CN114616061A - 成型装置及成型方法 - Google Patents

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石塚正之
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Abstract

本发明提供一种成型装置，其利用成型模具对被加热的金属材料进行成型，其中，剖视观察时，成型模具具有由彼此交叉的第1成型面及第2成型面形成的角部，第2成型面相对于第1成型面能够相对移动，在成型时，第2成型面在角部与金属材料接触之前的阶段朝向按压金属材料的按压方向移动。

Description

成型装置及成型方法
技术领域
本发明的一实施方式涉及一种成型装置及成型方法。
背景技术
以往，已知有用于被加热的金属材料的成型的成型装置。例如，下述专利文献1中公开了一种成型装置，其具备：成型模具，具有彼此成对的下型及上型；气体供给部，向保持在成型模具之间的金属管材料内供给气体；及加热部，通过通电加热对该金属管材料进行加热。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-220141号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
在上述以往技术的成型装置的成型模具中，为了形成成型物的转角部，有时会具有角部。这样的角部由彼此正交的成型面形成。金属材料通过分别与彼此正交的成型面接触而形成为与该角部相对应的形状。但是，成型物的转角部的圆角的直径(角R)的大小由材料的特性和成型条件决定，因此存在难以使圆角的直径比其更小的问题。
本发明的一实施方式是为了消除这样的问题而完成的，本发明的一实施方式的目的在于提供一种能够减小成型物的转角部的圆角的直径的成型装置及成型方法。
用于解决技术课题的手段
本发明的一实施方式所涉及的成型装置为利用成型模具对被加热的金属材料进行成型的成型装置，其中，剖视观察时，成型模具具有由彼此交叉的第1成型面及第2成型面形成的角部，第2成型面相对于第1成型面能够相对移动，在成型时，第2成型面在角部与金属材料接触之前的阶段朝向按压金属材料的按压方向移动。
剖视观察时，上述成型装置的成型模具具有由彼此交叉的第1成型面及第2成型面形成的角部。因此，在成型时，金属材料沿着成型模具的角部而变形从而成为具有转角部的形状。在此，第2成型面相对于第1成型面能够相对移动。即，形成角部的其中一个面(即，第2成型面)能够朝向按压金属材料的按压方向移动。在成型时，第2成型面在角部与金属材料接触之前的阶段朝向按压金属材料的按压方向移动。在角部与金属材料接触之前的阶段，在相当于转角部的部位中，并未完成淬火，其处于容易变形的状态。因此，第2成型面在淬火之前能够深入金属材料的与转角部相对应的部位。由此，能够使成型物的转角部的圆角的直径(角R)的大小小于由材料的特性和成型条件决定的大小。由此，能够减小成型物的转角部的圆角的直径。
成型模具可以具有：第1模具，具有第1成型面，并且在成型时其移动受到限制；及第2模具，具有第2成型面，并且相对于第1模具能够相对移动。此时，在成型时，第2模具相对于移动受到限制的第1模具能够朝向按压方向移动。由此，第2成型面相对于第1成型面朝向按压方向移动，从而能够进入到金属材料的转角部。
成型模具可以在金属材料的两侧具有一对第2模具。此时，成型模具能够减小金属材料两侧的转角部的圆角的直径。
成型模具可以具备：第1主模具及第2主模具，具有第1成型面，并且彼此相对；第1双动模具，具有第2成型面，并且相对于第1主模具能够相对移动；及第2双动模具，具有第2成型面，并且相对于第2主模具能够相对移动。此时，能够由第1主模具及第2主模具在金属材料上形成凸缘部，并且能够减小金属材料的转角部的圆角的直径。
