JP5045005B2 - Material molding apparatus and material molding method - Google Patents
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本発明は、材料の成形装置及び材料の成形方法に係り、特に、ワーク材が配置される金型と、ワーク材を金型と挟んで密着させる蓋と、蓋に設けられた開口から導入され、ワーク材を加圧して成形するための流体を供給する流体供給器とを備える材料の成形装置及び材料の成形方法に関する。 The present invention relates to a material molding apparatus and a material molding method, and in particular, is introduced from a mold in which a workpiece material is disposed, a lid that holds the workpiece material in close contact with the mold, and an opening provided in the lid. The present invention relates to a material molding apparatus and a material molding method including a fluid supplier that supplies a fluid for pressurizing and molding a workpiece material.
材料、例えば、金属材料の成形方法には、アルミニウム合金やチタニウム合金等の超塑性を利用した超塑性成形法等がある。そして、金属材料の超塑性成形法には、例えば、加熱された金属のワーク材を加圧して成形するブロー成形法等が用いられる。 As a method for forming a material, for example, a metal material, there is a superplastic forming method using superplasticity such as an aluminum alloy or a titanium alloy. For the superplastic forming method of the metal material, for example, a blow forming method in which a heated metal work material is pressed and formed is used.
ブロー成形法は、まず、金型にワーク材を配置し、ワーク材を金型と挟んで蓋で密着させて準備した後、蓋に設けられた加圧ノズル等から導入される空気等で、ワーク材を加圧することにより変形させて成形する成形法である。そして、成形品は、ワーク材を加圧した空気等を開放して、金型から離型される。 In the blow molding method, first, a work material is arranged in a mold, and the work material is sandwiched between the mold and closely adhered with a lid, and then air is introduced from a pressure nozzle or the like provided in the lid. This is a molding method in which a workpiece material is deformed by pressurization. Then, the molded product is released from the mold by releasing air or the like that pressurizes the workpiece material.
成形されたワーク材を金型から離型する方法には、例えば、バネ等の弾性部材を使用して金型から離型する方法や、成形されたワーク材の内側を冷却ガス等で冷却することにより成形品を収縮させて金型から離型する方法がある。 The method of releasing the molded workpiece from the mold includes, for example, a method of releasing from the mold using an elastic member such as a spring, or cooling the inside of the molded workpiece with a cooling gas or the like. There is a method in which the molded product is shrunk and released from the mold.
例えば、特許文献1には、超塑性成形品の底部を含む内面を、内面側から冷却ガス等の冷却材を作用させることにより、実質的に超塑性成形品のみを冷却して寸法収縮させ、その後に超塑性成形品を型から引離して離型することが示されている。 For example, in Patent Document 1, the inner surface including the bottom portion of the superplastic molded product is cooled by acting a coolant such as a cooling gas from the inner surface side, thereby substantially cooling only the superplastic molded product and shrinking the dimensions. Thereafter, it is shown that the superplastic molded product is separated from the mold and released.
ところで、上述したような冷却ガス等を用いて成形品を金型から離型する場合には、成形品の内側が冷却ガスで強制的に冷却されるため、成形品の中で冷却速度に差が生じる場合がある。このように、成形品の中で冷却速度に差が生じると、部分的に収縮して成形品に歪や変形等が発生し、成形品の成形精度が低下する可能性がある。 By the way, when the molded product is released from the mold using the above-described cooling gas or the like, the inside of the molded product is forcibly cooled by the cooling gas. May occur. As described above, when a difference in the cooling rate occurs in the molded product, there is a possibility that the molded product is partially contracted to cause distortion or deformation in the molded product, thereby reducing the molding accuracy of the molded product.
そこで、本発明の目的は、成形された材料の成形精度をより向上させる材料の成形装置及び材料の成形方法を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a material molding apparatus and a material molding method that further improve the molding accuracy of the molded material.
