JPH04143024A - 超塑性ブロー成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は超塑性プロー成形機に関し、特に被加工シート
材を成形加工するプロー成形の速度を調節可能とした超
塑性ブロー成形装置に関する。

〔従来の技術〕

超塑性とは成る種の金属が、融点以下の特定の温度範囲
において示すもので、金属シート材が裂断または損傷を
生ずることなくきわめて大きい、例えば数１００％に達
するような延びを示す性状をいう。

超塑性プロー成形は、例えば約５００°Ｃのアルミニウ
ムまたは８００〜１０５０°Ｃの鉄合金のように非常に
大きな延性と小さな変形抵抗を持つ超塑性状態となった
被加工シート材を加圧室と成形室との間に挟持し、加圧
室に導入される高圧ガスのガス圧により、成形室に設け
られた成形型に倣った形状に前記被加工シート材を加圧
ガスによりブロー成形処理するものである。超塑性ブロ
ー成形にあっては、超塑性状態の被加工シート材をガス
圧によりブロー成形する場合の偏肉または損傷の発生を
防止し、精度の優れた成形品を得るためにはブロー成形
の進み具合を被加工シート材の成形加工状況に合せて調
節することが効率的である。この目的にそってブロー成
形速度の制御を意図する種種の技術が開示されている。

例えば、米国特許筒４，１８１，０００号明細書には、
数学的に予め計算されるブロー圧力によるフィードフォ
ワード制御を行うことにより超塑性ブロー成形時におけ
る成形速度を制御する手段が開示されている。また、特
開昭５８−１７３０３号公報には、超塑性ブロー成形時
に被加工シート材の中央部の加圧面に移動量検出子を当
接させ、ブロー成形時の被加工シート材の変位速度から
ブロー成形速度を制御する技術が記載されている。さら
に、レーザ光等を被加工シート材面に照射し、非接触方
式で被加工シート材の変位量を測定する手段も提案され
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

超塑性ブロー成形時には、成形速度、具体的には成形時
の加圧ガスのガス圧の制御は、ブロー製品の品質および
生産性に重要な影響を及ぼす。前述されたような従来の
技術により前記ガス圧の制御を行うときは種種の問題点
があった。

すなわち、計算により被加工シート材の成形速度を制御
する方法では、被加工シート材の超塑性特性のバラツキ
および成形機内部の温度のバラツキ等による誤差が更正
できず、それらの誤差が集積してしまう。移動量検出子
を被加工シート材に当接させて被加工シート材の変位量
を測定する技術では、検出子が被加工シート材に当接し
た個所に表面キズが残る懸念があるとともに一点のみの
測定となって被加工シート材のブロー成形に伴う全形変
位量が把握できない。

レーザ光等を用いる非接触方式では、ブロー成形機内が
加熱または加熱・加圧されるから、光学系の測定器具の
設置は至難であった。

超塑性ブロー成形時には、成形速度または成形用加圧ガ
スのガス圧の制御がブロー製品の品質および生産性に重
要な影響を及ぼす。本発明は加熱または加圧されている
ブロー成形機内の雰囲気に関係なく、被加工シート材が
ブロー成形中に成形型に及ぼす負荷を検出し、この検出
値にもとづいてブロー成形用加圧ガスのガス圧を制御す
ることにより適正なブロー成形速度とし、健全なブロー
成形を得ることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的達成のために、本発明は、被加工シート材を所
定温度に加熱するとともにこの被加工シート材の一方側
からガス圧を印加して、被加工シート材の他方側に設け
られた成形型に倣った形状に被加工シート材が成形され
るようにされた超塑性ブロー成形装置であって、被加工
シート材の一方側から印加されるガス圧により、被加工
シート材を介して成形型に付加される圧力にもとづく荷
重を荷重値またはガス圧力値として検出する荷重センサ
と、 この荷重センサにより検出された検出値と、予め設定さ
れたガス圧力および／または成形型に負荷される荷重と
を比較演算する演算部と、この演算部により比較演算さ
れた結果にもとづいて、前記被加工シート材の成形型に
面する側の反対側に印加されるガス圧を制御するコント
ローラ とを具えた構成を要旨としている。

