(57)【要約】  ストレッチ成形装置は、金型筐体を顎アセンブリ間に保持する主フレームを備えている。金型筐体は、金型に対してストレッチ成形される加工品に熱を供給するための放射加熱器を備えている。
2013512110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストレッチ成形の方法であって、
（ａ）予め選択された断面輪郭を有する細長の金属加工品を準備するステップと、
（ｂ）前記断面輪郭と相補的な加工面を有する金型であって、少なくとも前記加工面が熱絶縁された材料から構成されている、金型を準備するステップと、
（ｃ）電流を前記加工品に通電することによって、前記加工品を加工温度に抵抗加熱するステップと、
（ｄ）前記加工品が前記加工温度にある間に前記加工品および前記金型を互いに対して移動させ、これによって、前記加工品の塑性伸びおよび曲げを生じさせ、前記加工品を予め選択された最終形状に賦形することによって、前記加工品を前記加工面に対して成形するステップと、
（ｅ）前記金型に対する前記加工品の１つまたは複数の所定位置において、前記加工品の１つまたは複数の所定部分に放射熱を加え、前記１つまたは複数の所定部分において前記加工品の塑性伸びを増大させるステップと、
を含んでいることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記加工品は、チタンから構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の方法、
【請求項３】
前記加工品に放射熱を加える前記ステップは、前記放射熱が前記加工品の加工面係合側と反対の前記加工品の側に加えられる位置から、前記放射熱を加えるステップを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記加工品に放射熱を加える前記ステップは、前記放射熱が前記加工品の加工面係合側と略直交する前記加工品の側に加えられる位置から、前記放射熱を加えるステップを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記加工品に放射熱を加える前記ステップは、前記放射熱が前記加工品の互いに向き合った側に加えられる位置から、前記放射熱を加えるステップであって、該互いに向き合った側は、前記加工品の加工面係合側と略直交している、ステップを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記加工品に電流を通電する前記ステップは、顎部を通して前記加工品に電流を印加するステップを含んでいることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項７】
前記加工品の最適温度を決定し、前記加工品の実温度を検出し、前記加工品の前記実温度を前記加工品の前記最適温度まで昇温するのに十分な放射熱を前記加工品に加えるステップを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
放射加熱されることになる前記加工品の部分からの距離を前記加工品に加えられる放射エネルギーに関連付けるステップをさらに含んでいることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記加工面に対して成形された前記加工品を選択された滞留時間にわたって前記加工温度に維持することによって、前記加工品をクリープ成形するステップをさらに含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記金型および前記加工品の第１の部分を、前記放射熱を供給するための放射加熱要素が取り付けられた壁を有する筐体によって、包囲するステップをさらに含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記筐体は、前記成形ステップが行われている間、前記加工品の端部分が前記筐体から突出することを可能にする開口を備えていることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記金型の前記加工面が加熱されるようになっていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
ストレッチ成形装置であって、
（ａ）細長の金属加工品を受け、成形するように適合された輪郭の加工面を有する金型であって、少なくとも前記加工面が熱絶縁された材料から構成されている、金型と、
（ｂ）前記加工品を加工温度に加熱する電気抵抗用の抵抗加熱器と、
