(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に分割された金型内に高圧流体を供給し、金型内部に収容された素材管に所定の加工を行う加工装置用の金型において、さらに素材管に接触する内側部分の金型と、それを保持する外側部分の金型の複数個に分割され、内側部分の金型がさらに、分割線が素材管に接触する面から外側部分の金型に接触する面まで達するように、素材管の周方向に複数個に分割され、分割された内側部分の金型の一部又は全部は一方の分割線と他方の分割線との間の内面にコーナー部を有し、内側部分の金型外面と外側部分の金型内面との間が、分割線近傍でのみ接触することを特徴とする加工装置用金型。
【請求項２】
前記一方の分割線と他方の分割線との間の外側部分の金型内面の曲率半径Ｒ１を、その最近傍に位置する内側部分の金型外面の曲率半径Ｒ２よりも小さくすることを特徴とする請求項１に記載の加工装置用金型。
【請求項３】
素材管の長手方向直角断面でみた前記一方の分割線と他方の分割線との間の外側部分の金型内面の曲率半径Ｒ１を、その最近傍に位置する内側部分の金型外面の曲率半径Ｒ２よりも、０．０５ｍｍ以上小さくしたことを特徴とする請求項２に記載の加工装置用金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バルジ加工・ハイドロフォーム加工成形装置の金型に関し、さらに詳しくは、素材管の内部に液圧を供給しながら素材管の両端を軸方向プレスによって送り素材管を成形型の形状に倣って脹らませ成形するためのバルジ加工装置の金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液圧バルジ加工装置は、一般に、素材管の両端をシールし、内部に充填した液体の圧力を上昇させて拡管成形など所定の形状に成形をおこなうものである。金型内部の形状は、製品の形状となっており、素材管が拡管しながらこの金型内部の形状に添うため所望の形状の製品を得ることができる。流体の圧力上昇に伴い、金型内部に押し広げようとする力が働くため、金型内面には引っ張り応力が作用する。このとき金型内面に角部があればそこに応力集中が発生し、ここを起点に金型に亀裂が発生し破損することがある。一般に、液体圧力を制限すれば発生応力を制限することができるが、液体圧力を下げると十分加工することができず、ある限度以上は品質上の問題で下げることはできない。また一般に、この角部に設ける曲率半径Ｒを大きくすれば応力集中を緩和し発生応力を低減させることができるが、上記曲率半径は製品形状によって決定されるため、変更することはできない。
つまり、金型内部にある角部に発生する応力は対策のできないものとして、既存技術ではその解決が放置されており、金型寿命の低下や頻繁なメンテナンスを招来していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の問題点を解消し、金型寿命を飛躍的に、或いは半永久的にまで向上させるための技術である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の金型に関わる発明は、上記目的を達成するために、上下に分割された金型内に高圧流体を供給し、金型内部に収容された素材管に所定の加工を行う加工装置用の金型において、さらに素材管に接触する内側部分の金型と、それを保持する外側部分の金型の複数個に分割され、内側部分の金型がさらに、分割線が素材管に接触する面から外側部分の金型に接触する面まで達するように、素材管の周方向に複数個に分割され、分割された内側部分の金型の一部又は全部は一方の分割線と他方の分割線との間の内面にコーナー部を有し、内側部分の金型外面と外側部分の金型内面との間が、分割線近傍でのみ接触することを特徴とする加工装置用金型である。
請求項２に関わる発明は、前記一方の分割線と他方の分割線との間の外側部分の金型内面の曲率半径Ｒ１を、その最近傍に位置する内側部分の金型外面の曲率半径Ｒ２よりも小さくすることを特徴とする請求項１に記載の加工装置用金型である。
請求項３に関わる発明は、素材管の長手方向直角断面でみた前記一方の分割線と他方の分割線との間の外側部分の金型内面の曲率半径Ｒ１を、その最近傍に位置する内側部分の金型外面の曲率半径Ｒ２よりも、０．０５ｍｍ以上小さくしたことを特徴とする請求項２に記載の加工装置用金型である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を説明する。
図１に本発明に関わる実施形態を示す。図は金型断面を示したものである。図２は従来技術で、金型を上下分割のみとし、上下の金型はそれ以上分割しないものである。ここでバルジ加工の金型断面における模式図を図２〜図４に示す。先ず図２に示す如く、上金型１と下金型２の内に素材管３を格納する。格納した図は図３に示す。その後図４に示す如く素材管内部に高圧液体を注入することで、素材管３は製品４に加工される。このとき金型内面のコーナーＲ部５には過大な引っ張り応力が発生し、疲労亀裂が進展することがある。例えば内部の形状が１００×１００ｍｍ、コーナーＲ部５の曲率半径がＲ１０、内圧を２０００Ｂar 付与した場合に、コーナーＲ部５で７６０ＭＰa もの応力が発生した。また図５は従来技術の他の例で、上下に分割した金型を外側部分６と内側部分７に分割したものである。この場合上記と同じ条件で実験したところ、コーナーＲ部５での応力は６９０ＭＰa となり、上記の従来技術と比較して応力を低減することができたが、十分に疲労限界内に抑えることができなかった。
【０００６】
