JP2005324209A

JP2005324209A - バルジ加工装置及びバルジ加工方法

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Publication number: JP2005324209A
Application number: JP2004143086A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Seto; 芳樹瀬戸; Morio Tomita; 盛男富田; Shigeru Okuura; 茂奥浦
Original assignee: Neturen Co Ltd
Current assignee: Neturen Co Ltd
Priority date: 2004-05-13
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2005-11-24

Abstract

【課題】金型内における素管を正確に位置決めできると共に加工速度を制御できるバルジ加工方法を提供する。
【解決手段】２つの加工用ロッド４２ａ，４４ａが移動する際には、位置検出センサ４２ｂ，４４ｂが検出した位置信号が制御器９０に送られ、この位置信号に基づいて制御器９０が２つの加工用ロッド４２ａ，４４ａの位置を判定し、素管１２が所定位置に位置するように制御器９０が小型油圧発生器４０を制御して２つの加工用ロッド４２ａ，４４ａを移動させる。また、２つの加工用ロッド４２ａ，４４ａの移動は、制御器９０で小型油圧発生器４０を制御することにより調整し、適宜の加工速度（移動速度）で素管１２を加工する。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば円筒状の素管の内側に加圧された流体を送り込んでこの素管を加工するバルジ加工装置及びバルジ加工方法に関する。

金型に装入された素管の内側に加圧された流体を送り込んでこの素管を所定の形状に膨らませて加工するバルジ加工が知られている。このバルジ加工に関する技術としては、例えば円筒形の素管を通電加熱しながらこの素管の内部に加圧流体を送り込んで素管を成形する工程を繰り返して最終製品に加工する技術が知られている（特許文献１参照）。また、素管を金型内で成形温度以上の温度に加熱した後に、素管を成形加工する技術も知られている（特許文献２参照）。さらに、素管を予備成形するときは素管の再結晶温度以上の温度に金型を加熱しておき、素管を最終成形するときは素管の再結晶温度以下の温度に金型を加熱する技術も知られている（特許文献３参照）。また、素管をその長手方向両端から押し込む押込ラムの位置を、ラックとピニオンを利用して検出しながら押込ラムを制御する技術も知られている（特許文献４参照）。
特開２００２−９６１１８号公報特開２００２−１２６８２７号公報特開２００３−１２６９２３号公報特公昭５６−２２２８５号公報

上記した技術によれば、素管や金型を個別に加熱してこの素管を成形加工するので成形時間を短縮できるなどの利点がある。しかし、素管や金型が加熱によって膨張するので、金型内における素管の位置が不安定になるという問題がある。また、加熱された素管や金型の温度によっては素管の変形抵抗が変動するという問題がある。また、押込ラムの位置を検出して押込ラムを制御する技術では、押込ラムに素管の変形が追従できず、加工中に素管が破壊するおそれもある。

本発明は、上記事情に鑑み、金型内における素管を正確に位置決めできると共に素管の破壊を防止したバルジ加工装置及びバルジ加工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明のバルジ加工装置は、金型に装入された素管の内側に加圧した流体を送り込んで該素管を所定の形状に膨らませて加工するバルジ加工装置において、
（１）前記素管をその長手方向両端側から圧縮する加工用ロッドと、
（２）該加工用ロッドに取り付けられてその位置を検出する位置検出センサとを備えたことを特徴とするものである。

ここで、
（３）前記金型は、前記素管が接触する内面の温度を測定する温度センサが取り付けられたものであってもよい。

さらに、
（４）加工の終了した前記素管を前記金型から取り出す前に該素管の所定部位にマークを付けるマーカーを備えてもよい。

さらにまた、
（５）前記位置検出センサで検出された前記加工用ロッドの位置に基づいて該加工用ロッドの移動速度を演算し、前記素管の変形が所定範囲内の値に収まるように前記加工用ロッドを制御する制御器を備えてもよい。