通常加圧室および成形室の三部分からなり各部分の分離
または結合が自在な超塑性ブロー成形機は、前記二部分
間に被加工シート材を介在、加熱させるとともに、この
被加工シート材の一方側がガス圧が印加される加圧室と
され、同じく被加工シート材の他方側は成形型が設けら
れた成形室とされている。前記成形型に荷重センサを付
設し、加圧室からの加圧に伴うブロー成形の進行を成形
型に及ぼされる荷重により時々刻々測定するとともに、
これらの測定値を予め設定された目標テーブル値に収斂
させることにより所定の成形速度でブロー成形を行うこ
とができる。その結果、ブロー成形速度の測定が精度よ
く行われるとともに、被加工シート材に表面キズを生じ
させることがない間接的な接触方式によるブロー成形の
進行状態測定が達成される。

（作　用〕 超塑性ブロー成形機の加圧室にガス圧が印加されガス圧
が上昇してい（と、成形室に設置された成形型に向かっ
て被加工シート材が変形を開始する。成形型に被加工シ
ート材が接触すると荷重センサに荷重が付加され、荷重
データが時々刻々測定されるとともにその測定値が継続
的に演算部に送られる。ブロー成形が進行すると被加工
シート材と成形型との接触面積が増大し、それに随って
荷重が増大する。演算部では、その経時荷重測定値デー
タと予め設定された標準ブロー成形状態を示すテーブル
値データとを比較演算し、両者の差異の大小データまた
は正負データにもとづいて、ガス圧を増強、減少、テー
ブル値の保持またはガス送りの停止を信号としてコント
ローラに送る。コントローラでは送られた信号により加
圧室へ印加されるガス圧を適当値に制御または停止し、
被加工シート材の性状、材質に応して成形各段階の成形
速度をブロー成形に最適な状態に保持し、ブロー成形を
達成することが可能となる。

〔実施例〕

次に本発明の具体的な一実施例を、画面を参照しつつ説
明する。

本発明の超塑性ブロー成形装置２０は第１図に示される
よに、加圧室３および成形室４を要部とするブロー成形
部と、このブロー成形に必須のガス圧を制御する荷重セ
ンサ１１およびコントローラ１４等を有する制御部とか
らなっている。

加圧室３を形成するガスシール室１は成形室４と相対し
、ガスシール室１と成形室４との間に被加工シート材６
が介在される。この被加工シート材６は前述したように
アルミニウムまたは鉄合金等の超塑性を発現する金属材
である。成形室４に対し被加工シート材６を介して当接
されたガスシール室１には、例えば圧接シリンダ２が結
合されており、この圧接シリンダ２の作用によりガスシ
ール室１の開口用と成形室４の開口用とは被加工シート
材６を挟持した状態で密着する。ガスシール室１の開口
用と、これに対位する成形室４の開口用とには互いに嵌
合し合う溝と突條のような密封手段が施されており、特
にガスシール室１は被加工シート材６を気密状態で堅持
し、ガスシール室１の内部にガス源９からガス経路８を
通じて加圧ガスが送り込まれることにより加圧室３を形
成するようになっている。成形室４内には被加工シート
材６を成形する目的形状の成形型５が設置され、この成
形室４内は通常大気圧とされている。さらに、加圧室３
を形成するガスシール室１および成形室４の外周部には
ヒートエレメント７が設けられ、加圧室３および成形室
４間に介在する被加工シート材６が超塑性を発現する温
度となるように、加圧室３内および成形室４内を加熱す
る。

