WO2021182359A1 - 成形システム、及び成形方法 - Google Patents

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molded product
cutting
metal pipe
pipe material
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雅之 雑賀
紀条 上野
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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    • B21D43/285—Devices for handling elongated articles, e.g. bars, tubes or profiles
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    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P25/00—Auxiliary treatment of workpieces, before or during machining operations, to facilitate the action of the tool or the attainment of a desired final condition of the work, e.g. relief of internal stress

Definitions

  • the present invention relates to a molding system and a molding method.
  • Patent Document 1 a molding system described in Patent Document 1 is known.
  • This molding system has a heating unit for heating the metal material and a molding mold for molding the heated metal material.
  • the molding apparatus makes the shape of the metal material correspond to the molding surface by bringing the molding surface of the molding die into contact with the heated metal material.
  • the molded product may be trimmed by cutting and removing the end portion of the molding main body portion.
  • the molding apparatus molds a molded product from the heated metal material. Therefore, the molded product after molding may be taken out from the molding mold in a high temperature state.
  • the cut portion trims the molded product in a high temperature state, the molded product cools and shrinks after cutting, which causes a problem that the cutting accuracy of the molded product is lowered.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a molding system and a molding method capable of improving the cutting accuracy of a molded product.
  • the molding system according to the present invention includes a molding apparatus for molding a heated metal material with a molding die, and a cutting portion for cutting and trimming an end portion of a molding body portion of a molded product. Trimming is performed when the temperature of the molded product falls below a predetermined temperature.
  • the cutting portion cuts and trims the end portion of the molding main body portion of the molded product molded by the molding apparatus. As a result, the molded product is cut to a desired length.
  • the cut portion is trimmed when the temperature of the molded product falls below a predetermined temperature. Therefore, the cut portion can be trimmed in a state where the temperature of the molded product is lowered to reduce the influence of cooling shrinkage. From the above, the cutting accuracy of the molded product can be improved.
  • the predetermined temperature may be a temperature in which the thermal expansion of the molded product is in the range of 0.5% or less. In this case, the influence of cooling shrinkage of the molded product can be sufficiently reduced.
  • the molding system may further include a cooling portion that positively cools the molded product before trimming by the cutting portion.
  • the cooling unit can quickly cool the molded product to a predetermined temperature or lower.
  • the molding system according to the present invention includes a molding apparatus including a fluid supply unit for supplying a fluid to a heated metal pipe material and a molding mold for molding a molded product by bringing an expanded metal pipe material into contact with a molding surface. , A cut portion for cutting and trimming an end portion of a molded main body portion of a molded product is provided. Further, the molding system according to the present invention includes a molding apparatus for molding a heated metal material with a molding die, and a cutting portion for cutting and trimming an end portion of a molding body portion of a molded product.
  • a molded product having a desired length can be obtained by cutting the end portion of the molding main body portion of the molded product and trimming the cut portion.
  • the molding method according to the present invention includes a molding step of molding a heated metal material with a molding die and a cutting step of cutting and trimming the end portion of the molding body portion of the molded product. Trimming is performed when the temperature of the molded product falls below a predetermined temperature.
  • the present invention it is possible to provide a molding system and a molding method capable of improving the cutting accuracy of a molded product.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the molding system 100 according to the first embodiment.
  • the molding system 100 includes a molding device 1, a cooling unit 90, a laser processing device 70 (cutting unit), and a blasting device 50.
  • the molding device 1 is a device for molding a heated metal material with a molding die.
  • a STAF molding apparatus that performs molding and quenching by supplying a fluid to a heated metal pipe material and bringing it into contact with the molding surface of a molding die is adopted. The detailed configuration of the molding apparatus 1 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 2 is a schematic view of the molding apparatus 1 used in the molding system 100 according to the present embodiment.
  • the molding apparatus 1 is an apparatus for forming a metal pipe having a hollow shape by blow molding.
  • the molding apparatus 1 is installed on a horizontal plane.
  • the molding apparatus 1 includes a molding die 2, a drive mechanism 3, a holding unit 4, a heating unit 5, a fluid supply unit 6, a cooling unit 7, and a control unit 8.
  • the metal pipe material 40 refers to a hollow article before the completion of molding by the molding apparatus 1.
  • the metal pipe material 40 is a hardenable steel type pipe material.
  • the direction in which the metal pipe material 40 extends at the time of molding may be referred to as "longitudinal direction”
  • the direction orthogonal to the longitudinal direction may be referred to as "width direction”.
  • the molding die 2 is a mold for molding a metal pipe 140 from a metal pipe material 40, and includes a lower mold 11 and an upper mold 12 facing each other in the vertical direction.
  • the lower mold 11 and the upper mold 12 are made of steel blocks.
  • Each of the lower mold 11 and the upper mold 12 is provided with a recess for accommodating the metal pipe material 40.
  • the lower mold 11 and the upper mold 12 are in close contact with each other (mold closed state), and each recess forms a space having a target shape in which the metal pipe material is to be formed. Therefore, the surface of each recess becomes the molding surface of the molding die 2.
  • the lower mold 11 is fixed to the base 13 via a die holder or the like.
  • the upper mold 12 is fixed to the slide of the drive mechanism 3 via a die holder or the like.
  • the drive mechanism 3 is a mechanism for moving at least one of the lower mold 11 and the upper mold 12.
  • the drive mechanism 3 has a configuration in which only the upper mold 12 is moved.
  • the drive mechanism 3 includes a slide 21 for moving the upper mold 12 so that the lower mold 11 and the upper mold 12 are aligned with each other, and a pull-back cylinder as an actuator for generating a force for pulling the slide 21 upward.
  • a 22 is provided, a main cylinder 23 as a drive source for lowering and pressurizing the slide 21, and a drive source 24 for applying a driving force to the main cylinder 23.
  • the holding portion 4 is a mechanism for holding the metal pipe material 40 arranged between the lower mold 11 and the upper mold 12.
  • the holding portion 4 includes a lower electrode 26 and an upper electrode 27 that hold the metal pipe material 40 on one end side in the longitudinal direction of the molding die 2, and a metal pipe material on the other end side in the longitudinal direction of the molding die 2.
  • a lower electrode 26 and an upper electrode 27 holding the 40 are provided.
  • the lower electrodes 26 and the upper electrodes 27 on both sides in the longitudinal direction hold the metal pipe material 40 by sandwiching the vicinity of the end portion of the metal pipe material 40 from the vertical direction.
  • Grooves having a shape corresponding to the outer peripheral surface of the metal pipe material 40 are formed on the upper surface of the lower electrode 26 and the lower surface of the upper electrode 27.
  • the lower electrode 26 and the upper electrode 27 are provided with a drive mechanism (not shown), and can move independently in the vertical direction.
  • the heating unit 5 heats the metal pipe material 40.
  • the heating unit 5 is a mechanism for heating the metal pipe material 40 by energizing the metal pipe material 40.
  • the metal pipe material 40 is separated from the lower mold 11 and the upper mold 12 between the lower mold 11 and the upper mold 12. 40 is heated.
  • the heating unit 5 includes the lower electrodes 26 and the upper electrodes 27 on both sides in the longitudinal direction described above, and a power supply 28 for passing an electric current through the electrodes 26 and 27 to the metal pipe material 40.
  • the heating unit may be arranged in the previous step of the molding apparatus 1 and heated externally.
  • the fluid supply unit 6 is a mechanism for supplying a high-pressure fluid into the metal pipe material 40 held between the lower mold 11 and the upper mold 12.
