WO2015087601A1 - 成形装置 - Google Patents

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WO2015087601A1
WO2015087601A1 PCT/JP2014/076098 JP2014076098W WO2015087601A1 WO 2015087601 A1 WO2015087601 A1 WO 2015087601A1 JP 2014076098 W JP2014076098 W JP 2014076098W WO 2015087601 A1 WO2015087601 A1 WO 2015087601A1
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WO
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mold
metal pipe
pipe material
cavity
molding
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PCT/JP2014/076098
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English (en)
French (fr)
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紀条 上野
正之 石塚
雅之 雑賀
小松　隆
Original Assignee
住友重機械工業株式会社
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Publication date
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Priority to KR1020167016049A priority patent/KR20160087852A/ko
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping 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
    • B21D26/033—Deforming tubular bodies
    • B21D26/035—Deforming tubular bodies including an additional treatment performed by fluid pressure, e.g. perforating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21D26/02—Shaping 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
    • B21D26/033—Deforming tubular bodies
    • B21D26/045—Closing or sealing means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping 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
    • B21D26/033—Deforming tubular bodies
    • B21D26/047—Mould construction

Definitions

  • the present invention relates to a forming apparatus for forming a metal pipe with a flange.
  • the forming apparatus shown in Patent Document 1 includes an upper die and a lower die that are paired with each other, a holding portion that holds a metal pipe material between the upper die and the lower die, and a metal pipe material that is held by the holding portion. And a gas supply unit for supplying a gas therein.
  • the metal pipe material is expanded and molded into a shape corresponding to the shape of the mold. Can do.
  • a flange on the metal pipe When a metal pipe with a flange is formed by the molding apparatus as described above, a cavity having a small volume for flange formation is formed in a mold, the metal pipe is expanded and formed, and the metal pipe is formed in the cavity for flange formation.
  • the flange can be formed by crushing a part of the material. In such a case, when the mold cavity is a closed space with respect to the outside of the mold, air is accumulated between the inner surface of the mold and the flange portion during molding of the flange, There is a possibility that the quality of the molded product will be affected.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a molding apparatus capable of improving the quality of a molded product.
  • a molding apparatus is a molding apparatus for molding a metal pipe with a flange, which is a first mold and a second mold, and a first mold and a second mold that are paired with each other.
  • a slide that moves at least one of the slide, a drive unit that generates a drive force for moving the slide, a holding unit that holds the metal pipe material between the first mold and the second mold, and a holding
  • a gas supply unit that supplies gas into the metal pipe material held in the unit
  • a control unit that controls the drive unit, the holding unit, and the gas supply unit, and the first mold and the second mold are A first cavity part for molding the pipe part of the metal pipe, and a second cavity part for molding the flange part, and the control unit is configured to hold the first mold and the second mold by the holding part.
  • Metal by feeding gas into the metal pipe material held between The gas supply part is controlled so as to expand the mold material, and the flange part is formed by crushing a part of the expanded metal pipe material with the second cavity part of the first mold and the second mold.
  • the drive unit is controlled so that the second cavity portion communicates with the outside of the mold when the flange portion is molded.
  • the control unit expands the metal pipe material by supplying gas into the metal pipe material held between the first mold and the second mold by the holding unit.
  • the gas supply unit is controlled to be molded.
  • the portion corresponding to the pipe portion of the metal pipe material is expanded and formed into a shape corresponding to the first cavity portion, and the portion corresponding to the flange portion expands toward the second cavity portion.
  • the control unit controls the drive unit to form the flange portion by crushing a part of the expanded metal pipe material with the second cavity portion of the first mold and the second mold.
  • the second cavity portion communicates with the outside of the mold when the flange portion is molded.
  • the second cavity portion may communicate with the outside of the mold from the start of molding to the completion of molding. Accordingly, since the air in the second cavity portion can escape outside the mold from the start of molding to the completion of molding, the quality of the molded product can be improved.
  • a step having a size corresponding to the thickness of the flange portion is formed in at least one of the first die and the second die in the second cavity portion. Good.
  • crushing of the flange portion by the second cavity portion is regulated by a step having a size corresponding to the thickness of the flange portion. Therefore, it can suppress that a flange part is crushed more than necessary.
  • the quality of the molded product can be improved.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a molding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II shown in FIG. 1, and is a schematic cross-sectional view of a blow molding die.
  • FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process by a molding apparatus
  • FIG. 3 (a) is a diagram showing a state where a metal pipe material is set in a mold
  • FIG. 3 (b) is a diagram showing a metal pipe material as an electrode. It is a figure which shows the state hold
  • FIG. 4 is a diagram showing a blow molding process by the molding apparatus and the subsequent flow.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the periphery of the electrode, FIG.
  • FIG. 5 (a) is a view showing a state where the electrode holds the metal pipe material
  • FIG. 5 (b) is a view where the blow mechanism is in contact with the electrode
  • FIG. 5C is a front view of the electrode.
  • FIG. 6 is a diagram showing the operation of the blow molding die and the change in the shape of the metal pipe material.
  • FIG. 6A is a diagram showing the state at the time when the metal pipe material is set in the blow molding die.
  • FIG. 6B is a view showing a state at the time of blow molding, and
  • FIG. 6C is a view showing a state where the flange portion is formed by pressing.
  • FIG. 7 is a diagram showing the operation of the blow molding die according to the modification and the change in the shape of the metal pipe material, and FIG.
  • FIG. 7A shows the state at the time when the metal pipe material is set in the blow molding die.
  • FIG. 7B is a view showing a state at the time of blow molding
  • FIG. 7C is a view showing a state where the flange portion is formed by pressing.
  • FIG. 8 is a diagram showing the operation of the blow molding die according to the modification and the change in the shape of the metal pipe material
  • FIG. 8A shows the state at the time when the metal pipe material is set in the blow molding die.
  • FIG. 8B is a diagram showing a state at the time of blow molding
  • FIG. 8C is a diagram showing a state where the flange portion is molded by pressing.
  • FIG. 9 is a diagram showing the operation of the blow molding die according to the comparative example and the change in the shape of the metal pipe material
  • FIG. 9A shows the state at the time when the metal pipe material is set in the blow molding die
  • FIG. 9B is a view showing a state at the time of blow molding
  • FIG. 9C is a view showing a state where the flange portion is formed by pressing.
  • a molding apparatus 10 for molding a flanged metal pipe includes a blow molding die 13 composed of an upper die (first die) 12 and a lower die (second die) 11. And a slide 82 that moves at least one of the upper mold 12 and the lower mold 11, a drive unit 81 that generates a driving force for moving the slide 82, and a metal pipe material between the upper mold 12 and the lower mold 11. 14, a pipe holding mechanism (holding portion) 30 that holds the pipe 14 horizontally, a heating mechanism 50 that energizes and heats the metal pipe material 14 held by the pipe holding mechanism 30, and a high pressure on the heated metal pipe material 14.
  • the control unit 70 closes the blow molding die 13 when the metal pipe material 14 is heated to the quenching temperature (AC3 transformation point temperature or higher) and injects high-pressure gas into the heated metal pipe material 14. Take control.
  • a pipe according to a finished product is referred to as a metal pipe 80 (see FIG. 4B), and a pipe in the middle of completion is referred to as a metal pipe material 14.
  • the lower mold 11 is fixed to a large base 15. Moreover, the lower mold
  • tapered concave surfaces 17b and 18b are formed on the front surfaces of the first and second electrodes 17 and 18 (surfaces on the outer side of the mold). ing.
  • a cooling water passage 19 is formed in the lower mold 11 and includes a thermocouple 21 inserted from below at a substantially central position. The thermocouple 21 is supported by a spring 22 so as to be movable up and down.
  • the pair of first and second electrodes 17 and 18 located on the lower mold 11 side also serves as a pipe holding mechanism 30 so that the metal pipe material 14 can be raised and lowered between the upper mold 12 and the lower mold 11. Can be supported horizontally.
  • the thermocouple 21 is merely an example of a temperature measuring means, and may be a non-contact temperature sensor such as a radiation thermometer or an optical thermometer. If a correlation between the energization time and the temperature can be obtained, the temperature measuring means can be omitted and configured sufficiently.
