JP2004195509A - 液圧成形方法および液圧成形装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】型締めされる第1成形型40および第2成形型50と、流体供給手段と、液圧検出手段と、成形状態検出手段60と、型締め力制御手段とを有する液圧成形装置である。第1成形型40および第2成形型50の内側には、重ね合わせた板材10,20の周辺を接合してなる予備成形体30が、配置される。流体供給手段は、予備成形体30の内側に液体を供給して膨出させ、第1成形型40および第2成形型50のキャビティ41,51に押圧する。液圧検出手段は、予備成形体30の内側の液圧を検出する。成形状態検出手段60は、予備成形体30の成形状態を検出する。型締め力制御手段は、検出された液圧および成形状態に対応して、第1成形型40および第2成形型50に付加される型締め力を増加させる。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液圧成形方法および液圧成形装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
重ね合わせた板材の周辺を接合してなる予備成形体が適用される従来の液圧成形においては、予備成形体を、上下に分割された金型の内側に配置し、型締めした後に、予備成形体の内側に液体を供給して膨出させ、金型のキャビティに押圧して、成形している(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−347643号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、型締め力は、成形初期から成形終了まで略一定であり、最終液圧を考慮した大きな値を有している。そのため、成形途中において、板厚減少が大きくなり、板材が破断する問題を有している。
【0005】
つまり、予備成形体は、成形初期において形状が大幅に変化するため、大きな材料流入を必要とする。しかし、型締め力が大きい場合、材料流入が阻害され、例えば、金型と擦れ合う予備成形体のコーナー部において板厚減少が過度に進行し、板材が破断する虞がある。一方、型締め力を小さくする場合、板厚減少を抑制することは可能であるが、液圧によって金型が押し開けられる問題を生じる。
【0006】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、板厚減少や破断を抑制することができる液圧成形方法および液圧成形装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための請求項1に記載の発明は、
重ね合わせた板材の周辺を接合してなる予備成形体を、第1成形型および第2成形型の内側に配置し、型締めした後に、前記予備成形体の内側に液体を供給して膨出させ、前記第1成形型および第2成形型のキャビティに押圧して成形するための液圧成形方法において、
前記予備成形体の内側の液圧および前記予備成形体の成形状態を検出し、検出された液圧および成形状態に対応して、前記第1成形型および第2成形型に付加される型締め力を増加させる
ことを特徴とする液圧成形方法である。
【0008】
上記目的を達成するための請求項6に記載の発明は、
重ね合わせた板材の周辺を接合してなる予備成形体が内側に配置されて、型締めされる第1成形型および第2成形型と、前記予備成形体の内側に液体を供給して膨出させ、前記第1成形型および第2成形型のキャビティに押圧するための流体供給手段とを有する液圧成形装置であって、
前記予備成形体の内側の液圧を検出するための液圧検出手段と、
前記予備成形体の成形状態を検出するための成形状態検出手段と、
検出された液圧および成形状態に対応して、前記第1成形型および第2成形型に付加される型締め力を増加させるための型締め力制御手段と
を有することを特徴とする液圧成形装置である。
【0009】
【発明の効果】
上記のように構成した本発明は以下の効果を奏する。
【0010】
請求項1に記載の発明によれば、予備成形体の内側の液圧および予備成形体の成形状態に対応する、第1成形型および第2成形型が押し開けられない最適な(小さな)型締め力が、第1成形型および第2成形型に付加されるため、従来に比べ材料流入が促進される。つまり、板厚減少や破断を抑制することができる液圧成形方法を提供することができる。