本発明に係る材料の成形装置は、ワーク材が配置される金型と、ワーク材を金型と挟んで密着させる蓋と、ワーク材を所定の温度で加圧して成形するための流体を蓋に設けられた開口から供給する流体供給器と、を備える材料の成形装置であって、金型は、成形されたワーク材へ流体を吹付けるための吹付け口を有し、蓋に設けられた開口と金型の吹付け口とは、開閉により流体の搬送経路を制御する流体開閉弁を介して流体搬送路で結ばれ、流体開閉弁による流体搬送路の開閉制御は、ワーク材を成形するときには、流体供給器から蓋に設けられた開口に流体を供給し、そのとき、流体開閉弁を閉じて流体が流体搬送路に流れないようにして流体供給器から金型に設けられた吹付け口へは流体を供給しないようにし、ワーク材の成形が終わった後は、流体開閉弁を開き、蓋と成形されたワーク材との間の流体の圧力が流体搬送路内の圧力より高いことから、ワーク材を成形させるときに用いられ金型内にある加圧流体を流体搬送路に流れ込ませて金型の吹付け口に搬送し、その後、再び流体開閉弁を閉じて流体が流体搬送路に流れないようにして、金型の吹付け口と蓋の開口との間の連通を絶ち、その後に蓋を金型から外すことで、ワーク材の蓋側を大気に開放し、金型に設けられた吹付け口から加圧流体を成形されたワーク材に吹付けることによって、ワーク材を蓋側に押し出して金型から離型させることを特徴とする。 The material molding apparatus according to the present invention includes a mold in which a workpiece material is disposed, a lid that holds the workpiece material in close contact with the mold, and a fluid that pressurizes and molds the workpiece material at a predetermined temperature. A material supply device for supplying fluid from an opening provided in the mold, wherein the mold has a spray port for spraying fluid onto the molded workpiece material, and is provided on the lid and the opening and the mold blowing port of via the fluid on-off valve for controlling a transport route of fluid connected by a fluid transport channel by opening and closing, opening and closing control of the fluid transport channel by the fluid on-off valve is molded workpiece material When supplying the fluid, the fluid is supplied from the fluid supplier to the opening provided in the lid, and at that time, the fluid on / off valve is closed so that the fluid does not flow to the fluid conveyance path. It is to put port so as not to supply fluid, shaping the workpiece material Owa After opens the fluid on-off valve, since the pressure of the fluid between the workpiece material which is molded to the lid is higher than the pressure in the fluid transport path, in the reference et Re mold when to shape the workpiece material some pressurized fluid is conveyed to the blowing port of the mold by flowing the fluid transport channel, then, as fluid again closed fluid-off valve does not flow through the fluid transport channel, a blowing port of the mold The communication with the opening of the lid was cut off, and then the lid was removed from the mold, so that the lid side of the workpiece material was opened to the atmosphere, and the pressurized fluid was molded from the spray port provided in the mold. By spraying on the workpiece material, the workpiece material is pushed out to the lid side and released from the mold.
本発明に係る材料の成形装置において、金型は、所定の間隔で、複数の吹付け口を有することを特徴とする。 In the material molding apparatus according to the present invention, the mold has a plurality of spray openings at predetermined intervals.
本発明に係る材料の成形装置において、ワーク材は、超塑性アルミニウム合金または超塑性チタニウム合金であることを特徴とする。 In the material molding apparatus according to the present invention, the workpiece material is a superplastic aluminum alloy or a superplastic titanium alloy.
本発明に係る材料の成形方法は、金型にワーク材を配置し、蓋をしてワーク材を金型と蓋の間に挟んで密着させる準備工程と、流体供給器から蓋に設けられた開口に流体を供給することにより、ワーク材を所定の温度で加圧して成形する成形工程と、蓋に設けられた開口と金型に設けられた吹付け口とを結ぶ流体搬送路に設けられ、流体搬送路の開閉により流体の搬送経路を制御する流体開閉弁を用い、成形工程のときには、流体開閉弁を閉じて流体が流体搬送路に流れないようにして流体供給器から金型に設けられた吹付け口へは流体を供給しないようにし、ワーク材の成形が終わった後は、流体開閉弁を開き、蓋と成形されたワーク材との間の流体の圧力が流体搬送路内の圧力より高いことから、ワーク材を成形させるときに用いられ金型内にある加圧流体を流体搬送路に流れ込ませて金型の吹付け口に搬送し、その後、再び流体開閉弁を閉じて流体が流体搬送路に流れないようにして、金型の吹付け口と蓋の開口との間の連通を絶ち、その後に蓋を金型から外すことで、ワーク材の蓋側を大気に開放し、金型に設けられた吹付け口から加圧流体を成形されたワーク材に吹付けることによって、ワーク材を蓋側に押し出して金型から離型させる離型工程と、を備えることを特徴とする。
The material molding method according to the present invention includes a preparatory step in which a work material is placed in a mold, a lid is attached and the work material is sandwiched between the mold and the lid, and a lid is provided from the fluid supplier. by supplying fluid to the opening, provided with workpiece material and the molding step of molding under pressure at a predetermined temperature, the fluid transport channel which connects the blowing port provided in the opening and the mold provided on the lid A fluid on / off valve that controls the fluid transport path by opening and closing the fluid transport path is used. During the molding process, the fluid on / off valve is closed so that fluid does not flow to the fluid transport path and is provided from the fluid supplier to the mold. Do not supply fluid to the blown nozzle, and after forming the work material, open the fluid on-off valve, and the pressure of the fluid between the lid and the formed work material is reduced in the fluid conveyance path. since higher pressures, et al. Re gold used when for shaping the workpiece material A pressurized fluid located within transported to blowing port of the mold by flowing the fluid transport channel, then, as fluid is again closed fluid-off valve does not flow into the fluid transport path, blowing mold The communication between the opening and the opening of the lid is cut off, and then the lid is removed from the mold, so that the lid side of the work material is opened to the atmosphere, and the pressurized fluid is formed from the spraying port provided in the mold. And a release step of pushing the workpiece material to the lid side and releasing it from the mold by spraying on the workpiece material.
本発明に係る材料の成形方法において、金型は、所定の間隔で、複数の吹付け口を有することを特徴とする。 In the material molding method according to the present invention, the mold has a plurality of spray ports at predetermined intervals.
本発明に係る材料の成形方法において、ワーク材は、超塑性アルミニウム合金または超塑性チタニウム合金であることを特徴とする。 In the material forming method according to the present invention, the workpiece material is a superplastic aluminum alloy or a superplastic titanium alloy.