  • the upper mold 12 is a large steel block having a cavity (concave portion) 24 on the lower surface and a cooling water passage 25 built therein.
  • the upper mold 12 has an upper end fixed to the slide 82.
  • the slide 82 to which the upper mold 12 is fixed is suspended by the pressure cylinder 26 and guided by the guide cylinder 27 so as not to shake.
  • the drive unit 81 according to the present embodiment includes a servo motor 83 that generates a drive force for moving the slide 82.
  • the drive unit 81 is configured by a fluid supply unit that supplies a fluid that drives the pressurizing cylinder 26 (operating oil when a hydraulic cylinder is used as the pressurizing cylinder 26) to the pressurizing cylinder 26.
  • the control unit 70 controls the amount of fluid supplied to the pressurizing cylinder 26 by controlling the servo motor 83 of the driving unit 81. Thereby, the movement of the slide 82 can be controlled.
  • the drive unit 81 is not limited to the one that applies a driving force to the slide 82 via the pressure cylinder 26 as described above.
  • the servo motor 83 is generated by mechanically connecting the drive unit to the slide 82.
  • the driving force to be applied may be applied to the slide 82 directly or indirectly.
  • the drive unit 81 may not include the servo motor 83.
  • the first is configured so that it can be moved up and down by an actuator (not shown).
  • An electrode 17 and a second electrode 18 are provided.
  • the lower surfaces of the first and second electrodes 17 and 18 are formed with semicircular arc-shaped grooves 17a and 18a corresponding to the upper outer peripheral surface of the metal pipe material 14 (see FIG. 5C).
  • the metal pipe material 14 can be fitted into the concave grooves 17a and 18a.
  • tapered concave surfaces 17b and 18b are formed on the front surfaces of the first and second electrodes 17 and 18 (surfaces on the outer side of the mold). ing.
  • FIG. 2 shows a schematic cross section of the blow molding die 13 as viewed from the side.
  • This is a cross-sectional view of the blow molding die 13 taken along the line II-II in FIG. 1, showing the state of the die position during blow molding.
  • complicated steps are formed on the surfaces of the upper mold 12 and the lower mold 11.
  • the first protrusion 12b and the second protrusion 12c are formed on the surface of the upper mold 12 when the surface of the cavity 24 of the upper mold 12 is a reference line LV1.
  • a first protrusion 12b that protrudes most on the right side (right side in FIG. 2) of the cavity 24 is formed, and a second protrusion 12c is formed on the left side (left side in FIG. 2) of the cavity 24.
  • the surface of the lower mold 11 is the first recess 11b on the right side of the cavity 16 (right side in FIG. 2) and the left side of the cavity 16 (left side in FIG. 2), where the surface of the cavity 16 of the lower mold 11 is the reference line LV2.
  • a first protrusion 11c is formed.
  • first protrusion 12b of the upper mold 12 can be fitted to the first recess 11b of the lower mold 11 just.
  • the second protrusion 12c of the upper mold 12 and the first protrusion 11c of the lower mold 11 are formed so as to be separated from and parallel to each other in the vertical direction.
  • the main cavity portion (first cavity portion) MC is formed between the main cavity portion MC and the small-cavity sub-cavity portion (second cavity portion) SC. It has become.
  • the main cavity portion MC is a portion for forming the pipe portion 80a in the metal pipe 80
  • the sub-cavity portion SC is a portion for forming the flange portion 80b in the metal pipe 80.
  • the heating mechanism 50 includes a power source 51, a conducting wire 52 extending from the power source 51 and connected to the first electrode 17 and the second electrode 18, and a switch 53 interposed in the conducting wire 52.
  • the blow mechanism 60 includes a high-pressure gas source 61, an accumulator 62 that stores the high-pressure gas supplied from the high-pressure gas source 61, a first tube 63 that extends from the accumulator 62 to the cylinder unit 42, and the first tube 63.
  • a pressure control valve 64 and a switching valve 65 interposed between the second tube 67 and the second tube 67 extending from the accumulator 62 to the gas passage 46 formed in the seal member 44.
  • an on / off valve 68 and a check valve 69 an on / off valve 68 and a check valve 69.
  • a tapered surface 45 is formed so that the tip of the seal member 44 is tapered, and the sealing member 44 has a shape that can be fitted and brought into contact with the tapered concave surfaces 17b and 18b of the first and second electrodes. (See FIG. 5).
  • the seal member 44 is connected to the cylinder unit 42 via the cylinder rod 43, and can advance and retract in accordance with the operation of the cylinder unit 42.
  • the cylinder unit 42 is mounted and fixed on the base 15 via the block 41.
  • the pressure control valve 64 serves to supply the cylinder unit 42 with a high-pressure gas having an operating pressure adapted to the pressing force required from the seal member 44 side.
  • the check valve 69 serves to prevent the high pressure gas from flowing back in the second tube 67.
  • the control unit 70 acquires temperature information from the thermocouple 21 by transmitting information from (A) to (A), and controls the pressurizing cylinder 26, the switch 53, the switching valve 65, the on / off valve 68, and the like. .
  • the water circulation mechanism 72 includes a water tank 73 that stores water, a water pump 74 that pumps up and pressurizes the water stored in the water tank 73 and sends the water to the cooling water passage 19 of the lower mold 11 and the cooling water passage 25 of the upper mold 12. It consists of a pipe 75. Although omitted, a cooling tower for lowering the water temperature and a filter for purifying water may be interposed in the pipe 75.
  • FIG. 3 shows a process from a pipe feeding process in which a metal pipe material 14 as a material is fed to an energization heating process in which the metal pipe material 14 is energized and heated.
  • a hardenable metal pipe material 14 of a steel type is prepared, and this metal pipe material 14 is provided on the lower mold 11 side by a robot arm or the like (not shown). Place on the electrodes 17, 18. Since the grooves 17a and 18a are formed in the first and second electrodes 17 and 18, the metal pipe material 14 is positioned by the grooves 17a and 18a.
  • the control unit 70 see FIG.
  • the pipe holding mechanism 30 controls the pipe holding mechanism 30 to cause the pipe holding mechanism 30 to hold the metal pipe material 14.
  • an actuator (not shown) that allows the electrodes 17 and 18 to move forward and backward is actuated to bring the first and second electrodes 17 and 18 positioned above and below to approach each other. ⁇ Contact.
  • this actuator By the operation of this actuator, both ends of the metal pipe material 14 are sandwiched by the first and second electrodes 17 and 18 from above and below.
  • the metal pipe material 14 is held in such a manner that the metal pipe material 14 is in close contact with the entire circumference due to the presence of the concave grooves 17a and 18a formed in the first and second electrodes 17 and 18 that contact each other.
  • the configuration is not limited to the configuration in which the metal pipe material 14 is in close contact with the entire circumference, and the first and second electrodes 17 and 18 may be in contact with a part of the metal pipe material 14 in the circumferential direction. .
  • the control unit 70 heats the metal pipe material 14 by controlling the heating mechanism 50. Specifically, the control unit 70 turns on the switch 53 of the heating mechanism 50. If it does so, electric power will be supplied to the metal pipe material 14 from the power supply 51, and metal pipe material 14 itself heat
  • FIG. 4 shows a flow of obtaining a flanged metal pipe 80 in which a flange portion 80b is formed on the pipe portion 80a as a finished product by forming a flange by pressing the metal pipe material 14 after blow molding.
  • the control unit 70 controls the blow mechanism 60 so as to supply gas into the metal pipe material 14 held between the upper mold 12 and the lower mold 11 by the pipe holding mechanism 30, and expands the metal pipe material 14. To do.
  • the control unit 70 controls the drive unit 81 so as to crush a part of the expansion-molded metal pipe material 14 with the subcavity SC of the upper mold 12 and the lower mold 11 to mold the flange 80b. Specifically, as shown in FIG.