  • the fluid supply unit 6 supplies a high-pressure fluid to the metal pipe material 40 which has become hot due to being heated by the heating unit 5, and expands the metal pipe material 40.
  • the fluid supply unit 6 is provided on both end sides of the molding die 2 in the longitudinal direction.
  • the fluid supply unit 6 is a nozzle 31 that supplies fluid from the opening at the end of the metal pipe material 40 to the inside of the metal pipe material 40, and a drive that moves the nozzle 31 forward and backward with respect to the opening of the metal pipe material 40.
  • a mechanism 32 and a supply source 33 for supplying a high-pressure fluid into the metal pipe material 40 via the nozzle 31 are provided.
  • the drive mechanism 32 brings the nozzle 31 into close contact with the end of the metal pipe material 40 while ensuring the sealing property during fluid supply and exhaust, and separates the nozzle 31 from the end of the metal pipe material 40 at other times.
  • the fluid supply unit 6 may supply a gas such as high-pressure air or an inert gas as the fluid. Further, the fluid supply unit 6 may be the same device including the heating unit 5 together with the holding unit 4 having a mechanism for moving the metal pipe material 40 in the vertical direction.
  • the cooling unit 7 is a mechanism for cooling the molding die 2. By cooling the molding die 2, the cooling unit 7 can rapidly cool the metal pipe material 40 when the expanded metal pipe material 40 comes into contact with the molding surface of the molding die 2.
  • the cooling unit 7 includes a flow path 36 formed inside the lower mold 11 and the upper mold 12, and a water circulation mechanism 37 that supplies and circulates cooling water to the flow path 36.
  • the control unit 8 is a device that controls the entire molding device 1.
  • the control unit 8 controls the drive mechanism 3, the holding unit 4, the heating unit 5, the fluid supply unit 6, and the cooling unit 7.
  • the control unit 8 repeatedly performs an operation of molding the metal pipe material 40 with the molding die 2.
  • control unit 8 controls, for example, the transfer timing from a transfer device such as a robot arm, and puts the metal pipe material 40 between the lower mold 11 and the upper mold 12 in the open state. Deploy. Alternatively, the control unit 8 may manually arrange the metal pipe material 40 between the lower mold 11 and the upper mold 12. Further, the control unit 8 supports the metal pipe material 40 with the lower electrodes 26 on both sides in the longitudinal direction, and then lowers the upper electrode 27 to sandwich the metal pipe material 40, such as an actuator of the holding unit 4. Control. Further, the control unit 8 controls the heating unit 5 to energize and heat the metal pipe material 40. As a result, an axial current flows through the metal pipe material 40, and the metal pipe material 40 itself generates heat due to Joule heat due to the electrical resistance of the metal pipe material 40 itself.
  • the control unit 8 controls the drive mechanism 3 to lower the upper mold 12 and bring it closer to the lower mold 11 to close the molding mold 2.
  • the control unit 8 controls the fluid supply unit 6 to seal the openings at both ends of the metal pipe material 40 with the nozzle 31 and supply the fluid.
  • the metal pipe material 40 softened by heating expands and comes into contact with the molding surface of the molding die 2.
  • the metal pipe material 40 is molded so as to follow the shape of the molding surface of the molding die 2.
  • a part of the metal pipe material 40 is inserted into the gap between the lower mold 11 and the upper mold 12, and then the mold is further closed. The entrance portion is crushed to form a flange portion.
  • the metal pipe material 40 When the metal pipe material 40 comes into contact with the molding surface, the metal pipe material 40 is quenched by quenching with the molding die 2 cooled by the cooling unit 7.
  • the temperature of the molded product 41 at the end of quenching is 200 to 250 ° C., which is the temperature at the end point of martensitic transformation.
  • the control unit 8 closes the molding die 2 and supplies a fluid to the metal pipe material 40 by the fluid supply unit 6 to perform blow molding (primary blow). ..
  • the control unit 8 forms the pipe portion 43 at the main cavity portion MC and causes the portion corresponding to the flange portion 44 to enter the sub-cavity portion SC.
  • the control unit 8 forms the flange portion 44 by further closing the molding die 2 and further crushing the portion that has entered the subcavity portion SC.
  • the control unit 8 raises the upper mold 12 and separates it from the metal pipe material 40 to open the mold. As a result, the molded product 41 is molded.
  • the molded product 41 will be described with reference to FIG. 4 (a).
  • the molded product 41 includes a molded main body 45 having a pipe portion 43 and a flange portion 44, held portions 46 on both ends in the longitudinal direction, and a gradual change portion 47 between the molded main body 45 and the held portion 46.
  • the molding main body portion 45 is a portion that becomes a final product by being laser-processed.
  • the pipe portion 43 is a hollow portion.
  • the flange portion 44 is a plate-shaped portion that protrudes from the pipe portion 43 by crushing a part of the metal pipe material 40.
  • the held portion 46 is a cylindrical portion held by the electrodes 26 and 27.
  • the nozzle 31 is inserted into the held portion 46.
  • the gradual change portion 47 is a transition portion that changes from the shape of the held portion 46 to the shape of the molding main body portion 45.
  • the molded product 41 molded by the molding device 1 is supplied to the cooling unit 90.
  • the molded product 41 may be sequentially supplied to the cooling unit 90 from the one molded by the molding apparatus 1. Alternatively, after a certain number of molded products 41 have been accumulated at the accumulation location, they may be collectively supplied to the cooling unit 90.
  • the temperature of the molded products 41 can be lowered before laser processing due to the cooling effect of natural heat dissipation.
  • the cooling unit 90 is a device that positively cools the molded product 41 removed from the molding mold 2.
  • the cooling unit 90 positively cools the molded product 41 before trimming by the laser processing device 70.
  • the positive cooling is to cool the molded product 41 with a higher cooling capacity than when it is left at room temperature by performing an active treatment on the molded product 41.
  • a mechanism for supplying a cooling medium such as cold air, cold water, ice, and dry ice to the molded product 41 may be adopted.
  • the cooling unit 90 may blow cold air onto the molded product 41 on the conveyor.
  • the transport equipment corresponds to a cooling unit 90 that actively cools.
  • the cooling unit 90 may blast dry ice.
  • a device such as a refrigerator for accommodating the molded product 41 in a low temperature atmosphere may be adopted.
  • the cooling unit 90 even if the configuration is such that the fan is rotated near the molded product 41, since the positive treatment is performed so as to promote the cooling, it corresponds to the positive cooling by the cooling unit 90.
  • the temperature to which the cooling unit 90 cools the molded product 41 will be described later.
  • the molded product 41 cooled by the cooling unit 90 is supplied to the laser processing apparatus 70.
  • the molded product 41 may be sequentially supplied to the laser processing apparatus 70 from the one cooled by the cooling unit 90. Alternatively, after a certain number of molded products 41 have been accumulated at the accumulation location, they may be collectively supplied to the laser processing apparatus 70.
  • the temperature of the molded products 41 can be further lowered before laser processing due to the cooling effect of natural heat dissipation.
  • the laser processing device 70 is a device that processes the molded product 41 cooled by the cooling unit 90 with a laser.
  • the laser processing apparatus 70 irradiates the molded product 41 with a laser to perform processing such as cutting, drilling, and forming a notch.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a state of laser processing by the laser processing device 70.
  • the laser processing apparatus 70 includes an installation portion 71 and a laser head 72.
  • the installation portion 71 is a portion for installing the molded product 41 at a position facing the laser head 72.
  • the installation portion 71 has a support portion (not shown), and the support portion supports the molded product 41.
  • the molded product 41 is installed in the installation portion 51 at a position and posture suitable for laser processing.
