JP2006055867A

JP2006055867A - 超塑性成形用板材の加熱方法

Info

Publication number: JP2006055867A
Application number: JP2004238362A
Authority: JP
Inventors: Jiro Watanabe; 二郎渡邊; Yoshiaki Nakagawa; 義明中川; Toshifumi Matsuda; 俊史松田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-08-18
Filing date: 2004-08-18
Publication date: 2006-03-02

Abstract

【課題】超塑性成形用板材の加熱方法において、製品の外観性を向上させるとともに、板材の予備加熱に要する昇温時間を短縮することにある。
【解決手段】超塑性成形用板材１１の両側にそれぞれ配置し下ヒータ１４及び上ヒータ１５により、超塑性成形前に、板材１１の両面を加熱する加熱方法であって、超塑性成形後に製品の外側面である外観面となる板材１１の上面１１ｂに上ヒータ１５を隙間を設けて近接させ、板材１１の下面１１ａに下ヒータ１４を接触させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、アルミニウム合金等の超塑性成形用板材の加熱方法に関するものである。

ある種の金属材料は、高温（アルミニウム合金では５００℃前後）において、極めて大きな伸びが発生する。この現象を「超塑性」と呼ぶ。
このような超塑性を利用して成形する場合の、従来の超塑性成形用板材の加熱方法として、板材の両側をヒータで加熱するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１６４９２３公報

特許文献１の図２（ａ）を以下の図４で説明する。なお、符号は振り直した。
図４は従来の超塑性成形用板材の加熱方法を示す第１説明図である。
加熱炉１０１は、内側の底及び天井にそれぞれヒータ１０２，１０３を備え、底から立てた複数の支柱１０４上にアルミニウム合金板１０６を載置して加熱する。アルミニウム合金板１０６はヒータ１０２，１０３からそれぞれ離れて配置される。

アルミニウム合金板１０６は各ヒータ１０２，１０３から離れているため、アルミニウム合金板１０６を成形温度、例えば５００℃前後まで昇温させるには多くの時間を必要とする。
そこで、図５に示す加熱方法が考えられた。
図５は従来の超塑性成形用板材の加熱方法を示す第２説明図であり、アルミニウム合金アルミニウム合金板１０６を、ヒータ１０２，１０３で挟んだことを示す。このように、アルミニウム合金板１０６を２つのヒータ１０２，１０３で挟んで加熱すれば、昇温時間は大幅に短縮される。

しかし、アルミニウム合金板１０６の両面には、ヒータ１０２，１０３との接触傷や打痕が付くことがあり、このようなアルミニウム合金板１０６を超塑性成形すれば、アルミニウム合金板１０６が伸びたときに、微小な接触傷や打痕が拡大され、成形された製品の外観性を損なうことになる。

本発明の課題は、超塑性成形用板材の加熱方法において、製品の外観性を向上させるとともに、板材の加熱に要する昇温時間を短縮することにある。

請求項１に係る発明は、超塑性成形用板材の両側にそれぞれ配置した加熱手段により、超塑性成形前に、板材の両面を加熱する加熱方法であって、超塑性成形後に製品の外側面である外観面となる板材の一方の面に、加熱手段の一方を隙間を設けて近接させ、板材の他方の面に、加熱手段の他方を接触させる、ことを特徴とする。

請求項１に係る発明では、製品の外側面である外観面となる板材の一方の面に加熱手段の一方を隙間を設けて近接させるので、板材の一方の面に接触傷や打痕が付くのを防止することができる。従って、板材を成形して出来た製品の外観性を向上させることができる。また、板材の他方の面については、成形後に製品の内側面となるために、接触傷や打痕が付いたとしても、外観上問題はない。

更に、他方の面は加熱手段と接触し、一方の面も加熱手段に近接するため、板材の両面を加熱手段で挟んで加熱した場合とほぼ同等に板材を加熱することができ、板材を所定温度まで昇温させる昇温時間を、従来のように加熱手段を板材の両面から離して配置した場合よりも短縮することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る超塑性成形装置による超塑性成形方法の概略を示す説明図であり、（ａ）はワークとしての板材の予備加熱工程、（ｂ）は板材の搬送、（ｃ）は板材の成形工程を示す。

