JP4701822B2 - 液圧成形方法及び液圧成形金型 - Google Patents

Description

本発明は、板材の液圧成形を行うための液圧成形方法及び液圧成形金型に関し、詳しくは、板材を成形室へ送給する手段及び方法に関する。

従来、成形用金型を構成する上型と下型との間に金属板材を挟み、該板材の周縁部をブランクホルダと呼ばれる挟持部材で挟持し、ブランクホルダと金型との協動により板材を押圧しつつ、成形型内に形成された成形室に液体を導入し、液体に圧力を負荷するとともに、必要に応じて板材の端部から圧縮力を加えることにより、板材を膨出させて、成形室内周の成形形状に倣った成形品を得る液圧成形加工方法が知られている。

上記板材の液圧成形加工において、彎曲形状を有する成形品などを成形する際に、変形抵抗の大きい彎曲部の変形が、変形抵抗の小さい非彎曲部より遅れることが原因で、製品の彎曲部の内側に皺が生じることがある。そこで、成形品に生じる皺を低減したり、成形品の厚みを略均一なものとしたりするために、板材の周縁部を拘束しつつ、適量ずつ成形室内に供給しながら成形する方法が提案されている。

例えば、特許文献１の第一の実施の形態では、成形時に重ね合わせ板材の周縁端面から、圧子を介して板幅縮小方向に押圧し、非彎曲部の成形時には彎曲部の成形時と比較して、成形材料を遅く型内へ流入させる技術が、公開されている。これにより、非彎曲部での拡張変形を抑制し、成形初期段階で非彎曲部よりも彎曲部に相当する部分の拡張変形を先行させて拡張部を成形するように調整して、非彎曲部と彎曲部での拡張変形の遅れを解消することにより、彎曲部の内側での皺の発生が抑制されている。

また、同文献の第三の実施の形態では、重ね合わせ板材の周縁部を押圧する押圧部材を設け、該押圧部材による板材の拘束力を変化させる技術が、公開されている。前記押圧部材による拘束力が小さいときには、拘束力が大きいときと比較して、低い液圧であっても、大きな拡張変形を生じさせることが可能である。また、拘束力が大きいときには、拘束力が小さいときと比較して成形材料の成形室内への流入が制限され、拡張変形が抑制されることから、非彎曲部よりも彎曲部の成形時に拘束力を小さくすることにより、非彎曲部と彎曲部での拡張変形の遅れが解消され、彎曲部の内側での皺の発生が抑制されている。
特開２００３−２１１２３２号公報

上記特許文献に記載の技術では、成形される金属板材として重ね合わせ板材が採用されている。重ね合わせ板材のように板材に適度な厚みがあれば、該板材の周縁端面を圧子により押圧することができるが、成形される金属板材が薄板であり板材の厚みが小さい場合には、該板材を端部から押圧した際に、板材が座屈してしまう虞がある。

また、成形される金属板材が薄板である場合に、上記特許文献に記載のように、板材の周縁部を押圧部材にて押圧し、該押圧部材による拘束力を変化させることは有効であるが、板材を積極的に成形室へ送給するのではなく、成形室への送給量を抑制する方法であるので、送給量の微量調整が難しい。

そこで、本発明では、板材の液圧成形加工において、成形される金属板材が薄板である場合にも、板材を座屈させずに液圧室へ送給する液圧成形方法、及び、板材を座屈させずに液圧室へ送給できる板材送給装置を備えた液圧成形金型について提案する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、成形用金型内に形成された成形室に液体を圧入して、成形用金型を構成する上型と下型との間に挟まれた金属板材を成形室内で膨出させることにより、成形室内周の成形形状に倣った成形品を得る液圧成形加工方法において、前記金属板材の周縁部を挟持部材にて板厚方向に加圧しながら挟持するとともに、前記挟持部材により金属板材を成形室側へ押し出して、金属板材を成形室へ送給し、前記挟持部材を、成形室に対して進退移動して金属板材を成形室へ押し出す押圧部材と、前記押圧部材との間で金属板材を挟み込むとともに、該金属板材を板厚方向に加圧する加圧部材とで構成し、前記加圧部材による前記金属板材を加圧する力の大きさを、制御可能に構成したものである。

