JP6475753B2 - 成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、フランジ付きの金属パイプを成形する成形装置に関する。

従来、加熱した金属パイプ材料内に気体を供給して膨張させることによって成形を行う成形装置が知られている。例えば、特許文献１に示す成形装置は、互いに対となる上型及び下型と、上型と下型との間で金属パイプ材料を保持する保持部と、保持部に保持された金属パイプ材料内に気体を供給する気体供給部と、を備えている。この成形装置では、上型と下型との間で保持された状態の金属パイプ材料内に気体を供給することによって、金属パイプ材料を膨張させて金型の形状に対応する形状に成形することができる。

特開２００３−１５４４１５号公報

ここで、金属パイプにフランジを成形することが要請されていた。上述のような成形装置でフランジ付きの金属パイプを成形する場合、フランジ成形用の容積の小さいキャビティを金型に形成しておき、金属パイプを膨張成形して、フランジ成形用のキャビティで金属パイプ材料の一部を押し潰すことでフランジを成形することができる。このような場合、単に金属パイプ材料の一部を押し潰すことでフランジ部を成形する場合、フランジ部に弛みや捩れ等が発生する可能性があり、成形品の品質を更に向上させることが要請されていた。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、成形品の品質を向上できる成形装置を提供することを目的とする。

本発明に係る成形装置は、フランジ付きの金属パイプを成形する成形装置であって、互いに対となる第１の金型及び第２の金型と、第１の金型及び第２の金型の少なくとも一方を移動させるスライドと、スライドを移動させるための駆動力を発生させるサーボモータを備える駆動部と、第１の金型と第２の金型との間で金属パイプ材料を保持する保持部と、保持部に保持された金属パイプ材料内に気体を供給する気体供給部と、駆動部、保持部及び気体供給部を制御する制御部と、を備え、制御部は、保持部によって第１の金型と第２の金型との間で保持された金属パイプ材料内に気体を供給することによって、金属パイプ材料を膨張成形するように気体供給部を制御し、膨張した金属パイプ材料の一部を第１の金型及び第２の金型で押し潰すことによってフランジ部を成形するように駆動部を制御し、サーボモータを制御することによって、フランジ部の成形中にスライドの移動速度を変化させる。

本発明に係る成形装置では、制御部は、保持部によって第１の金型と第２の金型との間で保持された金属パイプ材料内に気体を供給することによって、金属パイプ材料を膨張成形ように気体供給部を制御する。これによって、金属パイプ材料は第１の金型及び第２の金型に対応する形状に膨張成形される。また、制御部は、膨張した金属パイプ材料の一部を第１の金型及び第２の金型で押し潰すことによってフランジ部を成形するように駆動部を制御する。ここで、制御部は、サーボモータを制御することによって、フランジ部の成形中にスライドの移動速度を変化させる。従って、フランジ部の形状等に合わせた適切な移動速度でプレスの動作を制御することが可能となる。従って、成形品の品質を向上することができる。

本発明に係る成形装置において、制御部は、フランジ部の成形中に、スライドの所定時間ごとの移動量を段階的に変化させてよい。これによって、フランジ部の割れを生じさせにくくさせることができ、フランジ部の変形量を大きくし、成形性を向上させることができる。

本発明に係る成形装置において、制御部は、フランジ部の成形中に、スライドの移動位置を曲線的に変化させてよい。これによって、曲げ位置の寸法精度の安定性を向上、耐衝撃・耐疲労破壊の性能を向上させることができる。

本発明に係る成形装置では、制御部は、フランジ部の成形時において、成形初期に比して成形後期におけるスライドの所定時間ごとの移動量を大きくしてよい。これにより、成形初期にはスライドの所定時間ごとの移動量を小さくすることで、金属パイプ材料を急激に変形させないように少しずつ金属パイプ材料を押し潰すことができる。一方、ある程度金属パイプ材料を変形させた成形後期には、スライドの所定時間ごとの移動量を大きくすることで、速やかにフランジ部の最終形状を成形することができる。