上記のように本発明に係る材料の成形装置及び材料の成形方法によれば、成形された材料の成形精度をより向上させることができる。 As described above, according to the material molding apparatus and the material molding method according to the present invention, the molding accuracy of the molded material can be further improved.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。図1は、材料の成形装置10における構成を示す図である。まず、材料の成形装置10で成形されるワーク材12について説明する。
Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
ワーク材12には、いわゆる超塑性変形を生じる金属材料を用いることが好ましい。超塑性変形を生じる金属材料は、所定の温度で一定の歪速度を金属材料に加えることにより100%〜1000%程度の大きな伸びを生じさせることができる。そのため、超塑性変形を生じる金属材料を容易に変形させて所定の形状に成形することができる。勿論、他の条件次第では、ワーク材12は、超塑性変形を生じる金属材料に限定されることはなく、他の金属材料を使用することができる。
It is preferable to use a metal material that causes so-called superplastic deformation as the
超塑性変形を生じる金属材料には、超塑性アルミニウム合金や超塑性チタニウム合金等を用いることが好ましい。超塑性アルミニウム合金や超塑性チタニウム合金等を用いて自動車や航空機等の部品を成形することにより、部品を軽量化することができるからである。勿論、超塑性変形を生じる金属材料は、超塑性アルミニウム合金や超塑性チタニウム合金に限定されることはなく、他の超塑性変形を生じる金属材料を用いることができる。 It is preferable to use a superplastic aluminum alloy, a superplastic titanium alloy, or the like as the metal material that causes superplastic deformation. This is because the parts can be reduced in weight by forming parts such as automobiles and aircrafts using a superplastic aluminum alloy or a superplastic titanium alloy. Of course, the metal material that causes superplastic deformation is not limited to the superplastic aluminum alloy or the superplastic titanium alloy, and other metal materials that cause superplastic deformation can be used.
超塑性アルミニウム合金には、例えば、5083アルミニウム合金等の5000系アルミニウム合金(Al−Mg系アルミニウム合金)、2004アルミニウム合金等の2000系アルミニウム合金(Al−Cu系アルミニウム合金)または7475アルミニウム合金等の7000系アルミニウム合金(Al−Zn系アルミニウム合金)等を用いることができる。勿論、超塑性アルミニウム合金は、上記超塑性アルミニウム合金に限定されることはない。 Examples of superplastic aluminum alloys include 5000 series aluminum alloys (Al-Mg series aluminum alloys) such as 5083 aluminum alloys, 2000 series aluminum alloys (Al-Cu series aluminum alloys) such as 2004 aluminum alloys, and 7475 aluminum alloys. A 7000 series aluminum alloy (Al-Zn series aluminum alloy) or the like can be used. Of course, the superplastic aluminum alloy is not limited to the superplastic aluminum alloy.
超塑性チタニウム合金には、例えば、6質量%のアルミニウムと、4質量%のバナジウムとを含有するチタニウム合金(Ti−6Al−4V)、6質量%のアルミニウムと、2質量%の錫と、6質量%のジルコニウムと、2質量%のモリブデンとを含有するチタニウム合金(Ti6242)、4.5質量%のアルミニウムと、3質量%のバナジウムと、2質量%の鉄と、2質量%のモリブデンとを含有するチタニウム合金(SP700)等の超塑性チタニウム合金を用いることができる。勿論、超塑性チタニウム合金は、上記超塑性チタニウム合金に限定されることはない。 The superplastic titanium alloy includes, for example, a titanium alloy (Ti-6Al-4V) containing 6% by mass of aluminum and 4% by mass of vanadium, 6% by mass of aluminum, 2% by mass of tin, 6% Titanium alloy (Ti6242) containing 4.5 wt% zirconium, 2 wt% molybdenum, 4.5 wt% aluminum, 3 wt% vanadium, 2 wt% iron, 2 wt% molybdenum A superplastic titanium alloy such as a titanium alloy containing SP (SP700) can be used. Of course, the superplastic titanium alloy is not limited to the superplastic titanium alloy.
