CN101961747A - 热胀成形装置 - Google Patents

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CN101961747A CN201010233859.9A CN201010233859A CN101961747A CN 101961747 A CN101961747 A CN 101961747A CN 201010233859 A CN201010233859 A CN 201010233859A CN 101961747 A CN101961747 A CN 101961747A
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Abstract

本发明提供一种能够抑制生产成本的热胀成形装置。热胀成形金属模用于对预先加热了的管状的管状坯件(10d)进行成形。该热胀成形金属模包括具有型腔面(211B)的下模(21B)和具有型腔面(311B)的上模(31B)。在下模(21B)的周缘部(214)上形成有向外侧延伸的长孔(215)，在上模(31B)的周缘部(314)上形成有能够嵌合在长孔(215)中的突起(315)。在进行合模时，形成于上模(31B)的周缘部(314)上的突起(315)嵌合在形成于下模(21B)的周缘部(214)上的长孔(215)中。

Description

热胀成形装置
技术领域
本发明涉及热胀成形装置。详细地说，涉及对预先加热了的管状工件进行成形的热胀成形装置。
背景技术
以往，公知有对金属模的型腔内供给高压空气而将管状工件成形的热胀成形。
具体地说，在该热胀成形中，例如，预先对管状工件进行加热，将该管状工件配置在一对金属模之间。接着，约束工件的长度方向两端侧，同时将该金属模合模并向型腔内供给高压空气，通过该空气的压力将工件推压在金属模的型腔面上。然后，使该状态维持一定时间以通过金属模冷却工件，然后打开金属模，将成形后的工件从金属模中取出(例如参照专利文献1)。
此处，在一个金属模的型腔面的周缘部上形成有突起，在另一个金属模的型腔面的周缘部上形成有供该突起无间隙地嵌合的孔。而且，在合模时，将周缘部彼此接合，并将一个金属模的突起嵌合到另一个金属模的孔中。由此，使一对金属模的周缘部之间受到约束。
专利文献1：日本特开2003-126923号公报
但是，在通过上述热胀成形金属模连续地进行工件的成形的情况下，存在在成形次数到达某种程度的次数之前，成形品的尺寸逐渐增大的问题。
即，在热胀成形中，为了通过金属模冷却工件，在成形开始前，金属模的温度比工件的温度低很多。
若从该状态将工件装入到金属模中并开始工件的成形的话，则金属模会吸收工件的热量而发生热膨胀，金属模向外侧翘曲。因此，尽管一对金属模的周缘部之间被约束，但仍然会发生偏移。
因此，每当反复进行成形时，由于金属模从工件吸收的热量增加，所以金属模的翘曲所导致的变形量逐渐增大，周缘部之间的偏移量也变大。
然后，当反复进行了一定次数的成形、金属模从工件吸收的热量与从金属模放出的热量平衡时，金属模的内侧与外侧的温度差固定，该金属模的变形量固定，因此金属模的形状稳定。
因此，在成形次数到达某种程度、金属模的形状稳定之后，成形品的尺寸大致固定，但在金属模的形状稳定之前，成形品的尺寸逐渐增大，成形品的尺寸不固定。
为了解决以上问题，关于上述热胀成形提出了以下两个方法。
第一方法是，将在金属模的形状稳定之前成形的成形品废弃，只采用在金属模的形状稳定了的状态下成形的成形品作为产品的方法。这种情况下，要预先考虑金属模的热膨胀所导致的变形来设计金属模。
但是，在该第一方法中，由于将成形刚开始后的成形品废弃，所以生产成本变高。
第二方法是，增大金属模的厚度以提高金属模的刚性，从而抑制热膨胀所导致的金属模的变形的方法。在该方法中，由于能够确实地抑制金属模的变形，所以能够与成形次数无关地使成形品的尺寸固定。
但是，在该第二方法中，会导致金属模和周边设备大型化，生产成本变高。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够抑制生产成本的热胀成形装置。