本発明によれば、成形品の品質を向上することができる。

本発明の実施形態に係る成形装置の概略構成図である。 図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であって、ブロー成形金型の概略断面図である。 成形装置による製造工程を示す図であって、（ａ）は金型内に金属パイプ材料がセットされた状態を示す図、（ｂ）は金属パイプ材料が電極に保持された状態を示す図である。 成形装置によるブロー成形工程とその後の流れを示す図である。 電極周辺の拡大図であって、（ａ）は電極が金属パイプ材料を保持した状態を示す図であり、（ｂ）は電極にブロー機構が当接した状態を示す図であり、（ｃ）は電極の正面図である。 ブロー成形金型の動作と金属パイプ材料の形状の変化を示す図であり、（ａ）は金属パイプ材料をブロー成形金型にセットした時点の状態を示す図であり、（ｂ）はブロー成形時の状態を示す図であり、（ｃ）はプレスによりフランジ部が成形された状態を示す図である。 制御部によるスライドの速度制御の態様の一例を示すグラフである。 制御部によるスライドの速度制御の態様の一例を示すグラフである。

〈成形装置の構成〉
図１に示しているように、フランジ付きの金属パイプを成形する成形装置１０は、上型（第１の金型）１２及び下型（第２の金型）１１からなるブロー成形金型１３と、上型１２及び下型１１の少なくとも一方を移動させるスライド８２と、スライド８２を移動させるための駆動力を発生させる駆動部８１と、上型１２と下型１１との間に金属パイプ材料１４を水平に保持するパイプ保持機構（保持部）３０と、このパイプ保持機構３０で保持されている金属パイプ材料１４に通電して加熱する加熱機構５０と、加熱された金属パイプ材料１４に高圧ガスを吹込むブロー機構（気体供給部）６０と、駆動部８１、パイプ保持機構３０、加熱機構５０及びブロー機構６０を制御する制御部７０と、ブロー成形金型１３を強制的に水冷する水循環機構７２とを備えて構成されている。制御部７０は、金属パイプ材料１４が焼入れ温度（ＡＣ３変態点温度以上）に加熱されたときにブロー成形金型１３を閉じるとともに加熱された金属パイプ材料１４に高圧ガスを吹込む等の一連の制御を行う。なお、以下の説明では、完成品に係るパイプを金属パイプ８０（図４（ｂ）参照）と称し、完成に至る途中の段階のパイプを金属パイプ材料１４と称するものとする。

下型１１は、大きな基台１５に固定されている。また下型１１は、大きな鋼鉄製ブロックで構成されて、その上面にキャビティ（凹部）１６を備える。更に下型１１の左右端（図１において左右端）近傍には電極収納スペース１１ａが設けられ、当該スペース１１ａ内にアクチュエータ（図示しない）で上下に進退動可能に構成された第１電極１７と第２電極１８を備えている。これら第１、第２電極１７、１８の上面には、金属パイプ材料１４の下側外周面に対応した半円弧状の凹溝１７ａ、１８ａが形成されていて（図５（ｃ）参照）、当該凹溝１７ａ、１８ａの部分に丁度金属パイプ材料１４が嵌り込むように載置可能とされている。また、第１、第２電極１７、１８の正面（金型の外側方向の面）は凹溝１７ａ、１８ａに向って周囲がテーパー状に傾斜して窪んだテーパー凹面１７ｂ、１８ｂが形成されている。なお、下型１１には冷却水通路１９が形成され、略中央に下から差し込まれた熱電対２１を備えている。この熱電対２１はスプリング２２で上下移動自在に支持されている。

なお、下型１１側に位置する一対の第１、第２電極１７、１８はパイプ保持機構３０を兼ねており、金属パイプ材料１４を、上型１２と下型１１との間に昇降可能に水平に支えることができる。また、熱電対２１は測温手段の一例を示したに過ぎず、輻射温度計や光温度計のような非接触型温度センサであってもよい。なお、通電時間と温度との相関が得られれば、測温手段は省いて構成することも十分可能である。

上型１２は、下面にキャビティ（凹部）２４を備え、冷却水通路２５を内蔵した大きな鋼鉄製ブロックである。上型１２は、上端部をスライド８２に固定されている。そして、上型１２が固定されたスライド８２は、加圧シリンダ２６で吊され、ガイドシリンダ２７で横振れしないようにガイドされる。本実施形態に係る駆動部８１は、スライド８２を移動させるための駆動力を発生させるサーボモータ８３を備えている。駆動部８１は、加圧シリンダ２６を駆動させる流体（加圧シリンダ２６として油圧シリンダを採用する場合は、動作油）を当該加圧シリンダ２６へ供給する流体供給部によって構成されている。制御部７０は、駆動部８１のサーボモータ８３を制御することによって、加圧シリンダ２６へ供給する流体の量を制御することにより、スライド８２の移動を制御することができる。なお、駆動部８１は、上述のように加圧シリンダ２６を介してスライド８２に駆動力を付与するものに限られず、例えば、スライド８２に駆動部を機械的に接続させてサーボモータ８３が発生する駆動力を直接的に又は間接的にスライド８２へ付与するものであってもよい。なお、本実施形態では、上型１２のみが移動するものであるが、上型１２に加えて、または上型１２に代えて下型１１が移動するものであってもよい。

