(57)【要約】【課題】起爆させた際に被成形物の過熱によるその表面の損傷を防止するだけでなく、高ひずみ成形が実現でき、しかも使用する火薬量の抑制や設備の小型化に伴うコスト低減を図った爆轟圧成形方法を提供する。【解決手段】水中の爆轟圧を用いて難成形材料板を成形するにあたり、衝撃波伝播媒体から離間させ、かつ、大気解放状態に設置した火薬を起爆し、その爆轟圧により発生した水中衝撃波を用いて成形加工する。【選択図】  図１
2005081353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中の爆轟圧を用いて難成形材料板を成形するにあたり、
衝撃波伝播媒体から離間させ、かつ、大気解放状態に設置した火薬を起爆し、その爆轟圧により発生した水中衝撃波を用いて成形加工することを特徴とする爆轟圧成形方法。
【請求項２】
前記爆轟圧の第１波を選択的に利用して成形加工に用いることを特徴とする請求項１に記載の爆轟圧成形方法。
【請求項３】
水中の爆轟圧を用いて難成形材料板を成形する装置であって、
火薬を衝撃波伝播媒体から離間させ、あるいは火薬の少なくとも一部を前記媒体に水没させ、かつ、大気開放状態に設置したことを特徴とする爆轟圧成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、爆轟圧を用いた難成形材料板の成形方法および装置に係り、とくに、難成形材料の高ひずみ速度成形の開発技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ボディシート等のプレス成形においては、伸びが小さい難成形性の合金系材料を良好に成形する方法が種々開発されている（例えば、特許文献１参照）。また、このような方法においては、例えば、火薬を空気中で爆発させる方法や、火薬を完全に水中に浸す水中爆発成形法などが提案されている。さらに、高圧パルス電源を用いて、それを水中で急激に開放することによって生ずる水中衝撃波を利用した水中電磁成形法も提案されている。
【０００３】
これらの各方法の中で、火薬を空気中で爆発させる場合には、火薬と被成形物とを対向する位置に配置し、被成形物に対して火薬とは反対側に被成形物に当接した状態で金型等を配置する方法が採用されている。このような方法では、火薬を起爆させると爆轟波が発生し、これが空気中に伝播して被成形物に作用し、被成形物に変形量を与えることができる。また、上記した火薬を完全に水中に浸す水中爆発成形法においては、火薬と被成形物との間を完全に水で充填し、被成形物に対して火薬と反対側の位置に、上記した空気中の場合と同様に金型等を配置する。この場合、金型に当接する被成形物は、大気または真空ポンプによって減圧されている。このような方法では、水中で火薬が起爆すると爆轟波が発生し、これが水中に伝播して水中衝撃波が発生する。そして、この水中衝撃波がさらに水中を伝播し、被成形物に衝撃カを作用させる。また、水中衝撃波に続いて爆轟ガスの膨脹による圧縮力が水に作用し、これにより水を押す力が発生し、これが被成形物に作用して被成形物にさらなる変形を与える。この場合、火薬が完全に水中に没しているため、爆轟ガスの膨張によって発生する力は被成形物に作用する。また、被成形物に作用する荷重速度は、水中衝撃波の速度の１／１００〜１／１０００程度と極めて小さい。このため、水中衝撃波に起因する力を緩やかに作用させることができ、優れた金型転写性が実現される。
【０００４】
次に、上記水中電磁成形法では、電源コンデンサの両端を水中に浸し、その両端に所望のギャップを与えるか、またはその両端を金属細線で締結する。次いで、電源コンデンサに対して被成形物を対向させて配置し、被成形物に対して電源コンデンサとは反対の位置に金型等を被成形物に当接配置する。金型に当接配置された被成形物は、大気または減圧された気体に面している。このような方法では、両電極間のコンデンサに蓄えられた電気を一気に開放することにより、水中に衝撃波を発生させ、これが被成形物に衝撃力として作用し、所要の変形量が与えられる。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３２９６９４号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、火薬を空気中で起爆させる方法では、起爆時に高温となって被成形物に過大な熱が加わり、被成形物が焼けるなどによってその表面が損傷する。また、火薬を空気中で起爆させた場合には、発生した爆轟波は空気中を伝播する際、その強度が急激に減衰するため、使用する火薬量も大量とせざるを得ず、実用コストの増加を招く。
【０００７】
また、水中爆発法では、水中衝撃波により被成形物が高速変形するが、爆轟によって発生した大きなバブルエネルギーが拡散消費されないため、バブルエネルギー開放によって生ずる水を押す力が大きい。このため、高ひずみ成形が困難であり、ひずみ速度依存性の高い５０００系、６０００系、７０００系アルミニウム合金、Ｔｉ合金、およびＭｇ合金等の材料においては、十分な変形量を得ることができない。