  • the blow molding die 13 is closed with respect to the heated metal pipe material 14, and the metal pipe material 14 is placed in the cavity of the blow molding die 13. Seal the arrangement. Thereafter, the cylinder unit 42 is operated, and both ends of the metal pipe material 14 are sealed with the seal member 44 which is a part of the blow mechanism 60 (see also FIG. 5). In this seal, the seal member 44 does not directly contact and seal against both end faces of the metal pipe material 14, but indirectly through the tapered concave surfaces 17b and 18b formed on the first and second electrodes 17 and 18. To be done.
  • the sealing performance can be improved because the sealing can be performed over a wide area, the wear of the sealing member due to the repeated sealing operation can be prevented, and further, the crushing of both end faces of the metal pipe material 14 can be effectively prevented. ing.
  • high-pressure gas is blown into the metal pipe material 14 to deform the metal pipe material 14 softened by heating so as to follow the shape of the cavity.
  • a press operation for forming the flange portion 80b is performed on the metal pipe material 14 after blow molding (details of this will be described later), and when the mold is opened, as shown in FIG. Then, the finished metal pipe 80 having the pipe portion 80a and the flange portion 80b is completed.
  • the metal pipe material 14 is softened by being heated to a high temperature (around 950 ° C.), and can be blow-molded at a relatively low pressure. Specifically, when compressed air of 4 MPa at normal temperature (25 ° C.) is used as the high-pressure gas, the compressed air is eventually heated to around 950 ° C. in the sealed metal pipe material 14. The compressed air expands thermally and reaches about 16-17 MPa based on Boyle-Charles' law. That is, the metal pipe material 14 at 950 ° C. can be easily blow-molded.
  • the outer peripheral surface of the metal pipe material 14 blown and expanded contacts the cavity 16 of the lower mold 11 and is rapidly cooled, and simultaneously contacts the cavity 24 of the upper mold 12 to rapidly cool (the upper mold 12 and the lower mold).
  • 11 has a large heat capacity and is controlled at a low temperature, so if the metal pipe material 14 comes into contact, the heat of the pipe surface is taken away to the mold side at once, and quenching is performed.
  • Such a cooling method is called mold contact cooling or mold cooling.
  • austenite is transformed into martensite. In the latter half of the cooling, the cooling rate becomes small, so that the martensite is transformed into another structure (truthite, sorbite, etc.) by recuperation. Therefore, it is not necessary to perform a separate tempering process.
  • first formed portion 14a a portion corresponding to the pipe portion 80a of the metal pipe 80 according to the finished product of the metal pipe material 14 being formed
  • second molded portion 14b The portion to be referred to.
  • blow molding is performed in a state where the upper mold 12 and the lower mold 11 are completely closed (clamped). It is not.
  • the upper mold 12 and the lower mold 11 are maintained at a certain distance, so that blow molding is performed in a state where the subcavity SC is formed beside the main cavity MC.
  • the main cavity portion MC is formed between the surface of the cavity 24 at the reference line LV1 and the surface of the cavity 16 at the reference line LV2.
  • the subcavity SC is formed between the surface of the second protrusion 12 c of the upper mold 12 and the surface of the first protrusion 11 c of the lower mold 11.
  • the main cavity portion MC and the subcavity portion SC are in communication with each other.
  • the surface of the upper mold 12 and the surface of the second protrusion 12c of the upper mold 12 and the surface of the first protrusion 11c of the lower mold 11 constituting the subcavity portion SC are separated from each other in the vertical direction. It extends to the end of the lower mold 11 in the width direction (left side in FIG. 6). Therefore, the subcavity portion SC communicates with the outside of the mold. As a result, as shown in FIG. 6B, the metal pipe material 14 softened by heating and injected with the high-pressure gas enters not only the main cavity portion MC but also the sub-cavity portion SC and expands. In the example shown in FIG.
  • the main cavity portion MC is configured to have a rectangular cross section, and therefore, the metal pipe material 14 is formed into a rectangular cross section by blow molding in accordance with the shape.
  • corresponds to the 1st shaping
  • the shape of the main cavity portion MC is not particularly limited, and any shape such as a circle, an ellipse, or a polygon may be adopted according to a desired shape.
  • the main cavity portion MC and the sub-cavity portion SC communicate with each other, a part of the metal pipe material 14 enters the sub-cavity portion SC.
  • the said part corresponds to the 2nd shaping
  • the upper mold 12 and the lower mold 11 which are separated from each other are brought close to each other after blow molding or in the middle of blow molding.
  • the volume of the sub-cavity portion SC is reduced, the internal space of the second molded portion 14b disappears, and the second molded portion 14b is folded. That is, as the upper mold 12 and the lower mold 11 approach, the second molded portion 14b of the metal pipe material 14 entering the subcavity SC is pressed and crushed.
  • a second molded portion 14b crushed on the outer peripheral surface of the metal pipe material 14 along the longitudinal direction of the metal pipe material 14 in this state, the metal pipe material 14 is a metal product as a finished product).
  • the shape is the same as that of the pipe 80).
  • the time from the blow molding to the completion of the press molding of the flange portion 80b is approximately 1 to 2 seconds depending on the type of the metal pipe material 14.
  • the surface of the first protrusion 12 b of the upper mold 12 is in contact with the bottom surface of the first recess 11 b of the lower mold 11, so that the upper mold 12 and the lower mold 11 can no longer approach each other.
  • the crushed second molded portion 14b that is, between the surface of the second protrusion 12c of the upper die 12 and the surface of the first protrusion 11c of the lower die 11 constituting the subcavity portion SC
  • a gap corresponding to the thickness of the flange portion 80b) is formed.
  • the subcavity SC is in communication with the outside of the mold. That is, in the example shown in FIG. 6, the subcavity SC is made of gold from the start of molding to the completion of molding at the time of molding the flange 80 b of the metal pipe 80 (second molded portion 14 b of the metal pipe material 14). It communicates with the outside of the mold.
  • molding part 14a will also be crushed.
  • the metal pipe material 14 is heated and softened, the product can be finished without loosening or twisting by adjusting the mold closing speed, compressed gas, or the like.
  • the first protrusion 312b, the second protrusion 312c, and the third protrusion 312d are formed on the surface of the upper mold 312 when the surface of the cavity 324 of the upper mold 312 is the reference line LV1.
  • a first protrusion 312b that protrudes most to the right side (right side in FIG. 9) of the cavity 324 is formed, and a second protrusion 312c and a third protrusion 312d are formed stepwise on the left side of the cavity 324 (left side in FIG. 9). .
  • the surface of the lower mold 311 is the first recess 311b on the right side of the cavity 316 (right side in FIG. 9) and the left side of the cavity 316 (left side in FIG. 9), where the surface of the cavity 316 of the lower mold 311 is the reference line LV2.
  • a first protrusion 311c is formed.
  • the first protrusion 312 b of the upper mold 312 can be fitted with the first recess 311 b of the lower mold 311.
  • the first protrusion 311c of the lower mold 311 can be fitted to the step portion of the second protrusion 312c and the third protrusion 312d of the upper mold 312.
  • a sub-cavity portion SC having a small volume is formed beside the main cavity portion MC at the mold position during blow molding. Yes.
  • the third protrusion 312d of the upper mold 312 is formed on the subcavity SC side, and the lower mold 311 of the lower mold 311 is formed at the step portion between the second protrusion 312c and the third protrusion 312d.
  • One protrusion 311c can be fitted.
  • the side surface 312e of the third protrusion 312d of the upper die 312 and the side surface 311d of the first protrusion 311c of the lower die 311 are in contact with each other. Accordingly, as shown in FIGS.
  • the control unit 70 supplies the gas into the metal pipe material 14 held between the upper mold 12 and the lower mold 11 by the pipe holding mechanism 30, thereby
  • the blow mechanism 60 is controlled so as to expand and form the pipe material 14.
  • the portion of the metal pipe material 14 corresponding to the finished pipe portion 80a (that is, the first molded portion 14a) is expanded and formed into a shape corresponding to the main cavity portion MC, and the flange portion of the finished product.
  • a portion corresponding to 80b that is, the second molded portion 14b expands toward the subcavity SC.