また上型１２の左右端（図１において左右端）近傍に設けられた電極収納スペース１２ａ内には、下型１１と同じく、アクチュエータ（図示しない）で上下に進退動可能に構成された第１電極１７と第２電極１８を備えている。これら第１、第２電極１７、１８の下面には、金属パイプ材料１４の上側外周面に対応した半円弧状の凹溝１７ａ、１８ａが形成されていて（図５（ｃ）参照）、当該凹溝１７ａ、１８ａに丁度金属パイプ材料１４が嵌合可能とされている。また、第１、第２電極１７、１８の正面（金型の外側方向の面）は凹溝１７ａ、１８ａに向って周囲がテーパー状に傾斜して窪んだテーパー凹面１７ｂ、１８ｂが形成されている。即ち、上下一対の第１、第２電極１７、１８で金属パイプ材料１４を上下方向から挟持すると、丁度金属パイプ材料１４の外周を全周に渡って密着するように取り囲むことができるように構成されている。

次に、ブロー成形金型１３を側面方向から見た概略断面を図２に示している。これは図１における矢視ＩＩ−ＩＩ線に沿うブロー成形金型１３の断面図であって、ブロー成形時の金型位置の状態を示している。側面視した場合、上型１２と下型１１はいずれもその表面に複雑な段差が形成されている。

上型１２の表面には、上型１２のキャビティ２４表面を基準ラインＬＶ１とすると、第１突起１２ｂ、第２突起１２ｃ、第３突起１２ｄが形成されている。キャビティ２４の右側（図２において右側）に最も突出した第１突起１２ｂが形成され、キャビティ２４の左側（図２において左側）に階段状に第２突起１２ｃ及び第３突起１２ｄが形成されている。一方、下型１１の表面は、下型１１のキャビティ１６表面を基準ラインＬＶ２とすると、キャビティ１６の右側（図２において右側）に第１凹部１１ｂ、キャビティ１６の左側（図２において左側）に第１突起１１ｃが形成されている。また、上型１２の第１突起１２ｂは丁度下型１１の第１凹部１１ｂと嵌合可能とされている。また上型１２の第２突起１２ｃと第３突起１２ｄの段差部分に、下型１１の第１突起１１ｃが嵌合可能とされている。このように構成されている結果として、図２に示している通り、ブロー成形時の金型位置においては、メインキャビティ部ＭＣの横に容積の小さなサブキャビティ部ＳＣが形成される構成となっている。メインキャビティ部ＭＣは金属パイプ８０におけるパイプ部８０ａを成形する部分であり、サブキャビティ部ＳＣは金属パイプ８０におけるフランジ部８０ｂを成形する部分である。

加熱機構５０は、電源５１と、この電源５１から延びて第１電極１７と第２電極１８に接続している導線５２と、この導線５２に介設したスイッチ５３とを有してなる。

ブロー機構６０は、高圧ガス源６１と、この高圧ガス源６１で供給された高圧ガスを溜めるアキュムレータ６２と、このアキュムレータ６２からシリンダユニット４２まで延びている第１チューブ６３と、この第１チューブ６３に介設されている圧力制御弁６４及び切替弁６５と、アキュムレータ６２からシール部材４４内に形成されたガス通路４６まで延びている第２チューブ６７と、この第２チューブ６７に介設されているオンオフ弁６８及び逆止弁６９とからなる。なお、シール部材４４の先端は先細となるようにテーパー面４５が形成されており、第１、第２電極のテーパー凹面１７ｂ、１８ｂに丁度嵌合当接することができる形状に構成されている（図５参照）。なお、シール部材４４は、シリンダロッド４３を介してシリンダユニット４２に連結されていて、シリンダユニット４２の作動に合わせて進退動することが可能となっている。また、シリンダユニット４２はブロック４１を介して基台１５上に載置固定されている。

