CN104487185B - 旋压成型装置以及成型方法 - Google Patents

Abstract

旋压成型装置（101）在使成型的板材（W）绕着旋转轴线（S）旋转的同时进行成型，具备：包括安装有板材（W），使板材（W）绕着旋转轴线（S）旋转的保持构件（1）；通过与板材（W）的第一主表面抵接，以此加工并成型板材（W）的加工工具（4）；和加热板材（W）的加热器（5）；加热器（5）形成为如下结构：以与加工工具（4）之间夹着板材（4）的形式配置于与加工工具（4）相反的一侧上，在以旋转轴线（S）为中心与板材（W）上的加工工具（4）所抵接的位置位于同一圆周上的位置上，局部加热板材（W）的与第一主表面相反的一侧的第二主表面。

Description

旋压成型装置以及成型方法

技术领域

本发明涉及使成型的板材绕着旋转轴线旋转的同时进行成型的旋压成型装置以及旋压成型方法。

背景技术

以往，已知在使钢铁材料、铝合金、纯钛等的板材绕着规定的旋转轴线旋转的同时使加工工具与该板材抵接，以此成型该板材的旋压成型方法。

又，在钛合金等的一般难以进行加工的材料中，为了减少材料费用以及加工费用，理想的是应用加工板材的旋压成型方法取代由锻造品的切削加工。然而，例如称为Ti-6Al-4V的钛合金在常温下耐力高，延性差，因此如果直接应用以往通常进行的冷态（常温下）下的旋压成型方法，则材料会产生裂纹，无法顺利成型。因此，需要加热板材并进行热态下的旋压成型。

例如专利文献1公开了这样的热态下的旋压成型。在专利文献1的结构中，通过燃烧器加热板材的表面后进行板材的加工。

然而，在如专利文献1那样的使用燃烧器的热态旋压成型中，在广范围内加热板材。因此，例如板材的未成型处、已成型处、非成型对象处等的非成型处也被加热。因此，根据板材的材质、形状（尤其是厚度）不同，存在因加工时产生的应力而在板材的未成型处发生变形导致无法进行高精度加工的问题，而且还存在在板材的已成型处产生裂纹的问题。

因此，专利文献2的结构作为局部地加热靠近成型处的位置的旋压成型装置被提出。在专利文献2的结构中，从作为加工工具的赶棒与板材的未成型处之间向加工工具与板材的抵接位置配置有作为加热器的高频感应加热用线圈。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开2007-283365号公报；

专利文献2：日本特开2011-218427号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

然而，在专利文献2的结构中，使作为加热器的高频感应加热用线圈的梢端部位于作为加工工具的赶棒与板材的未成型处之间，因此发生如下问题。即，加工工具的动作限制了加热器的配置位置，因此无法将加热器配置在适合局部加热的最佳的位置，无法适当地加热成型处。又，在专利文献2的结构中，以将板材按照作为成型模具的型芯（mandrel）的形状进行成型作为前提。因此，由于板材的成型处与型芯接触，因此加热板材的热传递至型芯而被夺走，温度无法充分上升（加热的损失大），可能发生板材上产生裂纹的问题。

本发明是为了解决如上的问题而形成，其目的是提供能够通过适当地加热板材的成型处以此在板材上不发生变形和裂纹等的情况下进行成型的旋压成型装置以及旋压成型方法。

解决问题的手段：

为了解决上述问题，本发明的发明人等经过深刻研究之后，发现对于钛合金板或厚度厚的不锈钢板等的特定的板材，在局部加热板材的情况下，可以确保不加热处的刚性，因此即使不使用成型模具也可以将板材成型为期望的形状。本发明从这样的观点出发而形成。

根据本发明的一种形态的旋压成型装置是在使成型的板材绕着旋转轴线旋转的同时进行成型的旋压成型装置，具备：包括安装有所述板材的支承治具以及使所述板材与所述支承治具一起绕着所述旋转轴线旋转的旋转轴的保持构件；通过与所述板材的第一主表面抵接，以此加工并成型板材的加工工具；和加热所述板材的加热器；所述加热器形成为如下结构：以与所述加工工具之间夹着所述板材的形式配置在与所述加工工具相反的一侧上，并在以所述旋转轴线为中心与所述板材上的所述加工工具所抵接的位置位于同一圆周上的位置上，局部加热所述板材的与第一主表面相反的一侧的第二主表面的结构。

根据上述结构，由于不使用成型模具而使用支承治具，因此可以在板材的成型处的与加工工具相反的一侧上确保空间，在该空间内配置加热器。其结果是，板材的与加工工具所抵接的第一主表面相反的一侧的第二主表面被局部加热，因此可以与加工工具和板材之间的位置关系无关地适当地加热板材的成型处。又，板材安装于支承治具而不是成型模具上，因此可以不使成型处与支承治具接触，并且不使加热所产生的热直接传递至支承治具，从而与使用成型模具的情况相比可以有效地进行加热。因此，可以在板材上不发生变形和裂纹等的情况下进行成型。