  • control unit 70 causes the drive unit 81 to mold the flange portion 80b by crushing the second molded portion 14b of the expanded metal pipe material 14 with the subcavity SC of the upper mold 12 and the lower mold 11.
  • the sub-cavity portion SC communicates with the outside of the mold when the flange portion 80b is formed. Accordingly, when the flange portion 80b is formed, air between the inner surface of the subcavity portion SC and the second forming portion 14b of the metal pipe material 14 can escape to the outside of the mold. Thereby, generation
  • the surface of the second protrusion 12c of the upper mold 12 and the surface of the first protrusion 11c of the lower mold 11 corresponding to the subcavity SC are formed.
  • the mold shape can be simplified as compared with the upper mold 312 and the lower mold 311 as shown in FIG. Manufacturing cost can be reduced.
  • the subcavity SC is communicated with the outside of the mold from the start of molding to the completion of molding. Accordingly, since the air in the subcavity portion SC can escape to the outside of the mold from the start of molding to the completion of molding, the quality of the molded product can be improved.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above.
  • the blow mold 113 has a sub-cavity part SC1 formed between the surface of the protrusion 112c of the upper mold 112 and the surface of the protrusion 111c of the lower mold 111 on one side of the main cavity part MC.
  • the other side of the main cavity portion MC has a sub-cavity portion SC2 formed between the surface of the protrusion 112b of the upper die 112 and the surface of the protrusion 111b of the lower die 111.
  • the blow molding die 113 can mold the flange portions 80 b on both sides of the pipe portion 80 a of the metal pipe 80.
  • both the sub-cavity portion SC1 and the sub-cavity portion SC2 communicate with the outside of the mold from the start of molding to the completion of molding. However, it suffices that at least one of the sub cavity portion SC1 and the sub cavity portion SC2 communicates with the outside of the mold.
  • a blow mold 213 having a configuration as shown in FIG. 8 may be adopted.
  • a step 220 having a size corresponding to the flange portion 80b is formed in the upper die 212 in the subcavity SC.
  • the step 220 is formed by further providing a protrusion 212d on the surface of the protrusion 212c of the upper mold 212.
  • the crushing of the flange part 80b by the sub-cavity part SC is restricted by the step 220 having a size corresponding to the thickness of the flange part 80b. Is done. Therefore, it can suppress that the flange part 80b is crushed more than necessary.
  • the subcavity SC is cut off from the outside of the mold, but the second forming portion 14b has already been crushed to form the flange portion 80b. Since it is later, no wrinkles or the like occur in the flange portion 80b. In the example shown in FIG.
  • the step is formed on the upper mold 212 side, but the step 220 may be formed on the lower mold 211.
  • step difference may be formed in both the upper mold
  • the heating mechanism 50 which can be heat-processed between upper and lower metal mold
  • the heat treatment may be performed at a place other than between the upper and lower molds, and the heated metal pipe may be carried between the molds.
  • radiant heat from a heater or the like may be used, or heating using high-frequency induction current is also possible.
  • non-oxidizing gases such as nitrogen gas and argon gas and inert gases can be mainly used. Although these gases can make it difficult to generate oxide scale in the metal pipe, they are expensive. In this regard, compressed air is inexpensive unless it causes a major problem due to the generation of oxide scale, and there is no actual damage even if it leaks into the atmosphere, and handling is extremely easy. Therefore, the blowing process can be executed smoothly.