さらにまた、
（６）前記金型と前記素管は別々に加熱されるものであってもよい。

また、上記目的を達成するための本発明のバルジ加工方法は、金型に装入された素管の内側に加圧した流体を送り込んで該素管を所定の形状に膨らませて加工するバルジ加工方法において、
（７）前記素管をその長手方向両端側から圧縮する加工用ロッドに該加工用ロッドの位置を検出する位置検出センサを取り付けておき、
（８）該位置検出センサで前記加工用ロッドの位置を検出することにより前記金型内における前記素管の位置を決め、
（９）前記加工用ロッドで前記素管をその長手方向両端側から圧縮する際は、前記位置検出センサで前記加工用ロッドの位置を検出することにより該加工用ロッドの速度を測定して加工速度を制御することを特徴とするものである。

ここで、
（１０）前記加工用ロッドで前記素管をその長手方向両端側から圧縮する際に、前記金型のうち前記素管が接触する内面の温度を測定してこの温度が所定の加工温度になるように制御してもよい。

さらに、
（１１）加工の終了した前記素管を前記金型から取り出す前に該素管の所定部位にマークを付けてもよい。

さらにまた、
（１２）前記位置検出センサで検出された前記加工用ロッドの位置に基づいて該加工用ロッドの移動速度を演算し、前記素管の変形量が所定範囲内の値に収まるように前記加工用ロッドを制御してもよい。

さらにまた、
（１３）前記金型と前記素管は別々に加熱してもよい。

本発明によれば、素管を圧縮する加工用ロッドに位置検出センサが取り付けられており、加工用ロッドの位置を検出できるので、素管を正確に位置決めできるだけでなく素管が破壊しないように変形速度や変形量を制御できる。

また、素管が接触する金型内面の温度を測定する温度センサが金型に取り付けられた場合は、温度センサの測定結果に基づいて金型内面の温度を加工温度にできるので、金型内面を正確な加工温度に加熱できる。

本発明は、例えば円筒形の素管の内側に加圧流体を送り込んでこの素管を加工するバルジ加工に実現された。

図１から図６までを参照して本発明の実施例を説明する。

図１は、バルジ加工装置の概略構成を示す模式図である。図２は、加熱された素管を金型に装入する様子を模式的に示す斜視図である。図３は、素管が装入された金型を示す斜視図である。図４は、図３の金型を示す断面図である。図５は、バルジ加工装置の制御系の一例を示すブロック図である。図６は、バルジ加工の手順を示すフローチャートである。

バルジ加工装置１０は、加熱炉７０で所定温度に加熱された円筒形の素管１２を金型２０の形状に倣って塑性変形させるものである。ここでいう素管１２とは、例えばＭｇ合金（ＪＩＳ表示でＡＺ３１ＢやＡＺ６１）などであり、Ｍｇ合金の場合は、加熱炉７０で２５０℃〜４５０℃の範囲内の温度（例えば約４００℃）に加熱される。バルジ加工装置１０は、素管１２が装入される金型２０、金型２０を加熱する誘導加熱装置３０、金型２０に装入された素管１２をその長手方向両端側から圧縮するための油圧を発生する小型油圧発生器４０、誘導加熱装置３０や小型油圧発生器４０等を制御する制御器９０などから構成されている。なお、加熱炉７０に代えて誘導加熱装置を利用して素管１２を誘導加熱してもよい。

金型２０は上型２２と下型２４で構成されており、上型２２はシリンダ２６で上下動できるように構成されている。上型２２が上昇したときに素管１２が下型２４の空間部２４ａに装入され、その後、上型２２が下降して下型２４に密着することにより下型２４の空間部２４ａと上型２２の空間部２２ａに素管１２が装入される。２つの空間部２２ａ，２４ａで形成される空間部の形状に倣った形状になるように素管１２が塑性変形される。また、金型２０には、図４に示すように、素管１２が接触する金型内面２０ａの温度を測定する温度センサ２８が取り付けられている。この温度センサ２８で測定された温度は制御器９０に入力されて、金型内面２０ａの温度が所定の温度になるように誘導加熱装置３０が制御器９０によって制御される。

誘導加熱装置３０は、金型２０を所定温度になるように誘導加熱する。誘導加熱装置３０には、互いに密着した上型２２と下型２４を挟む誘導加熱コイル３２が備えられており、この誘導加熱コイル３２に交流電力を供給することにより上型２２と下型２４が誘導加熱される。なお、上述したように、誘導加熱装置３０は、金型内面２０ａの温度が一定温度になるように制御器９０によって制御される。

