非破壊で同時に測定することができ、また、これらの測定をリアルタイムで測定することも可能となる。
【００１７】
ＪＩＳ  Ｈ  ７５０４で要求される半球までの成形を必要としない場合においても、破断しない限度の成形高さ、板厚を精度良く測定することが可能となる。
【００１８】
被成形体の成形高さ、板厚、ひずみ速度のうちの１つ以上と成形温度を同時に測定することができるから、ブロー成形性の評価を容易に行うことができるとともに、最適なブロー成形条件（成形温度、成形ガス注入量、成形ガス圧）を容易に抽出することができ、シュミレーションを行うために必要なブロー成形中の被成形体の温度変化、ひずみ速度変化、板厚変化に関するデータの採取も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明による熱間ブロー成形性評価装置の概略を図１に示す。装置構成としては、例えば加圧ガス注入管の配置を変えることにより、被成形体のブロー成形の向きを上向きまたは下向きに変えることができるが、図１は、被成形体を上向きにブロー成形する装置例を示すものである。装置は、断熱材３で内張りされヒータ４を配設した上部容器Ａおよび下部容器Ｂに、それぞれ上金型５および下金型６を装着し、上部容器５と下部容器６の開放端を図１に示すように合わせ、上金型５と下金型６との間に被成形体８を挟持し、ヒータ４により被成形体８を加熱し、加圧ガスを導入して被成形体８をバルジ成形したとき、均一な成形温度、一定のガス圧が得られるよう構成された熱間ブロー成形性評価装置であり、金型５、６は、ＪＩＳ  Ｈ  ７５０４に規定されるように、被成形体８を成形する円筒形状部分、および被成形体を固定してガス圧が低下しないようにビード部９から構成され（図1の拡大部参照）、被成形体８は上金型５と下金型６との間に気密に挟持されている。装置の外郭は、例えば鋼板で構成される。
【００２０】
下部容器Ｂには、加圧ガス注入管７が下部容器Ｂを貫通して装着され、加圧ガス注入管７から導入される加圧ガスによって被成形体８は上向きブロー成形される。被成形体８の近傍には、金型温度（ビード部付近）測定用熱電対１３，１３が配置され、熱電対１３は温度調節装置（図示せず）に接続されて、金型５，６の温度を制御する。なお、加圧ガスとしては、空気、窒素ガス、アルゴンガスなどが適用される。
【００２１】
上部容器Ａには赤外線透過型ガラス（例えばゲルマニアを主成分とするガラス）２が装入され、被成形体８の温度を赤外線透過型ガラス２を通して測定するための放射温度計１１が配置されている。また、上部容器Ａの上面および下部容器Ｂの下面には耐熱ガラス１、１が取り付けられ、耐熱ガラス１、１を通して被成形体８の成形高さを測定するためのレーザ変位計１２、１２が配置されるとともに、上部容器Ａの耐熱ガラス１を通して被成形体８を撮影できる撮影装置１０が配置される。撮影装置としては、ＣＣＤカメラ、デジタルカメラなどが適用される。
【００２２】
上記のように構成された装置において、被成形体８の成形高さは上部容器Ａの上面に配置されたレーザ変位計１２で測定され、上向きブロー成形により上方へ突出した被成形体８の頂点部の厚さを、上部容器Ａの上面および下部容器Ｂの下面に配置されたレーザ変位計１２、１２で測定した被成形体の成形高さの変化量から算出（頂点部の厚さ＝上部容器Aの上面に配置されたレーザ変位計で測定した成形高さの変化量−下部容器Bの下面に配置されたレーザ変位計で測定した成形高さの変化量＋被成形体の初期の厚さ）するとともに、撮影装置１０により被成形体８の表面に画かれた画線の変化を撮影して被成形体８のひずみ速度を求める。
【００２３】
被成形体８のひずみ速度の測定としては、例えば、上向きブロー成形されて上方へ突出する被成形体８の頂点部となる個所に、成形前に円形の画線（スクライブドサークル）をスタンプ法、焼付け法（レジスト）、電解腐食法（例えば、酸によるエッチング）、その他の方法で画いておき、前記請求項１または２記載の装置により、撮影装置１０としてＣＣＤカメラを用いて、ブロー成形時、ＣＣＤカメラ１０により円形の画線（スクライブドサークル）をビデオ撮影し、成形後にモニター画面上で円形の画線（スクライブドサークル）の寸法を測定し、成形前後の寸法から算出したひずみを成形時間で徐すことにより被成形体のひずみ速度を求める方法がある。撮影装置１０としてデジタルカメラを使用し、デジタルカメラ１０により円形の画線を撮影し、写真上で寸法を測定してひずみ速度を求めることもできる。
【００２４】
上記円形の画線（スクライブドサークル）の寸法測定は、ＣＣＤカメラ１０を通して、ＣＰＵ（パソコン）（図示せず）に入力し、ＣＰＵ上でリアルタイムで測定することもできる。レーザ変位計１２、放射温度計１１、熱電対１３からの出力、ガス流量などをＣＰＵに入力し、ブロー成形条件を自動制御することも可能である。また、本発明による熱間ブロー成形性評価装置を用いれば、被成形体が破断しない限界の成形高さおよび／または被成形体の頂点部の厚さを測定することも可能である。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明の実施例を説明する。この実施例は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２６】
実施例１
図１に示す装置を使用し、アルミニウム合金板（ＡＡ５０８３−Ｏ材、厚さ１．５ｍｍ）の熱間ブロー成形性を評価した。上金型および下金型の内径は１５０ｍｍ、成形温度は５００℃に制御し、加圧ガスとして窒素ガスを使用し、ガス注入量は０．０１ｍ３／ｍｉｎ、ガス圧は０．３ＭＰａとした。
【００２７】
得られたデータから、成形時間を横軸として金型温度、被成形体の温度、ガス圧、成形高さ、頂点部の板厚および頂点部のひずみ速度の変化を求めた。ブロー成形中の金型温度、被成形体の温度、ガス圧の変化を図２に示す。また、成形中の成形高さの変化、頂点部の板厚変化、頂点部のひずみ速度の変化を、それぞれ図３、図４、図５に示す。図3〜４において、ポイントＡは、被成形体が破断しない限界（破断直前）の成形高さ、板厚を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による熱間ブロー成形性評価装置の一例を示す概略図である。
【図２】実施例で得られた被成形体（バルジ成形体）（頂点部）の温度変化、金型温度の変化、ガス圧の変化を示すグラフである。
【図３】実施例で得られた被成形体の成形高さ（バルジ成形高さ）の変化を示すグラフである。
【図４】実施例で得られた被成形体の頂点部（バルジ頂点部）の板厚の変化を示すグラフである。
【図５】実施例で得られた被成形体の頂点部（バルジ頂点部）のひずみ速度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１  耐熱ガラス（石英ガラス）
２  赤外線透過型ガラス
３  断熱材
４  ヒータ
５  上金型
６  下金型
７  ガス注入管
８  被成形体
９  ビード部
10  撮影装置
11  放射温度計
12  レーザ変位計
13  金型温度測定用熱電対
Ａ  上部容器
Ｂ  下部容器
【図１】
2006272415.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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