也可以是所述支承治具具有与所述板材上的由成型开始位置限定的圆相比小的尺寸。借助于此，可以从成型开始位置进行适当的加热。

也可以是所述加热器通过高频感应加热进行加热。借助于此，可以简单且高效地进行局部加热。

也可以是所述旋压成型装置具备在与所述板材上的所述加工工具的抵接位置相比靠近径向外侧的位置上预先加热所述板材的预加热器。借助于此，可以加快成型速度、或者在板材厚度厚的情况下也无需放慢成型速度便可有效地加热至成型所需的温度。

也可以是所述加热器包括在与所述旋转轴线正交的方向上形成为双重的圆弧状的线圈。借助于此，可以更有效地加热与成型处位于同一圆周上的部分。

也可以是所述加热器包括从与所述板材相反的一侧覆盖所述线圈的磁性体的磁芯、和超过所述线圈以及所述磁芯向所述板材突出的非磁性体的凸部。借助于此，可以使用覆盖于线圈上的磁芯防止线圈中产生的磁通泄露至外部以此集中磁通，从而更加局部且有效地产生热量。此外，可以通过非磁性体的凸部防止线圈以及磁芯与板材接触。其结果是，可以防止线圈的电气短路，并且可以在板材的第二主表面的与磁芯对置处获得较高的趋肤效应。

也可以是所述旋压成型装置具备在与所述加工工具的抵接位置相比靠近径向外侧的位置上支持所述板材的辅助工具。借助于此，可以稳定板材，可以高效地进行加热以及成型。

也可以是所述旋压成型装置具备以使所述加热器相对于所述板材进行相对移动从而使所述加热器与所述板材的成型处之间的距离达到预先设定的距离的控制装置的形式控制所述加热器。借助于此，在成型时，即使板材在保持构件的旋转轴线方向上发生位移，也可以使加热器与板材的成型处（加热处）之间的距离保持不变。因此，在成型时，可以使对板材的成型处的加热与成型状态无关地保持不变。

也可以是所述旋压成型装置具备以使所述加热器与通过所述加工工具进行的成型动作同步地移动的形式控制所述加热器的控制装置。借助于此，加热器随着加工工具的成型动作而移动，因此可以进行稳定的成型。又，可以在通过加热器确实地加热成型处后通过加工工具进行成型，因此可以得到良好的成型品。

也可以是所述旋压成型装置具备：在与所述加工工具的抵接位置位于以所述旋转轴线为中心的同一圆周上的位置上测定所述板材的表面温度的辐射温度计；和调节所述加热器的输出的输出调节器；所述输出调节器以使所述表面温度达到规定的温度范围内的形式调节所述加热器的输出。借助于此，由于基于实际的板材的成型处的温度调节加热器的输出，因此可以更加适当地调节板材的成型处的温度。

也可以是所述旋压成型装置具备：测定所述加工工具与所述板材抵接时的负荷的负荷测定器；和以使所述加工工具相对于所述板材以与所述负荷相对应的输送速度相对移动的形式控制所述加工工具的控制装置。当旋转板材时的相对于板材的加工工具的输送速度快时，虽然成型速度快，但是负荷增大而发生裂纹或变形等的可能性提高。另一方面，当输送速度慢时，尽管负荷小，但是成型速度慢。因此，通过以使负荷在规定的范围内的形式控制加工工具的输送速度，以此可以在尽量不降低成型速度的情况下进行适当的成型。

例如，也可以是所述板材由钛合金形成。

根据本发明的另一种形态的旋压成型方法是在使成型的板材绕着旋转轴线旋转的同时进行成型的旋压成型方法，在将所述板材安装于保持构件的支承治具上且使该板材绕着所述旋转轴线旋转的同时使加工工具与所述板材的第一主表面抵接而加工并成型所述板材时，将加热器以与所述加工工具之间夹着所述板材的形式配置在与所述加工工具相反的一侧上，并在以所述旋转轴线为中心与所述板材上的所述加工工具所抵接的位置位于同一圆周上的位置上，局部地加热所述板材的与第一主表面相反的一侧的第二主表面。

根据上述方法，由于使用支承治具而不是成型模具，因此可以在板材成型处的与加工工具相反的一侧上确保空间，可以在该空间内配置加热器。其结果是，局部地加热板材的与加工工具所抵接的第一主表面相反的一侧的第二主表面，因此可以与加工工具和板材之间的位置关系无关地适当地加热板材的成型处。又，由于板材安装于支承治具而不是成型模具上，因此可以不使成型处与支承治具接触，并且不使通过加热产生的热直接传递至支承治具，与使用成型模具的情况相比可以更有效地进行加热。因此，可以在板材上不发生变形和裂纹等的情况下进行成型。

发明效果：

本发明形成为如上所述的结构，通过适当地加热板材的成型处，以此发挥能够在板材上不会发生变形和变形等的情况下进行成型的效果。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施形态的旋压成型装置的概略结构图；