【0011】
請求項6に記載の発明によれば、液圧検出手段および成形状態検出手段によって検出される予備成形体の内側の液圧および予備成形体の成形状態が、型締め力制御手段に伝達されるため、型締め力制御手段は、前記液圧および成形状態に対応する、第1成形型および第2成形型が押し開けられない最適な(小さな)型締め力を、第1成形型および第2成形型に付加することができるため、従来に比べ材料流入を促進することが可能である。つまり、板厚減少や破断を抑制することができる液圧成形装置を提供することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る予備成形体を説明するための断面図、図2は、本発明の実施の形態1に係る液圧成形装置を説明するための断面図、図3は、図2の線III−IIIに関する断面図である。
【0013】
実施の形態1に係る予備成形体30は、重ね合わせた板材10,20によって形成されている。板材10,20はそれぞれ、凸部11,21と、重合い部12,22と、縁部14,24とを有する。
【0014】
凸部11,21は、後述されるノズル部54を配置するためのスペースを構成する。また、凸部21は、ノズル部54を挿入するための開口部23が形成されている。
【0015】
重合い部12,22は、目的とする成形品を得るために液圧成形される部位である。なお、凸部11,21から重合い部12,22への移行部は、ノズル部54から吐出される高圧液体を、重合い部12,22に注入するための液圧注入部32を形成する。高圧液体は、例えば、水である。
【0016】
縁部14,24は、気密性を保つように接合される板材の周辺部位であり、外周接合部31を形成する。接合は、例えば、レーザー溶接、アーク溶接、接着剤を適用することが可能である。なお、接合部位は、必要に応じ、略全周に渡ってあるいは部分的である。
【0017】
実施の形態1に係る液圧成形装置は、上型(第1成形型)40と、下型(第2成形型)50と、流体供給手段と、液圧検出手段と、成形状態検出手段と、型締め力制御手段とを有する。
【0018】
上型40および下型50は、上下に分割された金型であり、予備成形体30が内側に配置される。また、上型40および下型50はそれぞれ、キャビティ41,51と、押圧部42,52と、凹溝43,53とを有する。
【0019】
キャビティ41,51は、目的とする成形部品の外形に対応した形状を有し、例えば、略矩形断面を呈する。押圧部42,52は、型締めの際に、予備成形体30の外周接合部31および縁部14,24の近傍を押圧するために使用される。凹溝43,53は、予備成形体30を構成する板材10,20の凸部11,21を配置するために使用される。
【0020】
流体供給手段は、予備成形体30の内側に液体を供給して膨出させ、上型40および下型50のキャビティに押圧するために使用され、板材10,20の凸部11,21に配置されるノズル部54を有する。
【0021】
ノズル部54は、予備成形体30の液圧注入部32に、高圧液体を注入するための吐出口55を有する。また、流体供給手段は、外部の高圧発生装置に連結されている配管58が接続される導入口57と、導入口57と吐出口55とを接続している通路56とを有する。
【0022】
液圧検出手段(不図示)は、予備成形体の内側の液圧を検出するために使用され、例えば、外部の高圧発生装置に連結されている配管58の途中に配置されている。
【0023】
成形状態検出手段は、予備成形体の成形状態を検出するための使用される。予備成形体30の成形状態は、例えば、膨出の進行による予備成形体30の形状変化に基づいて、検出する。予備成形体30の形状変化は、検出が容易であるため、成形状態を良好な精度で検出可能である。
【0024】
具体的には、成形状態検出手段は、予備成形体30の外面と、上型40のキャビティ41との間の距離の変化を測定するための距離検出手段60を有する。距離検出手段60は、上型40の内部に配置される接触式センサ61,63,65を有する。接触式センサ61,63,65はそれぞれ、キャビティ41から突出している検出接触子62,64,66を有する。