（ｃ）加工品を前記加工面に対して伸張させ、曲げるように前記金型および前記加工品を互いに対して移動させるために、前記加工品に係合する移動要素と、
（ｄ）前記加工品の１つまたは複数の所定部分の塑性伸びを増大させるために、前記加工品の前記１つまたは複数の部分に放射熱を加えるための放射加熱器と、
を備えていることを特徴とする、ストレッチ成形装置。
【請求項１４】
前記加工品は、チタンから構成されていることを特徴とする、請求項１３に記載のストレッチ成形装置。
【請求項１５】
前記放射加熱器は、前記放射熱が前記加工品の加工面係合側と反対の前記加工品の側に加えられる位置から、前記放射熱を加えるように配置されていることを特徴とする、請求項１３に記載のストレッチ成形装置。
【請求項１６】
前記放射加熱器は、前記放射熱を前記加工品の加工面係合側と略直交する前記加工品の側に加えるように配置されていることを特徴とする、請求項１３に記載のストレッチ成形装置。
【請求項１７】
前記放射加熱器は、前記放射熱を前記加工品の互いに向き合った側に加えるように配置されており、前記互いに向き合った側は、前記加工品の加工面係合側と略直交していることを特徴とする、請求項１３に記載のストレッチ成形装置。
【請求項１８】
前記金型を包囲する筐体であって、放射加熱要素が前記放射熱を供給するために取り付けられた内壁を有している、筐体を備えていることを特徴とする、請求項１７に記載のストレッチ成形装置。
【請求項１９】
前記筐体は、前記金型にアクセスするためのドアと、床および屋根とを備えており、前記ドア、床、および屋根は、各々、前記加工品に放射熱を加えるために、前記ドア、床、および屋根に取り付けられた少なくとも１つの放射加熱要素を有していることを特徴とする、請求項１３に記載のストレッチ成形装置。
【請求項２０】
前記ドア、床、および屋根は、各々、個別の加熱区域を画定しており、各加熱区域は、少なくとも１つの放射加熱器を備えており、前記少なくとも１つの放射加熱器は、所定の温度入力基準に応じて、他の加熱区域と無関係な所定比率で放射熱を供給するように、適合されていることを特徴とする、請求項１９に記載のストレッチ成形装置。
【請求項２１】
前記加工品に離脱可能に取り付けられた少なくとも１つの熱電対であって、実加工品温度と最適加工品温度との間の差異を決定するために温度制御回路に連通している、少なくとも１つの熱電対を備えていることを特徴とする、請求項１３に記載のストレッチ成形装置。
【請求項２２】
前記加工品に光学的に連通して配置された少なくとも１つの赤外線温度検出器であって、実加工品温度と最適加工品温度との間の差異を決定するために温度制御回路に連通している、少なくとも１つの赤外線温度検出器を備えていることを特徴とする、請求項１３に記載のストレッチ成形装置。
【請求項２３】
前記ドアは、少なくとも１つのポートと、前記少なくとも１つのポートを通して前記加工品を光学的に観察するために取り付けられた赤外線温度検出器であって、実加工品温度と最適加工品温度との間の差異を決定するために温度制御回路に連通している、赤外線温度検出器とを備えていることを特徴とする、請求項１９に記載のストレッチ成形装置。
【請求項２４】
ストレッチ成形装置であって、
（ａ）細長の金属加工品を受け、成形するように適合された加工面を有する金型であって、少なくとも前記加工面が熱絶縁された材料から構成されている、金型と、
（ｂ）前記加工品を加工温度に加熱する電気抵抗加熱器と、
（ｃ）成形作業中に前記金型および前記細長の加工品の第１の部分を包囲し、前記加工品の第２の部分が外に突出することを可能にする筐体と、
（ｄ）前記加工面に対して前記加工品の伸びおよび曲げを生じさせるように前記金型および前記加工品を互いに対して移動させるために、前記加工品の互いに向き合った端が取り付けられた互いに向き合った旋回アームと，
（ｅ）放射熱が前記加工品の加工面係合側と反対の前記加工品の側に加えられる位置から、前記放射熱を加えるように配置された放射加熱器と、
（ｆ）放射熱を前記加工品の加工面係合面と略直交する前記加工品の側に加えるように配置された放射加熱器と、
（ｇ）実加工品温度と最適加工品温度との間の差異を決定するために温度制御回路と連通している赤外線温度センサおよび熱電対温度センサからなる群から選択された温度センサと、
（ｈ）前記加工品に放射熱を加えるためのサーボフィードバックループ回路であって、前記加工品の最適温度、前記加工品の実温度、および前記放射加熱器からの前記加工品の距離が相互に関連付けられ、前記加工品と前記放射加熱器との間の距離と無関係に、前記加工品の温度を前記最適温度に維持するように、前記放射加熱器から前記加工品に十分な熱が供給されるようになっている、サーボフィードバックループ回路と、