請求項２においては、上型と下型にて形成される成形室内に液体を圧入して、上型と下型との間に挟まれた金属板材を成形室内で膨出させる成形用金型と、前記金属板材の周縁部を板厚方向に加圧しながら挟持するとともに、金属板材を成形室側へ押し出す挟持部材を具備する板材送給装置とを備え、前記挟持部材を、成形室に対して進退移動して金属板材を成形室へ押し出す押圧部材と、前記押圧部材との間で金属板材を挟み込むとともに、該金属板材を板厚方向に加圧する加圧部材とで構成し、前記加圧部材による前記金属板材を加圧する力の大きさを、制御可能に構成した、液圧成形金型である。

請求項３においては、前記板材送給装置を、前記成形用金型に内挿された挟持部材と、前記挟持部材に連結されたロッドと、前記ロッドを伸縮駆動する駆動手段とで構成したものである。

請求項４においては、前記挟持部材を、成形室に対して進退する方向に伸延する歯を形成した櫛状とし、前記成形用金型内に、前記挟持部材を内挿可能な送給穴を設け、該送給穴の成形室側において前記挟持部材の櫛の歯を挿通させる溝を形成したものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、金属板材の周縁部を挟持した状態で成形室側へ移動させるため、金属板材に対して局部的に圧縮方向への力が加わることを防止できるので、成形される金属板材が薄板である場合にも、板材を座屈させずに液圧室へ送給することができる。また、被成形板材を拘束する加圧度を調整して供給量を調整する場合と比較して、確実に供給量を調整することができる。
さらに、金属板材の周縁部を、押圧部材と加圧部材とで挟み込むとともに、板厚方向に加圧するので、押圧部材と加圧部材とで金属板材を密着して挟持した状態を保持することができ、押圧部材にて金属板材が成形室側に押圧されるときに、押圧部材と加圧部材と金属板材の周縁部が一体となって成形室側に移動し、金属板材の面方向に局部的に力が加わることを防止することができる。

請求項２においては、金属板材の周縁部を挟持した状態で成形室側へ移動させるため、金属板材に対して局部的に圧縮方向への力が加わることを防止できるので、成形される金属板材が薄板である場合にも、板材を座屈させずに液圧室へ送給することができる。また、挟持手段を移動させて積極的に金属板材を成形室へ送給することができるので、被成形板材を拘束する加圧度を調整して供給量を調整する場合と比較して、確実に供給量を調整することができる。
さらに、金属板材の周縁部を、押圧部材と加圧部材とで挟み込むとともに、板厚方向に加圧するので、押圧部材と加圧部材とで金属板材を密着して挟持した状態を保持することができ、押圧部材にて金属板材が成形室側に押圧されるときに、押圧部材と加圧部材と金属板材の周縁部が一体となって成形室側に移動し、金属板材の面方向に局部的に力が加わることを防止することができる。

請求項３においては、板材送給装置において、挟持部材を成形室に対して進退駆動させるとともに、その移動を制御することが可能であるので、成形室への金属板材の供給量の調整ができる。

請求項４においては、送給穴の奥部と挟持部材との間においては、成形用金型が金属板材を拘束することとなり、この部分での金属板材の座屈を防止することができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明に係る液圧成形金型の構造を示す図である。
図２は加圧子及び押圧部材とで被成形板材を拘束する拘束手段の構造を示す図、図３は加圧子又は押圧部材で被成形板材を拘束する拘束手段の構造を示す図である。図４は加圧部材の付勢機構の構造を示す図である。
図５は平板状拘束手段を具備する板材送給装置を示す図、図６は櫛状拘束手段を具備する板材送給装置を備えた液圧成形金型を示す図、図７は櫛状拘束手段を具備する板材送給装置を備えた液圧成形金型を示す図、図８は櫛状拘束手段を具備する板材送給装置を示す図、図９は櫛状拘束手段と送給穴の様子を示す図である。

本発明に係る液圧成形金型９について説明する。
図１に示すように、液圧成形金型９には、成形型（成形用金型）１０と、該成形型１０に備えられた複数の板材送給装置３０等が具備される。

