JP2007160357A - 超塑性ブロー成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】破断や亀裂の発生を防ぐことができる超塑性ブロー成形方法を提供しようとするものである。
【解決手段】超塑性材料からなる被加工板１００を金型内に配置すると共に被加工板１００にガス圧を作用させることにより、被加工板１００を上記金型のキャビティに沿わせるように超塑性変形させる超塑性ブロー成形によって、底板部と側板部とからなる成形体を得る。段部２１１を有する第１キャビティ２１０を設けた第１金型２１を用いて、被加工板１００を第１キャビティ２１０に沿わせるように超塑性変形させて、最終的に得ようとする成形体の表面積以下の表面積を有する中間体を得る第１工程と、底面と側面とにより形成される第２キャビティを有する第２金型内において、中間体を第２キャビティに沿わせるように超塑性変形させて、成形体を得る第２工程とを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、超塑性材料からなる被加工板にガス圧を作用させることにより所望の形状に成形する超塑性ブロー成形方法に関する。

従来より、超塑性材料からなる被加工板にガス圧を作用させることにより所望の形状に成形する超塑性ブロー成形方法がある（特許文献１参照）。かかる超塑性ブロー成形方法を用いて、例えば、図１４に示すような略直方体形状の成形体９１を、深絞り成形するに当たっては、図１８に示すごとく、直方体形状のキャビティ９２０を有する金型９２に、超塑性材料からなる被加工板９１０を配置すると共に、該被加工板９１０にガス圧を作用させる。即ち、ガス導入口９２４から高圧のＡｒガス３を導入して、被加工板９１０にガス圧を作用させる。これにより、図１９、図２０、図１５、図１６に示すごとく、キャビティ９２０に沿って被加工板９１０が変形していく。

しかし、キャビティ９２０の形状、即ち得ようとする成形体９１の形状が、直方体形状の場合のように、角部９１１がある場合には、図２１、図１７に示すごとく、成形の最終段階において、その角部９１１付近において、被加工板９１０が破断したり亀裂が入ってしまうおそれがある。

即ち、上記のごとく、被加工板９１０を超塑性変形させていく際に、被加工板９１０の一部が、図２０、図２１に示すごとく、キャビティ９２０の内壁９２１に接触した状態となる。これにより、被加工板９１０におけるキャビティ９２０の内壁９２１との接触部分は、該内壁９２１に密着し、ロックされることとなる。即ち、図１６、図２０、図２１において符号９１９を付した部分が上記接触部分を表し、この部分がキャビティ９２０の内壁９２１にロックされる。

この状態で、更に変形を進めようとすると、被加工板９１０は、ロックされていない部分だけで延びが生じ、そして、次々とキャビティ９１０の内壁９２１に密着し、ロックされていく。すると、最終段階においては、板厚の薄くなった部分が局所的に更に延びようとし、その板厚の限界に達することにより、被加工板９１０が破断したり、亀裂が入ったりすることとなる。図１７、図２１における符号９９が、破断や亀裂等の破損部分を表す。

上記のような板厚減少の問題に対して、最終的な成形形状において板厚が減少する部分に対応した部分が肉厚となるような中間形状に成形した後、該中間形状に成形された被加工板を最終形状に成形する超塑性ブロー成形方法が開示されている（特許文献２参照）。
しかし、この技術の場合、上記のごとく、最終的な成形形状において板厚が減少する部分に対応した部分が肉厚となるような中間形状を予め成形する必要があるが、得ようとする最終形状によっては、このような中間形状を実現することが困難となる。

特に、図１４に示すような直方体形状等、底板部９１２と該底板部９１２の端辺から立設した側板部９１３とからなる成形体９１を最終形状として成形するに当たっては、上記のような中間形状を容易に形成することは困難である。
それ故、底板部９１２と側板部９１３との間の角部９１１における破断や亀裂の発生を効果的に防ぐことは困難である。

特開平６−３０４６７４号公報 特開２０００−２３７８２８号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、破断や亀裂の発生を防ぐことができる超塑性ブロー成形方法を提供しようとするものである。

