JPH0739956A

JPH0739956A - 爆轟による成形方法及び装置

Info

Publication number: JPH0739956A
Application number: JP5204497A
Authority: JP
Inventors: Minoru Suzuki; 実鈴木; Yoshio Murayama; 吉男村山
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1993-07-28
Filing date: 1993-07-28
Publication date: 1995-02-10
Anticipated expiration: 2013-02-16
Also published as: JP2713111B2

Abstract

(57)【要約】【目的】気体収束デトネーション利用による衝撃成形
機能と静圧成形機能とを単独または連動させて成形可能
な爆轟による成形方法及び装置を提供することを目的と
する。【構成】一端部１Ａから他端部１Ｂに向け通路断面積
が小さくなる燃焼室１と、燃料の供給を受けて点火栓５
が配設された着火室４と、着火室４から分岐して延び上
記燃焼室１の一端部１Ａへ連通する路程の等しい複数の
誘導路２と、上記燃焼室１の最小通路断面積部たる他端
部１Ｂの開口付近に出没して該開口を開閉可能とするブ
ロック体２０が設置され、その下流側に、内部に圧力媒
体として液体Ｅ及び弾性体Ｇを収容せる圧力室１２と、
該圧力室１２に接続され内部に被加工物Ｐを収容せる成
形室１３と、上記圧力室１２内の液体Ｅに静的外力を印
加することが可能な静圧印加装置１５とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、爆轟による気体収束デ
トネーションを利用した成形方法及び装置に、特に静的
高圧による成形工程をも追加することにより、衝撃成形
の機能を向上させる成形方法及びそのための装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明が対象とする静圧成形と衝撃圧成
形の両方適用できる装置は今のところ見当たらないが、
静圧成形あるいは衝撃圧成形単独の技術については古く
から数多くの研究が行われてきており、実生産設備とし
ての実績もある。とくに、静圧成形装置については油圧
を利用したものがかなり普及している。

【０００３】一方、衝撃成形装置については、火薬類を
使用する場合が多いため一部でしか用いられていない
が、その代表的な技術として衝撃液圧成形技術が知られ
ている。例えば、加圧用の水等の液体中に弾丸を打ち込
んで液体中に衝撃液圧を発生させ、その圧力を板材等の
部材に印加して該部材を金型へ圧して三次元成形せんと
する特開平０１−１５７７２５号にて提案されているよ
うな衝撃液圧発生装置、水中で爆薬を燃焼させることに
よって衝撃水圧を発生せしめ、その圧力で薄板の三次元
成形を行う成形装置、さらには、容器に収容された加圧
用の液体の液面に、ガス圧等により高速に加速されたピ
ストンを衝突させることにより衝撃液圧を発生せしめ、
その圧力で三次元成形することとした装置がある。

【０００４】しかしながら、これらの装置にあっては、
液圧室の形状または寸法はエネルギー源（爆薬，高速飛
翔体）の挙動を考慮して決定する必要があり、自由度が
かなり小さいこと、圧力の持続時間が長く、かつ液圧室
内の比較的広い範囲にわたって同時に衝撃圧力が加わる
こと、危険性を伴うために、設置場所の制約または安全
性の配慮が必要であること、等の共通の問題の他、さら
には固有の問題をもかかえている。

【０００５】そこで、これらの問題を解決するものとし
て、出願人は、例えば特開平０４−３７１３２７に開示
されている爆轟液圧による成形方法及び装置を提案し
た。

【０００６】この装置にあっては、燃焼室は逆円錐状を
なしていて火炎の進行につれて断面積が一端部から次第
に小さくなるように設定され、他端部では最小通路断面
積をもつ収束部が形成され、他端部の開口に、液圧室の
液面が臨んでいる。燃焼室内の火炎は進行と共に該燃焼
室の断面積が小さくなるので圧力が上昇し、他端部では
きわめて高い圧力となる。この高圧は液圧室内の液体の
液圧に変換される。そして液圧室に金型を有する加工室
を設け、該金型の上に板材等の被加工部材を配すること
とすれば、上記液圧によって、被加工部材を所定形状に
加工を行うことができる。なお、上記液圧室は液体に代
えてゴム状の弾性体を有する弾圧室とすることもでき
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ここで例えば、被加工
物を静圧成形したのち衝撃圧成形したい場合、従来技術
では、静圧成形装置と衝撃圧成形装置の２台を用いて前
述の工程を別途実施する必要があり、被加工物のそれぞ
れの成形装置への出し入れに手間がかかるばかりではな
く、設備コストやランニングコストが高いこと、サイク
ルタイムを短く設定できないこと、設備運転上の危険性
が増すこと、さらに被加工物の再セットに伴う加工精度
の低下等の問題があり、実際には適用し難い。

