(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
型開閉方向に分割された型の双方が、製品形状が賦与された型内層部と、該型内層部に型締め圧力を付加する型外層部と、を含んで型開閉方向に多層で形成される液圧成形用金型であって、
前記型内層部と前記型外層部との間に、液圧成形時に前記型内層部を弾性変形させる間隙が設けられ、該間隙は、液圧成形時に前記型内層部に作用する引張り応力を相殺する圧縮応力を作用させるように、幅及び高さが設定されることを特徴とする液圧成形用金型。
【請求項２】
前記型内層部と前記型外層部との間に型中層部が介在し、前記型内層部が、液圧成形時に型開閉方向と直交する方向に作用する応力が付加する方向に分割され、前記型内層部と前記型中層部との分割面に、前記型内層部を前記型中層部に保持する保持部材が設けられ、前記間隙が、前記型中層部と前記型外層部との間に設けられることを特徴とする請求項１に記載の液圧成形用金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液圧成形用金型の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、製品形状が賦与された金型内に素材管を保持し、該素材管の内部に高圧の液圧を付加して素材管を膨出させることにより、該素材管を所望の製品形状に塑性変形させる塑性加工方法、所謂、液圧成形加工法が知られている。液圧成形により成形された製品は加工硬化を生じて軽量且つ高い剛性を有する。従って、液圧成形加工法は、近年最も注目されている金属加工方法の一つである。
【０００３】
一般に、上記液圧成形加工法では、図５に示すように、金型が各々製品形状が賦与された上型２２と下型２３とからなる。そして、これら上型２２と下型２３とは、型締めシリンダ（図示せず）が発する型開閉方向の圧力により、高い成形液圧に耐え得る所要の型締め圧で圧締されている。このような液圧成形用金型では、金型に作用する成形液圧の型開閉方向の応力成分は上記型締めシリンダの型締め圧で制圧されるが、型開閉方向と直交する方向の応力成分は金型の型開閉方向と直交する方向の耐圧性能を高めて対応する必要がある。従って、図５に示すように、金型が型開閉方向と直交する方向に大きくなり、金型及び液圧成形機においても大型化されることとなっていた。
【０００４】
そこで、特開昭６０−９６３３３号公報には、円筒状の金型の外側に拘束円筒を装着し、該拘束円筒と金型との間隙に圧力媒体で圧力を付加することにより上記円筒状の金型に圧縮応力を付与した液圧成形用金型の保持方法が開示されている。上記液圧成形用金型の保持方法では、円筒状の金型を２つ以上に分割して形成し、圧力媒体により生じた圧力で分割された円筒状の金型を半径方向に拘束することで、分割された円筒状の金型に作用する応力の集中を緩和させている。また、特開昭６３−１９９０３１号公報には、圧力媒体を用いて金型の外周面に圧力を付加する手段を設けて圧力を封止し、金型の開きや変形を拘束できる構成とした液体成形用金型が開示されている。
【０００５】
しかしながら、上記双方の従来例における液圧成形用金型では、製品形状が賦与された円筒状の金型と該金型を拘束する円筒との間に圧力媒体を介在させる必要があり、金型及び液圧成形装置の構造が煩雑化する要因となっていた。
【０００６】
また、特開平１１−１４７１３９号公報には、フレーム内に、各型区分をツールホルダを介して内部に保持する上下の容器部材を備える圧力容器を配設し、上下の容器部材を相互に隣接させて移動させる際には各型区分を互いに協働させて素材管を配置する型空洞を形成し、型区分の一方又は双方と、当該型区分の一方又は双方と協働する上下の容器部材と、の間に膨張可能な袋を配設した液圧成形機が開示されている。この液圧成形機では、液圧成形時に、上記袋を各型区分と当該各型区分と協働する上下の容器部材との間でを膨張させることにより、上下の容器部材が液圧で撓んだ場合であっても、各型区分の相対運動を抑制して当該各型区分を定位置に留めて、比較的大型で且つ肉厚のある製品の成形を容易にしたものである。
