(57)【要約】【課題】ゴムなどのエラストマからなる簡易型の変形抵抗力により塑性加工を行う方法が知られているが、加工を繰り返すうちにエラストマが疲労してしまう問題点があった。また、エラストマにおいて、弾性による自己復元が可能な変形量には限界があるという問題がある。エラストマの代用としてひずみ速度依存性係数の大きな粘塑性流体を用いる場合、その実施は大きな加工力を必要としない箔や極薄肉材料の加工に限られているという問題がある。【解決手段】簡易型としてダイラタント流体を用いる。ダイラタント流体（１）とダイタラント流体を保持する容器（２）からなる簡易型（３）と工具（４）の間に被加工材（５）を布置し、ダイラタント流体のダイラタンシーを発現させるために充分に速い速度で工具を押入れる。このとき、ダイラタント流体の流動に大きな変形抵抗力が発生し、その変形抵抗力により被加工材を変形させる。【選択図】図１
2009285697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイラタント流体からなる簡易型と形状付けられた工具の間に被加工材を布置し、簡易型と工具のいずれか一方を他方へ向けて高速に押入れることによって生じるダイラタント流体の大きな流動変形抵抗力により被加工材を変形させることを特徴とする塑性加工法および加工装置
【請求項２】
ダイラタント流体からなる簡易型と形状付けられた工具の間に被加工材を布置し、簡易型と工具のいずれか一方を他方へ向けて高速に押入れることによって生じるダイラタント流体の大きな流動変形抵抗力により被加工材をせん断することを特徴とする塑性加工法および加工装置
【請求項３】
圧力媒体としてダイラタント流体を用いることを特徴とするバルジ加工法およびバルジ加工装置
【請求項４】
請求項１および請求項２および請求項３におけるダイラタント流体を高濃度サスペンションとすることを特徴とする塑性加工法
【請求項５】
請求項１および請求項２および請求項３におけるダイラタント流体を加工後に加振することにより速やかにダイラタント流体を流動・復元させることを特徴とする加工装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ダイラタント流体を簡易型として用いた塑性加工法および塑性加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ゴムなどのエラストマからなる簡易型と工具の間に被加工材を布置し、簡易型と工具のいずれか一方を他方へ向けて押入れることによって生じるゴムの変形抵抗力により被加工材の曲げ、フレア、絞り、せん断を行う塑性加工方法が知られている。
【０００３】
また、箔の精密せん断においてエラストマの代用としてひずみ速度依存性係数の大きな粘塑性流体を用いて加工する研究が行われている。
【０００４】
ゴムなどのエラストマからなる弾性体の圧力媒体を加圧し、圧力媒体より伝達される圧力により被加工材を張り出し成形するバルジ加工法が行われている。
【非特許文献１】Ｙ．Ｋｕｒｏｓａｋｉ，Ｉ．Ｆｕｊｉｓｈｉｒｏ：’Ａ  Ｍａｎｕ    ｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｉｍｐａｃｔ  Ｃｏｍ    ｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｖｉｓｃｏｐｌａｓｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｍｅ    ｄｉｕｍ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｐｉｅｒｃｉｎｇ  ｏｆ  Ｆｉ    ｎｅ  Ｈｏｌｅｓ，’  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｊａ    ｐａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，３    ０巻２６２号（１９８７），６５３-６６０頁。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ゴムなどエラストマによる簡易型では、加工を繰り返すうちに疲労してしまう問題点がある。また、エラストマにおいて、弾性による自己復元が可能な変形量には限界がある。エラストマの代用としてひずみ速度依存性係数の大きな粘塑性流体を用いる場合、流動変形抵抗力の大きさはエラストマに比較して大きくとることができないため、加工対象は大きな加工力を必要としない箔や極薄肉材料の加工に限られる。本発明は簡易型としてダイラタント流体を用いることで上記の問題を解決するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ダイラタント流体（１）とダイタラント流体を保持する容器（２）からなる簡易型（３）と工具（４）の間に被加工材（５）を布置し、ダイラタント流体のダイラタンシーにより粘度ジャンプを発現させるのに充分に速い速度、または、被加工物を変形させるために必要な流動変形抵抗力をダイラタント流体のダイラタンシーにより発生するのに充分に速い速度で工具を押入れる。このとき、ダイラタンシーによってダイラタント流体の流動に大きな流動変形抵抗力が発生し、その流動変形抵抗力により被加工材を変形させることで変形加工を行なう。