  • the laser head 72 is a portion for processing the molded product 41 by irradiating the molded product 41 with a laser.
  • the laser head 72 removes the gradual change portion 47 and the held portion 46 from the molding main body 45 by cutting the vicinity of both ends of the molding main body 45, as shown in FIG. 4 (b). Further, the laser head 72 forms a hole 49 at a predetermined position of the molding main body 45.
  • the laser processing apparatus 70 cuts and trims the end portion of the molding body portion 45 of the molded product 41. Trimming will be described with reference to FIG. 4 (c). Trimming is a cutting process for cutting the end portion 45a of the molding main body portion 45.
  • the "end portion of the molding main body portion” is a region near the boundary portion BL between the gradually changing portion 47 and the molding main body portion 45.
  • the cutting line CL by the laser is set at a position separated from the boundary portion BL inward in the longitudinal direction by a predetermined dimension t.
  • the predetermined dimension t is appropriately set in the range of 5 mm to 20 mm.
  • the laser processing device 70 performs trimming when the temperature of the molded product 41 falls below a predetermined temperature.
  • the predetermined temperature may be a temperature in which the thermal expansion of the molded product 41 is in the range of 0.5% or less.
  • the length dimension L2 of the molded product 41 at the time of cutting is set with reference to the length dimension L1 of the metal pipe material 40 at room temperature before heating, it is defined as "100 ⁇ (L2-L1) / L1".
  • the value corresponds to the value of thermal expansion.
  • thermal expansion here refers to a state of thermal expansion when viewed from a metal material at room temperature before heating. That is, the metal material thermally expands by heating and then cools and contracts by cooling the cooling unit 90.
  • This predetermined temperature is at least lower than the temperature of 200 to 250 ° C., which is the temperature at the end point of the martensitic transformation described above.
  • the predetermined temperature may be, for example, 150 ° C. However, it does not have to be limited to the temperature.
  • the predetermined temperature may be set in the range of, for example, room temperature (about 20 ° C.) to 150 ° C. As a result, it is possible to prevent the molded product 41 from being cooled during cutting and causing a cutting error due to the effect of shrinkage due to the cooling.
  • the cooling unit 90 adjusts the cooling capacity so that the temperature of the molded product 41 at the time of cutting satisfies the above conditions.
  • the laser processing apparatus 70 may perform trimming after the molded product 41 has reached room temperature.
  • the molded product 41 processed by the laser processing device 70 is supplied to the blasting device 50.
  • the molded product 41 may be supplied to the blasting device 50 in order from the one processed by the laser processing device 70. Alternatively, after a certain number of molded products 41 have been accumulated at the accumulation location, they may be collectively supplied to the blasting apparatus 50.
  • the blasting device 50 is a device that removes scale from the molded product 41 processed by the laser processing device 70.
  • the scale is an oxide film formed on the surface of the metal pipe material 40 by heating the metal pipe material 40 in the molding apparatus 1.
  • the blasting device 50 injects particles onto the surface of the molded product 41.
  • the blasting device 50 removes the scale from the surface of the molded product 41 by the impact caused by the collision of the particles.
  • FIG. 5A is a schematic view showing the blasting device 50 of the present embodiment.
  • the blasting device 50 according to the present embodiment removes the scale on the outer peripheral surface of the molded product 41.
  • the blasting device 50 does not inject particles onto the inner peripheral surface so as not to leave particles inside the molded product 41.
  • the molded product 41 has a flange portion 44 by crushing a part of the metal pipe material 40. In the internal space of the molded product 41, particles tend to remain in such a flange portion 44. Therefore, the blasting device 50 injects particles only on the outer peripheral surface of the molded product 41.
  • the blasting device 50 has an installation portion 51, a nozzle 52, and a shielding wall 53.
  • the installation portion 51 is a portion for installing the molded product 41 at a position facing the nozzle 52.
  • the installation portion 51 has a support portion (not shown), and the support portion supports the molded product 41.
  • the molded product 41 is installed in the installation portion 51 at a position and posture suitable for blasting.
  • the installation portion 51 is installed in a posture in which the molded product 41 is suspended and extends in the vertical direction.
  • the nozzle 52 is a member that irradiates the molded product 41 with the particles 55.
  • the particles for example, materials such as sand, plastic, dry ice, and iron pieces are adopted.
  • the nozzle 52 is arranged around the molded product 41 installed in the installation portion 51.
  • the nozzle 52 is arranged so that the injection port faces the outer peripheral surface of the molded product 41. As a result, the nozzle 52 can inject the particles 55 onto the outer peripheral surface of the molded product 41.
  • the shielding wall 53 is a wall body that shields the particles 55.
  • the shielding wall 53 is arranged so as to surround the installation portion 51 and the nozzle 52. As a result, the shielding wall 53 can prevent the particles 55 from scattering around the blasting device 50. That is, the shielding wall 53 can prevent the particles 55 from scattering to the molding apparatus 1 and the laser processing apparatus 70.
  • a wall portion that partitions the space between the blasting device 50 and the laser processing device 70 may be provided.
  • FIG. 6 is a process diagram showing a molding method according to the present embodiment.
  • the molding method includes a molding step S10, a cooling step S20, a laser processing step S30 (cutting step), and a blast step S40.
  • a fluid is supplied to the heated metal pipe material 40, and the expanded metal pipe material 40 is brought into contact with the molding surface of the molding die 2 to mold the molded product 41.
  • the molded product 41 is molded using the molding apparatus 1 shown in FIG.
  • the cooling step S20 is a step of positively cooling the molded product 41 taken out from the molding die 2.
  • the laser processing step S30 is a step of processing the molded product 41 removed from the molding die 2.
  • the laser processing apparatus 70 shown in FIG. 4 processes the molded product 41.
  • the blasting step S40 is a step of removing scale from the molded product 41 processed in the laser processing step S30.
  • the blasting apparatus 50 shown in FIG. 5A performs a blasting process to remove the scale from the molded product 41.
  • the molding apparatus 1 for molding the heated metal pipe material 40 with the molding die 2 and the end portion 45a of the molding main body portion 45 of the molded product 41 are cut.
  • a laser processing device 70 for trimming is provided, and the laser processing device 70 performs trimming when the temperature of the molded product 41 becomes equal to or lower than a predetermined temperature.
  • the laser processing device 70 cuts and trims the end portion 45a of the molding body portion 45 of the molded product 41 molded by the molding device 1. As a result, the molded product 41 is cut to a desired length.
  • the laser processing apparatus 70 performs trimming when the temperature of the molded product 41 becomes equal to or lower than a predetermined temperature. Therefore, the laser processing apparatus 70 can perform trimming in a state where the temperature of the molded product 41 is lowered to reduce the influence of cooling shrinkage. From the above, the cutting accuracy of the molded product 41 can be improved.
  • the predetermined temperature may be 150 ° C. In this case, the influence of the cooling shrinkage of the molded product 41 can be sufficiently reduced.
  • the molding system 100 may further include a cooling unit 90 that positively cools the molded product 41 before trimming by the laser processing device 70.
  • the cooling unit 90 can quickly cool the molded product 41 to a predetermined temperature or lower.
  • the molding system 100 is a molding die for molding a molded product 41 by bringing a fluid supply unit 6 for supplying a fluid to a heated metal pipe material 40 and an expanded metal pipe material 40 into contact with a molding surface.
  • a molding apparatus 1 including a mold 2 and a laser processing apparatus 70 for cutting and trimming an end portion 45a of a molding body portion 45 of a molded product 41 are provided. Further, the molding system 100 according to the present embodiment cuts and trims the molding apparatus 1 that molds the heated metal pipe material 40 with the molding die 2 and the end portion 45a of the molding body portion 45 of the molded product 41.
