JPS61245920A - 引張り成形法 - 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、中空状被加工物の中空内に加圧流体による内
借シ支持を行なう引張成形法に関する。

〔従来の技術〕

金属成形法として種々の引張成形法が公知である。引張
成形法は、被加工物（通常は長尺の押出材あるいは板材
）に降伏点を超える引張力を負荷しながらフォーミング
・ダイスの輪郭に合わせて成形する方法である。成形中
に引張力を被加工物の長手方向延長線に沿って負荷する
。

公知の引張成形法の典型的な利用分野は、航空機の胴体
外板によく用いられるような押出断面を持つ長尺材ある
いは肉薄のパネル類などのアルミニウム合金部材の成形
である。

たとえば公知の引張成形法の一例としては、引張巻付成
形法（ｓｔｒｅｔｃｈ　ｗｒａｐｐｉｎｇ）という方法
があり、この方法では被加工物に機械的に引張力を負荷
することによって弾性限を超えて引張る。次に、引張カ
ミ維持したままで被加工物をフォーミング・ダイスに巻
き付ける。引張巻付成形法の基本的な原理は、被加工物
が引張力の負荷によって降伏して塑性変形を生じ、フォ
ーミング・ダイスに巻き付けられて起こる変形が望まし
い様式の塑性変形となって、実質的にスプリング・バッ
クのない所望の形状に成形される、というものである。

すなわち、引張巻付成形法の長所の一つは、フォーミン
グ・ダイスの輪郭を所望の最終形状とほぼ一致させてよ
く、スプリング・バックによる差引分を考慮する必要が
ないことである。引張巻付成形法の用途として特に適し
ているのは、一定の曲率半径で読（長尺品の成形である
。

他に引張成形法の一つとして可動ダイス方式があり、こ
れはグリッピング・ヘッドは固定し、フォーミング・ダ
イスを被加工物に垂直に向けて送り込んでいく方法であ
る。また別の方法として半径方向引張成形法（ｒａｄｉ
ａｌ　ｄｒａｗ　ｆｏｒ＋ｓｉｎｇ）があり、これは一
つのテーブル上に一つのグリッピング・ヘッドとダイス
を設置し、このテーブルの回転によって引張力の下で回
転ダイス上を部材がゆっくりと引張られるという方法で
ある。

他に引張成形法の一般的長所は、被加工物の座屈としわ
発生、被加工物の加工硬化、および被加工物の肉厚全体
への加工硬化の進展を解消したことであり、更に、被加
工物の肉厚減少を掻く僅かにして所望の結果を得ること
であって、典型的な肉厚減少率は５％以下である。

以上から、公知の引張成形法、特に引張巻付成形法が、
従来の曲げ成形法（典型的な従来技術としては、米国特
許第３．１０５．５３７号、第２０３．８４２号、第５
６７．５１８号、第３．３２８．９９６号がある）とは
全く異なることは明らかである。これらの特許は全て従
来の曲げ成形法に関し、長尺被加工物の軸に対して横方
向から曲げ力を負荷するものである。

たとえば米国特許第３．１０５．５３７号の場合は被加
工物はフォーミング・ダイス上の成形で曲げられ、米国
特許第３．３２８．９９６号の場合は一対のダイスが横
方向に相対移動することによって曲げが行なわれ、両ダ
イス間の剪断領域で被加工物を変形させようとするもの
である。これらの特許はいずれも、曲げ成形中の中空状
被加工物内に加圧状態で閉じ込めた非圧縮性流体、特に
液体媒体を使用することも開示している。

上述のように、曲げ成形法では被加工物に意図的に引張
力を負荷することは考慮しておらず、金属の成形中にお
ける材料の降伏点に近いかそれを超え得るような引張力
の負荷は全く考慮していないことは明らかであるから、
従来の曲げ成形法と引張成形法とは力学的に著しく異な
るものである。

〔問題とその解決手段〕

本発明は、引張成形を施される押出材の中空内に加圧流
体による内側支持を行なう新規な改良引張成形法を提供
しようとするものである。内側の流体の圧力は比較的低
レベルに、たとえば１５〜５０　ｐｓｉ（１〜３．５　
ｋｇ／　ｃｄ）程度に、かつ成形中の被加工物に機械的
な加工を加える程の大きさの圧力よりも常に大巾に低く
維持する。しかしこのように内側に軽度の圧力を掛ける
ことで成形中の被加工物の断面形状は十分に維持される
。このことは成形中に内側につぶれてしまうような外周
部を持つ薄肉部材を加工する場合には特に都合が良い。

