JPH11244953A - 超塑性材料の成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シャトル式超塑性材料の成形装置において、
ワークのセットおよび取り出しのために移送される成形
型の温度低下を抑えて、大量生産性や品質の安定性を向
上させる。 【解決手段】 上型４と下型５の側面４ａ，５ａに断熱
材１０，１１をそれぞれ設けて上型４と下型５からの放
熱を抑え、さらに、ワークＷのセットおよび取り出しの
ために移送される下型５の温度低下を抑えて、１回の成
形サイクルに要する時間を短縮させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超塑性を示す薄板
状のワークを、ガス圧や油圧等の流体圧を用いて成形型
に押しつけることにより所望の形状に成形する超塑性材
料の成形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、金属の薄板を複雑な形状に成形す
る方法として、金属が有する超塑性を利用した成形技術
が有力視されている。超塑性は、一般に、高温低速のも
とで引っ張ると数百％以上の伸びを示す現象を言い、多
くの合金に認められるものであるが、特に、チタン合金
やアルミニウム合金等が好適な素材とされている。超塑
性成形方法は、内面に成形品に応じた型が形成された下
型の上に薄板であるワークを載せ、この上に上型を載
せ、上型を上から加圧して上型と下型を型締めするとと
もに、ワークを所定の成形温度に加熱した状態で、ワー
クと上型との間に高圧ガスを導入するといった手法が一
般的である。ワークは、高圧ガスにより下型の内面に強
く圧着して塑性変形し、その内面の型に応じた形状に成
形される。このような成形方法を実践する成形装置とし
ては、上型と下型を加熱炉内に装備させた加熱炉式が多
いが、設備の簡素化が図られるとともに大量生産に有利
なシャトル式が提案されている。

【０００３】このシャトル式成形装置は、概ね図６に示
すような構成となっている。すなわち、プレスのベッド
１の上方に昇降可能にラム２が設けられ、ベッド１の上
に下側プラテン３Ｂが載せられ、ラム２の下面には上側
プラテン３Ｂおよびコール板８が固定され、コール板８
と下側プラテン３Ｂの間に、上型４と下型５が配置され
ている。上型４は、コール板８に着脱可能に固定され、
下型５は下側プラテン３Ｂの上に載せられる。上下のプ
ラテン３Ａ，３Ｂにはヒータが内蔵され、ヒータで加熱
されたプラテン３Ａ，３Ｂにより上型４と下型５が加熱
される。ベッド１とラム２の間が、ラム２によって上型
４と下型５の型締めがなされる加圧スペースＰとされ
る。この加圧スペースＰの前方（図６では左側方）には
テーブル６が設けられ、このテーブル６上がセットスペ
ースＳとされる。下型５は、ベッド１および下側プラテ
ン３ＢとともにセットスペースＳと加圧スペースＰとの
間を水平移動させられ、セットスペースＳにて下型５に
対するワークＷのセットおよび取り出しが行われる。

【０００４】このようなシャトル式成形装置によれば、
はじめに各プラテン３Ａ，３Ｂをヒータで加熱しておく
とともに、テーブル６上のセットスペースＳに下型５を
ベッド１および下側プラテン３Ｂごと移送しておく。こ
の状態から、下型５の上にワークＷを載せてセットし、
次いで、ベッド１および下側プラテン３Ｂとともに下型
５を加圧スペースＰに移送し、ラム２を下降させて上型
４と下型５との間にワークＷを挟み込んで型締めする。
上下のプラテン３Ａ，３Ｂで加熱される上型４と下型５
の温度が、ワークＷが超塑性を示す成形温度に達した
ら、ワークＷと上型４との間に高温・高圧の空気または
Ａｒ等の不活性ガスを導入する。ワークＷは導入ガスに
より下型５の内面に強く圧着して塑性変形し、その内面
の型に応じた形状に成形される。成形後は、ラム２とと
もに上型４を上昇させて型開きし、下型５をベッド１お
よび下側プラテン３ＢとともにセットスペースＳに移送
して成形されたワークＷを下型５から取り出し、次のワ
ークＷを下型５にセットして上記操業を繰り返す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記シャトル式成形装
置にあっては、上型４と下型５を上下のプラテン３Ａ，
３Ｂで直接加熱するので加熱炉を要さない簡素な設備が
実現され、また、下型５に対するワークＷのセットや取
り出しを短時間で行うことができるので大量生産に有利
である。しかしながら、このような利点を備える反面、
次のような改善すべき課題を有していた。すなわち、成
形後に下型５を加圧スペースＰからセットスペースＳに
移送してワークＷを取り出し、次のワークＷをセットし
た下型５を加圧スペースＰに移送して型締めする間に、
下型５が放熱して温度が下がってしまい、再び成形温度
に達するまでの時間が長くなっていた。特に下型５の側
面５ａは常に露出しており、この側面５ａからの放熱の
度合いが大きかった。したがって、型締めされた状態で
あっても、その側面５ａからの放熱により成形温度に達
するまでの熱ロスは避けられず、加熱時間の延長が助長
されていた。加熱時間が長いと電力消費量が大きくなる
ことは勿論、せっかくの大量生産性が低下してしまうこ
とにもつながる。さらには、ワークＷの粒成長が喚起さ
れて設計通りの成形圧によっても成形不全が生じるおそ
れがあるととももに、ワークＷの酸化が起こってしま
う。また、側面５ａからの放熱は下型５の温度分布が不
均一になることを招き、このような状態で成形されるこ
とによっても成形不全が生じたり、あるいはワークＷの
厚さが不均一になったりする可能性があり、このような
不具合は、特に超塑性を示す温度範囲が狭い金属の場合
に顕著であることが想定される。

