WO2005021178A1 - 液圧成形装置及び液圧成形方法 - Google Patents

液圧成形装置及び液圧成形方法 Download PDF

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deformation resistance
hydraulic forming
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Katsuaki Nakamura
Zenji Horita
Koji Neishi
Michihiko Nakagaki
Kenji Kaneko
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Katsuaki Nakamura
Zenji Horita
Koji Neishi
Michihiko Nakagaki
Kenji Kaneko
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    • C21D2221/00Treating localised areas of an article

Definitions

  • the present invention relates to a hydraulic forming apparatus and a hydraulic forming method for pressing a plate-shaped material plate into a predetermined shape.
  • a liquid medium for pressing the material plate can be supplied to the first mold in a high-pressure state, and a contact surface in contact with the material plate is provided to the second mold.
  • a concave surface for molding having a predetermined shape is provided in the first mold, the material plate is sandwiched between the first mold and the second mold, and the material plate is filled with the liquid medium by injecting the liquid medium into the first mold.
  • the molded body having a predetermined shape is formed by being pressed against and brought into contact with the molding concave surface side.
  • the raw material plate is sandwiched between the first die that presses the raw material plate with the pressurized liquid medium and the second die that has the concave surface for forming the predetermined shape. Then, the green plate is pressed with a liquid medium to bring the raw material plate into contact with the concave surface for forming, thereby forming a green body having a predetermined shape.
  • the second mold was provided with deformation resistance adjusting means for locally changing the deformation resistance of the material plate. Therefore, during molding by the hydraulic molding device, a structure that is locally largely deformed can be formed in the molded body, and the shape S that can be formed can be varied. In particular, it is possible to integrally mold a plurality of members, which was not normally possible.
  • the deformation resistance adjusting means is constituted by local cooling means for locally cooling the material plate. Therefore, since the strength of the material plate at the portion in contact with the deformation resistance adjusting means can be improved, the resistance to pulling from the surroundings at that portion can be improved, and the material plate can be prevented from being broken. .
  • the deformation resistance adjusting means is configured by local heating means for locally heating the material plate. Therefore, since the ductility of the material plate at the portion in contact with the deformation resistance adjusting means can be improved, the projecting property can be improved at that portion, and the material plate can be prevented from being broken.
  • the deformation resistance adjusting means is capable of moving forward and backward with respect to the second mold. . Therefore, by moving the deformation resistance adjusting means forward and backward during molding by the hydraulic forming apparatus, it is possible to perform the finishing force by bulge processing in which the deformation resistance adjusting means is regarded as a punch. Can be formed.
  • the liquid medium is heated to a predetermined temperature, and the first mold and the second mold are heated.
  • the two dies were also heated to approximately the same temperature as the liquid medium. Therefore, the forming limit of the raw material plate can be improved by heating the raw material plate, and at the same time, the deformation resistance of the raw material plate is made substantially uniform on the whole, while the regions having different deformation resistances are formed by the deformation resistance adjusting means. It can be shrunk with the local area, and the workability of the blank can be improved.
  • the raw material plate is sandwiched between the first die that presses the raw material plate with the pressurized liquid medium and the second die that has the concave surface for forming a predetermined shape. And calo the liquid medium
  • the material plate is formed by the deformation resistance adjusting means provided in the second mold. Was made to have locally different deformation resistance. Therefore, as the material plate is formed by the first mold and the second mold, it is possible to form a locally largely deformed structure in the molded body. Can be. In particular, it is possible to integrally mold a plurality of members, which was not normally possible.
  • the material plate is locally cooled by the deformation resistance adjusting means. Therefore, the strength of the material plate at the portion in contact with the deformation resistance adjusting means can be improved, so that resistance to pulling from the surroundings at that portion can be improved, and the material plate is prevented from being broken. it can.
  • the material plate is locally heated by the deformation resistance adjusting means. Therefore, since the ductility of the material plate at the portion in contact with the deformation resistance adjusting means can be improved, the overhanging property at that portion can be improved, and the material plate can be prevented from being broken.
  • the deformation resistance adjusting means is moved forward or backward with respect to the second mold. It was decided. Therefore, when the material plate is brought into contact with the concave forming surface and the deformation resistance adjusting means is moved forward or backward when the predetermined shape is formed, a finishing process can be performed in which the deformation resistance adjusting means is regarded as a punch. Therefore, a molded article having a more complicated shape can be formed.
  • the liquid medium is heated to a predetermined temperature, and the first mold and the second mold are heated.
  • the molds were also heated to approximately the same temperature as the liquid medium. Therefore, the forming limit of the material plate can be improved with heating, and the deformation resistance of the material plate can be made substantially uniform as a whole, while the regions having different deformation resistances can be formed by the deformation resistance adjusting means. Since it is possible to make the local area crumpled, the workability of the material plate can be improved.
  • the material plate is pinched and pressed between the first mold and the second mold.
  • the formed compact was placed on a support having a polymerized surface that superimposes on the same and subjected to shear molding, the compact was cooled by the support. Therefore, it is possible to efficiently cool the molded body heated as the molded body is formed, and to suppress the occurrence of burrs due to shear molding.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory view of a hydraulic forming apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing the temperature dependence of elongation of an aluminum alloy.
  • FIG. 3 is a graph showing the temperature dependence of the proof stress of an aluminum alloy.
  • FIG. 4 is a graph showing the temperature dependence of the tensile strength of an aluminum alloy.
  • FIG. 5 is an explanatory view illustrating a forming step of a material plate by a hydraulic forming apparatus.
  • FIG. 6 is an explanatory view illustrating a forming step of a material plate by a hydraulic forming apparatus.
  • FIG. 7 is an explanatory view illustrating a forming step of a material plate by a hydraulic forming apparatus.
  • FIG. 8 is an explanatory view for explaining a forming step of a material plate by a hydraulic forming apparatus.
  • FIG. 9 is an explanatory view illustrating a forming step of a material plate by a hydraulic forming apparatus.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining a trimming step of a molded body.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a trimming step of a molded body.
  • FIG. 12 is a schematic diagram of a preheating device.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating a preheating step.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating a preheating step.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating a preheating step.