  • a laser processing device 70 is provided.
  • the laser processing device 70 can obtain a molded product 41 having a desired length by cutting the end portion 45a of the molding main body portion 45 of the molded product 41 and performing trimming.
  • the molding method according to the present embodiment includes a molding step S10 for molding the heated metal pipe material 40 with the molding die 2 and a cutting step S20 for cutting and trimming the end portion 45a of the molding body portion 45 of the molded product 41.
  • trimming is performed when the temperature of the molded product 41 becomes equal to or lower than a predetermined temperature.
  • the molding system 200 includes a first blasting device 50 arranged in front of the laser processing device 70 and a second blasting device 80 that removes scale from the molded product 41 processed by the laser processing device 70.
  • the first blasting device 50 at this time corresponding to the "cooling unit" in the claim may inject dry ice as the particles 55. Even if the first blasting device 50 injects particles 55 other than dry ice, a cooling effect can be obtained due to the influence of blowing air, but a high cooling effect can be obtained by injecting dry ice.
  • the second blasting device 80 injects particles 55 from the blast hose 56 onto the inner peripheral surface of the molded product 41.
  • the blast hose 56 is inserted into the molded product 41 and ejects particles toward the inner peripheral surface inside the molded product 41.
  • the blast hose 56 may inject dry ice as the particles 55.
  • the dry ice collides with the inner peripheral surface of the molded product 41 as a solid and removes the scale, but it becomes a gas and disappears with the passage of time. Therefore, it is possible to prevent the particles 55 from remaining on the flange portion 44.
  • the first blasting device 50 and the second blasting device 80 may be configured by a common device.
  • the blast hose 56 of FIG. 5 (b) may be added to the blast device 50 of FIG. 5 (a).
  • the blast hose 56 blasts the inner peripheral surface of the molded product 41. From the above, the number of devices of the molding system 200 can be reduced.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment.
  • the blasting device was exemplified as the scale removing unit.
  • any device may be adopted as the scale removing unit as long as it can remove the scale.
  • one that injects a fluid onto a molded product or removes scale by ultrasonic cleaning may be adopted.
  • Such a scale removing portion also has a cooling effect.
  • the cutting portion is not limited to the laser processing device, and a device by another cutting method may be adopted.
  • the molding method is not particularly limited as long as it is a molding method using a heated metal material.
  • a molding method using hot stamping may be adopted. Therefore, the metal material does not necessarily have to be a metal pipe material, and may be a plate material or a pillar material.
  • the molding apparatus 1 is not limited to the configuration shown in FIG. 2, for example, the molding apparatus 1 may adopt the configuration shown in FIG. In the molding apparatus 1 shown in FIG. 8, the thermal expansion unit 150 as shown in FIG. 9 may be adopted.
  • FIG. 9A is a schematic side view showing a heating expansion unit 150 in which the components of the holding unit 4, the heating unit 5, and the fluid supply unit 6 are unitized.
  • FIG. 9B is a cross-sectional view showing a state when the nozzle 31 seals the metal pipe material 40.
  • the thermal expansion unit 150 includes the lower electrode 26 and the upper electrode 27 described above, an electrode mounting unit 151 on which the electrodes 26 and 27 are mounted, the nozzle 31 described above, and the drive mechanism 32. , Elevating unit 152 and unit base 153.
  • the electrode mounting unit 151 includes an elevating frame 154 and electrode frames 156 and 157.
  • the electrode frames 156 and 157 function as a part of a drive mechanism 60 that supports and moves the electrodes 26 and 27.
  • the drive mechanism 32 drives the nozzle 31 and moves up and down together with the electrode mounting unit 151.
  • the drive mechanism 32 includes a piston 61 that holds the nozzle 31 and a cylinder 62 that drives the piston.
  • the elevating unit 152 includes an elevating frame base 64 attached to the upper surface of the unit base 153, and an elevating actuator 66 that imparts an elevating operation to the elevating frame 154 of the electrode mounting unit 151 by these elevating frame bases 64. ing.
  • the elevating frame base 64 has guide portions 64a and 64b that guide the elevating operation of the elevating frame 154 with respect to the unit base 153.
  • the elevating unit 152 functions as a part of the drive mechanism 60 of the holding unit 4.
  • the thermal expansion unit 150 has a plurality of unit bases 153 having different inclination angles on the upper surface, and by exchanging these, the lower electrode 26 and the upper electrode 27, the nozzle 31, the electrode mounting unit 151, the drive mechanism 32, and the elevating mechanism 32 are moved up and down. It is possible to change and adjust the tilt angle of the unit 152 at once.
  • the nozzle 31 is a cylindrical member into which the end of the metal pipe material 40 can be inserted.
  • the nozzle 31 is supported by the drive mechanism 32 so that the center line of the nozzle 31 coincides with the reference line SL1.
  • the inner diameter of the supply port 31a at the end of the nozzle 31 on the metal pipe material 40 side substantially matches the outer diameter of the metal pipe material 40 after expansion molding.
  • the nozzle 31 supplies a high-pressure fluid to the metal pipe material 40 from the internal flow path 63.
  • An example of a high-pressure fluid is gas or the like.
  • molding device 1 ... molding device, 2 ... molding die, 40 ... metal pipe material, 41 ... molded product, 70 ... laser processing device (cutting part), 90 ... cooling part, 100 ... molding system.

