(57)【要約】【課題】  被加工材を膨出加工する際、膨出部周辺にしわを発生することなく高い膨出部の成形が可能なバルジ加工装置およびバルジ加工方法を提供することを目的とする。【解決手段】  バルジ加工装置において、被加工材を直接押圧し径方向に膨出させる機械的径方向膨出手段と、被加工材を軸方向に押し付ける軸押し手段とを備えることを特徴とする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工材を直接押圧し径方向に膨出させる機械的径方向膨出手段と、被加工材を軸方向に押し付ける軸押し手段とを備えることを特徴とするバルジ加工装置。
【請求項２】
前記機械的径方向膨出手段を、テーパー面を備えた台金と前記台金のテーパー面に沿って摺動する外金の楔作用とすることを特徴とする請求項１に記載のバルジ加工装置。
【請求項３】
前記台金を異なる向きのテーパー面を有する上下部材で構成し、上下部材を夫々別々に軸方向に摺動し外金を径方向に膨出可能とすることを特徴とする請求項２に記載のバルジ加工装置。
【請求項４】
前記機械的径方向膨出手段を、軸方向に摺動する上下部材にヒンジ連結され回動するリンク部材により構成することを特徴とする請求項１に記載のバルジ加工装置。
【請求項５】
前記機械的径方向膨出手段を、軸方向への圧縮力により径方向に弾性又は塑性変形する薄肉部を一部に形成した部材で構成することを特徴とする請求項１に記載のバルジ加工装置。
【請求項６】
前記機械的径方向膨出手段を、軸方向への圧縮力により径方向に弾性又は塑性変形する低剛性材料で一部を形成した部材で構成することを特徴とする請求項１に記載のバルジ加工装置。
【請求項７】
前記機械的径方向膨出手段を、局部的加熱により径方向に熱膨張する部材により構成することを特徴とする請求項１に記載のバルジ加工装置。
【請求項８】
前記機械的径方向膨出手段を、少なくともその一部が局部的温度変化により形状変化する形状記憶合金で形成し、前記形状記憶合金の形状変化により径方向に膨出する構成とすることを特徴とする請求項１に記載のバルジ加工装置。
【請求項９】
前記機械的径方向膨出手段を、軸方向の圧縮力により径方向に弾性又は塑性変形するようにスリットが形成された部材で構成することを特徴とする請求項１に記載のバルジ加工装置。
【請求項１０】
前記被加工材の膨出予定箇所に金型を設置することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のバルジ加工装置。
【請求項１１】
前記機械的径方向膨出手段と被加工材との間に圧力媒体を充填することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のバルジ加工装置。
【請求項１２】
機械的径方向膨出手段の膨出作用部分を被加工材の膨出予定部分に位置させ、前記機械的径方向膨出手段を径方向に膨出させ、被加工材の膨出予定部分を直接押圧して膨出させ、前記機械的径方向膨出手段による膨出成形と同時に被加工材に軸押し手段により軸方向の圧縮力を付加して被加工材を予定形状に膨出成形し、その後、機械的径方向膨出手段を縮径して膨出成形製品を取り出すことを特徴とするバルジ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製の被加工材を部分的に膨出加工するための機械的径方向膨出手段を用いるバルジ加工装置およびバルジ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、素材となる金属管に加工液を導入して得られる内圧と、金属管の加えられる軸押し力とを組み合わせて種々の断面形状の異形管製品を成形する液圧バルジ加工装置及び液圧バルジ加工方法が実施されている。従来の液圧バルジ加工装置および液圧バルジ加工方法を図６（ａ）（ｂ）により説明する。図６（ａ）は成形開始前の状態を示し、図６（ｂ）は成形終了後の状態を示す。先ず、下金型２３の溝型に被加工材である金属管２１をセットする。膨出部を成形するためのダイス孔２４が設けられている上金型２２を所定の力で下金型２３に押しつける。左右方向から図示していない油圧シリンダー装置に取り付けられた軸押し工具２５ａ、２５ｂを前進し、金属管２１の両端面に軸押し工具端面を当接してシールを行う。次いで、左側の軸押し工具２５ａ内に設けられた液体流路２６ａから加工液を導入しながら右側の軸押し工具２５ｂの流路２６ｂから金属管２１内の空気を押し出した後、バルブを閉鎖し、金属管１の内部を加工液で充満する。その後、左右方向から軸押し工具２５ａ、２５ｂを前進させ金属管２１に軸方向の圧縮力を付加すると共に、図示しないポンプによって金属管２１内の液圧を除々に増加させる。金属管２１内の内圧により、材料をダイス孔２４内に膨出させて、図６（ｂ）に示すように目的高さの膨出部２７を成形する。成形完了、内圧を低下させて上金型２２を上昇させ、次いで軸押し工具２５ａ、２５ｂを後退させ、製品内の加工液を流し出し製品を取り出す。加工液としては、防錆のため数％の油脂分を水に分散させたエマルジョンが一般に用いられる。
