WO2024089990A1 - 成形装置 - Google Patents

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WO2024089990A1
WO2024089990A1 PCT/JP2023/030328 JP2023030328W WO2024089990A1 WO 2024089990 A1 WO2024089990 A1 WO 2024089990A1 JP 2023030328 W JP2023030328 W JP 2023030328W WO 2024089990 A1 WO2024089990 A1 WO 2024089990A1
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WO
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corner
die
molding
double
main
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PCT/JP2023/030328
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English (en)
French (fr)
Inventor
公宏 野際
雅史 川上
遼平 池田
Original Assignee
住友重機械工業株式会社
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Definitions

  • This disclosure relates to a molding device.
  • Patent Document 1 discloses a forming device equipped with a die having a pair of lower and upper dies. This type of forming device forms a metal part into a shape corresponding to the forming surface by bringing the metal material into contact with the forming surface inside the die.
  • Aluminum alloys have sometimes been used as metal materials to reduce weight. Because the strength of aluminum alloys is lower than that of steel, it is necessary to use thick metal materials to ensure strength.
  • the forming die has a corner forming portion that is curved so as to be recessed in cross-sectional view and forms the corners of the metal member. If the metal material is thick, it becomes difficult to shape the corners of the metal member to correspond to the corner forming portion.
  • the present disclosure therefore aims to provide a forming device that can give the corners of aluminum alloy metal components a desired shape after forming.
  • the molding device is a molding device for molding a metal member from an aluminum alloy metal material, and is equipped with a molding die having a corner molding surface that is curved to be concave in cross-sectional view and molds the corners of the metal member, the molding die having a first main die and a second main die that face each other, and a double-acting die that is movable relatively to the first main die and the second main die, and the double-acting die presses the metal material against the corner molding surface so as to press a portion of the metal material that corresponds to the corner.
  • This forming device is equipped with a forming die having a corner forming surface that is curved to be concave in cross section and forms the corners of the metal member.
  • the forming die has a double-acting die that is movable relative to the first main die and the second main die. The forming device presses the metal material with the double-acting die so as to push the corner-corresponding portion against the corner forming surface. In this case, the pushed-in corner-corresponding portion is bent into a shape that conforms to the corner forming surface.
  • the double-action mold may press the corner-corresponding portion against the corner molding surface before the first main mold and the second main mold are moved to the mold clamping position.
  • the corner-corresponding portion can be brought close to the corner molding surface before the first main mold and the second main mold are moved to the mold clamping position to complete the metal part. Therefore, when the metal part is completed, it becomes easier to form a corner with a shape that conforms to the corner molding surface.
  • the double-action die can move in a second direction intersecting the first direction in which the first main die and the second main die face each other in a cross-sectional view, and the double-action die can press a portion of the metal material other than the portion corresponding to the corner.
  • the double-action die presses the metal material from the second direction, pushing the portion of the metal material near the portion corresponding to the corner toward the main die.
  • the portion corresponding to the corner is bent so as to be pressed against the corner molding surface.
  • the double-action die may have a corner molding surface, and the corner molding surface may be pressed against the corresponding portion of the corner.
  • the metal material near the corresponding portion of the corner is bent so that it conforms to the corner molding surface of the double-action die.
  • the present disclosure provides a molding device that can give the corners of aluminum alloy metal components a desired shape after molding.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a molding device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Fig. 2(a) is a schematic side view showing the thermal expansion unit
  • Fig. 2(b) is a cross-sectional view showing the state when the nozzle seals the metal pipe material.
  • 3(a) and (b) are schematic cross-sectional views of a molding die.
  • 5A to 5C are schematic cross-sectional views showing the state of the molding die at each timing.
  • 1 is a graph showing the change over time in the position of the main die, the position of the double action die, and the pressure of the air blow on the metal pipe material.
  • 5A to 5C are schematic cross-sectional views showing the state of the molding die at each timing.
  • FIG. 1 is a graph showing the change over time in the position of the main die, the position of the double action die, and the pressure of the air blow on the metal pipe material.
  • 5A to 5C are schematic cross-sectional views showing the state of the molding die at each timing. 1 is a graph showing the change over time in the position of the main die, the position of the double action die, and the pressure of the air blow on the metal pipe material.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a molding die according to a modified example. 1 is a graph showing the relationship between plate thickness and the forming limit of a corner portion.
  • the molding device 1 is a device that molds a metal pipe having a hollow shape by blow molding.
  • the molding device 1 is installed on a horizontal surface.
  • the molding device 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 (metal material) refers to a hollow article before molding is completed in the molding device 1.
  • the metal pipe material 40 is a pipe material of a steel type that can be hardened.
  • the direction in which the metal pipe material 40 extends during molding may be referred to as the "longitudinal direction”
  • the direction perpendicular to the longitudinal direction may be referred to as the "width direction”.
  • the molding die 2 is a die for molding a metal pipe 41 (FIG. 3(b)) from a metal pipe material 40, and includes a lower main die 11 (first main die) and an upper main die 12 (second main die) that face each other in the vertical direction.
  • the lower main die 11 and the upper main die 12 are made of steel blocks.
  • Each of the lower main die 11 and the upper main die 12 has a recess in which the metal pipe material 40 is accommodated.
  • each recess forms a space of the target shape in which the metal pipe material is to be molded. Therefore, the surface of each recess becomes the molding surface of the molding die 2.
  • the lower main die 11 is fixed to the base 13 via a die holder or the like.
  • the upper main die 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 main mold 11 and the upper main mold 12.
  • the drive mechanism 3 is configured to move only the upper main mold 12.
  • the drive mechanism 3 includes a slide 21 that moves the upper main mold 12 so that the lower main mold 11 and the upper main mold 12 are aligned, a pullback cylinder 22 as an actuator that generates a force to pull the slide 21 upward, a main cylinder 23 as a drive source that pressurizes the slide 21 downward, and a drive source 24 that applies a drive force to the main cylinder 23.
  • the holding unit 4 is a mechanism for holding the metal pipe material 40 arranged between the lower main mold 11 and the upper main mold 12.
  • the holding unit 4 includes a lower electrode 26 and an upper electrode 27 for holding the metal pipe material 40 at one end in the longitudinal direction of the molding die 2, and a lower electrode 26 and an upper electrode 27 for holding the metal pipe material 40 at the other end in the longitudinal direction of the molding die 2.
  • the lower electrode 26 and the upper electrode 27 on both sides in the longitudinal direction hold the metal pipe material 40 by sandwiching the end of the metal pipe material 40 from above and below.