本发明的热胀成形金属模是对预先加热了的管状工件(例如后述的管状坯件10d)进行成形的热胀成形金属模，其特征在于，包括：具有型腔面(例如后述的型腔面211B)的第一金属模(例如后述的下模21B)；和具有型腔面(例如后述的型腔面311B)的第二金属模(例如后述的上模31B)，在所述第一金属模的型腔面的周缘部(例如后述的周缘部214)上形成有向外侧延伸的长孔(例如后述的长孔215)，在所述第二金属模的型腔面的周缘部(例如后述的周缘部314)上形成有能够嵌合在所述长孔中的突起(例如后述的突起315)，在进行合模时，所述第二金属模的周缘部的突起嵌合在所述第一金属模的周缘部的长孔中。
根据本发明，在进行合模时，将第二金属模的周缘部的突起嵌合在第一金属模的周缘部的长孔中。由此，在开始成形后，金属模在热膨胀以及型腔的内压的作用下变形，突起沿着长孔移动到外端，并被定位在该位置。然后，若反复成形，则热膨胀的变形量逐渐变大，因此热膨胀在金属模的变形中所占的比例发生变化，但是，通过事先将突起定位在长孔中，就能够以比以往少的成形次数使成形品的尺寸稳定。由此，能够在不使金属模和周边设备大型化的情况下抑制不合格品的产生，因此能够抑制生产成本。
在该情况下，优选的是，所述长孔的外端的位置，与将所述第一金属模和所述第二金属模在因热膨胀而变形的状态下合模时的所述突起的位置相比位于外侧，并且，与将所述第一金属模和所述第二金属模在因热膨胀而变形的状态下合模后、因内压而变形的状态下的所述突起的位置相比位于内侧。
根据本发明，使长孔的外端的位置，与将第一金属模和第二金属模在因热膨胀而变形的状态下合模时的突起的位置相比位于外侧，并且，与将第一金属模和第二金属模在因热膨胀而变形的状态下合模后、因内压而变形的状态下的突起的位置相比位于内侧。由此，在使突起嵌合在长孔中并通过内压使第一金属模和第二金属模变形时，该突起与长孔的外端相抵接而被定位，因此能够提高定位的精度。
在该情况下，优选的是，所述第一金属模和所述第二金属模中的一方是具有第一底部(例如后述的第一底部312)和与该第一底部垂直地设置并彼此相对的一对壁部(例如后述的壁部313)的、截面呈U字形的金属模，所述第一金属模和所述第二金属模中的另一方具有与所述第一底部相对的第二底部(例如后述的下模21B)，所述一方的金属模的壁部的外侧方向上的刚性比所述另一方的金属模的第二底部的外侧方向上的刚性低。
根据本发明，一方的金属模的壁部的外侧方向上的刚性比另一方的金属模的第二底部的外侧方向上的刚性低。由此，一方的金属模的壁部的基于内压的变形量比另一方的金属模的第二底部的基于内压的变形量大，因此一方的金属模与另一方的金属模的变形量不同，从而能够通过长孔使突起更确实地抵接而进行定位。
发明的效果
根据本发明，在开始成形后，金属模在热膨胀以及型腔的内压的作用下变形，突起沿着长孔移动到外端，并被定位在该位置。然后，若反复成形，则热膨胀的变形量逐渐变大，因此热膨胀在金属模的变形中所占的比例发生变化，但是，通过事先将突起定位在长孔中，就能够以较少的成形次数使成形品的尺寸稳定。由此，能够在不使金属模和周边设备大型化的情况下抑制不合格品的产生，因此能够抑制生产成本。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的热胀成形装置的动作的流程图。
图2是通过所述实施方式的热胀成形装置成形的工件的立体图。
图3是构成所述实施方式的热胀成形装置的第一膨胀成形装置的剖视图。
图4是所述实施方式的第一膨胀成形装置的金属模的剖视图。
图5是构成所述实施方式的热胀成形装置的第二膨胀成形装置的剖视图。
图6是所述实施方式的第二膨胀成形装置的金属模的剖视图。
图7是构成所述实施方式的热胀成形装置的第三膨胀成形装置的剖视图。
图8是所述实施方式的第三膨胀成形装置的金属模的剖视图。
图9是表示关于所述实施方式的第三膨胀成形装置，成形开始前的长孔与突起的嵌合状态的图。
图10是表示关于所述实施方式的第三膨胀成形装置，成形中的长孔与突起的嵌合状态的图。
图11是表示在使用所述实施方式的第三膨胀成形装置连续地反复进行截面成形工序的情况下的成形品的变形量与成形次数的关系的图。
附图标记的说明
10d      管状坯件(工件)
21B      下模(第二金属模、第二底部)