本发明的一实施方式所涉及的成型方法为利用成型模具对被加热的金属材料进行成型的成型方法，其中，剖视观察时，成型模具具有由彼此交叉的第1成型面及第2成型面形成的角部，第2成型面相对于第1成型面能够相对移动，在成型时，使第2成型面在角部与金属材料接触之前的阶段朝向按压金属材料的按压方向移动。
根据该成型方法，能够获得与上述成型装置相同的作用效果。
本发明的一实施方式所涉及的成型装置为利用成型模具对被加热的金属材料进行成型的成型装置，其中，剖视观察时，成型模具具有由彼此交叉的第1成型面及第2成型面形成的角部，第2成型面相对于第1成型面能够相对移动，在成型时，第2成型面在利用角部对金属材料的与转角部相对应的部位进行淬火之前的阶段朝向按压金属材料的按压方向移动，由此在金属材料上形成转角部。
在成型时，第2成型面在对金属材料的与转角部相对应的部位进行淬火之前的阶段朝向按压金属材料的按压方向移动。在进行淬火之前的阶段，金属材料的与转角部相对应的部位处于容易变形的状态。因此，第2成型面在淬火之前能够深入金属材料的与转角部对应的部位。由此，能够使成型物的转角部的圆角的直径(角R)的大小小于由材料的特性和成型条件决定的大小。由此，能够减小成型物的转角部的圆角的直径。
发明效果
根据本发明的一实施方式，提供一种能够减小成型物的转角部的圆角的直径的成型装置及成型方法。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的成型装置的概略图。
图2是表示由喷嘴密封了金属管材料时的状态的剖视图。
图3是成型模具的剖视图。
图4是表示成型模具的角部的状态的放大图。
图5是变形例所涉及的成型装置的成型模具的剖视图。
图6是变形例所涉及的成型装置的成型模具的剖视图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的优选实施方式进行说明。另外，在各附图中，对相同部分或相应部分标注相同的符号，并省略重复说明。
图1是本实施方式所涉及的成型装置1的概略图。如图1所示，成型装置1是通过吹塑成型来成型出具有空心形状的金属管(成型物)的装置。在本实施方式中，成型装置1设置于水平面上。成型装置1具备成型模具2、驱动机构3、保持部4、加热部5、流体供给部6、冷却部7及控制部8。另外，在本说明书中，金属管是指成型装置1成型完成后的空心物品，金属管材料40(金属材料)是指成型装置1成型完成之前的空心物品。金属管材料40是可淬火钢类的管材料。并且，有时将水平方向上的进行成型时的金属管材料40的延伸方向称为“长度方向”，将与长度方向正交的方向称为“宽度方向”。
成型模具2是将金属管材料40成型为金属管的模具，其具备在上下方向上彼此相对的下侧模具11(第1模具)及上侧模具12(第2模具)。下侧模具11及上侧模具12由钢铁制块构成。下侧模具11经由模座等固定于基台13上。上侧模具12经由模座等固定于驱动机构3的滑动件上。
驱动机构3是使下侧模具11及上侧模具12中的至少一个移动的机构。在图1中，驱动机构3具有仅使上侧模具12移动的结构。驱动机构3具备：滑动件21，其使上侧模具12朝向下侧模具11及上侧模具12彼此合拢的方向移动；作为致动器的回拉缸22，产生将上述滑动件21拉向上侧的力量；作为驱动源的主缸23，使滑动件21下降并进行加压；及驱动源24，对主缸23赋予驱动力。
保持部4是保持配置于下侧模具11与上侧模具12之间的金属管材料40的机构。保持部4具备：下侧电极26及上侧电极27，其在成型模具2的长度方向上的一端侧保持金属管材料40；及下侧电极26及上侧电极27，其在成型模具2的长度方向上的另一端侧保持金属管材料40。长度方向两侧的下侧电极26及上侧电极27从上下方向夹持金属管材料40的端部附近从而保持该金属管材料40。另外，在下侧电极26的上表面及上侧电极27的下表面形成有与金属管材料40的外周面形状相对应的形状的槽部。在下侧电极26及上侧电极27上设置有未图示的驱动机构，因此下侧电极26及上侧电极27能够分别独立地向上下方向移动。