  • a groove having a shape corresponding to the outer peripheral surface of the metal pipe material 40 is 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 driving 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 that heats the metal pipe material 40 by passing electricity through the metal pipe material 40.
  • the heating unit 5 heats the metal pipe material 40 between the lower main mold 11 and the upper main mold 12, while the metal pipe material 40 is separated from the lower main mold 11 and the upper main mold 12.
  • the heating unit 5 includes a lower electrode 26 and an upper electrode 27 on both sides in the longitudinal direction, and a power source 28 that passes current through the metal pipe material 40 via these electrodes 26, 27.
  • the heating unit may be disposed in a process preceding the molding device 1 and may be heated externally.
  • the fluid supply unit 6 is a mechanism for supplying high-pressure fluid into the metal pipe material 40 held between the lower main mold 11 and the upper main mold 12.
  • the fluid supply unit 6 supplies high-pressure fluid to the metal pipe material 40 that has been heated by the heating unit 5 to a high temperature, thereby expanding the metal pipe material 40.
  • the fluid supply unit 6 is provided on both ends of the longitudinal direction of the molding die 2.
  • the fluid supply unit 6 includes a nozzle 31 that supplies fluid to the inside of the metal pipe material 40 from an opening at the end of the metal pipe material 40, a drive mechanism 32 that moves the nozzle 31 back and forth relative to the opening of the metal pipe material 40, and a supply source 33 that supplies high-pressure fluid into the metal pipe material 40 through the nozzle 31.
  • the drive mechanism 32 brings the nozzle 31 into close contact with the end of the metal pipe material 40 while ensuring sealing when supplying and discharging fluid, and separates the nozzle 31 from the end of the metal pipe material 40 at other times.
  • the fluid supply unit 6 may supply gas such as high-pressure air or inert gas as the fluid.
  • the fluid supply unit 6 may be integrated into the same device as the holding unit 4, which has a mechanism for moving the metal pipe material 40 in the vertical direction, and the heating unit 5.
  • FIG. 2(a) is a schematic side view showing the thermal expansion unit 150.
  • FIG. 2(b) is a cross-sectional view showing the state when the nozzle 31 seals the metal pipe material 40.
  • the thermal expansion unit 150 includes the lower electrode 26 and upper electrode 27, the electrode mounting unit 151 mounting the electrodes 26 and 27, the nozzle 31 and drive mechanism 32, the lifting unit 152, and the unit base 153.
  • the electrode mounting unit 151 includes a lifting frame 154 and electrode frames 156 and 157.
  • the electrode frames 156 and 157 function as part of the drive mechanism 60 that supports and moves the electrodes 26 and 27.
  • the drive mechanism 32 drives the nozzle 31 and lifts and lowers 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 lifting unit 152 includes a lifting frame base 64 attached to the upper surface of the unit base 153, and a lifting actuator 66 that applies a lifting motion to the lifting frame 154 of the electrode mounting unit 151 by means of the lifting frame base 64.
  • the lifting frame base 64 has guide parts 64a and 64b that guide the lifting and lowering operation of the lifting frame 154 relative to the unit base 153.
  • the lifting unit 152 functions as part of the drive mechanism 60 of the holding unit 4.
  • the thermal expansion unit 150 has multiple unit bases 153 with different inclination angles of the upper surface, and by replacing these, it is possible to change and adjust the inclination angles of the lower electrode 26, upper electrode 27, nozzle 31, electrode mounting unit 151, drive mechanism 32, and lifting unit 152 all 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 approximately coincides with the outer diameter of the metal pipe material 40 after expansion molding.
  • the nozzle 31 supplies high-pressure fluid from the internal flow path 63 to the metal pipe material 40.
  • An example of a high-pressure fluid is gas.
  • 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 expanded metal pipe material 40 when it comes into contact with the molding surface of the molding die 2.
  • the cooling unit 7 includes flow paths 36 formed inside the lower main die 11 and the upper main die 12, and a water circulation mechanism 37 that supplies cooling water to the flow paths 36 and circulates it.
  • 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 the operation of molding the metal pipe material 40 in the molding die 2.
  • control unit 8 controls the timing of conveyance from a conveying device such as a robot arm, and places the metal pipe material 40 between the lower main mold 11 and the upper main mold 12 in the open state.
  • the control unit 8 may have an operator manually place the metal pipe material 40 between the lower main mold 11 and the upper main mold 12.
  • the control unit 8 also controls the actuator of the holding unit 4 so that the lower electrodes 26 on both sides of the longitudinal direction support the metal pipe material 40, and then the upper electrode 27 is lowered to sandwich the metal pipe material 40.
  • the control unit 8 also controls the heating unit 5 to electrically 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 main die 12 and bring it close to the lower main die 11, and closes the molding die 2. Meanwhile, 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 fluid. As a result, 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 then molded to conform to the shape of the molding surface of the molding die 2. When a metal pipe with a flange is formed, a part of the metal pipe material 40 is inserted into the gap between the lower main die 11 and the upper main die 12, and then the mold is closed to crush the inserted part and form a flange part. When the metal pipe material 40 comes into contact with the molding surface, it is quenched by the molding die 2 cooled by the cooling unit 7, and the metal pipe material 40 is quenched.
  • FIG. 3(b) is a schematic cross-sectional view showing the state immediately after the metal pipe 41 is molded by the molding die 2.
  • the metal pipe 41 has a pipe portion 42 and a pair of flange portions 43.
  • the pipe portion 42 has a rectangular shape in cross-sectional view.
  • the pipe portion 42 has four corners 44A, 44B, 44C, 44D.
  • the corners 44A, 44B, 44C, 44D have a curved R-shape that protrudes toward the outer periphery.
  • the pair of flange portions 43 each protrude in the width direction from the sidewall portions on both sides of the pipe portion 42 toward the outer periphery.
  • FIG. 3(a) is a schematic cross-sectional view showing the molding die 2 in the initial molding state.
  • the molding die 2 has main dies 11, 12 facing each other in the vertical direction (first direction), and double-acting dies 18A, 18B that are movable relative to the main dies 11, 12.
  • the double-acting dies 18A, 18B are movable in the width direction, which is a direction intersecting the vertical direction in a cross-sectional view.
  • the double-acting die 18A is disposed on one side in the width direction relative to the main dies 11, 12.
  • the double-acting die 18B is disposed on the other side in the width direction relative to the main dies 11, 12.
  • the double-acting dies 18A, 18B are disposed in a position between the main dies 11 and 12 in the vertical direction.
  • the main molds 11 and 12 have a pipe portion molding surface 81 that molds the pipe portion 42, and a flange portion molding surface 82 that molds the flange portion 43.