本発明は、超塑性材料からなる被加工板を金型内に配置すると共に上記被加工板にガス圧を作用させることにより、上記被加工板を上記金型のキャビティに沿わせるように超塑性変形させる超塑性ブロー成形によって、底板部と該底板部の端辺から立設した側板部とからなる成形体を得るに当り、
段部を有する第１キャビティを設けた第１金型を用いて、上記被加工板を上記第１キャビティに沿わせるように超塑性変形させて、最終的に得ようとする上記成形体の表面積以下の表面積を有する中間体を得る第１工程と、
底面と該底面の端辺から立設した側面とにより形成される第２キャビティを有する第２金型内において、上記中間体を上記第２キャビティに沿わせるように超塑性変形させて、上記成形体を得る第２工程とを行うことを特徴とする超塑性ブロー成形方法にある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記第１工程においては、段部を有する第１キャビティに沿わせるように、上記被加工板を超塑性変形させて上記中間体を得る。それ故、第１工程においては、被加工板は成形途中で上記段部に接触することとなる。そして、段部に沿って被加工板の一部が変形を続けて、被加工板の全体としては、第１キャビティに沿った形状に成形される。

このとき、第１キャビティが段部を有することにより、より多くの点において被加工板が第１キャビティの内壁に接触しながら変形することとなる。それ故、被加工板が第１キャビティに接触していない部分がより多くの部分に分割される状態となる。そして、この多数の非接触部分でそれぞれ被加工板が延びる。その結果、延びる部分、即ち板厚減少する部分が板全体にわたって略均等に形成されやすく、局部的な板厚減少を防ぐことができる。
そして、局部的な板厚減少を防ぎつつ、板全体としては、最終形状の表面積に近付くように表面積を大きくしながら被加工板を延ばすことができる。

そして、このように局部的な板厚減少を抑制しつつ表面積を大きくした中間体を、上記第２工程において、最終的に得ようとする形状に対応する第２キャビティに沿って超塑性変形させる。それ故、第２工程においても、局部的な板の延びを防ぎ、局部的な板厚減少を防ぐことができる。その結果、被加工板の破断や亀裂の発生を防ぐことができる。
また、上記中間体は、最終的に得ようとする上記成形体の表面積以下の表面積を有するため、第１工程において被加工板が延びすぎた分だけ第２工程において成形体に皺が発生するという不具合も、防ぐことができる。

以上のごとく、本発明によれば、破断や亀裂の発生を防ぐことができる超塑性ブロー成形方法を提供することができる。

本発明（請求項１）において、上記第１金型と上記第２金型とは互いに異なる金型であってもよいし、例えば、第２金型の第２キャビティ内に中子を配置して第１金型としてもよい。また、例えば、キャビティの形状を自在に切り替えることができる一つの切替式金型を用い、該切替式金型における異なる２つの状態を、それぞれ第１金型及び第２金型とすることもできる。

また、上記第１キャビティの上記段部は、上記第２キャビティの上記底面と上記側面との間の底端部に対応する部分に配置することが好ましい（請求項２）。
この場合には、成形の最終段階において被加工板が延びやすい部分の延び過ぎを抑制して、局部的な板厚減少を効果的に防ぐことができる。

また、上記第２キャビティは、多角形の上記底面を有し、上記第１キャビティにおける上記段部は上記底面の多角形の頂部と上記側面との間の角部に対応する部分に配置することが好ましい（請求項３）。
この場合には、成形の最終段階において被加工板が特に延びやすい部分の延び過ぎを抑制して、局部的な板厚減少を効果的に防ぐことができる。

また、上記段部は、上記第２キャビティにおける上記底面の多角形の頂部に対応する部分を中心とした円弧形状に形成されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、最終形状として上記角部付近を構成する被加工板の部分を、第１工程において予め充分に大きく延ばしておくことができるため、被加工板の破断や亀裂の発生を効果的に防ぐことができる。

また、上記第１キャビティの上記段部は、上記第２キャビティの上記側面に対応する上記第１キャビティの側面と接触しない部分に配置することもできる（請求項５）。
この場合には、上記側面と接触しない部分において、被加工板を予め延ばしておくことにより、第２工程における被加工板の破断や亀裂の発生を防ぐことができる。

また、上記段部は、複数段形成されていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、第１工程における成形途中に、被加工板を第１キャビティの内壁に、より多くの部分で接触させることができる。これにより、接触していない部分がより多くの部分に分割される状態となる。そして、この多数の非接触部分でそれぞれ被加工板が延びる。その結果、延びる部分、即ち板厚減少する部分が板全体にわたって略均等に形成されやすく、局部的な板厚減少を防ぐことができる。

また、上記段部は、上記第１キャビティの内側に向かって突出する部分を曲面状に形成していることが好ましい（請求項７）。
この場合には、第１工程における局部的な板厚減少を防ぐことができ、より均一に延びた中間体を得ることができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる超塑性ブロー成形方法につき、図１〜図８を用いて説明する。
超塑性ブロー成形方法は、超塑性材料からなる被加工板１００を金型内に配置すると共に上記被加工板１００にガス圧を作用させることにより、上記被加工板１００を上記金型のキャビティに沿わせるように超塑性変形させる方法である。これにより、図８に示すような、底板部１１と該底板部１１の端辺から立設した側板部１２とからなる成形体１を得る。なお、図８は、底板部１１を上面にした状態を描いてある。また、図５も同様である。

