JP4770724B2 - ブロー成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、素材の超塑性現象を利用してブロー成形を行うブロー成形装置に関する。

従来、超塑性アルミニウム合金材料等を用いたブロー成形法が航空機や自動車の外板などへ適用されている。一般的にブロー成形を実施する場合においては、上下型で材料を挟持した際に、材料と型との間でシール性を確保する必要があるが、しばしば、型と材料の密着が弱かったり、あるいは型を押し付けすぎてビード部で材料が破断したりして、シール性が保てない場合がある。
従って、例えば特許文献１に示すように、シール切れを防ぐために半円断面突起と矩形断面突起のビード形状を持たせた技術が考案されている。
特開２００３−１６４９２３号公報

しかしながら、上記のような特許文献１に記載の技術においては材料の板厚ごとのビード形状や型締め圧力の調整が煩雑であり、初期の調整に負担がかかる。
また、高温下で成形する超塑性アルミのブロー成形ではブランク材の強度が常温の際に比べて非常に小さく、容易に変形する。そのため、特許文献１のように凸形状または凹形状のビードを配置した上型および下型の両方で材料を変形する場合などでは、板厚に対してビードの高さや深さが大きいと材料の破断が起こるが、かといってビードの高さや深さを小さくしてしまうと十分にシールされないという問題が発生する。また、型締め圧力についても前記と同様のことがいえ、型締め圧力が大きいと材料の破断が起こるが、かといって小さいと十分にシールされないのである。
そこで本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、ブロー成形装置において成形時のシール性を確保するとともに、ワークの破断を防止することを目的とする。

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、上型と下型とでワークを挟持し、ブロー成形を行うブロー成型装置において、前記上下型はワークを挟持する挟持部をそれぞれ有し、一方の型の挟持部には凸形状のビード部を備え、前記上型と下型との間にワークを挟持した場合に、他方の型のビード部近傍を一方の型の挟持部近傍よりも強く冷却する冷却手段を設けたものである。

請求項２においては、前記一方の型の挟持部近傍を冷却する冷却手段を設けたものである。

請求項３においては、前記冷却手段が、型内部に形成される冷却水配管により構成されるものである。

請求項４においては、前記冷却水配管の周囲に断熱部材を配置したものである。

請求項５においては、前記ワークがアルミ板材であるものである。

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、ビード部のシール性を確保し、かつワークの破断を防止することができる。具体的には、ワークにおいて、ビード部を有する型と接する面は、冷却されないか、比較的弱い冷却であるため、ワークが変形しやすくシール性が確保される。また、ビード部を有しない型と接する裏面は冷却手段により強く冷却されるため、材料強度が確保され、破断しにくくなる。

請求項２においては、成形時の型の温度が高すぎる場合においても、ワーク（ブランク材）挟持部それぞれの温度調整を更に最適化でき、材料強度向上によるビード破断防止と型との密着性を両立できる。

請求項３においては、挟持部の冷却が局所的に行えるため効率的である。また成形時においてワークを加熱する際に、挟持部冷却による加熱温度の低下を最小限に抑えられる。

請求項４においては、冷却部分周囲への熱の拡散を抑制することで、さらに挟持部の冷却が局所的に行えるため効率的である。また成形時においてワークを加熱する際に、挟持部冷却による加熱温度の低下を最小限に抑えられる。

請求項５においては、アルミの超塑性の特性を活かしてブロー成形ができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明に係るブロー成形装置の構成について示す図、図２は下型の冷却部分を断熱部材で分離した場合の構造例を示す図、図３は冷却水配管を上下型に配置したブロー成形装置の構成について示す図である。図４は冷却水配管の他の配置例の概略を示す図、図５はアルミニウム合金の強度と型の温度変化及び上下型の温度設定例を示す図である。

まず、本発明に係るブロー成形装置の構成について図１を用いて説明する。
本発明に係るブロー成形装置は、図１に示すごとく、上型２と下型１とで超塑性アルミ等の板状のワーク３を挟持し、加熱手段（図示せず）によって前記ワーク３を加熱しつつ、加圧空気吹込み手段５によって前記上型２の加圧空気室４へ加圧空気６を吹き込んで、前記加圧空気室４内の気圧を昇圧し、前記ワーク３を前記下型１の成形凹部１０の内壁面１１へ向って膨出させることにより、前記内壁面１１の形状に沿った成形品をブロー成形するブロー成形装置である。