图2中的图2A是示出图1所示的旋压成型装置的旋转轴线、加工工具以及加热器的关系的仰视图，图2B是加热器的剖视图；

图3是示出图1所示的旋压成型装置的控制形态的一个示例的流程图；

图4是示出本发明的第二实施形态的旋压成型装置的概略结构图；

图5是示出板材的板厚与板材的背面侧和表面侧的表面温度差之间的关系的图表；

图6是示出本发明的第三实施形态的旋压成型装置的概略结构图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施形态。另外，以下在所有附图中对于相同或相当的要素标以相同的参考符号，并且省略其重复说明。

＜第一实施形态＞

图1是示出本发明的第一实施形态的旋压成型装置的概略结构图。如图1所示，本实施形态的旋压成型装置101具备使板材W绕着旋转轴线（rotationalaxis）S旋转的保持构件1。在本实施形态中，旋转轴线S在铅垂方向上延伸，但是旋转轴线S延伸的方向也可以是水平方向，还可以是倾斜方向。

保持构件1上以不通过成型模具的形式安装有作为被成型材料的板材W。更具体而言，保持构件1包括：具有大致垂直于旋转轴线S的支承面P的支承治具2；和支承治具2不可相对旋转地安装在其上，使板材W与支承治具2一起旋转的旋转轴10。上述旋转轴线S是旋转轴10的中心轴线。板材W安装于支承治具2的支承面P上。即，板材W以与旋转轴线S大致垂直交叉的形式配置。板材W通过在该板材W的上方以与支承治具2的支承面P对置的形式配置的固定治具3固定于支承面P上。借助于此，保持构件1的旋转轴10绕着旋转轴线S旋转，以此板材W绕着旋转轴线S旋转。

另外，本说明书中的板材W不限于平板。例如，板材W也可以是至少一部分包括曲面的板材或预先弯曲的板材（成型中途的材料或成型后的材料）等。又，板材W还包括例如在板材的一部分上贴有其它板材或者通过铸造一体成型而成的那样的一部分的厚度与其它部分不同的那样的材料。

又，板材W的材质不特别限定，例如优选的是钛合金、镍基合金、钴基合金、高强度钢、高强度不锈钢、镁合金等的难以在冷态下进行加工的金属材料。尤其是，如钛合金那样，在常温和高温（成型温度）下的耐力之差较大的材料中，如果使用现有的方法则容易发生裂纹和变形等。因此，在这样的材料的成型中应用本实施形态是有效的。然而，在能够进行冷态下的加工的铝合金和纯钛等的金属材料中也同样可以应用本实施形态。尽管是能够进行冷态下的加工的金属材料，但在板材的厚度较厚的情况下，应用本实施形态是有效的。

钛合金中有耐蚀合金（例如Ti-0.15Pd）、α合金（例如Ti-5Al-2.5Sn）、α+β合金（例如Ti-6Al-4V）、β合金（Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al）等。

旋压成型装置101还具备：与安装在支承治具2上的板材W的第一主表面抵接，以此加工板材使其成型的加工工具4；和加热板材W的加热器5。在本实施形态中，加工工具4所抵接的第一主表面为上表面，与第一主表面相反侧的第二主表面为下表面，但是也可以是第一主表面为下表面，第二主表面为上表面。加热器5以与加工工具4之间夹着板材W的形式配置在与加工工具4相反的一侧上。而且，加热器5形成为在与板材W上的加工工具4所抵接的位置位于以旋转轴线S为中心的同一圆周上的位置上，局部加热板材W的第二主表面的结构。另外，同一圆周上是指例如将旋转轴线S与板材W上的加工工具4所抵接的位置之间的距离作为r时，从旋转轴线S的距离为r±10%的范围。

支承治具2在本实施形态中为平坦的圆盘状的板材。然而，支承治具2没有必要必须平坦，例如在板材W为碗（bowl）状的情况下，也可以根据板材W的朝向而使支承面P的中央突出或凹入。或者，支承治具2例如也可以是多个杆材在纵横方向上组合的井字状。又，也可以在板材W上，在与支承治具2重叠的区域设置有一个或多个贯通孔，在支承治具2的支承面P上设置有与该贯通孔嵌合的定位销。

支承治具2也可以具有与由板材W的成型开始位置限定的圆相同的尺寸，但是优选的是具有比该圆小的尺寸。即，支承治具2的周缘部优选的是以能够在板材W的成型开始位置的正下方配置加热器5的形式从板材W的成型开始位置向径向内侧偏离。

在本实施形态中，如图1所示，例示具备一个加工工具4的结构，但是不限于此，也可以设置有多个加工工具4。在该情况下，多个加工工具以分别与板材W的第一主表面抵接的形式配置。此外，多个加工工具也可以例如在以旋转轴线S为中心的同一圆周上绕着旋转轴线S相互隔着180°进行配置。如果将加工工具4所在的一侧作为板材W的表面侧，则加热器5配置在板材W的背面侧。

