(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の型で成形素材の縁を把持し、一方の型内に気体を供給して成形素材を他方の型に押圧する超塑性加工用金型において、
前記一方の型の底に気体を吹き出す気体吹き出し口を設け、吹き出す気体を塞き止めて流れ方向を変えて気体の少なくとも一部を内壁に沿って成形素材に当てる気体放散手段を設け、
前記気体放散手段は、前記底から所定距離だけ離れて、前記底から前記成形素材の縁を把持する挟持部までの距離の中央より底側近傍に配置されている放散板であることを特徴とする超塑性加工用金型。
【請求項２】
前記一方の型の内壁の縁を前記他方の型の内壁の縁より内側に設けたことを特徴とする請求項１記載の超塑性加工用金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超塑性成形に用いる成形素材を所望の温度で成形する超塑性加工用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超塑性成形に用いる金型には、例えば、▲１▼特開平６−２３４０２５号公報「熱間加工の張出し成形法」や▲２▼特開平２−３０３６３５号公報「超塑性ブロー成形装置」に示されたものがある。
【０００３】
上記▲１▼の成形法は、同公報の段落番号〔００１６〕〜段落番号〔００１７〕によれば、ブロー成形装置を次の通りに用いる。ただし、以下の説明は原文の要約である。
まず、公報の図３に示すように素材１（符号は公報記載のものを流用した。以下同様。）を金型２と圧力封止盤３との間にセットし、断熱材６を介した金型加熱用ヒータ５および素材１の変形に追従して移動する素材加熱用ヒータ７で素材１を加熱した状態で、圧力流路３ｂから成形圧力Ｐを付加し、張出し成形を行う。その結果、素材１を加熱する熱容量を小さくすることができるとともに、大形素材でも均一に加熱することができる。
【０００４】
上記▲２▼の超塑性ブロー成形装置２０は、同公報の第１図によれば、加圧型１２に設けた加熱ブロック１０に超塑性材料１３を成形型１４の給排口１７から付加したガス圧で密着させることで、超塑性材料１３の温度を加熱ブロック１０の温度まで急速に上昇させることができ、生産性を向上させることができるというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記▲１▼の金型２では、金型２と圧力封止盤３との間に素材１をセットした状態で素材１の温度を上げるため、素材１の温度が上昇するまでの待ち時間が発生し、成形サイクルタイムが長くなる。
また、素材加熱用ヒータ７と、この素材加熱用ヒータ７を追従させるヒータ駆動部８を設ける必要があり、生産コストが嵩む。
【０００６】
上記▲２▼の成形装置２０は、加熱ブロック１０で超塑性材料１３の温度を急速に上昇させる構造で、加熱ブロック１０および加熱ブロック１０の温度制御装置が必要であり生産コストが嵩む。
また、成形型１４には、給排口１７やこの給排口１７へ付与するガスを制御する制御装置が必要であり、生産コストが嵩む。
さらに、成形型１４の型面には給排口１７があり、成形品に給排口１７の形状が写るため、成形品のデザインが限定される。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、金型に素材加熱用ヒータや加熱ブロックを設けずに、成形素材の温度を所望の温度に保持しつつ成形する超塑性加工用金型を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、一対の型で成形素材の縁を把持し、一方の型内に気体を供給して成形素材を他方の型に押圧する超塑性加工用金型において、一方の型の底に気体を吹き出す気体吹き出し口を設け、吹き出す気体を塞き止めて流れ方向を変えて気体の少なくとも一部を内壁に沿って成形素材に当てる気体放散手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