  • the main mold 12 has a corner portion molding surface 83A that molds the corner portion 44A, and a corner portion molding surface 83B that molds the corner portion 44B.
  • the main mold 11 has a corner portion molding surface 83C that molds the corner portion 44C, and a corner portion molding surface 83D that molds the corner portion 44D.
  • the corner portion molding surfaces 83A, 83B, 83C, and 83D have an R-shape that is curved so as to be concave when viewed in cross section.
  • the metal pipe material 40 is placed between the main dies 11, 12 in the vertical direction and between the double-action dies 18A, 18B in the width direction.
  • the metal pipe material 40 is an aluminum alloy metal material.
  • the plate thickness of the metal pipe material 40 is set to about 1.0 to 5.0 mm to ensure sufficient strength.
  • the radius of curvature of the R-shape of the corner forming surface 83 (i.e., the corner 44) is set to about 8.0 to 15.0 mm.
  • Figure 4 shows the state of the molding die 2 at each timing.
  • the arrows attached to each die indicate the operation (or operation) of the die in the next step.
  • Figure 5 is a graph showing the time change in the positions of the main dies 11, 12, the positions of the double-acting dies 18A, 18B, and the air blow pressure on the metal pipe material 40.
  • Figure 4(a) shows the initial state when the main dies 11, 12 start to operate (timing T1a in Figure 5).
  • Figure 4(b) shows the state when the main dies 11, 12 are arranged at the primary blow molding position, before the insertion of the double-acting dies 18A, 18B and before the primary blow (timing T1b in Figure 5).
  • the metal pipe material 40 is not deformed and is in contact (or close to) the main dies 11, 12.
  • the parts of the metal pipe material 40 that correspond to the corners 44A, 44B, 44C, 44D are referred to as corner corresponding parts 46A, 46B, 46C, 46D.
  • the corner corresponding parts 46A, 46B, 46C, 46D are the parts that will become the corners 44A, 44B, 44C, 44D after molding.
  • the corner corresponding portions 46A, 46B, 46C, and 46D are separated from the corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, and 83D.
  • the double-action molds 18A and 18B are inserted.
  • the primary blow is performed.
  • Figure 4 (c) shows the state after the main molds 11, 12 are placed at the primary blow molding position, the double-action molds 18A, 18B are inserted, and the primary blow is performed (timing T1c in Figure 5).
  • both ends in the width direction of the metal pipe material 40 are pushed toward the center in the width direction by the double-action molds 18A, 18B.
  • the corner corresponding parts 46A, 46B, 46C, 46D are bent and bent so as to protrude toward the outer periphery.
  • the corner corresponding parts 46A, 46B, 46C, 46D are pushed to a position close to the corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, 83D.
  • the molding device 1 presses the metal pipe material 40 with the double-action molds 18A, 18B so as to press the corner corresponding parts 46A, 46B, 46C, 46D against the corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, 83D. Furthermore, the primary blow brings the corner corresponding parts 46A, 46B, 46C, and 46D even closer to the corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, and 83D. After this, the double-acting molds 18A and 18B move to the retreated position.
  • the double-acting mold insertion operation and the primary blow pressurization may be performed separately or simultaneously. In the case of separate operations, either operation may occur first.
  • Figure 4(d) shows the state after the primary blow, when the main molds 11, 12 are placed at the primary blow molding position and the double-acting molds 18A, 18B are retracted to the retracted position (timing T1d in Figure 5). After this, the main molds 11, 12 move to the mold clamping position.
  • Figure 4(e) shows the state before the secondary blow, when the main molds 11, 12 are placed at the secondary blow molding position (mold clamping position) (timing T1e in Figure 5). This forms the pipe portion 42 and the flange portion 43. After this, the secondary blow is performed.
  • Figure 4(f) shows the state after the main molds 11, 12 are placed at the secondary blow molding position (mold clamping position) and the secondary blow is performed (timing T1f in Figure 5).
  • the corner corresponding portions 46A, 46B, 46C, 46D are pushed in to positions close to the corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, 83D. Therefore, the secondary blow presses the corner-corresponding portions 46A, 46B, 46C, and 46D against the corner forming surfaces 83A, 83B, 83C, and 83D without the large deformation resistance caused by the plate thickness. This forms the corners 44A, 44B, 44C, and 44D along the R-shape of the corner forming surfaces 83A, 83B, 83C, and 83D, completing the metal pipe 41.
  • the strength of aluminum is lower than that of steel, so to give automotive parts the same strength characteristics as steel, the plate thickness needs to be thicker.
  • the corners are in principle formed by expanding the material, and the thicker the plate, the more difficult the forming.
  • the degree of processing becomes greater in order to obtain the desired rounded shape, making forming more difficult.
  • the molding device 1 is equipped with a molding die 2 having corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, 83D that are curved to be concave in cross section and form corners 44A, 44B, 44C, 44D of a metal pipe 41.
  • a molding die 2 has double-acting dies 18A, 18B that are movable relative to the first main die and the second main die.
  • the molding device 1 presses the metal pipe material 40 with the double-acting dies 18A, 18B so as to push the corner corresponding portions 46A, 46B, 46C, 46D against the corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, 83D.
  • the corner corresponding portions 46A, 46B, 46C, and 46D that are pressed in are bent into a shape that conforms to the corner forming surfaces 83A, 83B, 83C, and 83D.
  • the corner corresponding portions 46A, 46B, 46C, and 46D are easily deformed into a shape that conforms to the corner forming surfaces 83A, 83B, 83C, and 83D even if the deformation resistance is large.
  • the corners 44A, 44B, 44C, and 44D of the aluminum alloy metal pipe 41 after forming can be formed into the desired shape.
  • the double-action dies 18A, 18B may press the corner corresponding parts 46A, 46B, 46C, 46D against the corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, 83D before the main dies 11, 12 move to the mold clamping position.
  • the corner corresponding parts 46A, 46B, 46C, 46D can be brought close to the corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, 83D before the main dies 11, 12 are moved to the mold clamping position to complete the metal pipe 41. Therefore, when the metal pipe 41 is completed, it becomes easier to form the corners 44A, 44B, 44C, 44D in shapes that conform to the corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, 83D.
  • the double-action dies 18A, 18B can move in the width direction in a cross-sectional view, and the double-action dies 18A, 18B may press portions of the metal pipe material 40 other than the corner-corresponding portions 46A, 46B, 46C, 46D.
  • the double-action dies 18A, 18B press the metal pipe material 40 from the width direction, so that the portions of the metal pipe material 40 near the corner-corresponding portions 46A, 46B, 46C, 46D are pushed toward the main dies 11, 12.