加热部5对金属管材料40进行加热。加热部5是对金属管材料40进行通电从而对该金属管材料40进行加热的机构。加热部5在金属管材料40在下侧模具11与上侧模具12之间且金属管材料40与下侧模具11及上侧模具12分开的状态下对该金属管材料40进行加热。加热部5具备上述的长度方向两侧的下侧电极26及上侧电极27、以及使电流经由这些电极26、27流向金属管材料的电源28。另外，加热部也可以配置于成型装置1的前工序，从而在外部进行加热。
流体供给部6是用于向保持在下侧模具11与上侧模具12之间的金属管材料40内供给高压流体的机构。流体供给部6向被加热部5加热而成为高温状态的金属管材料40供给高压流体，以使金属管材料40膨胀。流体供给部6设置于成型模具2的长度方向上的两端侧。流体供给部6具备：喷嘴31，从金属管材料40的端部的开口部向该金属管材料40的内部供给流体；驱动机构32，使喷嘴31相对于金属管材料40的开口部进退移动；及供给源33，经由喷嘴31向金属管材料40内供给高压流体。驱动机构32在流体供给时及排气时使喷嘴31以确保密封性的状态紧贴于金属管材料40的端部(参考图2)，而在其他时间则使喷嘴31与金属管材料40的端部分开。另外，流体供给部6也可以供给高压空气或惰性气体等气体作为流体。并且，流体供给部6与具有使金属管材料40向上下方向移动的机构的保持部4及加热部5可以设为同一装置。
图2是表示由喷嘴31密封了金属管材料40时的状态的剖视图。如图2所示，喷嘴31是能够插入到金属管材料40的端部的圆筒部件。喷嘴31以使该喷嘴31的中心线与基准线SL1一致的方式支承于驱动机构32。金属管材料40侧的喷嘴31的端部的供给口31a的内径与膨胀成型后的金属管材料40的外径大致一致。在该状态下，喷嘴31从内部的流路63向金属管材料40供给高压流体。
返回到图1，冷却部7是对成型模具2进行冷却的机构。冷却部7对成型模具2进行冷却，由此，若膨胀后的金属管材料40与成型模具2的成型面接触，则能够快速冷却金属管材料40。冷却部7具备形成于下侧模具11及上侧模具12的内部的流路36及向流路36供给冷却水并使其循环的水循环机构37。
控制部8是控制成型装置1整体的装置。控制部8控制驱动机构3、保持部4、加热部5、流体供给部6及冷却部7。控制部8重复进行用成型模具2对金属管材料40进行成型的动作。
具体而言，控制部8例如控制机械臂等搬运装置的搬运时机，将金属管材料40配置在打开状态的下侧模具11与上侧模具12之间。或者，控制部8也可以等待操作者手动将金属管材料40配置于下侧模具11与上侧模具12之间。并且，控制部8控制保持部4的致动器等，以便由长度方向上的两侧的下侧电极26支承金属管材料40，然后使上侧电极27下降以夹住该金属管材料40。并且，控制部8控制加热部5对金属管材料40进行通电加热。由此，在金属管材料40沿轴向流过的电流，由于金属管材料40自身的电阻，金属管材料40自身基于焦耳热而发热。
控制部8控制驱动机构3以使上侧模具12下降而靠近下侧模具11，从而使成型模具2闭模。另一方面，控制部8控制流体供给部6，利用喷嘴31密封金属管材料40的两端的开口部并且供给流体。由此，通过加热而被软化的金属管材料40膨胀而与成型模具2的成型面接触。而且，金属管材料40成型为与成型模具2的成型面的形状相同的形状。若金属管材料40与成型面接触，则被冷却部7冷却的成型模具2会快速冷却金属管材料40，由此实施金属管材料40的淬火。