图2A是示出图1所示的旋压成型装置的旋转轴线、加工工具以及加热器的关系的图。另外，图2A是从板材的背面侧（加热器所在的一侧）观察的仰视图，对于除了图1所示的旋转轴10、加工工具4、加热器5以及板材W以外的结构省略图示。在本实施形态中，加工件4具有例如绕着与旋转轴线S形成规定的角度（图1的示例中约90°）的旋转轴线Q旋转的加工辊。加工工具4位于板材W的表面侧，并且通过使绕着旋转轴线Q旋转的加工辊与板材W的第一主表面抵接，以此对板材W进行引缩加工或引伸加工。又，加热器5位于板材W的背面侧。加工工具4以及加热器5均形成为相互独立且相对保持构件1可三维（至少在旋转轴线S的轴方向以及径向）移动的结构，并且以从旋转轴线S的距离达到相同的距离r（r是可变的）的形式被进行位置控制。另外，加工工具4不限于具有上述加工辊，也可以例如具有赶棒等。

加热器5具备通过高频感应加热对板材W的第二主表面进行加热的线圈61。高频感应加热例如是频率为5kHz～400kHz的感应加热。从感应加热电源11向线圈61供给电流。在本实施形态中，加热器5在俯视时位于与加工件4相对旋转轴线S（保持构件1）对称的位置（在以旋转轴线S为中心的周方向上加热器5和加工工具4绕着旋转轴线S相隔开θ=180°的位置）上。另外，加热器5的位置不限于此，只要能够在板材W的与加工工具4所抵接的一侧相反的一侧上、且在与板材W上的加工工具4所抵接的位置位于以旋转轴线S为中心的同一圆周上的位置上，局部地加热板材W的第二主表面即可。例如，也可以在俯视时以使加热器5与加工工具4的中心角θ（各自与中心轴线S连接的线段在周方向上所形成的角度）达到规定的角度（0°≤θ≤360°）的形式配置。

加热器5的线圈61在与旋转轴线S正交的方向上形成为二重圆弧状。具体而言，线圈61具有相互平行的内侧圆弧部以及外侧圆弧部。又，加热器5如图2B所示包括：从与板材W相反的一侧分别地覆盖线圈61的内侧圆弧部以及外侧圆弧部的磁芯（core）62；支持磁芯62的基板64；和在磁芯62的径向外侧设置于基板64上的凸部63。磁芯62是磁性体，将产生于线圈61的各圆弧部的周围的磁通集中。凸部63是非磁性体，超出线圈61以及磁芯62向板材W突出。如果像这样设置有凸部63，则可以通过凸部63防止线圈61以及磁芯62与板材W接触。其结果是，可以防止线圈61的电气短路，并且可以在板材W的第二主表面上的与磁芯62对置的位置上得到较高的趋肤效应。另外，根据防止线圈61的电气短路的观点，也可以将绝缘性的涂料涂布在线圈61的表面上。

加热器5的线圈61形成为圆弧的两端部与旋转轴线S在周方向上形成的角度为大致90°的月牙形状。借助于此，可以有效地加热与成型处A位于以旋转轴线S为中心的同一圆周上的部分。另外，线圈61的形状不限于此，圆弧的两端部与旋转轴线S在周方向上所形成的角度可以是90°以外的角度，也可以在圆弧的一部分中包含直线部，又可以以包含直线的组合的形式（折线状）形成。又，可以将以圆形多次卷绕而成的线圈（圆筒数次卷绕线圈）排列成圆弧状以代替圆弧状的线圈61，也可以仅将一个圆筒数次卷绕线圈作为加热器5的线圈使用。

根据上述结构的旋压成型装置101，由于使用支承治具2而不是成型模具，因此可以在板材W的成型处A的与加工工具4相反侧上确保空间，从而可以在该空间内配置加热器5。其结果是，板材W上的与加工工具4所抵接的第一主表面相反侧的第二主表面被局部加热，因此不受加工工具4与板材W的位置关系的限制，可以有效地加热板材W的成型处A。又，板材W安装于支承治具2而非成型模具上，因此可以使成型处A与支承治具2处于非接触。

在现有结构中，通常在板材W的与加工工具4所抵接的一侧相反的一侧上设置有成型模具，由于存在这样的成型模具，而难以配置加热器5的加热线圈。其理由是，加热线圈还存在作为由约数mm左右的粗度的铜管形成的感应加热线圈，在该线圈的一部分上安装壁厚为数mm～30mm左右的磁通集中用磁芯的情况。如果像这样配置加热线圈，则需要一定程度的空间，并且如果试图使用成型模具且在成型处A的正下方配置加热线圈，则导致成型模具与加热器接触而并不理想。相对于此，在本实施形态中，形成为不使用成型模具的结构，并且在板材W的与加工工具4所抵接的一侧相反的一侧、且通过加工工具4成型的板材W的成型处A的正下方配置加热器5。在板材W的加工工具4所抵接的一侧配置加热器5时，加热器5的加热线圈的形状因板材W的成型形状而受限制，但是由于相对板材W在加工工具4所抵接的一侧的相反侧（如果是现有的结构，则存在成型模具的一侧）上配置加热器5的加热线圈，因此加热器5的加热线圈的形状不会因板材W的成型形状而受限制。因此，根据本实施形态的结构，相对板材W在成型模具和加工工具4都不存在的一侧上配置加热器5，因此可以容易进行该成型处A的局部加热。此外，通过使用与成型模具相比格外小的支承治具2，以此通过加热器5加热的热不直接传递至支承治具2，从而可以与使用成型模具的情况相比更有效地进行加热。此外，在本实施形态中，通过高频感应加热进行加热。借助于此，可以简单且有效地进行局部的加热。又，由于不使用成型模具，因此可以削减成型模具的制造成本，从而可以降低成型成本。