  • the corner-corresponding portions 46A, 46B, 46C, 46D are bent so as to be pressed against the corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, 83D.
  • Figure 11 shows the relationship between plate thickness and the forming limit of the corners when an aluminum alloy pipe is STAF-formed under forming conditions of a heating temperature of 450°C and an air blow pressure of 35 MPa.
  • the configuration of the double-action die is not limited to the above-mentioned embodiment.
  • the molding die 2 has main dies 11, 12, and double-action dies 19A, 19B, 19C, 19D that are movable relative to the main dies 11, 12.
  • the double-action dies 19A, 19C are arranged on one side in the width direction with respect to the main dies 11, 12.
  • the double-action dies 19B, 19D are arranged on the other side in the width direction with respect to the main dies 11, 12.
  • the double-action dies 19A, 19B are arranged on the upper side.
  • the double-action dies 19C, 19D are arranged on the lower side.
  • Main dies 11 and 12 have a pipe portion molding surface 81.
  • Flange portion molding surfaces 82 are provided on double-action dies 19A, 19B, 19C, and 19D.
  • Double-action die 19A has a corner portion molding surface 83A.
  • Double-action die 19B has a corner portion molding surface 83B.
  • Double-action die 19C has a corner portion molding surface 83C.
  • Double-action die 19D has a corner portion molding surface 83D.
  • Figure 6 shows the state of the molding die 2 at each timing.
  • Figure 7 is a graph showing the positions of the main dies 11 and 12, the positions of the double-acting dies 19A, 19B, 19C, and 19D, and the change over time in the air blow pressure on the metal pipe material 40.
  • Figure 6(a) shows the initial state, when the main dies 11 and 12 start to move (timing T2a in Figure 7).
  • Figure 6(b) shows the state when the main dies 11 and 12 are placed at the primary blow molding position and before the double-action dies 19A, 19B, 19C, and 19D start to move in the width direction (timing T2b in Figure 7).
  • the metal pipe material 40 is not deformed and is in contact (or close to) the main dies 11 and 12.
  • the corner corresponding parts 46A, 46B, 46C, and 46D are separated from the corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, and 83D.
  • the double-action dies 19A, 19B, 19C, and 19D move in the width direction.
  • the primary blow is performed.
  • Figure 6 (c) shows the state before the primary blow after the main dies 11 and 12 are placed at the primary blow molding position and the double-action dies 19A, 19B, 19C, and 19D are moved in the width direction to the insertion position (timing T2c in Figure 7).
  • the double-action dies 19A, 19B, 19C, and 19D are pressed against the corner-corresponding parts 46A, 46B, 46C, and 46D of the metal pipe material 40.
  • the corner-corresponding parts 46A, 46B, 46C, and 46D are bent and bent so as to protrude toward the outer periphery.
  • the corner-corresponding parts 46A, 46B, 46C, and 46D are pressed to a position close to the corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, and 83D. That is, the molding device 1 presses the metal pipe material 40 with the double-action dies 19A, 19B, 19C, and 19D so as to push the corner corresponding parts 46A, 46B, 46C, and 46D against the corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, and 83D.
  • Figure 6(d) shows the state after the primary blow with the main molds 11 and 12 placed at the primary blow molding position and the double-action molds 19A, 19B, 19C, and 19D placed at the insertion position (timing T2d in Figure 7).
  • the primary blow brings the corner corresponding parts 46A, 46B, 46C, and 46D even closer to the corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, and 83D.
  • the main molds 11 and 12 and the double-action molds 19A, 19B, 19C, and 19D move to the mold clamping position.
  • Figure 6(e) shows the state before the secondary blow with the main molds 11 and 12 and the double-action molds 19A, 19B, 19C, and 19D placed at the secondary blow molding position (mold clamping position) (timing T2e in Figure 7).
  • the pipe portion 42 and the flange portion 43 are molded.
  • the secondary blow is performed.
  • Figure 6(f) shows the state after the main molds 11, 12 and double action molds 19A, 19B, 19C, 19D are placed at the secondary blow molding position (mold clamping position) and secondary blowing is performed (timing T2f in Figure 7).
  • corners 44A, 44B, 44C, 44D are formed along the R-shape of the corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, 83D, and the metal pipe 41 is completed.
  • the double-action dies 19A, 19B, 19C, and 19D have corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, and 83D, and the corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, and 83D may be pressed against the corner corresponding portions 46A, 46B, 46C, and 46D.
  • the metal pipe material 40 is bent in the vicinity of the corner corresponding portions 46A, 46B, 46C, and 46D so as to have a shape that conforms to the corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, and 83D of the double-action dies 19A, 19B, 19C, and 19D.
  • the molding die 2 has main dies 11, 12, double-acting dies 18A, 18B, and double-acting dies 19A, 19B, 19C, 19D.
  • FIG. 8 and FIG. 9 show the operation of the molding device 1 during molding.
  • FIG. 8 shows the state of the molding die 2 at each timing.
  • FIG. 9 is a graph showing the positions of the main dies 11, 12, the positions of the double-acting dies 18A, 18B, the positions of the double-acting dies 19A, 19B, 19C, 19D, and the time change in the air blow pressure on the metal pipe material 40.
  • Figure 8(a) shows the initial state when the main dies 11, 12 start to move (timing T3a in Figure 9).
  • Figure 8(b) shows the state when the main dies 11, 12 are placed at the primary blow molding position and the double-acting dies 18A, 18B, 19A, 19B, 19C, 19D start to move in the width direction (timing T3b in Figure 9).
  • the metal pipe material 40 is in an undeformed state and is in contact (or close to) the main dies 11, 12.
  • the corner corresponding portions 46A, 46B, 46C, 46D are separated from the corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, 83D.
  • the double-acting dies 18A, 18B, 19A, 19B, 19C, 19D move in the width direction.
  • the primary blow is performed after the double-acting molds 18A, 18B, 19A, 19B, 19C, and 19D have moved.
  • Figure 8 (c) shows the state before the primary blow after the main dies 11, 12 are placed at the primary blow molding position and the double-action dies 18A, 18B, 19A, 19B, 19C, 19D are moved in the width direction to the insertion position (timing T3c in Figure 9).
  • the double-action dies 19A, 19B, 19C, 19D are pressed against the corner-corresponding portions 46A, 46B, 46C, 46D of the metal pipe material 40.
  • both widthwise ends of the metal pipe material 40 are pressed toward the center in the width direction by the double-action dies 18A, 18B.
  • the corner-corresponding portions 46A, 46B, 46C, 46D are bent and bent so as to protrude toward the outer periphery.