【0025】
したがって、予備成形体30の形状変化を直接的に検出可能であり、また、接触式センサ61,63,65の設置数に対応する形状変化を、段階的に識別できる。なお、成形状態検出手段(距離検出手段60)は、下型50に配置することも可能である。また、距離検出手段60として、距離の変化を連続的に測定可能な接触式センサや、非接触式センサを適用することも可能である。
【0026】
型締め力制御手段(不図示)は、液圧検出手段および成形状態検出手段によって検出される予備成形体30の内側の液圧および予備成形体30の成形状態が、伝達される。そして、型締め力制御手段は、伝達(検出)された液圧および成形状態に対応して、上型40および下型50に付加される型締め力を増加させる。
【0027】
そのため、型締め力制御手段は、上型40および下型50が押し開けられない最適な(小さな)型締め力を、上型40および下型50に付加することができるため、従来に比べ材料流入を促進することが可能である。
【0028】
例えば、上型40および下型50に対し、予備成形体30の外面がキャビティ41に接するまでは、液圧に対応する型締め力を付加し、成形終了間際においては、最終液圧に対応する型締め力を付加することが可能である。この場合、成形初期において、上型40および下型50に対して、極めて弱い型締め力が付加される。つまり、材料流入を最も必要とする成形初期における型締め力が、極めて弱いため、材料流入をより促進させ、板厚減少や破断が、確実に抑制される。
【0029】
以上のように、実施の形態1に係る液圧成形装置は、板厚減少や破断を抑制することができる。また、予備成形体30の形状変化を直接的に検出可能であるため、型締め力を高精度に制御することが可能である。
【0030】
次に、本発明の実施の形態1に係る液圧成形方法を説明する。図4は、液圧成形過程における成形初期を説明するための断面図、図5は、図4に続く、成形途中を説明するための断面図、図6は、図5に続く、成形終了期を説明するための断面図、図7は、経過時間に関する液圧と材料流入量と型締め力との関係を示しているグラフである。
【0031】
なお、成形初期は、液体の供給が開始されてから、接触センサ63の検出接触子64が、板材10の外面と接するまでの期間である。成形途中は、その後、接触センサ61,65の検出接触子62,66が、板材10の外面に接するまでの期間である。成形終了期は、その後、成形終了までの期間である。材料流入量Wは、材料流入の累積値を示している。
【0032】
まず、重ね合わせた板材10,20の周辺を接合してなる予備成形体30が、上型40および下型30の内側に配置され、型締めされる(図3参照)。その後、外部の高圧発生装置が起動され、高圧液体が発生させられる。高圧液体は、配管58および導入口57を経由し、ノズル部54に供給される。
【0033】
高圧液体は、ノズル部54の吐出口55を経由して、予備成形体30の液圧注入部32に注入され、板材10,20を膨出させる。この際、板材10,20の縁部14,24は、気密性を保つように接合された外周接合部31が形成されているため、高圧液体が予備成形体30の中から漏れ出すことがない。
【0034】
液体の供給が開始直後においては、液圧Pは小さく、上型40および下型30を押し開ける力は小さい。したがって、液圧Pに対応する、上型40および下型30が押し開かない型締め力F1は、最終型締め力F3に極めて小さい。そのため、材料流入量Wの増加を多く必要とする成形初期において、材料流入を促進させるため、板厚減少や破断が、確実に抑制される。
【0035】
液体の供給を継続することで液圧Pが連続的に上昇し、図4に示される状態(液圧P1)に達すると、予備成形体の形状変化は、板材10の外面(予備成形体の外面)と、上型40のキャビティ41との間の距離の変化によって検出される。つまり、接触センサ63の検出接触子64が、板材10の外面と接することで、予備成形体の形状変化が検出され、型締め力制御手段に伝達される。この時点を、経過時間T1で示す。
【0036】
型締め力制御手段は、伝達された予備成形体の形状変化と、液圧検出手段によって別途検出される液圧P1に対応して、上型40および下型50に付加される型締め力Fを、F1からF2に段階的に増加させる。型締め力F2は、最終型締め力F3に比べて小さいため、材料流入を比較的促進させる。
