JP4375729B2 - 超塑性成形品の離型方法 - Google Patents

Description

本発明は、金型を閉じて流体の圧力で板状素材に塑性変形を与え、その後に、金型を開いて成形品を取り出す超塑性成形品の離型方法に関するものである。

アルミニウム合金の超塑性成形ではブランク材（板状素材）を溶融点以下の約５００℃付近まで加熱し、軟化した状態で、気体の流体圧により金型にブランク材を馴染ませるように成形した後、金型を開いて金型から成形品を離型するが、金型を開いた時点では、成形品は約５００℃付近まで上昇しており、かつ金型に密着している。この状態で成形品を取り出す場合、時間をかけて放冷すれば、成形品温度が下がるため、成形品が硬化、熱収縮する。これにより、離型時における成形品の変形、金型の密着性が下がることになるため、取り出しが行い易い。しかしながら、放冷をする時間は、サイクルタイムを長くする要因となり、作業性が悪い。そこで、ブランク材に流体圧を加えて成形品を成形した後、金型の備える押出し手段により、成形品を押出すことで金型より離型する先行技術がある。この先行技術では、更に成形品を冷却することで、離型時における成形品の変形を防止する技術も記載されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平６−２３８３７８号公報（第５頁、図１）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図７は、従来の離型方法を説明する図であり、従来の薄板成形体の離型方法は、まず、金型容器１０１と天板１０２との間に薄板材１０３を配置するとともに、ビード１０５と挟持面１０６とで周縁部１０７を挟持する。続けて、挟持した状態で薄板材１０３を５００℃前後に加熱するとともに、天板１０２側から不活性ガスを入れることで、薄板材１０３を塑性変形させるとともに成形面１０８に密着させて成形加工を施す。その次に、押出し機構に相当するシリンダ機構１０９でヘッド１１１を移動させて、ヘッド１１１と挟持面１０６とで周縁部１０７を挟持しながら薄板材１０３を金型容器１０１から離型する。その結果、薄板材を確実に、しかも安定して離型させることができる。

しかし、特許文献１の離型方法では、離型する際に、成形した薄板材１０３が変形するおそれがある。成形した薄板材１０３の温度は、５００℃前後からの降温途中にあり、軟化状態で塑性変形しやすく、成形品の形状や厚さによっては、離型する際の突出し力が成形品の一部に集中して、成形品に変形が発生する割合は高くなる。

この変形を抑える目的で特許文献１の段落番号［００２８］（図４）の冷却手段を設け、成形した薄板材１０３を冷却するという考えがある。しかし、局部冷却のため、噴出し口付近では冷却が促進され、噴出し口から離れた部位では冷却され難くなる。このため、押出し手段による変形は防止されるものの、熱収縮の度合が部分的に異なることに起因する熱歪みによる変形が新たに発生する問題がある。
また、金型容器１０１及び天板６の温度は共に５００℃前後を保持しており、５００℃前後の雰囲気下にある薄板材１０３の冷却には時間がかかる。

本発明は、超塑性成形金型から成形品を離型する際に成形品に変形が起きず、熱歪みのない超塑性成形品の生産効率の向上を図ることを課題とする。

請求項１に係る発明は、成形面を備えた成形型と、流体吹き込み口を備えた吹き込み型と、成形型の周囲に成形型に対し独立して、上下摺動可能に設けたブランクホルダと、からなる超塑性成形金型にブランク材を挟み、吹き込み型から吹き込んだ流体の圧力でブランク材を成形型へ超塑性成形し、超塑性成形金型を開いて成形品を払い出す超塑性成形品の離型方法において、成形型をプレス機の上側に取付け、プレス機の下側に吹き込み型を取付け、成形品を払い出す工程に、ブランクホルダの自重で成形品の周囲を押さえ、この状態で成形型を型開き方向へ移動することで、成形品を成形型から分離する工程を含むことを特徴とする。