小型油圧発生器４０で発生した油圧は２つのシリンダユニット４２，４４に送り込まれる。２つのシリンダユニット４２，４４にはそれぞれ加工用ロッド（ラム）４２ａ，４４ａが矢印Ａ方向に移動自在に固定されている。ここでいう矢印Ａ方向は、金型２０に装入された素管１２の長手方向である。加工用ロッド４２ａ，４４ａにはそれぞれ、図３に示すように、加工用ロッド４２ａ，４４ａの位置を検出する位置検出センサ４２ｂ，４４ｂが取り付けられている。この位置検出センサ４２ｂ，４４ｂとしては、レーザ光を利用したものなど周知のものが使用される。位置検出センサ４２ｂ，４４ｂは、±５０マイクロメータよりも高い精度で位置を検出できるものである。金型２０に素管１２が装入された初期状態では、図４に示すように、２つの加工用ロッド４２ａ，４４ａの先端は空間部２２ａ，２４ａの入口（初期位置）に位置する。

上記した加工用ロッド４２ａ，４４ａには、図４に示すように、その長手方向（矢印Ａ方向）に延びる貫通孔４２ｃ，４４ｃが形成されており、この貫通孔４２ｃ，４４ｃには、圧縮窒素ガスなどの圧縮された不活性ガスが封入されたガスボンベ１４が配管１５を介して接続されている。配管１５の一端は貫通孔４２ｃ，４４ｃの外側端部に、ガスが漏れないように接続されている。従って、ガスボンベ１４に封入されている圧縮窒素ガスは加工用ロッド４２ａ，４４ａの貫通穴４２ｃ，４４ｃを通って素管１２の内側（内部）に送り込まれる。なお、ガスボンベ１４に封入された圧縮窒素ガスの圧力は２４ＭＰ以下の圧力である。ガスボンベ１４としては、市販のガスボンベを使用できる。

金型２０と加熱炉７０との間には、図２に示すように、加熱炉７０で加熱された素管１２を取り出して金型２０に装入し、加工が終了した素管１２（加工品１２’）を金型２０から排出する装入排出ユニット６０が配置されている。装入排出ユニット６０は、矢印Ｂ方向に移動する基台６２と、この基台６２に回転自在に固定されて矢印Ｃ方向に回転する回転軸６４と、素管１２を直接に掴むアーム６６とを備えている。アーム６６は回転軸６４に固定されており、回転軸６４と共に矢印Ｃ方向に回転する。下型２４の近くには、図２に示すように、加工の終了した素管１２を金型２０から取り出す前に素管１２の所定部位にマークを付けるマーカー８０が配置されている。

制御器９０は、位置検出センサ４２ｂ，４４ｂで検出された加工用ロッド４２ａ，４４ａの位置に基づいてこれら加工用ロッド４２ａ，４４ａの移動速度を演算し、素管１２の変形量（又は変形速度）が所定範囲内の値に収まるように加工用ロッド４２ａ，４４ａを制御するものである。なお、制御器９０は、２つの加工用ロッド４２ａ，４４ａが同一の移動速度になるように制御することもできるし、２つの加工用ロッド４２ａ，４４ａの移動速度を互いに独立させて別々に制御することもできる。左右非対称の製品を製造する場合、２つの加工用ロッド４２ａ，４４ａの移動速度を互いに別々に制御した方がよいこともある。また、制御器９０にタイマを内蔵しておき、位置検出センサ４２ｂ，４４ｂの検出値に基づいて２つの加工用ロッド４２ａ，４４ａの移動距離、移動速度を制御器９０で演算するように構成してもよい。このように構成した場合、制御器９０によって制御される圧力調整器（レギュレータ）をガスボンベ１４に取り付けておくことにより、加工用ロッド４２ａ，４４ａの移動距離、移動速度に基づいて、ガスボンベ１４から素管１２内部に送られるガスの圧力を調整できることとなる。このため、例えば、加工用ロッド４２ａ，４４ａの移動速度が遅くなったときにガス圧を高めるなどの制御が可能となる。