（ａ）に示す工程では、加熱装置１０によって、板材１１を４５０〜５５０℃（例えば、５４０℃）に加熱し均熱する。
板材１１は、例えば、長さ１７００ｍｍ、幅１３００ｍｍ、板厚１．３ｍｍの５０００系（５０８３番、５１８２番）アルミニウム合金板材である。
加熱装置１０は、加熱炉１３と、この加熱炉１３内の下部に配置した下ヒータ１４と、加熱炉１３内の上部に配置した上ヒータ１５と、この上ヒータ１５を昇降自在とするために加熱炉１３の上部に取付けた昇降装置１６と、下ヒータ１４及び上ヒータ１５への給電をオンオフする給電スイッチ１７，１８と、加熱炉１３の内部温度を計測する温度計２１と、この温度計２１からの温度信号に基づいて給電スイッチ１７，１８をオンオフさせて加熱炉１３内の温度、即ち、板材１１の温度を制御する温度制御部２２とからなる。

板材１１の加熱については、下ヒータ１４に直接に板材１１を載置し、次に、昇降装置１６で上ヒータ１５を下降させて板材１１に近接させ、下ヒータ１４及び上ヒータ１５に給電して行う。なお、１１ａは下ヒータ１４に接する下面、１１ｂは上ヒータ１５に臨む上面であり、上面１１ｂは、板材１１を成形後に製品の外側の面（即ち、外観面）となり、下面１１ａは、板材１１を成形後に製品の内側の面となる。
このように、上ヒータ１５を板材１１に近接させて加熱すれば、板材１１の上面１１ｂに打痕等の傷が付かない。

（ｂ）に示す工程では、搬送装置２５に備えた把持手段２６，２６で板材１１の両端を把持した状態で加熱炉１３（（ａ）参照）から次の成形装置３０（（ｃ）参照）へ素早く搬送する。搬送時間が長くなると、板材１１の温度が低下し、表面と内部との温度差が発生する。

（ｃ）に示す工程では、超塑性成型装置３０（以下では、単に「成形装置３０」と記す。）によって、板材１１をブロー成形する。
成形装置３０は、下型３１を備える下型装置３２と、上型３３を備える上型装置３４とからなる。

下型装置３２は、図示せぬプレス機のボルスタに取付けることで下型３１を支持する複数の支持部材３７と、これらの支持部材３７に取付けるとともに上部を開放した下側保温部材３８と、下型３１と、この下型３１を加熱する図示せぬヒータとからなる。
下型３１は、加圧ガス供給源４３に配管４４を介して連結したガス通路４５を形成した部材である。なお、４６は配管４４の途中に設けたバルブである。

上型装置３４は、上型３３へ加圧力を伝えるために図示せぬプレス機のラムに取付けた複数の伝達部材４７と、これらの伝達部材４７に取付けた下部を開放した上側保温部材４８と、この上側保温部材４８に取付けた上型３３と、この上型３３を加熱する図示せぬヒータとからなり、ヒータで下型３１及び上型３３を加熱した状態で、加熱装置１０（（ａ）参照）で加熱した板材１１を成形装置３０内に投入し、上型３３を閉じ、バルブ４６を開けて、加圧供給源４３から配管４４及びガス通路４５を介して板材１１及び下型３１の間に加圧ガスを供給し、板材１１を超塑性成形する。

以上に述べた加熱装置１０の作用を図２及び図３で説明する。
図２（ａ），（ｂ）は本発明に係る加熱装置の作用を示す第１作用図である。
（ａ）において、板材１１を加熱炉１３内に投入し、下ヒータ１４に載置する。
（ｂ）において、上ヒータ１５を昇降装置１６で下降させ、板材１１に所定距離まで近接させる。そして、板材１１を、下ヒータ１４及び上ヒータ１５によって加熱する。
このように、下ヒータ１４で直接に板材１１を加熱し、上ヒータ１５を板材１１に近接させて加熱するため、図５に示したような、板材を２つのヒータで挟んで加熱するのとほぼ同等な昇温時間で所定温度まで昇温することが可能になる。

