WO2019111538A1 - 成形装置 - Google Patents

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    • B21D53/92—Making other particular articles other parts for aircraft

Definitions

  • the present invention relates to a molding apparatus.
  • Patent Document 1 describes that a thin plate is formed into a desired shape by an electromagnetic forming apparatus, and Patent Document 2 applies electromagnetic force to a predetermined portion of a hollow material in multiple stages by an electromagnetic plastic working method. It is described that it carries out shaping processing.
  • JP 2007-296553 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-23442
  • the bag pressurized by the liquid presses the material to be molded through the rubber plate, so the force does not spread over the entire material to be molded, the amount of molding is insufficient, and the shape accuracy is not high. .
  • the product formed by molding may have a shape defect or a shape correction operation may be required.
  • the shape correction work is time-consuming and time-consuming because it is performed by multiple moldings, manual processing, and the like.
  • a compressive force acts on the material to be formed during press forming, which may cause unnecessary wrinkles.
  • This invention is made in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the shaping
  • a molding apparatus includes an electromagnetic coil, a conductive material, a fluid disposed along the material to be molded on one surface of the material to be molded, and a fluid on the other surface of the material to be molded And a mold which is installed and formed to impart a molding shape to the material to be molded, and the fluid exerts an electromagnetic force generated by the electromagnetic coil on the fluid to cause the material to form the material to be molded. It is pressed against the mold.
  • the fluid having conductivity is installed on the one surface side of the molding material along the molding material, and the molding die is installed on the other surface side of the molding material.
  • a current is instantaneously applied to the electromagnetic coil, an induced current is generated in the fluid having conductivity, and an electromagnetic force acts on the fluid.
  • the fluid moves in the direction of the mold, and the fluid presses the material to be molded onto the mold.
  • the molding shape is given to the material to be molded by the molding die.
  • the fluid may be a metal powder, a liquid in which the metal powder is dispersed, or a liquefied metal.
  • the fluid may be accommodated in the bag-like member.
  • press molding can be performed on a material to be molded with high accuracy.
  • the forming apparatus 1 is an apparatus that applies a forming shape to a plate-like material 50 that is a to-be-formed material made of, for example, an aluminum alloy, using the forming die 4.
  • the forming member 60 formed by the forming apparatus 1 is used for an aircraft part or the like.
  • the molding apparatus 1 includes an electromagnetic coil 2, a power supply unit 3 that supplies a current to the electromagnetic coil 2, a molding die 4, and the like.
  • the forming apparatus 1 generates an induced current to the conductive material by the electromagnetic coil 2 to exert an electromagnetic force, similarly to generally known electromagnetic forming.
  • the operating conditions and the like of the molding apparatus 1 can be set in the same manner as electromagnetic molding that is normally performed.
  • the electromagnetic coil 2 is disposed outside the molding surface of the mold 4.
  • the electromagnetic coil 2 is disposed along the surface of the mold 4 as shown in FIG.
  • the electromagnetic coil 2 may have, for example, a cylindrical shape, and the mold 4 may be disposed inside the electromagnetic coil 2.
  • the power supply circuit 5 is a circuit in which a capacitor 6 is installed in parallel with the electromagnetic coil 2 and a switch 7 is installed between the electromagnetic coil 2 and a connection point between the power supply unit 3 and the capacitor 6. It consists of In this configuration, when the switch 7 is opened, the capacitor 6 is charged from the power supply unit 3 via the electric resistor 8. Then, by closing the switch 7 and discharging the charge stored in the capacitor 6, a large current to the electromagnetic coil 2 is generated.
  • the fluid 10 is a conductive and fluid material.
  • the fluid 10 is accommodated in, for example, a rubber bag 11.
  • the fluid 10 is, for example, a metal powder or a liquid in which the metal powder is dispersed.
  • the metal powder is, for example, iron powder.
  • the liquid is, for example, oil, and fluidity and corrosion resistance are ensured.
  • the proportion of the metal powder in the liquid is desirably 50% by mass or more, and preferably 75% by mass or more.
  • the load pressure at the time of molding may be reduced, even if the value is smaller than the above-described example, it is applicable as the fluid 10 as long as it can be molded by the material.
  • the fluid 10 may be a low melting point metal.
  • the low melting point metal is, for example, lead, tin or the like.
  • the fluid 10 is placed on one side of the plate-like material 50 which is a material to be molded, and the mold 4 is installed on the other side of the plate-like material 50 with the plate-like material 50 interposed therebetween.
  • the plate-like material 50 which is a material to be molded is placed on the molding surface of the mold 4.
  • the mold 4 is a male mold and imparts a molding shape to the plate-like material 50.
  • the plate-like material 50 is placed on the molding surface of the molding die 4. Then, the fluid 10 is further placed on the upper surface of the plate-like material 50 placed on the mold 4.
  • the electromagnetic force is generated in the fluid 10 to make the plate 10 larger than the conventional barson press molding in which the plate material is pressed against the molding die only by the fluid pressure of the fluid.
  • the pressing force can be generated in a short time.
  • the plate-like material 50 is formed at a high pressing force and high speed by utilizing the electromagnetic force acting on the fluid 10, it becomes possible to perform the forming with high accuracy in the shape along the forming die 4
  • the amount of spring back is reduced in the formed member 60.
  • the material is such a material that the breaking elongation becomes high as the strain rate becomes high, and by forming at a high speed, the reduction effect of the amount of spring back is large. Therefore, since it is hard to produce lack of shaping
  • the molding member 60 can be formed without generating unnecessary wrinkles even in the case of molding a flange (a compression flange) having a convex curved surface on the outside.
  • a magnesium alloy such as AZ80
  • AZ80 a magnesium alloy
  • the present invention is not limited to this example.
  • the present invention can be applied to the case where the molding die 4 is pressed against the molding member 60 already processed and the shape correction is performed on the molding member 60.
  • molding apparatus 2 electromagnetic coil 3: power supply 4: mold 5: power circuit 6: capacitor 7: switch 8: electric resistance 10: fluid 11: bag 50: plate material 60: molded member