  • the hydraulic forming apparatus and the hydraulic forming method of the present invention form a desired shape by sandwiching a material plate between a first mold and a second mold. Is provided with a molding concave surface of a predetermined shape for forming a desired shape, a liquid medium is accommodated in the first mold, and the liquid medium is pressurized so that the raw material plate is formed on the concave surface with the liquid medium. And presses the material plate against the concave surface for forming to form a formed body having a predetermined shape.
  • the second mold is provided with a deformation resistance adjusting means for locally varying the deformation resistance of the material plate, and the material plate is drawn by a liquid medium by the first mold and the second mold.
  • the deformation resistance of a part of the drawn material plate is locally adjusted by a deformation resistance adjusting means to enable formation of a desired shape.
  • the deformation resistance of the material plate is locally adjusted by the deformation resistance adjusting means, and the bulging force or the overhang force is adjusted. Since the deformation can be performed in a complex manner, a molded article having a large deformation amount and a complicated shape can be formed.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of a hydraulic forming apparatus A of the present embodiment.
  • the hydraulic forming apparatus A has a first mold 10 and a second mold 20 that sandwich the raw material plate 1 made of a metal plate.
  • the first mold 10 is positioned so as to be able to move up and down freely, and the first mold 10 is moved up and down so that the material plate 1 is sandwiched between the first mold 10 and the second mold 20.
  • the first mold 10 has a liquid medium accommodating space 11 for accommodating the liquid medium 2, and the liquid medium accommodating space 11 is provided on the lower surface of the first mold 10 with a diaphragm. Blocked at 12.
  • the liquid medium storage space 11 is connected to a supply pump (not shown) through a supply pipe 13.
  • the liquid medium 2 can be supplied to the liquid medium accommodating space 11 while being pressurized by the supply pump.
  • the diaphragm 12 swells downward and presses the material plate 1 as described later.
  • a heater (not shown) is attached to the first mold 10 so that the first mold 10 can be heated to a predetermined temperature, and the liquid medium 2 can be heated to a predetermined temperature by a heater not shown. I have.
  • the temperature of the liquid medium 2 is set to a predetermined temperature by the heater, the temperature of the diaphragm 12 that overlaps with the material plate 1 is set to be substantially equal to that of the liquid medium 2.
  • the second mold 20 has a molding concave surface 21 of a required shape formed on the upper surface that overlaps with the first mold 10.
  • a local cooling body 22 and a local heating body 23 are provided at required positions of the forming concave surface 21.
  • the force of providing one local cooling body 22 and one local heating body 23 in the second mold 20 may be only the local cooling body 22 if necessary.
  • a plurality of local heating elements 23 may be provided or a plurality of local heating elements 23 may be provided.
  • the local cooling body 22 is a local cooling unit, and is a deformation resistance adjusting unit that locally cools the material plate 1 to increase the deformation resistance in the cooled area.
  • the local heating element 23 is a local heating means, and is a deformation resistance adjusting means for locally heating the material plate 1 to reduce the deformation resistance in the heated area.
  • a heater (not shown) is attached to the second mold 20 so that the second mold 20 can be heated to a predetermined temperature.
  • the temperature of the local cooling body 22 is lower than that of the second mold 20.
  • the temperature of the local heating body 23 is set to be higher than that of the second mold 20. Specifically, cooling water is introduced into the local cooling body 22 for cooling, and a heating heater (not shown) is mounted inside the local heating body 23 for heating.
  • Heat insulating materials are provided between the local cooling body 22 and the second mold 20 and between the local heating body 23 and the second mold 20, respectively.
  • the local heating element 23 can maintain a predetermined temperature.
  • the local cooling body 22 is provided in a region that is convex upward on the molding concave surface 21, that is, in a region that comes into contact with the material plate 1 before its surroundings, Local The heat body 23 is provided in a region that is concave downward on the concave forming surface 21, that is, in a region that comes into contact with the material plate 1 after its surroundings.
  • the local cooling bodies 22 and Z or the local heating body 23 are movable with respect to the second mold 20.
  • the local cooling bodies 22 and / or Z or the local heating body 23 can be made into a punch, so that the material plate 1 can be overhanged or bulged. Can be performed more effectively.
  • the first mold 10 and the second mold 20 described above may be arranged upside down. In this case, it is not always necessary to provide the diaphragm 12 in the first mold 10.
  • the material plate 1 is a metal plate made of an aluminum alloy.
  • Figure 2-4 shows temperature-dependent data of elongation, heat resistance and tensile strength of five types of aluminum alloys (Al 100-O, A3003-O, A5083-O, A6061-T6, A6063-T5). Heating to 150 ° C or higher improves elongation, reduces heat resistance and tensile strength, enables drawing, and reduces the material plate 1 to 150 ° C or higher. It is desirable to heat.
  • the material plate 1 it is possible to draw the material plate 1 even when heated to 350 ° C. or higher.
  • the metal crystal of the material plate 1 made of a metal plate is coarsened, and the hardness tends to decrease. Since it is difficult to select a liquid lubricant (not shown) to be applied between the base plate 1 and the second mold 20, it is not practical to heat the base plate 1 to 150-350 ° C. . If the heating is performed in this temperature range, the coarsening of the metal crystal can be suppressed, and the hydraulic forming apparatus A of the present invention can be applied to the material plate 1 having fine metal crystals such as superplastic metal. Can be used. In addition, since the frictional resistance between the material plate 1 and the second mold 20 due to the liquid lubricant can be reduced, the workability of the material plate can be improved.
  • the liquid medium 2 is heated to about 200 to 300 ° C.
  • the first mold 10 and the second mold 20 are each heated to 200 to 300 ° C. similarly to the liquid medium. Heated to about. Heat the liquid medium 2, the first mold 10, and the second mold 20 to approximately the same temperature, respectively.
  • the material plate 1 is uniformly heated as a whole, so that the deformation resistance of the material plate 1 is made substantially uniform as a whole.
  • the temperature of the local cooling body 22 provided in the second mold 20 is adjusted to be lower by about 50 ° C. than that of the second mold 20.
  • the local heater 23 provided in the second mold 20 is adjusted so that the temperature is about 50 ° C. higher than that of the second mold 20.
  • the temperature difference between the local cooling body 22 and the local heating body 23 with the second mold 20 is not limited to about 50 ° C, and may be larger or smaller. The combined temperature may be used.