【０００７】
しかしながら、この液圧成形機では、大型で且つ肉厚のある製品を液圧成形する場合には有効であるが、内部液圧による金型、即ち、型区分、ツールホルダ、及び容器部材に生じる撓みを防ぐことはできず、金型の局部に応力が集中して金型寿命を短縮させる虞がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、簡易な構造で小型化することができると共に、金型の局部に応力が集中するのを回避して実用に向けて十分な金型寿命を確保した液圧成形用金型を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、型開閉方向に分割された型の双方が、製品形状が賦与された型内層部と、該型内層部に型締め圧力を付加する型外層部と、を含んで型開閉方向に多層で形成される液圧成形用金型であって、型内層部と型外層部との間に、液圧成形時に型内層部を弾性変形させる間隙が設けられ、該間隙は、液圧成形時に型内層部に作用する引張り応力を相殺する圧縮応力を作用させるように、幅及び高さが設定されることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、型内層部と型外層部との間に型中層部が介在し、型内層部が、液圧成形時に型開閉方向と直交する方向に作用する応力が付加する方向に分割され、型内層部と型中層部との分割面に、型内層部を型中層部に保持する保持部材が設けられ、間隙が、型中層部と型外層部との間に設けられることを特徴とする。
【００１１】
従って、請求項１に記載の発明では、型内層部と型外層部との間に設けられた間隙により、液圧成形時に型開閉方向と直交する方向に作用する応力により液圧成形用金型に生じるモーメントを相殺するモーメントを当該液圧成形用金型に生じさせることが可能となり、液圧成形用金型の局部に応力が集中するのを回避することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、請求項１の記載において、型内層部を型開閉方向と直交する方向に分割したことにより、液圧成形時に型開閉方向と直交する方向に作用する応力が分割した各型内層部に効率よく分散されて、型内層部の局部に応力が集中するのを回避することができる。また、型内層部と型中層部との間に保持部材を設けることにより、型開閉方向と直交する方向に分割された型内層部を型中層部に対して型開閉方向と直交する方向に位置決めして保持することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１乃至図４に基づいて説明する。図１に示すのは、本発明を具体化した液圧成形用金型１である。本液圧成形用金型１は、型開閉方向（図１における紙面視上下方向）に分割された上型２と下型３とからなる。上記上型２には、製品形状が賦与された上型内層部４と、該上型内層部４を保持する上型中層部５と、該上型中層部５を保持し、上型中層部５を介して上型内層部４に型締め圧力（図２に示すＰ）を付加する上型外層部６と、が多層で形成されている。また、下型３には、製品形状が賦与された下型内層部７と、該下型内層部７を保持する下型中層部８と、該下型中層部８を保持し、下型中層部８を介して下型内層部７に型締め圧力を付加する下型外層部９と、が多層で形成されている。これにより、本液圧成形用金型１は、型開閉方向に積層された６層で構成され、型内層部４，７には、素材管（図示せず）が配置される金型キャビティ１０が形成されている。
【００１４】
また、型内層部４及び７は、図１に示すように、分割面１１により、液圧成形時に型開閉方向と直交する方向に作用する応力が付加する方向（図１における紙面視左右方向、以下、単に型開閉方向と直交する方向と称す）に、上型内層部４ａ，４ｂ及び下型内層部７ａ，７ｂに各々分割されている。そして、上型内層部４ａ，４ｂと上型中層部５との間には、素材管長手方向（図１における紙面視方向）に延設され、軸線が各上型内層部４ａ，４ｂと上型中層部５との分割面１２上に位置した内円筒面１４，１５が形成されている。さらに、各下型内層部７ａ，７ｂと下型中層部８との間には、素材管長手方向に延設され、軸線が各下型内層部７ａ，７ｂと下型中層部８との分割面１３上に位置した内円筒面１６，１７が形成されている。そして、各内円筒面１４〜１７には円筒状のキー部材１８（保持部材）が嵌合され、これらキー部材１８により、各上型内層部４ａ，４ｂが上型中層部５に対して型開閉方向と直交する方向に位置決めされると共に各下型内層部７ａ，７ｂが下型中層部８に対して型開閉方向と直交する方向に位置決めされる構造になっている。