【特許文献１】特開２０００−３０１２５２号公報
【非特許文献１】プレス絞り加工、日本塑性加工学会編、１９９４年コロナ社発行、ｐ１６−ｐ１７-
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の液圧バルジ加工装置および液圧バルジ加工方法においては、軸押し力と内圧とが膨出加工に重要な役割を果たしているが、膨出部２７の膨出高さの高い製品では特に軸押し力が重要になる。膨出部２７の膨出高さを高くするためには、強い軸押し力によって材料をダイス孔２４内に多量押し込むことが必要である。しかし、軸押し力は、被加工材である金属管２１の座屈限界により制限される。また、軸押し力によって材料をダイス孔２４内に押し込む課程で、膨出部２７周辺の金属管２１表面にしわが発生する。図７（ａ）（ｂ）は、しわの発生状態を示す。図７（ａ）は、膨出部成形時の初期段階に発生するしわの状態を示し、図７（ｂ）は、成形完了時のしわの状態を示すものである。図７（ａ）に示されるように、膨出部２７を成形する初期段階では、ダイス孔２４周辺の材料が矢印に示す方向に動きながらダイス孔２４の方向に引き込まれるため、小さなしわ２８ａが金属管２１の膨出部周辺（特に膨出側と反対側）に発生しやすい。膨出加工が進むにつれて、図７（ｂ）に示すように大きなしわ２８ｂに発展する。この時、しわ部分に軸押し力によってダイス孔２４内に押し込まれるべき材料が吸収されてしまうので膨出部２７の膨出高さを高くすることができないという問題が発生する。しわの発生を防止するために、金属管２１内の内圧を増加すると、膨出部２７の肉厚の減少が進んで膨出部２７が破裂して割れを生じる。さらに、液圧バルジ加工においては、製品成形後に、加工液を除去する工程が必要であり、加工液の処理に時間とコストがかかるという問題を有する。
【０００４】
本発明は、前記課題を解決した、被加工材を膨出加工する際、膨出部周辺にしわを発生
することなく高い膨出部の成形が可能なバルジ加工装置およびバルジ加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本第１発明は、前記課題を解決するために、バルジ加工装置において、被加工材を直接押圧し径方向に膨出させる機械的径方向膨出手段と、被加工材を軸方向に押し付ける軸押し手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
本第２発明は、本第１発明のバルジ加工装置において、前記機械的径方向膨出手段を、テーパー面を備えた台金と前記台金のテーパー面に沿って摺動する外金の楔作用とすることを特徴とする。
【０００７】
本第３発明は、本第２発明のバルジ加工装置において、前記台金を異なる向きのテーパ面を有する上下部材で構成し、上下部材を夫々別々に軸方向に摺動し外金を径方向に膨出可能とすることを特徴とする。
【０００８】
本第４発明は、本第１発明のバルジ加工装置において、前記機械的径方向膨出手段を、軸方向に摺動する上下部材にヒンジ連結され回動するリンク部材により構成することを特徴とする。
【０００９】
本第５発明は、本第１発明のバルジ加工装置において、前記機械的径方向膨出手段を、軸方向への圧縮力により径方向に弾性又は塑性変形する薄肉部を一部に形成した部材で構成することを特徴とする。
【００１０】
本第６発明は、本第１発明のバルジ加工装置において、前記機械的径方向膨出手段を、軸方向への圧縮力により径方向に弾性又は塑性変形する低剛性材料で一部を形成した部材で構成することを特徴とする。
【００１１】
本第７発明は、本第１発明のバルジ加工装置において、前記機械的径方向膨出手段を、局部的加熱により径方向に熱膨張する部材により構成することを特徴とする。
【００１２】
本第８発明は、本第１発明のバルジ加工装置において、前記機械的径方向膨出手段を、少なくともその一部が局部的温度変化により形状変化する形状記憶合金で形成し、前記形状記憶合金の形状変化により径方向に膨出する構成とすることを特徴とする。
