JP2006000870A - 液圧成形装置およびその液圧制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 製品精度を維持しつつ、製品を成形するための液圧成形装置の簡略化と、成形時間の短縮とを図る。
【解決手段】 制御手段46によって液体供給手段42、44の液圧ポンプ48を最大一定圧力で運転することとして、従来の液圧成形装置が、液圧成形時に液圧P、軸押込み量x1、x2の少なくとも三系統を逐次制御していたところ、軸押込み量x1、x2の少なくとも二系統の制御で液圧成形を可能とする。また、制御手段46は、液圧ポンプ48を最大圧力一定で運転させることによって、金型36内の管素材35に対し、成形工程の初期段階から最終段階に至るまで効率よく液圧を付与し、管素材35の変形を促すことができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、液圧成形技術に関するものである。
近年、素管に対し金型内部で液体圧力を付与し、素管を膨張させて必要な形状へと成形する液圧成形方法が用いられている。
図4には、液圧成形方法の一例として、直線素管の中間部分を拡管加工するハイドロバルジ加工法のための、液圧成形装置を模式的に示している。図4に示す液圧成形装置は、金型10と、軸押シリンダ12、14と、成長シリンダ16とを備えている。また、金型10には、エア抜き穴10aが、軸押シリンダ14には液体供給穴14aが形成されている。そして、直線素管18を金型内にセットし、軸押シリンダ12、14によって直線素管18の両端部を密閉した後、液体供給穴14aから液体を供給し、かつ、エア抜き穴10aから金型内部のエアを排出する。そして、液体の圧力によって素管の拡径部18aが成形され、さらに、突出部18bが成長していく過程で、軸押シリンダ12、14によって直線素管18の端部を金型10の内部へと押し込み、直線素管18の肉を塑性流動させることによって、拡径部18aおよび突出部18bに素材を供給し、直線素管18の破断を防ぎつつ必要な形状を得るものである。成長シリンダ16は、直線素管18の外周面に常に当接し、かつ、突出部18bの成長に伴って後退することで、突出部18bの成形を促しつつかかる部分の破断を防止するものである。
また、図5には、液圧成形方法の別例として、曲線素管に突出部を成形するハイドロフォーミング加工法のための、液圧成形装置を模式的に示している。図5に示す液圧成形装置は、金型20と、軸押シリンダ22、24と、成長シリンダ26、28、30とを備えている。また、金型20には、エア抜き穴20aが、軸押シリンダ24には液体供給穴24aが形成されている。金型20においても、各軸押シリンダ22、24、成長シリンダ16、18、20の機能は図4の軸押シリンダ12、14、成長シリンダ16と同一である。そして、曲線素管32を金型内にセットし、軸押シリンダ22、24によって直線素管32の両端部を密閉した後、液体供給穴24aから液体を供給し、かつ、エア抜き穴20aから金型内部のエアを排出する。そして、曲線素管32に突出部32a、32b、32cの成長に伴い、成長シリンダ26、28、30を後退させることで、突出部、32a、32b、32cの成形を促しつつかかる部分の破断を防止するものである。
そして、何れの液圧成形装置も、液体供給手段と、液圧測定手段と、各軸押シリンダの軸押力とを制御するための制御手段とを備え、成形時間を把握しつつ、液圧および軸押力を適切に制御して、高精度の製品を得ることを可能としている(例えば、特許文献1参照。)
特開2000−317537号公報(〔0003〕、〔0004〕、〔0028〕〜〔0032〕)
しかしながら、従来の液圧成形装置には、次のような欠点が存在していた。まず、従来の装置は、管素材の変形の進行に応じて、液圧および軸押力を適切に制御することにより、高精度の製品を得るものである。このため、制御項目が多く、装置構成および制御ロジックの複雑化を招いていた。また、成形時間を管理し、所定の時間内に所定の圧力へと液圧が上昇しないような場合には、所定の液圧となるまで軸押シリンダの軸押込みを一時停止させる等の制御を行っていた。したがって、従来の液圧成形装置は、高精度の製品を得るために、装置構成の複雑化と成形時間の長大化を余儀なくされていた。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、製品精度を維持しつつ、製品を成形するための液圧成形装置の簡略化と、成形時間の短縮とを図ることにある。
上記課題を解決するための、本発明に係る液圧成形装置は、管素材をセットする金型と、金型内の管素材に対し液圧を付与する液体供給手段と、金型内の管素材に加わる液圧を測定する液圧測定手段と、金型内の管素材に対し軸押力を付与する軸押手段とを備える液圧成形装置であって、前記液体供給手段が備える液圧ポンプを所定値以上の一定の吐出圧力で運転させ、かつ、前記液圧測定手段により得られた液圧の実測値が、前記軸押手段による軸押込み量との関係で所定の上昇カーブを描くように、前記軸押手段の軸押込み量を制御する制御手段を供えることを特徴とするものである。