【０００８】
さらに、水中電磁成形法では、発生する水中衝撃波の強度は電圧とコンデンサ容量とに依存する。実験によれば、４０ｋｖ−０．１２５μＦ（８０ＫＡの瞬間電流）で、１０〜３０ＭＰａ程度の水中衝撃波しか得られず、強い衝撃波を得ようとすれば大型設備が必要となる。このため、初期コストやランニングコスト等の上昇を招き、実用上、非経済的である。なお、この水中電磁成形法による方式では、高圧電力を水中に浸した状態で作業を行うため、漏電事故の可能性も極めて高く、作業安全上の問題もある。
【０００９】
以上のように、いずれの従来技術においても、それぞれ解決すべき問題を有するのが現状である。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、起爆させた際に被成形物の過熱によるその表面の損傷を防止するだけでなく、高ひずみ成形が実現でき、使用する火薬量の抑制や設備の小型化に伴うコスト低減を図った爆轟圧成形方法およびその装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち、本発明の爆轟圧成形方法は、起爆させた際に被成形物の過熱によるその表面の損傷を防止するため、火薬を起爆させて水中衝撃波を利用することを前提としており、水中の爆轟圧を用いて難成形材料板を成形するにあたり、衝撃波伝播媒体から離間させ、かつ、大気解放状態に設置した火薬を起爆し、その爆轟圧により発生した水中衝撃波を用いて成形加工することを特徴としている。
【００１２】
このような爆轟圧成形方法においては、上記爆轟圧の第１波を選択的に利用して成形加工に用いることが望ましい。これは、とくに、金型として形状転写用のメス型を用いない自由成形においては、伝播速度の速い爆轟波によって被成形物の成形がなされた後に、バブルエネルギーの開放により発生した、伝播速度の遅い水流や二次波以降の衝撃波なとによって被成形物に力が作用し、それがさらに成形を進行させ、場合によっては被成形物を破断させてしまうこともあるためである。
【００１３】
次に、本発明の爆轟圧成形装置は、上述した爆轟圧成形方法を好適に実施するための装置であり、水中の爆轟圧を用いて難成形材料板を成形する装置であって、火薬を衝撃波伝播媒体から離間させ、あるいは火薬の少なくとも一部を上記媒体に水没させ、かつ、大気開放状態に設置したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の爆轟圧成形方法によれば、上述したように、水中で成形加工がなされるため、起爆させた際に被成形物の過熱によるその表面の損傷は発生しない。よって、被成形物の表面を極めて滑らかとすることができる。また、火薬の水中爆轟によって発生する大きな衝撃力を成形に用いるに際し、爆轟によって発生した大きなバブルエネルギーが空中で拡散消費されるため、水中衝撃波に続く水を押す力が大きく低減される。このため、高速の水中衝撃波のみが被成形物の成形に寄与し、高ひずみ加工を達成することができる。よって、ひずみ速度依存性の高い５０００系、６０００系、７０００系アルミニウム合金、Ｔｉ合金、Ｍｇ合金等の材料においても十分な変形量を得ることができる。
【００１５】
また、本発明の爆轟圧成形装置によれば、爆轟波は水中を伝播することから、その強度は急激に減衰しない。このため、使用する火薬量を従来技術に比して抑制することができる。また、本装置によれば、従来の水中電磁成形法に比して得られる水中衝撃波の強度が大きい。よって、設備の小型化を図ることができ、ひいてはコスト等の低減を図ることができる。なお、本装置の使用に際し、高圧電力を水中に浸す必要はないので、漏電事故を防止して作業安全性を確保することもできる。
以上のように、本発明の装置によれば、本発明の爆轟圧成形方法を好適に実施することができ、起爆時に被成形物の過熱による表面の損傷を防止することができるとともに、高ひずみ成形が実現でき、しかも使用する火薬量の抑制や設備の小型化に伴うコスト低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を好適な実施形態により、詳細に説明する。
図１は、本発明の爆轟圧成形装置の一例を示す側面図である。すなわち、同図中１は金型、２は金型１の上方に配置された開放型圧力容器、３は開放型圧力容器２の上方を閉塞する仕切板、４は火薬収納部４ａと筒部４ｂとを備え、仕切板３の隙間に配置された雷管、５は雷管４の火薬収納部４ａに配置された火薬、６は開放型圧力容器２に充填された衝撃波伝播媒体としての水、７は金型１と開放型圧力容器２との間に配置された板押さえをそれぞれ示す。本発明の爆轟圧成形装置は、以上に示した符号１〜７に対応する各部材を含むものである。なお、雷管４中に配置された火薬５は、衝撃波伝播媒体である水６から離間させ、かつ、図１中上方には大気開放状態に設置してある。また、金型１は通常のものを使用することができることはもちろんのこと、形状転写用のメス型を使用することもできる。なお、火薬５は、図１においては、水６から離間されているが、その少なくとも一部を水没させることもできる。