【0037】
液圧Pがさらに上昇し、図5に示される状態(液圧P2)に達すると、接触センサ61,65の検出接触子62,66が、板材10の外面と、接することで、予備成形体の更なる形状変化が検出され、型締め力制御手段に伝達される。
【0038】
この時点(経過時間T2)以降の予備成形体の形状変化においては、ほとんど材料流入を必要とせず、材料流入量Wは大幅には増加しない。したがって、型締め力制御手段は、上型40および下型50に付加される型締め力Fを、F2から最終型締め力F3に、段階的に増加させる。
【0039】
その後、液圧Pが最終液圧P3にまで上昇し、図6に示される状態に達する(経過時間T3)と、液圧Pの上昇を停止し、予備成形体30を目的とする成形品形状に成形する。そして、除圧した後、上型40が上昇することで型開きされ、成形品が取り出され、必要に応じて、切断などのトリミングを施すことで、最終的な製品が得られる。
【0040】
以上のように、実施の形態1に係る液圧成形方法においては、予備成形体の内側の液圧および予備成形体の成形状態に対応する、上型および下型が押し開けられない最適な(小さな)型締め力が、上型および下型に付加されるため、従来に比べ材料流入が促進される。つまり、板厚減少や破断を抑制することができる液圧成形方法を提供することができる。
【0041】
また、予備成形体の成形状態を、検出が容易な形状変化に基づいて検出するため、良好な精度で検出することができる。特に、成形状態検出手段として、キャビティ内部に距離検出手段(接触センサ)を設けているため、予備成形体を構成する板材の板厚や材質が異なったとしても、成形状態を高精度で直接検出できる。したがって、型締め力を良好なタイミングで制御することが可能となる。
【0042】
次に、図9を参照し、本発明の実施の形態2に係る液圧成形装置を説明する。実施の形態2は、成形状態検出手段の構成に関し、実施の形態1と概して異なる。
【0043】
つまり、実施の形態2においては、予備成形体の外面と、上型および下型のキャビティとの間の距離の変化を測定するための距離検出手段60の代わりに、予備成形体における型締めされている端部の位置の変化を検出するための位置検出手段70を有する。
【0044】
例えば、位置検出手段70は、上型40および下型50の型締め部42,52に隣接して配置される接触式センサ71を有する。接触式センサ71は、弾性部材(例えば、バネ)によって保持され、予備成形体30の端部の端面に接触する検出接触子(測定端子)72を有する。予備成形体30の端部は、予備成形体30を構成する板材10,20の縁部14,24あるいは外周接合部31である。
【0045】
検出接触子72は、弾性部材によって押し出され、接触している端面の位置変化に追従して移動するため、端部31(14,24)の端面の位置変化を連続的に検出できる。また、キャビティ側に向かっての端部31(14,24)の端面の位置変化は、材料流入によって引き起こされるため、材料流入量Wに対応する。
【0046】
したがって、予備成形体30の形状変化に対応する材料流入量Wを、端部31(14,24)の端面の位置変化によって、連続的に識別できるため、型締め力を、無段階に増加させることができる。
【0047】
なお、位置検出手段70として、端部の位置の変化を検出可能な非接触式センサを適用することも可能である。また、予備成形体30の形状変化と、端部31(14,24)の端面の位置変化との関係を実測しておくことによって、端部31(14,24)の端面の位置変化に基づいて、予備成形体の形状変化を検出することも可能である。
【0048】
したがって、実施の形態2に係る液圧成形装置は、実施の形態1に係る液圧成形装置と同様に、従来に比べ材料流入を促進することが可能であり、板厚減少や破断を抑制することができる。また、予備成形体の成形状態を、連続的に検出できるため、型締め力を最適なタイミングで制御することが可能となる。
【0049】
次に、本発明の実施の形態2に係る液圧成形方法を説明する。図9は、液圧成形過程における成形初期を説明するための断面図、図10は、図9に続く、成形途中を説明するための断面図、図11は、図10に続く、成形終了期を説明するための断面図、図12は、経過時間に関する液圧と材料流入量と型締め力との関係を示しているグラフである。