を備えていることを特徴とする、ストレッチ成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本特許出願は、２００９年１１月３０日に出願された一部継続特許出願第１２／６２７，８３７号の優先権を主張する国際出願である。
【０００２】
［発明の分野］
本発明は、金属部品の成形に関し、さらに詳細には、ストレッチ成形プロセスの選択された段階中に補足的な加熱を加えることによって、チタンおよびその合金を熱間ストレッチ成形およびクリープ成形することに関する。
【背景技術】
【０００３】
ストレッチ成形は、加工品をその降伏点まで予め引っ張りながら、該加工品を金型に対して成形することによって、金属部品に湾曲形状を形成するのに用いられる周知のプロセスである。このプロセスは、多くの場合、大型のアルミニウム部品およびアルミニウム合金部品を作製するのに用いられ、低工具コストおよび優れた再現性を有している。
【０００４】
チタンまたはチタン合金は、特に航空機用途の一部の部品において、アルミニウムに代わって用いられている。その理由として、チタンの高い比強度、高い極限強度、ならびに複合材料との良好な冶金学的適合性が挙げられる。
【０００５】
しかし、チタンを大気温度でストレッチ成形するのは困難である。何故なら、大気温度において、チタンの降伏点は、その極限引張強度に極めて近く、伸び率が極めて小さいからである。従って、チタン部品は、典型的には、バンプ成形され、大きなビレットから機械加工されるが、これは、高価で時間の掛かるプロセスである。チタン部品を電気的に絶縁し、次いで、チタン部品に電流を通電して抵抗加熱を生じさせることによって、チタン部品を加熱することによって、ストレッチ成形中に、チタン部品に熱を加えることが知られている。しかし、このプロセスは、用途によっては、所望の結果を得るのに十分でないことがある。
【０００６】
従って、チタンおよびその合金をストレッチ成形するための装置および方法が必要とされている。近接抵抗要素によって放射熱をチタン部品に与えることによって、チタン成形プロセスのさらに改良がもたらされることが明らかになってきている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、チタンを高温においてストレッチ成形および／またはクリープ成形するための方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、チタンを高温においてストレッチ成形および／またはクリープ成形するための装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、成形プロセス中に補足的な熱を加工品に加えるための装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のこれらおよび他の目的は、予め選択された断面輪郭を有する細長の金属加工品を準備するステップと、該断面輪郭と相補的な加工面を有する金型であって、少なくとも加工面が熱絶縁された材料から構成されている、金型を準備するステップと、を含むストレッチ成形の方法によって達成されている。加工品は、電流を該加工品に通電することによって、加工温度に加熱される抵抗体である。加工品が加工温度にある間に加工品および金型を互いに対して移動させ、これによって、加工品の塑性伸びおよび曲げを生じさせ、加工品を予め選択された最終形状に賦形することによって、加工品は、加工面に対して成形されることになる。金型に対する加工品の１つまたは複数の所定位置において、１つまたは複数の所定部分において加工品の塑性伸びを増大させるために、放射熱が加工品の該１つまたは複数の所定部分に加えられるようになっている。
【００１１】
本発明の他の実施形態によれば、加工品は、チタンから構成されており、加工品に放射熱を加えるステップは、放射熱が加工品の加工面係合側と反対の加工品の側に加えられる位置から、放射熱を加えるステップを含んでいる。
【００１２】
本発明の他の実施形態によれば、加工品に放射熱を加えるステップは、放射熱が加工品の加工面係合側と略直交する加工品の側に加えられる位置から、放射熱を加えるステップを含んでいる。
【００１３】
本発明の他の態様によれば、加工品に放射熱を加えるステップは、放射熱が加工品の互いに向き合った側に加えられる位置から、放射熱を加えるステップであって、該互いに向き合った側は、加工品の加工面係合側と略直交している、ステップを含んでいる。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、加工品に電流を通電するステップは、顎部を通して加工品に電流を印加するステップを含んでいる。