如上所述，支承治具2也可以具有与由板材W的成型开始位置限定的圆相同的尺寸。然而，在该情况下，仅在成型开始位置附近，因加热器5与支承治具2之间的干扰而无法使加热器5的加热位置与加工工具的抵接位置位于同一圆周上。相对于此，如果支承治具2具有与由板材W的成型开始位置限定的圆相比小的尺寸，则可以从成型开始位置开始进行适当的加热。

本实施形态的旋压成型装置101如图1所示还具备：进行旋转轴10的旋转控制的同时进行加工工具4以及加热器5的位置控制的成型机控制器12；测定加工工具4与板材W抵接时的负荷的负荷测定器13；和检测板材W的成型处A的位置的位移传感器14。此外，旋压成型装置101具备：在与加工工具4的抵接位置位于以旋转轴线S为中心的同一圆周上的位置（成型处A）上，测定板材W的表面温度的辐射温度计15；和调节加热器5的输出的输出调节器16。输出调节器16形成为通过变更从感应加热电源11输出的电流值以此调节加热器5的输出的结构。

旋压成型装置101具备根据成型条件和各结构的运行状况等向各构成要素传达控制命令的控制装置17。例如控制装置17基于来自于成型机控制器12的工作状况（保持构件1、加工工具4以及加热器5的控制状况）、来自于负荷测定器13的加工工具4对板材W的负荷信息以及来自于位移传感器14的板材W的成型处A的位置信息，进行旋转轴10的旋转控制和加工工具4以及加热器5的位置控制，或者进行位移传感器14以及辐射温度计15的位置控制。又，控制装置17基于来自于辐射温度计15的板材W的成型处A的表面温度信息进行加热器5的输出控制。

以下，示出并说明本实施形态的旋压成型装置101的控制形态的一个示例。图3是示出图1所示的旋压成型装置的控制形态的一个示例的流程图。在这里，假定为预先在保持构件1上保持规定的板材W。如图3所示，控制装置17首先根据板材W的种类、成型形状、大小、厚度等而获得保持构件1的旋转速度、加工工具4的加工辊的输送速度（在旋转轴线S方向上的移动速度）、径向移动速度（加工辊在以旋转轴线S为中心的径向上的移动速度）和成型角度（加工辊的旋转轴线Q相对板材W的倾斜度）、以及加热温度等的设定信息（步骤S1）。控制装置17可以从外部的装置获得这些信息，也可以使旋压成型装置101具备存储部，通过控制装置17读取存储于该存储部中的信息而获得该信息。

在得到设定信息后，控制装置17进行加工工具4、加热器5、位移传感器14以及辐射温度计15的定位（步骤S2）。具体而言，控制装置17以使加工工具4的加工辊与板材W的规定的成型处A抵接的形式对加工工具4进行定位；以加热该成型处A（以旋转轴线S为中心的同一圆周上的区域）的形式对加热器5进行定位；以能够测定该成型处A的位移的形式对位移传感器14进行定位；以能够测定该成型处A的表面温度的形式对辐射温度计15进行定位。

在此基础上，控制装置17通过使旋转轴10绕旋转轴线S旋转，以此在使板材W旋转的同时开始通过加热器5对板材W的成型处A进行加热（步骤S3）。控制装置17获得由辐射温度计15检测的成型处A的表面温度，并且判定该成型处A的表面温度是否为可成型的范围内的温度（步骤S4）。例如，在使用由钛合金（Ti-6Al-4V）形成的板材W的情况下，例如可以将500～1000℃设定为可成型的范围。

输出调节器16以使由辐射温度计15测定的板材W的表面温度达到规定的温度范围内的形式调节加热器5的输出。借助于此，基于实际的板材W的成型处A的温度调节加热器5的输出，因此可以更适当地调节板材W的成型处A的温度。又，在本实施形态中，通过辐射温度计15测定加工工具4所抵接的板材W的第一主表面的表面温度、即加热器5所在的一侧（背面侧）的相反侧（表面侧）的板材W的表面温度，因此辐射温度计15不会干扰加热器5，可以进行高精度的温度测定。然而，也可以以在成型处A测定板材W的第一主表面以及第二主表面的两者的温度的形式配置多个辐射温度计15。

在成型处A的表面温度为可成型的范围内的温度的情况下（步骤S4中“是”），使用加工工具4开始进行成型处A的加工成型（步骤S5）。另一方面，在成型处A的表面温度为可成型的范围外的温度的情况下（步骤S4中为“否”），调节加热器5的输出直至成型处A的表面温度达到可成型的范围内的温度。