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Abstract

被成形材料に対して精度良くプレス成形を行うことが可能な成形装置を提供することを目的とする。成形装置（１）は、電磁コイル（２）と、導電性を有し、板状材料（５０）の一面側に板状材料（５０）に沿って設置される流体（１０）と、板状材料（５０）の他面側に設置され、板状材料（５０）に対して成形形状を付与するように形成された成形型（４）とを備え、電磁コイル（２）によって発生する電磁力を流体（１０）に作用させて、流体（１０）が板状材料（５０）を成形型（４）に対して押し付ける。

Description

成形装置
　本発明は、成形装置に関するものである。
　航空機を構成する航空機部品は、多種にわたっており、アルミニウム合金製の板材をプレス成形して所望の形状を得る場合、多種類の成形型を用意する必要がある。プレス成形の方法の一つとして、雄型の成形型に被成形材料を載置し、雌型の代わりに、油等の液体によって加圧されたゴム製のバッグによって被成形材料を押圧する方法（バーソンプレス成形）がある。バーソンプレス成形は、成形型として雄型だけを用意すればよく、航空機部品等の多品種少量生産に適している。
　一方、バーソンプレス成形ではなく、電磁成形装置を用いて被成形材料を成形する技術も知られている。電磁成形では、電磁コイルに瞬時に大電流を流すことによって、電磁コイルに沿って配置された被成形材料の表面に誘導電流を発生させる。その結果、被成形材料の表面に電磁力が作用し、被成形材料が成形型の方向へ移動して、成形型に押し付けられる。
　下記の特許文献１には、電磁成形装置によって薄板を所望の形状に成形することが記載され、特許文献２には、電磁塑性加工法によって中空材の所定部分に電磁力を多段階に付与することによって成形加工することが記載されている。
特開２００７－２９６５５３号公報 特開平６－２３４４２号公報
　上述したバーソンプレス成形では、液体によって加圧されたバッグは、ゴム板を介して被成形材料を押圧するため、被成形材料全体に力が行き渡らず、成形量が不足し、形状精度が高くない。そのため、成形によって形成された製品が形状不良となったり、形状の修正作業が必要になったりする。形状の修正作業は、複数回の成形や、手作業による加工等によるため、時間や手間がかかるという問題がある。また、外側に凸状の曲面を有するフランジ（縮みフランジ）を成形する場合など成形形状によっては、プレス成型時において被成形材料に圧縮力が作用するため、不要な皺が生じる場合がある。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、被成形材料に対して精度良くプレス成形を行うことが可能な成形装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係る成形装置は、電磁コイルと、導電性を有し、被成形材料の一面側に前記被成形材料に沿って設置される流体と、前記被成形材料の他面側に設置され、前記被成形材料に対して成形形状を付与するように形成された成形型とを備え、前記電磁コイルによって発生する電磁力を前記流体に作用させて、前記流体が前記被成形材料を前記成形型に対して押し付ける。
　この構成によれば、被成形材料の一面側に被成形材料に沿って、導電性を有する流体が設置され、被成形材料の他面側に成形型が設置される。電流を電磁コイルに瞬時に流すと、導電性を有する流体に誘導電流が発生し、流体に電磁力が作用する。そして、流体が成形型の方向へ移動して、流体が被成形材料を成形型に押し付ける。これにより、成形型によって、被成形材料に対して成形形状が付与される。流体に電磁力を発生させることにより、流体の液圧のみによって、被成形材料を成形型に押し付ける場合に比べて、大きな押圧力を短時間に発生させることができる。被成形材料は、電磁力を利用して高い押圧力で高速度に成形されるため、精度の高い成形が可能となり、スプリングバック量が低減される。その結果、成形後のひずみ修正作業も削減できる。