【００１５】
本発明の他の実施形態によれば、本方法は、加工品の最適温度を決定し、加工品の実温度を検出し、加工品の実温度を加工品の最適温度まで昇温するのに十分な放射熱を加工品に加えるステップを含んでいる。
【００１６】
本発明の他の実施形態によれば、本方法は、放射加熱されることになる加工品の部分からの距離を加工品に加えられる放射エネルギーに関連付けるステップをさらに含んでいる。
【００１７】
本発明の他の実施形態によれば、本方法は、加工面に対して成形された加工品を選択された滞留時間にわたって加工温度に維持することによって、加工品をクリープ成形するステップを含んでいる。
【００１８】
本発明の他の実施形態によれば、金型および加工品の第１の部分を、放射熱を供給するための放射加熱要素が取り付けられた壁を有する筐体によって、包囲するステップを含んでいる。
【００１９】
本発明の他の実施形態によれば、筐体は、成形ステップが行われている間、加工品の端部分が筐体から突出することを可能にする開口を備えている。
【００２０】
本発明の他の実施形態によれば、細長の金属加工品を受け、成形するように適合された輪郭の加工面を有する金型であって、少なくとも加工面が熱絶縁された材料から構成されている、金型を備えているストレッチ成形装置が提供されている。加工品を加工温度に加熱する電気抵抗用の抵抗加熱器が設けられており、加工品を加工面に対して伸張させ、曲げるように金型および加工品を互いに対して移動させるために、移動要素が加工品に係合している。加工品の１つまたは複数の所定部分の塑性伸びを増大させるために、加工品の１つまたは複数の部分に放射熱を加えるための放射加熱器が設けられている。
【００２１】
本発明の他の実施形態によれば、加工品は、チタンから構成されており、放射加熱器は、放射熱が加工品の加工面係合側と反対の加工品の側に加えられる位置から放射熱を加えるように、配置されている。
【００２２】
本発明の他の実施形態によれば、放射加熱器は、放射熱を加工品の加工面係合側と略直交する加工品の側に加えるように、配置されている。
【００２３】
本発明の他の実施形態によれば、放射加熱器は、放射熱を加工品の互いに向き合った側に加えるように配置されており、互いに向き合った側は、加工品の加工面係合側と略直交している。
【００２４】
本発明の他の実施形態によれば、本装置は、金型を包囲する筐体であって、放射加熱要素が放射熱を供給するために取り付けられた内壁を有している、筐体を備えている。
【００２５】
本発明の他の実施形態によれば、筐体は、金型にアクセスするためのドアと、床および屋根とを備えており、ドア、床、および屋根は、各々、加工品に放射熱を加えるために、該ドア、床、および屋根に取り付けられた少なくとも１つの放射加熱要素を有している。
【００２６】
本発明の他の実施形態によれば、ドア、床、および屋根は、各々、個別の加熱区域を画定しており、各加熱区域は、少なくとも１つの放射加熱器を備えており、少なくとも１つの放射加熱器は、所定の温度入力基準に応じて、他の加熱区域と無関係な所定比率で放射熱を供給するように、適合されている。
【００２７】
本発明の他の実施形態によれば、加工品に離脱可能に取り付けられた少なくとも１つの熱電対であって、実加工品温度と最適加工品温度との間の差異を決定するために温度制御回路に連通している、少なくとも１つの熱電対が設けられている。
【００２８】
本発明の他の実施形態によれば、加工品に光学的に連通して配置された少なくとも１つの赤外線温度検出器であって、実加工品温度と最適加工品温度との間の差異を決定するために温度制御回路に連通している、少なくとも１つの赤外線温度検出器が設けられている。
【００２９】
本発明の他の実施形態によれば、ドアは、少なくとも１つのポートと、該ポートを通して加工品を光学的に観察するために取り付けられた赤外線温度検出器であって、実加工品温度と最適加工品温度との間の差異を決定するために温度制御回路に連通している、赤外線温度検出器とを備えている。
【００３０】