【００１７】
次に、上述した構成の爆轟圧成形装置を使用して図１中符号８で示す被成形物８を成形加工する場合について説明する。
難成形材料である板状の被成形物８を、金型１と開放型圧力容器２との間に配置するとともに、被成形物８の加工位置付近以外の箇所、すなわち図１では２カ所を板押さえ７により金型１に固定する。この状態で、火薬５が衝撃波伝播媒体である水６から離間していることおよび大気解放状態に設置されていることを確認した後、起爆する。
【００１８】
このように起爆を行うと、雷管４中の火薬５によって爆轟波が発生し、この爆轟圧が水６を伝播して被成形物８に伝わり、被成形物が所望の形状に変形する。この際、爆轟によって発生した大きなバブルエネルギーが上方の空気中で拡散消費されるため、バブルエネルギー開放によって生ずる水を押す力は極めて小さい。このため、衝撃波の作用のみによる高ひずみ成形が容易であり、ひずみ速度依存性の高い５０００系、６０００系、７０００系アルミニウム合金、Ｔｉ合金およびＭｇ合金等の材料においても十分な変形量を得ることができる。また、図１に示す装置を用いた場合には、発生した爆轟波は主に水中を伝播するため、急激にその強度が減衰することはない。よって、使用する火薬量も従来に比して抑制することができ、実用コストを低減することができる。また、同図に示す装置によれば、従来の水中電磁成形法のように、コスト等の上昇や漏電事故等の不具合もない。
【００１９】
このように、図１に示す装置は、従来技術の不具合を解消することができる。すなわち、当該装置は、起爆時に被成形物の過熱による表面の損傷を防止することができるとともに、高ひずみ成形が実現でき、しかも使用する火薬量の抑制や設備の小型化に伴うコスト低減を図ることができる。さらに、上記装置においては、爆轟圧の第１波を選択的に利用して成形加工に用いることができ、このような場合には、被成形物８の素材に応じて、また同じ素材であっても所望の加工度によって、水中の衝撃波の強度を選択的に変更することができるため好適である。
【実施例１】
【００２０】
以下、本発明を実施例により、さらに具体的に説明する。
図２は、本発明の爆轟圧成形装置の一例を示す側面図である。同図に示す装置は、図１に示す装置において、開放型圧力容器２を紙製とするとともに、仕切板３を厚紙で構成し、開放型圧力容器２と板押さえ７との間を粘土で密閉した以外は、図１に示す装置と同じ構造である。なお、図２に示す装置において、金型は内径１００ｍｍの円筒抜き型とした。
【００２１】
一方、被成形物にはアルミニウム合金板（Ａ５０５２-０、板圧１．０ｍｍ）を用いた。また、衝撃波伝播媒体としては水を用い、水深を３０ｍｍとするとともに、上部を開放した。さらに、火薬には、粉末状のペンスリット形火薬をパラフィン系のバインダで固めた、旭化成（株）製のＳＥＰを１０ｇ使用し、これを火薬収納部内の水面直上に設置した。以上の条件の下、火薬を起爆させて成形加工を行った。
【００２２】
成形加工の結果、アルミニウム合金板の張り出し高さは４２ｍｍであった。すなわち、この値は、伸びに換算すると４０％である。また、このアルミニウム合金板を球頭ポンチによるプレス張り出し成形装置でプレス成形加工した場合は、張り出し高さは２８〜２９ｍｍであったが、高張力鋼板（ＳＰＦＣ３４０Ｈ）を同じくプレス成形加工した場合は、張り出し高さは４２ｍｍであった。よって、本発明の装置を使用することで、難成形性のアルミニウム合金板に鋼板と同等以上の加工性を付与することができるといえる。なお、図３は、成形品の外観写真である。同図に示すように、成形品の表面性状は爆轟による熱の影響を受けないため、極めて良好である。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の爆轟圧成形方法および装置は、近年、自動車用ボディシートの軽量化の要請によりその適用が切望されている難成形性のアルミニウム合金板の成形加工に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の爆轟圧成形装置の一例を示す側面図である。
【図２】本発明の実施例で使用した爆轟圧成形装置を示す側面図である。
【図３】実施例で得た成形品の外観写真である。
【符号の説明】
【００２５】
１…金型
２…開放型圧力容器
３…仕切板
４…雷管
５…火薬
６…水
７…板押さえ
８…被成形物
【図１】
2005081353.tif 000003
【図２】
2005081353.tif 000004
【図３】
2005081353.tif 000005