【００１３】
本第９発明は、本第１発明のバルジ加工装置において、前記機械的径方向膨出手段を、軸方向の圧縮力により径方向に弾性又は塑性変形するようにスリットが形成された部材で構成することを特徴とする。
【００１４】
本第１０発明は、本第１〜第９発明のいずれかのバルジ加工装置において、前記被加工材の膨出予定箇所に金型を設置することを特徴とする。
【００１５】
本第１１発明は、本第１〜第１０発明のいずれかのバルジ加工装置において、前記機械的径方向膨出手段と被加工材との間に圧力媒体を充填することを特徴とする。
【００１６】
本第１２発明は、バルジ加工方法において、機械的径方向膨出手段の膨出作用部分を被加工材の膨出予定部分に位置させ、前記機械的径方向膨出手段を径方向に膨出させ、被加工材の膨出予定部分を直接押圧して膨出させ、前記機械的径方向膨出手段による膨出成形と同時に被加工材に軸押し手段により軸方向の圧縮力を付加して被加工材を予定形状に膨出成形し、その後、機械的径方向膨出手段を縮径して膨出成形製品を取り出すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の被加工材を直接押圧し径方向に膨出させる機械的径方向膨出手段と、被加工材を軸方向に押し付ける軸押し手段とを備える構成により、機械的径方向膨出手段が被加工材の内面に直接押し付けられた状態で、被加工材に軸方向の押し込み力が付加されるので、膨出部周辺のしわの発生を防止すると共に、被加工材の座屈も防止され、大きな軸方向への押し込み力を被加工材に加えることが可能となり、膨出高さの高い製品をしわの発生を防止して成形できる。
機械的径方向膨出手段を、テーパー面を備えた台金と前記第金のテーパー面に沿って摺動する外金の楔作用とする構成により、部品点数の少ない単純な装置で、膨出高さの高い製品をしわの発生を防止して成形できる。
機械的径方向膨出手段として楔作用をする台金を異なる向きのテーパー面を有する上下部材で構成し、上下部材を夫々別々に軸方向に摺動し外金を径方向に膨出可能とする構成により、被加工材の膨出位置に正確に外金の突出部を位置させ、径方向への膨出両の調整も出来るので精度の高い製品を成形できる。
機械的径方向膨出手段を、軸方向に摺動する上下部材にヒンジ連結され回動するリンク部材とする構成により、部品点数の少ない単純な装置で、膨出高さの高い製品をしわの発生を防止して成形できる。
機械的径方向膨出手段を、軸方向への圧縮力により径方向に弾性又は塑性変形する薄肉部を一部に形成した部材とする構成により、部品点数の少ない単純な装置で、膨出高さの高い製品をしわの発生を防止して成形できる。
機械的径方向膨出手段を、軸方向への圧縮力により径方向に弾性又は塑性変形する低剛性材料で一部を形成する部材とする構成により、部品点数の少ない単純な装置で、膨出高さの高い製品をしわの発生を防止して成形できる。
機械的径方向膨出手段を、局部的加熱により径方向に熱膨張する部材とする構成により、部品点数の少ない単純な装置で、膨出高さの高い製品をしわの発生を防止して成形できる。
機械的径方向膨出手段を、少なくともその一部が局部的温度変化により形状変化する形状記憶合金で形成し、前記形状記憶合金の形状変化により径方向に膨出する構成とすることにより、部品点数の少ない単純な装置で、膨出高さの高い製品をしわの発生を防止して成形できる。
機械的径方向膨出手段を、軸方向の圧縮力により径方向に弾性又は塑性変形するようにスリットが形成された部材とする構成により、部品点数の少ない単純な装置で、膨出高さの高い製品をしわの発生を防止して成形できる。
被加工材の膨出予定箇所に金型を設置する構成により、機械的径方向膨出手段の被加工材の径方向の押し付けにより金型内面に被加工材が密着し精密な形状に膨出成形可能とする。
機械的径方向膨出手段と被加工材との間に圧力媒体を充填する構成により、被加工材の膨出成形における歪み比の経路を調整し、従来の軸力を付加した内圧によるバルジ加工に比べて望ましい歪み比経路を得ることができる。