上記したバルジ加工装置１０を使用して素管１２をバルジ加工する手順を説明する。

先ず、バルジ加工装置１０のメインスイッチがオンにされることにより、図５に示す制御器９０が作動し、図６に示すように金型２０が誘導加熱装置３０によって所定の加工温度になるまで加熱される（Ｓ６０１）と同時に素管１２も加熱炉７０内で加工温度に加熱される。金型２０と素管１２を予め加熱しておいてもよい。金型２０が加工温度になったか否かは、温度センサ２８で測定された温度が加工温度になったか否かで判定される。すなわち、金型内面２０ａの温度が加工温度になったときが、金型２０が加工温度になったときとしている。ここでは、加工温度は素管１２の材質によって変わるが、材質がＭｇ合金のときは２５０℃〜４５０℃（好ましくは３００℃〜４００℃）の範囲内の温度を加工温度とする。

上記のように温度センサ２８で金型内面２０ａの温度を測定する理由を説明する。

金型２０は誘導加熱コイル３２で外部から加熱される。この場合、金型２０の外面温度と内面温度の温度勾配が大きくなることがあるので、この内面温度を成形温度にするために金型内面２０ａの温度を測定するのである。

金型２０と素管１２の温度が加工温度になった時点で、上型２２が上昇して、装入排出ユニット６０が作動して素管１２を下型２４の空間部２４ａに装入する（Ｓ６０３）。素管１２を加熱炉７０から取り出して金型２０に装入するまでの時間は、素管１２の温度低下を防止するために３秒以内とする。装入排出ユニット６０で素管１２を下型２４の空間部２４ａに装入した時点では、素管１２は下型２４の所望位置に装入されないことがある。そこで、空間部２４ａに素管１２が装入された下型２４に、上型２２を下降させて密着させ、２つの加工用ロッド４２ａ，４４ａの先端を空間部２２ａ，２４ａの入口（初期位置）に位置させる。その後、位置検出センサ４２ｂ，４４ｂで２つの加工用ロッド４２ａ，４４ａの位置を検出しながらこれら２つの加工用ロッド４２ａ，４４ａを移動させることにより、素管１２を金型２０内の所定位置に移動させて位置決めする（Ｓ６０４）。この位置決めの際に加工用ロッド４２ａ，４４ａによって素管１２に作用する圧力は、加工温度における素管１２の弾性限以下の圧力とする。２つの加工用ロッド４２ａ，４４ａが移動する際には、位置検出センサ４２ｂ，４４ｂが検出した位置信号が制御器９０に送られ、この位置信号に基づいて制御器９０が２つの加工用ロッド４２ａ，４４ａの位置を判定し、素管１２が所定位置に位置するように制御器９０が小型油圧発生器４０を制御して２つの加工用ロッド４２ａ，４４ａを移動させる。このため、素管１２を正確に位置決めできることとなる。

素管１２が所定位置に位置決めされた後、ガスボンベ１４に封入されている圧縮窒素ガスが加工用ロッド４２ａ，４４ａの貫通穴４２ｃ，４４ｃを通って素管１２の内側（内部）に送り込まれ始める（Ｓ６０５）。圧縮窒素ガスが素管１２の内部に送り込まれ始めた直後に（若しくはほぼ同時に）、２つの加工用ロッド４２ａ，４４ａが互いに近づく方に移動して素管１２を圧縮し（押し込み）始める（Ｓ６０６）。２つの加工用ロッド４２ａ，４４ａの移動速度（加工速度）は、制御器９０で小型油圧発生器４０を制御することにより調整されるので、適宜の加工速度で素管１２を加工できる。

素管１２の内部では５ＭＰａ以下になるようにガスボンベ１４から素管１２の内部に圧縮窒素ガスを送り込む。ここでは、素管１２の破壊を防止するために、素管１２の内部のガス圧が０．５秒間〜１０秒間（好ましくは１〜５秒間）かけて目標の圧力になるように素管１２の内部にガスを送り込む。この時間は素管１２の材質に応じて変わる。また、加工用ロッド４２ａ，４４ａの移動速度は、素管１２の挫屈を防止するために最大で１５０ｍｍ／分とする。また、加工用ロッド４２ａ，４４ａが素管１２を圧縮する際の圧力は２４ＭＰａ以下とする。