本発明の他の実施形態によれば、細長の金属加工品を受け、成形するように適合された加工面を有する金型であって、少なくとも加工面が熱絶縁された材料から構成されている、金型を備えているストレッチ成形装置が提供されている。加工品を加工温度に加熱する電気抵抗加熱器が設けられている。成形作業中に金型および細長の加工品の第１の部分を包囲し、加工品の第２の部分が外に突出することを可能にする筐体が設けられている。加工面に対して加工品の伸びおよび曲げを生じさせるように金型および加工品を互いに対して移動させるために、加工品の互いに向き合った端が取り付けられた互いに向き合った旋回アームが設けられている。放射熱が加工品の加工面係合側と反対の加工品の側に加えられる位置から、放射熱を加えるための放射加熱器が設けられている。放射熱を加工品の加工面係合面と略直交する加工品の側に加える他の放射加熱器が配置されている。赤外線温度センサおよび熱電対温度センサからなる群から選択された温度センサが、実加工品温度と最適加工品温度との間の差異を決定するために温度制御回路に連通している。加工品に放射熱を加えるためのサーボフィードバックループ回路であって、加工品の最適温度、加工品の実温度、および放射加熱器からの加工品の距離が相互に関連付けられ、加工品と放射加熱器との間の距離と無関係に、加工品の温度を最適温度に維持するように、放射加熱器から加工品に十分な熱が供給されるようになっている、サーボフィードバックループ回路が設けられている。
【００３１】
本発明は、添付図面と併せて、以下の説明を参照すれば、最もよく理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によって構成された例示的なストレッチ成形装置の斜視図である。
【図２】図１のストレッチ成形装置の顎アセンブリの上断面図である。
【図３】図１に示されている装置の一部をなす金型筐体であって、該金型筐体のドアが開位置にある、金型筐体の斜視図である。
【図４】金型筐体の内部構造を示す、図３に示されている金型筐体の断面図である。
【図５】図３の金型筐体の上平面図である。
【図６】金型筐体の側ドアの構造を示す、金型筐体の一部の分解図である。
【図７】加工品が装填され、成形の準備が整えられている、図１に示されているストレッチ成形装置の斜視図である。
【図８】加工品が完全に成形されている、ストレッチ成形装置の他の斜視図である。
【図９Ａ】ストレッチ成形装置を用いる例示的な成形方法を示すブロック図である。
【図９Ｂ】図９Ａのブロック図の続きである。
【図１０】成形方法の加熱制御／温度フィードバック監視機能の例示的なプロセス流れ図を示すブロック図である。
【図１１】本発明の一実施形態による１つの成形サイクルを示す時間／温度グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図面について説明するが、種々の図を通して、同一の参照番号は、同一の要素を指している。図１は、本発明によって構成された例示的なストレッチ成形装置１０を例示的な加工品Ｗと共に示している。図１０に示されているように、例示的な加工品Ｗは、Ｌ字状断面輪郭を有する押出成形品である。本発明によれば、どのような所望の形状であっても、ストレッチ成形可能である。
【００３４】
本発明は、種々の加工品、例えば、制限されるものではないが、圧延平材、圧延形材、棒材、プレスブレーキ成形された形材、押出形材、機械加工された形材、などと共に用いられるのに適している。本発明は、特に、非矩形断面輪郭を有する加工品および約２０以下のアスペクト比の断面輪郭を有する加工品に有用である。図１０に示されているように、アスペクト比は、断面輪郭の外周を包囲する矩形箱形Ｂの長さＬ１とＬ２との比率である。勿論、断面形状およびアスペクト比は、制限することを意図するものではなく、単なる例示として提示されているにすぎない。
【００３５】
装置１０は、実質的に剛性の主フレーム１２を備えている。主フレーム１２は、金型取付面１４を画定しており、装置１０の主操作部品を支持するものである。互いに向き合った第１および第２の旋回アーム１６Ａ，１６Ｂが、主フレーム１２に旋回可能に取り付けられており、それぞれ、流体圧成形シリンダ１８Ａ，１８Ｂに連結されている。旋回アーム１６Ａ、１６Ｂは、流体圧引張シリンダ２０Ａ，２０Ｂを保持している。流体圧引張シリンダ２０Ａ，２０Ｂは、該引張シリンダ２０Ａ，２０Ｂに取り付けられた流体圧作動顎アセンブリ２２Ａ，２２Ｂを有している。引張シリンダ２０は、旋回アーム１６に一定方位で取り付けられていてもよいし、旋回アーム１６に対して垂直軸を中心として旋回可能に取り付けられていてもよい。以下にさらに詳細に説明する金型筐体２４が、顎アセンブリ２２Ａ，２２Ｂ間において、金型取付面１４上に取り付けられている。
【００３６】
加圧された作動流体を成形シリンダ１８、引張シリンダ２０、および顎アセンブリ２２に供給するための適切なポンプ、弁、および制御構成要素（図示せず）が設けられている。代替的に、前述した流体圧構成要素は、他の種類のアクチュエータ、例えば、電気装置または電気機械装置に置き換えられてもよい。装置１０の制御およびシーケンス処理は、手動であってもよいし、または例えば、ＰＬＣ型コンピュータまたはＰＣ型コンピュータによって自動化されてもよい。
