JPH0790295B2 - 中空品の製造方法 - Google Patents

中空品の製造方法

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JPH0790295B2
JPH0790295B2 JP61050712A JP5071286A JPH0790295B2 JP H0790295 B2 JPH0790295 B2 JP H0790295B2 JP 61050712 A JP61050712 A JP 61050712A JP 5071286 A JP5071286 A JP 5071286A JP H0790295 B2 JPH0790295 B2 JP H0790295B2
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JP61050712A
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JPS61253130A (ja
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ロバート・アントニー・ハーデイング
スタンレー・アーサー・スミス
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ブリテイツシユ・エアロスペイス・パブリツク・リミテツド・カンパニー
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/053Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure characterised by the material of the blanks
    • B21D26/055Blanks having super-plastic properties

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  • Fluid Mechanics (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Blow-Moulding Or Thermoforming Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、超塑性的に変形できる金属で作られた予成
型物を超塑性的に膨張させることによって、流体容器や
圧力容器のような中空品を製造する方法に関する。
板状の形態の超塑性材料から作られた予成型物を膨張さ
せることによって中空品を形成することは公知の技術で
ある。このような方法では、1枚、2枚又はそれ以上の
枚数の超塑性材料の板体の周縁を、それら板体が外皮を
形成するように溶着し、次に溶着された板体を、それら
が構造体を形成するように型工具に対して超塑性的に膨
張させる。出願人はこの方法で容器を作ったが、溶融接
着により生する局部的微小構造が超塑性的な特性を全く
示していないことが判った。それに加えて継ぎ目の存在
が容器の構造的無傷性を低下させるように考えられ、ま
た完成された製品には継ぎ目に隣接した外方への突出部
が生じ、容器が平滑な外面を必要とする場合にはこの突
出部を機械加工によって除去しなければならない。
この発明によれば、超塑性的に変形可能な金属で一端が
開放された中空シリンダを形成し、超塑性的に変形可能
な金属から、口部管と、軸線方向に伸びる貫通孔を備え
た栓とを作り、前記栓の前記軸線方向の孔内に前記口部
管を溶接し、かつ予成型物を形成するために前記中空シ
リンダの開放端部内に前記栓を溶接し、前記予成型物
を、形成すべき中空物品の所望の外方寸法に寸法づけし
て成型された内部空洞を有する型工具内に置き、その予
成型物の口部管を外部のガス源に接続し、前記型工具を
冷間プレス内に置いて、冷間プレスと型工具とを超塑性
的に変形可能な金属が超塑性的に変形可能な温度まで加
熱し、前記ガス源から予成型物内に口部管を介して大気
圧下のガスを導入し、ガス圧力を所望時間の間に成型圧
力まで増加させ、成型圧力に維持した圧力を所定の超塑
性的な変形の変形速度に適した期間の間維持して、予成
型物を成型圧力下で膨張させて、型工具の内部の空洞内
を満たした後、型工具と予成型物を冷却し、その後型工
具と予成型物とを冷間プレス型より除去し、型工具を分
解して、成型された中空物品を取外し最後の機械加工に
向けて成型することを特徴とする流体容器あるいは圧力
容器のような中空物品を製造する方法が提供される。
前記型工具は前記予成型物に延びている軸線と同様な軸
線のものであることが望ましい。
出願人が知る公知の構造の先行技術のすべては葉状又は
