(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型にセットした金属中空部材を加熱手段により加熱し、加圧手段により中空内部を加圧して熱間バルジ成形を行うようにした成形装置であって、前記金型は、金属中空部材の所定部位の径を拡大させるための第１成形キャビティと、この第１成形キャビティで成形された金属中空部材の拡径部分の断面形状を異形に成形するための第２成形キャビティを備えており、また前記加熱手段は、前記第１成形キャビティと第２成形キャビティにセットされるそれぞれの金属中空部材の両端部に導電可能な両電極と、これら両電極間に通電させるための通電用トランスを備えるとともに、前記加圧手段は、前記第１成形キャビティと第２成形キャビティにセットされるそれぞれの金属中空部材の両端部をシールするシール部材と、中空内部に圧力流体を送り込むことの出来る流体圧供給装置を備え、また、前記第１成形キャビティ側のシール部材は、金属中空部材を軸方向に押圧する押圧機能が付与され、更に前記シール部材は前記電極に通電可能に接続されこれらシール材を介して前記金属中空部材が通電加熱されることを特徴とする熱間バルジ成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属中空部材を加熱し中空内部に圧力流体を導入することで所定部位の径を拡大させるとともに、異形の断面形状に成形する熱間バルジ成形技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金型にセットした金属中空部材を加熱すると同時に中空内部に流体圧力をかけて所定部位を膨出させるようなバルジ成形として、金型に高周波電流を流してワークを加熱するような技術が、例えば特開昭６２−２５９６２３号や、特開昭６２−２５９６２４号等に開示されているが、特開昭６１−４９７３５号では、ワークの両側に電極を接続し、両電極間に通電加熱することで加熱効率を高めるような技術を開示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような熱間バルジ成形は、冷間バルジ成形に較べて流体圧を低圧に出来るという利点があるものの、例えば丸パイプ管から角パイプ管を成形するような場合、コーナ部等の小アール成形では時間がかかり、ワークの金型への接触による温度低下が生じるため、金型温度を成形温度に保つ必要があり、高出力の加熱手段と断熱構造が要求され、また小アール成形では板厚が減少しやすいという問題がある。
【０００４】
そこで本発明は、金属中空部材を熱間バルジ成形するにあたり、特別な加熱手段或いは特別な断熱構造を採用することなく、成形時間の短縮と流体圧の低減化を図り、板厚の減少を軽減することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、金型にセットした金属中空部材を加熱すると同時に、中空内部に流体圧をかけて所定部位を膨出させるようにした熱間バルジ方法において、第１の工程において、金型にセットされる金属中空部材の両端部にそれぞれの電極を導電可能にし、両電極間に通電して金属中空部材を加熱するとともに、軸方向に押圧しながら中空内部に流体圧をかけて所定部位の径を拡大させ、第２の工程では、第１の工程で成形された金属中空部材を金型にセットし、両端部から電極により通電加熱するとともに、中空内部に流体圧を加えて断面形状を異形状に成形するようにした。
【０００６】
このように第１の工程では、金属中空部材を直接通電加熱することにより熱間加工に適正な温度にし、内圧によって所定部位の径を拡大させるとともに、その後、第２の工程によって、直接通電加熱して熱間加工に適正な温度にし、内圧によって拡径部分の断面形状を異形状に成形するようにすれば、１回の工程で拡管成形と異形断面成形の両方を同時に行うことに較べて低圧且つ短時間で成形することが出来る。
また、直接ワークに通電し加熱するため、加熱時間を短縮させることが出来る。
【０００７】
ここで、第１の工程では、パイプ径が拡大してそのままでは拡径部分の板厚が減少するため、軸方向に押圧しながら成形することにより、板厚の減少を避けるようにする。
因みに、第２の工程は、拡径を伴わない等周長加工の異形断面成形であるため、板厚減少防止のための軸方向荷重は不要である。
【０００８】