【０００６】よって本発明は、上記シャトル式のような
形式を有する超塑性材料の成形装置において、ワークの
セットおよび取り出しのために移送される成形型（上記
の下型に相当する）の温度低下を抑えることにより、成
形所要時間が短縮して大量生産性や品質の安定性の向上
が図られる超塑性材料の成形装置を提供することを目的
としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するためになされたものであって、一対の加熱圧板で挟
まれる成形型の型締め・型開きが行われ、その型締め状
態で成形型の間に挟み込んだ超塑性材料を、加熱圧板で
成形型を加熱することにより加熱しながら、成形型内に
導入した流体の圧力により成形する加圧スペースと、こ
の加圧スペースから型締め方向に略直交する方向に設け
られ、超塑性材料がセットされる成形型およびこの成形
型を加熱する成形圧板が加圧スペースから移送され、そ
の成形型に対する超塑性材料のセットならびに取り出し
を行うためのセットスペースと、このセットスペースと
加圧スペース間において、成形型および加熱圧板を移送
する移送手段とを備えた超塑性材料の成形装置におい
て、少なくとも、セットスペースと加圧スペース間を移
送される成形型の、型締め時において露出する面に、断
熱手段が設けられていることを特徴としている。

【０００８】上記手段によれば、加圧スペースにおいて
成形したワークは、成形型が型開きされた後、成形型お
よび成形圧板とともにセットスペースに移送される。成
形型はワークを挟み込む形態であるから型締め方向に分
割されるものとされ、少なくとも一方の成形型の内面に
型面が形成されている。ワークは、導入された流体の圧
力により、成形型の型面に押圧されて成形され、そのま
まの状態で成形型とこの成形型を加熱する成形圧板がセ
ットスペースに移送される。セットスペースでは、成形
後のワークを成形型から取り出し、その成形型に新たな
成形前のワークをセットする。次いで、ワークをセット
した成形型を加熱圧板とともに再び加圧スペースに移送
し、ここで成形型の型締めならびに加熱圧板による成形
型の加熱がなされ、流体の導入によりワークが成形され
る。このような動作を繰り返すことにより、ワークの連
続成形がなされる。

【０００９】さて、本発明では、加圧スペースとセット
スペース間を移送される成形型の、型締め時において露
出する面に、断熱手段が設けられている。例えば、上記
従来の技術で述べた装置の場合であれば、実際にワーク
が押圧されて成形される下型が対象となる成形型であ
り、型締め時において露出する面は側面であるから、そ
の側面に断熱手段を設けることになる。このように断熱
手段が設けられることにより、移送時および成形時にお
ける露出面からの放熱が抑えられる。その結果、成形温
度までの加熱時間の短縮や成形型の均熱状態が保持され
て熱効率が向上し、上記の課題が解決される。また、セ
ットスペースでのワークの取り出しおよびワークのセッ
トを行う作業員に対する成形型からの放熱温度が低くな
るので、作業が行いやすくなり、かつ安全性も向上す
る。断熱材は、少なくとも加圧スペースとセットスペー
ス間を移送される成形型に設けられるが、加圧スペース
に残る他方の成形型に設けても勿論よく、その場合には
熱効率が一層向上する。