前記成形型１０は、上型１１と下型１２等から成り、これらの合わせ面に被成形板材（金属板材）１３を成形して成形品とする成形室１４が形成される。成形前は平板状である被成形板材１３は、該被成形板材１３の外周縁が成形室１４よりも外側へはみ出るように、上型１１と下型１２との間に配置されており、該上型１１と下型１２に挟まれて加圧拘束される。

また、前記成形型１０の上型１１と下型１２との合わせ面であって、成形室１４の周囲には、成形室１４を中心として外側へ放射状に伸延する、板材送給装置３０を備えるための複数の送給穴１７・１７・・・が形成される。送給穴１７と成形室１４との間において、上型１１と下型１２とに挟まれた被成形板材１３と、下型１２との間にはシール材１８が介装され、成形室１４の液体が送給穴１７へ浸入することのないように構成される。

前記板材送給装置３０は、被成形板材１３の周縁部を加圧拘束しつつ成形室１４側へ押し出し、該被成形板材１３を成形室１４へ送給するためのものである。なお、板材送給装置３０の詳細な構造については後述する。
前記上型１１と下型１２による加圧拘束と、この板材送給装置３０による加圧拘束及び押圧送給とを、協動させることによって、適量の被成形板材１３が適量ずつ成形室１４へ送給されることとなる。

そして、成形室１４には、液圧発生手段１６より成形室１４へ高圧の油や水等の液体を送給するための液体送給路１５が開口される。該液体送給路１５を通じて成形室１４に液体が供給され、成形室１４内の被成形板材１３が液圧を受けて膨出（拡張変形）し、成形型１０の成形室１４内周に形成された成形形状に成形され、成形品とされる。

続いて、前記板材送給装置３０の構造について詳細に説明する。
前記板材送給装置３０は、主に、駆動手段３１と、ロッド３２と、ブランクホルダ３５とから成る。

本発明の実施例に係る板材送給装置３０では、被成形板材１３の挟持手段としてのブランクホルダ３５を備え、該ブランクホルダ３５にて被成形板材１３の周縁部を挟持して拘束しながら、被成形板材１３を成形室１４へ押圧し、適量の被成形板材１３を成形室１４へ送給することを特徴としている。

従って、被成形板材１３は、その周縁端面が板材の圧縮方向へ押圧されるのではなく、ブランクホルダ３５に挟持された周縁部が板材の圧縮方向へ押圧されることとなる。これにより、被成形板材１３が成形室１４に供給される前に、該被成形板材１３に局部的に圧縮方向へ力が掛かって座屈するようなことがない。よって、成形素材が薄板の場合など、被成形板材１３の板厚が小さくても、座屈を発生させることなく良好に成形室１４へ送給することができる。

また、前記ブランクホルダ３５は、前記送給穴１７に摺動可能に内挿されるとともに、図示せぬ制御手段にてその駆動が制御される駆動手段３１によって伸縮駆動されるロッド３２に、一側端部が連結される。これにより、ブランクホルダ３５は、送給穴１７内を成形室１４に対して進退する方向に移動することができる。なお、駆動手段３１として、油圧や空気圧シリンダ、サーボモータなどを採用することができる。

従って、ブランクホルダ３５は被成形板材１３を加圧拘束するのみ成らず、ブランクホルダ３５自身が成形室１４側へ移動して被成形板材１３を押し出し、そして、駆動手段３１によるロッド３２の伸縮駆動を制御することでブランクホルダ３５の移動を制御できるので、被成形板材１３を拘束する加圧度を調整して供給量を調整する場合と比較して、確実に供給量を調整することができる。

前記ブランクホルダ３５は、被成形板材１３を成形室１４側へ押圧する押出部材３３と、該押出部材３３との間に被成形板材１３の周縁部を挟み込んで加圧拘束する加圧部材３４とで構成される。

なお、上記ブランクホルダ３５は、被成形板材１３に対して成形室１４へ押し出す方向の力を加えることが可能であり、且つ、被成形板材１３に対して、板厚方向（成形室１４へ押し出す方向と略直交する方向）の力を加えて加圧拘束することが可能であり、且つ、被成形板材１３に対して面で密着した状態で挟持するものであれば、様々な形態を取ることができる。