  • the corner corresponding portions 46A, 46B, 46C, and 46D are pushed to positions close to the corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, and 83D. That is, the molding device 1 presses the metal pipe material 40 with the double-action dies 18A, 18B, 19A, 19B, 19C, and 19D so as to push the corner corresponding portions 46A, 46B, 46C, and 46D against the corner molding surfaces 83A, 83B, 83C, and 83D.
  • the double-action dies 18A and 18B are retracted to the retracted positions, and the subsequent operations are the same as those in FIG. 6(c) to FIG. 6(f).
  • double-acting dies 19A and 19B may be provided on the upper side, and only the main die 11 may be provided on the lower side without providing double-acting dies 19C and 19D.
  • the forming device may be any device capable of forming aluminum alloy metal material, and forming devices using methods such as hot stamping and hydroforming may be used.
  • the metal pipe has a flange portion, but it does not have to have a flange portion.
  • the metal material does not have to be a pipe, and can be a plate material.
  • a forming apparatus for forming a metal member from an aluminum alloy metal material comprising: A molding die is provided having a corner forming surface that is curved to be recessed in a cross-sectional view and that forms a corner of the metal member, The molding die is a first main mold and a second main mold opposed to each other; a double-action die that is movable relative to the first main die and the second main die, a forming device for pressing the metal material with the double-acting die so as to press a corner corresponding portion of the metal material against the corner forming surface, the corner corresponding portion being pressed into the corner forming surface.
  • 1...molding device 11...main mold (first main mold), 12...main mold (second main mold), 18A, 18B...double action mold, 19A, 19B, 19C, 19D...double action mold, 40...metal pipe material (metal material), 41...metal pipe (metal member), 44A, 44B, 44C, 44D...corner, 46A, 46B, 46C, 46D...corner corresponding portion, 83A, 83B, 83C, 83D...corner molding surface.

Landscapes

  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Abstract

成形装置は、アルミニウム合金の金属材料から金属部材を成形する成形装置であって、断面視において窪むように湾曲し、金属部材の角部を成形する角部成形面を有する成形金型を備え、成形金型は、互いに対向する第１の主金型及び第２の主金型と、第１の主金型及び第２の主金型に対して相対的に移動可能な複動金型と、を有し、角部成形面に対して、金属材料において角部に対応する角部対応部位を押し込むように、金属材料を複動金型で押圧する。

Description

成形装置
　本開示は、成形装置に関する。
　従来、金属材料を成形する成形装置が知られている。例えば、下記特許文献１には、互いに対になる下型及び上型を有する金型を備える成形装置が開示されている。このような成形装置は、金型内で金属材料を成形面に接触させることで、成形面に対応した形状の金属部材を成形する。
特開２００９－２２０１４１号公報
　金属材料として、軽量化の観点からアルミニウム合金が用いられる場合があった。アルミニウム合金の強度は鋼材より低いため、強度を確保するために板厚が厚い金属材料を用いる必要がある。ここで、成形金型は、断面視において窪むように湾曲し、金属部材の角部を形成する角部形成部を有する。金属材料の板厚が厚い場合、金属部材の角部を角部形成部に対応する形状とすることが難しくなる。
　そこで、本開示は、成形後のアルミニウム合金の金属部材の角部を所望の形状とすることができる成形装置を提供することを目的とする。
　本開示の一態様に係る成形装置は、アルミニウム合金の金属材料から金属部材を成形する成形装置であって、断面視において窪むように湾曲し、金属部材の角部を成形する角部成形面を有する成形金型を備え、成形金型は、互いに対向する第１の主金型及び第２の主金型と、第１の主金型及び第２の主金型に対して相対的に移動可能な複動金型と、を有し、角部成形面に対して、金属材料において角部に対応する角部対応部位を押し込むように、金属材料を複動金型で押圧する。
　この成形装置は、断面視において窪むように湾曲し、金属部材の角部を成形する角部成形面を有する成形金型を備える。アルミニウム合金の金属材料の板厚が厚い場合、変形抵抗が大きく、角部対応部位が角部成形面の形状に沿って変形しにくくなる。これに対し、成形金型は、第１の主金型及び第２の主金型に対して相対的に移動可能な複動金型を有する。成形装置は、角部成形面に対して、角部対応部位を押し込むように、金属材料を複動金型で押圧する。この場合、押し込まれた角部対応部位は、角部成形面に沿った形状に曲げられる。当該状態では、角部対応部位は、変形抵抗が大きくても、角部成形面に沿った形状に変形し易くなる。以上より、成形後のアルミニウム合金の金属部材の角部を所望の形状とすることができる。
　複動金型は、第１の主金型及び第２の主金型が型締め位置へ移動する前段階で、角部対応部位を角部成形面に対して押し込んでよい。この場合、第１の主金型及び第２の主金型を型締め位置へ移動させて金属部材を完成させる前段階で、角部対応部位を角部成形面に近接させておくことができる。そのため、金属部材の完成時には、角部成形面に沿った形状の角部を成形し易くなる。
　複動金型は、断面視において第１の主金型及び第２の主金型が対向する第１の方向と交差する第２の方向へ移動可能であり、複動金型は、金属材料のうち角部対応部位とは異なる部位を押圧してよい。この場合、複動金型が、第２の方向から金属材料を押圧することで、金属材料の角部対応部位付近の部分が、主金型側に押し出される。その結果、角部対応部位が角部成形面に対して押し込まれように折り曲げられる。
　複動金型は、角部成形面を有し、当該角部成形面を角部対応部位へ押し付けてよい。この場合、金属材料の角部対応部位付近が複動金型の角部成形面に沿った形状となるように折り曲げられる。
　本開示によれば、成形後のアルミニウム合金の金属部材の角部を所望の形状とすることができる成形装置を提供できる。
本開示の実施形態に係る成形装置を示す概略構成図である。 図２（ａ）は、加熱膨張ユニットを示す概略側面図である。図２（ｂ）は、ノズルが金属パイプ材料をシールした時の様子を示す断面図である。 図３（ａ）（ｂ）は、成形金型の概略断面図である。 各タイミングにおける成形金型の状態を示す概略断面図である。 主金型の位置、複動金型の位置、及び金属パイプ材料に対するエアブローの圧力の時間変化を示すグラフである。 各タイミングにおける成形金型の状態を示す概略断面図である。 主金型の位置、複動金型の位置、及び金属パイプ材料に対するエアブローの圧力の時間変化を示すグラフである。 各タイミングにおける成形金型の状態を示す概略断面図である。 主金型の位置、複動金型の位置、及び金属パイプ材料に対するエアブローの圧力の時間変化を示すグラフである。 変形例に係る成形金型を示す概略断面図である。 板厚と角部の成形限界の関係を示すグラフである。
　以下、本開示による成形装置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。