  • the blow mold may be either an anhydrous cold mold or a water-cooled mold.
  • the anhydrous cold mold takes a long time to lower the mold to near room temperature after completion of blow molding. In this respect, cooling is completed in a short time with a water-cooled mold. Therefore, a water-cooled mold is desirable from the viewpoint of improving productivity.

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Abstract

成形品の品質を向上できる成形装置を提供する。制御部（７０）は、金属パイプ材料（１４）内に気体を供給し、膨張成形するようにブロー機構（６０）を制御する。これにより、金属パイプ材料（１４）は、メインキャビティ部（ＭＣ）に対応する形状に膨張成形されると共に、完成品のフランジ部（８０ｂ）に対応する部分は、サブキャビティ部（ＳＣ）へ向かって膨張する。制御部（７０）は、膨張した金属パイプ材料（１４）の第２の成形部分（１４ｂ）をサブキャビティ部（ＳＣ）で押し潰すことによってフランジ部（８０ｂ）を成形するように駆動部（８１）を制御する。ここで、サブキャビティ部（ＳＣ）は、フランジ部（８０ｂ）の成形時において、金型外部と連通するので、サブキャビティ部（ＳＣ）の内面と金属パイプ材料（１４）の第２の成形部分（１４ｂ）との間の空気が金型外部へ抜けることができる。

Description

成形装置
　本発明は、フランジ付きの金属パイプを成形する成形装置に関する。
　従来、加熱した金属パイプ材料内に気体を供給して膨張させることによって成形を行う成形装置が知られている。例えば、特許文献１に示す成形装置は、互いに対となる上型及び下型と、上型と下型との間で金属パイプ材料を保持する保持部と、保持部に保持された金属パイプ材料内に気体を供給する気体供給部と、を備えている。この成形装置では、上型と下型との間で保持された状態の金属パイプ材料内に気体を供給することによって、金属パイプ材料を膨張させて金型の形状に対応する形状に成形することができる。
特開２００３－１５４４１５号公報
　ここで、金属パイプにフランジを成形することが要請されていた。上述のような成形装置でフランジ付きの金属パイプを成形する場合、フランジ成形用の容積の小さいキャビティを金型に形成しておき、金属パイプを膨張成形して、フランジ成形用のキャビティで金属パイプ材料の一部を押し潰すことでフランジを成形することができる。このような場合、金型のキャビティが金型外部に対して閉じた空間となっている場合、フランジの成形時に、金型の内面とフランジとなる部分との間に空気が溜まって、皺の発生等、成形品の品質に影響が及ぼされる可能性がある。
　本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、成形品の品質を向上できる成形装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る成形装置は、フランジ付きの金属パイプを成形する成形装置であって、互いに対となる第１の金型及び第２の金型と、第１の金型及び第２の金型の少なくとも一方を移動させるスライドと、スライドを移動させるための駆動力を発生させる駆動部と、第１の金型と第２の金型との間で金属パイプ材料を保持する保持部と、保持部に保持された金属パイプ材料内に気体を供給する気体供給部と、駆動部、保持部及び気体供給部を制御する制御部と、を備え、第１の金型及び第２の金型は、金属パイプのパイプ部を成形する第１のキャビティ部と、フランジ部を成形する第２のキャビティ部と、を備え、制御部は、保持部によって第１の金型と第２の金型との間で保持された金属パイプ材料内に気体を供給することによって、金属パイプ材料を膨張成形するように気体供給部を制御し、膨張した金属パイプ材料の一部を第１の金型及び第２の金型の第２のキャビティ部で押し潰すことによってフランジ部を成形するように駆動部を制御し、第２のキャビティ部は、フランジ部の成形時において、金型外部と連通する。
　本発明に係る成形装置において、制御部は、保持部によって第１の金型と第２の金型との間で保持された金属パイプ材料内に気体を供給することによって、金属パイプ材料を膨張成形するように気体供給部を制御する。これによって、金属パイプ材料のパイプ部に対応する部分は、第１のキャビティ部に対応する形状に膨張成形されると共に、フランジ部に対応する部分は、第２のキャビティ部へ向かって膨張する。また、制御部は、膨張した金属パイプ材料の一部を第１の金型及び第２の金型の第２のキャビティ部で押し潰すことによってフランジ部を成形するように駆動部を制御する。ここで、第２のキャビティ部は、フランジ部の成形時において、金型外部と連通する。従って、フランジ部の成形時に、第２のキャビティ部の内面と金属パイプ材料のフランジ部を形成する箇所との間の空気が金型外部へ抜けることができる。これによって、皺の発生等を抑制することができ、成形品の品質を向上できる。
　また、本発明に係る成形装置において、第２のキャビティ部は、成形開始から成形完了に至るまで、金型外部と連通されてよい。これによって、成形開始から成形完了に至るまで、第２のキャビティ部の空気が金型外部へ抜けることができるため、成形品の品質を向上できる。
　また、本発明に係る成形装置において、第２のキャビティ部には、第１の金型及び第２の金型の少なくとも一方に、フランジ部の厚さに対応する大きさの段差が形成されてよい。これによって、第２のキャビティ部がフランジ部を成形した時点で、当該フランジ部の厚さに対応する大きさの段差によって第２のキャビティ部によるフランジ部の押し潰しが規制される。従って、フランジ部が必要以上に押し潰されることを抑制できる。
　本発明によれば、成形品の品質を向上できる。
図１は、本発明の実施形態に係る成形装置の概略構成図である。 図２は、図１に示すＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図であって、ブロー成形金型の概略断面図である。 図３は、成形装置による製造工程を示す図であって、図３（ａ）は金型内に金属パイプ材料がセットされた状態を示す図、図３（ｂ）は金属パイプ材料が電極に保持された状態を示す図である。 図４は、成形装置によるブロー成形工程とその後の流れを示す図である。 図５は、電極周辺の拡大図であって、図５（ａ）は電極が金属パイプ材料を保持した状態を示す図であり、図５（ｂ）は電極にブロー機構が当接した状態を示す図であり、図５（ｃ）は電極の正面図である。 図６は、ブロー成形金型の動作と金属パイプ材料の形状の変化を示す図であり、図６（ａ）は金属パイプ材料をブロー成形金型にセットした時点の状態を示す図であり、図６（ｂ）はブロー成形時の状態を示す図であり、図６（ｃ）はプレスによりフランジ部が成形された状態を示す図である。 図７は、変形例に係るブロー成形金型の動作と金属パイプ材料の形状の変化を示す図であり、図７（ａ）は金属パイプ材料をブロー成形金型にセットした時点の状態を示す図であり、図７（ｂ）はブロー成形時の状態を示す図であり、図７（ｃ）はプレスによりフランジ部が成形された状態を示す図である。 図８は、変形例に係るブロー成形金型の動作と金属パイプ材料の形状の変化を示す図であり、図８（ａ）は金属パイプ材料をブロー成形金型にセットした時点の状態を示す図であり、図８（ｂ）はブロー成形時の状態を示す図であり、図８（ｃ）はプレスによりフランジ部が成形された状態を示す図である。 図９は、比較例に係るブロー成形金型の動作と金属パイプ材料の形状の変化を示す図であり、図９（ａ）は金属パイプ材料をブロー成形金型にセットした時点の状態を示す図であり、図９（ｂ）はブロー成形時の状態を示す図であり、図９（ｃ）はプレスによりフランジ部が成形された状態を示す図である。
　〈成形装置の構成〉
　図１に示しているように、フランジ付きの金属パイプを成形する成形装置１０は、上型（第１の金型）１２及び下型（第２の金型）１１からなるブロー成形金型１３と、上型１２及び下型１１の少なくとも一方を移動させるスライド８２と、スライド８２を移動させるための駆動力を発生させる駆動部８１と、上型１２と下型１１との間に金属パイプ材料１４を水平に保持するパイプ保持機構（保持部）３０と、このパイプ保持機構３０で保持されている金属パイプ材料１４に通電して加熱する加熱機構５０と、加熱された金属パイプ材料１４に高圧ガスを吹込むブロー機構（気体供給部）６０と、駆動部８１、パイプ保持機構３０、加熱機構５０及びブロー機構６０を制御する制御部７０と、ブロー成形金型１３を強制的に水冷する水循環機構７２とを備えて構成されている。制御部７０は、金属パイプ材料１４が焼入れ温度（ＡＣ３変態点温度以上）に加熱されたときにブロー成形金型１３を閉じるとともに加熱された金属パイプ材料１４に高圧ガスを吹込む等の一連の制御を行う。なお、以下の説明では、完成品に係るパイプを金属パイプ８０（図４（ｂ）参照）と称し、完成に至る途中の段階のパイプを金属パイプ材料１４と称するものとする。