【００１５】
また、本液圧成形用金型１では、上型中層部５と上型外層部６との間に、幅及び高さ（図１に示すＷ１及びＨ１）が製品形状に応じて所要に設定された間隙１９が形成されている。具体的には、液圧成形時に上型内層部４ａ，４ｂに作用する型開閉方向と直交する方向の応力により、図２に示すように、キー部材１８に型開閉方向と直交する方向の剪断応力Ｆ１が作用し、該剪断応力Ｆ１により上型中層部５に曲げモーメントＭ１が生じる。そして、この曲げモーメントＭ１により上型中層部５のＡ１の部位及びＡ２の部位（図１参照）に、内円筒面１４，１５を開かせるような曲げモーメントＭ２が生じて、該曲げモーメントＭ２により上型中層部５の内円筒面１４のＡ１の部位及び内円筒面１５のＡ２の部位に引張り応力が作用する。そして、該引張り応力が相殺される圧縮応力を上型中層部５の内円筒面１４のＡ１の部位及び上型中層部５の内円筒面１５のＡ２の部位に作用させるモーメントＭ３（図２参照）を、上型中層部５に生じさせるように上記間隙１９の幅及び高さが設定されている。
【００１６】
さらに、本液圧成形用金型１では、下型中層部８と下型外層部９との間に、幅及び高さ（図１に示すＷ２及びＨ２）が製品形状に応じて所要に設定された間隙２０が形成されている。具体的には、液圧成形時に下型内層部７ａ，７ｂに作用する型開閉方向と直交する方向の応力により、図２に示すように、キー部材１８に型開閉方向と直交する方向の剪断応力Ｆ２が作用し、該剪断応力Ｆ２により下型中層部８に曲げモーメントＭ４が生じる。そして、この曲げモーメントＭ４により下型中層部８のＡ３の部位及びＡ４の部位（図１参照）に、内円筒面１６，１７を開かせるような曲げモーメントＭ５が生じて、該曲げモーメントＭ５により下型中層部８の内円筒面１６のＡ３の部位及び内円筒面１７のＡ４の部位に引張り応力が作用する。そして、該引張り応力が相殺される圧縮応力を下型中層部８の内円筒面１６のＡ３の部位及び内円筒面１７のＡ４の部位に作用させるモーメントＭ６（図２参照）を、下型中層部８に生じさせるように上記間隙２０の幅及び高さが設定されている。
【００１７】
なお、図１に示すように、上型内層部４と下型内層部７との間には、型開閉方向と直交する方向両側に間隙２１が形成されている。これにより、本液圧成形用金型１では、上型内層部４と下型内層部７との締結圧力が増大される構造になっている。
【００１８】
次に、本実施の形態の作用を説明する。図１に示すように、型内層部４，７を型中層部５，８で挟持すると共に該型中層部５，８を型外層部６，９で挟持して液圧成形用金型１を多層で形成し、型外層部６，９の背面に型締め圧力（図２に示すＰ）を付加して型内層部４，７を強固に型締めする。そして、金型キャビティ１０内に配置した素材管の内部に所要の成形圧力を付加し、当該素材管を膨出させる。これにより、型内層部４，７に賦与された製品形状が素材管に転像され、素材管に製品形状が形成されることとなる。そして、本液圧成形用金型１では、液圧成形時に型内層部４，７に作用する型開閉方向（図１における紙面視上下方向）の応力を、型中層部５，８及び型外層部６，９を介して型締め圧力で受け止めることにより、この型開閉方向の応力が当該液圧成形用金型１の局部に集中するのを回避することができる。
【００１９】
一方、液圧成形時に型内層部４，７に作用する型開閉方向と直交する方向（図１における紙面視左右方向）の応力は、上型内層部４及び下型内層部７を分割面１１で型開閉方向と直交する方向に分割したことにより、上型内層部４及び下型内層部７が型開閉方向と直交する方向に分割されていない場合（図３参照）のように、上型内層部４のＢ１，Ｂ２の部位及び下型内層部７のＢ３，Ｂ４の部位に引張り応力が集中するのを回避することができる。