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Abstract

成形システムは、加熱された金属材料を成形金型で成形する成形装置と、成形品の成形本体部の端部を切断してトリミングする切断部と、を備え、切断部は、成形品が所定の温度以下になったらトリミングを行う。

Description

成形システム、及び成形方法
　本発明は、成形システム、及び成形方法に関する。
　従来、成形システムとして、特許文献１に記載されたものが知られている。この成形システムは、金属材料を加熱する加熱部と、加熱された金属材料を成形する成形金型と、を有する。成形装置は、加熱された金属材料に成形金型の成形面を接触させることで、金属材料の形状を成形面に対応する形状とする。
特開２００９－２２０１４１号公報
　ここで、上述の特許文献１に記載の成形システムでは、成形品に対して、成形本体部の端部を切断して除去するトリミングがなされる場合がある。ここで、成形装置は加熱された金属材料から成形品を成形する。従って、成形後の成形品は、温度が高い状態で成形金型から取り出される場合がある。切断部が、温度が高い状態の成形品をトリミングすると、切断後に成形品が冷却収縮してしまうことにより、成形品の切断精度が低下するという問題がある。
　本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、成形品の切断精度を向上できる成形システム、成形方法を提供することを目的とする。
　本発明に係る成形システムは、加熱された金属材料を成形金型で成形する成形装置と、成形品の成形本体部の端部を切断してトリミングする切断部と、を備え、切断部は、成形品が所定の温度以下になったらトリミングを行う。
　成形システムにおいて、切断部は、成形装置で成形された成形品の成形本体部の端部を切断してトリミングを行う。これにより、成形品は、所望の長さに切断される。ここで、切断部は、成形品が所定の温度以下になったらトリミングを行う。そのため、切断部は、成形品の温度を下げて冷却収縮による影響を低減した状態で、トリミングを行うことができる。以上より、成形品の切断精度を向上できる。
　所定の温度は、成形品の熱膨張が０．５％以下の範囲となる温度であってよい。この場合、成形品の冷却収縮による影響を十分に低減できる。
　成形システムは、切断部によるトリミングの前段階で、成形品を積極的に冷却する冷却部を更に備えてよい。この場合、冷却部が、速やかに所定の温度以下まで成形品を冷却できる。
　本発明に係る成形システムは、加熱された金属パイプ材料に流体を供給する流体供給部、及び膨張した金属パイプ材料を成形面に接触させることで成形品を成形する成形金型を備える成形装置と、成形品の成形本体部の端部を切断してトリミングする切断部と、を備える。また、本発明に係る成形システムは、加熱された金属材料を成形金型で成形する成形装置と、成形品の成形本体部の端部を切断してトリミングする切断部と、を備える。
　これらの成形システムでは、切断部が成形品の成形本体部の端部を切断してトリミングを行うことで、所望の長さの成形品を得ることができる。
　本発明に係る成形方法は、加熱された金属材料を成形金型で成形する成形工程と、成形品の成形本体部の端部を切断してトリミングする切断工程と、を備え、切断工程では、成形品が所定の温度以下になったらトリミングを行う。
　この成形方法によれば、上述の成形システムと同様な作用・効果を得ることができる。
　本発明によれば、成形品の切断精度を向上できる成形システム、成形方法を提供することができる。
第１実施形態に係る成形システムの構成を示す概略構成図である。 本実施形態に係る成形システムで用いられている成形装置１の概略図である。 ブロー成形時における金属パイプ材料及び成形金型の状態を示す拡大断面図である。 レーザー加工装置によるレーザー加工の様子を示す斜視図である。 ブラスト装置によるブラストの様子を示す概念図である。 第１実施形態に係る成形方法を示す工程図である。 第２実施形態に係る成形システムの構成を示す概略構成図である。 変形例に係る成形装置の概略図である。 （ａ）（ｂ）は気体供給用のノズル周辺の構造の一例を示す図である。
　以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
［第１実施形態］
　図１は、第１実施形態に係る成形システム１００の構成を示す概略構成図である。図１に示すように、成形システム１００は、成形装置１と、冷却部９０と、レーザー加工装置７０（切断部）と、ブラスト装置５０と、を備える。
　成形装置１は、加熱された金属材料を成形金型で成形する装置である。本実施形態では、成形装置１として、加熱された金属パイプ材料に流体を供給して成形金型の成形面に接触させることで成形及び焼き入れを行うＳＴＡＦ成形装置が採用されている。この成形装置１の詳細な構成について、図２を参照して説明する。
　図２は、本実施形態に係る成形システム１００で用いられている成形装置１の概略図である。図２に示すように、成形装置１は、ブロー成形によって中空形状を有する金属パイプを成形する装置である。本実施形態では、成形装置１は、水平面上に設置される。成形装置１は、成形金型２と、駆動機構３と、保持部４と、加熱部５と、流体供給部６と、冷却部７と、制御部８と、を備える。なお、本明細書において、金属パイプ材料４０（金属材料）は、成形装置１での成形完了前の中空物品を指す。金属パイプ材料４０は、焼入れ可能な鋼種のパイプ材料である。また、水平方向のうち、成形時において金属パイプ材料４０が延びる方向を「長手方向」と称し、長手方向と直交する方向を「幅方向」と称する場合がある。
　成形金型２は、金属パイプ材料４０から金属パイプ１４０を成形する型であり、上下方向に互いに対向する下側の金型１１及び上側の金型１２を備える。下側の金型１１及び上側の金型１２は、鋼鉄製ブロックで構成される。下側の金型１１及び上側の金型１２のそれぞれには、金属パイプ材料４０が収容される凹部が設けられる。下側の金型１１と上側の金型１２は、互いに密接した状態（型閉状態）で、各々の凹部が金属パイプ材料を成形すべき目標形状の空間を形成する。従って、各々の凹部の表面が成形金型２の成形面となる。下側の金型１１は、ダイホルダ等を介して基台１３に固定される。上側の金型１２は、ダイホルダ等を介して駆動機構３のスライドに固定される。
　駆動機構３は、下側の金型１１及び上側の金型１２の少なくとも一方を移動させる機構である。図２では、駆動機構３は、上側の金型１２のみを移動させる構成を有する。駆動機構３は、下側の金型１１及び上側の金型１２同士が合わさるように上側の金型１２を移動させるスライド２１と、上記スライド２１を上側へ引き上げる力を発生させるアクチュエータとしての引き戻しシリンダ２２と、スライド２１を下降加圧する駆動源としてのメインシリンダ２３と、メインシリンダ２３に駆動力を付与する駆動源２４と、を備えている。
　保持部４は、下側の金型１１及び上側の金型１２の間に配置される金属パイプ材料４０を保持する機構である。保持部４は、成形金型２の長手方向における一端側にて金属パイプ材料４０を保持する下側電極２６及び上側電極２７と、成形金型２の長手方向における他端側にて金属パイプ材料４０を保持する下側電極２６及び上側電極２７と、を備える。長手方向の両側の下側電極２６及び上側電極２７は、金属パイプ材料４０の端部付近を上下方向から挟み込むことによって、当該金属パイプ材料４０を保持する。なお、下側電極２６の上面及び上側電極２７の下面には、金属パイプ材料４０の外周面に対応する形状を有する溝部が形成される。下側電極２６及び上側電極２７には、図示されない駆動機構が設けられており、それぞれ独立して上下方向へ移動することができる。