以上のブロー成形部に対して以下に説明される制御部が
組合わされている。すなわち、加圧ガスによりブローさ
れて被加工シート材６′が成形型５に荷重を及ぼすに至
ったとき以後に、ブローの進行に追随して変化する成形
型５の負荷荷重を継続的に測定する荷重センサ１１が設
けられている。この実施例における荷重センサ１１は、
ロードセルの組合せによって成形型５の倣い面域に付加
される荷重を測定しているが、成形型５の取付機構を介
して付加される荷重を測定する等の手段によることもで
きる。荷重センサ１１に接続されて演算部１２が設けら
れる。この演算部１２には、ブロー成形が最適の条件で
行われるように予め設定された加圧室３における時々刻
々のガス圧力値およびそれらのガス圧力にもとづき成形
型５が受ける荷重値がテーブル値として記憶されたメモ
リー１３が導入されるにようになっている。そして、演
算部１２に接続されてコントローラ１４が設けられてお
り、演算部１２から送られる信号にもとづいてガス源９
から加圧室３に送り込まれる加圧ガスの制御を行ってい
る。

前述したように構成される超塑性ブロー成形装置２０に
おける演算部１２はメモリー１３からテーブル値が導入
されるとともに、ブロー成形の開始信号および荷重セン
サ１１における測定データが入力され、一方コントロー
ラに対しガス圧を増強する制御指令、ガス圧を減少する
制御指令、ガス圧をテーブル値に追随させる制御指令ま
たはガス送り込みを停止する制御指令を出力する。

演算部１２に導入されるメモリー１３からのテーブル値
は、ブロー開始からの経過時間ｊｌ＋ｊ２＋・・・。

Ｆ−１＋　Ｌｎ＋・・・、ｔごとの成形型５に負荷され
る荷重値Ｆ、、Ｆ２．・・・＋ＦＩ’ｌ−１＋Ｆｎ＋・
・・、Ｆおよび加圧室３内のガス室圧力値ｐ、、　ｐ、
、・・・＋Ｐｎ−１．Ｐｎ＋・・・、Ｐにそれぞれ対応
する値となっている。前記荷重が測定される一定の時間
経過の間隔は、ガス圧力値とそのガス圧力にもとづ（荷
重発現とのタイムラグによる影響を避けることができる
巾で定めることが望ましい。

演算部１２の機能によりブロー成形時に予め設定された
テーブル値を基準にして、その成形型５に負荷される荷
重値および／または成形型５の倣い面に当接している被
加工シート材６°に対してブロー成形を継続させるため
のガス圧力値を前記テーブル値に収斂させ健全な超塑性
ブローを達成する。

第２図に示されるフローチャート図により演算部１２の
機能をさらに詳しく説明すると、ａステップでは、ガス
シール室１と気密状態を保つようにセットされた被加工
シート材６とにより形成される加圧室３に高圧ガスが送
り込まれ、超塑性ブローが開始される、 ｂステップでは、超塑性ブロー成形が進行し、被加工シ
ート材６が成形型５に当接すると成形型５に荷重が発生
する、 Ｃステップでは、超塑性ブロー成形がさらに進行し、成
形型５の倣い面に倣う被加工シート材６゛にもとづく荷
重を一定の時間経過ごとに測定する、 ｄステップでは、前記ブロー開始からの経過時間り、、
の時の荷重値Ｆ７と荷重テーブル値Ｆ。ｔとの比較また
は同じく経過時間ｔ。の時のガス圧力値Ｐ、、とガス圧
力テーブル値ｐ、ｔとの比較を行う。