板状材料から作られた予成型物から作られる。出願人自
身は、今までは板以外の材料を使用することは不可能、
あるいは好ましくないと考えていた。その理由は超塑性
的な形成を受ける材料は、一般にその形成工程の結果と
して起る棒の一方向性の性質よりも寧ろ一般に等分性の
性質(板に延伸され得る)をもつべきであると考えられ
ていたからである。便宜上、「超塑性材料」という文言
は超塑性的に変形することのできる材料を述べるのに用
いられる。
以下、この発明によって製造された圧力容器の一実施例
を添付図面を参照して詳細に説明する。
図面を参照すると、予成型物は中空シリンダ状の主体部
分1より成り、この主体部分1は、棒体をある長さに切
断し、この棒体にドリル加工、又は機械加工で隠れ孔を
形成することによって形成される。この棒体は合金Ti6A
14Vから通常の治金方法によって熱間圧延され、心なし
研削されて酸洗いして作られる。
端部栓2は中空シリンダ状の主体部分1と同一の棒体材
料から削り出され、口部管3は同一材料から形成され
る。主体部分1、端部栓2、および管3は、完全にグリ
ースを除かれ、予成型物4を組み立てるように電子ビー
ム溶接で一体にされる。
この予成型物は、清浄されグリースを除かれて、型工具
部分5,5′よりなる型工具内に置かれる。この型は軟鋼
で作られ、型の内部に予成型物を挿入する前にグリース
を除かれ、溶剤基剤に溶かされたイットリア剥離剤で噴
霧被覆され、その後で溶剤を駆除するためにオーブン内
で焼き固められる。
内部に予成型物を入れて組立てられた型工具は、ステン
レス鋼の包囲箱6内に置かれる。この箱は大体溶接によ
って密封されているが、保護ガス及び成形ガスのための
入口を備えている。包囲箱とその内容物は次に冷間プレ
ス内に置かれる。包囲箱内には、入口7を通して低圧ガ
スが充満され、その後冷間プレスは930℃±5℃の温度
に電気的に加熱され、安定させられる。
一度、予成型物が超塑性的な成形温度(典型的には900
℃と950℃の間)に達すると、加圧されたアルゴンガス
が口部管3を介して予成型物内に導入される。この圧力
は大気圧から成形圧力(典型的には200〜400psi〔14〜2
8kg/cm2〕)に至るまで徐々に増大するように制御さ
れ、そこでこの圧力は超塑性的な成形変形速度に適応す
るように経過中維持され、次にゆるめられる(全過程に
約3時間必要である)。
その後、型は手で触れることができる程度に充分に低い
温度まで冷却され、包囲箱とその内容物は冷間プレスか
ら取り出され、包囲箱は成形された要素を取り出せるよ
うに分解される。
上記の例においては、温度と圧力の値の範囲が、考慮さ
れた例に対してのみ適切であることが強調される。その
他の実施例に対する適当なパラメータは、関連する超塑
性材料の流れ応力の知識と、適当な同等の取り巻き応力
を発生するのに必要な内部圧力の評価とから計算され得
る。
上記の例では、Ti6A14Vが使用される材料である。しか
しながら、上述した方法は他の超塑性材料にも応用がな
される。
適当な予成型物を設計するためには、内径に対する壁の
厚さの比が、成形圧力の変化を決定するための重要な要
因になる。予成型物は、例えば外部脚片または内部リブ
を形成するための通常の機械加工方法によって、内部的
にまた外部的に成形され得る。
上記の例では、型工具は軟鋼の2部分よりなっている。
しかしながら、それはステンレス鋼より作られることが
でき、実際、包囲箱の必要を回避するためには好ましい
ことである。
最良の結果を得るためには、棒状の長さ及びまたは製造
方法の細目(すなわち熱間圧延、鍛造または押し出し方
法の特別な要因)が選択され、実施品の壁の治金的粒子
の寸法が軸線方向又は円周方向の何れか一方に余り長く
なりすぎないようにされる。
特に製造されるべき製品は、第3図に示すように圧力容
器が完成した時に、その円筒部分が容器の半球状端部の
面と合致する角部のような一つ又はそれ以上のとがった
角部をもつようにされ、実施品内への圧力の適用を、実
施品の膨張の主要部分が超塑性的な変形方法により生
じ、一方残部すなわち型のとがった角部内への実施品の
最終的膨張が漸動的変形方法によって生じるように調節
することが望ましい。例えば、製造工程の間、予成型物
をその超塑性的な変形温度に維持すると同時に、予成型
材料のひずみ速度を10-3から10-4の範囲又はその付近で
維持して予成型物が超塑性的に変形するように、予成型
物内に供給される圧力を制御し、その後、変形加工のほ
とんどの時間(例えば約3分の1の時間)の間、圧力を
ひずみ速度が10-4になる圧力で一定に維持するか又は徐
々に増大させて、予成形材料に最終的なひずみ変形ステ
ージを生じさせる。
第4図は他の中空製品、すなわち冷い乾燥空気を作るた
めに使用される2部分よりなる圧力容器の製造を示して