【０００８】また、上記従来の爆轟液圧成形装置自身の
問題点として、次のことが挙げられる。

【０００９】被加工物が衝撃圧を受けて変形する際の
速度（変形速度）が、該被加工物の前面に接している気
体中の音速と同等またはこれ以上の値になると、成形時
に該被加工物の前方の気体が圧縮され、これが該被加工
物の変形抵抗となる（特に薄板成形の場合には、この現
象が成形性に重大な影響を与える。）この装置で得られる成形用圧力は、衝撃波の伝播距離
に強く依存するため、試料の形状や設置位置の影響を回
避することは、本質的に不可能である。

【００１０】ところで、かかる爆轟液圧成形装置に、単
に増圧のための液圧（静圧）印加装置を追設しただけで
は次の問題があり、事実上、静圧成形衝撃圧成形装置を
得ることはできない。

【００１１】爆轟液圧成形装置の液圧室内の液体に静
圧外力を加えて液圧室内の圧力を上昇させようとして
も、燃焼室の収束部が開口されたままであるため圧力が
燃焼室側に逃げてしまい上昇しない（液圧室内に弾性体
が満たされている場合にも、弾性体が塑性変形する圧力
レベル以上では液体の場合と同様の現象となる）。

【００１２】上記の対策として、例えば、燃焼室の
収束部にバルブを設置することが考えられるが、バルブ
自身が直接高温・高圧にさらされるため一般的な構造及
び材質のバルブでは繰返し使用に耐えられない。

【００１３】燃焼室側からガスで加圧することにより
液圧室または弾圧室内を加圧することは原理的には可能
であるが、１０気圧以上では高圧ガス取締法の適用を受
けるため設備コストの上昇、設備の設置及び運転上の制
約が伴う。

【００１４】本発明は、かかる従来の方法及び装置にお
いてかかえていた問題を解決し、簡単かつ安全に、静圧
成形及び衝撃成形を一つの装置で実施することのできる
気体収束デトネーションを利用した爆轟による成形方法
及び装置を提供することを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、成形方法に関し、燃焼室内の可燃性混合気に着火
させることにより発生する収束デトネーションによる衝
撃高圧を、直接もしくは交換可能な膜体または流体を介
して圧力媒体に伝達して衝撃液圧または弾圧を発生させ
て被加工物を成形型に圧して成形する方法において、上
記圧力媒体に外部からの静的高圧を印加した後に上記衝
撃高圧を印加することにより達成される。

【００１６】あるいは、燃焼室内の可燃性混合気に着火
させることにより発生する収束デトネーションによる衝
撃高圧を、直接もしくは交換可能な膜体または流体を介
して圧力媒体に伝達して衝撃液圧または弾圧を発生させ
て被加工物を成形型に圧して成形する方法において、上
記圧力媒体に衝撃高圧を印加した後に外部からの静的高
圧を印加することによっても達成される。

【００１７】また、上記方法を実施するための装置に関
しては、一端部から他端部へ向け通路断面積が小さくな
る燃焼室と、燃料の供給を受け点火栓が配設された着火
室と、着火室から分岐して延び上記燃焼室の一端部へ連
通する路程の等しい複数の誘導路と、上記燃焼室の最小
通路断面積部たる他端部の開口付近に出没して該開口を
開閉可能とするブロック体が設置され、その下流側に、
内部に圧力媒体として液体及び弾性体を収容せる圧力室
と、該圧力室に接続され内部に被加工物を収容せる成形
室と、上記圧力室内の液体に静的外力を印加することが
可能な静圧印加装置とを備えることにより達成される。

【００１８】

【作用】かかる構成の本発明にあっては、気体デトネー
ションにより得られた圧力は、収束されて高圧の衝撃圧
となって圧力室内に伝播され、衝撃液圧または弾圧とな
って被加工物に作用する。そしてこの衝撃圧の印加の前
もしくは後に、燃焼室と圧力室との開口をブロックで閉
塞させ、該圧力室内の液体に外力を加えることにより該
圧力室内の被加工物に静的高圧を作用させて上記被加工
物の成形加工を行うことができる。静圧成形及び衝撃圧
成形は、制御装置によりその実施パターン（順序、回数
等）を被加工物の材質や板厚あるいは成形型の形状等を
考慮して実施する。