ワーク材12には、合成樹脂材料を用いることができる。合成樹脂材料を加熱することにより軟化させて、合成樹脂材料を容易に変形させて所定の形状に成形することができるからである。合成樹脂材料には、ポリスチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ABS樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。勿論、他の条件次第では、合成樹脂材料は、熱可塑性樹脂に限定されることはなく、熱硬化性樹脂でもよい。
A synthetic resin material can be used for the
ワーク材12には、金属材料または合成樹脂材料等のシート材が使用されることが好ましい。ワーク材12が金属材料の場合には、金属シート材の板厚は、例えば、0.8mm〜2.0mmである。勿論、他の条件次第では、ワーク材12の形状は、シート材に限定されることはない。
The
次に、材料の成形装置10について説明する。材料の成形装置10は、ワーク材12が配置される金型14と、ワーク材12を金型14と挟んで密着させる蓋16と、蓋16に設けられた開口30から導入され、ワーク材12を所定の温度で加圧して成形するための流体を供給する流体供給器18とを備えている。
Next, the
金型14は、ワーク材12を所定の形状に成形する機能を有している。金型14には、その略中央が掘り下げられてキャビティ20が設けられる。そして、金型14の内表面には、成形品の外形を模した形状を表す成形面22が形成される。ワーク材12は、成形面22に沿って密着して成形される。
The
金型14の成形面22からは、キャビティ20内における空気等の流体を金型14の外へ排出する排出口24が設けられる。排出口24により、ワーク材12が変形して成形面22に密着するときに、ワーク材12と成形面22とで囲まれて圧縮された流体を矢印Aで示すように外部に排出させることができる。
A
金型14の内部には、ワーク材12を加熱するために図示されない複数のヒータを埋め込むことができる。そして、ヒータが発する熱は、金型14の全体に伝導される。ヒータは、熱電素子等で構成することができる。また、金型14の温度は、図示されない制御装置等により自在に制御することができる。金型14の開口縁部26にはワーク材12が配置され、ヒータが発する熱でワーク材12を加熱することができる。
A plurality of heaters (not shown) can be embedded in the
蓋16は、金型14と挟んでワーク材12を密着させる機能を有し、金型14の略鉛直上方に配置される。そして、蓋16は、図示されないプラテン(加圧板)に固定されており、略鉛直方向に移動可能に設けられる。蓋16の縁部28は、金型14の開口縁部26とともに、金型14の上に配置されたワーク材12の周縁部分を挟み込む。これにより、ワーク材12は、その周縁部分が金型14と蓋16とにより挟持される。蓋は、例えば、金属材料を機械加工等して製造することができる。
The
また、蓋16の内部には、金型14と同様に複数のヒータを埋め込むことができる。そして、金型14に埋め込まれたヒータとともに、金型14と蓋16とで挟持されたワーク材12を、所定の温度に加熱することができる。
In addition, a plurality of heaters can be embedded in the
ここで、ワーク材12の加熱には、金型14や蓋16に埋め込まれたヒータによる加熱方法に限定されることなく、例えば、加熱炉等の加熱装置を用いて加熱してもよい。加熱炉内に金型14と蓋16とで挟持されたワーク材12をセットすることにより、ワーク材12を所定の温度まで加熱することができる。加熱炉等には、金属材料の熱処理等に使用される一般的な加熱設備を使用することができる。
Here, the heating of the
蓋16には、ワーク材12を加圧して成形するための流体が導入される開口30が形成される。蓋16に設けられた開口30から矢印Bに示すように、蓋16内側に流体を供給することができる。そして、蓋16の内側に流体を供給することにより、蓋16とワーク材12で密閉された空間31を昇圧することができる。これにより、ワーク材12は流体により加圧され、金型14の成形面22に向けてワーク材12を変形させることができる。
The
蓋16に設けられた開口30から導入される流体は、アルゴンガス等の不活性ガス、空気、窒素ガス、炭酸ガス等の気体を用いることができる。勿論、他の条件次第では、流体は、気体に限定されることはなく、液体でもよい。
As the fluid introduced from the
なお、図1に示す材料の成形装置10では、上側に蓋16が配置され、下側に金型14が配置されているが、金型14と蓋16との配置は、このような配置に限定されることはない。例えば、上側に金型14が配置され、下側に蓋16が配置されるようにしてもよい。
In the
流体供給器18は、ワーク材12を加圧して成形するための流体を供給し、蓋16とワーク材12とで密閉された空間31を昇圧する機能を有する。流体供給器18には、コンプレッサ、例えば、エアコンプレッサを用いることができる。勿論、流体供給器18は、コンプレッサに限定されることはない。流体供給器18と蓋16の開口30とは、流体を供給するための配管等で結ばれており、配管等で流体を供給することにより、蓋16とワーク材12で密閉された空間31を、例えば、5MPaに昇圧することができる。
The
材料の成形装置10において、金型14は、成形されたワーク材12へ流体を吹付けるための吹付け口34を有し、蓋16に設けられた開口30と金型14の吹付け口34とは、流体搬送路36で結ばれ、流体搬送路36は、流体を開閉するための弁38を有している。
In the
金型14は、成形されたワーク材12へ、ワーク材12の加圧に使用した昇圧された流体を吹付けるための吹付け口34を有している。成形されたワーク材12へ昇圧された流体を吹付けることにより、成形されたワーク材12を金型14から離型することができる。吹付け口34は、例えば、一般的な金属材料の機械加工により金型14に設けることができる。
The