参考图3，对成型装置1的成型模具2的详细结构及成型步骤进行说明。如图3中(a)所示，(从金属管材料40的长度方向观察的)剖视观察时，成型模具2具有：一对侧成型面51(第1成型面)，在旁侧沿上下方向延伸；下成型面52，在下侧横向延伸；及上成型面53(第2成型面)，在上侧横向延伸。由此，剖视观察时，成型模具2具有：角部54，由彼此交叉(在此为正交)的侧成型面51及下成型面52形成；及角部56，由彼此交叉(在此为正交)的侧成型面51及上成型面53形成。另外，在本实施方式中，下成型面52及上成型面53具有波形形状。由此，金属管41(图3中(c))的下表面及上表面具有加固用的波形形状。
模具11是在成型时其移动受到限制的模具。模具11未与驱动机构3等连接，而是固定于基台13上。因此，模具11成为移动受到限制的状态使得其无法移动。剖视观察时，模具11具有凹状形状。因此，模具11具有由内部空间侧的一对侧面构成的侧成型面51及由内部空间侧的底面构成的下成型面52。
模具12是相对于模具11能够相对移动的模具。如上所述，模具12能够通过驱动机构3的驱动力而沿上下方向移动。模具12具有由内部空间侧的下表面构成的上成型面53。通过采用这样的结构，上成型面53相对于侧成型面51能够相对移动。
模具12设置于模具11的一对侧成型面51之间。侧成型面51的成型中并不使用的部位也更向上方延伸。模具12被该部位引导从而能够沿上下方向移动。模具12的两侧侧面配置成与模具11的一对侧成型面51大致接触，并且沿着该侧成型面51在上下方向上移动。并且，模具12的上成型面53遍及一对侧成型面51之间的横向上的整个区域而延伸。
在成型时，上成型面53在角部56与金属管材料40接触之前的阶段朝向按压金属管材料40的按压方向(在此为朝向下方)移动。上成型面53在从流体供给部6向被加热的金属材料供给高压流体而进行吹塑成型时朝向下方移动以压缩金属管材料40。另外，角部56与金属管材料40接触之前的阶段是指：金属管材料40中的与转角部43相对应的部位与角部56接触之前的阶段。在该阶段，与转角部43相对应的部位处于并未与成型模具2接触的状态(例如，参考图3中(b))，因此并未完成淬火，其处于容易变形的状态。另外，在本说明书中，角部56是指：从侧成型面51与上成型面53的交点距离5.0mm左右的窄范围。因此，在图3中(b)中，金属管材料40的一部分与侧成型面51及上成型面53接触，但该状态并不相当于金属管材料40与角部56接触的状态。
根据如上所述的关系，在成型时，上成型面53如下移动。即，在对金属管材料40的与转角部43相对应的部位进行淬火之前的阶段，上成型面53朝向按压金属管材料40的按压方向移动，由此，在金属管材料40上形成转角部43。另外，若在金属管材料40上形成了转角部43，则成为该转角部43与成型模具接触的状态。因此，对该转角部43进行淬火。
若像图3中(a)所示那样在模具11的内部空间配置了金属管材料40，则控制部8使模具12朝向下方下降以使其插入到模具11的内部空间。接着，控制部8一边使模具12朝向下方下降一边利用流体供给部6向金属管材料40供给流体，由此进行吹塑成型。由此，如图3中(b)所示，金属管材料40膨胀，其一部分与各成型面51、52、53接触。由此，金属管材料40变形为与各成型面51、52、53相对应的形状。控制部8继续利用流体供给部6向金属管材料40供给流体的同时使模具12进一步朝向下方下降。由此，如图3中(c)所示，金属管材料40成为与各成型面51、52、53的形状相同的形状，从而完成金属管41。另外，控制部8在完成前的规定时刻使流体供给部6的压力上升从而进行精加工成型。
接着，对本实施方式所涉及的成型装置1的作用效果进行说明。
剖视观察时，成型装置1的成型模具2具有由彼此交叉的侧成型面51及上成型面53形成的角部56。因此，在成型时，金属管材料40沿着成型模具2的角部56而变形从而成为具有转角部43的形状。