  • the material plate 1 is described as a metal plate made of an aluminum alloy.
  • the material plate 1 is not limited to an aluminum alloy and can be applied to an appropriate metal plate.
  • the material plate 1 in order to clearly show that the material plate 1 is usually applicable to an aluminum alloy that could not be sufficiently formed by a conventional forming apparatus due to a small breaking limit strain, the material plate 1 was made of aluminum. It is described as a metal plate made of an alloy.
  • the material plate 1 is clamped by the first mold 10 and the second mold 20 heated to a predetermined temperature, and the diaphragm 12 is superimposed on the material plate 1.
  • Material plate 1 is heated to about 200-300 ° C. Since the material plate 1 made of an aluminum alloy has a relatively high thermal conductivity, it can be heated to a required temperature in a very short time.
  • the liquid medium 2 is fed into the liquid medium storage space 11 by the supply pump, and the diaphragm is moved as shown in FIG. 12 is pressed down on the material plate 1.
  • the peripheral portion of the material plate 1 is held while being heated by the first mold 10 and the second mold 20, thereby preventing wrinkles from being formed on the material plate 1.
  • the portion of the raw material plate 1 that is in contact with the local cooling body 22 can improve resistance to pulling from the surroundings, so that the raw material plate 1 can be prevented from being broken.
  • the material plate 1 can be made without breaking.
  • the plate 1 can have a convex shape or a concave shape when viewed upside down.
  • the hydraulic forming apparatus A further presses the liquid medium 2 into the liquid medium accommodating space 11 by a supply pump, whereby the material plate 1 is further depressed by the diaphragm 12, and as shown in FIG.
  • the material plate 1 is in contact with the concave molding surface 21 in a portion other than the cooling body 22.
  • the material plate 1 does not come into contact with the minute concave area 21 a provided on the molding concave surface 21, and it is necessary to further feed the liquid medium 2 into the liquid medium accommodating space 11. .
  • the concave region 21a is the local heating body 23 as described above, the material plate 1 in contact with the outer peripheral edge of the concave region 21a is improved in ductility by the heating by the local heating body 23. As a result, the deformation resistance is reduced, and the overhanging property is improved, so that the material plate 1 can be relatively easily formed into the concave region 21a without breaking the material plate 1 as shown in FIG. By contacting the concave surface 21, a required concave shape or a convex shape when viewed upside down can be formed.
  • the local cooling body 22 and / or the local heating body 23 are moved forward or backward with respect to the second mold 20. Accordingly, the local cooling body 22 and / or the local heating body 23 can be used as a punch, and the material plate 1 can be overhanged or bulged.
  • Whether or not the forming of the material plate 1 is completed is determined based on the pressure of the liquid medium 2 pressurized during the supply to the liquid medium storage space 11 and the total supplied flow rate.
  • a blank remains on the outer peripheral edge portion of the molded body formed as described above, after being formed into a predetermined shape by the hydraulic forming apparatus A, it is schematically shown in FIG.
  • the shearing device B the blank was trimmed by shear removal to form a complete compact.
  • the upper surface of the support table 30 on which the molded body 1 ′ is placed can be stably supported as the concave overlapped surface 31 that overlaps with the molded body.
  • the support 30 is provided with an appropriate cooling mechanism, and when the compact is placed on the support 30, the compact is cooled by the support 30.
  • reference numeral 33 denotes a blank support for supporting the blank
  • reference numeral 34 denotes a guide body for the punch 32 for shearing. The blank support 33 moves up and down following the operation of the shearing punch 32.
  • cooling water is introduced into the support 30 to cool the molded body 1 ′.
  • the heating temperature of the material plate 1 by the diaphragm 12, the first mold 10, and the second mold 20 of the hydraulic forming apparatus A is reduced. If the temperature is high, the blank 1 may be preheated to a predetermined temperature using the preheating device C shown in FIG. At this time, in the preheating device C, taking into consideration the natural cooling of the blank 1 during the transfer from the preheating device C to the hydraulic forming device A, the preheating temperature is higher than the heating temperature of the blank 1 by the hydraulic forming device A. It is desirable to heat to a high temperature.
  • the preheating device C is preheating means.
  • the preheating device C By heating the material plate 1 to a predetermined temperature by the preheating device C, it is possible to heat the material plate 1 to the predetermined temperature by the diaphragm 12, the first mold 10, and the second mold 20. Since the required time can be shortened, the substantial tact time required for forming the molded body can be shortened and the productivity can be improved.
  • the preheating device C of the present embodiment is provided with a dedicated conveyance mechanism so as to be able to handle the large-sized material plate 1 which is easy to bend at the time of conveyance.
  • the preheating device C will be described below. .
  • the preheating device C has a heating section 43 provided between a first support column 41 and a second support column 42.
  • the material plate 1 is placed and heated.
  • a pressure plate 44 for improving the heating efficiency by pressing the material plate 1 placed on the heating unit 43 to the heating unit 43 is provided above the heating unit 43.
  • the pressure plate 44 is made of a soft elastic material, and the entire surface of the material plate 1 is pressed almost uniformly to the heating unit 43.
  • the heating unit 43 includes a box-shaped heat-insulating shell 43a having an upper opening provided with a heater housing space, and a heater 43b provided in the heater housing space. And a hot plate 43c heated by the heater 43b.
  • a plurality of rod-shaped lift arms 48 are arranged in parallel between the first support column 41 and the second support column 42 and above the heating section 43 to form a support surface for the material plate 1. ing.
  • the lift arms 48 are moved up and down by a lifting mechanism (not shown). When the lift arms 48 are lowered, each lift arm 48 is inserted into an insertion groove provided on the upper surface of the hot plate 43c. Then, the material plate 1 placed on the upper surface of the lift arm 48 can be placed on the hot plate 43c.
  • a feeding means for feeding the material plate 1 to the lift arm 48 a plurality of transfer arms 49 extended substantially in parallel with the extension direction of the rod-shaped lift arm 48 are arranged in parallel to form a support surface. Is provided. Each transfer arm 49 can be inserted between two adjacent lift arms 48, 48, and the transfer mechanism composed of the transfer arm 49 is operated as follows by an appropriate lifting mechanism and horizontal movement mechanism. ing.