　加熱部５は、金属パイプ材料４０を加熱する。加熱部５は、金属パイプ材料４０へ通電することで当該金属パイプ材料４０を加熱する機構である。加熱部５は、下側の金型１１及び上側の金型１２の間にて、下側の金型１１及び上側の金型１２から金属パイプ材料４０が離間した状態にて、当該金属パイプ材料４０を加熱する。加熱部５は、上述の長手方向の両側の下側電極２６及び上側電極２７と、これらの電極２６，２７を介して金属パイプ材料４０へ電流を流す電源２８と、を備える。なお、加熱部は、成形装置１の前工程に配置し、外部で加熱をするものであっても良い。
　流体供給部６は、下側の金型１１及び上側の金型１２の間に保持された金属パイプ材料４０内に高圧の流体を供給するための機構である。流体供給部６は、加熱部５で加熱されることで高温状態となった金属パイプ材料４０に高圧の流体を供給して、金属パイプ材料４０を膨張させる。流体供給部６は、成形金型２の長手方向の両端側に設けられる。流体供給部６は、金属パイプ材料４０の端部の開口部から当該金属パイプ材料４０の内部へ流体を供給するノズル３１と、ノズル３１を金属パイプ材料４０の開口部に対して進退移動させる駆動機構３２と、ノズル３１を介して金属パイプ材料４０内へ高圧の流体を供給する供給源３３と、を備える。駆動機構３２は、流体供給時及び排気時にはノズル３１を金属パイプ材料４０の端部にシール性を確保した状態で密着させ、その他の時にはノズル３１を金属パイプ材料４０の端部から離間させる。なお、流体供給部６は、流体として、高圧の空気や不活性ガスなどの気体を供給してよい。また、流体供給部６は、金属パイプ材料４０を上下方向へ移動する機構を有する保持部４とともに、加熱部５を含めて同一装置としても良い。
　冷却部７は、成形金型２を冷却する機構である。冷却部７は、成形金型２を冷却することで、膨張した金属パイプ材料４０が成形金型２の成形面と接触したときに、金属パイプ材料４０を急速に冷却することができる。冷却部７は、下側の金型１１及び上側の金型１２の内部に形成された流路３６と、流路３６へ冷却水を供給して循環させる水循環機構３７と、を備える。
　制御部８は、成形装置１全体を制御する装置である。制御部８は、駆動機構３、保持部４、加熱部５、流体供給部６、及び冷却部７を制御する。制御部８は、金属パイプ材料４０を成形金型２で成形する動作を繰り返し行う。
　具体的に、制御部８は、例えば、ロボットアーム等の搬送装置からの搬送タイミングを制御して、開いた状態の下側の金型１１及び上側の金型１２の間に金属パイプ材料４０を配置する。あるいは、制御部８は、作業者が手動で下側の金型１１及び上側の金型１２の間に金属パイプ材料４０を配置してよい。また、制御部８は、長手方向の両側の下側電極２６で金属パイプ材料４０を支持し、その後に上側電極２７を降ろして当該金属パイプ材料４０を挟むように、保持部４のアクチュエータ等を制御する。また、制御部８は、加熱部５を制御して、金属パイプ材料４０を通電加熱する。これにより、金属パイプ材料４０に軸方向の電流が流れ、金属パイプ材料４０自身の電気抵抗により、金属パイプ材料４０自体がジュール熱によって発熱する。
　制御部８は、駆動機構３を制御して上側の金型１２を降ろして下側の金型１１に近接させ、成形金型２の型閉を行う。その一方、制御部８は、流体供給部６を制御して、ノズル３１で金属パイプ材料４０の両端の開口部をシールすると共に、流体を供給する。これにより、加熱により軟化した金属パイプ材料４０が膨張して成形金型２の成形面と接触する。そして、金属パイプ材料４０は、成形金型２の成形面の形状に沿うように成形される。なお、フランジ付きの金属パイプを形成する場合、下側の金型１１と上側の金型１２との間の隙間に金属パイプ材料４０の一部を進入させた後、更に型閉を行って、当該進入部を押しつぶしてフランジ部とする。金属パイプ材料４０が成形面に接触すると、冷却部７で冷却された成形金型２で急冷されることによって、金属パイプ材料４０の焼き入れが実施される。なお、焼き入れ終了時点の成形品４１の温度は、マルテンサイト変態の終了点の温度である２００～２５０℃の温度となる。
　図３を参照して、成形装置１の成形の手順について説明する。図３（ａ）に示すように、制御部８は、成形金型２を型閉すると共に、流体供給部６で金属パイプ材料４０に流体を供給することで、ブロー成形を行う（一次ブロー）。一次ブローでは、制御部８は、メインキャビティ部ＭＣでパイプ部４３を成形すると共に、フランジ部４４に対応する部分をサブキャビティ部ＳＣへ進入させる。そして、図３（ｂ）に示すように、制御部８は、成形金型２を更に型閉することで、サブキャビティ部ＳＣに進入した部分を更に潰すことで、フランジ部４４を成形する。次に、制御部８は、上側の金型１２を上昇させて金属パイプ材料４０から離間させることで、型開を行う。これにより、成形品４１が成形される。
　図４（ａ）を参照して、成形品４１について説明する。成形品４１は、パイプ部４３及びフランジ部４４を有する成形本体部４５と、長手方向の両端側の被保持部４６と、成形本体部４５と被保持部４６との間の徐変部４７と、を備える。成形本体部４５は、レーザー加工がなされることによって最終的な製品となる部分である。パイプ部４３は中空の部分である。フランジ部４４は、金属パイプ材料４０の一部を押しつぶすことによってパイプ部４３から突出する、板状部分である。被保持部４６は、電極２６，２７に保持される円筒状の部分である。被保持部４６には、ノズル３１が挿入される。徐変部４７は、被保持部４６の形状から、成形本体部４５の形状へ変化する移行部分である。
　図１に戻り、成形装置１で成形された成形品４１は、冷却部９０へ供給される。成形品４１は、成形装置１で成形されたものから順次、冷却部９０へ供給されてよい。あるいは、集積場所にある程度の数量の成形品４１が集積された後に、まとめて冷却部９０へ供給されてもよい。成形品４１を集積させた場合、自然放熱による冷却効果により、レーザー加工前に成形品４１の温度を下げておくことができる。
　冷却部９０は、成形金型２から取り外された成形品４１を積極的に冷却する装置である。冷却部９０は、レーザー加工装置７０によるトリミングの前段階で、成形品４１を積極的に冷却する。積極的な冷却とは、成形品４１に対する積極的な処理を行うことで、常温で放置するよりも高い冷却能力で、成形品４１を冷却することである。このような冷却部９０として、冷風、冷水、氷、及びドライアイスなどの冷却媒体を成形品４１に供給する機構が採用されてよい。例えば、レーザー加工装置７０までの搬送設備がある場合、冷却部９０は、コンベア上の成形品４１に冷風を吹き付けてよい。なお、搬送設備を設ける場合、冷風などを吹き付ける機構を設けていなくとも、自然冷却によって成形品４１が所望の温度まで冷却されるように、冷却時間を調整して搬送速度などを設定する場合、当該搬送設備は、積極的に冷却する冷却部９０に該当する。冷却部９０は、ドライアイスをブラストしてもよい。あるいは、冷却部９０として、冷蔵庫などのように低温雰囲気下に成形品４１を収容する装置が採用されてよい。また、成形品４１の近くでファンを回す程度の構成であっても、冷却が促進されるように積極的な処理を行っているので、冷却部９０による積極的な冷却に該当する。になお、冷却部９０がどの程度の温度まで成形品４１を冷却するかについては後述する。
　冷却部９０で冷却された成形品４１は、レーザー加工装置７０へ供給される。成形品４１は、冷却部９０で冷却されたものから順次、レーザー加工装置７０へ供給されてよい。あるいは、集積場所にある程度の数量の成形品４１が集積された後に、まとめてレーザー加工装置７０へ供給されてもよい。成形品４１を集積させた場合、自然放熱による冷却効果により、さらにレーザー加工前に成形品４１の温度を下げておくことができる。
　レーザー加工装置７０は、冷却部９０で冷却された成形品４１をレーザーで加工する装置である。レーザー加工装置７０は、レーザーを成形品４１に照射することで、切断、穴あけ、切欠き形成などの加工を行う。