本発明によれば、制御手段によって液体供給手段が備える液圧ポンプを所定値以上の一定の吐出圧力で運転することとして、液圧制御に関連する装置構成の簡略化を図っている。また、制御手段は、液圧ポンプを所定値以上の一定の吐出圧力で運転させることから、金型内の管素材に対し、成形工程の初期段階から最終段階に至るまで効率よく液圧を付与し、管素材の変形を促すことができる。
しかも、液圧ポンプからの液体の吐出圧力を一定とすることで、管素材に付与される液圧と管素材の容積変化等との関係がより密接となり、制御手段によって、液圧測定手段により得られた液圧の実測値が所定の上昇カーブを描くように軸押手段の軸押込み量を制御することで、成形に要する時間の短縮を図ることができる。
また、本発明において、前記液圧ポンプの吐出圧力は、液圧ポンプの最大出力時の吐出圧力であることが好ましい。
この構成により、管素材に対し、成形工程の初期段階から最終段階に至るまで最も効率よく液圧を付与し、管素材の変形を促すことができる。
また、上記課題を解決するための、本発明に係る液圧成形装置の液圧制御方法は、液体供給手段と軸押手段とを備える液圧成形装置を用いて管素材の液圧成形を行う際に、液圧ポンプを所定値以上の一定の吐出圧力で運転して管素材に加わる圧力を実測し、当該実測値が所定の昇圧カーブを描くように軸押込み量を制御することを特徴とするものである。
本発明によれば、液圧ポンプを所定値以上の一定の吐出圧力で運転することから、金型内の管素材に対し、成形工程の初期段階から最終段階に至るまで効率よく液圧を付与し、管素材の変形を促すことができる。
しかも、液圧ポンプからの液体の吐出圧力を一定とすることで、管素材に付与される液圧と管素材の容積変化等との関係がより密接となり、液圧の実測値が所定の上昇カーブを描くように軸押手段の軸押込み量を制御することで、成形に要する時間の短縮を図ることができる。
また、本発明において、前記液圧ポンプの吐出圧力を、液圧ポンプの最大出力時の吐出圧力とすることが好ましい。
この構成により、管素材に対し、成形工程の初期段階から最終段階に至るまで最も効率よく液圧を付与し、管素材の変形を促すことができる。
本発明はこのように構成したので、製品精度を維持しつつ、製品を成形するための液圧成形装置の簡略化と、成形時間の短縮とを図ることが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図1に示すように、本発明の実施の形態に係る液圧成形装置34は、管素材35をセットする金型36と、金型内の管素材35に対し液圧を付与する液体供給手段38と、金型内の管素材35に加わる液圧を測定する液圧測定手段40と、金型内の管素材35の端部に対し軸押力を付与する軸押手段42、44とを備えている。
また、液圧成形装置34は、制御手段46を備えている。制御手段46は、液圧測定手段40により得られた流体圧力の実測値に基づき、液体供給手段38が備える液圧ポンプ48を駆動するモータ50と、軸押手段42、44のシリンダ52、54に対し、圧力流体を供給するためのポンプ56、60を駆動するモータ58、62とを制御するものである。なお、制御装置46は、パーソナルコンピュータ等の電子計算機によって構築されるものである。
この液圧成形装置34は、液圧成形工程の開始と同時に、制御手段46によって、液体供給手段38が備える液圧ポンプ48を所定値以上の一定の吐出圧力で運転するように、モータ50を制御する。ここでいう「所定値」とは、液圧ポンプ48の最大出力時の吐出圧力を意味するが、必要に応じ、管素材35の材料、肉厚、形状等に基づき定められる最大圧力値としても良い。そして、管素材35に付与する液圧を最大一定として、管素材35の両端部35a、35bに対する軸押込み量x1、x2を増大させたとき、管素材35の容積変化ΔVW、管素材35へと液体を供給する配管系(特にフレキシブルホース等を用いた部分)のたわみによる容積変化ΔVC、液体自体の微小な圧縮歪による容積変化ΔVL等の影響を受けて、液圧Pは、成形時間tの経過に伴い、図2に示すような圧力上昇カーブを描く。ここで、ΔVWは軸押込み量x1、x2の増大に基づく容積変化と、拡径部、突出部等の変形部35cの成長に伴う容積変化との合計値である。
なお、図2のP曲線のピークで液圧成形は完了し、その後は液体を金型36から排出するために、急激に液圧Pを減少させる。また、図2に示すように、軸押込量x1、x2は、成形工程の初期段階及び中間段階では、その量を急激に増大させるが、成形工程の最終段階では、概ね管素材の変形は完了しており、金型の形状を細部にわたり管素材へと転写するのみであることから、軸押込み量x1、x2の増大は僅かとなる。さらに、図2の例では、説明の便宜上、軸押込み量x1、x2の増大を一致させているが、一般的には、軸押手段42、44のシリンダ52、54を個々に制御するものであり、押込み量x1、x2の増大曲線は不一致となる。