以下詳述すると、前記ワーク３は板状部材であり、その周縁部が被挟持部３ａ・３ａとなっており、該被挟持部３ａ・３ａが上型２の挟持部２ａと下型１の挟持部１ａの間で挟持される。
また、前記上型２の挟持部２ａ・２ａには、下方に突出している凸形状のビード部２ｂ・２ｂを形成している。
また、上型２及び下型１には、それぞれ、ワーク３を加熱するための図示せぬ加熱手段が設けられている。該加熱手段は、制御手段８によって加熱温度の制御がされる。
尚、加熱手段は、上型２、下型１に内装する構成とする他、これらの外部に配置されるものであってもよい。
また、下型１の挟持部１ａ近傍の型内部には、ワーク３を挟持した場合に、挟持部１ａと接触する部分となるワーク３の被挟持部３ａ下面のビード部２ｂ・２ｂ近傍を上型２の挟持部２ａ・２ａ近傍よりも強く冷却するための冷却手段である冷却水配管１５・１５が内装されている。前記冷却水配管１５・１５においては、前記制御手段８によって該冷却水配管１５・１５内を流れる冷却水の温度の制御がされる。
尚、前記ビード部２ｂは、本実施例では、上型２の型周縁部に一箇所、設けたものであるが、シール性等を適宜考慮して、上型２の型周縁部の複数箇所に配置する構成としてもかまわない。

また、図２に示すごとく、冷却水による冷却効率を上げるために下型１の挟持部１ａ近傍の型内部に内装している冷却水配管１５・１５の周囲に断熱部材１７を配置する構成としてもかまわない。
つまり、前記冷却水配管１５の周囲のうち、前記ワーク３の被挟持部３ａへの当接面となる下型１の挟持部１ａ以外の部分を断熱部材１７で覆って、前記挟持部１ａに対する冷却効率を向上させることができる。

また、型内部に形成される冷却水配管の配置箇所において、上述したような下型１の挟持部１ａ近傍の型内部に内装する例だけでなく、図３に示すごとく、上型２の挟持部２ａ近傍の型内部にも、冷却水配管１６・１６を設ける構成としてもかまわない。さらに、上記同様に前記冷却水配管１６・１６の周囲に断熱部材を配置する構成としてもかまわない。

また、上型２においては、前記加圧空気室４内の加圧空気６を、外部へ逃すための電磁弁等で構成される減圧手段を設けて、前記制御手段８によって前記減圧手段の動作制御を行い、成形工程時の加圧空気室４内圧力の微調整ができるように構成してもかまわない。

そして、図１に示すごとく、下型１には、成形品の形状を決定する成形凹部１０が形成されている。この成形凹部１０には、コーナー部１０ａ・１０ａが形成されている。
ここで、前記コーナー部１０ａ・１０ａとは、成形凹部１０の内壁面１１において、下側から上側へと屈曲する部位に形成される屈曲部位のことをいうものであり、図１に示す凹型の成形凹部１０の場合は、床壁面１１ａから側壁面１１ｂ・１１ｂへと屈曲する部位がコーナー部となる。

また、図１に示すごとく、上型２には、ワーク３の上面に対面する加圧空気室４が設けられている。
また、下型１には、ワーク３の下面に対面する成形凹部１０が設けられている。
また、上型２には、前記加圧空気室４内に、加圧空気６を吹込むための加圧空気吹込み手段５が設けられている。該加圧空気吹込み手段５は、図示せぬ加圧ポンプ等の加圧空気供給手段と接続されている。また、該加圧空気吹込み手段５は、制御手段８によって、加圧空気の吹込みの有無の制御がされる。
そして、前記加圧空気吹込み手段５から吹込む加圧空気６により、加圧空気室４内の空気圧力を上昇させ、この高圧空気の圧力をワーク３の上面に作用させることにより、ワーク３を下方に向って膨出させ内壁面１１に沿った形状に成形する、つまりは、ブロー成形が行われる。
尚、前記加圧空気吹込み手段５については、上型２に複数箇所設置する構成としてもかまわない。

また、前記加圧空気吹込み手段５の先端には、加圧空気室４への加圧空気６の吹込み口となるノズル５ａが設けられている。
そして、該ノズル５ａは、下方へと向けられており、加圧空気６がワーク３の上面に向って吐出されるようになっている。

このように構成されるブロー成形装置においてワーク３の成形を行う場合は、まず、図１に示すごとく超塑性アルミ等の板材のワーク３を上型２と下型１とで挟持し、加熱手段によって超塑性の特性が得られる所定温度に加熱する。そして、加圧空気室４内に、加圧空気吹込み手段５を介して加圧空気６を吹き込み、加圧空気室４内の空気圧力を上昇させて、前記ワーク３を前記下型１の成形凹部１０の内壁面１１に向って膨出させる。
尚、前記加圧空気６を吹き込む時間については、ワーク３の厚さ、成形凹部１０の形状、加圧空気吹込み手段５の設置位置等によって適宜設定されるものである。