【0050】
まず、予備成形体30を上型40および下型30の内側に配置して型締めする際、検出接触子72を接触式センサ71に押し込んで、接触式センサ71を配置する(図8参照)。検出接触子72は、弾性部材によって押し出され、予備成形体30の端部31(14,24)の端面に接触する。その後、実施の形態1と同様にして、高圧液体が注入され、予備成形体30を構成する板材10,20を膨出させる。
【0051】
液体の供給を継続することで液圧Pが連続的に上昇する一方、材料流入によって引き起こされる予備成形体の端部31(14,24)の端面の位置変化(キャビティ側に向かっての移動)が、接触式センサ71によって検出され、型締め力制御手段に連続的に伝達される。型締め力制御手段は、連続的に伝達される位置変化に対応する材料流入量Wと、液圧検出手段によって連続的に検出される液圧Pとに対応して、上型40および下型50に付加される型締め力Fを連続的に増加させる。
【0052】
例えば、液体の供給の開始直後においては、液圧Pは小さく、上型40および下型30を押し開ける力は小さい。したがって、液圧Pに対応する、上型40および下型30が押し開かない型締め力Fは、最終型締め力F3に極めて小さい。そのため、そのため、材料流入量Wの増加を多く必要とする成形初期において、材料流入を促進させるため、板厚減少や破断が、確実に抑制される。
【0053】
液圧Pが連続的に上昇し、例えば、材料流入量WがW1に達することで、板材10,20の外面がキャビティ41,51に接触したことが検出される(図9参照)。そして、この時点(経過時間T1)における型締め力Fは、液圧P1および材料流入量W1に対応する値F1である。
【0054】
そして、図10に示される成形途中の状態(液圧P2および材料流入量W2)に達する経過時間T2の時点における型締め力Fは、F2となり、図11に示される成形終了期の状態(最終液圧P3および材料流入量W3)に達する経過時間T3の時点における型締め力Fは、F3となる。
【0055】
その後、液圧Pの上昇を停止し、予備成形体30を目的とする成形品形状に成形する。そして、除圧した後、上型40が上昇することで型開きされ、成形品が取り出され、必要に応じて、切断などのトリミングを施すことで、最終的な製品が得られる。
【0056】
以上のように、実施の形態2に係る液圧成形方法においても、実施の形態1に係る液圧成形方法と同様に、従来に比べ材料流入を促進することが可能であり、板厚減少や破断を抑制することができる。また、予備成形体の成形状態を、連続的に検出できるため、型締め力を最適なタイミングで制御することが可能となる。
【0057】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。
【0058】
例えば、予備成形体の形状に応じて、位置検出手段および距離検出手段の両方を設けたり、距離検出手段を上型および下型の両方に設けたり、あるいは、位置検出手段を複数設けたりすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る予備成形体を説明するための断面図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係る液圧成形装置を説明するための断面図である。
【図3】図2の線III−IIIに関する断面図である。
【図4】本発明の実施の形態1に係る液圧成形方法の液圧成形過程における成形初期を説明するための断面図である。
【図5】図4に続く、成形途中を説明するための断面図である。
【図6】図5に続く、成形終了期を説明するための断面図である。
【図7】経過時間に関する液圧と材料流入量と型締め力との関係を示しているグラフである。
【図8】本発明の実施の形態2に係る液圧成形装置を説明するための断面図である。
【図9】本発明の実施の形態2に係る液圧成形方法の液圧成形過程における成形初期を説明するための断面図である。
【図10】図9に続く、成形途中を説明するための断面図である。
【図11】図10に続く、成形終了期を説明するための断面図である。
【図12】経過時間に関する液圧と材料流入量と型締め力との関係を示しているグラフである。
【符号の説明】