　下型１１は、大きな基台１５に固定されている。また下型１１は、大きな鋼鉄製ブロックで構成されて、その上面にキャビティ（凹部）１６を備える。更に下型１１の左右端（図１において左右端）近傍には電極収納スペース１１ａが設けられ、当該スペース１１ａ内にアクチュエータ（図示しない）で上下に進退動可能に構成された第１電極１７と第２電極１８を備えている。これら第１、第２電極１７、１８の上面には、金属パイプ材料１４の下側外周面に対応した半円弧状の凹溝１７ａ、１８ａが形成されていて（図５（ｃ）参照）、当該凹溝１７ａ、１８ａの部分に丁度金属パイプ材料１４が嵌り込むように載置可能とされている。また、第１、第２電極１７、１８の正面（金型の外側方向の面）には凹溝１７ａ、１８ａに向って周囲がテーパー状に傾斜して窪んだテーパー凹面１７ｂ、１８ｂが形成されている。なお、下型１１には冷却水通路１９が形成され、略中央に下から差し込まれた熱電対２１を備えている。この熱電対２１はスプリング２２で上下移動自在に支持されている。
　なお、下型１１側に位置する一対の第１、第２電極１７、１８はパイプ保持機構３０を兼ねており、金属パイプ材料１４を、上型１２と下型１１との間に昇降可能に水平に支えることができる。また、熱電対２１は測温手段の一例を示したに過ぎず、輻射温度計や光温度計のような非接触型温度センサであってもよい。なお、通電時間と温度との相関が得られれば、測温手段は省いて構成することも十分可能である。
　上型１２は、下面にキャビティ（凹部）２４を備え、冷却水通路２５を内蔵した大きな鋼鉄製ブロックである。上型１２は、上端部をスライド８２に固定されている。そして、上型１２が固定されたスライド８２は、加圧シリンダ２６で吊され、ガイドシリンダ２７で横振れしないようにガイドされる。本実施形態に係る駆動部８１は、スライド８２を移動させるための駆動力を発生させるサーボモータ８３を備えている。駆動部８１は、加圧シリンダ２６を駆動させる流体（加圧シリンダ２６として油圧シリンダを採用する場合は、動作油）を当該加圧シリンダ２６へ供給する流体供給部によって構成されている。制御部７０は、駆動部８１のサーボモータ８３を制御することによって、加圧シリンダ２６へ供給する流体の量を制御する。これにより、スライド８２の移動を制御することができる。なお、駆動部８１は、上述のように加圧シリンダ２６を介してスライド８２に駆動力を付与するものに限られず、例えば、スライド８２に駆動部を機械的に接続させてサーボモータ８３が発生する駆動力を直接的に又は間接的にスライド８２へ付与するものであってもよい。なお、本実施形態では、上型１２のみが移動するものであるが、上型１２に加えて、または上型１２に代えて下型１１が移動するものであってもよい。また、本実施形態では、駆動部８１がサーボモータ８３を備えていなくともよい。
　また上型１２の左右端（図１において左右端）近傍に設けられた電極収納スペース１２ａ内には、下型１１と同じく、アクチュエータ（図示しない）で上下に進退動可能に構成された第１電極１７と第２電極１８を備えている。これら第１、第２電極１７、１８の下面には、金属パイプ材料１４の上側外周面に対応した半円弧状の凹溝１７ａ、１８ａが形成されていて（図５（ｃ）参照）、当該凹溝１７ａ、１８ａに丁度金属パイプ材料１４が嵌合可能とされている。また、第１、第２電極１７、１８の正面（金型の外側方向の面）には凹溝１７ａ、１８ａに向って周囲がテーパー状に傾斜して窪んだテーパー凹面１７ｂ、１８ｂが形成されている。即ち、上下一対の第１、第２電極１７、１８で金属パイプ材料１４を上下方向から挟持すると、丁度金属パイプ材料１４の外周を全周に渡って密着するように取り囲むことができるように構成されている。 
　次に、ブロー成形金型１３を側面方向から見た概略断面を図２に示している。これは図１における矢視ＩＩ－ＩＩ線に沿うブロー成形金型１３の断面図であって、ブロー成形時の金型位置の状態を示している。ブロー成形金型１３を側面視した場合、上型１２と下型１１との表面には、それぞれ複雑な段差が形成されている。
　上型１２の表面には、上型１２のキャビティ２４表面を基準ラインＬＶ１とすると、第１突起１２ｂ、第２突起１２ｃが形成されている。キャビティ２４の右側（図２において右側）に最も突出した第１突起１２ｂが形成され、キャビティ２４の左側（図２において左側）に第２突起１２ｃが形成されている。一方、下型１１の表面は、下型１１のキャビティ１６表面を基準ラインＬＶ２とすると、キャビティ１６の右側（図２において右側）に第１凹部１１ｂ、キャビティ１６の左側（図２において左側）に第１突起１１ｃが形成されている。
　また、上型１２の第１突起１２ｂは丁度下型１１の第１凹部１１ｂと嵌合可能とされている。また上型１２の第２突起１２ｃと、下型１１の第１突起１１ｃとは、上下方向において互いに離間すると共に平行となるように形成されている。結果として、図２に示している通り、ブロー成形時の金型位置においては、上型１２のキャビティ２４の表面（基準ラインＬＶ１となる表面）と下型１１のキャビティ１６の表面（基準ラインＬＶ２となる表面）との間にはメインキャビティ部（第１のキャビティ部）ＭＣが形成され、メインキャビティ部ＭＣの横に容積の小さなサブキャビティ部（第２のキャビティ部）ＳＣが形成される構成となっている。メインキャビティ部ＭＣは金属パイプ８０におけるパイプ部８０ａを成形する部分であり、サブキャビティ部ＳＣは金属パイプ８０におけるフランジ部８０ｂを成形する部分である。
　加熱機構５０は、電源５１と、この電源５１から延びて第１電極１７と第２電極１８に接続している導線５２と、この導線５２に介設したスイッチ５３とを有してなる。
　ブロー機構６０は、高圧ガス源６１と、この高圧ガス源６１で供給された高圧ガスを溜めるアキュムレータ６２と、このアキュムレータ６２からシリンダユニット４２まで延びている第１チューブ６３と、この第１チューブ６３に介設されている圧力制御弁６４及び切替弁６５と、アキュムレータ６２からシール部材４４内に形成されたガス通路４６まで延びている第２チューブ６７と、この第２チューブ６７に介設されているオンオフ弁６８及び逆止弁６９とからなる。なお、シール部材４４の先端は先細となるようにテーパー面４５が形成されており、第１、第２電極のテーパー凹面１７ｂ、１８ｂに丁度嵌合当接することができる形状に構成されている（図５参照）。なお、シール部材４４は、シリンダロッド４３を介してシリンダユニット４２に連結されていて、シリンダユニット４２の作動に合わせて進退動することが可能となっている。また、シリンダユニット４２はブロック４１を介して基台１５上に載置固定されている。
　圧力制御弁６４は、シール部材４４側から要求される押力に適応した作動圧力の高圧ガスをシリンダユニット４２に供給する役割を果たす。逆止弁６９は、第２チューブ６７内で高圧ガスが逆流することを防止する役割を果たす。制御部７０は、（Ａ）から（Ａ）へ情報が伝達されることで、熱電対２１から温度情報を取得し、加圧シリンダ２６、スイッチ５３、切替弁６５及びオンオフ弁６８等を制御する。
　水循環機構７２は、水を溜める水槽７３と、この水槽７３に溜まっている水を汲み上げ、加圧して下型１１の冷却水通路１９及び上型１２の冷却水通路２５へ送る水ポンプ７４と、配管７５とからなる。省略したが、水温を下げるクーリングタワーや水を浄化する濾過器を配管７５に介在させることは差し支えない。
　〈成形装置の作用〉
　次に、成形装置１０の作用について説明する。図３は材料としての金属パイプ材料１４を投入するパイプ投入工程から、金属パイプ材料１４に通電して加熱する通電加熱工程までを示している。図３（ａ）に示すように、焼入れ可能な鋼種の金属パイプ材料１４を準備し、この金属パイプ材料１４を、ロボットアーム等（図示しない）により、下型１１側に備わる第１、第２電極１７、１８上に載置する。第１、第２電極１７、１８には凹溝１７ａ、１８ａが形成されているので、当該凹溝１７ａ、１８ａによって金属パイプ材料１４が位置決めされる。次に、制御部７０（図１参照）は、パイプ保持機構３０を制御することによって、当該パイプ保持機構３０に金属パイプ材料１４を保持させる。具体的には、図３（ｂ）のように、各電極１７、１８を進退動可能としているアクチュエータ（図示しない）を作動させ、各上下に位置する第１、第２電極１７、１８を接近・当接させる。このアクチュエータの作動によって、金属パイプ材料１４の両端部は、上下から第１、第２電極１７、１８によって挟持される。また、金属パイプ材料１４は、当接する第１、第２電極１７、１８に形成される凹溝１７ａ、１８ａの存在によって、その全周に渡って密着するような態様で挾持されることとなる。ただし、金属パイプ材料１４の全周に渡って密着する構成に限られず、金属パイプ材料１４の周方向における一部に第１、第２電極１７，１８が当接するような構成であってもよい。