本例の超塑性ブロー成形方法は、以下の第１工程と第２工程とを有する。
第１工程においては、図１〜図３に示すごとく、段部２１１を有する第１キャビティ２１０を設けた第１金型２１を用いる。そして、上記被加工板１００を上記第１キャビティ２１０に沿わせるように超塑性変形させて、最終的に得ようとする上記成形体１（図８）の表面積以下の表面積を有する中間体１０（図５）を得る。

第２工程においては、図４に示すごとく、底面２２１と該底面２２１の端辺から立設した側面２２２とにより形成される第２キャビティ２２０を有する第２金型２２内において、上記中間体１０を上記第２キャビティ２２０に沿わせるように超塑性変形させて、上記成形体１を得る。

本例においては、図８に示すような直方体形状の成形体１を成形する。該成形体１は、深さＨが約２００ｍｍ、幅Ｗ１及びＷ２が約６００〜約８００ｍｍ程度を有する、深絞り形状を呈する。また、被加工板１００は、厚み約２ｍｍのアルミニウム合金（例えば５０８３系合金）を用いる。

また、図１〜図４に示すごとく、第１金型２１及び第２金型２２は、それぞれ、第１キャビティ２１０及び第２キャビティ２２０を形成した下型２１５、２２５と、下型２１５、２２５の開口部を覆う上型２１６、２２６とからなる。そして、被加工板１００を下型２１５、２２５と上型２１６、２２６とによって挟持した状態で、超塑性ブロー成形を行う。

上記上型２１６、２２６には、ガス導入口２４が形成されており、該ガス導入口２４から、高圧のＡｒガス３を第１キャビティ２１０、第２キャビティ２２０に導入することにより、被加工板１００にガス圧を作用させ、超塑性変形させる。
なお、第１工程及び第２工程において、超塑性ブロー成形を行うに当たっては、例えば被加工板１００の温度を約５００℃、ガス圧を約１ＭＰａとする。

第２キャビティ２２０は、上記成形体１の形状に合わせて、四角形の底面２２１を有し、各辺から略垂直に立設する４つの側面２２２を有する。
そして、第１キャビティ２１０における段部２１１は、底面２２１の四角形の頂部と側面２２２との間の角部２２３に対応する部分に配置する。

また、図６に示すごとく、上記段部２１１は、第２キャビティ２２０における底面２２１の四角形の頂部２２４に対応する部分を中心とした円弧形状に形成されている。
また、上記段部２１１は複数段形成されている。この段数は、成形深さに応じて適宜設定する必要があるが、本例においては、例えば、３〜５段であることが好ましい。

また、図１〜図３、図７に示すごとく、段部２１１は、第１キャビティ２１０の内側に向かって突出する部分を曲面状に形成している。この曲率半径ｒは２０〜３０ｍｍである。
また、図７に示すごとく、上記段部２２１は、１段の高さｈが２０ｍｍ以下であり、各段の前端のズレ量ａは２０ｍｍ以下である。

また、段部２１１は、中子２３によって形成されている。即ち、第２金型２２における第２キャビティ２２０の４つの角部２２３に、それぞれ中子２３を配置することにより、段部２１１を設けた第１キャビティ２１０を有する第１金型２１を形成する。
そして、この状態の第１金型２１を用いて第１工程を行い中間体１０を得た後、該中間体１０を第１金型２１から取出す。このとき、段部２１１を形成していた中子２３を第１金型２１から取り外して、第２キャビティ２２０を有する第２金型２２とする。そして、この第２金型２２に中間体１０を配置して、第２工程を行うことにより、最終形状の成形体１を成形する。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記第１工程においては、段部２１１を有する第１キャビティ２１０に沿わせるように、上記被加工板１００を超塑性変形させて上記中間体１０を得る。それ故、第１工程においては、被加工板１００は成形途中で上記段部２１１に接触することとなる。そして、段部２１１に沿って被加工板１００の一部が変形を続けて、被加工板１００の全体としては、第１キャビティ２１０に沿った形状に成形される。

このとき、第１キャビティ２１０が段部２１１を有することにより、より多くの点において被加工板１００が第１キャビティ２１０の内壁に接触しながら変形することとなる。それ故、被加工板１００が第１キャビティ２１０に接触していない部分がより多くの部分に分割される状態となる。そして、この多数の非接触部分でそれぞれ被加工板１００が延びる。その結果、延びる部分、即ち板厚減少する部分が板全体にわたって略均等に形成されやすく、局部的な板厚減少を防ぐことができる。
そして、局部的な板厚減少を防ぎつつ、板全体としては、最終形状の表面積に近付くように表面積を大きくしながら被加工板１００を延ばすことができる。