【００１９】かくして、１台の装置で衝撃圧成形と静圧
成形の両方を実施することができ、被加工物に対して衝
撃圧成形後に静圧成形、あるいは静圧成形後に衝撃成
形、あるいは、これらのパターンを繰返し作用させる。

【００２０】

【実施例】以下、添付図面にもとづき本発明の実施例を
説明する。

【００２１】図１は本発明の第一実施例装置の縦断面
図、図２は図１装置の圧力室及び成形室の拡大縦断面図
である。本実施例装置は図１に示されるように燃焼室１
を有し、該燃焼室１は下方に向け狭くなる逆円錐状をな
し横断面における通路断面積は上端部１Ａで最大で、下
端部１Ｂにて最小となって収束部を形成するようになっ
ている。

【００２２】上記燃焼室１の上端部１Ａの内壁はやや上
方に弯曲形成せられ、ここに複数の孔状の誘導路２が連
通している。該複数の誘導路２は上方にて、円板空間状
の分散室３に収束せられている。該分散室３には上方に
延びる着火室４が連通接続されている。そして、該着火
室４の上部には、着火装置６により作動する点火栓５が
設けられていると共に、流量計７，８を経て燃料供給源
９、酸化剤供給源１０がそれぞれ接続されている。な
お、１１は着火室４内の圧力を確認するための圧力計で
ある。

【００２３】上記燃焼室１の下端部１Ｂには、図２に見
られるように、開口部を形成または閉塞させるための出
没可能なブロック体２０Ｂ及びこれを出没移動させるた
めの駆動装置２１が配設され、さらに該開口部にシール
用の液体を供給または過剰液体を排出させるための通路
１４及び１４’が配設されている。上記該開口部には圧
力室１２が接続され、そしてその直下に衝撃圧力を使用
する成形室１３が設けられている。上記圧力室１２には
圧力媒体としての液体またはゴム状の弾性体Ｇが収容さ
れ、さらにその下方の空間にポンプ等の静圧印加装置１
５により印加される静圧印加用の液体Ｅが収容されてい
る。そして、その下方に、被加工物たる板材Ｐを支持す
る金型１６を収容せる成形室１３が備えられている。

【００２４】衝撃圧を発生させる際に、ブロック体２０
を没入せしめて下端部１Ｂを開口させたいときに、上記
圧力媒体Ｇの上端面は図のごとく上記燃焼室１の下端部
１Ｂに直接面していてもよいし、また、通路１４から供
給された液体または強靱かつ変形自在な膜体で界面を形
成していてもよい。

【００２５】一方、板材Ｐに静的高圧を作用させる際
に、ブロック体２０を突出して開口部１Ｂを閉塞させた
ときには、上記静圧印加装置１５にて圧力室１２内の液
体Ｅを加圧できるようになっている。上記成形室１３の
内部には、上面に三次元成形用の成形面が形成された金
型１６が交換可能に収容されている。該成形室１３は必
要に応じ、上記圧力室１２との間にて、例えば両者のフ
ランジの間で加工を受けるべき被加工物としての板材等
Ｐの周縁を保持することもできる。上記成形室１３に
は、上記金型１６を貫通してその上部空間に連通して該
空間を真空とするための真空ポンプ装置１７が接続され
ている。該真空ポンプ装置１７は既述の着火室４にも接
続されている。

【００２６】かかる本実施例装置において、例えば衝撃
圧を加えて一次成形した後、静圧にて最終成形を行う手
順は次の通りである。

【００２７】先ず、加工を受けるべき板材Ｐを金型１
６上にセットし、駆動装置２１を作用させてブロック体
２０を引き戻して下端部１Ｂを開口し、通路１４から開
口部に液体を満たす。その際、液体はブロック体２０の
周面の隙間に進入してシールをすると共にブロック体２
０を高温環境から保護する。

【００２８】次に、真空ポンプ装置１７によって着火
室４、分散室３、誘導路２そして燃焼室１内が所定の真
空度とされる。また、これと同時に金型１６と板材Ｐと
の間の空間も同様に所定の真空度となるように吸引され
る。