　図１は、本実施形態に係る成形装置１の概略構成図である。図１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４１（図３（ｂ））を成形する型であり、上下方向に互いに対向する下側の主金型１１（第１の主金型）及び上側の主金型１２（第２の主金型）を備える。下側の主金型１１及び上側の主金型１２は、鋼鉄製ブロックで構成される。下側の主金型１１及び上側の主金型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。下側の主金型１１と上側の主金型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。下側の主金型１１は、ダイホルダ等を介して基台１３に固定される。上側の主金型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、下側の主金型１１及び上側の主金型１２の少なくとも一方を移動させる機構である。図１では、駆動機構３は、上側の主金型１２のみを移動させる構成を有する。駆動機構３は、下側の主金型１１及び上側の主金型１２同士が合わさるように上側の主金型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、下側の主金型１１及び上側の主金型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、下側の主金型１１及び上側の主金型１２の間にて、下側の主金型１１及び上側の主金型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、下側の主金型１１及び上側の主金型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。
　保持部４、加熱部５、及び流体供給部６の構成要素は、ユニット化された加熱膨張ユニット１５０として構成されてよい。図２（ａ）は、加熱膨張ユニット１５０を示す概略側面図である。図２（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２（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。
　図１に戻り、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、下側の主金型１１及び上側の主金型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主金型１１及び上側の主金型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主金型１１及び上側の主金型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を制御して上側の主金型１２を降ろして下側の主金型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、下側の主金型１１と上側の主金型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。
　図３（ｂ）を参照して、成形後の金属パイプ４１について説明する。図３（ｂ）は、成形金型２で金属パイプ４１を成形した直後の状態を示す概略断面図である。金属パイプ４１は、パイプ部４２と、一対のフランジ部４３と、を有する。パイプ部４２は、断面視において矩形状の形状を有している。パイプ部４２は、四つの角部４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄを有する。角部４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄは、外周側へ張り出すように湾曲したＲ形状を有する。一対のフランジ部４３は、パイプ部４２の両側の側壁部から外周側へ向かって幅方向へそれぞれ突出する。
　図３（ａ）を参照して、成形金型２について詳細に説明する。図３（ａ）は、成形初期状態における成形金型２を示す概略断面図である。成形金型２は、上下方向（第１の方向）に対向する主金型１１，１２と、主金型１１，１２に対して相対的に移動可能な複動金型１８Ａ，１８Ｂと、を有する。複動金型１８Ａ，１８Ｂは、断面視において上下方向と交差する方向である幅方向へ移動可能である。複動金型１８Ａは、主金型１１，１２に対して幅方向における一方側に配置される。複動金型１８Ｂは、主金型１１，１２に対して幅方向における他方側に配置される。複動金型１８Ａ，１８Ｂは、上下方向において、主金型１１と主金型１２との間の位置に配置される。
　主金型１１，１２は、パイプ部４２を成形するパイプ部成形面８１と、フランジ部４３を成形するフランジ部成形面８２と、を有する。主金型１２は、角部４４Ａを成形する角部成形面８３Ａと、角部４４Ｂを成形する角部成形面８３Ｂと、を有する。主金型１１は、角部４４Ｃを成形する角部成形面８３Ｃと、角部４４Ｄを成形する角部成形面８３Ｄと、を有する。角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄは、断面視において窪むように湾曲するようなＲ形状を有する。
　成形初期状態において、金属パイプ材料４０は、上下方向における主金型１１，１２の間、及び幅方向における複動金型１８Ａ，１８Ｂの間に配置される。金属パイプ材料４０は、アルミニウム合金の金属材料である。金属パイプ材料４０の板厚は、十分な強度を確保するために１．０～５．０ｍｍ程度に設定される。角部成形面８３（すなわち角部４４）のＲ形状の曲率半径は、８．０～１５．０ｍｍ程度に設定される。
　次に、図４及び図５を参照して、成形時における成形装置１の動作について説明する。図４は、各タイミングにおける成形金型２の状態を示す。図４において、各金型に対して付されている矢印は、次のステップにおける金型の動作（または動作中）を示す。図５は、主金型１１，１２の位置、複動金型１８Ａ，１８Ｂの位置、及び金属パイプ材料４０に対するエアブローの圧力の時間変化を示すグラフである。
　図４（ａ）は初期状態であって主金型１１，１２の動作開始の状態を示す（図５のタイミングＴ１ａ）。図４（ｂ）は、主金型１１，１２を一次ブロー成形位置に配置した状態であって、複動金型１８Ａ，１８Ｂの挿入前、及び一次ブロー前の状態を示す（図５のタイミングＴ１ｂ）。この状態では、金属パイプ材料４０が変形していない状態で、主金型１１，１２と接触（又は近接）している。金属パイプ材料４０において角部４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄに対応する部位を角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄとする。角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄは、成形後において角部４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄになる部位である。タイミングＴ１ｂでは、角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄは、角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄから離間した状態である。この後、複動金型１８Ａ，１８Ｂが挿入される。また、複動金型１８Ａ，１８Ｂが挿入された後、一次ブローがなされる。
　図４（ｃ）は、主金型１１，１２を一次ブロー成形位置に配置し、複動金型１８Ａ，１８Ｂを挿入した後であって、一次ブローを行った後の状態を示す（図５のタイミングＴ１ｃ）。この状態では、金属パイプ材料４０の幅方向の両端部が、複動金型１８Ａ，１８Ｂによって、幅方向の中央側に押し込まれる。このとき、角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄは、折り曲げ加工がなされて、外周側へ張り出すように曲がる。その結果、角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄは、角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄに近接する位置まで押し込まれる。すなわち、成形装置１は、角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄに対して、角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄを押し込むように、金属パイプ材料４０を複動金型１８Ａ，１８Ｂで押圧する。また、一次ブローによって、角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄは、角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄに更に近接する。この後、複動金型１８Ａ，１８Ｂは、退避位置まで移動する。なお、複動金型挿入動作と一次ブロー加圧は、個別に行われても同時に行われてもよい。個別動作の場合は、どちらが先に動作してもよい。
　図４（ｄ）は、主金型１１，１２を一次ブロー成形位置に配置し、複動金型１８Ａ，１８Ｂが退避位置に退避した後であり、一次ブロー後の状態を示す（図５のタイミングＴ１ｄ）。この後、主金型１１，１２が型締め位置へ移動する。図４（ｅ）は、主金型１１，１２を二次ブロー成形位置（型締め位置）に配置し、二次ブロー前の状態を示す（図５のタイミングＴ１ｅ）。これにより、パイプ部４２及びフランジ部４３が成形される。この後、二次ブローがなされる。図４（ｆ）は、主金型１１，１２を二次ブロー成形位置(型締め位置)に配置し、二次ブローを行った後の状態を示す（図５のタイミングＴ１ｆ）。角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄが、角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄに近接した位置まで押し込まれている。従って、二次ブローによって角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄが、板厚による大きな変形抵抗によらず、角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄに押し付けられる。これにより、角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３ＤのＲ形状に沿った角部４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄが成形され、金属パイプ４１が完成する。