上述の要件を備えるブランクホルダ３５の一例として、図２ａに示すように、押出部材３３のロッド連結側（成形室１４と反対側）が起立した押出部材３３と、該押出部材３３に嵌合するようにロッド連結側が切り欠かれた加圧部材３４とで、ブランクホルダ３５を構成することができる。

前記押出部材３３には、被成形板材１３と略平行面である挟持面３３ａと、該挟持面３３ａに略直交するとともに被成形板材１３の周縁端面に面で接する押圧面３３ｂとが備えられる。
また、前記押出部材３３には、駆動手段３１により駆動されるロッド３２が連結され、該押出部材３３が成形室１４側へ移動することにより被成形板材１３に対して成形室１４へ押し出す方向の力を加えることが可能である。

一方、加圧部材３４には、押出部材３３の挟持面３３ａと対峙する挟持面３４ａと、同じく押出部材３３の押圧面３３ｂと面で接する受圧面３４ｂとが備えられる。
また、後述するが、加圧部材３４を押出部材３３側に付勢する付勢機構５０が備えられており、加圧部材３４にて被成形板材１３が板厚方向に加圧されることによって、加圧部材３４を押出部材３３とで被成形板材１３を密着した状態で挟持することが可能である。

上述のブランクホルダ３５において、前記押出部材３３の挟持面３３ａと、加圧部材３４の挟持面３４ａとの間に被成形板材１３の周縁部を挟み込むとともに、該被成形板材１３の周縁端面と加圧部材３４の受圧面３４ｂとを押出部材３３の押圧面３３ｂに当接させた状態とする。

この状態で、押出部材３３がロッド３２の伸張により押圧されて送給穴１７内を成形室１４側へ移動することにより、被成形板材１３は、加圧部材３４にて被成形板材１３が板厚方向に加圧されて周縁部がブランクホルダ３５に密着して挟持された状態を保持しながら、押出部材３３により成形室１４側へ押圧される。
このように、被成形板材１３の周縁部が、ブランクホルダ３５により挟持され拘束された状態で、該ブランクホルダ３５ごと成形室１４側へ移動することにより、被成形板材１３が板材送給装置３０にて成形室１４へ送給される。

なお、上記加圧部材３４の挟持面３４ａにスポンジ体４１を貼設し、加圧部材３４の押出部材３３側への付勢に、スポンジ体４１の弾性力と、該スポンジ体４１と被成形板材１３との密着度の向上による摩擦力も加えて、より強固に加圧部材３４と押出部材３３とで被成形板材１３を把持することもできる。スポンジ体４１は、海綿状のゴムまたは合成樹脂から成り、伸縮するものである。

また、図２ｂに示すように、前記押出部材３３の挟持面３３ａと、加圧部材３４の挟持面３４ａのうち、一側に凸部３３ｅを、他側に該凸部に対応する凹部３４ｅを形成して、挟持面３３ａと挟持面３４ａとに介装された被成形板材１３を凸部３３ｅと凹部３４ｅとでカシメることにて、被成形板材１３が抜け出さないように、より強固に被成形板材１３を把持することもできる。

また、例えば、図２ｃに示すように、ブランクホルダ３５を、被成形板材１３を上部材４４ａと下部材４４ｂとで上下から挟み込む加圧部材３４と、加圧部材３４に当接して加圧部材３４を成形室１４側へ押圧する押出部材３３とで構成することもできる。

なお、上述のブランクホルダ３５には、押出部材３３と加圧部材３４との間に被成形板材１３を挟持しているが、以下に示すように、押出部材３３又は加圧部材３４のうちいずれかの挟持面３３ａ・３４ａと、送給穴１７の内周面との間に被成形板材１３を介装して挟持拘束することができる。

例えば、図３ａに示すように、押出部材３３をロッド連結側が下方に起立した状態に形成して、送給穴１７の内周面と対峙する挟持面３３ａと、被成形板材１３の周縁端面と面で接する押圧面３３ｂとを備えたものとすることができる。この押出部材３３の、挟持面３３ａと送給穴１７との間に被成形板材１３を介装して挟持拘束し、押圧面３３ｂにて成形室１４側へ押圧する。このように、加圧部材３４を備えないことで、構造の簡易化と部品点数の削減を図ることができる。
なお、押圧面３３ｂにスポンジ体４１を張設することにより、押出部材３３の挟持面３３ａと送給穴１７の内周面との間で、より強固に被成形板材１３を拘束できるようにすることができる。