【００２９】しかる後、圧力室１２内には液体又は弾
性体が充填され、着火室４、分散室３、誘導路２そして
燃焼室１内には、ほぼ理論混合比の可燃性ガスが、燃料
供給源９、酸化剤供給源１０により充填される。

【００３０】かかる設定の完了後、着火室６によって
それらの点火栓５を同時に作動させる。着火室４内では
着火により爆轟が起こりその火炎が分散室３そして誘導
路２を経て燃焼室１の上端部１Ａに伝播される。その
際、複数の誘導路２の路程はそれぞれ等しく設定されて
いるので、複数の誘導路２の火炎は同時に上記上端部１
Ａに達する。

【００３１】燃焼室１内では火炎は上端部１Ａから下
端部１Ｂへと進行するが、燃焼室１の通路断面積は下方
に向け次第に小さくなっているために、その圧力は上昇
し下端部１Ｂではきわめて高圧となる。

【００３２】上記燃焼室１の下端部１Ｂの開口部に
は、圧力室１２内の圧力媒体の上端面が臨んでいるた
め、上記高圧は圧力媒体へと伝播され、膜体を介して又
は直接に板材Ｐを成形室１３内の金型１６に対して圧し
て一次成形が行われる。

【００３３】次に、駆動装置２１を作用させてブロッ
ク体２０を突出して開口部１Ｂを閉塞させた後、静圧印
加装置１５を用いて圧力室１２内の液体を加圧して板材
Ｐに静的高圧を加え最終成形を行った後、静圧印加装置
１５を用いて液体の圧力を大気圧まで下げる。上記ブロ
ック体２０は圧力室１２の弾性体Ｇからの圧力を受けた
際には、該弾性体に圧せられてシール機能を生ずるよう
になる。

【００３４】しかる後、成形品としての板材をとり出
すと共に、上記〜の工程を繰返すことによって、次
々と製品の成形を行うことができる。

【００３５】上記手順は、爆轟による衝撃圧成形の次に
静圧成形を行うためのものであるが、これを逆に行うた
めには、上記の工程をに先立ち行うこととなる。静
圧成形を衝撃圧成形の前に行うか後に行うかは被加工物
の材質・加工度等の条件により適宜決定される。例え
ば、被加工物が高速延性材料(JIS 5052 H34,SUS 301
等）の場合、先に静圧成形を行うと亀裂等を生ずるの
で、爆轟の衝撃成形の後に静圧成形を行うのが良い。ま
た、一般材については、静圧成形を先に行っても良い。

【００３６】次に、図３にもとづき本発明の第二実施例
装置を説明する。なお、図において図１に示した前実施
例装置と共通部品には同一符号を付してその説明は省略
する。

【００３７】本実施例では、燃焼室１’は半径方向に拡
がる横型に形成されている。該燃焼室１’は下方にふく
らむ略球面の一部の上壁面によって中心に向ってその断
面積が減ずる形になっている。

【００３８】かかる本実施例装置によれば、装置寸法を
高くできない場合に都合がよい。作用に関しては、前実
施例の場合と同様であり、火炎は誘導路２から燃焼室
１’の一端部たる周囲部１’Ａに到達した後、他端部た
る中心部１’Ｂに向って進行する。その進行の際、断面
積の減少に伴い圧力はきわめて高くなる。そして、その
高圧は圧力室１２内の圧力媒体に伝播され、例えば、成
形室１３にて板材Ｐを金型１６に圧して一次成形を行
い、さらに前述と同様の操作を行って板材に静的高圧を
加えて最終成形が行われる。

【００３９】

【発明の効果】本発明は以上のごとく、気体収束デトネ
ーションを利用して衝撃成形する機能と、燃焼室と圧力
室との開口部を閉塞させた状態で静圧印加装置を用いて
圧力室内で静的高圧を発生させて静圧成形する機能とを
１台の装置で実現でき、かつこれら両者の機能を単独ま
たは連動させて成形できるように制御装置が設置されて
いるので、その方法にあっては、従来の方法に比して設
備コスト及びランニングコストが易くなり、しかも被加
工物の移しかえ等の作業がなくなるため安価で容易、か
つ短時間での繰り返し運転を実現できるという効果を得
る。