そして、このように局部的な板厚減少を抑制しつつ表面積を大きくした中間体１０を、上記第２工程において、最終的に得ようとする形状に対応する第２キャビティ２２０に沿って超塑性変形させる。それ故、第２工程においても、局部的な板の延びを防ぎ、局部的な板厚減少を防ぐことができる。その結果、被加工板１００の破断や亀裂の発生を防ぐことができる。
また、上記中間体１０は、最終的に得ようとする上記成形体の表面積以下の表面積を有するため、第１工程において被加工板１００が延びすぎた分だけ第２工程において成形体１に皺が発生するという不具合も、防ぐことができる。

また、第１キャビティ２１０における段部２１１は、第２キャビティ２２０の角部２２３に対応する部分に配置する。そのため、成形の最終段階において被加工板１００が特に延びやすい部分の延び過ぎを抑制して、局部的な板厚減少を効果的に防ぐことができる。

また、図６に示すごとく、段部２１１は、第２キャビティ２２０における底面２２１の多角形の頂部２２４に対応する部分を中心とした円弧形状に形成されている。そのため、最終形状として角部２２３付近を構成する被加工板１００の部分の表面積を、第１工程において予め充分に大きく延ばしておくことができるため、被加工板１００の破断や亀裂の発生を効果的に防ぐことができる。

また、図１〜図３に示すごとく、段部２１１は複数段形成されているため、第１工程における成形途中に、被加工板１００を第１キャビティ２１０の内壁に、より多くの部分で接触させることができる。これにより、接触していない部分がより多くの部分に分割される状態となる。そして、この多数の非接触部分でそれぞれ被加工板が延びる。その結果、延びる部分、即ち板厚減少する部分が板全体にわたって略均等に形成されやすく、局部的な板厚減少を防ぐことができる。
また、段部２１１は、第１キャビティ２１０の内側に向かって突出する部分を曲面状に形成している。これにより、第１工程における局部的な板厚減少を防ぐことができ、より均一に延びた中間体１０を得ることができる。

以上のごとく、本例によれば、破断や亀裂の発生を防ぐことができる超塑性ブロー成形方法を提供することができる。

（実施例２）
本例は、図９に示すごとく、第１工程において成形する中間体１０の形状として、いわゆるピラミッド形状を採用した超塑性ブロー成形方法の例である。
即ち、上記中間体１０として、最終的に得られる略直方体の成形体１（図８）の底面と略相似形の平面外形を有する直方体を、異なる大きさで複数積み重ねたような形状を有するものとした。
また、本例の場合、第１工程における第１金型２１の第１キャビティ２１０には、該キャビティ２１０の４つの側面２２２に平行な段部を配置する。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合にも、破断や亀裂の発生を防ぐことができる超塑性ブロー成形方法を提供することができる。その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図１０〜図１３に示すごとく、第１キャビティ２１０の段部２１１を、側面２１２と接触しない部分に配置して第１工程を行う、超塑性ブロー成形方法の例である。
即ち、図１０に示すごとく、第１金型２１の第１キャビティ２１０の底面に、中央部分に凸部２３１を有する中子２３を配置して、段部２１１を形成している。また、上記中子２３は、凸部２３１の周囲においても、厚みを有する底上げ部２３２を有している。

そして、第１金型２１に被加工板１００を配置して、ガス圧を作用させて、図１１に示すごとく、被加工板１００を超塑性変形させる。そして、図１２に示すごとく、被加工板１００を第１キャビティ２１０に沿った形状に成形し、中間体１０を得る。従って、中間体１０の形状としては、底部の中央部分が内側に窪んだ箱体形状となる。また、本例の中間体１０は、上記中子２３が上記底上げ部２３２を有する分、最終形状の成形体１（図８）よりも浅めの形状を有する。なお、底上げ部２３２の厚みは、中間体１０の表面積が最終形状の成形体１の表面積よりも大きくならない程度に設定される。

次いで、図１３に示すごとく、第１金型２１から中間体１０及び中子２３を取り外して第２金型２２を形成する。そして、該第２金型２２の第２キャビティ２２０に中間体１０を配置すると共に、第２工程を行い、被加工板１００が第２キャビティ２２０に沿うように、中間体１０を超塑性変形させる。
以上により、略直方体形状の成形体１（図８）を得る。
その他は、実施例１と同様である。

