JP2002079324A - 中空の金属製工作物を内圧成形する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 わずかな内圧及び変形力で、かつわずかな構
造経費で、高品質の内面及び外面を形成し得るようにす
る。 【解決手段】 端部（１７）が開いている中空の金属製
工作物（２）を、多部分より成る工具（１）の成形空洞
（５）内で、内圧成形する方法である。工作物（２）
を、あらかじめ加熱されている開いた工具（１）内に入
れ、次いで工作物の端部（１７）に閉鎖心棒（１０，１
１）を、シール作用をもって挿入し、工具（１）を閉
じ、次いで少なくとも１つの閉鎖心棒（１１）を経て、
加熱されている圧力流体（１４）を、今や熱い可塑化さ
れている工作物（２）内に導入して、工作物（２）の材
料を工具（１）内の成形空洞（５）内に押し込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中空の金属製工作
物を内圧成形する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】中空の、特に管形の、工作物を、閉じら
れた工具の内部で内圧成形する方法は、鋼材料の場合で
も、また非鉄金属の場合でも、公知である。この場合工
作物内に入れられる圧力流体は水あるいは水乳濁液から
成っている。工作物の変形は室温で行われる。

【０００３】公知の場合の欠点は、金属製工作物の形状
変化が、複雑な変形段階で、高価な技術的経費をかけな
いと可能でないことである。特に、例えばアルミニウム
のような塑性の延びがわずかである材料の場合には、何
回も中間焼きなましをすることが不可欠である。しかし
ながら、中間焼きなましを行うごとに金属組織に影響が
及ぼされる。更にアルミニウムのような組織変化を行わ
ない金属材料の場合には、中間焼きなましの際に脆性に
なる危険がある。したがって後の実際の使用における機
能が著しく阻害されることがある。

【０００４】EP 0 785 036 A1 によれば、高熱の砂を工
作物内に入れて、工作物を変形させることが公知であ
る。この場合変形の前に工作物並びに工具が加熱され
る。変形中は工具及び工作物の温度が維持される。

【０００５】しかしながら砂による内圧成形は特別な操
作を必要とする。特に、小さな曲率半径は著しい経費を
かけないと生ぜしめることができない。また片側の押し
出し成形、例えばドームの成形、は実施が極めて困難で
ある。更にシールが困難であり、工具の耐用寿命に関し
ても問題がある。内面を高度に仕上げることは、砂を使
用する場合には原則的に不可能である。このことも極め
て高価な費用をもたらし、公知の方法の経済性が疑問視
される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の根底をなす課
題は、中空の金属工作物を内圧成形する公知の方法及び
装置を改良して、わずかな内圧及び変形力で、かつわず
かな構造経費で、高品質の内面及び外面を形成し得るよ
うにすることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題の方法部分は請
求項１の特徴によって解決される。この課題の装置部分
は請求項１０の特徴によって解決される。

【０００８】本発明の認識によれば、変形すべき工作物
を加熱し、かつ工具を加熱することによって、工作物の
形状変化の程度を著しく増大させることができると同時
に、変形力が著しく減少せしめられる。この場合温度は
有利には、工具内の成形空洞全体にわたって一様な温度
プロフィールが保証されるように、調整される。本発明
の別の利点は、工具の閉鎖力も、また工作物の端部にお
ける閉鎖力も著しく減少せしめられることである。また
工具は全体として著しく簡単に構成することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】圧力流体の加熱は工具の外部で行
うことができる。しかしながら普通は、圧力流体が工具
内の相応する通路を経て工作物内に導かれる場合には、
圧力流体を必要な運転温度にもたらすために、工具を加
熱することで充分である。

【００１０】工作物をより容易に変形させるために必要
な温度も工具の加熱を介して達成することができる。

【００１１】しかし、特に流れ作業の場合の有利な１実
施形態では、請求項２に記載したように、工作物を、工
具内に入れる前に、加熱する。

【００１２】工作物の加熱は種々の形式で実施すること
ができる。しかしながら有利には請求項３に記載したよ
うに、工作物を外部の炉内で加熱する。

【００１３】変形プロセスは本発明によれば、閉じた工
具内での工作物の純粋な拡開であることができ、あるい
は請求項４に記載したように、少なくとも１つの閉鎖心
棒を付加的に変位させることと組み合わせることができ
る。この方法は特に複雑な形状の場合に、例えば工作物
の途中でいわゆるドームの形の片側の押し出し変形部を
設け、材料を押しずらさなければならないような場合
に、適用される。更にこの場合、ドームの範囲に大抵は
１つの別の軸方向に変位可能な対応力が、油圧負荷可能
な対応押さえプランジャの形で工具内に設けられる。

【００１４】圧力流体としては例えば反応性が弱い油を
使用することができるけれども、本発明によれば工作物
の内表面に何らの酸化も生ぜしめない化学的組成を有す
るガス状の圧力流体を使用するのが有利である。この関
連で、請求項５に記載した窒素は圧力流体として特に経
済的である。窒素は工作物の材料に何らの化学的変化も
生ぜしめず、また工作物の内表面に付着することはな
い。更に圧力流体としての窒素、それも純粋な窒素は、
加熱温度において反応が緩慢であって、特に有利であ
る。