【００２０】
また、図２に示すように、本液圧成形用金型１では、液圧成形時に上型内層部４ａ，４ｂに作用する型開閉方向と直交する方向の応力により、キー部材１８に型開閉方向と直交する方向の剪断応力Ｆ１が作用し、該剪断応力Ｆ１により上型中層部５に曲げモーメントＭ１が生じる。そして、この曲げモーメントＭ１により上型中層部５の内円筒面１４，１５を開かせるような曲げモーメントＭ２が生じて、該曲げモーメントＭ２により上型中層部５の内円筒面１４のＡ１の部位及び内円筒面１５のＡ２の部位（図１参照）に引張り応力が作用する。
【００２１】
ここで、上型中層部５と上型外層部６との間に間隙１９を設けたことにより、上型中層部５には、当該上型中層部５が間隙１９を狭めるように弾性変形し、液圧成形時に型開閉方向に作用する応力によりモーメントＭ３が生じる。また、該モーメントＭ３により、上型中層部５の内円筒面１４のＡ１の部位及び内円筒面１５のＡ２の部位（図１参照）には、当該内円筒面１４及び内円筒面１５を閉じるような圧縮応力が作用する。そして、該圧縮応力により内円筒面１４のＡ１の部位及び内円筒面１５のＡ２の部位の引張り応力が相殺され、これにより、上型中層部５の内円筒面１４のＡ１の部位及び内円筒面１５のＡ２の部位に、引張り応力が集中するのを回避することができる。
【００２２】
さらに、図２に示すように、本液圧成形用金型１では、液圧成形時に下型内層部７ａ，７ｂに作用する型開閉方向と直交する方向の応力により、キー部材１８に型開閉方向と直交する方向の剪断応力Ｆ２が作用し、該剪断応力Ｆ２により下型中層部８に曲げモーメントＭ４が生じる。そして、この曲げモーメントＭ４により下型中層部８の内円筒面１６，１７を開かせるような曲げモーメントＭ５が生じて、該曲げモーメントＭ５により下型中層部８の内円筒面１６のＡ３の部位及び内円筒面１７のＡ４の部位（図１参照）に引張り応力が作用する。
【００２３】
ここで、下型中層部８と下型外層部９との間に間隙２０を設けたことにより、当該下型中層部８が間隙２０を狭めるように弾性変形し、下型中層部８には液圧成形時に型開閉方向に作用する応力によりモーメントＭ６が生じる。また、該モーメントＭ６により、下型中層部８の内円筒面１６のＡ３の部位及び内円筒面１７のＡ４の部位（図１参照）には当該内円筒面１６及び内円筒面１７を閉じるような圧縮応力が作用する。そして、該圧縮応力により下型中層部８の内円筒面１６のＡ３の部位及び内円筒面１７のＡ４の部位の引張り応力が相殺され、これにより、下型中層部８に引張り応力が集中するのを回避することができる。
【００２４】
この実施の形態では以下の効果を奏する。
型開閉方向に分割された型の双方を、製品形状が賦与された型内層部４，７と、該型内層部４，７に型締め圧力を付加する型外層部６，９と、を含んで型開閉方向に多層で形成し、型内層部４，７と型外層部６，９との間に、製品形状に応じた形状の間隙１９，２０を設けた。これにより、液圧成形時に型開閉方向と直交する方向に作用する応力により液圧成形用金型１に生じるモーメントを相殺するモーメントを当該液圧成形用金型１に生じさせることが可能となる。従って、液圧成形時に型内層部４，７に作用する応力を型外層部６，９で受け止めることができ、型開閉方向と直交する方向に作用する応力に耐え得るように金型を大型化させる必要がなく、液圧成形用金型１を簡易な構造で小型化することが可能となる。また、液圧成形用金型１の局部に応力が集中するのを回避して、実用に向けて十分な金型寿命を確保することができる。また、間隙１９，２０の形状（幅及び高さ）を製品形状に応じて所要に設定することにより、液圧成形時に液圧成形用金型１に作用する応力のバランスを制御することが可能となる。