ここで、熱間バルジ成形装置としては、請求項２のように、金型に、金属中空部材の所定部位の径を拡大させるための第１成形キャビティと、この第１成形キャビティで成形された金属中空部材の拡径部分の断面形状を異形に成形するための第２成形キャビティを設け、また加熱手段として、第１成形キャビティと第２成形キャビティにセットされるそれぞれの金属中空部材の両端部に導電可能な両電極と、これら両電極間に通電させるための通電用トランスを設けるとともに、加圧手段としては、第１成形キャビティと第２成形キャビティにセットされるそれぞれの金属中空部材の両端部をシールするシール部材と、中空内部に圧力流体を送り込むことの出来る流体圧供給装置を設け、また、第１成形キャビティ側のシール部材には、金属中空部材を軸方向に押圧する押圧機能を付与するようにした。
【０００９】
このように、単一の金型に第１成形キャビティと第２成形キャビティを設け、各成形キャビティで同時に成形するようにすれば、設備構成が簡素化されるとともに、それぞれの成形キャビティで第１の工程と第２の工程による加工を順次行うようにすれば、効率良く製品を成形出来るようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は本発明に係る熱間バルジ成形装置の構成概要図、図２は第１キャビティと第２キャビティによる成形要領の説明図、図３は本発明の成形方法により成形されるワークの説明図、図４は本発明に係る成形方法の効果の一例を示す説明図である。
【００１１】
本発明に係る熱間バルジ成形技術は、例えば小径の丸パイプ管から大径の角パイプ管のようなコーナ部が小アール部となるパイプ管を成形するにあたり、小アール部の板厚の減少が少なく、低圧で効率の良い成形が出来るようにされており、図１に示すような成形装置１により成形されるようになっている。
【００１２】
すなわち、この装置１は、図１に示すように、上型３と下型４からなる上下一対の金型２と、この金型２にセットされるパイプ管を加熱する加熱手段５と、加熱されたパイプ内に流体圧を加えることの出来る加圧手段６を備えており、前記金型２は、型締めシリンダユニット７の作動によって上型３と下型４が型締めされると、第１成形キャビティ８と第２成形キャビティ９の２つの成形キャビティが形成されるようになっている。
【００１３】
そして、第１成形キャビティ８には、図２（ａ）に示すように、小径の丸パイプ素管Ｐ0がセットされた後、図２（ｂ）に示すように、径を拡大して大径の中間パイプ製品Ｐ1を成形出来るようにされ、第２成形キャビティ９内には、図２（ａ）に示すように、第１成形キャビティ８で成形された中間パイプ製品Ｐ1がセットされた後、図２（ｂ）に示すように、等周長加工により角パイプ状の最終パイプ製品Ｐ2を成形できるようにされている。
【００１４】
前記加熱手段５は、以下に述べる第１成形キャビティ８側の一対のシール部材１６及び第２成形キャビティ９側の一対のシール部材１７に導電可能な各電極１１、１２と、これら電極１１、１２間に通電可能な通電用トランス１３を備えており、各シール部材を通して丸パイプ素管Ｐ0と中間パイプ製品Ｐ1に直接通電し加熱できるようにされている。
【００１５】
前記加圧手段６は、第１成形キャビティ８の丸パイプ素管Ｐ0の両端開口部をシールし且つ軸方向に圧縮荷重を加える一対の軸押しシリンダユニット１４と、第２成形キャビティ９側の中間パイプ製品Ｐ1の両端開口部をシールするシールシリンダユニット１５と、丸パイプ素管Ｐ0や中間パイプ製品Ｐ1のパイプ内部に加圧流体を送り込むことの出来る流体圧発生装置１８を備えており、軸押しシリンダユニット１４の先端には、進退動自在なシール部材１６が設けられるとともに、シールシリンダユニット１５の先端には、進退動自在なシール部材１７が設けられている。
【００１６】
そしてこれらのシール部材１６、１７は、それぞれのパイプ端部の開口部をシールするとともに、軸押しシリンダユニット１４のシール部材１６は、丸パイプ素管Ｐ0の両端部を内側に押圧して圧縮荷重を加えることが出来るようにされ、また各シール材１６、１７には、流体圧発生装置１８から送られる圧力流体をパイプ内に導入するための導入部等が設けられている。
【００１７】