気体放散手段により一方の型の内壁に気体が沿うと、気体は内壁からの熱伝達により温度が上昇する。この結果、所定温度まで上昇した気体が予め所定温度に加熱した成形素材に接触するので、成形素材の温度低下の速度は遅くなるとともに、成形素材の温度のばらつきは小さくなる。従って、超塑性加工用金型は、成形素材の温度を所望の温度に保持する。
【００１０】
請求項２は、一方の型の内壁の縁を他方の型の内壁の縁より内側に設けたことを特徴とする。
一方の型内の気体が成形素材を押圧する際の押圧面は、他方の型の内壁の縁から内側に離れるので、他方の型の縁に当接する成形素材の曲げ部は比較的大きな曲げ半径で曲り始めるとともに、伸び始める。従って、曲げ部から亀裂が発生する心配はなくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る超塑性加工用金型の斜視図であり、超塑性加工用金型１０は、一方の型であるところの下金型１１と、他方の型であるところの上金型１２とからなる。１３は成形素材を示す。
【００１２】
下金型１１は、本体１６に内壁２１，２２，２３，２４と底２５を形成し、この底２５の中央に気体吹き出し口２６を設け、この気体吹き出し口２６に対向するように底２５に気体放散手段２７を設けたものである。内壁２１〜２４の端部には、それぞれ挟持部３１・・・（・・・は複数を示す。以下同様。）を形成するとともに、縁３２，３３，３４，３５を形成した。３６は気体吹き出し口２６に連通する流路を示す。
【００１３】
上金型１２は、本体３７に型３８とともに、内壁４１，４２，４３，４４と底４５を形成したものである。内壁４１〜４４の端部には、それぞれ挟持部５１・・・を形成するとともに、縁５２，５３，５４，５５を下金型１１の縁３２，３３，３４，３５に対して段差のないように形成したものである。
【００１４】
気体放散手段２７は、気体吹き出し口２６に対して放散板６１の中央を配置するとともに、底２５から所定距離Ｈだけ離して底２５に脚部材６２・・・を介して取付けた。
【００１５】
成形素材１３は、アルミニウム合金の板である。アルミニウム合金は、超塑性加工用のＡｌ−Ｍｇ系合金（５０００系）の一種であるＪＩＳ−Ａ５０８３（４９０℃での伸び率２００％）が好適である。しかし、アルミニウム合金は、超塑性加工用のＪＩＳ−Ａ５０８３以外の例えばＡｌ−Ｍｇ系合金（５０００系）やＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（Ａ６０００系）を使用することもできる。ｔは成形素材１３の板厚を示す。
【００１６】
次に超塑性加工用金型１０を用いた成形要領を簡単に説明する。
まず、超塑性加工用金型１０の下金型１１と上金型１２を成形装置６３（図２参照）に取付け、これらの下金型１１と上金型１２を図に示していない加熱装置で所定温度Ｔｍに保持する。一方、成形素材１３を図に示していない加熱炉で所定温度Ｔｗ（Ｔｗ＞Ｔｍ）、例えば４５０℃〜５５０℃に均一に加熱し、加熱炉から４５０℃〜５５０℃の成形素材１３を図に示していない搬送手段で矢印▲１▼の如く素早く下金型１１に搬送する。その次に、上金型１２を下降させるとともに、成形素材１３の縁６４を矢印▲２▼の如く把持し、超塑性成形を開始する。
【００１７】
図２は本発明に係る超塑性加工用金型を用いた成形要領の説明図である。
下金型１１と上金型１２を所定温度Ｔｍに保持し、これらの下金型１１と上金型１２を成形装置６３の所定圧力Ｐｍで型閉すると同時に、所定温度Ｔｗの成形素材１３を把持した後、下金型１１の流路３６に気体６５を図に示していない気体制御装置で供給する。
【００１８】
気体６５の温度は、Ｔｇ（Ｔｇ＜Ｔｍ＜Ｔｗ）であり、温度Ｔｇは、常温である。
また、気体６５の圧力はＰｇに設定し、圧力Ｐｇは、例えば５ＭＰａ前後に設定した。気体６５の流量は、Ｑｇに設定したが、流量は任意である。
【００１９】
以上に述べた超塑性加工用金型の作用を次に説明する。
図３は本発明に係る超塑性加工用金型の第１作用図である。