【００１０】成形型に設ける上記断熱手段としては、セ
ラミックウール等の断熱シートからなる断熱材を直接露
出面に密着させる形態でもよく、露出面から空気層を空
けて設けられる断熱材であってもよい。また、断熱手段
が設けられる成形型には、この成形型を加熱する加熱圧
板が接しているが、この加熱圧板と断熱手段の間に、所
定距離の隙間を空けておくと、加熱圧板が適切に放熱さ
れて過熱が防がれるので好ましい。さらに、断熱手段
は、成形型の露出面を覆うばかりでなく、加熱圧板の表
面をも覆う形態とすれば、熱効率の一層の向上ならびに
セットスペースにおける作業性が一段と向上する。

【００１１】

【発明の実施の形態】次いで、図面を参照して本発明の
一実施形態を説明する。図１は一実施形態に係る超塑性
材料の成形装置の側断面図であって、例えばオフロード
用乗用車などの後部に外付けされるスペアタイヤのカバ
ーを形成するものである。図中符合１はプレスのベッ
ド、２は昇降可能になされたラムであり、Ｗは超塑性材
料からなるワークである。ワークＷは、カバーに適した
超塑性材料が選ばれ、例えば、Ａｌ−６Ｃｕ−０．５Ｚ
ｒ合金、Ａｌ−５．５Ｍｇ合金等の薄板材が用いられ
る。ベッド１の上には下側プラテン（加熱圧板）３Ｂが
載せられ、ラム２の下面には上側プラテン（加熱圧板）
３Ａが一体に固定されている。上下のプラテン３Ａ，３
Ｂはセラミックスで構成され、それぞれにヒータ７Ａ，
７Ｂが内蔵されている。上下のプラテン３Ａ，３Ｂの間
には、上型４（成形型）と下型（成形型）５が配置され
ている。

【００１２】下型５は、下側プラテン３Ｂ上に載せられ
る。この下型５には、上記カバーの側部および前面の外
周部分を形成するリング状の凹部５ｂが形成されてい
る。また、凹部５ｂの中央側には、カバーの凹部５ｂを
形成する円形の凸部５ｃが形成されている。さらに、下
型５には、凹部５ｂから型外に通じる排気孔５ｄが形成
されている。下側プラテン３Ｂの周囲には、セラミック
ス製のエッジブロック９Ｂが配置されている。このエッ
ジブロック９Ｂは、ベッド１の周縁に固定されたアング
ル１２Ａに載せられている。

【００１３】上型４は、上側プラテン３Ａの下面に、コ
ール板８を介して着脱可能に固定され、ラム２と一体に
昇降するようなされている。コール板８の下面には、Ｔ
スロット（図示略）が形成され、上型４の上面に突出さ
せたＴスロットボルト（図示略）をＴスロットに係合さ
せることにより、上型４をコール板８から容易に着脱す
ることができるようになっている。上型４の下面には、
下型５の内面の凹部５ｂの外周形状と同じ外周形状を有
する凹部４ｂが形成されている。また、上型４には、凹
部４ｂから型外に通じるガス導入孔４ｃが形成されてお
り、このガス導入孔４ｃの入口には、高熱のガスを供給
する図示せぬガス供給管が接続されている。上側プラテ
ン３Ａの周囲には、セラミックス製のエッジブロック９
Ａが配置されている。このエッジブロック９Ａは、ベッ
ド１の周縁に固定されたアングル１２Ａに載せられてい
る。

【００１４】当該成形装置では、ベッド１とラム２の間
が、ラム２によって上型４と下型５の型締めがなされる
加圧スペースＰとされる。この加圧スペースＰの前方
（図１では左側方）には、図示は省略するが図６で示し
たようなテーブル６が設けられ、このテーブル６上がセ
ットスペースＳとされる。下型５は、型開きされた状態
から、ベッド１および下側プラテン３Ｂとともにセット
スペースＳと加圧スペースＰとの間を移送手段（図示
略）により水平移動させられ、セットスペースＳにて下
型５に対するワークＷのセットおよび取り出しが行われ
るようになっている。移送手段としては、ベッド１の下
面に装着された車輪がレール上を走行する手段や、空気
圧でベッド１を浮上させて移送する手段等を採用するこ
とができる。