図３（ａ），（ｂ）は本発明に係る加熱装置の作用を示す第２作用図である。
（ａ）に示す実施例（本実施形態）は、板材１１を下ヒータ１４及び上ヒータ１５で所定温度に加熱した後に、板材１１が膨張し、板厚が増した状態を示す。
図中のｈ１は常温での板材１１の板厚、ｈ２は膨張後の板材１１の板厚、ｄｈは板材１１の膨張量、ＣＬ１は板材１１の膨張前の、ＣＬ２は板材１１の膨張後の、板材１１と上ヒータ１５とのクリアランスを示す。

常温をｔ１、加熱後の所定温度をｔ２とすると、ｄｈ＝α・Ｌ０・（ｔ２−ｔ１）となる。ここで、αは温度ｔ１〜温度ｔ２までの平均熱膨張係数、Ｌ０は０℃での板厚である。従って、クリアランスＣＬ２は上記した板厚ｈ１、膨張量ｄｈに基づいて決定する。

また、クリアランスＣＬ２は、下ヒータ１４及び上ヒータ１５の寸法公差、板材１１の板厚の寸法公差、うねり等を考慮して、板材１１と上ヒータ１５とが干渉せず、且つ可能な限り小さな値にする。

（ｂ）に示す比較例は、板材１１と上ヒータ１５とのクリアランスＣＬ３を（ａ）に示したクリアランスＣＬ２よりも大きくした、例えば、板厚ｈ２よりも大きくしたことを示す。このように、板材１１から上ヒータ１５を離せば、板材１１を所定温度まで昇温する昇温時間がより多く必要になる。

以上の図２（ａ），（ｂ）で説明したように、本発明は、超塑性成形用板材１１の両側にそれぞれ配置した加熱手段としての下ヒータ１４及び上ヒータ１５により、超塑性成形前に、板材１１の両面を加熱する加熱方法であって、超塑性成形後に製品の外側面である外観面となる板材１１の一方の面としての上面１１ｂに、下ヒータ１４及び上ヒータ１５の一方、ここでは上ヒータ１５を隙間を設けて近接させ、板材１１の他方の面としての下面１１ａに、下ヒータ１４及び上ヒータ１５の他方、ここでは下ヒータ１４を接触させる、ことを特徴とする。

製品の外側面である外観面となる板材１１の上面１１ｂに上ヒータ１５を隙間を設けて近接させるので、板材１１の上面１１ｂに接触傷や打痕が付くのを防止することができる。従って、板材１１を成形して出来た製品の外観性を向上させることができる。また、板材１１の下面１１ａについては、成形後に製品の内側面となるために、接触傷や打痕が付いたとしても、外観上問題はない。

更に、下面１１ａは下ヒータ１４と接触し、上面１１ｂは上ヒータ１５に近接するため、板材１１の両面を下ヒータ１４及び上ヒータ１５で挟んで加熱した場合とほぼ同等に板材１１を加熱することができる。従って、板材１１の予備加熱に要する時間を短縮することができ、生産性を向上させることができる。

尚、本実施形態では、図２（ａ）において上ヒータ１５を昇降装置１６で下降させて板材１１に近接させたが、これに限らず、板材１１を載せた下ヒータ１４を昇降装置で上昇させて上ヒータに近接させてもよい。

本発明の超塑性成形用板材の加熱方法は、アルミニウム合金に好適である。

本発明に係る超塑性成形装置による超塑性成形方法の概略を示す説明図である。本発明に係る加熱装置の作用を示す第１作用図である。本発明に係る加熱装置の作用を示す第２作用図である。従来の超塑性成形用板材の加熱方法を示す第１説明図である。従来の超塑性成形用板材の加熱方法を示す第２説明図である。

符号の説明

１１…板材、１１ａ…他方の面（下面）、１１ｂ…一方の面（上面）、１４，１５…加熱手段（下ヒータ、上ヒータ）。

Claims

超塑性成形用板材の両側にそれぞれ配置した加熱手段により、超塑性成形前に、前記板材の両面を加熱する加熱方法であって、
超塑性成形後に製品の外側面である外観面となる板材の一方の面に、前記加熱手段の一方を隙間を設けて近接させ、
前記板材の他方の面に、前記加熱手段の他方を接触させる、
ことを特徴とする超塑性成形用板材の加熱方法。