控制装置17以使加热器5与加工工具4的成型动作同步（同时）地移动的形式控制加热器5。另外，同步中包括使加热器5随着加工工具4的移动而移动、和在完成通过加热器5进行的加热后（成型处A的表面温度达到可成型的范围内后）开始进行通过加工工具4进行的成型（使加工辊与板材W的成型处A抵接）。借助于此，加热器5随着通过加工工具4进行的成型动作而移动，因此可以实现稳定的成型。又，能够在通过加热器5确实地加热成型处A后通过加工工具4进行成型，因此可以得到良好的成型品。

又，控制装置17以使加工工具4相对于板材W以与由负荷测定器13检测的负荷相对应的输送速度相对移动的形式控制加工工具4。具体而言，控制装置17判定由负荷测定器13检测的负荷是否在预先设定的可成型的范围内（步骤S6）。在判定为负荷在可成型的范围内的情况下（步骤S6中“是”），继续进行加工。又，在判定为负荷在可成型的范围外的情况下（步骤S6中为“否”），执行变更加工辊的输送速度的控制（步骤S7）。变更加工辊的输送速度的控制被重复执行直至负荷达到可成型的范围内。

当旋转板材W时的相对于板材W的加工工具4的输送速度快时，虽然成型速度快，但是负荷增大而发生裂纹或变形等的可能性提高。另一方面，当输送速度慢时，尽管负荷小，但是成型速度慢。因此，通过以使负荷在规定的范围内的形式控制加工工具4的输送速度，以此可以在尽量不降低成型速度的情况下进行适当的成型。

又，控制装置17根据由位移传感器14检测的板材W的成型处A的位置信息、和从成型机控制器12得到的加热器5的位置控制信息判定加热器5与板材W的成型处A之间的距离h是否在预先设定的范围内（例如1mm～10mm）（步骤S8）。在加热器5与成型处A之间的距离h在预先设定的范围内的情况下（步骤S8中“是”），继续进行加工。又，在距离h不在预先设定的范围内的情况下（步骤S8中“否”），以使加热器5相对板材W进行相对移动从而使该距离h达到预先设定的距离的形式控制加热器5（步骤S9）。

借助于此，即使在通过加工工具进行成型时板材W在保持构件1的旋转轴线S方向上发生位移，也可以使加热器5与板材W的成型处（加热处）A之间的距离保持不变。尤其是，在如本实施形态那样使用高频感应加热用线圈61的加热器5中，当线圈61相对于板材W的成型处A的距离发生变化时，从线圈61施加于板材W的热量较大地变化。因此，通过使加热器5与板材W的成型处A之间的距离h保持不变，以此可以在加工时使对板材W的成型处A的加热与加工状态无关而保持不变。

在执行这样的控制的同时进行成型。然后，控制装置17执行是否在每个规定的成型正时分别完成成型的判定（步骤S10）。在没有完成成型的情况下（步骤S10中“否”），控制装置17继续进行成型工序（步骤S3～S9）。在完成成型的情况下（步骤S10中“是”），控制装置17终止处理。

在本实施形态中，不使用成型模具。取而代之，可以根据来自于位移传感器14的位置信息掌握板材W的成型处A的位置，因此可以基于此适当地控制加工工具4以及加热器5，可以将板材W高精度地成型为期望的形状。又，可以根据来自于负荷测定器13的负荷信息掌握对板材W的成型处A的负荷大小，借助于此可以在不使用成型模具的情况下提高板材W的成型精度。

另外，在本实施形态中，说明了将高频感应加热用线圈61作为加热器5使用的结构，但是不限于此，只要是能够在以旋转轴线S为中心与板材W上的加工工具4所抵接的位置位于同一圆周上的位置上，局部地加热板材W上的与加工工具4所抵接的第一主表面相反侧的第二主表面的加热器即可。例如，也可以将摩擦加热器作为加热器5使用。

＜第二实施形态＞

以下说明本发明的第二实施形态的旋压成型装置。图4是示出本发明的第二实施形态的旋压成型装置的概略结构图。在本实施形态中，对于与第一实施形态相同的结构标以相同的符号并省略说明。本实施形态中的旋压成型装置102与第一实施形态的不同点在于如图4所示，还具备在与加工工具4的抵接位置（成型处A）相比靠近径向外侧的位置（在成型进行方向上位于板材W的未成型处侧的位置（预加热处B））上，预先加热板材W的预加热器7。另外，在图4中关于与控制装置17和负荷测定器13等的控制相关的结构图示省略。

在这里，成型进行方向被定义为在板材W上通过加工工具4进行成型的方向。在图4的示例中，成型进行方向是指从旋转轴线S的径向内侧朝向外侧的方向。在该情况下，预加热器7配置在与加热器5相比靠近旋转轴线S的径向外侧的位置。

在本实施形态中，预加热器7形成为对加热器5所加热的板材W的一侧的相反侧、且与相对板材W上的加热器5所加热的位置（成型处A）靠近旋转轴线S的径向外侧的位置位于以旋转轴线S为中心的同一圆周上的位置（预加热处B）进行加热的结构。即，预加热器7形成为预先加热板材W的未成型处的结构。又，预加热器7与加热器5相同地采用通过高频感应加热进行的加热方式，但是在预加热器7中也可以采用通过燃烧器等进行的加热方式。例如，预加热器7与加热器5相同地包括在与旋转轴线S正交的方向上形成为双重圆弧状的线圈。从旋转轴线S至预加热器7的距离大于从旋转轴线S至加热器5的距离，因此优选的是预加热器7的线圈的曲率半径大于加热器5的线圈61的曲率半径。