いる。実施品は2個の棒体の円筒片を有し、その各々41
と42はそれに盲孔を形成するように一端から穿孔されて
いる。各片には半径方向の孔も穿孔されており、その2
つの孔はそれらの各半径方向の孔に溶接によって固定さ
れたある長さのチタニウム合金の管43によって連結され
ている。片41の孔の開放端は固体のメタニウム合金の栓
44をそこに溶接することによって閉鎖され、他方片42の
孔の開放端は第1図の栓2と口部管3と同様の栓45と口
部管46とが取り付けられている。次に片41と42は口部管
46に圧力をかけることによって超塑性的に膨張されるの
で、それらは型47の形をとることになる。膨張後に、栓
45及び口部管46は固定プラグに置き換えられ、あるいは
できれば口部管46は単に密封されて、進行されるべき空
気のための出口と入口の孔(図示されていない)が片41
と42の始めに閉鎖されている端部に穿孔される。
【図面の簡単な説明】
第1図は予成型物要素の説明図、第2図は成形に先立っ
て型工具内に予成型物要素を配置した説明断面図、第3
図は予成型物要素が膨張によって成形された圧力容器の
説明的断面図、第4図は成形に先立ってその型工具内に
置かれた他の形成の予成型物要素の説明断面図である。 1……主体部分 2……端部栓 3……口部管 4……予成型物 5……型工具部分 5′……型工具部分 6……包囲箱 7……ガス入口 41……円筒片 42……円筒片 43……管
フロントページの続き (72)発明者 スタンレー・アーサー・スミス イギリス国.ハートフオードシヤー.ハツ トフイールド.ハツトフイールド・ダイナ ミツクス.ブリテイツシユ・エアロスペイ ス・パブリツク・リミテツド・カンパニー (番地その他表示なし) (56)参考文献 特開 昭52−130465(JP,A) 特開 昭57−44431(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超塑性的に変形可能な金属で一端が開放さ
    れた中空シリンダを形成し、 超塑性的に変形可能な金属から、口部管と、軸線方向に
    伸びる貫通孔を備えた栓とを作り、 前記栓の貫通孔内に前記口部管を溶接し、かつ 前記中空シリンダの開放端部内に前記栓を溶接して、予
    成型物を形成し、 前記予成型物を、形成すべき中空物品の所望の外方寸法
    に寸法づけして成形された内部空洞を有する型工具内に
    置き、その予成型物の口部管を外部のガス源に接続し、 前記型工具をプレス内に置いて、 プレスと型工具とを超塑性的に変形可能な金属が超塑性
    的に変形できる温度まで加熱し、 前記ガス源から予成型物内に口部管を介して大気圧下の
    ガスを導入し、 ガス圧力を所望時間の間に成型圧力まで増加させ、 成型圧力に維持した圧力を所定の超塑性的な変形の変形
    速度に適した期間の間維持して、 予成型物を成型圧力下で膨張させて、型工具の内部の空
    洞内を満たした後、 型工具と膨張させた予成型物を冷却し、その後 型工具と膨張させた予成型物とをプレスより除去し、 型工具を分解して、予成型物を膨張させて成型した中空
    物品を取外すことを特徴とする流体容器あるいは圧力容
    器のような中空物品を製造する方法。
JP61050712A 1985-03-09 1986-03-10 中空品の製造方法 Expired - Lifetime JPH0790295B2 (ja)

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GB858506157A GB8506157D0 (en) 1985-03-09 1985-03-09 Superplastic forming

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JPS61253130A JPS61253130A (ja) 1986-11-11
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DE (1) DE3663458D1 (ja)
DK (1) DK160000C (ja)
ES (1) ES8702187A1 (ja)
GB (2) GB8506157D0 (ja)
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GB8506157D0 (en) 1985-04-11
NO163598C (no) 1990-06-27
DK160000B (da) 1991-01-14
DK104286D0 (da) 1986-03-07
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