10…板材、
11…凸部、
12…重合い部、
14…縁部、
20…板材、
21…凸部、
22…重合い部、
23…開口部、
24…縁部、
30…予備成形体、
31…外周接合部、
32…液圧注入部、
40…上型(第1成形型)、
41…キャビティ、
42…押圧部、
43…凹溝、
50…下型(第2成形型)、
51…キャビティ、
52…押圧部、
53…凹溝、
54…ノズル部、
55…吐出口、
56…通路、
57…導入口、
58…配管、
60…距離検出手段、
61…接触式センサ、
62…検出接触子、
63…接触式センサ、
64…検出接触子、
65…接触式センサ、
66…検出接触子、
70…位置検出手段、
71…接触式センサ、
72…検出接触子、
F,F1,F2,F3…型締め力、
P,P1,P2,P3…液圧、
T,T1,T2,T3…経過時間、
W,W1,W2,W3…材料流入量。
Claims (11)
- 重ね合わせた板材の周辺を接合してなる予備成形体を、第1成形型および第2成形型の内側に配置し、型締めした後に、前記予備成形体の内側に液体を供給して膨出させ、前記第1成形型および第2成形型のキャビティに押圧して成形するための液圧成形方法において、
前記予備成形体の内側の液圧および前記予備成形体の成形状態を検出し、検出された液圧および成形状態に対応して、前記第1成形型および第2成形型に付加される型締め力を増加させる
ことを特徴とする液圧成形方法。 - 前記予備成形体の成形状態は、膨出の進行による前記予備成形体の形状変化に基づいて、検出されることを特徴とする請求項1に記載の液圧成形方法。
- 前記第1成形型および第2成形型に対し、前記予備成形体の外面がキャビティに接するまでは、液圧に対応する型締め力を付加し、成形終了間際においては、最終液圧に対応する型締め力を付加することを特徴とする請求項2に記載の液圧成形方法。
- 前記予備成形体の形状変化は、前記予備成形体の外面と、前記第1成形型あるいは第2成形型のキャビティとの間の距離の変化によって検出されることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の液圧成形方法。
- 前記予備成形体の形状変化は、前記予備成形体における型締めされている端部の位置の変化によって検出されることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の液圧成形方法。
- 重ね合わせた板材の周辺を接合してなる予備成形体が内側に配置されて、型締めされる第1成形型および第2成形型と、前記予備成形体の内側に液体を供給して膨出させ、前記第1成形型および第2成形型のキャビティに押圧するための流体供給手段とを有する液圧成形装置であって、
前記予備成形体の内側の液圧を検出するための液圧検出手段と、
前記予備成形体の成形状態を検出するための成形状態検出手段と、
検出された液圧および成形状態に対応して、前記第1成形型および第2成形型に付加される型締め力を増加させるための型締め力制御手段と
を有することを特徴とする液圧成形装置。 - 前記成形状態検出手段は、膨出の進行による前記予備成形体の形状変化に基づいて、前記予備成形体の成形状態を検出することを特徴とする請求項6に記載の液圧成形装置。
- 前記成形状態検出手段は、前記予備成形体の外面と、前記第1成形型あるいは第2成形型のキャビティとの間の距離の変化を測定するための距離検出手段を有することを特徴とする請求項7に記載の液圧成形装置。
- 前記距離検出手段は、前記第1成形型あるいは第2成形型の内部に配置される接触式センサを有し、前記接触式センサは、キャビティから突出している検出接触子を有することを特徴とする請求項8に記載の液圧成形装置。
- 前記成形状態検出手段は、前記予備成形体における型締めされている端部の位置の変化を検出するための位置検出手段を有することを特徴とする請求項7に記載の液圧成形装置。
- 前記位置検出手段は、前記第1成形型および第2成形型の型締め部に隣接して配置される接触式センサを有し、
前記接触式センサは、前記予備成形体の端部の端面に接触している検出接触子を有することを特徴とする請求項10に記載の液圧成形装置。
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