【００３７】
本発明の原理は、加工品および金型を互いに対して移動させることによって成形動作をもたらすあらゆる形式のストレッチ成形機での使用に等しく適している。周知の形式のこのような成形機は、固定金型または可動金型のいずれを有していてもよく、また水平方向または垂直方向のいずれに配向されていてもよい。
【００３８】
図２は、顎アセンブリ２２Ａの構造を示している。この構造は、他の顎アセンブリ２２Ｂにも共通している。顎アセンブリ２２Ａは、互いに離間した顎部２６を備えている。顎部２６は、加工品Ｗの端を掴むように適合されており、楔状コレット２８間に取り付けられている。コレット２８は、環状フレーム３０の内側に配置されている。流体圧シリンダ３２は、顎部２６およびコレット２８に軸方向力を加え、コレット２８が顎部２６を加工品Ｗに対して固くクランプするように、構成されている。顎アセンブリ２２Ａまたはその大部分は、加工品Ｗから電気的に絶縁されている。これは、絶縁層または絶縁被膜、例えば、酸化物系被膜を顎部２６、コレット２８、またはそれらの両方に付着させることによって、達成されるとよい。もし被膜３４が、顎部２６の面３６を含む全体に付着されているなら、顎アセンブリ２２Ａは、完全に絶縁されることになる。もし顎部２６に加熱電流を通電することが望ましいなら、顎部２６の面３６は、露出した状態とし、該露出した面３６に適切な電気接続部が設けられてもよい。代替的に、顎部２６またはコレット２８は、金型５８に関して後述する絶縁材料、例えば、セラミック材料から構成されていてもよい。顎部２６およびコレット２８は、顎アセンブリ２２Ａの残りへのどのような電気的または熱的漏れ経路をも避けるために、絶縁締結具５９を用いて設置されるとよい。
【００３９】
以下、図３〜図５も参照すると、金型筐体２４は、上壁３８、底壁４０、後壁４２、側壁４４Ａ、４４Ｂ、および前部ドア４６を有する箱形構造である。前部ドア４６は、図１および図３に示されている開位置から、図７および図８に示されている閉位置に旋回可能である。具体的な形状および寸法は、勿論、成形されることになる加工品の寸法および縦横比に依存して、異なることになる。金型筐体２４は、鋼のような材料から作製されており、一般的に、空気漏れおよび加工品Ｗからの熱放射を最小限に抑えるように構成されている。金型筐体２４は、必要に応じて、熱絶縁されているとよい。
【００４０】
金型５８は、金型筐体２４の内側に配置されている。金型５８は、加工面６０を有する比較的大きな質量物体である。加工面６０は、加工品Ｗが金型の周りに曲げられたときに、選択された曲面または輪郭が加工品Ｗに与えられるように、形作られている。加工面６０の断面は、一般的に、加工品Ｗの断面と一致しており、フランジまたはレールのような加工品Ｗの突出部を受け入れる凹部６２を備えているとよい。必要に応じて、金型５８またはその一部が加熱されてもよい。例えば、金型５８の加工面６０は、電気抵抗加熱に適合された鋼または他の熱伝導材料の層から作製されていてもよい。
【００４１】
図３および図４に最もよく示されているように、ドア４６は、抵抗コイル４９Ａ，４９Ｂを備えている。コイル４９Ａ，４９Ｂは、セラミック材料のような内部絶縁層７０内に部分的に埋設されており、ドアが閉鎖され、ストレッチ成形装置１０が作動されると、コイル４９Ａ，４９Ｂは、以下にさらに詳細に説明するように、補足的な放射熱を加工品Ｗに与えるのに十分な温度に抵抗加熱されることになる。
【００４２】
図３および図５を参照すると、上壁３８および底壁４０は、それぞれ、セラミック製の屋根インサート７２および床インサート７４を備えている。これらの屋根インサート７２および床インサート７４内に、抵抗コイル７の組７２Ａ〜７２Ｆおよび７４Ａ〜７４Ｆが部分的に埋設されている。図から分かるように、屋根インサートおよび床インサート７２，７４は、筐体２４内においてドア４６と金型５８の加工面６０との間に位置するように、形作られている。明瞭にするために、屋根インサート７２内のコイル７２Ａ〜７２Ｆは、透視して示されているが、実際には、筐体内において下方を向いており、床インサート７４のコイル７４Ａ〜７４Ｆに向かって筐体内に熱を放射するようになっている。
【００４３】