以上のような熱間バルジ成形装置１において、第１成形キャビティ８に丸パイプ素管Ｐ0をセットし、第２成形キャビティ９に中間パイプ製品Ｐ1をセットして型締めし、軸押しシリンダユニット１４及びシールシリンダユニット１５を作動させて各シール部材１６、１７により両端開口部をシールすると同時に、通電用トランス１３によって両電極１１、１２間に通電し加熱する。
【００１８】
因みに、この加熱時間は、例えばアルミ合金展伸材のＡＬ６０６３の場合、通常の金型を通してワークを加温する従来の熱間バルジ成形では、ワークを５００℃程度の熱間加工温度に高めるため、４８ｓｅｃ程度の時間を要するものを、本発明の場合は８ｓｅｃ程度で可能となり、大幅に時間を短縮できる。
【００１９】
次いで、流体圧発生装置１８により、加圧空気等の圧力流体を各パイプ内に送り込み、同時に第１成形キャビティ８側では、軸押しシリンダユニット１４により軸押し荷重をかける。
すると、各パイプは各成形キャビティ８、９の内壁に押しつけられるように膨出し、図２（ａ）に示すように、第１成形キャビティ８にセットした丸パイプ素管Ｐ0は、図２（ｂ）に示すような中間パイプ製品Ｐ1となり、第２成形キャビティ９にセットした中間パイプ製品Ｐ1は、最終パイプ製品Ｐ2となる。そしてこれらパイプＰ0、Ｐ1、Ｐ2の全体形状等は図３の通りである。
【００２０】
因みに、この各パイプ内に送り込む加圧空気の内圧は、丸パイプ素管Ｐ0を１回の工程で最終パイプ製品Ｐ2に成形する熱間バルジ成形の場合、成形時間と成形圧力のテスト比較結果は、図４の通りであり、１工程で行う従来の熱間バルジ成形により、ＡＬ６０６３（厚さ1.0ｍｍ、直径40φ）を矩形断面（コーナＲ5ｍｍ）に成形する場合は、例えば成形圧力１０ａｔｍの場合は成形時間が６５０ｓｅｃ程度、成形圧力２０ａｔｍの場合で成形時間は７５ｓｅｃ程度であるが、本発明の場合は、成形圧力５ａｔｍ程度で、成形時間が７ｓｅｃ程度である。
【００２１】
また、拡径部の板厚の減少は、５０％の拡管時に、従来の熱間バルジ成形の場合で４５％の板厚減少となるが、本発明では２０％の板厚減少で済むようになる。
【００２２】
そして、第１成形キャビティ８で成形された中間パイプ製品Ｐ1は、次の段階で第２成形キャビティ９に移され、第１成形キャビティ８には新たな丸パイプ素管Ｐ0がセットされて、同様な手順が繰り返される。
【００２３】
尚、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
例えばワークはアルミ合金素材に限られるものではなく、また、断面形状等の一例である。
また、電極１１、１２の配置等の具体的構成も任意であり、更に、金型にも加熱手段を補助的に配設するようにしても良い。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る熱間バルジ成形技術は、金属中空部材の所定部位をの径を拡大させるとともに、拡径部を異形状に成形するようにした熱間バルジ方法において、第１の工程において、金属中空部材を電極により直接通電加熱するとともに、軸方向に押圧しながら中空内部に流体圧をかけて径を拡大させ、第２の工程では、第１の工程で成形された金属中空部材を電極により直接通電加熱し、中空内部に流体圧を加えて断面形状を異形状に成形するようにしたため、１回の工程で成形することに較べて低圧でしかも短時間で成形することが出来る。しかも板厚の減少を避けることが出来る。
そして請求項２のような熱間バルジ成形装置を構成することにより、設備構成の簡素化が図れ、また上記方法を効果的に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱間バルジ成形装置の構成概要図
【図２】第１キャビティと第２キャビティによる成形要領の説明図
【図３】本発明の成形方法により成形されるワークの説明図
【図４】本発明に係る成形方法の効果の一例を示す説明図
【符号の説明】
１…成形装置、２…金型、５…加熱手段、６…加圧手段、８…第１成形キャビティ、９…第２成形キャビティ、１１…電極、１２…電極、１３…通電用トランス、１４…軸押しシリンダユニット、１５…シールシリンダユニット、１６…シール部材、１７…シール部材、１８…流体圧発生装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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