预加热器7以使预加热处B的温度达到预加热处B不会因加工工具4对成型处A的按压力的影响而变形的程度的温度的形式调节输出。例如，优选的是进行与加热器5的加热相比程度弱的加热。另外，为了使预加热器7的加热能力低于加热器5的加热能力，而可以将预加热器7的输出设定为与加热器5的输出相比低的输出，也可以在此基础上或者取而代之，在相同输出的加热器中使预加热器7和板材W之间的距离比加热器5和板材W之间的距离长。又，优选的是预加热处B与成型处A相邻。

通过预加热器7预先加热作为未成型处的预加热处B，因此在通过加热器5局部加热时温度上升变快。借助于此，在加工速度快或者板材W厚的情况下，也可以无需放慢加工速度便可有效地加热至成型所需的温度。

这样的预加热可以根据板材W的种类、板材W的板厚、加热温度、加工工具4的能力（例如加工辊的推力）适当应用。尤其是，可以根据板材W的板厚、板材W的表面和背面之间的表面温度差、和加工工具4的能力之间的关系研究是否需要预加热。图5是示出板材的板厚与板材背面和表面的表面温度差之间的关系的图表。图5示出在加热器5所加热的、由作为钛合金的Ti-6Al-4V形成的板材W的第二主表面的温度为900℃的情况下第二主表面与第一主表面之间的温度差（背面侧表面温度－表面侧表面温度）。

由图5中的斜线所示的区域X（板厚Dth以上且表面温度差Tth以上的区域）表示使用预加热时有效的区域。该区域X随着作为加工工具4的能力的一种的加工辊的推力而变化。即，当加工辊的推力增大时，板厚的阈值Dth以及表面温度差的阈值Tth成为更大的值。又，加工辊的推力减小时，板厚的阈值Dth以及表面温度差的阈值Tth成为更小的值。总而言之，加工辊的推力减小时，即使是更小的板厚或表面温度差，也优选的是进行预加热。

另外，在成型进行方向为从旋转轴线S的径向外侧朝向内侧的方向的情况下，预加热器7加热与相对板材W上的加热器5所加热的位置靠近旋转轴线S的径向内侧的位置位于以旋转轴线S为中心的同一圆周上的位置，以此得到相同的效果。又，预加热器7可以以任意形式进行配置，只要能够加热与相对板材W上的加热器5所加热的位置靠近旋转轴线S的径向外侧的位置位于以旋转轴线S为中心的同一圆周上的位置即可。例如，也可以将预加热器7以加热板材W的与加热器5相同的一侧的形式进行配置。又，在本实施形态中，预加热器7配置于在以旋转轴线S为中心的周方向上与加热器5大致相同的位置上，但是也可以配置于在周方向上错开的位置上。

＜第三实施形态＞

以下说明本发明的第三实施形态中的旋压成型装置。图6是示出本发明的第三实施形态的旋压成型装置的概略结构图。本实施形态的旋压成型装置103与第一实施形态的不同点在于如图6所示还具备与板材W的未成型处抵接、且在与加工工具4的抵接位置相比靠近径向外侧的位置上支持板材W的辅助工具8。另外，在图6中对于与控制装置17和负荷测定器13等的控制相关的结构省略图示。

在本实施形态中，辅助工具8由通过与板材W的未成型处抵接而从动旋转的辅助辊构成。然而，辅助工具8的结构不限于如上述那样的辊，只要形成为在与板材W抵接的状态下不损伤板材W（抵接所产生的摩擦力小）的结构即可。

通过使用这样的辅助工具8，以此可以稳定住板材W，从而高效地进行加热以及加工。即，通过辅助工具8保持板材W的未成型处，以此可以抑制在通过加工工具4进行加工时所产生的板材W的外周缘在旋转轴线S方向上的振动。借助于此，可以使通过加热器5进行的加热与板材W的成型位置无关而均一化。此外，可以使加工工具4施加于板材W的按压力与板材W的成型处无关而均一化。因此，可以提高板材W的成型精度。

另外，辅助工具8可以以任意形式进行配置，只要与板材W的未成型处抵接即可。例如，如图6所示，辅助工具8可以设置于加工工具4所抵接的板材W一侧的相同侧上，也可以设置于相反侧。又，辅助工具8可以设置一个，也可以设置多个。

以上，上述实施形态仅作为例示，不限于此。本发明通过权利要求进行示出，并不限于上述说明的范围，在与权利要求相同的含义以及范围内可以进行任意的变更。例如，也可以将多个上述实施形态中的各结构要素进行任意组合。

