(57)【要約】【課題】  超塑性成形金型において、成形金型の温度を維持しつつ、プレス機側の温度上昇を抑える。【解決手段】  成形形状に応じて交換可能な下型３１及び上型３３と、下型３１及び上型３３を加熱する下側ヒータ３９及び上側ヒータ５２と、下側ヒータ３９及び上側ヒータ５２により発生した熱が外部に逃げないように下型３１及び上型３３を囲む炉体５８と、下型３１及び上型３３へプレス機側から加圧力を伝達する伝達部材３７，４７と、を備え、プレス機と伝達部材３７，４７との連結部に、下型３１及び上型３３からボルスタ６５及びラム６６へ熱が伝わりにくくする冷却用の下側連結部材３６及び上側連結部材５１を設けた。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板材を超塑性成形するための超塑性成形装置において、
成形形状に応じて交換可能な成形金型と、
この成形金型を加熱する加熱手段と、
この加熱手段により発生した熱が外部に逃げないように前記成形金型を囲む保温部材と、
成形金型へプレス機側から加圧力を伝達する伝達部材と、を備え、
前記プレス機と前記伝達部材との連結部に、成形金型からプレス機へ熱が伝わりにくくする冷却手段を設けた、
ことを特徴とする超塑性成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金等を成型する超塑性成形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の成形装置として、高温バルジ成形装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−１２６８２６公報
【０００３】
特許文献１の図２を以下の図４で説明する。なお、符号は同公報に記載されているものを使用した。
図４は従来の成形装置の説明図であり、高温バルジ成形装置の装置本体７は、上型８ａ及び下型８ｂから構成される金型８と、押込用ラム９と、外部加熱手段１０とから構成され、外部加熱手段１０によって、予め成形材料１１が成形温度以上の温度（例えば、５００〜６００℃）に加熱され、金型８にはその内面側（成形材料１１と接触する側）に温度調整機構１２が配置され、この温度調整機構１２内に埋め込んだ水冷パイプ１３内に冷却水を循環させることによって、成形加工中に金型温度が温間温度以下の一定温度（例えば、１００℃前後〜２００℃程度）になるように制御される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
バルジ成形では、上記したように、金型温度を温間温度以下の一定温度に下げても問題はないが、例えば、超塑性成形用の金型では、成形用の板材の温度（５００℃前後）とほぼ同等な温度まで金型を昇温しておかないと、板材の温度が低下して超塑性成形が困難になる。
【０００５】
上記装置において金型８の温度を高めると、金型８に上下に圧縮力を加えるプレス機の温度が上昇して、プレス機の各部に熱影響を与えることになる。
【０００６】
本発明は、超塑性成形金型において、成形金型の温度を維持しつつ、プレス機側の温度上昇を抑えることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、板材を超塑性成形するための超塑性成形装置において、成形形状に応じて交換可能な成形金型と、この成形金型を加熱する加熱手段と、この加熱手段により発生した熱が外部に逃げないように成形金型を囲む保温部材と、成形金型へプレス機側から加圧力を伝達する伝達部材と、を備え、プレス機と伝達部材との連結部に、成形金型からプレス機へ熱が伝わりにくくする冷却手段を設けた、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明では、成形金型を囲む保温部材で、加熱した成形金型を保温することができ、更に、プレス機と伝達部材との連結部に設けた冷却手段で、成形金型からプレス機へ熱が伝わりにくくして、プレス機の温度上昇を抑えることができ、プレス機の各部が熱影響を受ける心配がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る超塑性成形装置による超塑性成形方法の概略を示す説明図であり、（ａ）はワークとしての板材の予備加熱工程、（ｂ）は板材の搬送、（ｃ）は板材の成形工程を示す。
【００１０】
（ａ）に示す工程では、加熱装置１０によって、板材１１を４５０〜５５０℃（例えば、５４０℃）に加熱し均熱する。