【００１５】ここで、加圧スペースＰにおいて上型４と
下型５が互いに型締めされると、従来では、これら上型
４と下型５の側面（露出面）４ａ，５ａを覆ったり接す
るものは何もなく露出していたが、本実施形態では、図
２に示すように、それらの側面４ａ，５ａ全周にわたっ
て、セラミックウール等の断熱シートからなる断熱材
（断熱手段）１０，１１がそれぞれ取り付けられてい
る。これら断熱材１０，１１は、例えば、側面４ａ，５
ａに溶接して突出させた多数の短い針金を刺し込むなど
の手段により、直接側面４ａ，５ａに接する状態で取り
付けられる。さらに、下型５の断熱材１１と下側プラテ
ン３Ｂとの間には、所定距離の隙間１１ｂが空けられて
いる。上側の断熱材１０には、ガス導入孔４ｃを外部に
通じさせるための孔１０ａが形成されている。また下側
の断熱材１１には、ガス排気孔５ｄを外部に通じさせる
ための孔１１ａが形成されている。

【００１６】次に、図１の状態すなわちワークＷを上型
４と下型５の間に挟み込み、ラム２を下降させて上型４
と下型５を型締めしている状態から、ワークＷを成形す
る方法を説明する。予めヒータ７Ａ，７Ｂに通電して上
下のプラテン３Ａ，３Ｂを加熱し、これらプラテン３
Ａ，３Ｂにより、上型４と下型５を、ワークＷが超塑性
を示す成形温度（例えば５００℃程度）まで上昇させて
おく。次に、ガス導入孔４ｃから高温・高圧の空気また
はＡｒ等の不活性ガスを導入する。このとき、下型５の
排気孔５ｄからワークＷと下型５との間の空間を真空引
きしてもよい。なお、このように真空引きしない場合に
は、断熱材１１は通気性を有するので断熱材１１に孔１
１ａを形成せずともよい。

【００１７】これにより、ワークＷは下方に塑性変形し
ていき、最終的に下型５の内面に強く圧着し、その内面
の型に応じた形状に成形される。成形が完了する時間を
見計らって不活性ガスの導入を終えたら、ラム２を上昇
させて型開きし、次いで、下型５をベッド１および下側
プラテン３ＢとともにセットスペースＳに移送する。セ
ットスペースＳでは、成形後のワークＷを下型５から取
り出し、新たなワークＷを下型５上に載せてセットす
る。次に、下型５をベッド１および下側プラテン３Ｂと
ともに加圧スペースＰに移送し、ラム２を下降させて上
型４と下型５との間にワークＷを挟み込んで型締めし、
上型４と下型５が成形温度に達したら、上記のようにガ
スを導入してワークＷを成形する。以上の動作を繰り返
すことにより、ワークＷの連続成形がなされる。

【００１８】上記一実施形態では、加圧スペースＰとセ
ットスペースＳ間を移送される下型５の側面５ａに断熱
材１１が設けられていることにより、移送時および成形
時における側面５ａからの放熱が抑えられ、成形温度ま
での加熱時間の短縮が図られる。よって、ワークＷのセ
ットから成形、取り出しといった１回の成形サイクルに
要する時間が短縮するとともに、下型５の均熱状態が保
持されて熱効率が向上する。本実施形態の場合、加圧ス
ペースＰに残る上型４の側面４ａにも断熱材１０が設け
られているので、熱効率が一層向上するものとなってい
る。その結果、電力消費量が従来より低減するとともに
大量生産性が向上する。また、ワークＷの粒成長や酸化
が抑制されて製品に成形不全や厚さの不均一が起こら
ず、安定した品質を得ることができる。また、セットス
ペースＳでのワークＷの取り出しおよびセットを行う作
業員に対する下型５からの放熱温度が低くなるので、作
業が行いやすくなり、かつ安全性も向上する。さらに、
下型５に設けられた断熱材１１と下側プラテン３Ｂとの
間に所定距離の隙間１１ｂが空いているので、プラテン
３Ｂが適切に放熱されて過熱が防がれ、例えばヒータ７
Ｂの溶断といった不具合が未然に回避される。

【００１９】以上が本発明の一実施形態であるが、本発
明はこの実施形態に限定されるものではなく、種々の変
更が可能である。例えば、上記実施形態は縦型プレスに
適用した例であるが、横型のプレスに適用することもで
きる。また、断熱手段も様々な形態が考えられ、以下
に、いくつかの形態を例示する。