【００１５】場合によっては、窒素とアルゴン又はヘリ
ウムとの混合ガスを使用することもできる。

【００１６】別の実施形態では、請求項６に記載したよ
うに、圧力流体は純粋な空気である。

【００１７】工作物内の内圧並びに変形力を減少させる
ために希求される工作物の可塑性は、請求項７に記載し
たように、２００℃と４００℃との間の温度範囲内で達
成される。この温度範囲内では、１５０ｂａｒと５００
ｂａｒとの間の大きさの内圧で充分である。より大きな
内圧は、この温度範囲においては、変形すべき工作物が
例えばより大きな壁厚を有している場合に使用される。

【００１８】しかしながら、有利には工作物の変形は、
請求項８に記載したように、２５０℃と３５０℃との間
の温度範囲内で行われる。その場合有利な内圧は、１８
０ｂａｒと２５０ｂａｒとの間である。

【００１９】請求項９に記載したように、アルミニウム
からあるいはアルミニウム合金から成る工作物が変形せ
しめられると、特に有利である。すなわちアルミニウム
の場合には、形状変化能力は温度が増大するにつれて、
再結晶化が始まる前の特定の程度まで増大する。同時に
可塑性限界はより小さな張力値に低下する。この関連に
おいて、特に既に少なくとも部分的に変形せしめられた
工作物を更に変形させようとする場合に、中間焼きなま
しを完全に省略し得ることは、経済的に極めて有利であ
ると分かった。前変形の後に、材料を再び可塑化可能な
状態に戻すために、何時間も焼きなまし温度に保つ必要
はない。

【００２０】請求項１０に記載した本発明による装置に
おいては、必要な変形力を低下させることができ、単に
簡単な閉鎖機構によって工具を閉じることができ、工具
を著しく簡単に構成することができる。実験の示したと
ころでは、工具を閉じる力は、従来大きな圧力及び室温
において必要であった力と比較して、半分以上も減少さ
せることができた。その理由は、ほぼ可塑化状態にある
工作物の材料を所定の成形空洞に相応して変形させる内
圧が比較的にわずかなことである。更に、特にアルミニ
ウム又はアルミニウム合金から成る前成形された中空の
金属製工作物における複雑な輪郭を実現する場合におい
ても、工作物の端部において必要な閉鎖心棒を介しての
軸方向の押しずらし力を著しく減少させることができ
る。もちろんこの場合、変形温度、軸方向の押しずらし
力及び工作物の複雑性のようなパラメータが、工作物の
壁厚及び開放部の直径並びにその都度の材料を付加的に
考慮して、互いに調和せしめられる。全体として、工具
は安価に準備することができる。

【００２１】圧力流体は純粋な窒素であることができ
る。窒素とアルゴン又はヘリウムとから成る混合ガスも
考えられる。更に、圧力流体を空気から形成することが
考えられる。

【００２２】工具の加熱は種々の形式で行うことができ
る。有利なのは電気的な加熱である。有利には請求項１
１に記載したように、工具は容量性又は誘導性の電気的
加熱装置を備えている。

【００２３】

【実施例】以下においては図面に示した実施例を参照し
ながら、本発明の構成を具体的に説明する。

【００２４】符号１は、中空の金属製工作物２、特にＡ
ｌＭｇ３から成るアルミニウム管を内圧成形するための
工具を示す。Ｓ形に前成形されている工作物２は工具１
内で、中央の移行区分４において側方のドーム３を備え
ているその最終的なＳ形輪郭にされる。このために工具
１内には、相応した形状の成形空洞５が設けられてい
る。

【００２５】工具１は図示の下ダイス６においても、ま
た図示していない上ダイスにおいても加熱装置７を備え
ており、この加熱装置は図示の実施例では電気的な加熱
コイルとして示されている。

【００２６】工具１に所属して、工作物２の両方の端面
のところに、軸方向に変位可能な閉鎖心棒１０，１１を
備えた液力で負荷可能な閉鎖シリンダ８，９が設けられ
ている。これらの閉鎖心棒１０，１１のうち、閉鎖心棒
１１は縦通路１２を備えており、この縦通路に、純粋な
窒素から成る圧力流体１４の供給のための供給導管１３
が接続されている。供給導管１３は圧力表示器１６を有
する調節弁１５を介して導かれている。

【００２７】両方の閉鎖心棒１０，１１は工作物２の端
部１７のシールのため、並びにドーム３を形成するため
に必要な場合には軸方向の押しずらし力を導入するため
に、役立つ。