また、例えば、図３ｂに示すように、平板状の加圧部材３４で、送給穴１７の内周面との間に被成形板材１３を挟持することができる。この場合、加圧部材３４に当接し該加圧部材３４と被成形板材１３の周縁端面とに接してこれらを成形室１４側へ押圧する押出部材３３が備えられる。この場合、押出部材３３に押圧されることにて、加圧部材３４と送給穴１７の内周面との間に挟持された被成形板材１３が成形室１４側へ移動し、被成形板材１３が成形室１４へ送給される。

続いて、前記加圧部材３４の付勢機構５０について説明する。

前述の通り、前記加圧部材３４は、被成形板材１３を板厚方向に加圧するために、押出部材３３側へ付勢される。
これにより、加圧部材３４の挟持面３４ａと、押出部材３３の挟持面３３ａとで、被成形板材１３を板厚方向に加圧した状態で挟み込むことができ、加圧部材３４と被成形板材１３、及び、該被成形板材１３と押出部材３３を密着させ、より強固に被成形板材１３を挟持するとともに、被成形板材１３に局部的な力が加わることを抑制して座屈を防止することができる。これに加え、被成形板材１３の板厚が多少変動したとしても、押出部材３３と加圧部材３４とで被成形板材１３を確実に挟持することができる。

図４ａに示すように、送給穴１７の加圧部材３４の存在する側には、加圧部材３４を押出部材３３側へ付勢するための付勢機構５０が備えられる。付勢機構５０は、加圧部材３４に接する押圧板５１と、該押圧板５１を介して加圧部材３４を押出部材３３の挟持面３３ａに接する方向に付勢する付勢部材５２とで構成される。
なお、付勢部材５２は、図４ａに示すように、弾性部材としたり、図４ｂに示すように、油圧又は空気圧シリンダとしたりすることができる。付勢部材５２を油圧又は空気圧シリンダとした場合は、シリンダの動作を制御可能であるので、加圧部材３４を押圧する力の大きさやその変化のタイミングを、彎曲部と非彎曲部など、被成形板材１３が成形される形状に応じて制御することができる。

但し、加圧部材３４の挟持面３４ａにスポンジ体４１を張設する場合は、図５ｃに示すように、上記付勢機構５０を設けなくとも、上型１１と下型１２にて形成される送給穴１７に加圧部材３４が内接することにより、スポンジ体４１が膨張しようとする力の反力を送給穴１７の内周が受け、この結果、加圧部材３４が押出部材３３側に付勢されることになる。

また、上述のように、加圧部材３４を押出部材３３側へ付勢することができるが、加圧部材３４と押出部材３３とを螺子などの締結部材を用いて、加圧部材３４と押出部材３３との間に被成形板材１３を板厚方向に加圧した状態に挟み込んで締結する方法を採用することもできる。

次に、板材送給装置３０を備える送給穴１７の構造について説明する。

図５に示すように、前記ブランクホルダ３５において、押出部材３３の挟持面３３ａと、加圧部材３４の挟持面３４ａとを、いずれも平面状に構成することができる。
この場合、送給穴１７の奥部と、ブランクホルダ３５との間に、該ブランクホルダ３５が移動するための空間が必要となる。この送給穴１７の奥部とブランクホルダ３５との間の空間において被成形板材１３が拘束されないため、ブランクホルダ３５にて被成形板材１３の周縁部を成形室１４側へ押圧した際に、この拘束されていない部分において被成形板材１３に座屈が生じる可能性もある。

そこで、図６及び図７に示すように、ブランクホルダ３５の被成形板材１３を挟持している部分を、該ブランクホルダ３５が移動する方向に伸延する歯を形成した櫛状とするとともに、該ブランクホルダ３５を挿通させる送給穴１７には、この歯と噛み合う溝１７ｃ・１７ｃ・・・１７ｄ・１７ｄ・・・を形成したものとする。
これにより、送給穴１７の奥部とブランクホルダ３５との間は、上型１１又は下型１２にて挟まれて拘束されることとなり、送給穴１７の奥部とブランクホルダ３５との間にある被成形板材１３の座屈を防止することができる。