実際の測定には、経過時間１．、の時のテーブル値Ｆゎ
ｔまたはＰ、、ｔについて上方値および下方値をもたせ
て許容巾をもたせである。前記上方値をＦ、、ｔ’　ｍ
ａｘまたはＰ、ｌｔ　−ｒｎａｘとし、下方値をＦ、ｌ
ｔ−ｍ１ｎまたはＰ、ｔ−ｍ１ｎとし、具体的には荷重
値Ｆ、、とＦ、ＩＬ・ｍａｘ〜Ｆ、ｌｔ−ｍ１ｎとの比
較またはガス圧力値Ｐ、ｌとＰｒ＋ｔ−ｍａｘ〜Ｐ、、
ｔ−ｍ１ｎとの比較を行う。Ｆ、ｔ　・ｍａｘ〜Ｆ、ｔ
−ｍ１ｎの範囲またはＰ、ｔ−ｍａｘ〜Ｐ、ｔ　・ｍｉ
ｎの範囲は制御の効率化と高精度化を図るため、ブロー
成形の初期から終期に向かって順次範囲中を狭くしてテ
ーブル値に近づけるようにしている、 Ｃステップでは、経過時間ｔ７の時の例えば荷重値Ｆ。

が Ｆｌｌｔ−ＩＩｌａＸ≧Ｆ、≧Ｆ、ｔ−ｍ１ｎであると
判断した場合にはテーブル値どおりのブロー成形を進め
る制御指令をコントローラに与える機能、 荷重値Ｆ、、がＦ、＞Ｆ、ｌｔ−ｍａｘの場合にはガス
圧を減少させつつブロー成形を進める制御指令をコント
ローラに与える機能、 荷重値Ｆ。がＦＩ、＜Ｆゎｔ　−ｍｉｎの場合にはガス
圧を増強させつつブロー成形を進める制御指令をコント
ローラに与える機能をそれぞれ果す、ｆステップでは、
ｃ、ｄ、ｅ項の比較の最終段階時もの時の、例えば荷重
値Ｆと荷重テーブル値Ｆｔとを比較した結果、荷重テー
ブル値Ｆｔを基準とする範囲Ｆｔ−ｍａｘ−Ｆｔ　−ｍ
ｉｎ　（この範囲は前述したように狭い範囲中である。

）に対して、Ｆｔ　−１Ｉａｘ≧Ｆｔ≧Ｆｔ−ｍｉｎの
場合はガス送り込みを停止し、ブロー成形をストップし
てｇステップの成形終了に至る、Ｆｔ≧Ｆｔ−ｍｉｎの
場合はｄステップに戻りフロー成形をさらに進行させ、
Ｆｔ＞Ｆｔ−Ｆａｘの場合はガス圧力の調節またはヒー
トエレメントの温度制御を行って、健全なブロー成形と
することができる。

（発明の効果） 本発明の超塑性ブロー成形装置によれば、成形型に取付
けた荷重センサにより、成形型の倣い面に対する被加工
シート材の接触、すなわちブロー成形の進行状態が適確
に知られ、自動制御が可能となった。その結果、超塑性
ブロー成形の加工精度が向上し、製品の損傷等の不良率
が著しく減少した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す説明図、第２図はブロ
ー成形の制御を説明するためのフローチャート図である
。 １・・・ガスシール室、　　２・・・圧接シリンダ３・
・・加圧室、　　　　４・・・成形室５・・・成形型 ６．６゛・・・被加工シート材 ７・・・ヒートエレメント ８・・・ガス経路、　　　９・・・ガス源１１・・・荷
重センサ、　　１２・・・演算部１３・・・メモリ、　
　　　　１４・・・コントローラ２０・・・超塑性ブロ
ー成形装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　被加工シート材を所定温度に加熱するとともにこの
   被加工シート材の一方側からガス圧を印加して、被加工
   シート材の他方側に設けられた成形型に倣った形状に被
   加工シート材が成形されるようにされた超塑性ブロー成
   形装置であって、 被加工シート材の一方側から印加されるガス圧により、
   被加工シート材を介して成形型に付加される圧力にもと
   づく荷重を荷重値またはガス圧力値として検出する荷重
   センサと、この荷重センサにより検出された検出値と、
   予め設定されたガス圧および／または成形型に負荷され
   る荷重とを比較演算する演算部と、この演算部により比
   較演算された結果にもとづいて、前記被加工シート材の
   成形型に面する側の反対側に印加されるガス圧を制御す
   るコントローラ とを具えた構成を特徴とする超塑性ブロー成形装置。