圧力制御弁６４は、シール部材４４側から要求される押力に適応した作動圧力の高圧ガスをシリンダユニット４２に供給する役割を果たす。逆止弁６９は、第２チューブ６７内で高圧ガスが逆流することを防止する役割を果たす。制御部７０は、（Ａ）から（Ａ’）へ情報が伝達されることで、熱電対２１から温度情報を取得し、加圧シリンダ２６、スイッチ５３、切替弁６５及びオンオフ弁６８等を制御する。

水循環機構７２は、水を溜める水槽７３と、この水槽７３に溜まっている水を汲み上げ、加圧して下型１１の冷却水通路１９や上型１２の冷却水通路２５へ送る水ポンプ７４と、配管７５とからなる。省略したが、水温を下げるクーリングタワーや水を浄化する濾過器を配管７５に介在させることは差し支えない。

〈成形装置の動作〉
次に、成形装置１０の動作について説明する。図３は材料としての金属パイプ材料１４を投入するパイプ投入工程から、金属パイプ材料１４に通電して加熱する通電加熱工程までを示している。図３（ａ）に示すように、焼入れ可能な鋼種の金属パイプ材料１４を準備し、この金属パイプ材料１４を、ロボットアーム等（図示しない）により、下型１１側に備わる第１、第２電極１７、１８上に載置する。第１、第２電極１７、１８には凹溝１７ａ、１８ａが形成されているので、当該凹溝１７ａ、１８ａによって金属パイプ材料１４が位置決めされる。次に、制御部７０（図１参照）は、パイプ保持機構３０を制御することによって、当該パイプ保持機構３０に金属パイプ材料１４を保持させる。具体的には、図３（ｂ）のように、各電極１７、１８を進退動可能としているアクチュエータ（図示しない）を作動させ、各上下に位置する第１、第２電極１７、１８を接近・当接させる。この当接によって、金属パイプ材料１４の両端部は、上下から第１、第２電極１７、１８によって挟持される。またこの挟持は第１、第２電極１７、１８に形成される凹溝１７ａ、１８ａの存在によって、金属パイプ材料１４の全周に渡って密着するような態様で挾持されることとなる。ただし、金属パイプ材料１４の全周に渡って密着する構成に限られず、金属パイプ材料１４の周方向における一部に第１、第２電極１７，１８が当接するような構成であってもよい。

続いて、制御部７０は、加熱機構５０を制御することによって、金属パイプ材料１４を加熱する。具体的には、制御部７０は、加熱機構５０のスイッチ５３をＯＮにする。そうすると、電源５１から電力が金属パイプ材料１４に供給され、金属パイプ材料１４に存在する抵抗により、金属パイプ材料１４自体が発熱する（ジュール熱）。この時、熱電対２１の測定値が常に監視され、この結果に基づいて通電が制御される。

図４は、ブロー成形後に金属パイプ材料１４に対してプレスによりフランジを成形して完成品として、パイプ部８０ａにフランジ部８０ｂが形成されたフランジ付きの金属パイプ８０を得る流れを示している。制御部７０は、パイプ保持機構３０によって上型１２と下型１１との間で保持された金属パイプ材料１４内に気体を供給するようにブロー機構６０を制御し、金属パイプ材料１４を膨張成形する。また、制御部７０は、膨張成形された金属パイプ材料１４の一部を上型１２及び下型１１のサブキャビティ部ＳＣで押し潰すように駆動部８１を制御し、フランジ部８０ｂを成形する。具体的には、図４（ａ）に示しているように、加熱後の金属パイプ材料１４に対してブロー成形金型１３を閉じ、金属パイプ材料１４を当該ブロー成形金型１３のキャビティ内に配置密閉する。その後、シリンダユニット４２を作動させてブロー機構６０の一部であるシール部材４４で金属パイプ材料１４の両端をシールする（図５も併せて参照）。なおこのシールは、シール部材４４が直接金属パイプ材料１４の両端面に当接してシールするのではなく、第１、第２電極１７、１８に形成されたテーパー凹面１７ｂ、１８ｂを介して間接的に行われる。こうすることによって広い面積でシールできることからシール性能を向上させることができる上、繰り返しのシール動作によるシール部材の摩耗を防止し、更に、金属パイプ材料１４両端面の潰れ等を効果的に防止している。シール完了後、高圧ガスを金属パイプ材料１４内へ吹き込んで、加熱により軟化した金属パイプ材料１４をキャビティの形状に沿うように変形させる。その後、ブロー成形後の金属パイプ材料１４に対してフランジ部８０ｂを形成するためのプレス動作を行い（この点詳細は別途後述する。）、型開きを行うと、図４（ｂ）に示すように、完成品としてのパイプ部８０ａ及びフランジ部８０ｂを有する金属パイプ８０ができ上がる。