  • the transfer arm 49 is located at the initial position, and the material plate 1 transferred by an appropriate transfer means is placed at a predetermined position on the support surface formed by the transfer arm 49. .
  • the material plate 1 is positioned above the heating unit 43 by moving the transfer arm 49 above the heating unit 43. At this time, by setting the transfer arms 49 to be higher than the lift arms 48, the material plate 1 is positioned above the heating unit 43 without the lift arms 48 becoming an obstacle.
  • the material plate 1 is placed on the lift arm 48 from the transfer arm 49 by lowering the transfer arm 49. At this time, if you lower the transfer arm 49 The material plate 1 may be placed on the lift arm 48 by raising the lift arm 48 to be connected.
  • the transfer arm 49 After placing the material plate 1 on the lift arm 48, as shown in FIG. 15, the transfer arm 49 is moved in parallel to retreat the transfer arm 49 from the region above the heating unit 43, and the lift arm By lowering 48, the material plate 1 is placed on the hot plate 43c. Then, the material plate 1 is heated by the heating unit 43 by lowering the pressure plate 44 and pressing the material plate 1 with the pressure plate 44.
  • the heating unit 43 heats the material plate 1 to a predetermined temperature
  • the material plate 1 is taken out by performing an operation reverse to the above-described operation.
  • the material plate 1 taken out of the heating unit 43 is transported to the hydraulic forming apparatus A by an appropriate transport means.

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Description

明 細 書
液圧成形装置及び液圧成形方法
技術分野
[0001] 本発明は、板状の素材板を所定形状に押圧加工する液圧成形装置及び液圧成形 方法に関するものである。
背景技術
[0002] 従来、金属板等の板材からなる素材板を所定形状に成形する成形方法の一つとし て、金型を用レ、て素材板をプレスするプレス加工が行われてレ、る。
[0003] このようなプレス加工の一つとして、特開平 6— 304672号公報のような液圧成形装 置が用いられている。
[0004] この液圧成形装置では、第 1の金型には素材板を押圧するための液状媒体を高圧 力状態として供給可能とし、第 2の金型には素材板と当接する当接面に所定形状の 成形用凹面を設け、第 1の金型と第 2の金型とで素材板を挟持して、第 1の金型に液 状媒体を注入することにより液状媒体で素材板を成形用凹面側に押圧して当接させ 、所定形状の成形体を形成している。
[0005] し力、しながら、このような液圧成形装置では大きな変形量を与えることができるもの の、大きな変形量を与えるためには素材板を全体的に均質に歪ませる必要があり、 成形可能な形状に限りがあるという問題があった。
[0006] 特に、昨今、軽量化を目的としてアルミニウム合金の利用が図られている力 アルミ ニゥム合金は破断限界歪みが小さいために上記した液圧成形装置を用いても十分 な成形性を得ることが困難であった。
[0007] 本発明者らはこのような現状に鑑み、成形性をさらに向上させた液圧成形装置を開 発すべく研究を行い、本発明を成すに至ったものである。
発明の開示
[0008] 請求項 1記載の液圧成形装置では、加圧した液状媒体で素材板を押圧する第 1金 型と、所定形状の成形用凹面を設けた第 2金型とで素材板を挟持し、液状媒体で素 材板を押圧して素材板を成形用凹面に当接させることにより所定形状の成形体を形 成する液圧成形装置において、第 2金型には、素材板の変形抵抗を局部的に異なら せる変形抵抗調整手段を設けた。したがって、液圧成形装置による成形時に、成形 体には局部的に大きく変形させた構造を形成することができ、形成可能な形状を多 様ィ匕すること力 Sできる。特に、通常では不可能であった複数部材の一体成形を可能 とすることができる。
[0009] 請求項 2記載の液圧成形装置では、請求項 1記載の液圧成形装置において、素材 板を局部的に冷却する局部冷却手段で変形抵抗調整手段を構成した。したがって、 変形抵抗調整手段と当接した部分の素材板の強度を向上させることができるので、 その部分において周囲からの引っ張りに対する抵抗を向上させることができ、素材板 に破断が生じることを防止できる。
[0010] 請求項 3記載の液圧成形装置では、請求項 1記載の液圧成形装置において、素材 板を局部的に加熱する局部加熱手段で変形抵抗調整手段を構成した。したがって、 変形抵抗調整手段と当接した部分の素材板の延性を向上させることができるので、 その部分において張出レ性を向上させることができ、素材板に破断が生じることを防 止できる。