請求項２に係る発明では、周囲は、ビードを備えたブランクホルダで押さえることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、成形品を払い出す工程に、ブランクホルダの自重で成形品の周囲を押さえ、この状態で成形型を型開き方向へ移動することで、成形品を成形型から分離する工程を含む。このように、成形品の周囲を押さえて成形型を型開きすると、押さえない残りの中央は周囲より先に離型するので、成形品を離型する際に成形品に変形が起きないという利点がある。

また、ブランクホルダの自重で成形品の周囲を押さえ、この状態で成形型を型開き方向へ移動することで、成形品を成形型から分離する工程を含むので、成形品を成形型から押出すための押出しピンを用いた場合に比べ、押出しピンの作動時間を設定する必要がなくなり、無駄な待ち時間が発生しない。従って、成形サイクルタイムを短くすることができる。
請求項１に係る発明では、ブランクホルダで成形品の周囲を押さえる際の押え力は、ブランクホルダの自重としたので、押え力を発生させるための、例えば、油圧シリンダなどの押え力発生手段を用いる必要がなく、ブランクホルダの構成は簡単になるという利点がある。
また、成形品の周囲を押さえる際の押え力は、ブランクホルダの自重としたので、ブランクホルダの自重だけによる押え力をブランク材に加えて、自重以外の押え力が外部から加えられることはなく、押さえた成形品の周囲にブランクホルダによる変形が起きないという利点がある。

請求項２に係る発明では、周囲は、ビードを備えたブランクホルダで押さえるので、押さえない残りの中央を離型する際の力に抗して周囲をビードで確実に押さえることができる。従って、成形品を離型する際に成形品に変形が起きないという利点がある。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は、本発明の超塑性成形品の離型方法で成形した成形品の斜視図である。
成形品１１は、超塑性加工用のアルミニウム合金を用いて成形したことを特徴とし、超塑性の利点を活用するとともに、逆に欠点となりやすい厚さの減少に伴う離型の際の変形を抑えて、サイクルタイムの短縮を図った成形方法で成形されたものである。

また、成形品１１は、製品部１２と、製品部１２に連なる周囲であるところの周囲部１３とからなる、例えば、自動車部品である。１４は成形品１１の中央部を示す。
周囲部１３は、成形する際に押さえる部位で、第１〜第４フランジ部１５〜１８を有する。なお、成形品１１の形状は、一例であり、目的に応じて形状は変わる。
このような成形品１１を成形する本発明の成形方法を次に説明する。

図２は、本発明の超塑性成形品の離型方法に用いる成形装置の説明図である。
成形装置２１は、プレス機２２と、プレス機２２に設けた超塑性成形金型２３と、吹き込み装置２４と、これらのプレス機２２、超塑性成形金型２３及び吹き込み装置２４を予め設定した条件に基づいて制御する制御装置２５と、を備える。２７はプレス機２２の位置検出器を示す。
吹き込み装置２４は、図に示していないポンプ及び弁を備え、流体を制御する。流体には、圧縮空気を用いた。

超塑性成形金型２３は、成形型２８と、成形型２８の周囲に成形型２８とは独立して設けたブランクホルダ３１と、成形型２８に対向する吹き込み型３２と、からなる。
成形型２８は、中央に形成した成形面３３と、成形面３３に形成した通気孔３４・・・（・・・は複数を示す。以下同様。）と、を備える。
通気孔３４は、径の小さい孔であり、成形品１１に通気孔３４の跡が付かないものである。通気孔３４の数は、２個だけ示したが、限定しない。

ブランクホルダ３１は、ブランクホルダ付勢手段３７を備え、成形品１１（図１参照）の全周であるところの周囲部１３（図１参照）を押さえることのできる環状のブランクホルダである。
また、ブランクホルダ３１は、図１の第１フランジ部〜第４フランジ部１５〜１８をそれぞれ押さえるための図２の第１〜第４ブランクホルダ４１，４２，４３，４４（４４は図に示していない。）とからなる。

第１ブランクホルダ４１は、成形型２８の成形面３３とともに製品形状を成形する成形面４５を形成し、成形面４５に連ねて押圧面４６を形成し、押圧面４６にビード４７の凸部を形成したもので、成形面４５で成形を行うとともにビード４７によって第１フランジ部１５（図１参照）の滑り抵抗を増す。