31B      上模(第一金属模)
211B     型腔面
311B     型腔面
214、314 周缘部
215      长孔
312      第一底部
313      壁部
315      突起
具体实施方式
下面，根据附图说明本发明的一个实施方式。
图1是表示应用了本发明的一个实施方式的热胀成形金属模的热胀成形装置1的动作的概要构成图。
图2是表示作为通过热胀成形装置1成形的工件的管状坯件10a～10d的立体图。
热胀成形装置1依次执行通电加热工序2、作为预备加热工序的扩管成形工序3及弯曲成形工序4、作为最终成形工序的截面成形工序5。
具体地说，在通电加热工序2中，对以大致直线状延伸的铝合金制的管状坯件10a进行加热。
在扩管成形工序3中，通过第一膨胀成形装置6(参照图3)将管状坯件10a的靠近两端的部位扩大，成为管状坯件10b。
在弯曲成形工序4中，通过第二膨胀成形装置7(参照图5)使管状坯件10b的截面形状成为大致椭圆形状，并进一步使管状坯件10b的中间部弯曲，成为管状坯件10c。
在截面成形工序5中，通过第三膨胀成形装置8(参照图7)使管状坯件10c的截面形状成为大致矩形形状，成为管状坯件10d。
图3是表示第一膨胀成形装置6的概要构成的剖视图。图4是第一膨胀成形装置6的金属模的剖视图。
第一膨胀成形装置6具有：包括有支承管状坯件10a的下模21的下模机构20；包括有与下模21一起从上下夹住管状坯件10a的上模31的上模机构30；对管状坯件10a的两端侧进行保持的保持机构40；在轴向上对管状坯件10a的两端侧进行推压的推压机构50；向管状坯件10a的内部供给空气的空气供给装置60；以及对下模21和上模31进行加热的加热装置70。
下模机构20具有作为固定金属模的上述下模21、和支承该下模21的基台22。在下模21上形成有型腔面211。
上模机构30具有在下模21的上方相对地配置的作为可动金属模的上述上模31、和使上模31升降的升降装置32。在上模31上形成有型腔面311。
当驱动升降装置32使上模31接近下模21而合模时，由这些上模31的型腔面311和下模21的型腔面211形成型腔33。
保持机构40具有从轴向将下模21上的管状坯件10a夹住而设置的一对保持构件41、和使这些一对保持构件41沿着管状坯件10a的轴向进退的进退装置42。
保持构件41为大致圆筒形状。
进退装置42使保持构件41接近管状坯件10a并与管状坯件10a的两端侧嵌合，从而保持该管状坯件10a。
推压机构50具有插通在一对保持构件41中的一对推压部件51、和使该推压部件51沿着管状坯件10a的轴向进退的推压装置52。
推压装置52使推压部件51接近管状坯件10a并插通在保持构件41中，然后对由该保持构件41保持的管状坯件10a的两端进行推压，将该管状坯件10a在中心轴方向上压缩。
空气供给装置60具有贯穿推压机构50的一对推压部件51直至管状坯件10a的两端侧的空气供给通路61、和向该空气供给通路61供给高压的空气的未图示的气泵。
加热装置70内置于下模21和上模31中。作为该加热装置70，能够列举出高频电流加热机构、加热器加热机构等。
图5是表示第二膨胀成形装置7的概要构成的剖视图。图6是第二膨胀成形装置7的金属模的剖视图。
第二膨胀成形装置7在由上模31A的型腔面311A和下模21A的型腔面211A构成的型腔33A的形状、空气供给装置60的构造、以及没有设置保持机构40及推压机构50而设置了约束机构80方面与第一膨胀成形装置6不同，其他的构成与第一膨胀成形装置6相同。
即，约束机构80具有从轴向将下模21A上的管状坯件10b夹住而设置的一对约束构件81、和使这些一对约束构件81沿着管状坯件10b的轴向进退的进退装置82。
在约束构件81上形成有凹部811。
进退装置82使约束构件81接近管状坯件10b，并使管状坯件10b的两端侧嵌合在凹部811中，从而使该管状坯料10b的两端侧受到约束。
此外，空气供给装置60的空气供给通路61A贯穿一对约束构件81而延伸到管状坯件10b的两端侧。
图7是表示第三膨胀成形装置8的概要构成的剖视图。图8是第三膨胀成形装置8的金属模的剖视图。