超塑性加工用金型１０の下金型１１の流路３６に気体６５を供給すると同時に、気体吹き出し口２６から気体６５を上向き（矢印▲３▼の方向）に吹き出すと、気体６５は、気体放散手段２７の放散板６１に当たって、矢印▲４▼の如く９０°流れ方向を変えて周囲に広がり下金型１１の内壁２１，２２（図１参照），２３，２４へ向かう。その際、気体６５は、温度Ｔｍの下金型１１の底２５からの熱伝達により温度Ｔｇから温度Ｔ１（Ｔ１＞Ｔｇ）に上がる。矢印の黒色は、気体６５の温度が温度Ｔｇより高いことを示す。
【００２０】
図４は図３の４−４線断面図であり、気体６５は、気体放散手段２７の放散板６１に当たって、矢印▲４▼，▲４▼の如く９０°流れ方向を変えて周囲に広がり、温度がＴｇからＴ１（Ｔ１＞Ｔｇ）に上がることを示す。続けて、気体６５は、下金型１１の内壁２１，２２，２３，２４に当たる。
【００２１】
図５は本発明に係る超塑性加工用金型の第２作用図である。
気体６５は、下金型１１の内壁２１，２２（図１参照），２３，２４に沿うとともに、下金型１１内を満たしながら同時に、内壁２１，２２（図１参照），２３，２４からの熱伝達により温度がＴ１からＴ２（Ｔ２＞Ｔ１）に上昇する。
温度Ｔ２は下金型１１の温度Ｔｍより僅かに低く且つ、成形素材１３の温度Ｔｗより少し低い温度（Ｔ２＜Ｔｍ＜Ｔｗ）である。
この結果、温度Ｔ２の気体６５が温度Ｔｗの成形素材１３に接触するので、成形素材１３の温度低下の速度を遅くすることができるとともに、成形素材１３の温度のばらつきを小さくすることができる。
【００２２】
図６（ａ），（ｂ）は本発明に係る超塑性加工用金型の第３作用図である。
（ａ）において、成形素材１３の温度低下を抑えると同時に、温度のばらつきを防止するので、成形素材１３に圧力Ｐｇが作用すると、成形素材１３はほぼ均一な板厚ｔ１（ｔ１＜ｔ）で伸び始める。
【００２３】
（ｂ）において、引き続き、温度Ｔ２の気体６５を供給し続けることで、成形素材１３はほぼ均一な板厚で伸びると同時に塑性変形し、上金型１２の内壁４１，４２（図１参照），４３，４４（図１参照）および底４５に板厚ｔ２（ｔ２＜ｔ１）で密着する。従って、成形素材１３から均一な板厚ｔ２の成形品６６を得ることができる。
【００２４】
このように、下金型１１の底２５に気体６５を矢印▲３▼の方向に吹き出す気体吹き出し口２６を設け、吹き出す気体６５を塞き止めて流れ方向を変え（矢印▲４▼の方向）て気体６５を下金型１１の内壁２１，２２（図１参照），２３，２４に沿って成形素材１３に当てる気体放散手段２７を設けたので、内壁２１，２２（図１参照），２３，２４からの熱伝達により気体６５の温度は上昇する。この結果、超塑性加工用金型１０に素材加熱用ヒータや加熱ブロックを設けずに、成形素材１３の温度を所望の温度に保持しつつ成形することができる。
【００２５】
次に、本発明に係る超塑性加工用金型の第１別実施の形態を示す。
図７（ａ），（ｂ）は第１別実施の形態図であり、上記図１に示す実施の形態と同様の構成については、同一符号を付し説明を省略する。
（ａ）において、下金型１１Ｂは、内壁２３Ｂの縁３４Ｂを上金型１２の内壁４３の縁５４より距離Ｌｂだけ内側（矢印▲５▼の方向）に設けたことを特徴とする。図に示していない内壁２１Ｂ，２２Ｂ，２４Ｂのそれぞれの縁３２Ｂ，３３Ｂ，３５Ｂも同様である。
【００２６】
（ｂ）において、気体６５の圧力Ｐｇが成形素材１３に作用する位置は上金型１２の縁５４から距離Ｌｂだけ離れるので、成形素材１３を大きな曲げ半径Ｒｂで滑らかに曲げ始めることができ、縁５４に当接する成形素材１３の曲げ部から亀裂が生じるのを防止することができる。
【００２７】
次に、第２別実施の形態を示す。
図８（ａ），（ｂ）は第２別実施の形態図であり、上記図１に示す実施の形態と同様の構成については、同一符号を付し説明を省略する。
（ａ）において、下金型１１Ｃは、内壁２３Ｃに突部６８を設け、この突部６８に縁３４Ｃを上金型１２の内壁４３の縁５４より距離Ｌｃだけ内側（矢印▲６▼の方向）に設けたことを特徴とする。図に示していない内壁２１Ｃ，２２Ｃ，２４Ｃのそれぞれの縁３２Ｃ，３３Ｃ，３５Ｃも同様である。
【００２８】
（ｂ）において、気体６５の圧力Ｐｇが作用する位置は上金型１２の縁５４から距離Ｌｃだけ離れるので、成形素材１３を大きな曲げ半径Ｒｃで滑らかに曲げ始めることができ、成形素材１３の亀裂を防止することができる。