吹付け口34の内径は、1mm以下であることが好ましい。吹付け口34の内径が大きい場合には、成形されたワーク材12に吹付け口34の形状の跡が形成される可能性があるからである。勿論、他の条件次第では、吹付け口34の大きさは、上記サイズに限定されることはない。また、吹付け口34の断面形状は、円形状とすることができるが、特に、限定されることなく、多角形状等でもよい。
The inner diameter of the
金型14の吹付け口34は、所定の間隔で複数個が設けられることが好ましい。吹付け口34を金型14に複数個設けることにより、成形面22に貼り付いた成形されたワーク材12に、より均一に加圧された流体を吹付けることができるからである。それにより、金型14から離型された成形品の歪や変形等を抑制することができるからである。
It is preferable that a plurality of
吹付け口34の数量や配置は、成形品の形状に応じて変えることができる。吹付け口34は、金型14から成形されたワーク材12をより均一に押し上げて離型することができるように、成形品の形状等に合わせて配置される。金型14には、例えば、略均等の間隔で複数個の吹付け口34を設けることができる。勿論、所定の間隔は、略均等の間隔に限定されることはなく、異なる間隔でもよい。
The quantity and arrangement of the
蓋16に設けられた開口30と金型14の吹付け口34とは、流体搬送配管36で結ばれる。流体搬送配管36は、ワーク材12を加圧した流体を、金型14の吹付け口34へ搬送する流体搬送路としての機能を有している。流体搬送配管36には、気体の搬送に用いられる配管である一般的なガス配管や、液体の搬送に用いられる一般的な液体配管を使用することができる。勿論、他の条件次第では、流体搬送配管36は、上記配管等に限定されることはない。
The
また、ワーク材12を連続して成形する場合には、所定の温度、例えば、500℃に加熱された流体が流体搬送配管36で搬送される。そのため、流体搬送配管36には、耐熱性材料等により製造された耐熱性を有する配管等を使用することが好ましい。
Further, when the
また、金型14に吹付け口34が所定の間隔で複数個設けられる場合には、例えば、蓋16の開口30と結ばれた流体搬送配管36を分岐させた後、分岐させた流体搬送配管36を金型14の吹付け口34に接続させた流体搬送配管網を形成させることにより流体を搬送することができる。流体搬送配管網は、蓋16の開口30と結ばれた流体搬送配管36を、例えば、金型14の吹付け口34の数だけ分岐させて、各々分岐させた流体搬送配管36を金型14の吹付け口34に接続させることにより設けることができる。勿論、流体搬送配管36の配置方法は、上記方法に限定されることはない。
When a plurality of
流体搬送配管36は、流体を開閉するための弁38を有している。まず、ワーク材12を流体で加圧して成形する場合には、弁38を閉じることにより、蓋16とワーク材12との間の空間31を流体で昇圧することができる。そして、ワーク材12を流体で加圧し成形面22に密着させた後に、弁38を開けることにより、昇圧された流体を流体搬送配管36で搬送することができる。そして、再び、弁38を閉めることにより、蓋16を開けて、金型14の吹付け口34から成形されたワーク材12へ流体を吹付けることができる。このような弁38の開閉は、例えば、図示されない制御装置等により自動で行うことができる。
The
ここで、吹付け口34が金型14に複数個設けられる場合には、流体搬送配管36が分岐する前に、弁38が設けられることが好ましい。弁38が、蓋16の開口30と流体搬送配管36の分岐点の間に配置されることにより、1個の弁38で、複数個の吹付け口34から吹付けられる流体の開閉を制御できるからである。勿論、他の条件次第では、弁38の配置や数量は限定されることはない。
Here, when a plurality of the
また、ワーク材12を連続して成形する場合には、所定の温度、例えば、500℃に加熱された流体が流体搬送配管36で搬送される。そのため、弁38には、耐熱性材料等により製造された耐熱性を有する弁38が使用されることが好ましい。勿論、他の条件次第では、弁38は、上記弁38に限定されることはない。また、流体に気体を用いる場合には、一般的な気体用の弁が使用され、流体に液体を用いる場合には、一般的な液体用の弁が使用される。
Further, when the
次に、材料の成形装置10における動作について説明する。図2から図5は、材料の成形装置10における動作を示す図である。図2は、ワーク材12を材料の成形装置10にセットした状態を示す図である。図3は、ワーク材12を流体で加圧して成形している状態を示す図である。図4は、ワーク材12の加圧に用いた流体を流体搬送配管36で搬送している状態を示す図である。図5は、ワーク材12の加圧に用いた流体を成形されたワーク材12に吹付けて金型14から離型する様子を示す図である。また、図2から図5において、ワーク材12の成形時における流体の流れを実線の矢印で示し、ワーク材12の離型時における流体の流れを破線の矢印で示した。
Next, the operation of the
図2に示すように、ワーク材12は、金型14と蓋16とに挟持されて、材料の成形装置10にセットされる。ワーク材12は、金型14と蓋16とを図示されないプラテン(加圧板)等の加圧装置で加圧されることにより、金型14と蓋16とに挟まれて密着される。そして、ワーク材12は、金型14や蓋16に埋め込まれたヒータ等により、所定の温度、例えば、500℃まで加熱される。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように、コンプレッサ等の流体供給器18からワーク材12を加圧する流体が、蓋16の開口30から蓋16とワーク材12とで密閉された空間31に導入される。このとき、流体搬送配管36に設けられた流体を開閉する弁38は、流体が流体搬送配管36に流れないように閉じられる。そして、流体は、流体供給器18等により、例えば、5MPaに昇圧され、加熱されたワーク材12を加圧する。それにより、流体は、ワーク材12を所定の歪速度で変形させて金型14の成形面22に密着させる。ワーク材12と金型14との間の空気等の気体は、金型14に設けられた排出口24から排気される。