【００２８】ドーム３を形成するために、工具１に所属
して、なお液力で負荷可能なシリンダ１９の構成部分と
しての対応押さえプランジャ１８が設けられている。

【００２９】工作物２を内圧成形する場合に、工具１内
の成形空洞５の加熱と平行して、図示していない外部の
炉内で工作物２が２５０℃と３５０℃との間の温度に加
熱される。これと同じ温度は工具１も有している。

【００３０】このようにしてあらかじめ加熱された工作
物２は次いで成形空洞５内に挿入され、続いて閉鎖心棒
１０，１１が工作物２の端部１７にシール作用をもって
走入する。工具１は端部１７への閉鎖心棒１０，１１の
走入と同時に、あるいはその前に、閉じることができ
る。

【００３１】これに続いて供給導管１３を経て圧力流体
１４が圧力調節されて工作物２内に導入せしめられ、こ
れによって工作物の可塑化された材料が成形空洞５内に
プレスされる。

【００３２】この場合必要な内圧は調節弁１５を介し
て、工作物２のその都度の加熱温度及び工具の加熱温度
に関連して支障なく制御することができる。

【００３３】圧力流体１４は閉鎖心棒１１に供給する前
に加熱することができる。しかしながら閉鎖心棒１１も
工具１を介して一緒に加熱されるので、工具１から閉鎖
心棒１１に、かつ閉鎖心棒１１から縦通路１２内の圧力
流体１４に伝達される熱によっても充分に、圧力流体１
４が工作物２及び工具１の温度に適合せしめられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示した図である。

【符号の説明】

１ 工具、 ２ 工作物、 ３ ドーム、 ４ 移行区
分、 ５ 成形空洞、６ 下ダイス、 ７ 加熱装置、
８ 閉鎖シリンダ、 ９ 閉鎖シリンダ、１０ 閉鎖
心棒、 １１ 閉鎖心棒、 １２ 縦通路、 １３ 供
給導管、１４ 圧力流体、 １５ 調節弁、 １６ 圧
力表示器、 １７ 端部、 １８対応押さえプランジ
ャ、 １９ シリンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エルマー グルースマン ドイツ連邦共和国 アルテンベーケン ド ルフシュトラーセ 62

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端部（１７）が開いている中空の金属製
   工作物（２）を、多部分より成る工具（１）の成形空洞
   （５）内で、内圧成形する方法であって、工作物（２）
   を、あらかじめ加熱されている開いた工具（１）内に入
   れ、次いで工作物の端部（１７）に、閉鎖シリンダ
   （８，９）の構成部分を形成している閉鎖心棒（１０，
   １１）を、シール作用をもって挿入し、工具（１）を閉
   じ、次いで少なくとも１つの閉鎖心棒（１１）を経て、
   加熱されている圧力流体（１４）を、今や熱い可塑化さ
   れている工作物（２）内に導入して、圧力流体（１４）
   の影響下で工作物（２）の材料を工具（１）内の成形空
   洞（５）内に押し込む、中空の金属製工作物を内圧成形
   する方法。
2. 【請求項２】 工作物（２）を、工具（１）内に入れる
   前に、加熱する、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 工作物（２）を外部の炉内で加熱する、
   請求項１又は２記載の方法。
4. 【請求項４】 圧力流体（１４）を導入する際に、少な
   くとも１つの閉鎖心棒（１１）を工作物（２）内に変位
   させる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方
   法。
5. 【請求項５】 圧力流体（１４）として窒素を使用す
   る、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 【請求項６】 圧力流体（１４）として空気を使用す
   る、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
7. 【請求項７】 工作物（２）の変形を、２００℃と４０
   ０℃との間の温度範囲内で、１５０ｂａｒと５００ｂａ
   ｒとの間の圧力で、実施する、請求項１から６までのい
   ずれか１項記載の方法。
8. 【請求項８】 工作物（２）の変形を、２５０℃と３５
   ０℃との間の温度範囲内で、１８０ｂａｒと２５０ｂａ
   ｒとの間の圧力で、実施する、請求項１から７までのい
   ずれか１項記載の方法。
9. 【請求項９】 アルミニウムからあるいはアルミニウム
   合金から成る工作物（２）を変形する、請求項１から８
   までのいずれか１項記載の方法。
10. 【請求項１０】 端部（１７）が開いている中空の金属
    製工作物（２）を内圧成形する装置であって、工作物
    （２）のための成形空洞（５）と、油圧負荷可能な閉鎖
    シリンダ（８，９）の構成部分としての、工作物端部
    （１７）に走行可能な閉鎖心棒（１０，１１）とを備え
    た多部分から成る工具（１）を有し、その際工具（１）
    は少なくとも成形空洞（５）を加熱可能であり、かつ、
    少なくとも１つの閉鎖心棒（１１）を経て、加熱された
    圧力流体（１４）が、場合によりあらかじめ加熱されて
    いる工作物（２）内に導入可能である、中空の金属製工
    作物を内圧成形する装置。
11. 【請求項１１】 工具（１）が容量性又は誘導性の電気
    的加熱装置（７）を備えている、請求項１０記載の装
    置。