[0011] 請求項 4記載の液圧成形装置では、請求項 1一 3のいずれか 1項に記載の液圧成 形装置において、変形抵抗調整手段を第 2金型に対して進退自在とした。したがつ て、液圧成形装置による成形時に変形抵抗調整手段を進退させることにより、変形抵 抗調整手段をパンチとみなしたバルジ加工による仕上げ力卩ェを行うことができるので 、より複雑な形状の成形体を形成することができる。
[0012] 請求項 5記載の液圧成形装置では、請求項 1一 4のいずれか 1項に記載の液圧成 形装置において、液状媒体を所定温度に加熱するとともに、第 1金型及び第 2金型も それぞれ液状媒体と略同一の温度に加熱した。したがって、素材板を加熱して素材 板の成形限界を向上させることができるとともに、素材板の変形抵抗を全体的に略均 一とする一方で変形抵抗調整手段による変形抵抗の異なる領域の形成を局部領域 としゃすくすることができ、素材板の加工性を向上させることができる。
[0013] 請求項 6記載の液圧成形方法では、加圧した液状媒体で素材板を押圧する第 1金 型と、所定形状の成形用凹面を設けた第 2金型とで素材板を挟持し、液状媒体をカロ 圧して素材板を押圧することにより素材板を成形用凹面に当接させて所定形状の成 形体を形成する液圧成形方法において、第 2金型に設けた変形抵抗調整手段によ つて素材板の変形抵抗を局部的に異ならせることとした。したがって、第 1金型と第 2 金型とによる素材板の成形にともなって、成形体には局部的に大きく変形させた構造 を形成することができるので、形成可能な形状を多様化することができる。特に、通常 では不可能であった複数部材の一体成形を可能とすることができる。
[0014] 請求項 7記載の液圧成形方法では、請求項 6記載の液圧成形方法にぉレ、て、変形 抵抗調整手段で素材板を局部的に冷却することとした。したがって、変形抵抗調整 手段と当接した部分の素材板の強度を向上させることができるので、その部分におい て周囲からの引っ張りに対する抵抗を向上させることができ、素材板に破断が生じる ことを防止できる。
[0015] 請求項 8記載の液圧成形方法では、請求項 6記載の液圧成形方法にぉレ、て、変形 抵抗調整手段で素材板を局部的に加熱することとした。したがって、変形抵抗調整 手段と当接した部分の素材板の延性を向上させることができるので、その部分におい て張出し性を向上させることができ、素材板に破断が生じることを防止できる。
[0016] 請求項 9記載の液圧成形方法では、請求項 6— 8のいずれか 1項に記載の液圧成 形方法において、変形抵抗調整手段を第 2金型に対して前進または後退させること とした。したがって、素材板を成形用凹面に当接させて所定形状の成型を行う際に変 形抵抗調整手段を前進または後退させることにより、変形抵抗調整手段をパンチとみ なした仕上げ加工を行うことができるので、より複雑な形状の成形体を形成できる。
[0017] 請求項 10記載の液圧成形方法では、請求項 6— 9のいずれか 1項に記載の液圧 成形方法において、液状媒体を所定温度に加熱するとともに、第 1金型及び第 2金 型もそれぞれ液状媒体と略同一の温度に加熱することとした。したがって、加熱にと もなつて素材板の成形限界を向上させることができるとともに、素材板の変形抵抗を 全体的に略均一とする一方で変形抵抗調整手段による変形抵抗の異なる領域の形 成を局部領域としゃすくすることができるので、素材板の加工性を向上させることがで きる。
[0018] 請求項 11記載の液圧成形方法では、請求項 10記載の液圧成形方法において、 液状媒体を 150— 350°Cに加熱することとした。したがって、素材板と第 2金型との間 に塗布する液体潤滑剤による素材板と第 2金型との摩擦抵抗を低くすることができる ので、素材板の加工性を向上させることができる。
[0019] 請求項 12記載の液圧成形方法では、請求項 6 11のいずれか 1項に記載の液圧 成形方法において、素材板を第 1金型と第 2金型とで挟持する前に、素材板を予備 加熱手段で加熱することとした。したがって、第 1金型及び第 2金型によって素材板を 所定温度にまで加熱するのに要する時間を短縮することができるので、成形体の形 成に要する実質的なタ外時間を短縮して生産性を向上させることができる。
[0020] 請求項 13記載の液圧成形方法では、請求項 6 12のいずれか 1項に記載の液圧 成形方法において、素材板を第 1金型と第 2金型とで挟持押圧して形成した成形体 を、同成形体と重合する重合面を設けた支持台に載置して剪断成形する場合に、支 持台で成形体を冷却することとした。したがって、成形体の形成にともなって加熱され た成形体を効率よく冷却することができ、剪断成形にともなうバリの生起を抑制できる 図面の簡単な説明
[0021] [図 1]本発明にかかる液圧成形装置の概略説明図である。
[図 2]アルミニウム合金の伸びの温度依存性を示したグラフである。
[図 3]アルミニウム合金の耐力の温度依存性を示したグラフである。
[図 4]アルミニウム合金の引張り強さの温度依存性を示したグラフである。
[図 5]液圧成形装置による素材板の成形工程を説明する説明図である。
[図 6]液圧成形装置による素材板の成形工程を説明する説明図である。
[図 7]液圧成形装置による素材板の成形工程を説明する説明図である。
[図 8]液圧成形装置による素材板の成形工程を説明する説明図である。
[図 9]液圧成形装置による素材板の成形工程を説明する説明図である。
[図 10]成形体のトリミング工程を説明する説明図である。
[図 11]成形体のトリミング工程を説明する説明図である。
[図 12]予備加熱装置の概略模式図である。
[図 13]予備加熱工程を説明する説明図である。 [図 14]予備加熱工程を説明する説明図である。
[図 15]予備加熱工程を説明する説明図である。
発明を実施するための最良の形態
[0022] 本発明の液圧成形装置及び液圧成形方法は、第 1金型と第 2金型とで素材板を挟 持して所望の形状を形成するものであり、第 2金型には所望の形状を形成するため の所定形状の成形用凹面を設けるとともに、第 1金型には液状媒体を収容し、この液 状媒体を加圧することにより液状媒体で素材板を成形用凹面に向けて押圧し、素材 板を成形用凹面に当接させることによって所定形状の成形体を形成するものである。
[0023] 特に、第 2金型には素材板の変形抵抗を局部的に異ならせる変形抵抗調整手段を 設けており、第 1金型と第 2金型とによって素材板を液状媒体で絞り加工する一方で 、絞り加工されている素材板の一部の変形抵抗を変形抵抗調整手段によって局部的 に調整して所望の形状の形成を可能としているものである。