素管１２の内部に送り込まれた圧縮窒素ガスと２つの加工用ロッド４２ａ，４４ａの圧縮とによって素管１２が塑性変形し始め、最終的には、素管１２は金型２０の空間部２２ａ，２４ａの形状に倣うように塑性変形して加工品１２’が作製される。なお、素管１２の内部におけるガス圧は素管１２の材質や肉厚によって変わる。また、金型内面２０ａに高温用の加工潤滑剤を塗布しておいてもよい。

素管１２の塑性変形が終了した時点で、圧縮窒素ガスの送り込みを停止し、配管１５の一部を大気開放することにより加工品１２’の内部のガスを抜き取る（Ｓ６０７）。その後、上型２２を上昇させて金型２０を開放する（Ｓ６０８）。この状態で、加工品１２’の所定部位にマーカー８０でマークを付ける（Ｓ６０９）。すなわち、加工の終了した素管１２を金型２０から取り出す前に素管１２（正確には加工品１２’）の所定部位にマークを付ける。マークが付けられた加工品１２’は装入排出ユニット６０によって金型２０から取り出されて（Ｓ６１０）所定の位置に搬送される。上記したガス抜きから加工品１２’の取り出しまでの時間は、金型２０の温度が低下することを防止するために５秒以内とする。以上のような作業が繰り返されて複数の素管１２が順次にバルジ加工される。

バルジ加工装置の概略構成を示す模式図である。加熱された素管を金型に装入する様子を模式的に示す斜視図である。素管が装入された金型を示す斜視図である。図３の金型を示す断面図である。バルジ加工装置の制御系の一例を示すブロック図である。バルジ加工の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０バルジ加工装置
１２素管
２０金型
２８温度センサ
４２ａ，４４ａ加工用ロッド（ラム）
４２ｂ，４４ｂ位置検出センサ
８０マーカー

Claims

金型に装入された素管の内側に加圧した流体を送り込んで該素管を所定の形状に膨らませて加工するバルジ加工装置において、
前記素管をその長手方向両端側から圧縮する加工用ロッドと、
該加工用ロッドに取り付けられてその位置を検出する位置検出センサとを備えたことを特徴とするバルジ加工装置。
前記金型は、前記素管が接触する内面の温度を測定する温度センサが取り付けられたものであることを特徴とする請求項１に記載のバルジ加工装置。
加工の終了した前記素管を前記金型から取り出す前に該素管の所定部位にマークを付けるマーカーを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のバルジ加工装置。
前記位置検出センサで検出された前記加工用ロッドの位置に基づいて該加工用ロッドの移動速度を演算し、前記素管の変形が所定範囲内の値に収まるように前記加工用ロッドを制御する制御器を備えたことを特徴とする請求項１，２，又は３に記載のバルジ加工装置。
前記金型と前記素管は別々に加熱されるものであることを特徴とする請求項１から４までのうちのいずれか一項に記載のバルジ加工装置。
金型に装入された素管の内側に加圧した流体を送り込んで該素管を所定の形状に膨らませて加工するバルジ加工方法において、
前記素管をその長手方向両端側から圧縮する加工用ロッドに該加工用ロッドの位置を検出する位置検出センサを取り付けておき、
該位置検出センサで前記加工用ロッドの位置を検出することにより前記金型内における前記素管の位置を決め、
前記加工用ロッドで前記素管をその長手方向両端側から圧縮する際は、前記位置検出センサで前記加工用ロッドの位置を検出することにより該加工用ロッドの速度を測定して加工速度を制御することを特徴とするバルジ加工方法。
前記加工用ロッドで前記素管をその長手方向両端側から圧縮する際に、前記金型のうち前記素管が接触する内面の温度を測定してこの温度が所定の加工温度になるように制御することを特徴とする請求項６に記載のバルジ加工方法。
加工の終了した前記素管を前記金型から取り出す前に該素管の所定部位にマークを付けることを特徴とする請求項６又は７に記載のバルジ加工方法。
前記位置検出センサで検出された前記加工用ロッドの位置に基づいて該加工用ロッドの移動速度を演算し、前記素管の変形量が所定範囲内の値に収まるように前記加工用ロッドを制御することを特徴とする請求項６，７，又は８に記載のバルジ加工方法。
前記金型と前記素管は別々に加熱されるものであることを特徴とする請求項６から９までのうちのいずれか一項に記載のバルジ加工方法。