工业应用性：

本发明的旋压成型装置以及旋压成型方法通过适当地加热板材的成型处，以此在板材上不会产生变形和裂纹等的情况下进行成型，因此有应用性。

符号说明：

1保持构件；

2支承治具；

3固定治具；

4加工工具；

5加热器；

61线圈；

62磁芯；

63凸部；

7预加热器；

8辅助工具；

10旋转轴；

11感应加热电源；

12成型机控制器；

13负荷测定器；

14位移传感器；

15辐射温度计；

16输出调节器；

17控制装置；

101～103旋压成型装置；

P支承面；

Q加工工具的旋转轴线；

S保持构件的旋转轴线；

W板材。

Claims (18)

1.一种旋压成型装置，是在使成型的板材绕着旋转轴线旋转的同时进行成型的旋压成型装置，具备：

包括安装有所述板材的支承治具以及使所述板材与所述支承治具一起绕着所述旋转轴线旋转的旋转轴的保持构件；

通过与所述板材的第一主表面抵接，以此加工并成型板材的加工工具；和

加热所述板材的加热器；

所述加热器形成为如下结构：以与所述加工工具之间夹着所述板材的形式配置在与所述加工工具相反的一侧上，并在以所述旋转轴线为中心与所述板材上的所述加工工具所抵接的位置位于同一圆周上的位置上，局部加热所述板材的与第一主表面相反的一侧的第二主表面。

2.根据权利要求1所述的旋压成型装置，其特征在于，所述支承治具具有与所述板材上的由成型开始位置限定的圆相比小的尺寸。

3.根据权利要求1或2所述的旋压成型装置，其特征在于，所述加热器通过高频感应加热进行加热。

4.根据权利要求1或2所述的旋压成型装置，其特征在于，具备在与所述板材上的所述加工工具的抵接位置相比靠近径向外侧的位置上预先加热所述板材的预加热器。

5.根据权利要求1或2所述的旋压成型装置，其特征在于，所述加热器包括在与所述旋转轴线正交的方向上形成为双重的圆弧状的线圈。

6.根据权利要求5所述的旋压成型装置，其特征在于，所述加热器包括从与所述板材相反的一侧覆盖所述线圈的磁性体的磁芯、和超过所述线圈以及所述磁芯向所述板材突出的非磁性体的凸部。

7.根据权利要求1或2所述的旋压成型装置，其特征在于，具备在与所述加工工具的抵接位置相比靠近径向外侧的位置上支持所述板材的辅助工具。

8.根据权利要求1或2所述的旋压成型装置，其特征在于，具备以使所述加热器相对于所述板材进行相对移动从而使所述加热器与所述板材的成型处之间的距离达到预先设定的距离的形式控制所述加热器的控制装置。

9.根据权利要求1或2所述的旋压成型装置，其特征在于，具备以使所述加热器与通过所述加工工具进行的成型动作同步地移动的形式控制所述加热器的控制装置。

10.根据权利要求1或2所述的旋压成型装置，其特征在于，具备：

在与所述加工工具的抵接位置位于以所述旋转轴线为中心的同一圆周上的位置上测定所述板材的表面温度的辐射温度计；和

调节所述加热器的输出的输出调节器；

所述输出调节器以使所述表面温度达到规定的温度范围内的形式调节所述加热器的输出。

11.根据权利要求1或2所述的旋压成型装置，其特征在于，具备：

测定所述加工工具与所述板材抵接时的负荷的负荷测定器；和

以使所述加工工具相对于所述板材以与所述负荷相对应的输送速度相对移动的形式控制所述加工工具的控制装置。

12.根据权利要求1或2所述的旋压成型装置，其特征在于，所述板材由钛合金形成。

13.一种旋压成型方法，是在使成型的板材绕着旋转轴线旋转的同时进行成型的旋压成型方法，

在将所述板材安装于保持构件的支承治具上且使该板材绕着所述旋转轴线旋转的同时使加工工具与所述板材的第一主表面抵接而加工并成型所述板材时，将加热器以与所述加工工具之间夹着所述板材的形式配置在与所述加工工具相反的一侧上，并在以所述旋转轴线为中心与所述板材上的所述加工工具所抵接的位置位于同一圆周上的位置上，局部地加热所述板材的与第一主表面相反的一侧的第二主表面。

14.根据权利要求13所述的旋压成型方法，其特征在于，在与所述板材上的所述加工工具的抵接位置相比靠近径向外侧的位置上预先加热所述板材。

15.根据权利要求13或14所述的旋压成型方法，其特征在于，使所述加热器相对于所述板材进行相对移动以使进行所述局部的加热的所述加热器与所述板材的成型处之间的距离达到预先设定的距离。

16.根据权利要求13或14所述的旋压成型方法，其特征在于，使进行所述局部的加热的所述加热器与通过所述加工工具进行的成型动作同步地移动。

17.根据权利要求13或14所述的旋压成型方法，其特征在于，在与所述加工工具的抵接位置位于以所述旋转轴线为中心的同一圆周上的位置上测定所述板材的表面温度，并且以使该表面温度达到规定的温度范围内的形式调节进行所述局部的加热的所述加热器的输出。

18.根据权利要求13或14所述的旋压成型方法，其特征在于，

测定所述加工工具与所述板材抵接时的负荷；和

使所述加工工具相对于所述板材以与所述负荷相对应的输送速度相对移动。