[0024] このような変形抵抗調整手段を設けたことによって、形成可能な形状を多様化する ことができ、特に、通常では不可能であった複数部材の一体成形を可能とすることが できる。
[0025] すなわち、第 1金型と第 2金型とによって素材板の絞り加工を行いながら、変形抵抗 調整手段によって素材板の変形抵抗を局部的に調整してバルジカ卩ェあるいは張り 出し力卩ェを複合的に行うことができるので、変形量が大きぐかつ複雑な形状の成形 体を形成することができる。
[0026] 以下において図面に基づいて本発明の実施形態を詳説する。図 1は、本実施形態 の液圧成形装置 Aの要部概略図である。
[0027] 液圧成形装置 Aは、金属板からなる素材板 1を挟持する第 1金型 10と第 2金型 20と を有しており、本実施形態では、第 2金型 20の上方位置に第 1金型 10を昇降自在に 位置させて、第 1金型 10を昇降操作することにより素材板 1を第 1金型 10と第 2金型 20 とで挟持するようにしている。
[0028] 第 1金型 10には、液状媒体 2を収容するための液状媒体収容空間 11を形成してお り、この液状媒体収容空間 11を第 1金型 10の下面に張設したダイアフラム 12で閉塞し ている。また、液状媒体収容空間 11は、供給配管 13を介して図示しない供給ポンプと 連通連結し、この供給ポンプによって液状媒体 2を液状媒体収容空間 11に加圧しな がら供給可能としている。液状媒体収容空間 11に液状媒体 2を送給することによって ダイアフラム 12は後述するように下方に向けて膨出して素材板 1を押圧するようにして いる。
[0029] さらに、第 1金型 10には図示しない加熱ヒータを装着し、第 1金型 10を所定温度に 加熱可能としており、液状媒体 2も図示しない加熱ヒータによって所定温度に加熱可 能としている。加熱ヒータによって液状媒体 2が所定温度となることによって、素材板 1 と重合するダイアフラム 12の温度も液状媒体 2と略等しくなるようにしている。
[0030] 第 2金型 20には、第 1金型 10と重合する上面に所要形状の成形用凹面 21を形成し ている。
[0031] 特に、成形用凹面 21の所要の位置には、局部冷却体 22と局部加熱体 23とを設けて いる。本実施形態では、説明の便宜上、第 2金型 20に局部冷却体 22と局部加熱体 23 とをそれぞれ 1つずつ設けている力 必要に応じて局部冷却体 22だけであってもよい し、局部加熱体 23だけであってもよぐそれぞれ複数設けてもよい。
[0032] 局部冷却体 22が局部冷却手段であって、素材板 1を局部的に冷却することによつ て冷却した領域の変形抵抗を大きくする変形抵抗調整手段である。また、局部加熱 体 23が局部加熱手段であって、素材板 1を局部的に加熱することによって加熱した 領域の変形抵抗を小さくする変形抵抗調整手段である。
[0033] 第 2金型 20には図示しない加熱ヒータを装着し、第 2金型 20を所定温度に加熱可 能としており、局部冷却体 22では第 2金型 20よりも低い温度となるようにし、局部加熱 体 23では第 2金型 20よりも高い温度となるようにしている。具体的には、局部冷却体 22の内部には冷却水を導入して冷却しており、局部加熱体 23の内部には図示しない 加熱ヒータを装着して加熱してレ、る。
[0034] 局部冷却体 22と第 2金型 20との間、及び局部加熱体 23と第 2金型 20との間にはそ れぞれ図示しない断熱材を設けて、局部冷却体 22及び局部加熱体 23が所定温度を 維持できるようにしている。
[0035] 特に、図 1に示すように、局部冷却体 22は、成形用凹面 21において上方に向けて 凸状となる領域、すなわち、周囲よりも先に素材板 1と当接する領域に設け、局部加 熱体 23は、成形用凹面 21において下方に向けて凹状となる領域、すなわち、周囲よ りも後に素材板 1と当接する領域に設けてレ、る。このように局部冷却体 22及び局部加 熱体 23を設けることによって、素材板 1の張り出し加工あるいはバルジカ卩ェを効果的 に行うことができる。
[0036] さらに、局部冷却体 22及び Zまたは局部加熱体 23は第 2金型 20に対して進退自在 としている。局部冷却体 22及び Zまたは局部加熱体 23を進退自在とすることにより、 局部冷却体 22及び/または局部加熱体 23をパンチとすることができるので、素材板 1 の張り出しカ卩ェあるいはバルジカ卩ェをより効果的に行うことができる。
[0037] 上記した第 1金型 10と第 2金型 20は上下を逆転させて配置してもよぐその場合第 1 金型 10には必ずしもダイアフラム 12を設ける必要はない。
[0038] 以下において、このように形成した液圧成形装置 Aによる素材板 1の成形について 説明する。
[0039] ここで、素材板 1はアルミニウム合金からなる金属板としている。図 2— 4には、 5種 類のアルミニウム合金 (Al 100-O,A3003-O,A5083-O,A6061-T6,A6063-T5)の伸び 、耐カ、引張り強さの温度依存データを示しており、 150°C以上に加熱することによつ て伸びが向上するとともに、耐カ及び引張り強さが低下して、絞り加工が可能である こと力 、素材板 1を 150°C以上に加熱することが望ましい。
[0040] ただし、 350°C以上に加熱しても素材板 1の絞り加工は可能である力 金属板から なる素材板 1の金属結晶の粗大化が生じて硬度の低下が生じやすくなるとともに、素 材板 1と第 2金型 20との間に塗布する液体潤滑剤(図示せず)の選定が困難となるた めに現実的ではなぐ素材板 1の加熱は 150— 350°Cが望ましい。この温度範囲の 加熱であれば、金属結晶の粗大化を抑制することができ、超塑性金属等のような微 細な金属結晶を有する素材板 1に対しても本発明の液圧成形装置 Aを用いることが できる。し力、も、液体潤滑剤による素材板 1と第 2金型 20との摩擦抵抗を低くすること ができるので、素材板の加工性を向上させることができる。
[0041] このこと力 、本実施形態では、液状媒体 2は 200— 300°C程度に加熱して、第 1 金型 10及び第 2金型 20もそれぞれ液状媒体と同様に 200— 300°C程度に加熱して いる。液状媒体 2、第 1金型 10、第 2金型 20をそれぞれ略同等な温度に加熱すること により、素材板 1を全体的に均一に加熱して、素材板 1の変形抵抗を全体的に略均 一とするようにしている。
[0042] さらに、第 2金型 20に設けた局部冷却体 22は、第 2金型 20よりも 50°C程度温度が低 くなるように調整している。一方、第 2金型 20に設けた局部加熱体 23は、第 2金型 20よ りも 50°C程度温度が高くなるように調整している。なお、局部冷却体 22及び局部加熱 体 23の第 2金型 20との温度差は 50°C程度に限定するものではなぐさらに大きくても よいし、小さくてもよぐ素材板 1の素材に合わせた温度としてよい。