金属パイプ材料１４は高温（９５０℃前後）に加熱されて軟化しており、比較的低圧でブロー成形することができる。具体的には、高圧ガスとして、４ＭＰａで常温（２５℃）の圧縮空気を採用した場合、この圧縮空気は、密閉した金属パイプ材料１４内で結果的に９５０℃付近まで加熱される。圧縮空気は熱膨張し、ボイル・シャルルの法則に基づき、約１６〜１７ＭＰａにまで達する。即ち、９５０℃の金属パイプ材料１４を容易にブロー成形することができる。

そして、ブロー成形されて膨らんだ金属パイプ材料１４の外周面が下型１１のキャビティ１６に接触して急冷されると同時に、上型１２のキャビティ２４に接触して急冷（上型１２と下型１１は熱容量が大きく且つ低温に管理されているため金属パイプ材料１４が接触すればパイプ表面の熱が一気に金型側へと奪われる。）されて焼き入れが行われる。このような冷却法は、金型接触冷却又は金型冷却と呼ばれる。急冷された直後はオーステナイトがマルテンサイトに変態する。冷却の後半は冷却速度が小さくなったので、復熱によりマルテンサイトが別の組織（トルースタイト、ソルバイトなど）に変態する。従って、別途焼戻し処理を行う必要がない。

次に、図６を参照して、上型１２及び下型１１による成形の様子について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、成形途中の金属パイプ材料１４のうち、完成品に係る金属パイプ８０のパイプ部８０ａに対応する部分を「第１の成形部分１４ａ」と称し、フランジ部８０ｂに対応する部分を「第２の成形部分１４ｂ」と称する。図６（ａ），（ｂ）に示しているように、本発明に係る成形装置１０において、ブロー成形は上型１２と下型１１とが完全に閉じた（クランプした）状態で行われているのでは無い。即ち一定の離間状態が保たれていることによって、メインキャビティ部ＭＣの横にサブキャビティ部ＳＣが形成されている状態でブロー成形が行われる。当該状態では、キャビティ２４の基準ラインＬＶ１における表面とキャビティ１６の基準ラインＬＶ２における表面との間にメインキャビティ部ＭＣが形成される。また、上型１２の第２突起１２ｃの表面と下型１１の第１突起１１ｃの表面との間にサブキャビティ部ＳＣが形成される。メインキャビティ部ＭＣとサブキャビティ部ＳＣは互いに連通した状態となっている。その結果、図６（ｂ）に示すように、加熱により軟化し且つ高圧ガスが注入された金属パイプ材料１４は、メインキャビティ部ＭＣのみならずサブキャビティ部ＳＣの部分にまで入り込んで膨張する。図６に示す例では、メインキャビティ部ＭＣは断面矩形状に構成されているため、金属パイプ材料１４は当該形状に合わせてブロー成形されることにより、断面矩形状に成形される。なお、当該部分が、パイプ部８０ａとなる第１の成形部分１４ａに対応する。ただし、メインキャビティ部ＭＣの形状は特に限定されず、所望の形状に合わせて円形、楕円形、多角形等あらゆる形状を採用してもよい。また、メインキャビティ部ＭＣとサブキャビティ部ＳＣとが連通しているため、金属パイプ材料１４の一部は、サブキャビティ部ＳＣへ入り込む。当該部分が、押し潰されることによってフランジ部８０ｂとなる第２の成形部分１４ｂに該当する。

図６（ｃ）に示すように、ブロー成形後若しくはブロー成形の途中の段階で、離間している上型１２と下型１１とを接近させる。この動作によって、サブキャビティ部ＳＣの容積が小さくなり、第２の成形部分１４ｂの内部空間が消滅し、折りたたまれた状態となる。即ち、当該上型１２と下型１１の接近によって、サブキャビティ部ＳＣ内に入り込んでいる金属パイプ材料１４の第２の成形部分１４ｂがプレスされ押し潰される。その結果、金属パイプ材料１４の外周面に、当該金属パイプ材料１４の長手方向に沿うように押し潰された第２の成形部分１４ｂ（当該状態では、金属パイプ材料１４は、完成品としての金属パイプ８０と同様の形状となる）が成形される。なお、これらブロー成形からフランジ部８０ｂのプレス成形完了に至るまでの時間は、金属パイプ材料１４の種類にもよるが概ね１〜２秒程度で完了する。なお、図６に示す例では、上型１２の第１突起１２ｂの表面が下型１１の第１凹部１１ｂの底面と当接し、上型１２と下型１１とがそれ以上近接できない状態となる。