在第三膨胀成形装置8中，作为第一金属模及第二底部的下模21B与作为第二金属模的上模31B的形状、由上模31B的型腔面311B和下模21B的型腔面211B构成的型腔33B的形状、以及加热装置70B的构成与第二膨胀成形装置7不同，其他的构成与第二膨胀成形装置7相同。
下模21B为大致平板状，形成有型腔面211B。在该型腔面211B的周缘部214的下表面形成有向外侧延伸的长孔215。
上模31B为截面U字形状，具有大致平板状的第一底部312、和与该第一底部312垂直地设置并彼此相对的一对壁部313。该上模31B的壁部313的外侧方向上的刚性比下模21B的外侧方向上的刚性低。
在该上模31B的型腔面311B的周缘部314、即壁部313的前端面上，形成有能够嵌合在长孔215中的突起315。
这里，长孔215的外端，与在因热膨胀而变形的状态下合模时的突起315的位置相比位于外侧，并且，与在因热膨胀而变形的状态下将上模31B和下模21B合模之后、因内压而变形的状态下的突起315相比位于内例。
作为加热装置70B，例如可使用流体加热机构。
以下，对上述热胀成形装置1的热胀成形的步骤进行说明。
热胀成形由进行扩管成形及弯曲成形的预成形工序、和进行截面成形的最终成形工序组成。
首先，在通电加热工序2中，将铝合金制的管状坯件10a加热到大约500℃。
接着，进行扩管成形工序3。具体地说，首先，通过加热机构70将下模21和上模31加热到大约500℃、即管状坯件10a的再结晶温度以上。
接着，将加热后的管状坯件10a配置在下模21上。
接着，驱动上模机构30的升降装置32，使上模31下降，进行下模21与上模31的合模。
接着，驱动保持机构40的进退装置42，使保持构件41嵌合在管状坯件10a的两端侧，保持该管状坯件10a。
接着，驱动推压机构50的推压部件51，通过推压部件51将由保持构件41保持的管状坯件10a的两端在压缩方向上推压。同时，驱动空气供给装置60的气泵，向型腔33供给高压空气。
这样，管状坯件10a被热扩管成形为与型腔33的形状相适应，成为管状坯件10b。
接着，进行弯曲成形工序4。具体地说，首先，通过加热机构70将下模21A和上模31A加热到大约500℃、即管状坯件10b的再结晶温度以上。
接着，将被热扩管成形后的管状坯件10b在保持着加热状态的情况下通过未图示的公知的运送机构运送，配置在下模21A上。
接着，驱动约束机构80的进退装置82，使约束构件81嵌合在管状坯件10b的两端侧。
此外，驱动上模机构30的升降装置32，使上模31A下降，进行下模21A与上模31A的合模。同时，驱动空气供给装置60的气泵，向型腔33A供给高压空气。
这样，扩管成形后的管状坯件10b被热(大约500℃)弯曲成形为与型腔33A的形状相适应，成为管状坯件10c。
接着，进行截面成形工序5。具体地说，首先，通过加热机构70B将下模21B和上模31B加热到大约200℃、即管状坯件10c的再结晶温度以下。
接着，通过未图示的旋转机构将弯曲成形后的管状坯件10c围绕中心轴旋转大致90°，然后，通过未图示的公知的运送机构运送，配置在下模21B上。
接着，驱动约束机构80的进退装置82，使约束构件81嵌合在管状坯件10c的两端侧，使管状坯件10c的两端侧受到约束。
此外，驱动上模机构30的升降装置32，使上模31B下降，并如图9所示那样使突起315嵌合在长孔215的内端侧，而进行下模21B与上模31B的合模。接着，驱动空气供给装置60的气泵61，向型腔33B供给高压空气。
这样，弯曲成形后的管状坯件10c被截面成形为与型腔33B的形状相适应，成为管状坯件10d。
此时，下模21B和上模31B在热膨胀以及型腔33B的内压的作用下变形。由于上模31B的壁部313的针对外侧方向的刚性比下模21B的针对外侧方向的刚性低，因此上模31B的变形量比下模21B的变形量大。这样，如图10所示，突起315沿着长孔215移动到外端，并被定位在该位置。
在该截面成形工序中，由于下模21B和上模31B的温度为大约200℃，因此管状坯件10c的热量向下模21B和上模31B传递，虽然管状坯件10c的温度降低，但是被实施以某种程度的热成形。