コイル７２Ａ〜７２Ｆおよび７４Ａ〜７４Ｆは、好ましくは、正確な可変量の熱を放射するために、独立して制御されるようになっており、これによって、ドア４６の抵抗コイル４９Ａ，４９Ｂと協働して、加工品Ｗの所定領域を加工品Ｗの他の領域の温度と無関係に正確な温度に加熱することが可能となる。例えば、コイル７２Ａ，７２Ｅおよび７４Ａ，７４Ｅは、加工品Ｗが金型５８の周囲に成形され、これらのコイルの下方に移動したときに、作動させることができ、すなわち、これらのコイルに付加的な電流を供給することができる。同様に、加工品Ｗの端が成形中にドア４６から離れる方に移動したとき、加工品Ｗの該端により多くの放射熱を与え、該端を所定温度に維持するために、コイル４９Ａ，４９Ｂに流れる電流を増大させることができる。これらの条件は、好ましくは、サーボフィードバックループによって制御されるようになっており、加工品Ｗの温度は、ドア４６にポート８０Ａ〜８０Ｄを設け、該ポート８０Ａ〜８０Ｄを通して、ドア４６の外側に取り付けられた赤外線温度検出器（図示せず）によって加工品Ｗの温度を検出し、その情報を制御装置に伝達することによって、リアルタイムで決定することができる。赤外線検出器に加えてまたは代替的に、１つまたは複数の熱電対が、加工品Ｗの所望の位置の温度を測定するために、加工品Ｗの該所望の位置に物理的に取り付けられてもよい。展開手順または平均化手順を用いて、正確な温度輪郭、および正確に繰り返される加工品Ｗの形状を得るのに必要な繰り返し温度変動をもたらすことができる。
【００４４】
図６は、側壁４４Ａの１つをさらに詳細に示している。これは、他の側壁４４Ｂにも共通している。側壁４４Ａは、比較的大きな側開口５０Ａを画定する静止パネル４８Ａを備えている。側ドア５２Ａが、例えば、Ｚ字状ブラケット５４Ａによって静止パネル４８Ａに取り付けられている。これによって、成形プロセス中に、側ドア５２Ａは、静止パネル４８Ａとの密接な接触を維持しながら、加工品Ｗと共に前後に摺動することができる。側ドア５２Ａは、該側ドアを貫通するように形成された加工品開口５６Ａを有している。この開口５６Ａは、側開口５０Ａよりもかなり小さく、理想的には、加工品Ｗが貫通することを可能にするのに十分大きくなっている。加工品の露出を最小限に抑えながら、加工品の両端の移動を可能にする他の構造体が、金型筐体２４の基本原理に影響を与えることなく、側壁４４の代わりに用いられてもよい。
【００４５】
ストレッチ成形作業中、加工品Ｗは、４８０℃（９００°Ｆ）から７００℃（１３００°Ｆ）以上の間の温度に加熱されることになる。従って、金型５８は、熱絶縁された材料またはそれらの材料の組合せから構成されている。これらの材料の重要な特性は、加工品Ｗとの接触による加熱に耐え、高温下で安定した寸法を保ち、加工品Ｗからの熱伝達を最小限に抑えることである。加工品Ｗからの抵抗加熱電流が金型５８内に流れないように、金型５８は、電気的絶縁体であることも好ましい。図示されている例では、金型５８は、多数片の溶融シリカのようなセラミック材料から構成されている。金型５８は、他の耐火材料から作製されていてもよいし、または絶縁層によって被覆されるかまたは包まれた非絶縁材料から作製されていてもよい。
【００４６】
加工品Ｗは、ストレッチ成形装置１０から電気的に絶縁されているので、電気抵抗加熱を用いて、加熱可能である。電流源からのコネクタ６４（図７参照）が、加工品Ｗの各端に配置されているとよい。代替的に、加熱電流接続具が、前述したように、顎部２６に直接接続されていてもよい。熱電対または赤外線検出器を用いることによって、電流源を温度フィードバック信号によってＰＬＣ制御することができる。これによって、迅速かつ均一加熱をもたらす適切な温度の上昇／下降速度を可能にすると共に、いったん加工品Ｗが目標温度に達したなら、電流の遅延を可能にする。周知の形式のＰＩＤ制御ループを設けることによって、加工品温度が成形サイクル中に変動するときの調整を自動化することができる。この制御は、成形サイクル中にアクティブかつプログラム可能なものであるとよい。
【００４７】
ストレッチ成形装置１０を用いる例示的な成形プロセスについて、図７、図８および図９Ａ、図９Ｂのブロック図を参照して説明する。最初、ブロック６８において、加工品Ｗが、その両端を加工品開口５６から突き出して、金型筐体２４内に装填され、前部ドア４６が閉鎖される。側ドア５２は、その最前位置にある。この状態が、図７に示されている。前述したように、このプロセスは、チタンまたはその合金から作製された加工品Ｗに特に有用である。しかし、このプロセスは、熱間成形が望ましい他の材料と共に用いられてもよい。加工品輪郭によっては、加工品断面が成形サイクル中に歪むことを防ぐために、柔軟な裏当て片、すなわち、「蛇行材（ｓｎａｋｅ）」の使用を必要とするものがある。この用途では、もし蛇行材が用いられるなら、該蛇行材は、高温柔軟絶縁材料から作製されているとよい。必要に応じて、蛇行材は、加工品Ｗからの熱損失を避けるために、高温加熱される材料から作製されているとよい。
【００４８】