【００２０】図３に示すように、上型４と下型５の側
面４ａ，５ａに上記断熱材１０，１１をそれぞれ設け、
さらにこれら断熱材１０，１１の表面に金属製の板２０
を張り合わせる。断熱材１０，１１は、前述したように
セラミックウール等の断熱シートであるため繊維あるい
は粉が脱落しやすいが、このように板２０を張り合わせ
れば脱落物の発生が抑えられ、作業環境が良好になると
ともに、脱落物が型内へ侵入することが防止される。な
お、脱落物の発生が抑えられるものであれば、板２０の
代わりに例えば金網を貼り合わせてもよい。 図４に示すように、金属板２１の裏面に断熱皮膜２２
が張られた断熱板（断熱手段）２３を、側面４ａ，５ａ
から空気層２４を空けて設け、これを断熱手段とする。
断熱板２３は、互いに近接する側の端部が折り曲げら
れ、金属板２１の周縁が溶接等の固着手段で側面４ａ，
５ａに固定される。この場合も、下側プラテン３Ｂの過
熱を防ぐためにの隙間２３ｂが空けられる。 図５に示すように、下型５に設ける上記断熱板２３
を、エッジブロック９Ｂの上面を覆うように設ける。こ
の場合、下側プラテン３Ｂからの放熱も抑えられ、熱効
率が一層向上するとともに、セットスペースＳにおける
作業性が一段と向上する。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
セットスペースと加圧スペース間を移送される成形型に
断熱手段を設けたことにより移送時の成形型の温度低下
が抑えられ、その結果、１回の成形サイクルに要する時
間が短縮するとともに成形型の均熱状態が保持されて熱
効率が向上し、大量生産性や品質の安定性の向上が図ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る成形装置の側断面
図である。

【図２】 本発明の一実施形態に係る断熱手段を示す側
断面図である。

【図３】 本発明の一実施形態に係る断熱手段の変形例
を示す側断面図である。

【図４】 本発明のに係る断熱手段の他の形態を示す側
断面図である。

【図５】 本発明のに係る断熱手段の他の形態の変形例
を示す側断面図である。

【図６】 従来の成形装置の概要を示す側面図である。

【符号の説明】

３Ａ…上側プラテン（加熱圧板）、３Ｂ…下側プラテン
（加熱圧板）、４…上型（成形型）、４ａ，５ａ…側面
（露出面）、５…下型（成形型）、１０，１１…断熱材
（断熱手段）、１１ｂ…隙間、２３…断熱板（断熱手
段）、２４…空気層、Ｐ…加圧スペース、Ｓ…セットス
ペース、Ｗ…ワーク（超塑性材料）。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の加熱圧板で挟まれる成形型の型締
   め・型開きが行われ、その型締め状態で成形型の間に挟
   み込んだ超塑性材料を、加熱圧板で成形型を加熱するこ
   とにより加熱しながら、成形型内に導入した流体の圧力
   により成形する加圧スペースと、 この加圧スペースから前記型締め方向に略直交する方向
   に設けられ、前記超塑性材料がセットされる成形型およ
   びこの成形型を加熱する成形圧板が加圧スペースから移
   送され、その成形型に対する超塑性材料のセットならび
   に取り出しを行うためのセットスペースと、 このセットスペースと前記加圧スペース間において、前
   記成形型および前記加熱圧板を移送する移送手段とを備
   えた超塑性材料の成形装置において、 少なくとも、前記セットスペースと前記加圧スペース間
   を移送される前記成形型の、前記型締め時において露出
   する面に、断熱手段が設けられていることを特徴とする
   超塑性材料の成形装置。
2. 【請求項２】 前記断熱手段は、前記露出面に密着する
   断熱材であることを特徴とする請求項１に記載の超塑性
   材料の成形装置。
3. 【請求項３】 前記断熱手段は、前記露出面から空気層
   を空けて設けられた断熱材であることを特徴とする請求
   項１に記載の超塑性材料の成形装置。
4. 【請求項４】 前記断熱手段と前記加熱圧板との間に、
   所定距離の隙間が空けられていることを特徴とする請求
   項１〜３のいずれかに記載の超塑性材料の成形装置。
5. 【請求項５】 前記断熱手段は、前記加熱圧板の表面を
   覆っていることを特徴とする請求項４に記載の超塑性材
   料の成形装置。