次に、図７及び図８を参照して、スライド８２の移動速度（すなわち上型１２の移動速度）の制御について説明する。本実施形態に係る成形装置１０は、駆動部８１にサーボモータ８３を備えているため、サーボプレスを行うことができる。制御部７０は、サーボモータ８３を制御することによって、フランジ部８０ｂの成形中にスライド８２の移動速度を変化させる。なお、図６（ｂ）に示すように、サブキャビティ部ＳＣへ向かって膨張した第２の成形部分１４ｂを押し潰すために上型１２の降下を開始した時点をフランジ部８０ｂの成形の開始時点Ｔ１とし、図６（ｃ）に示すように、上型１２を下死点まで降下させて第２の成形部分１４ｂをフランジ部８０ｂの形状とした時点をフランジ部８０ｂの成形の完了時点Ｔ２とする。図７及び図８に示すグラフでは、フランジ部８０ｂを成形している時間領域をフランジ部成形領域Ｅ２としている。なお、フランジ部８０ｂを成形した後は、上型１２を下死点において所定の圧力で保持し、冷却を行うことで金属パイプ８０全体の成形を行う。図８に示すグラフでは、金属パイプ８０全体の成形を行う時間領域を全体成形領域Ｅ３としている。また、フランジ部成形領域Ｅ２と全体成形領域Ｅ３を合わせた時間領域を成形領域Ｅ１としている。

図７（ａ）に示すように、制御部７０は、フランジ部８０ｂの成形中に、スライド８２の所定時間ごとの移動量を段階的に変化させてよい。すなわち、制御部７０は、フランジ部成形領域Ｅ２において、上型１２の所定時間ごとの移動量を段階的に変化させてよい。図７（ａ）に示す例では、制御部７０は、上型１２（すなわちスライド８２）の移動位置と時間の関係を示すグラフが階段形状を描くように制御することによって、所定時間ごとの移動量を段階的に変化させている。上型１２は、所定時間だけ同位置で保持された後、所定の移動量だけ急激に降下し、その後所定時間だけ同位置で保持される。なお、図においては上型１２を降下させる際のグラフは略垂直に変化しているが、斜め下方に傾斜する直線を描くように変化してもよい。また、上型１２を同位置で保持する時間の長さや間隔も適宜変化させてよい。このように、上型１２（すなわちスライド８２）の移動量を所定時間ごとに段階的に変化させることで、フランジ部８０ｂの割れを生じさせにくくさせることができ、フランジ部８０ｂの変形量を大きくし、成形性を向上させることができる。

図７（ｂ）に示すように、制御部７０は、フランジ部８０ｂの成形中に、スライド８２の移動位置を曲線的に変化させてよい。すなわち、制御部７０は、フランジ部成形領域Ｅ２において、上型１２の移動位置を曲線的に変化させてよい。制御部７０は、スライド８２の移動速度を徐々に変化させながら上型１２を降下させることで、図７（ｂ）に示すように上型１２の移動位置と時間の関係を示すグラフが曲線を描くように制御する。このように、上型１２（すなわちスライド８２）の移動位置を曲線的に変化させることで、曲げ位置の寸法精度の安定性を向上、耐衝撃・耐疲労破壊の性能を向上させることができる。

また、制御部７０は、フランジ部８０ｂの成形時において、成形初期に比して成形後期におけるスライド８２の所定時間ごとの移動量を小さくしてよい。なお、成形初期とは、フランジ部成形領域Ｅ２のうち、中間時点より開始時点Ｔ１側の時間領域である。また、成形後期とは、フランジ部成形領域Ｅ２のうち、中間時点より完了時点Ｔ２側の時間領域である。具体的には、図７（ａ）のグラフＬ１に示すように、制御部７０は、成形初期では、スライド８２の移動量を大きくして上型１２を大きく降下させる一方、時間の経過と共に当該移動量を減少させることで、成形後期では、スライド８２の移動量を小さくする。また、図７（ｂ）に示すように、制御部７０は、上型１２の移動位置が、下方に凸となるように湾曲する曲線のグラフＬ３を描くようにスライド８２を制御する。以上のように、成形初期ではスライド８２の所定時間ごとの移動量を大きくすることで、フランジ部８０ｂの大まかな形状を成形し、成形後期ではスライド８２の所定時間ごとの移動量を小さくすることで、フランジ部８０ｂの細かい形状を精度良く成形することができる。