As shown in FIG. 3, a fluid that pressurizes the
図4に示すように、ワーク材12が成形された後、流体搬送配管36に設けられた流体を開閉する弁38が開けられる。蓋16と成形されたワーク材12との間の流体の圧力は、例えば、5MPaに昇圧されており、流体搬送配管36中の圧力よりも高い。そのため、流体は、圧力のより低い流体搬送配管36へ流れ込む。そして、流体は、流体搬送配管36で金型14の吹付け口34へ搬送される。流体が流体搬送配管36で搬送された後、再び、弁38が閉じられる。
As shown in FIG. 4, after the
図5に示すように、蓋16が成形されたワーク材12から取り外され、流体搬送配管36で搬送されない残留した流体が開放される。蓋16が外されると、流体搬送配管36の中の流体の圧力は、開放された空間の圧力、例えば、大気圧よりも圧力が高くなるため、流体搬送配管36で搬送された流体が、圧力差により、金型14の吹付け口34から吹出して成形されたワーク材12に吹付けられる。そして、成形されたワーク材12が流体で押し上げられることにより、成形されたワーク材12が金型14から離型される。そして、連続してワーク材12を成形する場合には、図2に示すように、新たなワーク材12が材料の成形装置10にセットされる。
As shown in FIG. 5, the
次に、上記構成における材料の成形装置10を使用した材料の成形方法について詳細に説明する。図6は、材料の成形方法を示すフローチャートである。材料の成形方法は、準備工程(S10)と、成形工程(S12)と、離型工程(S14)とを含んで構成される。
Next, a material forming method using the
準備工程(S10)は、金型14にワーク材12を配置し、ワーク材12を金型14と挟んで蓋16で密着させて準備する工程である。
The preparation step (S10) is a step in which the
ワーク材12、例えば、超塑性アルミニウム合金ワーク材12が、金型14に配置される。そして、ワーク材12は、金型14と蓋16とで挟持され、プラテン(加圧板)等で金型14と蓋16とに密着して配置される。
A
成形工程(S12)は、蓋16に設けられた開口30から導入される流体で、ワーク材12を加圧して成形する工程である。
The forming step (S12) is a step of forming the
ワーク材12は、金型14や蓋16に埋め込まれたヒータにより所定の温度まで加熱される。ここで、ワーク材12が超塑性変形を生じる金属材料である場合には、所定の温度は、ワーク材12が超塑性変形を生じる温度とすることが好ましい。超塑性変形が生じる温度でワーク材12を加熱することにより、ワーク材12を容易に変形させて成形加工することができるからである。勿論、他の条件次第では、ワーク材12の加熱温度は、上記温度に限定されることはない。
The
ワーク材12が超塑性アルミニウム合金である場合には、加熱温度は、400℃〜500℃であることが好ましい。また、ワーク材12が超塑性チタニウム合金である場合には、加熱温度は、750℃〜950℃であることが好ましい。超塑性アルミニウム合金及び超塑性チタニウム合金は、上記温度範囲で超塑性変形を生じさせることができるからである。
When the
所定の温度に加熱されたワーク材12は、コンプレッサ等の流体供給器18から供給され、蓋16に設けられた開口30から導入される流体により加圧される。そして、流体でワーク材12を加圧する場合には、流体搬送路である流体搬送配管36に設けられる流体を開閉する弁38は、流体が流体搬送配管36へ流れないようにするために閉じられる。
The
ワーク材12を加圧する流体には、上述したように、例えば、空気、窒素ガス、炭酸ガスまたはアルゴンガス等の不活性ガスの気体を用いることができる。勿論、他の条件次第では、流体は、気体に限定されることはなく、液体等を用いることができる。
As described above, for example, air, nitrogen gas, carbon dioxide gas, or an inert gas such as argon gas can be used as the fluid for pressurizing the
ワーク材12を加圧する流体は、ワーク材12が超塑性変形を生じる金属材料である場合には、ワーク材12が超塑性変形を生じる所定の歪速度でワーク材12を加圧することが好ましい。超塑性変形が生じる歪速度でワーク材12を加圧することにより、ワーク材12を容易に変形させて成形加工することができるからである。流体のブロー圧は、例えば、5MPa〜50MPaとすることが好ましい。勿論、他の条件次第では、流体のブロー圧は、上記圧力範囲に限定されることはない。
When the
ワーク材12が超塑性アルミニウム合金である場合には、超塑性アルミニウム合金ワーク材12の歪速度が、1.0×10−3/s〜1.0/sとなるように流体で加圧されることが好ましい。ワーク材12が超塑性チタニウム合金である場合には、超塑性チタニウム合金ワーク材12の歪速度が、1.0×10−4/s〜1.0/sとなるように流体で加圧されることが好ましい。超塑性アルミニウム合金及び超塑性チタニウム合金は、上記歪速度の範囲で超塑性変形を生じさせることができるからである。勿論、他の条件次第では、ワーク材12の歪速度は、上記歪速度に限定されることはない。
When the
離型工程(S14)は、成形されたワーク材12を金型14から離型する工程である。
The mold release step (S14) is a step of releasing the molded
流体搬送配管36に設けられた弁38を開けることにより、ワーク材12を加圧した流体を流体搬送配管36へ流し搬送する。蓋16に設けられた開口30と金型14の吹付け口34とは、流体搬送配管36で結ばれているので、流体は、金型14の吹付け口34まで搬送される。そして、弁38を閉めてから、蓋16を開けて、成形されたワーク材12へ流体を吹付けることにより、成形されたワーク材12は、金型14の吹付け口34から吹付ける流体で押し上げられ、金型14から離型される。
By opening a