機械的径方向膨出手段の膨出作用部分を被加工材の膨出予定部分に位置させ、前記機械的径方向膨出手段を径方向に膨出させ、被加工材の膨出予定部分を直接押圧して膨出させ、前記機械的径方向膨出手段による膨出成形と同時に被加工材に軸押し手段により軸方向の圧縮力を付加して被加工材を予定形状に膨出成形し、その後、機械的径方向膨出手段を縮径して膨出成形製品を取り出すバルジ加工方法とすることにより、膨出部周辺のしわの発生を防止すると共に、被加工材の座屈も防止され、大きな軸方向への押し込み力を被加工材に加えることが可能となり、膨出高さの高い製品をしわの発生を防止して成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施の形態を図により説明する。図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明のバルジ加工装置１の一実施形態を示すものである。バルジ加工装置１は、機械的径方向膨出手段２を備える。この実施形態における機械的径方向膨出手段２は、テーパー面４を備えた台金３と、台金３のテーパー面４に沿って摺動可能な外金５との楔作用による。外金５には突出部６が形成される。機械的径方向膨出手段１を構成する台金３と外金４を軸方向に摺動するための液圧シリンダー７が設置される。機械的径方向膨出手段２の外金５の突出部６が形成された側に被加工材８を配置する。被加工材８の膨出予定箇所には、必要に応じて金型９、１０を設置する。しかし、機械的径方向膨出手段１を被加工材８の膨出予定箇所に精確に配置することが可能であれば、金型９，１０を設置しなくてもよい。
【００１９】
図１（ａ）は、台金３と外金４を液圧シリンダー７により軸方向に相対的に摺動し、外金４の突出部６を被加工材８の膨出予定箇所の位置に非接触状態に保持した状態を示す。図１（ｂ）は、台金３を軸方向に矢印方向に摺動し、突出部６を有する外金５を楔作用により径方向に移動させ、外金５の突出部６を被加工材８に押し付けて径方向に初期膨出成形した状態を示す。図１（ｃ）は、機械的径方向膨出手段１により被加工材７の膨出成形は初期膨出成形のみとし、初期膨出成形と同時に、被加工材に軸押し手段（図示せず）により矢印のように軸方向の押し込み力を付加し、被加工材８を最終予定形状に膨出成形する。被加工材７の膨出部分の周辺の内面は、機械的径方向膨出手段２を構成する外金５の突出部６が押し付けられて接触しているので、被加工材８への軸方向の押し込み力が付加されてもしわの発生がない。さらに、被加工材８に大きな軸方向の押し込み力を付加しても、外金５の突出部６が膨出部の内面と接触しているため被加工材８の座屈を防止する。
【００２０】
機械的径方向膨出手段２と被加工材８との間には、加工液等の圧力媒体を充填しなくてもよい。しかし、圧力媒体を充填すると、軸圧縮力による変形に加え、圧力媒体により内圧を付加・調整することで、被加工材８の膨出成形における歪み比の経路を調整し、従来の軸力を付加した内圧によるバルジ加工と比較し、より望ましい歪み比経路を得ることができる。また、機械的径方向膨出手段２により被加工材８を初期膨出成形した後、圧力媒体により内圧を付加すると、内圧により、金型９，１０の内面に被加工材７が密着し精密な形状に膨出成形できるので、加工液等の圧力媒体を機械的径方向膨出手段２と被加工材８との間に充填してもよい。
【００２１】
図１に示される実施形態では、被加工材８として平板状のものが例示されているが、被加工材８は、管状のものであってもよい。被加工材８が管状の場合、機械的径方向膨出手段２は、筒状の芯金マンドレルの外周に分割された複数の外金が配置される。（図示せず）
【００２２】
図２は、本発明のバルジ加工装置１の別の実施形態を示す。この実施形態においては、機械的径方向膨出手段２を、台金３が上部部材３ａと下部部材３ｂに分割され、上部部材
３ａと下部部材３ｂには、互いに逆向きのテーパー面４ａ、４ｂが形成され、前記上下部部材３ａ、３ｂのテーパー面４ａ、４ｂと突出部６を備えた外金５が係合する。上下部材３ａ、３ｂをそれぞれ別個に摺動可能とし、外金５の突出部６を被加工材８の膨出予定箇所に精確に位置させ、その膨出高さの制御も容易にできるので、精度の高い膨出成形が可能となる。膨出成形の手順、金型、圧力媒体の有無及び被加工材の形状については、前記図１に示す実施形態と同様である。
【００２３】
図３（ａ）（ｂ）は、本発明のバルジ加工装置１のさらに別の実施形態を示す。この実施形態においては、機械的形方向膨出手段２を、軸方向に上下駆動する上部部材１１と下部部材１２にヒンジ１３により連結されたリンク部材１４により構成される。上下部材１１，１２の上下動によりリンク部材１４がヒンジ１３を軸として回動し、径方向に膨出する。図３（ａ）は、リンク部材１４が２つの例であり、図３（ｂ）は、リンク部材１４が３つの例を示す。被加工材８の膨出成形形状において、リンク部材１４の数を選択する。
膨出成形の手順、金型、圧力媒体の有無及び被加工材の形状については、前記図１に示す実施形態と同様である。