また、液体供給手段38の液圧ポンプ48を最大圧力で運転した場合、成形工程の初期段階及び中間段階では、管素材35の容積変化ΔVWが顕著であることから、図3に示すように、軸押込み量x1、x2の増大に対し管素材35に付与される液圧Pの増大は比較的緩慢となるが、成形工程の最終段階では、金型の形状を細部にわたり素管へと転写するために、管素材35の容積変化ΔVWはわずかとなり、軸押込み量x1、x2の増大に対し管素材35に付与される液圧Pは急激に増大する。このように、液圧ポンプ48からの液体の吐出圧力を逐次変化させることなく、常時最大圧力で運転しているときには、軸押込み量x1、x2と液圧Pとは図3に示すような密接な関係を持つこととなる。そこで、制御手段46は、成形時間の経過とは無関係に、液圧測定手段40で得られた液圧の実測値が、図3に示す所定の上昇カーブを描くように軸押手段42、44の軸押込み量x1、x2を制御することで、精密な製品を確実に得るものである。
なお、図3の例でも、説明の便宜上、軸押込み量x1、x2の増大を一致させているが、一般的には、押込み量x1、x2の増大曲線は不一致となる。
上記構成をなす本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることができる。まず、本発明の実施の形態に係る液圧成形装置34は、制御手段46によって液体供給手段42、44の液圧ポンプ48を最大一定圧力で運転することにより、従来の液圧成形装置が、液圧成形時に液圧P、軸押込み量x1、x2の少なくとも三系統を、逐次制御していたところ、軸押込み量x1、x2の少なくとも二系統の制御で液圧成形が可能となる。したがって、制御手段46に求められる制御ロジックの簡素化等、液圧制御のための装置構成の簡略化を図ることができる。
また、制御手段46は、液圧ポンプ48を最大圧力一定で運転させることによって、金型36内の管素材35に対し、成形工程の初期段階から最終段階に至るまで効率よく液圧を付与し、管素材35の変形を促すことができる。さらに、必要に応じ、液圧ポンプ48の吐出圧力を、管素材35の材料、肉厚、形状等に基づき定められる最大圧力値とすることで、精密かつ効率的な管素材35の液圧成形を行うことが可能となる。
しかも、液圧ポンプ48からの液体の吐出圧力を一定とすることで、管素材に付与される液圧Pと管素材35の容積変化ΔVWとの関係がより密接となることから、液圧測定手段42により得られた液圧の実測値Pが、図3に示すような所定の上昇カーブを描くように、制御手段46によって軸押手段42、44の軸押込み量を制御することで、管素材35の液圧成形に要する時間の短縮を図ることができる。
よって、本発明の実施の形態によれば、製品精度を維持しつつ、製品を成形するための液圧成形装置の簡略化と、成形時間の短縮とを図ることが可能となる。
本発明の実施の形態に係る液圧成形装置の概略図である。 図1に示す液圧成形装置により液圧成形を行う際の、成形時間に対する軸押込み量および管素材に付与される液圧の関係を示すグラフである。 図1に示す液圧成形装置により液圧成形を行う際の、軸押込み量および管素材に付与される液圧の関係を示すグラフである。 従来の液圧成形方法の1つであるハイドロバルジ加工法の加工手順を示す説明図である。 従来の液圧成形方法の1つであるハイドロフォーミング加工法の加工手順を示す説明図である。
符号の説明
34:液圧成形装置、35:管素材、36:金型、38:液圧供給手段、40:液圧測定手段、 42、44:軸押手段、46:制御手段、48:液圧ポンプ、50:モータ、 52、54:シリンダ、 56、60:ポンプ、 58、62:モータ

Claims (4)

  1. 管素材をセットする金型と、金型内の管素材に対し液圧を付与する液体供給手段と、金型内の管素材に加わる液圧を測定する液圧測定手段と、金型内の管素材に対し軸押力を付与する軸押手段とを備える液圧成形装置であって、
    前記液体供給手段が備える液圧ポンプを所定値以上の一定の吐出圧力で運転させ、かつ、前記液圧測定手段により得られた液圧の実測値が、前記軸押手段による軸押込み量との関係で所定の上昇カーブを描くように、前記軸押手段の軸押込み量を制御する制御手段を供えることを特徴とする液圧成形装置。
  2. 前記液圧ポンプの吐出圧力は、液圧ポンプの最大出力時の吐出圧力であることを特徴とする請求項1記載の液圧成形装置。
  3. 液体供給手段と軸押手段とを備える液圧成形装置を用いて管素材の液圧成形を行う際に、液圧ポンプを所定値以上の一定の吐出圧力で運転して管素材に加わる圧力を実測し、当該実測値が所定の昇圧カーブを描くように軸押込み量を制御することを特徴とする液圧成形装置の液圧制御方法。
  4. 前記液圧ポンプの吐出圧力を、液圧ポンプの最大出力時の吐出圧力とすることを特徴とする請求項3記載の液圧成形装置の液圧成形方法。
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