JP4650609B2

JP4650609B2 - 液圧成形装置およびその液圧制御方法

Info

Publication number: JP4650609B2
Application number: JP2004176945A
Authority: JP
Inventors: 義明門間; 伸児平川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2024-06-15
Also published as: JP2006000870A

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、前記軸押手段の軸押シリンダにより金型内の管素材の両端部を密閉し、前記液体供給手段が備える液圧ポンプを最大出力時の吐出圧力一定で運転させ、前記軸押しシリンダに形成された液体供給穴を介して、前記液体供給手段から前記管素材に液圧を供給し、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、前記液圧測定手段により得られた液圧の実測値に基づき、前記軸押手段の軸押込み量を制御する制御手段を備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最大出力時の吐出圧力一定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、前記軸押手段の軸押シリンダにより金型内の管素材の両端部を密閉し、液圧ポンプからの液体の吐出圧力を一定に運転して、前記軸押しシリンダに形成された液体供給穴を介して、前記液体供給手段から前記管素材に液圧を供給することで、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、液圧測定手段により得られた液圧の実測値に基づき、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、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を用いて管素材の液圧成形を行う際に、前記軸押手段の軸押シリンダにより金型内の管素材の両端部を密閉し、液圧ポンプを最大出力時の吐出圧力一定で運転して、前記軸押しシリンダに形成された液体供給穴を介して、前記液体供給手段から前記管素材に液圧を供給し、前記液圧測定手段により管素材に加わる液圧を実測し、当該実測値が所定の昇圧カーブを描くように、前記液圧測定手段により得られた液圧の実測値に基づき、前記軸押手段の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、液圧ポンプを最大出力時の吐出圧力一定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、前記軸押手段の軸押シリンダにより金型内の管素材の両端部を密閉し、液圧ポンプからの液体の吐出圧力を一定に運転して、前記軸押しシリンダに形成された液体供給穴を介して、前記液体供給手段から前記管素材に液圧を供給することで、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、液圧測定手段により得られた液圧の実測値に基づき、軸押手段の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、軸押手段４２、４４の軸押シリンダによって管素材３５の両端部を密閉した後、軸押手段４２に係る軸押シリンダの液体供給穴から液体を供給する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「所定値以上の一定の吐出圧力」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ｘ_１、ｘ_２を増大させたとき、管素材３５の容積変化ΔＶ_Ｗ、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ΔＶ_Ｃ、液体自体の微小な圧縮歪による容積変化ΔＶ_Ｌ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、ΔＶ_Ｗは軸押込み量ｘ_１、ｘ_２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ｘ_１、ｘ_２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ｘ_１、ｘ_２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ｘ_１、ｘ_２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ｘ_１、ｘ_２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ΔＶ_Ｗが顕著であることから、図３に示すように、軸押込み量ｘ_１、ｘ_２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ΔＶ_Ｗはわずかとなり、軸押込み量ｘ_１、ｘ_２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ｘ_１、ｘ_２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ｘ_１、ｘ_２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ｘ_１、ｘ_２の増大を一致させているが、一般的には、押込み量ｘ_１、ｘ_２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ｘ_１、ｘ_２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ｘ_１、ｘ_２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ΔＶ_Ｗ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。

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

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、
前記軸押手段の軸押シリンダにより金型内の管素材の両端部を密閉し、前記液体供給手段が備える液圧ポンプを最大出力時の吐出圧力一定で運転させ、前記軸押しシリンダに形成された液体供給穴を介して、前記液体供給手段から前記管素材に液圧を供給し、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、前記液圧測定手段により得られた液圧の実測値に基づき、前記軸押手段の軸押込み量を制御する制御手段を備えることを特徴とする液圧成形装置。
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を用いて管素材の液圧成形を行う際に、
前記軸押手段の軸押シリンダにより金型内の管素材の両端部を密閉し、液圧ポンプを最大出力時の吐出圧力一定で運転して、前記軸押しシリンダに形成された液体供給穴を介して、前記液体供給手段から前記管素材に液圧を供給し、前記液圧測定手段により管素材に加わる液圧を実測し、当該実測値が所定の昇圧カーブを描くように、前記液圧測定手段により得られた液圧の実測値に基づき、前記軸押手段の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。