そして、吹込みの停止後は、加圧空気６によって高圧となった加圧空気室４内の空気圧力によって、ワーク３の変形が進行し、最終的に成形凹部１０に沿った形状に成形される。このような成形工程において、上型２と下型１との間でワーク３を挟持した場合に、下型１の挟持部１ａ近傍の型内部に内装されている冷却水配管１５により挟持部１ａ近傍が冷却されると、該挟持部１ａに密着しているワーク３の被挟持部３ａ下面のビード部２ｂ・２ｂ近傍部分が、上型２の挟持部２ａ近傍よりも強く冷却される状態となる。このように冷却されることにより、前記ワーク３の被挟持部３ａ下面の材料強度、特にビード部２ｂ・２ｂ近傍の材料強度が確保され、破断しにくくなる。一方、ワーク３の被挟持部３ａ上面は冷却されていないか、もしくは冷却されても比較的弱い冷却状態であり、つまり、被挟持部３ａ下面よりも加熱された状態である。そのため、被挟持部３ａ上面は、ワーク３が適度に板厚方向に変形する状態となり、上型２にあるビード部２ｂ・２ｂとの密着性も向上し、シール性が確保されるのである。つまり、上型２とブランク材であるワーク３との接触部分が十分にシールされるのである。

次に、本発明に係るブロー成形装置における上下型の設定温度について図５を用いて説明する。
図５はアルミニウム合金の一例ある５０８３−Ｏ合金の強度と型の温度変化及び上下型の温度設定例を示したものである。
本実施例のブロー成形時の型温度条件においては、図５に示すごとく、上型２の型温度は、ビード部２ｂ・２ｂの密着性を考慮すると５００℃前後が好ましく、これは成形温度近傍でもある。また、本発明の効果としては、ブランク材の板厚方向の温度分布制御がポイントとなっており、下型１の型温度は２４０℃〜３８０℃程度の範囲に設定するのが、材料強度確保上、好ましい。特に、５０８３−Ｏ合金については、上型２と下型１との温度差を２００〜３００℃程度に設定することが好ましく、最も効果が得られる温度条件となる。
尚、本実施例の場合は、ブランク材として超塑性加工用の５０８３−Ｏ合金を用いたが、特にこれに限定するものではなく、他のアルミニウム合金を使用することも可能である。

また、図３に示すごとく、前記ブロー成形装置においては、冷却水配管を下型１だけでなく上型２の挟持部２ａ近傍の型内部にも配置した構成とすることができる。
ブロー成形装置においては、成形温度が高く設定され、型の温度が高くなりすぎる場合、ビード部２ｂ・２ｂ近傍の温度が高くなりすぎてしまうが、本例のように上型２の挟持部２ａ近傍にも冷却水配管１６を設け、該冷却水配管１６に冷却水を通すことで、ビード部２ｂ・２ｂを適切な温度に保つことができる。つまり、高温度成形条件下においても、シール性を保ちながら適度な材料強度を確保することができるのである。
さらに、下型１の冷却水配管１５を流れる冷却水を、上型２の冷却水配管１６を流れる冷却水よりも低温になるように制御手段８により制御することで、ワーク３の被挟持部３ａ・３ａの下面の強度を更に向上させることもできる。
また、この場合のように、冷却水温度を上下型で個別に設定するのではなく、図４に示すごとく下型１の冷却水配管１５を挟持部１ａに近づけ、一方、上型２の冷却水配管１６は挟持部２ａから遠ざけるように配置する例や、あるいは下型１の冷却水配管の断面積よりも上型２の冷却水配管の断面積を小さくして、下型２の冷却効率を増す例など、冷却水配管の配置箇所や仕様を変更することでビード部２ｂ・２ｂの温度調整を実施することもできる。