【０００７】
ダイラタント流体（６）とダイタラント流体を保持する容器（７）からなる簡易型（８）と工具（９）の間に被加工材（１０）を布置し、ダイラタント流体のダイラタンシーにより粘度ジャンプを発現させるのに充分に速い速度、または、被加工物をせん断させるために必要な流動変形抵抗力をダイラタント流体のダイラタンシーにより発生するのに充分に速い速度で工具を押入れる。このとき、ダイラタンシーによってダイラタント流体の流動に大きな流動変形抵抗力が発生し、その流動変形抵抗力により被加工材をせん断する。
【０００８】
上記の変形加工およびせん断については、工具側を固定し、ダイラタント流体からなる簡易型を工具方向へ充分に速い速度で運動させることでも同様に目的を達することができるのはいうまでもない。
【０００９】
あるいは、上記の変形およびせん断についてダイラタント流体（１１）を中空の被加工材（１２）内に充填し、充分に速い速度で工具（１３）を中空材料に押圧することによって、ダイラタント流体に大きな流動変形抵抗力を発生させることによっても同様に目的を達することができる。
【００１０】
上記についても、工具側を固定し、被加工材を工具方向へ充分に速い速度で運動させることでも同様に目的を達することができるのはいうまでもない。
【００１１】
あるいは、ダイラタント流体（１４）を形状付けられた型（１５）内に布置された中空の被加工材（１６）内に充填し、充分に速い速度で軸方向に圧縮することによって高速に被加工材を変形させ、ダイラタント流体に大きな流動変形抵抗力を発生させることによっても同様に目的を達することができる。
【００１２】
あるいは、工具（１６）もしくは被加工材側の運動によらず、加圧装置（１７）によりダイラタント流体（１８）を加圧し、被加工物をせん断もしくは変形させるために必要な流動変形抵抗力をダイラタント流体のダイラタンシーにより発生するのに充分に速い速度で、ダイラタント流体を押出すことでも目的を達することができる。
【００１３】
上記のダイラタント流体としては、構造粘性によりダイラタンシーを発現する高分子ポリマー液体、粒子と液体の混合物が利用できる。
【００１４】
上記の粒子と液体の混合物は、凝集性が低く大きさがそろった細かい粒子と少量の液体との混合物からなる高濃度のサスペンションが利用できる。このようなサスペンションは一般に高濃度サスペンション、濃厚サスペンション、高濃度懸濁液、濃厚懸濁液、あるいは単に懸濁液と呼ばれている。このような高濃度サスペンションを利用すると、粒子の硬さと粒子形状を選ぶことにより、加工時の簡易型の流動変形抵抗力を容易に調整できる。硬度が高く、粒子間摩擦が大きい粒子形状を持ち、かつ液体との組み合わせにおいて凝集性が低い粒子を選定すれば、大きな加工力を必要とする被加工物においても、必要な流動変形抵抗力を得ることができる。
【００１５】
また、粒子と液体の混合物は、物質の状態図中で固液混合状態となる条件を利用して得ることもできる。このような場合、物体の温度、温度履歴、圧力の調整で、該ダイラタント流体の機械的性質を維持・調整したり、物体の相変態により液体状態を選び除去を容易に行うことができて便利である。
【００１６】
加工時に被加工材に押しのけられてダイラタント流体は変形するが、被加工材を除去すると重力により自然に復元する。ダイラタント流体に振動を加え揺動することにより構造粘性を弱め、この復元の速度を速めることができる。特にダイラタント流体として高濃度サスペンションを採用した場合、経時に従い粒子が液体から分離、沈殿する場合があるが、振動を加えることにより攪拌できる。
【発明の効果】
【００１７】
弾性回復により復元するエラストマ簡易型は、繰り返し変形により疲労し、ついには変質したり破壊されたりする。それと比較して、本発明におけるダイタラント流体簡易型の復元は、被加工材に押しのけられたダイラタント流体が重力による流動で自動に復元するもので、それらの問題が無い。
【００１８】
エラストマ簡易型の変形は弾性によるものであるので、変形量に限界がある。それに比較して、ダイタラント流体簡易型の変形は被加工材に押しのけられてダイラタント流体が流動するものであるから、はるかに大きな変形が容易である。
【００１９】
粘塑性流体はずり応力が降伏力を超えるまでは流動せず、その後、ずり速度の増大に従ってずり応力が増大する。粘塑性流体を簡易型として用いた場合、より強度の高い被加工材を変形させるためには、粘塑性流体に発生する流動抵抗を高めることが望ましい。そのためには、高い降伏力を持ち、かつ、ずり速度の増大に従ってずり応力が増大する割合が大きい粘塑性流体すなわちひずみ速度依存性係数の大きな粘塑性流体が望ましい。しかし、重力の作用によって粘塑性流体内部に生じるずり応力と比較して粘塑性流体の降伏力が大きい場合、重力によって粘塑性流体は変形しないため、加工後に簡易型は自然に復元できない。そのため、降伏力が極端に大きい粘塑性流体を簡易型として選択することは適当で