望ましくは、圧力流体を空気その他適当な圧縮性気体媒
体とし、これを、被加工物の両側開口端を密封する一対
のプラグのうちの一つに形成した給気口を経て、被加工
物の中空内に加圧状態で導入することである。

空気を使用することによって、被加工物の内側からの支
持を高速で効率的に行き渡らせることができ、成形終了
後の圧力流体の排出が容易にできる。更に有利な点は、
軽量であり既存の空気源（はとんどのプラントの持つ圧
搾空気の容量で十分である）を利用できることである。

したがって、従来の内側からの支持方法（たとえば、連
接式マンドレルによって行なう固体による支持）に対す
る有利性は大きい。

以上のことから、本発明の一般的な目的の一つは金属成
形法の新規の改良法を提供することである。

本発明の特に目的とするところは、押出材のような長尺
の中空状被加工物の新規な成形法であって、引張成形中
に押出材断面形状を十分維持するだけの流体圧力を押出
材内側に付与しかつ維持する成形法を提供することであ
る。

以下、図面を参照して詳細に説明する。

第１図に、長尺の被加工物１２を所望の形状に成形する
ための従来の引張巻付成形装置の一部１０を示す。ただ
し、本発明法は可動ダイス式および回転テーブル式の装
置にも適用できる。

装置１０は、簡潔明瞭とするために模式的に図示しであ
る。装置１０には間に距離を有する一対のグリッパ−１
４があり、初めは仮想線と「開始」で示した位置に直線
上に並んでいる。各グリッパ−１４は被加工物１２の両
端をそれぞれ繋止し、適当な公知の引張手段、たとえば
水圧ピストン・シリンダー（図示せず）によって被加工
物にその弾性限を十分超える大きさの引張力Ｔが負荷さ
れる。引張力Ｔを維持しながら、グリフパー１４を調節
可能な公知の架台（図示せず）の中で「終了」の位置ま
で回転させて被加工物１２をフォーミング・ダイス１６
の上に被せるようにして成形する。

成形中は常に被加工物１２の延長線上に引張力Ｔを維持
する。

第２図から第５図に、上記従来の引張成形法と従来の曲
げ成形法の相異を示す。被加工物に純粋な曲げ荷重を掛
けた場合は、第２図に示すように材料には中立線より半
径方向内側で圧縮力、外側で引張力が掛かっている。曲
げ荷重が十分大きければ、場所によって引張応力と圧縮
応力が被加工物の弾性限を超えて塑性変形を生ずる。曲
げ力を除荷する際には、第３図に示すように被加工物が
若干復元すなわちスプリング・バックする結果、被加工
物の内部には中立線の両側に引張と圧縮の残留応力がつ
り合って残る。曲げ荷重が減少する際のスプリング・バ
ックに伴い、半径方向外側は若干縮み、内側は伸びる。

スプリング・バックの程度は成形する材料の弾性限と関
係がある。

第４図、第５図は、従来の引張巻付成形法と純粋な曲げ
成形法とでは被加工物に負荷される応力の状態が非常に
相異することを示すものである。

特に第４図に示すように、引張巻付成形法の場合は、被
加工物の横断面全体にわたって純粋な引張応力が掛かっ
ており、フォーミング・ダイス上での成形の進行中には
応力線は被加工物の湾曲に沿っている。したがって、引
張荷重が材料の弾性限を超えて材料が塑性域に入ると、
被加工物は横断面全体に亘って塑性伸びを起こす。その
ため、成形用荷重が除去されたときのスプリング・バッ
クはほとんどが接線方向に沿って起こり、その結果、半
径方向の変化はほとんど生じない。しかも、残留応力は
第３図と第５図の比較から明らかなように純粋な曲げ成
形の場合よりも非常に単純である。

本発明は、圧力流体媒体望ましくは空気のような圧縮性
気体媒体による被加工物内側の加圧と、この加圧状態を
引張成形中に被加工物の内側からの支持として維持する
ことによって、つぶれ等被加工物断面形状の不規則変形
を伴なわずにダイス上で均一に成形を行なうことができ
る、アルミニウム押出材等の長尺中空状被加工物の引張
成形法に関する。