板材１１は、例えば、長さ１７００ｍｍ、幅１３００ｍｍ、板厚１．３ｍｍの５０００系（５０８３番、５１８２番）アルミニウム合金板材である。
加熱装置１０は、加熱炉１３と、この加熱炉１３内の下部に配置した下ヒータ１４と、加熱炉１３内の上部に配置した上ヒータ１５と、この上ヒータ１５を昇降自在とするために加熱炉１３の上部に取付けた昇降装置１６と、下ヒータ１４及び上ヒータ１５への給電をオンオフする給電スイッチ１７，１８と、加熱炉１３の内部温度を計測する温度計２１と、この温度計２１からの温度信号に基づいて給電スイッチ１７，１８をオンオフさせて加熱炉１３内の温度、即ち、板材１１の温度を制御する温度制御部２２とからなる。
【００１１】
板材１１の加熱については、下ヒータ１４に直接に板材１１を載置し、次に、昇降装置１６で上ヒータ１５を下降させて板材１１に近接させ、下ヒータ１４及び上ヒータ１５に給電して行う。
このように、上ヒータ１５を板材１１に近接させて加熱すれば、板材１１の上面に打痕等の傷が付かない。
【００１２】
（ｂ）に示す工程では、搬送装置２５に備えた把持手段２６，２６で板材１１の両端を把持した状態で加熱炉１３（（ａ）参照）から次の成形装置３０（（ｃ）参照）へ素早く搬送する。搬送時間が長くなると、板材１１の温度が低下し、表面と内部との温度差が発生する。
【００１３】
（ｃ）に示す工程では、超塑性成型装置３０（以下では、単に「成形装置３０」と記す。）によって、板材１１をブロー成形する。
成形装置３０は、下型３１を備える下型装置３２と、上型３３を備える上型装置３４と、下型３１及び上型３３の温度を制御する型温度制御部３５とからなる。
【００１４】
下型装置３２は、図示せぬプレス機のボルスタに載せた下側連結部材３６と、この下側連結部材３６に取付けることで下型３１を支持する複数の支持部材３７と、これらの支持部材３７に取付けるとともに上部を開放した下側保温部材３８と、下型３１と、この下型３１を加熱するために下側保温部材３８の底に設けた複数の下側ヒータ３９と、これらの下側ヒータ３９への給電をオンオフする給電スイッチ４１とからなる。
下型３１は、加圧ガス供給源４３に配管４４を介して連結したガス通路４５を形成した部材である。なお、４６は配管４４の途中に設けたバルブである。
【００１５】
上型装置３４は、上型３３へ加圧力を伝える複数の伝達部材４７と、これらの伝達部材４７に取付けた下部を開放した上側保温部材４８と、伝達部材４７の上部に連結するとともに図示せぬプレス機のラムで押圧する上側連結部材５１と、上型３３を加熱するために上側保温部材４８の内部上部に設けた複数の上側ヒータ５２と、これらの上側ヒータ５２への給電をオンオフする給電スイッチ５３と、上側保温部材４８の側面に取付けた温度計５４とからなる。
【００１６】
上型３３は、上方に凸に湾曲させた内面５６を備える。
上側保温部材４８は、下側保温部材３７とで炉体５８を形成する部材である。
温度計５４は、炉体５８内の温度を計測するものであり、炉体５８内の温度が一定になったときに、炉体５８の温度は下型３１及び上型３３の温度と等しくなる。
下側連結部材３６及び上側連結部材５１は、それぞれに冷却水を流すための複数の水冷通路６１を備える。
【００１７】
以上に述べた超塑性成形装置３０の作用を図２及び図３で説明する。
図２（ａ），（ｂ）は本発明に係る超塑性成型方法の成型工程を示す第１作用図である。
（ａ）において、成形装置３０の下型装置３２をプレス機のボルスタ６５に取付け、成形装置３０の上型装置３４をプレス機のラム６６に取付けた状態で、まず、下側保温部材３７及び上側保温部材４８を閉じ、下側ヒータ３９及び上側ヒータ５２に通電して、炉体５８内を加熱する、即ち、下型３１及び上型３３を４００〜５００℃（例えば４６０℃）に加熱する。このとき、下側連結部材３６及び上側連結部材５１の各水冷通路６１には冷却水を流しておく。
【００１８】
（ｂ）において、上型３３を開き、両面に離型剤を塗布するとともに加熱しておいた板材１１を成形装置３０内に挿入し、下型３１に載置する。
離型剤は、窒化硼素を含む離型剤原液（例えば、日本黒鉛株式会社製Ｌ−ＢＮ５０２６）と、界面活性剤（例えば、日本乳化剤株式会社製ニューコール２９１−ＰＧ）と、水と、離型剤原液に含まれる窒化硼素の粒径よりも大きい粒径の粉状の窒化硼素（例えば、ＢＮ社製ボロンナイトライド）とからなる混合液である。この混合液の混合比率は、離型剤原液３８ｗｔ％、界面活性剤２ｗｔ％、水５０ｗｔ％、窒化硼素１０ｗｔ％である。
【００１９】