第２〜第４ブランクホルダ４２〜４４は、第１ブランクホルダ４１と同様に成形面４５、押圧面４６及びビード４７・・・を形成したもので、成形面４５で成形を行うとともに、第２〜第４フランジ部１６（図１参照）〜１８（図１参照）の滑り抵抗を増す。なお、第１〜第４ブランクホルダ４１〜４４に成形面４５を形成するか否かは成形条件により任意である。
ビード４７は、凸部と凹部とからなり、凸部と凹部とでビードと呼称する。

ブランクホルダ付勢手段３７は、第１〜第４ブランクホルダ４１〜４４のそれぞれに押え力を付与するものであり、第１〜第４ブランクホルダ４１〜４４の自重が押え力となる。

また、ブランクホルダ付勢手段３７は、成形型２８の外側に上下摺動可能に嵌合したロッド５１〜５４を有し、ロッド５１〜５４の下限位置を図２に示す位置に設定し、上限位置をロッドの長さに設定し、ロッド５１に第１ブランクホルダ４１を吊り下げ、同様にロッド５２〜５４にそれぞれ第２〜第４ブランクホルダ４２〜４４を吊り下げ、ロッド５１〜５４が上下摺動のガイドとなり、成形型２８が下降する過程において、第１〜第４ブランクホルダ４１〜４４がブランク材に当接した時点からロッド５１〜５４の後退（上昇）が始まる。

ここでは、第１〜第４ブランクホルダ４１〜４４の自重によって第１〜第４ブランクホルダ４１〜４４にそれぞれ押え力を付与したが、例えば、密閉式ダンパやばねやゴムで押え力を付与する構成でもよい。

吹き込み型３２は、成形面３３の形状にほぼ沿って凸形状に形成した予備込み面５８と、予備込み面５８の中央に形成した流体吹き込み口６１と、予備込み面５８の端に形成した押圧面６２と、押圧面６２に形成したビード４７の凹部６３と、を備える。
このような、超塑性成形金型２３を用いて行う本発明の成形方法を具体的に説明する。

図３（ａ），（ｂ）は、本発明の超塑性成形品の離型方法の説明図（その１）である。
超塑性成形品の離型方法は、ブランク材加熱工程と、ブランク材セット工程と、型閉じ兼ブランク材押え工程と、吹き込み工程と、成形品を払い出す工程（払出し工程）と、を備える。
成形品を払い出す工程は、型開き兼成形品の中央部を離型する工程と、成形品の残りの周囲部を離型する工程と、取り出し工程とからなる。
これらの工程を順に説明する。

（ａ）：ブランク材加熱工程では、ブランク材６４を加熱炉６５で加熱する。具体的には、加熱炉６５は、炉本体６６と、熱源６７と、熱電対６８と、制御装置７１とを備える。

ブランク材６４は、アルミニウム合金の板で、超塑性加工用のＡｌ−Ｍｇ系合金（５０００系）が好適である。しかし、アルミニウム合金は、超塑性加工用のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（Ａ６０００系）を使用することもできる。

このようなブランク材６４を、予め制御装置７１に設定した温度条件及び熱電対６８の情報に基づいて熱源６７を制御することで、例えば４５０℃〜５５０℃に均一に加熱する。加熱したなら、加熱炉６５から４５０℃〜５５０℃のブランク材６４を図に示していない搬送手段で超塑性成形金型２３（（ｂ）参照）に搬送し、ブランク材セット工程を開始する。

（ｂ）：ブランク材セット工程では、超塑性成形金型２３の吹き込み型３２に４５０℃〜５５０℃のブランク材６４をセットし、成形型２８の下降を開始する。
なお、ブランク材６４の加熱を、超塑性成形金型２３にセットした後に行うことも可能である。
次に型閉じ兼ブランク材押え工程を実施する。