そこで図６に示す如く上下の内側金型７をさらに、分割線８が素材管に接触する面から外側部分の金型に接触する面まで達するように、複数個に分割した（この図の場合はそれぞれ２個）。分割された内側部分の金型の全部は内面にコーナー部を有する。この場合コーナー部での発生応力を５７０ＭＰa まで低減することができ、内側金型７の材料を工具鋼にするなど適当に選択すれば疲労破壊を防ぐことができる応力となった。この場合内側金型７の分割線８は図のように直線にしても、内側金型７の保持の目的で曲線や不連続線にしてもよい。同様に図７に示す如く上下の内側金型７をそれぞれ３分割にした場合には、コーナー部の応力を３００ＭＰa 以下にできた。分割された内側部分の金型の一部は内面にコーナー部を有する。このように分割数を多くするに従って応力を低減することができるが、あまり多くしすぎると金型製造コストが大きくなりすぎるため得策ではない。実用的には上下の内側金型７をそれぞれ２乃至４分割するのが適当である。
【０００７】
図１１に示す如く外側金型６と内側金型７の分割面で外側金型６の面を曲面にした。成形内圧により外側金型６の内側面にも引っ張り応力が発生するが、これを緩和するために曲率半径をＲ３０以上の曲面とした。これにより同部分の応力を疲労限界以下にすることが可能である。
図１に示す如く図１１に示す発明と同様の作用で外側金型６の応力を低減することが可能である。
【０００８】
図９は、図１の内側部分の金型７近傍の拡大図である。これは内側部分の金型７外面と、外側部分の金型６内面間の接触部分が、分割面近傍１２でのみ接触することを特徴としたものである。
内側部分の金型を、外形及び内形が断面略四角形の中空角柱状としたときの接触部分はそれぞれ金型分割面から内側部分の金型７外面と、外側部分の金型６内面が、分割面から内側部分の金型７最小厚み１３の０．５〜１．５倍の範囲内で接触することを特徴としたものである。逆に図８に示す如く内側部分の金型７外面と、外側部分の金型６内面が、分割面近傍１２で接触せずに、その中間付近、或いは全面で接触する場合には、金型内部に成形液圧が掛かった場合に、内側金型部分７は開こうとする方向にモーメント１０が働き、その方向に歪む。従って内側金型７内面には引っ張り応力が働き、コーナー部５では応力が集中するために過大な応力が発生する。本発明のように分割面近傍１２でのみ接触することにより、内圧によって内側金型７に発生するモーメント１１は逆転し金型内側部分７を閉じようとする方向に働くため、接触範囲を適当に制御することにより内側金型７内面に発生する引っ張り応力を低減、若しくは圧縮側に制御することが可能である。このことにより、どんなにコーナー部５の曲率半径の小さいものでも、或いはどんなに高い成形液圧でもコーナー部５よりの金型亀裂なしに成形することが可能である。図１０に示す如く上記効果が発現するためには、そのときの接触部分はそれぞれ金型分割面８から内側部分の金型７外面と、外側部分の金型６の内面が、分割面８から内側部分の金型最小厚み１３の０．５〜１．５倍の範囲で接触する必要がある。上記接触面が大きすぎると応力低減効果は期待できず、逆に小さすぎると内外金型接触圧力が大きくなりすぎるので、上記範囲内が適当である。なお、図１０において、ＯＫ範囲は、目視にて確認した金型亀裂なしで成形することが可能な範囲である。
【０００９】
図１２は、外側部分の金型６内面の曲率半径Ｒ１を、その最近傍に位置する内側部分の金型７外面の曲率半径Ｒ２よりも小さくすることを特徴とするものである。これにより図９を用いて説明したものと同じ効果が発現するため、内側金型７の角部の応力集中を低減することができる。またこのとき素材管の長手方向直角断面でみた外側部分の金型６内面の曲率半径Ｒ１を、その最近傍に位置する内側部分の金型７外面の曲率半径Ｒ２よりも、０．０５ｍｍ以上小さくするとよい。これ以下であると十分なモーメント逆転効果が得られない。
また分割した内外の金型６，７でそれぞれ最適な材料や熱処理を選択することができるので、無駄にオーバースペックの材料を使うことなく製造コストを低減することができる。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、バルジ成形用金型の寿命を飛躍的に向上させ、さらにコスト削減を可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例である。
【図２】既存技術におけるバルジ加工プロセスの金型断面図である。
【図３】既存技術におけるバルジ加工プロセスの金型断面図である。
【図４】既存技術におけるバルジ加工プロセスの金型断面図である。
【図５】既存技術におけるバルジ加工金型断面図である。
【図６】内側金型をそれぞれ２分割したバルジ加工用金型の断面図である。
【図７】内側金型をそれぞれ３分割したバルジ加工用金型の断面図である。
【図８】内側金型をそれぞれ２分割したバルジ加工用金型の断面の一部拡大図である。
【図９】内側金型をそれぞれ２分割したバルジ加工用金型の断面の一部拡大図である。
【図１０】接触長/内側金型最大厚みと金型内面コーナー部に発生する応力の相関図である。
【図１１】本発明の実施形態例である。
【図１２】図１１における拡大説明図である。
【符号の説明】
１        上金型
２        下金型
３        素材管
４        成形品
５        金型内側コーナーＲ部
６        金型外側部分
７        金型内側部分
８        金型内側部分分割線
９        成形液圧
１０      金型内側部分を開こうとする曲げモーメント
１１      金型内側部分を閉じようとする曲げモーメント
１２      金型内側部分と金型外側部分の接触部分
１３      金型内側部分の最小厚み
Ｒ１      外側部分の金型内面の曲率半径
Ｒ２      内側部分の金型外面の曲率半径
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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