本発明の最も有利な適用対象は、比較的薄肉の中空押出
材と横断面形状が不規則な押出材である。

〔実施例〕

第６図、第７図を参照して本発明の詳細な説明する。

第６図に模式的に示す引張巻付成形装置１８は、ジ＝！
Ｉ−２２を有する調節可能に設置されたグリッパ一部２
０を具備し、ジョー２２は長尺の中空状被加工物の両端
をそれぞれつかむように調節されている。グリフパ一部
２０は、適当に調節できる周知の支持体（水圧シリンダ
ー装置（図示せず）のピストン・ロッド部端部として２
６で示す）に設置されている。グリッパ−２０を支持す
るシリンダー装置は周知の調節可能な架台（図示せず）
に支持されてフォーミング・ダイス２８に対して回転運
動できるようになっている。

ピストン・ロッド２６とシリンダー（図示せず）とによ
って被加工物２４に所定の大きさの引張荷重が負荷され
るのと一緒に、グリッパ−２０とその支持体が矢印Ａの
ように回転運動をして被加工物２４をフォーミング・ダ
イス２８の上に被せるようにして成形する。

各グリフパ一部２０にはプラグ部３ｏが有り、このプラ
グ部は被加工物２４の両端開口部を密封するように噛み
合う断面形状と寸法を有する。

一方のプラグ３０にある給気口３２と圧搾空気供給系３
４とによって被加工物２４の内側の加圧を行ない、他方
のプラグ３０にある排気口３６と排気系３８とによって
被加工物２４から圧搾空気を排気する。

給気系３４と排気系３８はいずれも全て従来の構成でよ
い。たとえば、給気系３４に空気源４０を設け、これを
導管４２を介して給気口３２と接続する。導管４２とし
て示した流路の途中に挿入するものは、ストップ・バル
ブ４４、調節可能な自己締付型流量制御バルブ（ａｄｊ
ｕｓｔａｂｌｅ　ｓｅｌｆ−ｃｌａｓｐｉｎｇ　ｆｌｏ
ｗ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｖａｌｖｅ）　４６、圧力計４８
１水トラツプ５０、一方向（逆流防止）逆止バルブ５２
等のような従来から流れの制御に必要とされている部品
（機器）である。排気系３８は導管５４等で構成され、
その途中にはたとえば手動操作可能の圧力流出バルブ５
６が挿入される。

第７図に、プラグ３００片方を長い剛体５８として示す
。剛体５８は被加工物２４の片方の開口端に密封するよ
うに挿入することができる断面形状を有する。外周を取
り巻く適当な溝６０の中に１つ以上のＯリングを入れて
被加工物２４の内周面と耐圧密封状態ではめ合わされる
ようにする。

グリッパ−２０に支持されたスタッド（図示せず）をネ
ジ付めくら穴６４に挿入することによってプラグ３０を
グリッパ−２０に繋止し、プラグ工物２４の内側と外側
の間の流路となる。めくら穴６６は内側にネジ部６７を
有し導管４２または５４と耐圧気密接続をする。

上記のような装置を用いて、以下のように改良成形法を
行なうことができる。最初に、対象とする被加工物２４
の横断面内側の輪郭に合致するプラグ３０をグリッパ一
部２０に装着する。次に、被加工物の両端に各プラグ３
０を挿入して被加工物の位置決めを行ない、そして被加
工物の両端をつかむようにグリッパ−２０のジ＝１−２
２を作動させる。

流出バルブを閉じ、給気系を作動させて圧搾空気を被加
工物２４の内側に供給する。このときの圧力範囲はたと
えば１５〜３０ｐｓｉ　（１〜２　ｋｇ／　ｃｌａ）で
ある、この内側空気圧を維持しながら、水圧ラム式ピス
トン２６として示したグリッパ−支持体を作動させるこ
とによって、被加工物２４の塑性伸びを開始させるのに
十分な大きさの軸方向（長手方向）引張力を被加工物２
４に負荷する。内側の空気圧と機械的に負荷したこの長
手方向引張力とを維持した状態で、被加工物２４をフォ
ーミング・ダイス２８の上から被せるように成形するた
めにグリッパ−２０を調整する。被加工物２４に負荷さ
れた長手方向引張力によって応力状態が向上し、空気圧
によって内側から柔軟に支持されることによって容易に
被加工物は全長にわたって横断面の輪郭が均一に維持さ
れる。

更に詳しくは、内側の圧力によって被加工物の内周面に
半径方向外向きの拘束力が負荷される。

その結果、被加工物には所定レベルの周方向引張力と限
定された長手方向引張力が掛かる。内側の圧力は成形中
の横断面を均一に維持するのに十分であるが、曲げ荷重
を発生する応力源としては作用しない。荷重グリッパ−
２０を通して機械的に負荷される引張力は被加工物の横
断面全体にわたって均一な長手方向引張力を負荷し、曲
げ荷重は被加工物の中立線を境にして引張から圧縮に変
わる応力を負荷する。この３種類の応力が成形中に重畳
することによって新規の改良成形法が行なわれる。この
ように本発明法は容易性、効率、信鯨性の向上した、長
尺中空品の引張成形法を提供する。