また、制御部７０は、フランジ部８０ｂの成形時において、成形初期に比して成形後期におけるスライド８２の所定時間ごとの移動量を大きくしてよい。具体的には、図７（ａ）のグラフＬ２に示すように、制御部７０は、成形初期では、スライド８２の移動量を小さくして上型１２を小さく降下させる一方、時間の経過と共に当該移動量を増加させることで、成形後期では、スライド８２の移動量を大きくする。また、図７（ｂ）に示すように、制御部７０は、上型１２の移動位置が、上方に凸となるように湾曲する曲線のグラフＬ４を描くようにスライド８２を制御する。以上のように、成形初期にはスライド８２の所定時間ごとの移動量を小さくすることで、金属パイプ材料１４を急激に変形させないように少しずつ金属パイプ材料１４を押し潰すことができる。例えば、金属パイプ材料１４の材質の特性上、急激に変形させる場合は反力が大きくなり歪み等が生じる可能性があるが、少しずつ押し潰すことで正確に変形させることができる。一方、ある程度金属パイプ材料１４を変形させた成形後期には、スライド８２の所定時間ごとの移動量を大きくすることで、速やかにフランジ部８０ｂの最終形状を成形することができる。

また、制御部７０は、図７に示すようなグラフに限定されず、様々な態様でスライド８２の移動速度を変化させて制御してよい。例えば、図８（ａ），（ｂ）に示すように、制御部７０は、上型１２（すなわちスライド８２）の移動位置を階段状に変化させることによって、所定時間ごとの移動量を段階的に変化させる際に、斜め下方に傾斜する直線を描くように上型１２の移動位置を変化させてもよい。また、図８（ｃ）に示すように、上型１２の移動位置を一定時間保持する領域を設けることなく、斜め下方に傾斜するような直線を描くように上型１２の移動位置を変化させた後、傾斜角度の異なる直線を描くように上型の移動位置を変化させてもよい。このような制御も、上型１２（すなわちスライド８２）の移動位置を階段状に変化させることに該当する。

また、図８（ｄ），（ｅ），（ｆ）に示すように、成形領域Ｅ１における何れかのタイミングで振動圧力を付加してもよい。なお、「振動圧力を付加する」とは、金属パイプ材料１４を上型１２及び下型１１でプレスしている状態において、上型１２を振動（上下に僅かに移動するパターンを繰り返す）させることで、金属パイプ材料１４に対して、微小に変化する圧力を付与することである。例えば、図８（ｄ）に示すように、制御部７０は、全体成形領域Ｅ３において、金属パイプ材料１４に振動圧力を付与してよい。また、図８（ｅ）に示すように、フランジ部成形領域Ｅ２と全体成形領域Ｅ３において、金属パイプ材料１４に振動圧力を付与してよい。なお、フランジ部成形領域Ｅ２においては、上型１２の移動位置を一定時間保持する領域において振動圧力を付与している。また、図８（ｆ）に示すように、制御部７０は、フランジ部成形領域Ｅ２において、金属パイプ材料１４に振動圧力を付与してよい。なお、フランジ部成形領域Ｅ２においては、上型１２を降下させながら振動圧力を付加している。以上のように、金属パイプ材料１４に振動圧力を付加することにより、成形面の平坦度が良好化及びスプリングバックの抑制という効果が奏される。

次に、本実施形態に係る成形装置１０の作用・効果について説明する。

本実施形態に係る成形装置１０では、制御部７０は、パイプ保持機構３０によって上型１２と下型１１との間で保持された金属パイプ材料１４内に気体を供給することによって、金属パイプ材料１４を膨張成形するようにブロー機構６０を制御する。これによって、金属パイプ材料１４のうち完成品のパイプ部８０ａに対応する部分（すなわち第１の成形部分１４ａ）は、メインキャビティ部ＭＣに対応する形状に膨張成形されると共に、完成品のフランジ部８０ｂに対応する部分（すなわち第２の成形部分１４ｂ）は、サブキャビティ部ＳＣへ向かって膨張する。また、制御部７０は、膨張した金属パイプ材料１４の第２の成形部分１４ｂを上型１２及び下型１１のサブキャビティ部ＳＣで押し潰すことによってフランジ部８０ｂを成形するように駆動部８１を制御する。ここで、比較例に係る成形装置として、サブキャビティ部ＳＣへ向かって膨張した第２の成形部分１４ｂを押し潰す際に、サーボモータ８３で速度制御を行うことなくフランジ部８０ｂを成形するものが挙げられる。このような場合、フランジ部８０ｂに弛みや捩れ等が発生する可能性がある。