また、金型14の吹付け口34が、金型14に、所定の間隔で複数個設けられている場合には、複数の吹付け口34から流体が吹付けられるため、成形されたワーク材12をより均一に押し上げて、金型14から離型することができる。
Further, when a plurality of
ワーク材12が、例えば、2000系アルミニウム合金や7000系アルミニウム合金の場合には、成形後に機械的特性を向上等させるため熱処理してもよい。成形後に、溶体化処理、人工時効処理等を行なうことで、成形されたワーク材12の強度をより向上させることができるからである。勿論、ワーク材12が金属材料であっても熱処理しないで用いることができる。
In the case where the
上記成形品は、車両用部品や航空機用部品として用いることができる。車両用部品、特に、自動車部品としては、例えば、フェンダー、エンジンフードの外板や内板、ラゲージの外板や内板、ドアの外板や内板に用いることができる。勿論、上記成形品は、上記用途に限定されることはない。 The molded article can be used as a vehicle part or an aircraft part. As vehicle parts, in particular, automobile parts, for example, they can be used for fenders, engine hood outer plates and inner plates, luggage outer plates and inner plates, door outer plates and inner plates. Of course, the molded article is not limited to the above application.
上記構成によれば、ワーク材を加圧した流体を成形されたワーク材に吹付けることにより、成形されたワーク材の歪や変形を抑えて金型から離型することができる。それにより、成形品の寸法精度等の成形精度をより向上させることができる。 According to the said structure, the distortion and deformation | transformation of the shape | molded workpiece | work material can be suppressed, and it can release from a metal mold | die by spraying the fluid which pressurized the workpiece | work material on the shape | molded workpiece | work material. Thereby, the molding accuracy such as the dimensional accuracy of the molded product can be further improved.
上記構成によれば、金型の吹付け口が、金型に、所定の間隔で複数個設けられていることにより、より均一に流体を成形されたワーク材に吹付けて、金型から成形されたワーク材を離型することができる。それにより、成形品の寸法精度等の成形精度を更に向上させることができる。 According to the above configuration, a plurality of spray ports of the mold are provided at predetermined intervals on the mold, so that the fluid is sprayed more uniformly on the work material formed and molded from the mold. The formed workpiece material can be released. Thereby, the molding accuracy such as the dimensional accuracy of the molded product can be further improved.
上記構成によれば、ワーク材の成形加工に用いた流体を利用して、成形されたワーク材の離型を行うので、新たなコンプレッサ等の設備を必要とすることがないため成形品の製造コスト等を抑えることができる。 According to the above configuration, since the molded workpiece material is released using the fluid used for molding the workpiece material, there is no need for a new compressor or the like, so that the molded product can be manufactured. Costs can be reduced.
上記構成によれば、ワーク材を加圧した流体を成形されたワーク材に吹付けることにより、容易に金型から成形されたワーク材を歪や変形を抑えて離型することができるために、連続してワーク材を成形する場合においても成形サイクルをより迅速に回すことができ、成形品の生産性がより向上する。 According to the above-described configuration, the workpiece material molded from the mold can be easily released from the mold while suppressing the distortion and deformation by spraying the fluid pressurized the workpiece material onto the molded workpiece material. Even when workpiece materials are continuously molded, the molding cycle can be rotated more rapidly, and the productivity of the molded product is further improved.