本例によれば、第１キャビティ２１０の側面２１２と接触しない部分において、被加工板１００を予め延ばしておくことにより、第２工程における被加工板１００の破断や亀裂の発生を防ぐことができる。
また、上記中子２３に底上げ部２３２を設けておくことにより、第１工程において、被加工板１００が最終的な成形体１の表面積よりも大きくなることを防ぎ、第２工程において被加工板１００に皺が発生することを防ぐことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

なお、上記中子２３の凸部２３１は、高さの異なる複数段に形成されていてもよい。この場合には、被加工板１００をより均一に延ばすことができ、板厚の均一化を一層容易にすることができる。

また、上記実施例１、２においては、第２金型２２に中子２３を配置することによって段部２１１を形成する方法を示したが、キャビティの形状を自在に切り替えることができる一つの切替式金型を用い、該切替式金型における異なる２つの状態を、それぞれ第１金型２１及び第２金型２２とすることもできる。
この場合には、第１工程から第２工程へ移行する際の熱ロスを抑制することができる。

実施例１における、第１金型に被加工板を配置した状態を示す断面説明図。 実施例１における、超塑性ブロー成形をし始めた状態を示す断面説明図。 実施例１における、第１工程後の状態を示す断面説明図。 実施例１における、第２工程後の状態を示す断面説明図。 実施例１における、中間体の斜視図。 実施例１における、第１キャビティの平面図。 実施例１における、段部の一部の断面図。 実施例１における、成形体の斜視図。 実施例２における、中間体の斜視図。 実施例３における、第１金型に被加工板を配置した状態を示す断面説明図。 実施例３における、超塑性ブロー成形をし始めた状態を示す断面説明図。 実施例３における、第１工程後の状態を示す断面説明図。 実施例３における、第２工程後の状態を示す断面説明図。 従来例における、最終的に得ようとする成形体の斜視図。 従来例における、超塑性ブロー成形し始めた被加工板の斜視図。 従来例における、超塑性ブロー成形途中の被加工板の斜視図。 従来例における、超塑性ブロー成形の最終段階の被加工板の斜視図。 従来例における、金型に被加工板を配置した状態を示す断面説明図。 従来例における、超塑性ブロー成形をし始めた状態を示す断面説明図。 従来例における、超塑性ブロー成形途中の状態を示す断面説明図。 従来例における、超塑性ブロー成形の最終段階の状態を示す断面説明図。

符号の説明

１ 成形体
１０ 中間体
１００ 被加工板
２１ 第１金型
２１０ 第１キャビティ
２１１ 段部
２２ 第２金型
２２０ 第２キャビティ

Claims (7)

1. 超塑性材料からなる被加工板を金型内に配置すると共に上記被加工板にガス圧を作用させることにより、上記被加工板を上記金型のキャビティに沿わせるように超塑性変形させる超塑性ブロー成形によって、底板部と該底板部の端辺から立設した側板部とからなる成形体を得るに当り、
   段部を有する第１キャビティを設けた第１金型を用いて、上記被加工板を上記第１キャビティに沿わせるように超塑性変形させて、最終的に得ようとする上記成形体の表面積以下の表面積を有する中間体を得る第１工程と、
   底面と該底面の端辺から立設した側面とにより形成される第２キャビティを有する第２金型内において、上記中間体を上記第２キャビティに沿わせるように超塑性変形させて、上記成形体を得る第２工程とを行うことを特徴とする超塑性ブロー成形方法。
2. 請求項１において、上記第１キャビティの上記段部は、上記第２キャビティの上記底面と上記側面との間の底端部に対応する部分に配置することを特徴とする超塑性ブロー成形方法。
3. 請求項２において、上記第２キャビティは、多角形の上記底面を有し、上記第１キャビティにおける上記段部は上記底面の多角形の頂部と上記側面との間の角部に対応する部分に配置することを特徴とする超塑性ブロー成形方法。
4. 請求項３において、上記段部は、上記第２キャビティにおける上記底面の多角形の頂部に対応する部分を中心とした円弧形状に形成されていることを特徴とする超塑性ブロー成形方法。
5. 請求項１において、上記第１キャビティの上記段部は、上記第２キャビティの上記側面に対応する上記第１キャビティの側面と接触しない部分に配置することを特徴とする超塑性ブロー成形方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、上記段部は、複数段形成されていることを特徴とする超塑性ブロー成形方法。
7. 請求項１〜６のいずれか一項において、上記段部は、上記第１キャビティの内側に向かって突出する部分を曲面状に形成していることを特徴とする超塑性ブロー成形方法。

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