【００４０】ところで、本発明を成形性の面でみた場
合、衝撃成形の欠点である深絞り性を静圧成形にて改
善できること、大変形あるは広範囲にわたる成形を静
圧成形で実施した後微小変形または局所変形のみ衝撃成
形で行うようにすることにより、衝撃成形時の成形型内
残留空気の問題や衝撃波伝播距離の違いに基づく圧力分
布の不均一性の問題が無視できるようになり、その結果
精密成形が可能となること、等の効果がある。

【００４１】また、本発明装置によれば、静的高圧を得
る手段としてガス圧を採用せず液圧を利用しており、し
かも静圧成形すべき被加工物のごく近傍のみに液体を配
置するだけで十分であるため、安全にかつ短時間での繰
り返し運転を実現できるという効果をも得る。

【００４２】さらに、本発明装置によれば、処理すべき
被加工物をセットしたまま静圧及び衝撃圧を任意のパタ
ーンで加えることができるため、成形すべき被加工物の
寸法精度（特に薄板成形の場合に重要）を高く維持でき
る。また、燃焼室と圧力室との開口部の開閉を、出没可
能な金属製のブロックとゴム状弾性体または液体との組
み合わせにより行われるようにしたため、十分な耐久性
及び信頼性が維持できるという効果をも得る。

【００４３】さらに、本発明装置によれば、衝撃成形の
ための手段として、従来の弾丸打込み式、爆発方式のよ
うに火薬を用いないため、設定上の制約を受けない装置
となり、また、膜体を介して被加工物に圧力波を伝達さ
せる方式を採用すれば被加工物などのハンドリングが容
易となり、連続的に加工を行うことができて量産システ
ムへの転用が図れるという効果をも得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例装置の縦断面図である。

【図２】図１装置の圧力室及び成形室の拡大断面図であ
る。

【図３】第二実施例装置の縦断面図である。

【符号の説明】

１燃焼室１Ａ一端部１Ｂ他端部（開口部）２誘導路４着火室５点火栓１２圧力室１３成形室１５静圧印加装置１６金型１８制御装置２０ブロック体２１駆動装置Ｅ液体Ｇ弾性体Ｐ被加工物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室内の可燃性混合気に着火させること
により発生する収束デトネーションによる衝撃高圧を、
直接もしくは交換可能な膜体または流体を介して圧力媒
体に伝達して衝撃液圧または弾圧を発生させて被加工物
を成形型に圧して成形する方法において、上記圧力媒体
に外部からの静的高圧を印加した後に上記衝撃高圧を印
加することを特徴とする爆轟による成形方法。
【請求項２】燃焼室内の可燃性混合気に着火させること
により発生する収束デトネーションによる衝撃高圧を、
直接もしくは交換可能な膜体または流体を介して圧力媒
体に伝達して衝撃液圧または弾圧を発生させて被加工物
を成形型に圧して成形する方法において、上記圧力媒体
に衝撃高圧を印加した後に外部からの静的高圧を印加す
ることを特徴とする爆轟による成形方法。
【請求項３】一端部から他端部へ向け通路断面積が小さ
くなる燃焼室と、燃料の供給を受け点火栓が配設された
着火室と、着火室から分岐して延び上記燃焼室の一端部
へ連通する路程の等しい複数の誘導路と、上記燃焼室の
最小通路断面積部たる他端部の開口付近に出没して該開
口を開閉可能とするブロック体が設置され、その下流側
に、内部に圧力媒体として液体及び弾性体を収容せる圧
力室と、該圧力室に接続され内部に被加工物を収容せる
成形室と、上記圧力室内の液体に静的外力を印加するこ
とが可能な静圧印加装置とを備えた爆轟による成形装
置。
【請求項４】衝撃高圧と静的高圧とを個別に又は連動さ
せて印加時期を設定するための制御装置が備えられてい
ることとする請求項３に記載の爆轟による成形装置。
【請求項５】ブロック体による開口の閉塞時に、該ブロ
ック体は圧力室内の圧力上昇に伴って該弾性体が該ブロ
ック体に押し付けられるように配設され、該弾性体の押
し付けにより該圧力室内が密閉状態を形成するようにな
っていることとする請求項３に記載の爆轟による成形装
置。
【請求項６】ブロック体の没入による開口の形成時に、
該開口にシール用液体を満たすことによって、圧力媒体
の一部を形成すると共にブロック体の周囲をシールする
ようにシール室が配設されていることとする請求項３に
記載の爆轟による成形装置。