このときの下型３１及び上型３３の温度と板材１１の温度を比べると、板材１１の温度の方が高くなるようにする。これは、下型３１及び上型３３の温度が板材１１の温度よりも高いと、成形段階で下型３１及び上型３３に接する板材１１の一部が、更に加熱されて局部的に伸びやすくなり、その部位が切れやすくなるからである。
【００２０】
図３（ａ），（ｂ）は本発明に係る超塑性成型方法の成型工程を示す第２作用図である。
（ａ）において、上型３３を閉じて、上型３３にラム６６で所定の加圧力（１０００〜１５００ｔ（例えば、１３５０ｔ））を作用させる。
これにより、下型３１及び上型３３が板材１１の端部に食い込み、板材１１の周囲をシールするとともに板材１１のずれを防止する。
【００２１】
（ｂ）において、バルブ４６を開いて、加圧ガス供給減４３から加圧ガスをガス通路４５を介して下型３１と板材１１との間に供給し、所定時間（例えば、８０秒間）その状態を維持する。これにより、板材１１が上型３３の内面５６に沿うように塑性変形する。
【００２２】
この後、上型３３を開き、搬送装置で板材１１を把持して成形装置３０内から取出し、板材１１を約２００℃まで放冷した後に、強制冷却により常温まで冷却する。
これにより、板材１１を成形装置３０内から取出した直後に、強制冷却した場合のような、温度分布の不均一から生じる熱歪みを防止することができる。
【００２３】
本発明では、図２及び図３の工程中、下側連結部材３６及び上側連結部材５１のそれぞれの水冷通路６１に冷却水を流しているため、下側連結部材３６及び上側連結部材５１を冷却することができ、下型３１及び上型３３を炉体５８で保温した状態で、下型３１及び上型３３の熱がプレス機のボルスタ６５及びラム６６へ伝わるのを防止することができる。従って、ボルスタ６５及びラム６６、その他のプレス機各部への熱影響を防止することができ、これらの寿命を延ばすことができる。
【００２４】
以上の図１で説明したように、本発明は第１に、板材１１を超塑性成形するための超塑性成形装置３０において、成形形状に応じて交換可能な成形金型としての下型３１及び上型３３と、この成形金型３１，３３を加熱する加熱手段としての下側ヒータ３９及び上側ヒータ５２と、これらの加熱手段３９，５２により発生した熱が外部に逃げないように成形金型３１，３３を囲む保温部材としての炉体５８と、成形金型３１，３３へプレス機側から加圧力を伝達する伝達部材３７，４７と、を備え、プレス機と伝達部材３７，４７との連結部に、成形金型３１，３３からプレス機（詳しくは図２（ａ）に示したボルスタ６５及びラム６６）へ熱が伝わりにくくする冷却手段としての下側連結部材３６及び上側連結部材５１を設けた、ことを特徴とする。
【００２５】
成形金型３１，３３を囲む保温部材５８で、加熱した成形金型３１，３３を保温することができ、更に、プレス機と伝達部材３７，４７との連結部に設けた冷却手段３６，５１でプレス機を冷却して、成形金型３１，３３からプレス機へ熱が伝わりにくくすることでプレス機の温度上昇を抑えることができる。従って、プレス機の各部が熱影響を受ける心配がない。また、成形金型３１，３３と冷却手段３６，５１との間には、保温部材５８が存在するため、成形金型３１，３３が冷却手段３６，５１で冷却されることがなく、成形金型３１，３３の温度をより一層精度良く維持することが可能になる。
【００２６】
尚、本実施の形態では、冷却手段は、水冷としたが、これに限らず、水以外の液体による冷却としてもよく、あるいは、複数のフィンを設けて空冷としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の超塑性成形装置は、アルミニウム合金の成形に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る超塑性成形装置による超塑性成形方法の概略を示す説明図である。
【図２】本発明に係る超塑性成型方法の成型工程を示す第１作用図である。
【図３】本発明に係る超塑性成型方法の成型工程を示す第２作用図である。
【図４】従来の成形装置の説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１１…板材、３０…超塑性成形装置、３１，３３…成形金型（下型、上型）、３６，５１…冷却手段（下側連結部材、上側連結部材）、３７，４７…伝達部材、３８，４８，５８…保温部材（下側保温部材、上側保温部材、炉体）、３９，５２…加熱手段（下側ヒータ、上側ヒータ）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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