在此，参考图4中(c)及(d)，对比较例所涉及的成型装置的成型模具进行说明。在比较例所涉及的成型装置的成型模具中，形成角部156的侧成型面151和上成型面153不会彼此相对移动，而是由一个模具构成。此时，金属管41的转角部43的圆角的直径(角R)的大小由材料的特性和成型条件而大致唯一地决定，因此存在难以使圆角的直径比其更小的问题。即，存在无法使转角部43的圆角的直径比图4中(d)所示的状态更小的问题。
相对于此，在本实施方式所涉及的成型装置1的成型模具2中，上成型面53相对于侧成型面51能够相对移动。即，形成角部56的其中一个面(即，上成型面53)能够朝向按压金属管材料40的按压方向移动。如图4中(a)所示，在成型时，上成型面53在角部56与金属管材料40接触之前的阶段朝向按压金属管材料40的按压方向移动。在角部56与金属管材料40接触之前的阶段，在相当于转角部43的部位，并未完成淬火，其处于容易变形的状态。因此，上成型面53能够在淬火之前深入金属管材料40的与转角部43相对应的部位。由此，如图4中(b)所示，能够使金属管41的转角部43的圆角的直径(角R)的大小小于由材料的特性和成型条件决定的大小。由此，能够减小成型物的转角部的圆角的直径。
成型模具2具有：模具11，具有侧成型面51，并且在成型时其移动受到限制；及模具12，具有上成型面53，并且相对于模具11能够相对移动。此时，在成型时，模具12相对于移动受到限制的模具11能够向按压方向移动。由此，上成型面53相对于侧成型面51朝向按压方向移动，从而能够进入到金属管材料40的转角部43。
成型方法是一种利用成型模具2对被加热的金属管材料40进行成型的成型方法，其中，剖视观察时，成型模具2具有由彼此交叉的上成型面53及侧成型面51形成的角部56，上成型面53相对于侧成型面51能够相对移动，在成型时，在角部56与金属管材料40接触之前的阶段，使上成型面53朝向按压金属管材料40的按压方向移动。
根据该成型方法，能够获得与上述成型装置1相同的作用效果。
并且，在成型时，上成型面53在对金属管材料40的与转角部43相对应的部位进行淬火之前的阶段朝向按压金属管材料40的按压方向移动，由此在金属管材料40上形成转角部43。在进行淬火之前的阶段，金属管材料40的与转角部43相对应的部位处于容易变形的状态。因此，上成型面53在淬火之前能够深入到金属管材料40的与转角部43相对应的部位。由此，能够使金属管41的转角部43的圆角的直径(角R)的大小小于由材料的特性和成型条件决定的大小。由此，能够减小金属管41的转角部43的圆角的直径。
本发明并不只限于上述实施方式。
在上述实施方式中，上侧的角部56的上成型面53相对于侧成型面51能够移动，而下侧的角部54的下成型面52则与侧成型面51构成为一体。取而代之，也可以构成为如图5所示下侧的角部54的下成型面52相对于侧成型面51能够移动。具体而言，模具具备主模具11A及双动模具11B。主模具11A是具有侧成型面51且在成型时其移动受到限制的模具。双动模具11B是具有下成型面52且相对于主模具11A能够相对移动的模具。在成型时，下成型面52在角部54与金属管材料40接触之前的阶段朝向按压金属管材料40的按压方向移动。在此，下成型面52朝向按压方向(即，朝向上方)移动。另外，双动模具11B的动作除了下成型面52朝向按压方向(即，朝向上方)移动以外与模具12的动作相同。此时，成型模具2成为在金属管材料40的上下两侧具有一对能够移动的模具的结构。由此，成型模具2能够减小金属管材料40的上下两侧的转角部42、43的圆角的直径。
在上述实施方式及图5所示的变形例中，具有侧成型面51的模具是在成型时其移动受到限制的模具。但是，具有侧成型面51的模具的结构并不受特别限定。例如，也可以采用如图6所示的成型模具102。成型模具102具备：主模具11A(第1主模具)及主模具12A(第2主模具)，具有侧成型面51a、51b(第1成型面)，并且彼此相对；双动模具11B(第1双动模具)，具有下成型面52(第2成型面)，并且相对于主模具11A能够相对移动；及双动模具12B(第2双动模具)，具有上成型面53(第2成型面)，并且相对于主模具12A(第2主模具)能够相对移动。