　図４は、レーザー加工装置７０によるレーザー加工の様子を示す斜視図である。図４（ａ）に示すように、レーザー加工装置７０は、設置部７１と、レーザーヘッド７２と、を備える。設置部７１は、成形品４１をレーザーヘッド７２と対向する位置に設置する部分である。設置部７１は、図示されない支持部を有しており、当該支持部で成形品４１を支持する。これにより、成形品４１は、レーザー加工に適した位置、及び姿勢で、設置部５１に設置される。レーザーヘッド７２は、成形品４１にレーザーを照射することによって、成形品４１を加工する部分である。
　レーザーヘッド７２は、成形本体部４５の両端部付近を切断することで、図４（ｂ）に示すように、徐変部４７及び被保持部４６を成形本体部４５から除去する。また、レーザーヘッド７２は、成形本体部４５の所定の位置に穴４９を形成する。
　ここで、レーザー加工装置７０は、成形品４１の成形本体部４５の端部を切断してトリミングする。トリミングについて、図４（ｃ）を参照して説明する。トリミングとは、成形本体部４５の端部４５ａを切断する切断処理である。ここでの「成形本体部の端部」とは、徐変部４７と成形本体部４５との間の境界部ＢＬ付近の領域である。レーザーによる切断線ＣＬは、境界部ＢＬから長手方向の内側へ所定寸法ｔだけ、離間した位置に設定される。なお、所定寸法ｔは、５ｍｍ～２０ｍｍの範囲で適宜設定される。
　レーザー加工装置７０は、成形品４１が所定の温度以下になったらトリミングを行う。所定の温度は、成形品４１の熱膨張が０．５％以下の範囲となる温度であってよい。なお、加熱前の常温の金属パイプ材料４０の長さ寸法Ｌ１を基準として、切断時の成形品４１の長さ寸法Ｌ２とした場合、「１００×（Ｌ２－Ｌ１）／Ｌ１」で定義される値が熱膨張の値に該当する。なお、ここでの「熱膨張」という後は、加熱前の常温の金属材料から見て、熱膨張している状態を指している。すなわち、金属材料は加熱によって熱膨張した後、冷却部９０の冷却により冷却収縮する。しかし、加熱前の金属材料から見たら、冷却後の金属材料も熱膨張した状態であるため、「熱膨張」という語を用いている。この所定の温度は、少なくとも、前述のマルテンサイト変態の終了点の温度である２００～２５０℃の温度よりも低い。所定の温度は、例えば、１５０℃であってよい。ただし、当該温度に限定されなくてよい。所定の温度は、例えば室温（２０℃程度）～１５０℃の範囲に設定されてよい。これにより、成形品４１が切断中に冷却されて、当該冷却による収縮の影響で、切断誤差が生じることを抑制できる。冷却部９０は、切断を行うときの成形品４１の温度が上記条件を満たすように、冷却能力を調整する。なお、レーザー加工装置７０は、成形品４１が常温になってからトリミングを行ってよい。
　図１に戻り、レーザー加工装置７０で加工された成形品４１は、ブラスト装置５０へ供給される。成形品４１は、レーザー加工装置７０で加工されたものから順次、ブラスト装置５０に供給されてよい。あるいは、集積場所にある程度の数量の成形品４１が集積された後に、まとめてブラスト装置５０へ供給されてもよい。
　ブラスト装置５０は、レーザー加工装置７０で加工された成形品４１からスケールを除去する装置である。スケールとは、成形装置１において金属パイプ材料４０を加熱することによって、材料の表面に形成された酸化被膜である。ブラスト装置５０は、成形品４１の表面に粒子を噴射する。ブラスト装置５０は、粒子を衝突させることによる衝撃によって成形品４１の表面からスケールを除去する。
　図５（ａ）は、本実施形態のブラスト装置５０を示す概略図である。本実施形態に係るブラスト装置５０は、成形品４１の外周面のスケールを除去する。その一方、ブラスト装置５０は、成形品４１の内部に粒子を残存させないように、内周面には粒子を噴射しない。例えば図４に示すように、成形品４１は、金属パイプ材料４０の一部を押しつぶすことによってフランジ部４４を有する。成形品４１の内部空間において、このようなフランジ部４４には粒子が残存し易い。従って、ブラスト装置５０は、成形品４１の外周面にだけ粒子を噴射する。
　図５（ａ）に示すように、ブラスト装置５０は、設置部５１と、ノズル５２と、遮蔽壁５３と、を有する。設置部５１は、成形品４１をノズル５２と対向する位置に設置する部分である。設置部５１は、図示されない支持部を有しており、当該支持部で成形品４１を支持する。これにより、成形品４１は、ブラストに適した位置、及び姿勢で、設置部５１に設置される。設置部５１は、成形品４１を吊り下げて、上下方向に延びるような姿勢で設置する。ノズル５２は、成形品４１に粒子５５を照射する部材である。粒子としては、例えば、砂、プラスチック、ドライアイス、鉄片などの材料が採用される。ノズル５２は、設置部５１に設置された成形品４１の周囲に配置される。ノズル５２は、噴射口が成形品４１の外周面へ向くように配置される。これにより、ノズル５２は、成形品４１の外周面に粒子５５を噴射することができる。
　遮蔽壁５３は、粒子５５を遮蔽する壁体である。遮蔽壁５３は、設置部５１及びノズル５２の周囲を取り囲むように配置される。これにより、遮蔽壁５３は、ブラスト装置５０の周囲に粒子５５が飛散することを防止することができる。すなわち、遮蔽壁５３は、粒子５５が成形装置１やレーザー加工装置７０へ飛散することを防止することができる。なお、遮蔽壁５３に加えて、ブラスト装置５０とレーザー加工装置７０との間の空間を仕切る壁部が設けられてもよい。
　次に、図６を参照して、本実施形態に係る成形方法について説明する。図６は、本実施形態に係る成形方法を示す工程図である。図６に示すように、成形方法は、成形工程Ｓ１０と、冷却工程Ｓ２０と、レーザー加工工程Ｓ３０（切断工程）と、ブラスト工程Ｓ４０と、を備える。成形工程Ｓ１０は、加熱された金属パイプ材料４０に流体を供給し、膨張した金属パイプ材料４０を成形金型２の成形面に接触させることで成形品４１を成形する。成形工程Ｓ１０では、図２に示す成形装置１を用いて成形品４１の成形が行われる。冷却工程Ｓ２０は、成形金型２から取り出された成形品４１を積極的に冷却する工程である。冷却工程Ｓ２０では、図１に示す冷却部９０を用いて冷却が行われる。レーザー加工工程Ｓ３０は、成形金型２から取り外された成形品４１を加工する工程である。レーザー加工工程Ｓ３０では、図４に示すレーザー加工装置７０が成形品４１の加工を行う。ブラスト工程Ｓ４０は、レーザー加工工程Ｓ３０で加工された成形品４１からスケールを除去する工程である。ブラスト工程Ｓ４０では、図５（ａ）に示すブラスト装置５０がブラスト処理を行うことにより、成形品４１からスケールを除去する。
　次に、本実施形態に係る成形システム１００及び成形方法の作用・効果について説明する。
　ＳＴＡＦ成形では成形時間、すなわちサイクルタイムの短縮のために、成形金型２で形状凍結ができる温度まで下げ、なるべく早い状態（温度が高い状態）で取出し、次の工程へ渡すことが望まれる。例えば、ＳＴＡＦ成形後、レーザー加工による穴あけや両端部の非製品部の切り落とし時に、成形品４１自体の温度が２００℃以上の場合、切断中に冷却されることになる。この冷却に起因する成形品４１自体の温度誤差は、長さ変化が生じることで穴あけ位置や、製品長の切断誤差の要因となりかねない。
　これに対し、本実施形態に係る成形システム１００は、加熱された金属パイプ材料４０を成形金型２で成形する成形装置１と、成形品４１の成形本体部４５の端部４５ａを切断してトリミングするレーザー加工装置７０と、を備え、レーザー加工装置７０は、成形品４１が所定の温度以下になったらトリミングを行う。
　成形システム１００において、レーザー加工装置７０は、成形装置１で成形された成形品４１の成形本体部４５の端部４５ａを切断してトリミングを行う。これにより、成形品４１は、所望の長さに切断される。ここで、レーザー加工装置７０は、成形品４１が所定の温度以下になったらトリミングを行う。そのため、レーザー加工装置７０は、成形品４１の温度を下げて冷却収縮による影響を低減した状態で、トリミングを行うことができる。以上より、成形品４１の切断精度を向上できる。
　所定の温度は、１５０℃であってよい。この場合、成形品４１の冷却収縮による影響を十分に低減できる。