図４（ａ），（ｂ）は、本発明の超塑性成形品の離型方法の説明図（その２）である。
（ａ）：型閉じ兼ブランク材押え工程では、成形型２８を下降させる。詳しくは、プレス機２２で成形型２８をストロークＳ１だけ下降させ、ブランクホルダ３１でブランク材６４の周囲部１３を矢印ａ，ａ，ａの如く挟んで押さえることで、同時に、吹き込み型３２の予備込み面５８にブランク材６４を密着させる。この時点で、ブランクホルダ３１の成形面４５（図２参照）は成形面３３に対して一体的な成形面となる。

このように、型閉じ兼ブランク材押え工程では、吹き込み型３２の予備込み面５８を用いるので、予備込み面５８によってブランク材６４を成形面３３に近似した凸形状に曲げ、凸形状のブランク材６４をブランクホルダ３１と吹き込み型３２の押圧面６２（図２参照）とで挟み、拘束することができる。その結果、凸形状に曲げる際にはブランク材６４に伸びはほとんど起きずに、拘束後の凸形状からブランク材６４は流体で伸び始めるので、成形面３３に達するまでのブランク材６４の伸び量は小さく、板厚減少率を小さくすることができる。

（ｂ）：続けて、吹き込み工程を実施する。吹き込み工程（第１工程）では、吹き込み型３２に気体を吹き込み装置２４で供給する。吹き込み装置２４は、プレス機２２の位置検出器２７の情報を処理した制御装置２５（図２参照）の情報に基づいて所定圧力の気体を流体吹き込み口６１に矢印ｂの如く送る。気体は、吹き込み型３２とブランク材６４との間に矢印ｃの如く流入して、圧力でブランク材６４を引き伸ばす。その際、ブランク材６４と成形型２８との間にある空気は押し出され、通気孔３４・・・から抜け始める。一方、プレス機２２は、流体の圧力に抗する型締め力Ｆを保つ。

図５（ａ），（ｂ）は、本発明の超塑性成形品の離型方法の説明図（その３）である。
（ａ）：吹き込み工程（最終工程）では、引き続き、気体を所定時間だけ供給することで、気体の供給を完了する。気体を供給する過程で、気体は、約５００℃のブランク材６４を引き伸ばしながら成形型２８の成形面３３に密着させることで、成形面３３と同一形状に超塑性成形する。この時点で、ブランク材６４は成形品１１（図１参照）の形状となる。

（ｂ）：型開き兼成形品の中央部を離型する工程を行う。
型開きは、成形型２８をストロークＳ２だけ開く。
成形品の中央部を離型する工程は、型開きと同時に行われる工程で、成形型２８の周囲に成形型２８とは独立して設けたブランクホルダ３１で成形品１１の周囲部１３を押さえ、この押さえた状態で成形型２８を型開き方向（矢印ｄの方向）へ移動することで、成形品１１を成形型２８から分離する工程で、言い換えると、成形品１１の中央部１４を成形型２８から離型する工程である。
なお、成形品１１の中央部１４を成形型２８から離型する時に、通気孔３４・・・から空気が自然に流入する。

このように、成形品を払い出す工程の型開き兼成形品の中央部を離型する工程では、ブランクホルダ３１の成形面４５（図２参照）を用いることによって、成形型２８から距離Ｙだけ成形品１１の中央部１４が離型するので、成形品１１を離型する際に成形品１１に変形が起きない。

周囲部１３は、ビード４７（図２参照）を備えたブランクホルダ３１で押さえるので、押さえない残りの中央部１４を離型する際の力に抗して周囲部１３をビード４７（図２参照）で確実に押さえることができる。従って、成形品１１を離型する際に成形品１１に変形が起きない。

成形品１１の周囲部１３を押さえるときに、成形品１１の全周を押さえることのできる環状のブランクホルダ３１を用いれば、成形品１１の中央部１４を離型する際に、環状のブランクホルダ３１によって、周囲部１３に剥離は起きない。その結果、周囲の一部が剥離して、剥離した周囲の一部が成形型２８に引っ張られるようなことは起きず、成形品を離型する際に、成形品１１の変形をより確実に防止することができるという利点がある。