[0043] 本実施形態では、素材板 1をアルミニウム合金からなる金属板として説明しているが 、素材板 1はアルミニウム合金に限定するものではなぐ適宜の金属板に対して適用 すること力 Sできる。本実施形態では、通常、破断限界歪みが小さいことによって従来 の成形装置では十分な成形を行うことができなかったアルミニウム合金にも適用可能 であることを明確に示すために、素材板 1をアルミニウム合金からなる金属板として説 明しているものである。
[0044] 図 5に示すように、液圧成形装置 Aでは所定温度に加熱した第 1金型 10と第 2金型 20とによって素材板 1をクランプし、ダイアフラム 12を素材板 1に重合させて素材板 1 を 200— 300°C程度に加熱している。アルミニウム合金からなる素材板 1は熱伝導率 が比較的高いために、極めて短時間で所要の温度に加熱することができる。
[0045] そして、素材板 1が所定温度に達するのに十分な時間が経過した後に、供給ボン プによって液状媒体 2を液状媒体収容空間 11に送給して、図 6に示すようにダイァフ ラム 12によって素材板 1を押下する。このとき、素材板 1の周縁部分は、第 1金型 10と 第 2金型 20とによって加熱されながら挟持されていることにより、素材板 1に皺が形成 されることを卬止できる。
[0046] ダイアフラム 12による素材板 1の押下にともなって、図 6に示すように、素材板 1の一 部が第 2金型 20の局部冷却体 22と当接すると、当接部分の素材板 1は局部冷却体 22 によって冷却されることにより強度が向上して変形抵抗が大きくなる。
[0047] したがって、この局部冷却体 22と当接した素材板 1の部分は、周囲からの引っ張り に対する抵抗を向上させることができるので、素材板 1に破断が生じることを防止でき る。 [0048] このように、引っ張りに対する抵抗を向上させる部分を、成形用凹面 21の上方に向 けて凸状となる領域に設けていることにより、素材板 1に破断を生じさせることなく素 材板 1に凸形状、または逆さに見た場合の凹形状を形成することができる。
[0049] 液圧成形装置 Aは、さらに供給ポンプによって液状媒体収容空間 11内に液状媒体 2を圧送することにより、素材板 1はダイアフラム 12によってさらに押下され、図 7に示 すように、局部冷却体 22以外の部分においても素材板 1が成形用凹面 21と当接する
[0050] このとき、成形用凹面 21に設けた微小な凹形状領域 21aの部分では素材板 1の当 接は生じず、液状媒体収容空間 11内へのさらなる液状媒体 2の圧送が必要である。
[0051] この凹形状領域 21aは上記したように局部加熱体 23としているので、凹形状領域 21a の外周縁と当接した素材板 1は局部加熱体 23による加熱にともなって延性が向上す ることにより変形抵抗が低下し、張出レ性が向上することによって、図 8に示すように、 素材板 1に破断を生じさせることなく比較的容易に素材板 1を凹形状領域 21aの成形 用凹面 21に当接させて所要の凹形状、または逆さに見た場合の凸形状を形成するこ とができる。
[0052] さらに、このように素材板 1を成形用凹面 21に当接させた状態で、局部冷却体 22及 び/または局部加熱体 23は第 2金型 20に対して前進または後退させることにより、局 部冷却体 22及び/または局部加熱体 23をパンチとして、素材板 1の張り出し加工あ るいはバルジカ卩ェをより効果的に行うことができる。
[0053] なお、素材板 1の成形が完了したかどうかは、液状媒体収容空間 11への送給にとも なって加圧された液状媒体 2の圧力及び送給総流量で判定している。
[0054] 素材板 1の成形が完了すると、液状媒体収容空間 11内の液状媒体 2への加圧を解 除して、第 1金型 10を上昇させて、図 9に示すように所要の成形体 となった素材板 1 を取り出している。
[0055] 通常、上記したように成形加工された成形体 には外周縁部分にブランクが残存し ているため、液圧成形装置 Aによる所定形状への成形加工後、図 10に概略的に示 した剪断装置 Bを用いてブランクの剪断除去によるトリミングを行って完全な成形体 を形成している。 [0056] 特に、本実施形態の剪断装置 Bでは、成形体 1'を載置する支持台 30の上面を成形 体 と重合する凹状の重合面 31として、成形体 1'を安定的に支持可能としている。し 力も、支持台 30には適宜の冷却機構を設けて、成形体 を支持台 30に載置した場合 に、支持台 30によって成形体 を冷却している。
[0057] したがって、液圧成形装置 Aにおいて加熱された成形体 を効率よく冷却すること ができ、成形体 の延性を低下させて、図 11に示すように、剪断用パンチ 32によって トリミングを行うことができるので、ノ リの生起を抑制できる。図 10及び図 11中、 33は ブランクを支持するブランク支持台であり、 34は剪断用パンチ 32のガイド体である。ブ ランク支持台 33は、剪断用パンチ 32の動作に追従して昇降するようにしている。
[0058] 支持台 30を冷却する冷却機構としては、支持台 30に冷却水を導入し、成形体 1'を 冷却できればよい。
[0059] 上記した液圧成形装置 Aで素材板 1の成形を行う場合に、液圧成形装置 Aのダイ ァフラム 12、第 1金型 10、第 2金型 20による素材板 1の加熱温度が高い場合には、図 12に示す予備加熱装置 Cを用いて素材板 1をあら力じめ所定温度に加熱してもよい 。このとき、予備加熱装置 Cでは、予備加熱装置 Cから液圧成形装置 Aへの搬送時 における素材板 1の自然冷却を考慮して、液圧成形装置 Aによる素材板 1の加熱温 度よりも高い温度に加熱していることが望ましい。ここで、予備加熱装置 Cが予備加熱 手段である。
[0060] 予備加熱装置 Cによって素材板 1を所定温度に加熱していることによって、ダイァフ ラム 12、第 1金型 10、第 2金型 20によって素材板 1を所定温度にまで加熱するのに要 する時間を短縮することができるので、成形体 の形成に要する実質的なタクト時間 を短縮して生産性を向上させることができる。
[0061] 本実施形態の予備加熱装置 Cは、搬送時に橈みやすい大判の素材板 1を取り扱う ことができるように専用の搬送機構を設けているものであり、以下において予備加熱 装置 Cについて説明する。