10 材料の成形装置、12 ワーク材、14 金型、16 蓋、18 流体供給器、20 キャビティ、22 成形面、24 排出口、26 金型の開口縁部、28 蓋の縁部、30 開口、34 吹付け口、36 流体搬送配管、38 弁。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
を備える材料の成形装置であって、
金型は、成形されたワーク材へ流体を吹付けるための吹付け口を有し、
蓋に設けられた開口と金型の吹付け口とは、開閉により流体の搬送経路を制御する流体開閉弁を介して流体搬送路で結ばれ、
流体開閉弁による流体搬送路の開閉制御は、
ワーク材を成形するときには、流体供給器から蓋に設けられた開口に流体を供給し、そのとき、流体開閉弁を閉じて流体が流体搬送路に流れないようにして流体供給器から金型に設けられた吹付け口へは流体を供給しないようにし、
ワーク材の成形が終わった後は、流体開閉弁を開き、蓋と成形されたワーク材との間の流体の圧力が流体搬送路内の圧力より高いことから、ワーク材を成形させるときに用いられ金型内にある加圧流体を流体搬送路に流れ込ませて金型の吹付け口に搬送し、
その後、再び流体開閉弁を閉じて流体が流体搬送路に流れないようにして、金型の吹付け口と蓋の開口との間の連通を絶ち、
その後に蓋を金型から外すことで、ワーク材の蓋側を大気に開放し、金型に設けられた吹付け口から加圧流体を成形されたワーク材に吹付けることによって、ワーク材を蓋側に押し出して金型から離型させることを特徴とする材料の成形装置。 Fluid supply that supplies a mold for placing the workpiece material, a lid that holds the workpiece material in close contact with the mold, and a fluid for pressurizing and molding the workpiece material at a predetermined temperature from an opening provided in the lid And
A material molding apparatus comprising:
The mold has a spray port for spraying fluid onto the molded workpiece material,
The opening provided in the lid and the spray port of the mold are connected by a fluid conveyance path via a fluid on-off valve that controls the fluid conveyance path by opening and closing ,
The opening / closing control of the fluid conveyance path by the fluid opening / closing valve
When forming the workpiece material, fluid is supplied from the fluid supplier to the opening provided in the lid, and at that time, the fluid on-off valve is closed so that the fluid does not flow into the fluid conveyance path. It is to provided a spraying mouth so as not to supply fluid,
After the work material has been formed, the fluid on-off valve is opened and the fluid pressure between the lid and the formed work material is higher than the pressure in the fluid transfer path. the pressurized fluid within roasted mold is transported to blowing port of the mold by flowing the fluid transport channel,
Thereafter, as the fluid is again closed fluid-off valve does not flow into the fluid transport path, it cuts off the communication between the opening of the blowing port and the lid of the mold,
After that, by removing the lid from the mold, the lid side of the workpiece material is opened to the atmosphere, and the workpiece fluid is sprayed onto the molded workpiece material from the spray port provided in the mold. An apparatus for molding a material, characterized in that the material is extruded to the lid side and released from the mold.
金型は、所定の間隔で、複数の吹付け口を有することを特徴とする材料の成形装置。 A material molding apparatus according to claim 1,
A molding apparatus for a material, wherein the mold has a plurality of spray ports at predetermined intervals.
ワーク材は、超塑性アルミニウム合金または超塑性チタニウム合金であることを特徴とする材料の成形装置。 The material molding apparatus according to claim 1 or 2,
An apparatus for forming a material, wherein the work material is a superplastic aluminum alloy or a superplastic titanium alloy.
流体供給器から蓋に設けられた開口に流体を供給することにより、ワーク材を所定の温度で加圧して成形する成形工程と、
蓋に設けられた開口と金型に設けられた吹付け口とを結ぶ流体搬送路に設けられ、流体搬送路の開閉により流体の搬送経路を制御する流体開閉弁を用い、成形工程のときには、流体開閉弁を閉じて流体が流体搬送路に流れないようにして流体供給器から金型に設けられた吹付け口へは流体を供給しないようにし、ワーク材の成形が終わった後は、流体開閉弁を開き、蓋と成形されたワーク材との間の流体の圧力が流体搬送路内の圧力より高いことから、ワーク材を成形させるときに用いられ金型内にある加圧流体を流体搬送路に流れ込ませて金型の吹付け口に搬送し、その後、再び流体開閉弁を閉じて流体が流体搬送路に流れないようにして、金型の吹付け口と蓋の開口との間の連通を絶ち、その後に蓋を金型から外すことで、ワーク材の蓋側を大気に開放し、金型に設けられた吹付け口から加圧流体を成形されたワーク材に吹付けることによって、ワーク材を蓋側に押し出して金型から離型させる離型工程と、
を備えることを特徴とする材料の成形方法。 A preparatory step of placing a work material on a mold, covering the work material between the mold and the lid, and attaching the work material to the mold;
A molding step of pressurizing and molding a workpiece material at a predetermined temperature by supplying a fluid from a fluid supplier to an opening provided in the lid;
Provided in the fluid transport path connecting the blowing port provided in the opening and the mold provided on the lid, using a fluid-off valve that controls the transport path of the fluid by opening and closing the fluid transport channel, when the molding process, close the fluid on-off valve to prevent fluid from supply fluid so as not flow the fluid delivery path from the fluid supply to the spraying mouth provided in the mold, after molding of the workpiece material is over, open the fluid shutoff valve, since the pressure of the fluid between the workpiece material which is molded to the lid is higher than the pressure in the fluid transport path, pressurized fluid in using et Re in the mold when making molded workpiece material was allowed to flow into the fluid transport channel is conveyed to the blowing port of the mold, then prevented from flowing to the fluid transport channel fluid again closed fluid-off valve, and the opening of the blowing port and the lid of the mold The work material lid can be removed by removing the lid and then removing the lid from the mold. The open to the atmosphere, by spraying the workpiece material molded pressurized fluid from blowing port provided in the mold, a release step of releasing from the mold by extruding the workpiece material on the lid side,
A method of forming a material, comprising:
金型は、所定の間隔で、複数の吹付け口を有することを特徴とする材料の成形方法。 A method for molding a material according to claim 4,
The metal mold has a plurality of spray holes at a predetermined interval.
ワーク材は、超塑性アルミニウム合金または超塑性チタニウム合金であることを特徴とする材料の成形方法。 A method for molding a material according to claim 4 or 5,
A method for forming a material, wherein the work material is a superplastic aluminum alloy or a superplastic titanium alloy.
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