また、成形品を払い出す工程の型開き兼成形品の中央部を離型する工程では、成形品１１を成形型２８から押出す押出しピンを用いる必要がなく、押出しピンによる変形を防止するために設定していた成形品の冷却時間を省いて、冷却時間を短くすることができ、生産効率の向上を図ることができる。

さらに、成形品を払い出す工程では、成形品１１を成形型２８から押出す押出しピンを用いる必要がなく、押出しピンの機構、位置、数など押出しピンに伴う条件がなく、金型設計の自由度を高めることができるとともに、成形品の意匠の自由度を高めることができる。

図６は、本発明の超塑性成形品の離型方法の説明図（その４）であり、成形品の残りの周囲部を離型する工程と、取り出し工程を示す。
成形品の残りの周囲部を離型する工程は、成形型２８をストロークＳ２だけ上昇させた直後に連続して制御装置２５（図２参照）の情報に基づいて、成形型２８とブランクホルダ３１を一体的にストロークＳｆだけ上昇させることで、周囲部１３からブランクホルダ３１を離型する。

成形品の残りの周囲部を離型する工程では、ブランクホルダ３１は周囲部１３に対して平坦かつ勾配であるから、吹き込み型３２の密着力に比べ、ブランクホルダ３１の周囲部１３に対する密着力は小さく、成形品１１を押さえることなく、周囲部１３からブランクホルダ３１を離型することができる。従って、成形品１１を離型する際に成形品１１に変形が起きない。

成形品を払い出す工程の成形品の残りの周囲部を離型する工程では、成形品１１の中央部１４の離型とほぼ同時に周囲部１３の離型を行う。つまり、型開とほぼ同時に離型を行うので、成形品１１を成形型２８から押出すための押出しピンを用いた場合に比べ、押出しピンの作動時間を設定する必要がなくなり、無駄な待ち時間が発生しない。従って、成形サイクルタイムを短くして、超塑性成形品の生産効率の向上を図ることができる。

最後に、取り出し工程を実施する。取り出し工程は、成形品１１を取り出し機７２で矢印ｇの如く取り出す。この取り出し工程で成形の１サイクルは完了する。続けて、２サイクル目（図３参照）を開始する。

尚、本発明の超塑性成形品の離型方法は、実施の形態では四輪車に適用したが、二輪車にも適用可能であり、一般の車両に適用することは差し支えない。

本発明の超塑性成形品の離型方法は、四輪車に好適である。

本発明の超塑性成形品の離型方法で成形した成形品の斜視図 本発明の超塑性成形品の離型方法に用いる成形装置の説明図 本発明の超塑性成形品の離型方法の説明図（その１） 本発明の超塑性成形品の離型方法の説明図（その２） 本発明の超塑性成形品の離型方法の説明図（その３） 本発明の超塑性成形品の離型方法の説明図（その４） 従来の離型方法を説明する図

符号の説明

１１…成形品、１３…成形品の周囲（周囲部）、２３…超塑性成形金型、２８…成形型、３１…ブランクホルダ、３２…吹き込み型、３３…成形面、４７…ビード、６１…流体吹き込み口、６４…ブランク材。

Claims (2)

1. 成形面を備えた成形型と、流体吹き込み口を備えた吹き込み型と、前記成形型の周囲に成形型に対し独立して、上下摺動可能に設けたブランクホルダと、からなる超塑性成形金型にブランク材を挟み、吹き込み型から吹き込んだ流体の圧力でブランク材を成形型へ超塑性成形し、超塑性成形金型を開いて成形品を払い出す超塑性成形品の離型方法において、
   前記成形型をプレス機の上側に取付け、該プレス機の下側に前記吹き込み型を取付け、 前記成形品を払い出す工程に、前記ブランクホルダの自重で成形品の周囲を押さえ、この状態で成形型を型開き方向へ移動することで、成形品を成形型から分離する工程を含むことを特徴とする超塑性成形品の離型方法。
2. 前記周囲は、ビードを備えたブランクホルダで押さえることを特徴とする請求項１記載の超塑性成形品の離型方法。

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