　次に、本実施形態に係る成形装置１の作用・効果の説明を行う。
　まず、アルミニウムの強度は鋼材よりも低いため、鋼材と同等の強度特性を自動車パーツに持たせるためには、板厚を厚くする必要がある。Ｒ形状を有する角部の様な張り出し形状部分については、十分な強度・剛性をえるためには、その寸法をなるべく小さくする方が望ましい。しかし、高圧エアを注入して金型に沿った形状とする熱間エアブロー成形では、原理的に角部は部材の拡管で成形する事になり、板厚が厚いほど成形が困難になる。一方で、圧力を省エネ化のために、例えば汎用的な圧縮機の仕様上限である３５ＭＰａ以下にする事が望ましい。しかし、その場合、望みのＲ形状を得るにはより加工度が大きくなり成形が困難になる。
　成形装置１は、断面視において窪むように湾曲し、金属パイプ４１の角部４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄを成形する角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄを有する成形金型２を備える。アルミニウム合金の金属パイプ４１の板厚が厚い場合、変形抵抗が大きく、角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄが角部成形面の形状に沿って変形しにくくなる。これに対し、成形金型２は、第１の主金型及び第２の主金型に対して相対的に移動可能な複動金型１８Ａ，１８Ｂを有する。成形装置１は、角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄに対して、角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄを押し込むように、金属パイプ材料４０を複動金型１８Ａ，１８Ｂで押圧する。この場合、押し込まれた角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄ位は、角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄに沿った形状に曲げられる。当該状態では、角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄは、変形抵抗が大きくても、角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄに沿った形状に変形し易くなる。以上より、成形後のアルミニウム合金の金属パイプ４１の角部４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄを所望の形状とすることができる。
　複動金型１８Ａ，１８Ｂは、主金型１１，１２が型締め位置へ移動する前段階で、角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄを角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄに対して押し込んでよい。この場合、主金型１１，１２を型締め位置へ移動させて金属パイプ４１を完成させる前段階で、角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄを角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄに近接させておくことができる。そのため、金属パイプ４１の完成時には、角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄに沿った形状の角部４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄを成形し易くなる。
　複動金型１８Ａ，１８Ｂは、断面視において幅方向へ移動可能であり、複動金型１８Ａ，１８Ｂは、金属パイプ材料４０のうち角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄとは異なる部位を押圧してよい。この場合、複動金型１８Ａ，１８Ｂが、幅方向から金属パイプ材料４０を押圧することで、金属パイプ材料４０の角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄ付近の部分が、主金型１１，１２側に押し出される。その結果、角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄが角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄに対して押し込まれように折り曲げられる。
　なお、図１１は、加熱温度４５０℃、エアブロー圧力３５ＭＰａの成形条件下において、アルミニウム合金パイプをＳＴＡＦ成形した際の板厚と角部の成形限界の関係である。成形性を考慮すると加熱温度は高い方が望ましいが、アルミニウム合金の融点を考慮すると４５０℃程度が上限となる。したがって、４５０℃、３５ＭＰａの条件下での成形性を確認したところ、角部の成形可能限界（ｙ）と板厚（ｘ）との間に、「ｙ＝７．１１e^０．１４５ｘ」 の関係が成り立つ。
　本開示は、上述の実施形態に限定されるものではない。
　複動金型の構成は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、図６（ａ）を参照して、変形例に係る成形金型２について詳細に説明する。成形金型２は、主金型１１，１２と、主金型１１，１２に対して相対的に移動可能な複動金型１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄと、を有する。複動金型１９Ａ，１９Ｃは、主金型１１，１２に対して幅方向における一方側に配置される。複動金型１９Ｂ，１９Ｄは、主金型１１，１２に対して幅方向における他方側に配置される。複動金型１９Ａ，１９Ｂは、上側に配置される。複動金型１９Ｃ，１９Ｄは、下側に配置される。
　主金型１１，１２は、パイプ部成形面８１を有する。フランジ部成形面８２は、複動金型１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄに設けられる。複動金型１９Ａは、角部成形面８３Ａを有する。複動金型１９Ｂは、角部成形面８３Ｂを有する。複動金型１９Ｃは、角部成形面８３Ｃを有する。複動金型１９Ｄは、角部成形面８３Ｄを有する。
　次に、図６及び図７を参照して、成形時における成形装置１の動作について説明する。図６は、各タイミングにおける成形金型２の状態を示す。図７は、主金型１１，１２の位置、複動金型１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄの位置、及び金属パイプ材料４０に対するエアブローの圧力の時間変化を示すグラフである。
　図６（ａ）は初期状態であって主金型１１，１２の動作開始の状態を示す（図７のタイミングＴ２ａ）。図６（ｂ）は、主金型１１，１２を一次ブロー成形位置に配置し、複動金型１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄの幅方向移動の開始前の状態を示す（図７のタイミングＴ２ｂ）。この状態では、金属パイプ材料４０が変形していない状態で、主金型１１，１２と接触（又は近接）している。タイミングＴ２ｂでは、角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄは、角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄから離間した状態である。この後、複動金型１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄが幅方向へ移動する。また、複動金型１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄが移動した後、一次ブローがなされる。
　図６（ｃ）は、主金型１１，１２を一次ブロー成形位置に配置し、複動金型１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄを幅方向へ移動して挿入位置に配置した後であり、一次ブロー前の状態を示す（図７のタイミングＴ２ｃ）。この状態では、金属パイプ材料４０の角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄ付近に、複動金型１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄが押し付けられる。このとき、角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄは、折り曲げ加工がなされて、外周側へ張り出すように曲がる。その結果、角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄは、角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄに近接する位置まで押し込まれる。すなわち、成形装置１は、角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄに対して、角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄを押し込むように、金属パイプ材料４０を複動金型１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄで押圧する。