なく、そのため実用上、粘塑性流体の簡易型の流動変形抵抗力を高めることには限界がある。
一方でダイラタント流体は純粘性流体であるため、ずり速度さえ小さくなればいかに小さなずり応力でも流動できる。そのため、ダイラタント流体を簡易型として用いた場合は、いかに高い流動変形抵抗力を発生するダイラタント流体を選択しても、加工後に重力より復元することに障害はない。
【００２０】
軸圧縮力を受ける中空材料のバルジ成形について、圧力媒体として水や油を利用した場合は、被加工材内面に均一に圧力が伝達されるが、それに対しダイラタント流体を利用し、被加工材とともに高速に流動変形させた場合は、被加工材の変形により高速にダイラタント流体が押しのけられる部分の圧力が高まるため、座屈を防止する効果がある。低融点金属を圧力媒体として用いても同様な効果があるが、その場合は除去が面倒である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
ダイラタント流体（１）とダイタラント流体を保持する容器（２）からなる簡易型（３）と工具（４）の間に被加工材（５）を布置し、工具を高速に押入れることによって、変形加工を行う。
【００２２】
あるいは、ダイラタント流体（６）とダイタラント流体を保持する容器（７）からなる簡易型（８）と工具（９）の間に被加工材（１０）を布置し、工具を高速に押入れることによって、せん断加工を行う。
【００２３】
あるいは、ダイラタント流体（１１）を中空の被加工材（１２）内に充填し、ダイラタント流体のダイラタンシーを発現させるために十分に速い速度で工具（１３）を中空材料に押圧することによって、変形加工もしくはせん断加工を行う。
【００２４】
あるいは、ダイラタント流体（１４）を形状付けられた型（１５）内に布置された中空の被加工材（１６）内に充填し、中空の被加工材とともにダイラタント流体を高速に軸方向に圧縮することによって被加工材を変形させる。
【００２５】
あるいは、工具（１７）もしくは被加工材側の運動によらず、加圧装置（１８）によりダイラタント流体（１９）を加圧しダイラタント流体のダイラタンシーを発現させるために十分に速い速度でダイラタント流体を押出す。
【００２６】
軸圧縮力を受ける中空材料のバルジ成形について、圧力媒体としてダイラタント流体を利用し、被加工材とともに高速に流動変形させ、ダイラタント流体による流動変形抵抗力で中空材料を支え、軸圧縮力による座屈を防止する。
【００２７】
上記のダイラタント流体として高濃度サスペンションを利用する。
【００２８】
加工後にダイラタント流体に振動を加え揺動することにより、ダイラタント流体の構造粘性を弱め、簡易型の復元の速度を速める。
【実施例】
【００２９】
上記実施例として０．２５ｍｍ厚ＳＵＳ３０４ステンレス薄板の曲げ加工を行った場合を示す。ダイ型間距離３０ｍｍの容器（２０）に、水と粒径１６マイクロメータのアルミナ粉を１：４の重量比で混合した高濃度サスペンション（２１）を充填し、先端角５５度の曲げパンチ（２２）を高速に９２ｍｍ／ｓで押入れたところ、図６のように、パンチ先端角近くまで曲げを行うことができた。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ダイラタント流体を簡易型として利用した変形加工の模式図である。
【図２】ダイラタント流体を簡易型として利用したせん断加工の模式図である。
【図３】ダイラタント流体を中空材に充填し、変形もしくはせん断加工を行う模式図    である。
【図４】ダイラタント流体を押出すことにより変形もしくはせん断加工を行う模式図    である。
【図５】ＳＵＳ３０４薄板の曲げ加工の実施例の模式図である。
【図６】ＳＵＳ３０４薄板の曲げ加工の実施例における、製品の曲げ角と曲げパンチ    の押し込み量の関係の実験結果である。
【符号の説明】
【００３１】
１  ダイラタント流体
２  容器
３  簡易型
４  工具
５  被加工材
６  ダイラタント流体
７  容器
８  簡易型
９  工具
１０  被加工材
１１  ダイラタント流体
１２  中空の被加工材
１３  工具
１４  ダイラタント流体
１５  型
１６  中空の被加工材
１７  工具
１８  加圧装置
１９  ダイラタント流体
２０  被加工材
２１  容器
２２  容器
２３  アルミナ高濃度サスペンション
２４  曲げパンチ
２５  被加工材
【図１】
2009285697.tif 000003
【図２】
2009285697.tif 000004
【図３】
2009285697.tif 000005
【図４】
2009285697.tif 000006
【図５】
2009285697.tif 000007
【図６】
2009285697.tif 000008