通常、成形時においては加圧空気室４内の気圧を徐々に高めていくが、それに伴いビード部２ｂ・２ｂに接する材料変形が大きくなるため、シール性確保上、型締め圧力も高くしていく事が多い。この場合、上述したように冷却水配管１５・１６の冷却水温度を制御可能にすることで、材料破断を防ぐために冷却水温度を適宜低下させて、型締め圧力の上昇に対応することができる。
具体的には、型締め圧力の小さい初期には冷却程度を小さくし上型２の挟持部２ａ・２ａを比較的高い温度に保つことでブランク材とビード部２ｂ・２ｂとの密着も良く、シール性が保たれる。型締め圧力が大きくなるにつれ挟持部２ａ・２ａの冷却を増し、ブランク材の破断を防ぐ。つまり、型締め圧力が高い場合は、ビード部２ｂ・２ｂのブランク材への噛み込みが強く、シール性も保たれるからである。
尚、本実施例では、上下型に配置した冷却水配管１５・１６は型周縁部にそれぞれ１箇所ずつ配置したものであるが、特にこれに限定するものではなく、挟持部近傍を適切に冷却する配置構成においては複数箇所設置する構成としてもかまわない。

このように、上型２と下型１とでワーク３を挟持し、ブロー成形を行うブロー成型装置において、前記上下型はワーク３を挟持する挟持部１ａ・２ａをそれぞれ有し、一方の型である上型２の挟持部２ａには凸形状のビード部２ｂを備え、前記上型２と下型１との間にワーク３を挟持した場合に、他方の型である下型１のビード部２ｂ近傍部分を一方の型である上型２の挟持部２ａ近傍よりも強く冷却する冷却手段を設けたことにより、ビード部２ｂのシール性を確保し、かつワーク３の破断を防止することができる。具体的には、ワーク３において、ビード部２ｂを有する型である上型２と接する面は、冷却されないか、比較的弱い冷却であるため、ワーク３が変形しやすくシール性が確保される。また、ビード部２ｂを有しない型である下型１と接するワーク３の裏面は冷却手段により強く冷却されるため、材料強度が確保され、破断しにくくなる。

また、前記一方の型である上型２の挟持部２ａ近傍を冷却する冷却手段を設けたことにより、成形時の型の温度が高すぎる場合においても、ワーク（ブランク材）挟持部それぞれの温度調整を更に最適化でき、材料強度向上によるビード破断防止と型との密着性を両立できる。

また、前記冷却手段が、型内部に形成される冷却水配管により構成されることにより、挟持部の冷却が局所的に行えるため効率的である。また成形時においてワーク３を加熱する際に、挟持部冷却による加熱温度（成形温度）の低下を最小限に抑えられる。

また、前記冷却水配管の周囲に断熱部材１７を配置したことにより、冷却部分周囲への熱の拡散を抑制することで、さらに挟持部の冷却が局所的に行えるため効率的である。また成形時においてワークを加熱する際に、挟持部冷却による加熱温度（成形温度）の低下を最小限に抑えられる。

また、前記ワーク３がアルミ板材であることにより、アルミの超塑性の特性を活かしてブロー成形ができる。
尚、ここでいうアルミ板材とは、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の板材のことである。

また、以上の説明では、上下方向に二分される上型２、下型１を具備し、上型２から加圧空気６を吹込み、ブランク材を変形させて下型１の成形凹部１０に押し付けて成形を行う装置構成例について述べたが、上型２と下型１とを逆の構造にして装置構成してもかまわない。また、例えば、型を左右方向に分割する装置構成であってもよく、型の分割方向や、ワーク３の膨出方向については、特に限定するものではない。

本発明に係るブロー成形装置の構成について示す図。 下型の冷却部分を断熱部材で分離した場合の構造例を示す図。 冷却水配管を上下型に配置したブロー成形装置の構成について示す図。 上下型の冷却水配管の配置例を示す図。 アルミニウム合金の強度と型の温度変化及び上下型の温度設定例を示す図。

符号の説明

１ 下型
１ａ・２ａ 挟持部
２ 上型
２ｂ ビード部
３ ワーク
１５・１６ 冷却水配管
１７ 断熱部材

Claims (5)

1. 上型と下型とでワークを挟持し、ブロー成形を行うブロー成型装置において、
   前記上下型はワークを挟持する挟持部をそれぞれ有し、一方の型の挟持部には凸形状のビード部を備え、
   前記上型と下型との間にワークを挟持した場合に、他方の型のビード部近傍を一方の型の挟持部近傍よりも強く冷却する冷却手段を設けたことを特徴とするブロー成形装置。
2. 前記一方の型の挟持部近傍を冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載のブロー成形装置。
3. 前記冷却手段が、型内部に形成される冷却水配管により構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブロー成形装置。
4. 前記冷却水配管の周囲に断熱部材を配置したことを特徴とする請求項３に記載のブロー成形装置。
5. 前記ワークがアルミ板材であることを特徴とする請求項１に記載のブロー成形装置。

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