この場合、図８に示すように、ブランクホルダ３５を構成する押出部材３３の挟持面３３ａを含む部分が、ブランクホルダ３５が移動する方向に伸延する歯３３ｄ・３３ｄ・・・で構成され、同様に、加圧部材３４の挟持面３４ａを含む部分が、ブランクホルダ３５が移動する方向に伸延する歯３４ｄ・３４・・・で構成される。そして、下型１２に形成した送給穴１７の溝１７ｄ・１７ｄ・・・（図９ａ）に、押出部材３３の歯３３ｄ・３３ｄ・・・が挿通され（図９ｂ）、同様に、上型１１に形成した送給穴１７の溝１７ｃ・１７ｃ・・・に加圧部材３４の歯３４ｄ・３４・・・が挿通される。

本発明に係る液圧成形金型の構造を示す図。 加圧子及び押圧部材とで被成形板材を拘束する拘束手段の構造を示す図。 加圧子又は押圧部材で被成形板材を拘束する拘束手段の構造を示す図。 加圧部材の付勢機構の構造を示す図。 平板状拘束手段を具備する板材送給装置を示す図。 櫛状拘束手段を具備する板材送給装置を備えた液圧成形金型を示す図。 櫛状拘束手段を具備する板材送給装置を備えた液圧成形金型を示す図。 櫛状拘束手段を具備する板材送給装置を示す図。 櫛状拘束手段と送給穴の様子を示す図。

９ 液圧成形金型
１０ 成形型
１１ 上型
１２ 下型
１３ 被成形板材
１４ 成形室
１５ 液体送給路
１６ 液圧発生手段
１７ 送給穴
１８ シール材
３０ 板材送給装置
３１ 駆動手段
３２ ロッド
３３ 押出部材
３４ 加圧部材
３５ ブランクホルダ（挟持部材）

Claims (4)

1. 成形用金型内に形成された成形室に液体を圧入して、成形用金型を構成する上型と下型との間に挟まれた金属板材を成形室内で膨出させることにより、成形室内周の成形形状に倣った成形品を得る液圧成形加工方法において、
   前記金属板材の周縁部を挟持部材にて板厚方向に加圧しながら挟持するとともに、
   前記挟持部材により金属板材を成形室側へ押し出して、金属板材を成形室へ送給し、
   前記挟持部材を、成形室に対して進退移動して金属板材を成形室へ押し出す押圧部材と、前記押圧部材との間で金属板材を挟み込むとともに、該金属板材を板厚方向に加圧する加圧部材とで構成し、
   前記加圧部材による前記金属板材を加圧する力の大きさを、制御可能に構成した、
   ことを特徴とする液圧成形加工方法。
2. 上型と下型にて形成される成形室内に液体を圧入して、上型と下型との間に挟まれた金属板材を成形室内で膨出させる成形用金型と、
   前記金属板材の周縁部を板厚方向に加圧しながら挟持するとともに、金属板材を成形室側へ押し出す挟持部材を具備する板材送給装置とを備え、
   前記挟持部材を、成形室に対して進退移動して金属板材を成形室へ押し出す押圧部材と、前記押圧部材との間で金属板材を挟み込むとともに、該金属板材を板厚方向に加圧する加圧部材とで構成し、
   前記加圧部材による前記金属板材を加圧する力の大きさを、制御可能に構成した、
   ことを特徴とする液圧成形金型。
3. 前記板材送給装置を、
   前記成形用金型に内挿された挟持部材と、
   前記挟持部材に連結されたロッドと、
   前記ロッドを伸縮駆動する駆動手段とで構成した、
   請求項２に記載の液圧成形金型。
4. 前記挟持部材を、成形室に対して進退する方向に伸延する歯を形成した櫛状とし、
   前記成形用金型内に、前記挟持部材を内挿可能な送給穴を設け、該送給穴の成形室側において前記挟持部材の櫛の歯を挿通させる溝を形成した、
   請求項２又は請求項３に記載の液圧成形金型。

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