主模具11A、12A中的在上下方向上彼此相对的面作为用于形成凸缘部44的凸缘成型面57而发挥作用。因此，主模具11A、12A的凸缘成型面57之间的空间成为副型腔SC。
例如，如图6中(a)所示，控制部8利用流体供给部6向金属管材料40供给流体，由此使金属管材料40的一部分进入到主模具11A、12A之间的副型腔SC。此时，使双动模具11B、12B朝向按压方向移动。之后，进一步进行闭模，如图6中(b)所示压扁进入副型腔SC的部分来形成凸缘部44。并且，控制部8使双动模具11B、12B进一步按压，由此减小转角部42、43的圆角的直径。由此，根据图6所示的变形例，能够由主模具11A、12A在金属管41上形成凸缘部44，并且能够减小金属管41的转角部42、43的圆角的直径。
成型物的形状并不只限定于上述实施方式所涉及的形状，只要具有转角部即可适用本发明。并且，在上述实施方式中，角部由彼此正交的成型面(成型面呈90°的角部)构成，但角部的角度并不受特别限定，可以适当变更。
另外，在上述实施方式中，以在STAF用成型装置中采用的模具为例进行了说明。但是，采用本发明所涉及的模具的成型装置的种类并不受特别限定，可以是热冲压的成型装置或其他成型装置等。
符号说明
1-成型装置，2-成型模具，11-模具(第1模具)，11A-主模具(第1模具、第1主模具)，11B-双动模具(第2模具、第1双动模具)，12A-主模具(第2主模具)，12B-双动模具(第2模具、第2双动模具)，40-金属管材料(金属材料)，41-金属管(成型物)，42、43-转角部，51-侧成型面(第1成型面)，52-下成型面(第2成型面)，53-上成型面(第2成型面)，54、56-角部。

Claims (6)

1.一种成型装置，其利用成型模具对被加热的金属材料进行成型，其特征在于，
剖视观察时，所述成型模具具有由彼此交叉的第1成型面及第2成型面形成的角部，
所述第2成型面相对于所述第1成型面能够相对移动，
在成型时，所述第2成型面在所述角部与所述金属材料接触之前的阶段朝向按压所述金属材料的按压方向移动。
2.根据权利要求1所述的成型装置，其特征在于，
所述成型模具具有：
第1模具，具有所述第1成型面，并且在成型时其移动受到限制；及
第2模具，具有所述第2成型面，并且相对于所述第1模具能够相对移动。
3.根据权利要求2所述的成型装置，其特征在于，
所述成型模具在所述金属材料的两侧具有一对所述第2模具。
4.根据权利要求1所述的成型装置，其特征在于，
所述成型模具具有：
第1主模具及第2主模具，具有所述第1成型面，并且彼此相对；
第1双动模具，具有所述第2成型面，并且相对于所述第1主模具能够相对移动；及
第2双动模具，具有所述第2成型面，并且相对于所述第2主模具能够相对移动。
5.一种成型方法，其利用成型模具对被加热的金属材料进行成型，其特征在于，
剖视观察时，所述成型模具具有由彼此交叉的第1成型面及第2成型面形成的角部，
所述第2成型面相对于所述第1成型面能够相对移动，
在成型时，使所述第2成型面在所述角部与所述金属材料接触之前的阶段朝向按压所述金属材料的按压方向移动。
6.一种成型装置，其利用成型模具对被加热的金属材料进行成型，其特征在于，
剖视观察时，所述成型模具具有由彼此交叉的第1成型面及第2成型面形成的角部，
所述第2成型面相对于所述第1成型面能够相对移动，
在成型时，所述第2成型面在利用所述角部对所述金属材料的与转角部相对应的部位进行淬火之前的阶段朝向按压所述金属材料的按压方向移动，由此在所述金属材料上形成所述转角部。
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