　続いて、制御部７０は、加熱機構５０を制御することによって、金属パイプ材料１４を加熱する。具体的には、制御部７０は、加熱機構５０のスイッチ５３をＯＮにする。そうすると、電源５１から電力が金属パイプ材料１４に供給され、金属パイプ材料１４に存在する抵抗により、金属パイプ材料１４自体が発熱する（ジュール熱）。この時、熱電対２１の測定値が常に監視され、この結果に基づいて通電が制御される。
　図４は、ブロー成形後に金属パイプ材料１４に対してプレスによりフランジを成形し、完成品として、パイプ部８０ａにフランジ部８０ｂが形成されたフランジ付きの金属パイプ８０を得る流れを示している。制御部７０は、パイプ保持機構３０によって上型１２と下型１１との間で保持された金属パイプ材料１４内に気体を供給するようにブロー機構６０を制御し、金属パイプ材料１４を膨張成形する。また、制御部７０は、膨張成形された金属パイプ材料１４の一部を上型１２及び下型１１のサブキャビティ部ＳＣで押し潰すように駆動部８１を制御し、フランジ部８０ｂを成形する。具体的には、図４（ａ）に示しているように、加熱後の金属パイプ材料１４に対してブロー成形金型１３を閉じ、金属パイプ材料１４を当該ブロー成形金型１３のキャビティ内に配置密閉する。その後、シリンダユニット４２を作動させて、ブロー機構６０の一部であるシール部材４４で金属パイプ材料１４の両端をシールする（図５も併せて参照）。なおこのシールは、シール部材４４が直接金属パイプ材料１４の両端面に当接してシールするのではなく、第１、第２電極１７、１８に形成されたテーパー凹面１７ｂ、１８ｂを介して間接的に行われる。こうすることによって広い面積でシールできることからシール性能を向上させることができる上、繰り返しのシール動作によるシール部材の摩耗を防止し、更に、金属パイプ材料１４両端面の潰れ等を効果的に防止している。シール完了後、高圧ガスを金属パイプ材料１４内へ吹き込んで、加熱により軟化した金属パイプ材料１４をキャビティの形状に沿うように変形させる。その後、ブロー成形後の金属パイプ材料１４に対してフランジ部８０ｂを形成するためのプレス動作を行い（この点詳細は別途後述する。）、型開きを行うと、図４（ｂ）に示すように、完成品としてのパイプ部８０ａ及びフランジ部８０ｂを有する金属パイプ８０ができ上がる。
　金属パイプ材料１４は高温（９５０℃前後）に加熱されて軟化しており、比較的低圧でブロー成形することができる。具体的には、高圧ガスとして、常温（２５℃）で４ＭＰａの圧縮空気を採用した場合、この圧縮空気は、密閉した金属パイプ材料１４内で結果的に９５０℃付近まで加熱される。圧縮空気は熱膨張し、ボイル・シャルルの法則に基づき、約１６～１７ＭＰａにまで達する。即ち、９５０℃の金属パイプ材料１４を容易にブロー成形することができる。
　そして、ブロー成形されて膨らんだ金属パイプ材料１４の外周面が下型１１のキャビティ１６に接触して急冷されると同時に、上型１２のキャビティ２４に接触して急冷（上型１２と下型１１は熱容量が大きく且つ低温に管理されているため金属パイプ材料１４が接触すればパイプ表面の熱が一気に金型側へと奪われる。）されて焼き入れが行われる。このような冷却法は、金型接触冷却又は金型冷却と呼ばれる。金属パイプ材料１４が急冷された直後ではオーステナイトがマルテンサイトに変態する。冷却の後半には冷却速度が小さくなるので、復熱によりマルテンサイトが別の組織（トルースタイト、ソルバイトなど）に変態する。従って、別途焼戻し処理を行う必要がない。
　次に、図６を参照して、上型１２及び下型１１による成形の様子について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、成形途中の金属パイプ材料１４のうち、完成品に係る金属パイプ８０のパイプ部８０ａに対応する部分を「第１の成形部分１４ａ」と称し、フランジ部８０ｂに対応する部分を「第２の成形部分１４ｂ」と称する。図６（ａ），（ｂ）に示しているように、本実施形態に係る成形装置１０において、ブロー成形は上型１２と下型１１とが完全に閉じた（クランプした）状態で行われているのでは無い。即ち上型１２と下型１１とに一定の離間状態が保たれていることによって、メインキャビティ部ＭＣの横にサブキャビティ部ＳＣが形成されている状態でブロー成形が行われる。当該状態では、キャビティ２４の基準ラインＬＶ１における表面とキャビティ１６の基準ラインＬＶ２における表面との間にメインキャビティ部ＭＣが形成される。また、上型１２の第２突起１２ｃの表面と下型１１の第１突起１１ｃの表面との間にサブキャビティ部ＳＣが形成される。メインキャビティ部ＭＣとサブキャビティ部ＳＣは互いに連通した状態となっている。また、本実施形態では、サブキャビティ部ＳＣを構成する上型１２の第２突起１２ｃの表面と下型１１の第１突起１１ｃの表面とは、互いに上下方向に離間した状態で上型１２及び下型１１の幅方向（図６においては紙面左側）における端部まで延びている。従って、サブキャビティ部ＳＣは、金型外部と連通している。その結果、図６（ｂ）に示すように、加熱により軟化し且つ高圧ガスが注入された金属パイプ材料１４は、メインキャビティ部ＭＣのみならずサブキャビティ部ＳＣの部分にまで入り込んで膨張する。図６に示す例では、メインキャビティ部ＭＣは断面矩形状に構成されているため、金属パイプ材料１４は当該形状に合わせてブロー成形されることにより、断面矩形状に成形される。なお、当該部分が、パイプ部８０ａとなる第１の成形部分１４ａに対応する。ただし、メインキャビティ部ＭＣの形状は特に限定されず、所望の形状に合わせて円形、楕円形又は多角形等あらゆる形状を採用してもよい。また、メインキャビティ部ＭＣとサブキャビティ部ＳＣとが連通しているため、金属パイプ材料１４の一部分は、サブキャビティ部ＳＣへ入り込む。当該一部分は、押し潰されることによってフランジ部８０ｂとなる第２の成形部分１４ｂに該当する。
　図６（ｃ）に示すように、ブロー成形後若しくはブロー成形の途中の段階で、離間している上型１２と下型１１とを接近させる。この動作によって、サブキャビティ部ＳＣの容積が小さくなり、第２の成形部分１４ｂの内部空間が消滅し、第２の成形部分１４ｂは折りたたまれた状態となる。即ち、当該上型１２と下型１１の接近によって、サブキャビティ部ＳＣ内に入り込んでいる金属パイプ材料１４の第２の成形部分１４ｂがプレスされ押し潰される。その結果、金属パイプ材料１４の外周面に、当該金属パイプ材料１４の長手方向に沿うように押し潰された第２の成形部分１４ｂ（当該状態では、金属パイプ材料１４は、完成品としての金属パイプ８０と同様の形状となる）が成形される。なお、これらブロー成形からフランジ部８０ｂのプレス成形完了に至るまでの時間は、金属パイプ材料１４の種類にもよるが概ね１～２秒程度で完了する。なお、図６に示す例では、上型１２の第１突起１２ｂの表面が下型１１の第１凹部１１ｂの底面と当接し、上型１２と下型１１とがそれ以上近接できない状態となる。当該状態では、サブキャビティ部ＳＣを構成する上型１２の第２突起１２ｃの表面と下型１１の第１突起１１ｃの表面との間には、押し潰された第２の成形部分１４ｂ（すなわちフランジ部８０ｂ）の厚さに対応する隙間が形成されている。当該状態においても、サブキャビティ部ＳＣは金型外部と連通した状態となっている。すなわち、図６に示す例では、サブキャビティ部ＳＣは、金属パイプ８０のフランジ部８０ｂ（金属パイプ材料１４の第２の成形部分１４ｂ）の成形時において、成形開始から成形完了に至るまで、金型外部と連通している。
　また、ブロー成形後の上型１２と下型１１の接近によって、サブキャビティ部ＳＣ内に入り込んでいる金属パイプ材料１４の第２の成形部分１４ｂのみならず、メインキャビティ部ＭＣ部分の金属パイプ材料１４の第１の成形部分１４ａも押し潰されることとなる。この場合、金属パイプ材料１４は加熱されて軟化しているので型閉じするスピードや圧縮ガス等を調節することによって、弛みや捩れのない製品に仕上げることができる。
　次に、本実施形態に係る成形装置１０の作用・効果について説明する。
　まず、図９を参照して、比較例に係る成形装置のブロー成形金型３１３について説明する。比較例に係るブロー成形金型３１３において、上型３１２の表面には、上型３１２のキャビティ３２４表面を基準ラインＬＶ１とすると、第１突起３１２ｂ、第２突起３１２ｃ、第３突起３１２ｄが形成されている。キャビティ３２４の右側（図９において右側）に最も突出した第１突起３１２ｂが形成され、キャビティ３２４の左側（図９において左側）に階段状に第２突起３１２ｃ及び第３突起３１２ｄが形成されている。一方、下型３１１の表面は、下型３１１のキャビティ３１６表面を基準ラインＬＶ２とすると、キャビティ３１６の右側（図９において右側）に第１凹部３１１ｂ、キャビティ３１６の左側（図９において左側）に第１突起３１１ｃが形成されている。また、上型３１２の第１突起３１２ｂは丁度下型３１１の第１凹部３１１ｂと嵌合可能とされている。また上型３１２の第２突起３１２ｃと第３突起３１２ｄの段差部分に、下型３１１の第１突起３１１ｃが嵌合可能とされている。このように構成されている結果として、図９に示している通り、ブロー成形時の金型位置においては、メインキャビティ部ＭＣの横に容積の小さなサブキャビティ部ＳＣが形成される構成となっている。