本発明者らは、上記実施例以外の多様な実施態様につい
ても十分考慮している。したがって、本発明は特許請求
の範囲以外の限定をせずに広範に考えるべきものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の引張巻付成形法とその装置を示す模式図
、第２図は従来の曲げ成形法において被加工物に負荷さ
れる応力状態の略図、第３図は従来の曲げ成形法で成形
した被加工物内部の残留応力状態の略図、第４図は従来
の引張巻付成形法において被加工物に負荷される応力状
態の略図、第５図は従来の引張巻付成形法で成形した被
加工物内部の残留応力状態の略図、第６図は長尺中空状
被加工物に対して本発明の新規の引張巻付成形法を行な
うための装置の模式図、および第７図は長尺中空状被加
工物両端の開口部を密封するために第６図の装置に関し
て使用するプラグの側面図であって部分断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、端部開口形中空長尺部材の塑性加工法であって、以
   下の工程、該部材の内周面に半径方向外向きの力を均一
   に負荷することによって該部材の中空内に内側支持を行
   なう工程、 該内側支持を維持しながら、該部材の弾性限を超えかつ
   塑性変形によって伸びを開始させるのに十分な長手方向
   引張力を該部材に負荷する第１の維持工程、 該内側支持と該長手方向引張力とを維持しながら、該長
   手方向引張力の方向に対して横向きに該部材を曲げるこ
   とによって該部材を塑性変形させるに足る曲げ荷重を該
   部材に負荷する第２の維持工程、および 該部材が所定の変形状態に達した際に、該長手方向引張
   力、該曲げ荷重、および該内側支持を除去する工程、 を含んで成る塑性加工法。 ２、前記内側支持を行なう工程が、該部材の中空内に加
   圧流体圧力を付与することによって行なう該部材の内側
   加圧を含む特許請求の範囲第１項記載の塑性加工法。 ３、前記加圧流体圧力が圧縮性流体媒体の圧力である特
   許請求の範囲第２項記載の塑性加工法。 ４、前記圧縮性流体媒体が圧搾空気である特許請求の範
   囲第３項記載の塑性加工法。 ５、前記内側支持を行なう工程が、該部材の内側を外囲
   温度に対して密封するために行なう該部材端部開口部内
   への密封用プラグ手段の配置を含む特許請求の範囲第４
   項記載の塑性加工法。 ６、前記内側支持を行なう工程が、前記プラグ手段の供
   給口手段を経由して行なう前記加圧流体圧力の付与を更
   に含む特許請求の範囲第５項記載の塑性加工法。 ７、前記長手方向引張力が、前記部材の長手方向両端部
   を機械的に締付けた後該両端部を互に長手方向逆向きに
   強制的に引張ることによって負荷される特許請求の範囲
   第１項記載の塑性加工法。 ８、前記内側支持を行なう工程、第１の維持工程、およ
   び第２の維持工程が、規則的あるいは不規則的な幾何学
   的形状の横断面を有する中空部材に対して行なわれる特
   許請求の範囲第１項記載の塑性加工法。 ９、端部開口形中空長尺部材の加工法であって、以下の
   工程、 該部材の中空内側を外囲雰囲気に対して密封するために
   、該部材端部内に密封用プラグ手段を配置する工程、 あらかじめ決定した限定された大きさの周方向引張力を
   該部材に負荷するために、少なくとも１つの該プラグ手
   段を経由して該密封された内側に圧縮性圧力媒体を供給
   する工程、 該プラグ手段近傍の該部材長手方向両端部を締付手段と
   噛み合わせ、該部材が塑性伸びを生ずるのに十分な大き
   さの均一な長手方向引張力を該周方向引張力に重畳させ
   るために該締付手段を長手方向逆向きに引張る工程、 該引張る工程と同時に行なう工程であって、該部材の降
   伏点を超え該部材を曲げるのに十分な横方向の曲げ荷重
   を該部材に負荷するために、該部材の側面がフォーミン
   グ・ダイスに押しあてられるように該締付手段を該引張
   方向に対して横向きに動かす工程、 該均一な長手方向引張力と該曲げ荷重とを除去する工程
   、および 該周方向引張力を除去するために引き続き行う、該中空
   部材の該密封された内側から該圧縮性媒体を除去する工
   程、 を含んで成る加工方法。