[0062] 予備加熱装置 Cは、図 12に示すように、第 1支持柱 41と第 2支持柱 42との間に加熱 部 43を架設しているものであり、この加熱部 43の上面に素材板 1を載置して加熱する ようにしているものである。 [0063] さらに、加熱部 43の上方位置には加熱部 43上に載置した素材板 1を加熱部 43に押 下して加熱効率を向上させる加圧板 44を設けており、この加圧板 44は第 1支持柱 41 と第 2支持柱 42との上端間に架設した上部フレーム 45に装着した昇降シリンダ 46の口 ッド 47の先端に装着して昇降自在としている。特に、加圧板 44は、軟質の弾性材料で 構成しており、素材板 1の全面を加熱部 43に略均等に押下するようにしている。
[0064] 加熱部 43は、本実施形態では、図 13 15に示すように、ヒータ収容空間を設けた 上部開口の箱形形状とした断熱シェル 43aと、ヒータ収容空間内に設けた加熱ヒータ 43bと、この加熱ヒータ 43bによって加熱されるホットプレート 43cと力、ら構成してレ、る。
[0065] 第 1支持柱 41と第 2支持柱 42との間であって、加熱部 43の上方には、棒状としたリフ トアーム 48を複数並設して素材板 1の支持面を形成している。このリフトアーム 48は図 示しない昇降機構によって昇降させるようにしており、リフトアーム 48を降下させた場 合には、各リフトアーム 48は、ホットプレート 43cの上面に設けた揷入溝内に挿入され て、リフトアーム 48の上面に載置された素材板 1を、ホットプレート 43cに載置可能とし ている。
[0066] さらに、リフトアーム 48に素材板 1を送給する送給手段として、棒状としたリフトァー ム 48の伸延方向と略平行に伸延させた搬送アーム 49を複数並設して支持面を構成 した送給機構を設けている。各搬送アーム 49は、隣り合った 2本のリフトアーム 48,48 間に挿入可能としており、適宜の昇降機構及び水平移動機構とによって搬送アーム 49からなる搬送機構を次のように動作させるようにしている。
[0067] はじめに、図 12に示すように搬送アーム 49を初期位置に位置させておき、適宜の 搬送手段で搬送してきた素材板 1を搬送アーム 49で形成した支持面の所定位置に 載置する。
[0068] 次いで、図 13に示すように、搬送アーム 49を加熱部 43の上方に移動させることによ り、素材板 1を加熱部 43の上方に位置させる。このとき、搬送アーム 49はリフトアーム 48よりもそれぞれ高く位置させておくことによって、リフトアーム 48が障害となることなく 素材板 1を加熱部 43の上方に位置させている。
[0069] 次いで、図 14に示すように、搬送アーム 49を降下させることにより素材板 1を搬送ァ ーム 49からリフトアーム 48上に載置する。このとき、搬送アーム 49を降下させるのでは なぐリフトアーム 48を上昇させることによって素材板 1をリフトアーム 48上に載置して あよい。
[0070] 素材板 1をリフトアーム 48に載置した後、図 15に示すように、搬送アーム 49を平行 移動させることにより同搬送アーム 49を加熱部 43の上方領域から退避させ、リフトァ ーム 48を降下させることにより素材板 1をホットプレート 43cに載置している。そして、加 圧板 44を降下させて同加圧板 44で素材板 1を押下することにより、素材板 1を加熱部 43で加熱している。
[0071] 加熱部 43で素材板 1を所定温度に加熱した後は、上記した動作とは逆の動作を行 うことにより、素材板 1を取出している。加熱部 43から取出した素材板 1は、適宜の搬 送手段によって液圧成形装置 Aに搬送している。
産業上の利用可能性
[0072] 大面積の金属板を液圧成形により所定形状に成形する場合に、より多様性のある 形状の成形を可能とすることができ、特に、複数部材の一体成形を可能とすることが できる。

Claims

請求の範囲
[1] 加圧した液状媒体で素材板を押圧する第 1金型と、所定形状の成形用凹面を設け た第 2金型とで前記素材板を挟持し、前記液状媒体で前記素材板を押圧して前記素 材板を前記成形用凹面に当接させることにより所定形状の成形体を形成する液圧成 形装置において、
前記第 2金型には、前記素材板の変形抵抗を局部的に異ならせる変形抵抗調整 手段を設けたことを特徴とする液圧成形装置。
[2] 前記変形抵抗調整手段は、前記素材板を局部的に冷却する局部冷却手段である ことを特徴とする請求項 1記載の液圧成形装置。
[3] 前記変形抵抗調整手段は、前記素材板を局部的に加熱する局部加熱手段である ことを特徴とする請求項 1記載の液圧成形装置。
[4] 前記変形抵抗調整手段は、前記第 2金型に対して進退自在としたことを特徴とする 請求項 1一 3のレ、ずれか 1項に記載の液圧成形装置。
[5] 前記液状媒体は所定温度に加熱するとともに、前記第 1金型及び前記第 2金型も それぞれ前記液状媒体と略同一の温度に加熱したことを特徴とする請求項 1一 4の いずれか 1項に記載の液圧成形装置。
[6] 加圧した液状媒体で素材板を押圧する第 1金型と、所定形状の成形用凹面を設け た第 2金型とで前記素材板を挟持し、前記液状媒体を加圧して前記素材板を押圧す ることにより前記素材板を前記成形用凹面に当接させて所定形状の成形体を形成す る液圧成形方法において、
前記第 2金型に設けた変形抵抗調整手段によって前記素材板の変形抵抗を局部 的に異ならせていることを特徴とする液圧成形方法。
[7] 前記変形抵抗調整手段では、前記素材板を局部的に冷却していることを特徴とす る請求項 6記載の液圧成形方法。
[8] 前記変形抵抗調整手段では、前記素材板を局部的に加熱していることを特徴とす る請求項 6記載の液圧成形方法。
[9] 前記変形抵抗調整手段は、前記第 2金型に対して前進または後退させることを特 徴とする請求項 6— 8のいずれか 1項に記載の液圧成形方法。
[10] 前記液状媒体は所定温度に加熱するとともに、前記第 1金型及び前記第 2金型も それぞれ前記液状媒体と略同一の温度に加熱していることを特徴とする請求項 6— 9 のレ、ずれか 1項に記載の液圧成形方法。
[11] 前記液状媒体は 150 350°Cに加熱していることを特徴とする請求項 10記載の液 圧成形方法。
[12] 前記素材板は、前記第 1金型と前記第 2金型とで挟持する前に、予備加熱手段で 加熱していることを特徴とする請求項 6 11のいずれ力、 1項に記載の液圧成形方法
[13] 前記素材板を前記第 1金型と前記第 2金型とで挟持押圧して形成した成形体を、 同成形体と重合する重合面を設けた支持台に載置して剪断成形する場合に、前記 支持台で前記成形体を冷却することを特徴とする請求項 6 12に記載の液圧成形 方法。
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