　図６（ｄ）は、主金型１１，１２を一次ブロー成形位置に配置し、複動金型１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄを挿入位置に配置し、一次ブロー後の状態を示す（図７のタイミングＴ２ｄ）。一次ブローによって、角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄは、角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄに更に近接する。この後、主金型１１，１２及び複動金型１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄは、型締め位置へ移動する。図６（ｅ）は、主金型１１，１２及び複動金型１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄを二次ブロー成形位置（型締め位置）に配置し、二次ブロー前の状態を示す（図７のタイミングＴ２ｅ）。これにより、パイプ部４２及びフランジ部４３が成形される。この後、二次ブローがなされる。図６（ｆ）は、主金型１１，１２及び複動金型１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄを二次ブロー成形位置(型締め位置)に配置し、二次ブローを行った後の状態を示す（図７のタイミングＴ２ｆ）。これにより、角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３ＤのＲ形状に沿った角部４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄが成形され、金属パイプ４１が完成する。
　以上のように、複動金型１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄは、角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄを有し、当該角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄを角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄへ押し付けてよい。この場合、金属パイプ材料４０の角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄ付近が複動金型１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄの角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄに沿った形状となるように折り曲げられる。
　図８（ａ）を参照して、他の変形例に係る成形金型２について詳細に説明する。成形金型２は、主金型１１，１２と、複動金型１８Ａ，１８Ｂと、複動金型１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄと、を有する。図８及び図９を参照して、成形時における成形装置１の動作について説明する。図８は、各タイミングにおける成形金型２の状態を示す。図９は、主金型１１，１２の位置、複動金型１８Ａ，１８Ｂの位置、複動金型１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄの位置、及び金属パイプ材料４０に対するエアブローの圧力の時間変化を示すグラフである。
　図８（ａ）は初期状態であって主金型１１，１２の動作開始の状態を示す（図９のタイミングＴ３ａ）。図８（ｂ）は、主金型１１，１２を一次ブロー成形位置に配置し、複動金型１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄの幅方向移動の開始前の状態を示す（図９のタイミングＴ３ｂ）。この状態では、金属パイプ材料４０が変形していない状態で、主金型１１，１２と接触（又は近接）している。タイミングＴ３ｂでは、角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄは、角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄから離間した状態である。この後、複動金型１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄが幅方向へ移動する。また、複動金型１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄが移動した後、一次ブローがなされる。
　図８（ｃ）は、主金型１１，１２を一次ブロー成形位置に配置し、複動金型１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄを幅方向へ移動して挿入位置に配置した後であり、一次ブロー前の状態を示す（図９のタイミングＴ３ｃ）。この状態では、金属パイプ材料４０の角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄ付近に、複動金型１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄが押し付けられる。更に、金属パイプ材料４０の幅方向の両端部が、複動金型１８Ａ，１８Ｂによって、幅方向の中央側に押し込まれる。このとき、角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄは、折り曲げ加工がなされて、外周側へ張り出すように曲がる。その結果、角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄは、角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄに近接する位置まで押し込まれる。すなわち、成形装置１は、角部成形面８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄに対して、角部対応部位４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄを押し込むように、金属パイプ材料４０を複動金型１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄで押圧する。なお、次は、複動金型１８Ａ，１８Ｂを退避位置へ退避させるが、以降の動作は、図６（ｃ）～図６（ｆ）と同様である。
　なお、図１０に示すように、上側に複動金型１９Ａ、１９Ｂを設け、下側には複動金型１９Ｃ，１９Ｄを設けず主金型１１のみを有してもよい。
　成形装置は、アルミニウム合金の金属材料を成形する成形装置であればよく、ホットスタンピング法、ハイドロフォーミング法などの成形装置が採用されてもよい。
　上述の実施形態では、金属パイプはフランジ部を有していたがフランジ部を有さなくてもよい。また、金属材料はパイプでなくともよく、板材であってもよい。
［形態１］
　アルミニウム合金の金属材料から金属部材を成形する成形装置であって、
　断面視において窪むように湾曲し、金属部材の角部を成形する角部成形面を有する成形金型を備え、
　前記成形金型は、
　　互いに対向する第１の主金型及び第２の主金型と、
　　前記第１の主金型及び前記第２の主金型に対して相対的に移動可能な複動金型と、を有し、
　前記角部成形面に対して、前記金属材料において前記角部に対応する角部対応部位を押し込むように、前記金属材料を前記複動金型で押圧する、成形装置。
［形態２］
　前記複動金型は、前記第１の主金型及び前記第２の主金型が型締め位置へ移動する前段階で、前記角部対応部位を前記角部成形面に対して押し込む、形態１に記載の成形装置。
［形態３］
　前記複動金型は、断面視において前記第１の主金型及び前記第２の主金型が対向する第１の方向と交差する第２の方向へ移動可能であり、
　前記複動金型は、前記金属材料のうち前記角部対応部位とは異なる部位を押圧する、形態１又は２に記載の成形装置。
［形態４］
　前記複動金型は、前記角部成形面を有し、当該角部成形面を前記角部対応部位へ押し付ける、形態１～３の何れか一項に記載の成形装置。
　１…成形装置、１１…主金型（第１の主金型）、１２…主金型（第２の主金型）、１８Ａ，１８Ｂ…複動金型、１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ…複動金型、４０…金属パイプ材料（金属材料）、４１…金属パイプ（金属部材）、４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄ…角部、４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄ…角部対応部位、８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄ…角部成形面。

Claims (4)

  1. 　アルミニウム合金の金属材料から金属部材を成形する成形装置であって、
    　断面視において窪むように湾曲し、金属部材の角部を成形する角部成形面を有する成形金型を備え、
    　前記成形金型は、
    　　互いに対向する第１の主金型及び第２の主金型と、
    　　前記第１の主金型及び前記第２の主金型に対して相対的に移動可能な複動金型と、を有し、
    　前記角部成形面に対して、前記金属材料において前記角部に対応する角部対応部位を押し込むように、前記金属材料を前記複動金型で押圧する、成形装置。
  2. 　前記複動金型は、前記第１の主金型及び前記第２の主金型が型締め位置へ移動する前段階で、前記角部対応部位を前記角部成形面に対して押し込む、請求項１に記載の成形装置。
  3. 　前記複動金型は、断面視において前記第１の主金型及び前記第２の主金型が対向する第１の方向と交差する第２の方向へ移動可能であり、
    　前記複動金型は、前記金属材料のうち前記角部対応部位とは異なる部位を押圧する、請求項１に記載の成形装置。
  4. 　前記複動金型は、前記角部成形面を有し、当該角部成形面を前記角部対応部位へ押し付ける、請求項１に記載の成形装置。
     
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