また、型内層部４，７と型外層部６，９との間に型中層部５，８を介在させると共に型内層部４，７を型開閉方向と直交する方向に分割し、型内層部４，７と型中層部５，８との間にキー部材１８（保持部材）を設けた。これにより、液圧成形時に型開閉方向と直交する方向に作用する応力が分割された各型内層部４ａ，４ｂ並びに７ａ，７ｂに効率よく分散されるので、各型内層部４，７の局部に応力が集中するのを回避して、実用に向けて十分な金型寿命を確保することができる。また、型内層部４，７を分割したことにより当該型内層部４，７の製作が容易となる。そして、液圧成形時にキー部材１８に作用する型開閉方向と直交する方向に作用する剪断応力Ｆ１及びＦ２により、図２に示すように、上型中層部５及び下型中層部８には内円筒面１４，１５及び内円筒面１６，１７を開くようなモーメントＭ２及びＭ５が生じ、当該上型中層部５及び下型中層部８の内円筒面１４，１５の局部（Ａ１及びＡ２の部位）及び内円筒面１６，１７の局部（Ａ３及びＡ４）には引張り応力が作用する。そして、本液圧成形用金型１では、上型中層部５と上型外層部６との間に間隙１９を設けると共に下型中層部８と下型外層部９との間に間隙２０を設けたことにより、上型中層部５及び下型中層部８にモーメントＭ３及びＭ６を生じさせる。これにより、上型中層部５の内円筒面１４，１５のＡ１，Ａ２の部位及び下型中層部８の内円筒面１６，１７のＡ３，Ａ４の部位に圧縮応力を作用させ、これらの部位（Ａ１〜Ａ４）に生じる上記引張り応力を相殺して、上型中層部５及び下型中層部８の局部に応力が集中するのを回避することができる。
【００２５】
なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
図４に示すように、型中層部を設けずに、型内層部４，７を直接型外層部６，９で挟持して液圧成形用金型１を４層で構成し、型内層部４，７と型外層部６，９との間に間隙１９，２０を設けてもよい。この場合、液圧成形時に型開閉方向と直交する方向に作用する応力により型内層部４，７にはモーメントＭ７、Ｍ８が生じて、型内層部４，７の局部（図４に示すＢ１，Ｂ２及びＢ３、Ｂ４の部位）に引張り応力が作用する。そして、該型内層部４，７の局部に作用する引張り応力を相殺する圧縮応力を作用させるようにして、間隙１９，２０の形状を設定する。
また、中間層５，８を、型開閉方向に分割された型の一方のみに設けて液圧成形用金型１を構成してもよい。さらに、間隙１９，２０を、型開閉方向に分割された型の一方のみに設けて液圧成形用金型１を構成してもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、簡易な構造で小型化することができると共に、金型の局部に応力が集中するのを回避して実用に向けて十分な金型寿命を確保した液圧成形用金型を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の液圧成形用金型の説明図である。
【図２】本実施の形態の液圧成形用金型の説明図で、特に、金型に作用するモーメントを示す図である。
【図３】他の実施の形態の液圧成形用金型の説明図で、特に、型内層部が型開閉方向と直交する方向に分割されていない場合の液圧成形用金型を示す図である。
【図４】他の実施の形態の液圧成形用金型の説明図で、特に、型中層部がない場合の液圧成形用金型を示す図である。
【図５】従来の液圧成形用金型の説明図である。
【符号の説明】
１          液圧成形用金型
４          上型内層部（型内層部）
５          上型中層部（型中層部）
６          上型外層部（型外層部）
７          下型内層部（型内層部）
８          下型中層部（型中層部）
９          下型外層部（型外層部）
１２        分割面
１３        分割面
１８        キー部材（保持部材）
１９        間隙
２０        間隙
【図１】
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【図２】
0003976588.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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