一方、本実施形態に係る成形装置１０では、制御部７０は、サーボモータ８３を制御することによって、フランジ部８０ｂの成形中にスライド８２の移動速度を変化させる。従って、フランジ部８０ｂの形状等に合わせた適切な移動速度でプレスの動作を制御することが可能となる。従って、成形品の品質を向上することができる。ここで、本実施形態に係る成形方式では、金属パイプ材料１４内に高圧の気体が充填された状態にあって、内圧が金属パイプ材料１４の変形抵抗を上回れば、ブロー成形金型１３の形状に合わせて金属パイプ材料１４が変形する。このとき、フランジ部８０ｂを膨出・成形する工程においては、上型１２が下死点付近で降下中である。このときに、内圧に対する形状成形における適切な条件でサーボプレスの動作を制御することで、精度の高い形状を成形することが可能となる。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

上記成形装置１０では、上下金型の間で加熱処理できる加熱機構５０を備え、通電によるジュール熱を利用して金属パイプ材料１４を加熱していたが、これらに限定されるものではない。例えば、加熱処理が上下金型の間以外の場所で行われ、加熱後の金属製パイプを金型間に運び込んでもよい。また、通電によるジュール熱を利用する以外にも、ヒータ等の輻射熱を利用してもよいし、高周波誘導電流を利用して加熱することも可能である。

高圧ガスは、窒素ガス、アルゴンガスなどの非酸化性ガスや不活性ガスを主に採用できるが、これらは金属パイプ内に酸化スケールを発生しづらくさせることができるものの、高価である。この点、圧縮空気であれば、酸化スケールの発生により大きな問題を生じさせない限り、安価であり、大気中に漏れても実害はなく、取扱いが極めて容易である。したがって、ブロー工程を円滑に実行することができる。

ブロー成形金型は無水冷金型と水冷金型の何れでもよい。ただし、無水冷金型は、ブロー成形終了後に金型を常温付近まで下げるときに、長時間を要する。この点、水冷金型であれば、短時間で冷却が完了する。したがって、生産性向上の観点からは、水冷金型が望ましい。

本発明の実施形態に係る成形装置によれば、成形品の品質を向上することができる。

１０：成形装置
１１：下型（第２の金型）
１２：上型（第１の金型）
１４：金属パイプ材料
３０：パイプ保持機構（保持部）
６０：ブロー機構（気体供給部）
７０：制御部
８１：駆動部
８２：スライド
８３：サーボモータ
ＭＣ：メインキャビティ部
ＳＣ：サブキャビティ部

Claims (3)

1. フランジ付きの金属パイプを成形する成形装置であって、
   互いに対となる第１の金型及び第２の金型と、
   前記第１の金型及び前記第２の金型の少なくとも一方を移動させるスライドと、
   前記スライドを移動させるための駆動力を発生させるサーボモータを備える駆動部と、
   前記第１の金型と前記第２の金型との間で金属パイプ材料を保持する保持部と、
   前記保持部に保持された前記金属パイプ材料内に気体を供給する気体供給部と、
   前記駆動部、前記保持部及び前記気体供給部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記保持部によって前記第１の金型と前記第２の金型との間で保持されると共に加熱された前記金属パイプ材料内に気体を供給することによって、前記金属パイプ材料を膨張成形するように前記気体供給部を制御し、
   前記第１の金型と前記第２の金型とが離間した状態から前記スライドを移動させて前記第１の金型と前記第２の金型とがそれ以上接近できない状態となるようにして、膨張した前記金属パイプ材料の一部を前記第１の金型及び前記第２の金型で押し潰すことによってフランジ部を成形するように前記駆動部を制御し、
   前記フランジ部の成形中において、成形初期に比して成形後期における前記スライドの移動速度を減少させることによって前記スライドの所定時間ごとの移動量を減少させるように、前記サーボモータを制御する、成形装置。
2. 前記制御部は、前記フランジ部の成形中に、前記スライドの所定時間ごとの移動量を段階的に変化させる、請求項１に記載の成形装置。
3. 前記制御部は、前記フランジ部の成形中に、前記スライドの移動位置を曲線的に変化させる請求項１に記載の成形装置。

Images