然后，将下模21B和上模31B的温度保持在管状坯件10d的再结晶温度以下，并在一定时间内维持下模21B与上模31B的合模状态，将管状坯件10d冷却。此时，由于管状坯件10d的两端部被约束构件81约束，因此能够抑制管状坯件10d的轴向上的热收缩。
图11是表示在连续地反复进行截面成形工序的情况下的成形品的宽度与成形次数的关系的图。
以往，在成形开始前，成形品的宽度尺寸为W0，每当反复成形时，金属模从工件吸收的热量增加，因此金属模的翘曲所导致的变形量逐渐增大。而且，当连续地进行f0次左右的成形时，金属模从管状坯件吸收的热量与从金属模放出的热量平衡，成形品的宽度尺寸稳定在W0′。
另一方面，在本发明中，在成形开始前，成形品的宽度尺寸是比W0大的W1。但是，由于在成形中，突起被定位在长孔的规定位置，因此，仅连续地进行比f0少的f1次左右的成形，就能使金属模从管状坯件吸收的热量与从金属模放出的热量平衡，成形品的宽度尺寸稳定在比W0′小的W1′。
通过以上的发明，具有如下效果。
(1)在进行合模时，将形成于上模31B的周缘部314上的突起315嵌合在形成于下模21B的周缘部214上的长孔215中。
因此，在开始截面成形工序后，上模31B和下模21B在热膨胀以及型腔的内压的作用下变形，突起315沿着长孔215移动到外端，并被定位在该位置。然后，若反复成形，则热膨胀的变形量逐渐变大，因此热膨胀在上模31B和下模21B的变形中所占的比例发生变化，但是，通过事先将突起315定位在长孔215中，就能够以比以往少的成形次数使成形品的尺寸稳定。由此，能够在不使金属模和周边设备大型化的情况下抑制不合格品的产生，因此能够抑制生产成本。
(2)使长孔215的外端的位置，与将下模21B和上模31B在因热膨胀而变形的状态下合模时的突起315的位置相比位于外侧，并且，与将下模21B和上模31B在因热膨胀而变形的状态下合模之后、因内压而变形的状态下的突起315的位置相比位于内侧。
由此，在使突起315嵌合在长孔215中并通过内压使下模21B和上模31B变形时，突起315与长孔215的外端相抵接而被定位，因此能够提高定位的精度。
(3)使上模31B的壁部313的外侧方向上的刚性比下模21B的外侧方向上的刚性低。由此，上模31B的壁部313的基于内压的变形量比下模21B的基于内压的变形量大，因此，上模31B与下模21B的变形量不同，从而能够通过长孔215使突起315更确实地抵接而进行定位。
另外，本发明不限于上述实施方式，在能够实现本发明的目的的范围内的变形、改进等都包含在本发明中。
例如，在本实施方式中，管状坯件10a～10d是铝合金制成的，但是不限于此，也可以是其他金属制成的。
此外，在本实施方式中，通过空气供给装置60向管状坯件10a～10d的内部供给空气，但是不限于此，也可以供给其他流体。

Claims (3)

1.一种热胀成形金属模，对预先加热了的管状工件进行成形，其特征在于，
包括：具有型腔面的第一金属模；和
具有型腔面的第二金属模，
在所述第一金属模的型腔面的周缘部上形成有向外侧延伸的长孔，
在所述第二金属模的型腔面的周缘部上形成有能够嵌合在所述长孔中的突起，
在进行合模时，所述第二金属模的周缘部的突起嵌合在所述第一金属模的周缘部的长孔中。
2.如权利要求1所述的热胀成形金属模，其特征在于，
所述长孔的外端的位置，与将所述第一金属模和所述第二金属模在因热膨胀而变形的状态下合模时的所述突起的位置相比位于外侧，并且，与将所述第一金属模和所述第二金属模在因热膨胀而变形的状态下合模后、因内压而变形的状态下的所述突起的位置相比位于内侧。
3.如权利要求1或2所述的热胀成形金属模，其特征在于，
所述第一金属模和所述第二金属模中的一方是具有第一底部和与该第一底部垂直地设置并彼此相对的一对壁部的、截面呈U字形的金属模，
所述第一金属模和所述第二金属模中的另一方具有与所述第一底部相对的第二底部，
所述一方的金属模的壁部的外侧方向上的刚性比所述另一方的金属模的第二底部的外侧方向上的刚性低。
CN201010233859.9A 2009-07-21 2010-07-20 热胀成形装置 Expired - Fee Related CN101961747B (zh)

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