このステップ中に、任意の接続具が熱電対または制御システム用の付加的なフィードバック装置に接続されることになる。いったん金型筐体２４の内側に配置されると、ブロック７０において、加工品Ｗの両端が顎部２６内に配置され、顎部２６が閉鎖される。もし別体の電気加熱接続具６４が用いられるなら、これらの接続具６４は、必要に応じて、良好な接触を達成するために、熱的および電気的に導電性のペーストを用いて、加工品Ｗに取り付けられることになる。
【００４９】
ブロック７２，７４に示されているループでは、電流が加工品Ｗに通電され、加工品Ｗの抵抗加熱を生じさせる。加工品Ｗの閉ループ制御加熱は、所望の加工温度目標値に達するまで、熱電対または他の温度センサからのフィードバックを継続的に利用して行われるようになっている。目標値に対する加工品の加熱速度は、加工品の断面および長さならびに熱電対フィードバックを考慮して決定される。
【００５０】
いったん加工温度に達したなら、加工品の成形を開始することができる。目標値に達するまで、加工品Ｗの閉ループ加熱が継続される。
【００５１】
ブロック７６，７８に示されているループでは、引張シリンダ２０が加工品Ｗを長手方向において所望の箇所まで引っ張り、加工温度が必要に応じて制御されている状態において、主シリンダ１８が、旋回アーム１６を内方に旋回させ、加工品Ｗを金型５８に巻き付ける。側ドア５２が、加工品の運動に応じて、後方に摺動する。この状態が、図８に示されている。引張速度、種々の位置における滞留時間、および温度変化は、成形プロセス中に、制御システムへのフィードバックを介して制御することができる。いったん、旋回アーム１６からの位置フィードバックが、加工品Ｗがその最終位置に達したことを示したなら、加工品Ｗの取外しの準備が整うまで、制御装置が、位置および／または張力を維持する。目標値に達するまで、制御装置は、継続して、加工品Ｗを加熱し、かつ加工品Ｗを金型に対して成形することになる。温度を必要に応じて制御しながら、選択された滞留時間にわたって加工品Ｗを金型５８に対して維持することによって、クリープ成形が行われてもよい。
【００５２】
ブロック８０，８２に示されているループでは、加工品Ｗは、電源を介して補足的な熱を加えることによって、自然の冷却よりも緩慢な速度で冷却されるようになっている。この温度降下の速度は、プログラム化されており、これによって、加工品Ｗを温度フィードバックを介して監視しながら冷却することが可能となる。
【００５３】
いったん温度がその最終目標値に達したなら、加工品Ｗへの力が解除され、電源からの電流が停止される。この最終目標値に達するまで、制御装置は、加工品Ｗを所定速度で継続的に冷却するのに十分な閉ループ加熱を維持することになる。
【００５４】
加工品Ｗから力が除去された後、顎部２６が開かれ、電気コネクタが取り外される（ブロック８４）。顎部２６を開放し、電気コネクタ６４を取り外したあと、金型筐体２４が開かれ、加工品Ｗが取り外される。次いで、加工品Ｗは、追加的な処理ステップ、例えば、機械加工、熱処理、などに備えることになる。
【００５５】
前述したプロセスによって、ストレッチ成形およびクリープ成形の利点、例えば、安価な工具および良好な再現性が、チタン部品に対して得られることになる。これは、チタン部品を成形する他の方法と比較して、時間および費用を著しく低減させる。さらに、加工品を外部環境から隔離することによって、均一な加熱を促進し、環境への熱損失を最小限に抑え、これによって、全エネルギー要求を低減させることができる。加えて、金型筐体２４を用いることによって、サイクル中、作業員が加工品Ｗに接触することを防ぎ、安全性を高めることができる。
【００５６】
図１１にグラフで示されているように、成形およびクリープ成形の両方が、最高温度において行われている。典型的な成形プロセスでは、予熱段階が、略２０分行われ、続いて、主成形ステップが、約３分続くとよい。クリープ成形は、約１０分行われ、略１時間の制御冷却ステップが続くとよい。この冷却ステップ中、部品は緩慢に冷却される。次いで、室温まで、自然冷却が行われることになる。
【００５７】
チタンをストレッチ成形する装置および方法は、以上の通りである。本発明の種々の細部が、本発明の範囲から逸脱することなく、変更されてもよい。さらに、本発明の好ましい実施形態の前述の説明および本発明を実施するための最適な形態は、例示の目的でのみ提示されており、本発明を制限するためのものではない。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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