　比較例に係るブロー成形金型３１３では、サブキャビティ部ＳＣ側に上型３１２の第３突起３１２ｄが形成されており、第２突起３１２ｃと第３突起３１２ｄの段差部分に、下型３１１の第１突起３１１ｃが嵌合可能とされている。この段差部分と第１突起３１１ｃとが嵌合しているとき、上型３１２の第３突起３１２ｄの側面３１２ｅと下型３１１の第１突起３１１ｃの側面３１１ｄとが当接した状態となる。従って、図９（ｂ），（ｃ）に示すように、金属パイプ材料１４を押し潰すプレス時においては、サブキャビティ部ＳＣが突起３１２ｃ，３１２ｄ，３１１ｃによって金型外部から遮断されることで、メインキャビティ部ＭＣ及びサブキャビティ部ＳＣは閉ざされた状態となる。この場合、金属パイプ材料１４を膨張成形したときに、サブキャビティ部ＳＣの金属パイプ材料１４外の空間ＳＰ（図９（ｂ）参照）に存在していた空気が、突起３１２ｃ，３１２ｄ，３１１ｃの表面と、膨張する金属パイプ材料１４の第２の成形部分１４ｂの外面とによって挟まれる状態となる。このような空気が気泡となって成形性に影響が及ぼされる可能性があった。
　一方、本実施形態に係る成形装置１０において、制御部７０は、パイプ保持機構３０によって上型１２と下型１１との間で保持された金属パイプ材料１４内に気体を供給することによって、金属パイプ材料１４を膨張成形するようにブロー機構６０を制御する。これによって、金属パイプ材料１４のうち完成品のパイプ部８０ａに対応する部分（すなわち第１の成形部分１４ａ）は、メインキャビティ部ＭＣに対応する形状に膨張成形されると共に、完成品のフランジ部８０ｂに対応する部分（すなわち第２の成形部分１４ｂ）は、サブキャビティ部ＳＣへ向かって膨張する。また、制御部７０は、膨張した金属パイプ材料１４の第２の成形部分１４ｂを上型１２及び下型１１のサブキャビティ部ＳＣで押し潰すことによってフランジ部８０ｂを成形するように駆動部８１を制御する。ここで、サブキャビティ部ＳＣは、フランジ部８０ｂの成形時において、金型外部と連通する。従って、フランジ部８０ｂの成形時に、サブキャビティ部ＳＣの内面と金属パイプ材料１４の第２の成形部分１４ｂとの間の空気が金型外部へ抜けることができる。これによって、皺の発生等を抑制することができ、成形品の品質を向上できる。また、サブキャビティ部ＳＣを金型外部に連通させる場合、当該サブキャビティ部ＳＣに対応する箇所である上型１２の第２突起１２ｃの表面と、下型１１の第１突起１１ｃの表面とを、金型外部へ向かって真っ直ぐ平行に形成することが可能となるため、図９に示すような上型３１２及び下型３１１に比して金型形状をシンプルにすることができ、金型の製造コストを低減することができる。
　また、本実施形態に係る成形装置１０において、サブキャビティ部ＳＣは、成形開始から成形完了に至るまで、金型外部と連通されている。これによって、成形開始から成形完了に至るまで、サブキャビティ部ＳＣの空気が金型外部へ抜けることができるため、成形品の品質を向上できる。
　本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。
　例えば、図７に示すような構成に係るブロー成形金型１１３を採用してもよい。具体的には、ブロー成形金型１１３は、メインキャビティ部ＭＣの一方に、上型１１２の突起１１２ｃの表面と下型１１１の突起１１１ｃの表面との間に形成されるサブキャビティ部ＳＣ１を有し、メインキャビティ部ＭＣの他方に、上型１１２の突起１１２ｂの表面と下型１１１の突起１１１ｂの表面との間に形成されるサブキャビティ部ＳＣ２を有している。これによって、ブロー成形金型１１３は、金属パイプ８０のパイプ部８０ａの両側にフランジ部８０ｂを成形することができる。なお、サブキャビティ部ＳＣ１及びサブキャビティ部ＳＣ２は、いずれも成形開始から成形完了に至るまで、金型外部と連通されている。ただし、サブキャビティ部ＳＣ１及びサブキャビティ部ＳＣ２の少なくとも一方が金型外部と連通していればよい。
　また、例えば、図８に示すような構成に係るブロー成形金型２１３を採用してもよい。ブロー成形金型２１３では、サブキャビティ部ＳＣには、上型２１２にフランジ部８０ｂに対応する大きさの段差２２０が形成されている。具体的には、段差２２０は、上型２１２の突起２１２ｃの表面に更に突起２１２ｄを設けることによって、形成されている。これによって、図８（ｂ）に示すように、金属パイプ材料１４の第２の成形部分１４ｂを押し潰しているとき、サブキャビティ部ＳＣは金型外部と連通することができる一方、図８（ｃ）に示すように、サブキャビティ部ＳＣがフランジ部８０ｂを成形した時点で、当該フランジ部８０ｂの厚さに対応する大きさの段差２２０によってサブキャビティ部ＳＣによるフランジ部８０ｂの押し潰しが規制される。従って、フランジ部８０ｂが必要以上に押し潰されることを抑制できる。なお、突起２１２ｄの表面が突起２１１ｃの表面と当接している状態では、サブキャビティ部ＳＣは金型外部から遮断されるが、既に第２の成形部分１４ｂを押し潰してフランジ部８０ｂを成形した後であるため、フランジ部８０ｂに皺等は生じない。なお、図８に示す例では、上型２１２側に段差が形成されていたが、下型２１１に段差２２０が形成されてもよい。あるいは、上型２１２と下型２１１の両方に段差を形成し、両段差の合計がフランジ部８０ｂの厚さに対応する大きさとなってもよい。
　また、上記成形装置１０では、上下金型の間で加熱処理できる加熱機構５０を備え、通電によるジュール熱を利用して金属パイプ材料１４を加熱していたが、これらに限定されるものではない。例えば、加熱処理が上下金型の間以外の場所で行われ、加熱後の金属製パイプを金型間に運び込んでもよい。また、通電によるジュール熱を利用する以外にも、ヒータ等の輻射熱を利用してもよいし、高周波誘導電流を利用して加熱することも可能である。
　高圧ガスは、窒素ガス、アルゴンガスなどの非酸化性ガスや不活性ガスを主に採用できる。これらのガスは金属パイプ内に酸化スケールを発生しづらくさせることができるものの、高価である。この点、圧縮空気であれば、酸化スケールの発生により大きな問題を生じさせない限り、安価であり、大気中に漏れても実害はなく、取扱いが極めて容易である。したがって、ブロー工程を円滑に実行することができる。
　ブロー成形金型は無水冷金型と水冷金型の何れでもよい。ただし、無水冷金型は、ブロー成形終了後に金型を常温付近まで下げるときに、長時間を要する。この点、水冷金型であれば、短時間で冷却が完了する。したがって、生産性向上の観点からは、水冷金型が望ましい。
　本発明によれば、成形品の品質を向上できる成形装置を提供可能である。
　１０…成形装置、１１…下型（第２の金型）、１２…上型（第１の金型）、１４…金属パイプ材料、３０…パイプ保持機構（保持部）、６０…ブロー機構（気体供給部）、７０…制御部、８１…駆動部、８２…スライド、ＭＣ…メインキャビティ部（第１のキャビティ部）、ＳＣ…サブキャビティ部（第２のキャビティ部）。

Claims (3)

  1. 　フランジ付きの金属パイプを成形する成形装置であって、
    　互いに対となる第１の金型及び第２の金型と、
    　前記第１の金型及び前記第２の金型の少なくとも一方を移動させるスライドと、
    　前記スライドを移動させるための駆動力を発生させる駆動部と、
    　前記第１の金型と前記第２の金型との間で金属パイプ材料を保持する保持部と、
    　前記保持部に保持された前記金属パイプ材料内に気体を供給する気体供給部と、
    　前記駆動部、前記保持部及び前記気体供給部を制御する制御部と、を備え、
    　前記第１の金型及び前記第２の金型は、前記金属パイプのパイプ部を成形する第１のキャビティ部と、フランジ部を成形する第２のキャビティ部と、を備え、
    　前記制御部は、
    　　前記保持部によって前記第１の金型と前記第２の金型との間で保持された前記金属パイプ材料内に気体を供給することによって、前記金属パイプ材料を膨張成形するように前記気体供給部を制御し、
    　　膨張した前記金属パイプ材料の一部を前記第１の金型及び前記第２の金型の前記第２のキャビティ部で押し潰すことによって前記フランジ部を成形するように前記駆動部を制御し、
    　前記第２のキャビティ部は、前記フランジ部の成形時において、金型外部と連通する、成形装置。
  2. 　前記第２のキャビティ部は、成形開始から成形完了に至るまで、前記金型外部と連通する、請求項１に記載の成形装置。
  3. 　前記第２のキャビティ部には、前記第１の金型及び前記第２の金型の少なくとも一方に、前記フランジ部の厚さに対応する大きさの段差が形成される、請求項１に記載の成形装置。
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