また、縁３４Ｃを突部６８に設けることで、縁３４Ｃを設けることによる下金型１１Ｃの重量増加を小さくすることができる。
【００２９】
次に、第３別実施の形態を示す。
図９は第３別実施の形態図であり、気体放散手段２７Ｂは、複数の気体吹き出し口２６，２６に対してそれぞれ放散板７１，７１を脚部材７２・・・を介して下金型１１Ｄに配置したものである。
【００３０】
第３別実施の形態では、複数の気体吹き出し口２６，２６に対して気体放散手段２７Ｂを配置したので、複数の気体吹き出し口２６，２６から吹き出す気体６５，６５の流れ方向を変えて気体６５，６５を矢印▲７▼，▲７▼の如く周囲に広げ、下金型１１Ｄの内壁に沿って成形素材に当てることができる。従って、気体吹き出し口２６を複数設けても、気体６５の温度を上げることができる。
【００３１】
尚、本発明の実施の形態に示した図１の気体放散手段２７では、放散板６１として平板を用いたが、放散板６１の形状は任意である。例えば、円錐状や角錐状の板でもよい。つまり、傘状に形成した放散板の頂部を気体吹き出し口２６に向けて取付けることで、傘状の傾斜に沿って気体吹き出し口２６から吹き出した気体を滑らかに、滞留させることなく型の内壁へ流すことができる。
【００３２】
図１の下金型１１および上金型１２の型３８の形状は一例である。
下金型１１の挟持部３１および上金型１２の挟持部５１の形状は任意である。
下金型１１の内壁２１，２２，２３，２４に放熱板を設けてもよい。放熱板を設けることで、気体６５の温度をより上げることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、一方の型の底に気体を吹き出す気体吹き出し口を設け、吹き出す気体を塞き止めて流れ方向を変えて気体の少なくとも一部を内壁に沿って成形素材に当てる気体放散手段を設け、気体放散手段は、底から所定距離だけ離れて、底から成形素材の縁を把持する挟持部までの距離の中央より底側近傍に配置されている放散板なので、一方の型の内壁に気体が沿うと、気体は内壁からの熱伝達により温度が上昇する。この結果、所定温度まで上昇した気体が予め所定温度に加熱した成形素材と放散板との間に流入して成形素材の全面に接触するので、成形素材の温度低下の速度は遅くなるとともに、成形素材の温度のばらつきは小さくなる。従って、超塑性加工用金型は、例えば、素材加熱用ヒータや加熱ブロックを設けずに、成形素材の温度を所望の温度に保持しつつ、最初に成形素材の中央をたわませて、成形することができ、成形素材から均一な板厚の成形品を得ることができる。
【００３４】
請求項２では、一方の型の内壁の縁を他方の型の内壁の縁より内側に設けたので、一方の型内の気体が成形素材を押圧する際の押圧面は、他方の型の内壁の縁から内側に離れ、他方の型の縁に当接する成形素材の曲げ部は比較的大きな曲げ半径で曲り始めるとともに、伸び始める。従って、曲げ部から亀裂が生じるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超塑性加工用金型の斜視図
【図２】本発明に係る超塑性加工用金型を用いた成形要領の説明図
【図３】本発明に係る超塑性加工用金型の第１作用図
【図４】図３の４−４線断面図
【図５】本発明に係る超塑性加工用金型の第２作用図
【図６】本発明に係る超塑性加工用金型の第３作用図
【図７】第１別実施の形態図
【図８】第２別実施の形態図
【図９】第３別実施の形態図
【符号の説明】
１０…超塑性加工用金型、１１…一方の型（下金型）、１２…他方の型（上金型）、１３…成形素材、２１〜２４…一方の型の内壁（下金型の内壁）、２５…一方の型の底（下金型の底）、２６…気体吹き出し口、２７…気体放散手段、３２〜３５，３４Ｂ，３４Ｃ…一方の型の内壁の縁（下金型の内壁の縁）、４１〜４４…他方の型の内壁（上金型の内壁）、５２〜５５…他方の型の内壁の縁（上金型の内壁の縁）、６４…成形素材の縁、６５…気体。
【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９】
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