【００２４】
図４は、本発明のバルジ加工装置１の別の実施形態を示す。この実施形態においては、
機械的径方向膨出手段１として、局部的に弾性又は塑性変形し径方向に膨出する弾性又は塑性ヒンジ１５としたものである。弾性又は塑性ヒンジ１５として、部材１６の一部分に薄肉部を形成し、部材１６を軸方向に圧縮することにより部材１６の薄肉部が弾性又は塑性変形し径方向に膨出し、被加工材８を押圧して膨出成形する。また、弾性又は塑性ヒンジ１５として、部材１６の一部を低剛性材料で形成した低剛性部としてもよい。同様に、部材１６を軸方向に圧縮することにより部材１６の低剛部が弾性又は塑性変形し径方向に膨出し、被加工材８を押圧して膨出成形する。さらに、別の弾性又は塑性ヒンジ１５として、部材１６の一部を局部的に加熱することにより、径方向に熱膨張し、被加工材８を押圧して膨出成形するものであってもよい。
【００２５】
図３（ａ）（ｂ）に示す実施形態において、ヒンジ１３、リンク部材１４の少なくともいずれかを温度変化により形状変化する形状記憶合金で形成し、局部的加熱により形状記憶合金で形成された部分の形状変化によりリンク部材１４を回動させ、径方向に膨出させ、被加工材８を押圧して膨出成形してもよい。その場合、上下部材１１，１２に軸方向の押圧力を付加しなくてもよい。図４に示す実施形態において、弾性又は塑性ヒンジ１５を、温度変化により形状変化する形状記憶合金で形成してもよい。
【００２６】
図５は、本発明のバルジ加工装置１の他の実施形態を示す。この実施形態においては、機械的径方向膨出手段１として、部材１６の一部にスリット１７を形成し、部材１６の軸
方向の圧縮力により、スリット１７を形成した部分が径方向に弾性又は塑性変形し、被加工材８を押圧して膨出成形するものであってもよい。各実施形態において、膨出成形の手順、金型、圧力媒体の有無及び被加工材の形状については、前記図１に示す実施形態と同様である。
【００２７】
次に、本発明のバルジ加工装置１を用いたバルジ加工方法をその手順に従い説明する。
（１）機械的径方向膨出手段の径方向膨出部と被加工材の膨出成形予定箇所とを位置決めして配置する。金型を用いる場合は、被加工材の膨出成形予定箇所に位置決めして配置する。また、機械的径方向膨出手段と被加工材との間に加工液等の圧力媒体を充填してもよい。
（２）機械的径方向膨出手段を作動し、機械的径方向膨出手段の径方向膨出部を被加工材の内面に直接当接しながら押圧し、被加工材を初期膨出成形する。機械的径方向膨出手段による初期膨出成形時、被加工材に軸押し手段により軸方向の圧縮力を付加する。その際、加工液等の圧力媒体に所定の内圧を付加してもよい。
（３）初期膨出成形が終了すると、最終膨出成形までの工程は、軸押し手段による被加工材への軸方向への圧縮力によって実施する。その際、機械的径方向膨出手段の被加工材内面との当接は維持される。加工液等の圧力媒体を充填する場合には、最終膨出成形完了まで所定の内圧を付加する。
（４）被加工材の最終膨出成形が完了すると、機械的径方向膨出手段を縮径し、加工液
等の圧力媒体や金型を用いた場合は、それらを撤去し、製品を取り出す。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の実施形態を示す図である。
【図３】（ａ）（ｂ）本発明の実施形態を示す図である。
【図４】本発明の実施形態を示す図である。
【図５】本発明の実施形態を示す図である。
【図６】（ａ）（ｂ）従来技術を示す図である。
【図７】（ａ）（ｂ）従来技術を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１：バルジ加工装置
２：機械的径方向膨出手段
３：台金
４：テーパー面
５：外金
６：突出部
７：液圧シリンダー 
８：被加工材
９：金型
１０：金型
１１：上部部材
１２：下部部材
１３：ヒンジ    
１４：リンク部材
１５：弾性又は塑性ヒンジ
１６：部材
１７：スリット
２１：金属管
２２：上金型
２３：下金型
２４：ダイス孔
２５ａ、２５ｂ：軸押し工具
２６ａ、２６ｂ：流路
２７：膨出部
【図１】
2006068776.tif 000003
【図２】
2006068776.tif 000004
【図３】
2006068776.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006068776.tif 000007
【図６】
2006068776.tif 000008
【図７】
2006068776.tif 000009