　成形システム１００は、レーザー加工装置７０によるトリミングの前段階で、成形品４１を積極的に冷却する冷却部９０を更に備えてよい。この場合、冷却部９０が、速やかに所定の温度以下まで成形品４１を冷却できる。
　本実施形態に係る成形システム１００は、加熱された金属パイプ材料４０に流体を供給する流体供給部６、及び膨張した金属パイプ材料４０を成形面に接触させることで成形品４１を成形する成形金型２を備える成形装置１と、成形品４１の成形本体部４５の端部４５ａを切断してトリミングするレーザー加工装置７０と、を備える。また、本実施形態に係る成形システム１００は、加熱された金属パイプ材料４０を成形金型２で成形する成形装置１と、成形品４１の成形本体部４５の端部４５ａを切断してトリミングするレーザー加工装置７０と、を備える。
　これらの成形システム１００では、レーザー加工装置７０が成形品４１の成形本体部４５の端部４５ａを切断してトリミングを行うことで、所望の長さの成形品４１を得ることができる。
　本実施形態に係る成形方法は、加熱された金属パイプ材料４０を成形金型２で成形する成形工程Ｓ１０と、成形品４１の成形本体部４５の端部４５ａを切断してトリミングする切断工程Ｓ２０と、を備え、切断工程Ｓ２０では、成形品４１が所定の温度以下になったらトリミングを行う。
　この成形方法によれば、上述の成形システム１００と同様な作用・効果を得ることができる。
［第２実施形態］
　次に、図７を参照して、第２実施形態に係る成形システム２００について説明する。図７に示すように、成形システム２００は、レーザー加工装置７０の前段に配置される第１ブラスト装置５０と、レーザー加工装置７０で加工された成形品４１からスケールを除去する第２ブラスト装置８０を備える。なお、ここでは、第１ブラスト装置５０が請求項における「冷却部」に対応するこのときの第１ブラスト装置５０は、粒子５５としてドライアイスを噴射してよい。第１ブラスト装置５０は、ドライアイス以外の粒子５５を噴射しても、送風の影響によって冷却効果を得ることができるが、ドライアイスを噴射することで高い冷却効果を得ることができる。
　第２ブラスト装置８０は、図５（ｂ）に示すように、成形品４１の内周面にブラストホース５６から粒子５５を噴射する。ブラストホース５６は、成形品４１の内部に挿入されて、当該内部にて内周面に向けて粒子を噴出する。このとき、ブラストホース５６は、粒子５５としてドライアイスを噴射してよい。ドライアイスは、固形物として成形品４１の内周面に衝突してスケールを除去するが、時間の経過と共に気体となって消滅する。従って、粒子５５がフランジ部４４に残存することを抑制できる。
　なお、第１ブラスト装置５０及び第２ブラスト装置８０は、共通の装置によって構成されてよい。例えば、図５（ａ）のブラスト装置５０に対して、図５（ｂ）のブラストホース５６を追加してよい。このようなブラスト装置は、１回目のブラスト工程ではノズル５２から成形品４１の外周面にブラストを行い、二回目のブラスト工程ではブラストホース５６から成形品４１の内周面にブラストを行う。以上より、成形システム２００の装置の数を減らすことができる。
　本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
　上述の実施形態では、スケール除去部として、ブラスト装置が例示されていた。しかし、スケール除去部はスケールを除去できるものであればどのような装置が採用されてもよい。例えば、流体を成形品に噴射したり、超音波洗浄によりスケールを除去するものが採用されてもよい。このようなスケール除去部も、冷却効果を奏する。
　切断部は、レーザー加工装置に限定されず、他の切断方法による装置が採用されてもよい。
　例えば、成形装置としてＳＴＡＦ成形を行うものを例示したが、加熱した金属材料を用いる成形方法であれば、特に限定されない。例えばホットスタンプによる成形方法が採用されてもよい。従って、金属材料も必ずしも金属パイプ材料である必要はなく板材や柱材であってもよい。
　成形装置１は、図２に示すような構成に限定されない、例えば、成形装置１として、図８に示すような構成が採用されてよい。図８に示す成形装置１では、図９に示すような加熱膨張ユニット１５０が採用されてよい。図９（ａ）は、保持部４、加熱部５、及び流体供給部６の構成要素をユニット化した加熱膨張ユニット１５０を示す概略側面図である。図９（ｂ）は、ノズル３１が金属パイプ材料４０をシールした時の様子を示す断面図である。
　図９（ａ）に示すように、加熱膨張ユニット１５０は、上述の下側電極２６及び上側電極２７と、各電極２６，２７を搭載した電極搭載ユニット１５１、上述のノズル３１及び駆動機構３２と、昇降ユニット１５２と、ユニットベース１５３と、を備える。電極搭載ユニット１５１は、昇降フレーム１５４と、電極フレーム１５６，１５７と、を備える。電極フレーム１５６，１５７は、各電極２６，２７を支持して移動させる駆動機構６０の一部として機能する。駆動機構３２は、ノズル３１を駆動させ、電極搭載ユニット１５１と共に昇降する。駆動機構３２は、ノズル３１を保持するピストン６１と、ピストンを駆動させるシリンダ６２とを備えている。昇降ユニット１５２は、ユニットベース１５３の上面に取り付けられる昇降フレームベース６４と、これらの昇降フレームベース６４によって、電極搭載ユニット１５１の昇降フレーム１５４に対して昇降動作を付与する昇降用アクチュエータ６６とを備えている。昇降フレームベース６４は、ユニットベース１５３に対する昇降フレーム１５４の昇降動作をガイドするガイド部６４ａ，６４ｂを有する。昇降ユニット１５２は、保持部４の駆動機構６０の一部として機能する。加熱膨張ユニット１５０は、上面の傾斜角度が異なる複数のユニットベース１５３を有し、これらを交換することにより、下側電極２６及び上側電極２７、ノズル３１、電極搭載ユニット１５１、駆動機構３２、昇降ユニット１５２の傾斜角度を一括的に変更調節することを可能としている。
　ノズル３１は、金属パイプ材料４０の端部を挿入可能な円筒部材である。ノズル３１は、当該ノズル３１の中心線が基準線ＳＬ１と一致するように、駆動機構３２に支持されている。金属パイプ材料４０側のノズル３１の端部の供給口３１ａの内径は、膨張成形後の金属パイプ材料４０の外径に略一致している。この状態で、ノズル３１は、内部の流路６３から高圧の流体を金属パイプ材料４０に供給する。なお、高圧流体の一例としては、ガスなどが挙げられる。
　１…成形装置、２…成形金型、４０…金属パイプ材料、４１…成形品、７０…レーザー加工装置（切断部）、９０…冷却部、１００…成形システム。

Claims (6)

  1. 　加熱された金属材料を成形金型で成形する成形装置と、
    　成形品の成形本体部の端部を切断してトリミングする切断部と、を備え、
    　前記切断部は、前記成形品が所定の温度以下になったら前記トリミングを行う、成形システム。
  2. 　前記所定の温度は、前記成形品の熱膨張が０．５％以下の範囲となる温度である、請求項１に記載の成形システム。
  3. 　前記切断部による前記トリミングの前段階で、前記成形品を積極的に冷却する冷却部を更に備える、請求項１又は２に記載の成形システム。
  4. 　　加熱された金属パイプ材料に流体を供給する流体供給部、及び膨張した前記金属パイプ材料を成形面に接触させることで成形品を成形する成形金型を備える成形装置と、
    　前記成形品の成形本体部の端部を切断してトリミングする切断部と、を備える、成形システム。
  5. 　加熱された金属材料を成形金型で成形する成形装置と、
    　成形品の成形本体部の端部を切断してトリミングする切断部と、を備える、成形システム。
  6. 　加熱された金属材料を成形金型で成形する成形工程と、
    　成形品の成形本体部の端部を切断してトリミングする切断工程と、を備え、
    　前記切断工程では、前記成形品が所定の温度以下になったら前記トリミングを行う、成形方法。
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