　上記態様において、前記流体は、金属粉末、金属粉末が分散された液体、又は、液化した金属でもよい。
　上記態様において、前記流体は、袋状部材に収容されてもよい。
　本発明によれば、被成形材料に対して精度良くプレス成形を行うことができる。
本発明の一実施形態に係る成形装置を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る成形装置を示す縦断面図である。
　以下に、本発明の一実施形態に係る成形装置１について、図１及び図２を参照して説明する。
　本実施形態に係る成形装置１は、例えばアルミニウム合金製の被成形材料である板状材料５０に対して、成形型４を用いて、成形形状を付与する装置である。成形装置１によって形成された成形部材６０は、航空機部品などに用いられる。
　本実施形態に係る成形装置１は、図１に示すように、電磁コイル２と、電磁コイル２に電流を供給する電源部３と、成形型４などを有する。成形装置１は、一般に知られている電磁成形と同様に、電磁コイル２によって導電性の材料に対して誘導電流を発生させ、電磁力を作用させる。成形装置１の運転条件等は、通常行われている電磁成形と同様に設定できる。
　電磁コイル２は、成形型４における成形面の外側に配置される。例えば、電磁コイル２は、図１に示すように、成形型４の表面に沿って配置される。電磁コイル２は、例えば円筒形状を有し、成形型４が電磁コイル２の内部に配置されてもよい。
　電磁コイル２には、電源部３から大電流が供給される。電源回路５は、例えば、図１に示すように、電磁コイル２と並列にコンデンサ６が設置され、電源部３及びコンデンサ６の接続点と電磁コイル２との間にスイッチ７が設置される回路で構成される。この構成において、スイッチ７が開かれているとき、電源部３から電気抵抗８を介してコンデンサ６に電荷が充電される。そして、スイッチ７を閉じて、コンデンサ６に充電された電荷を放電することによって、電磁コイル２への大電流が発生する。
　流体１０は、導電性を有し、流動性のある材料である。流体１０は、例えばゴム製のバッグ１１に収容される。流体１０は、例えば、金属粉末、又は、金属粉末が分散された液体である。金属粉末は、例えば鉄粉である。液体は、例えば油であり、流動性や防錆性が確保される。金属粉末が分散された液体において、金属粉末が液体に占める割合は、５０質量パーセント以上、可能であれば７５質量パーセント以上が望ましい。但し、成形時の負荷圧力が小さくなる可能性があるが、上述した例より小さい値であっても、材料によって成形が可能であれば、流体１０として適用可能である。また、流体１０は、低融点金属でもよい。低融点金属は、例えば鉛、スズなどである。成形装置１の環境を低融点金属である流体１０の融点以上の環境とすることで、流動性のある液化した状態で流体１０を使用することができる。
　流体１０は、被成形材料である板状材料５０の一面側に載置され、板状材料５０を間に挟んで、板状材料５０の他面側に成形型４が設置される。
　電磁コイル２に瞬時に大電流を流すことによって、電磁コイル２に沿って配置された流体１０の表面に誘導電流が発生する。その結果、流体１０に電磁力が作用し、流体１０が成形型４の方向へ移動して、流体１０と板状材料５０が成形型４へ押し付けられる。
　成形前において、被成形材料である板状材料５０は、成形型４の成形面に載置される。成形型４は、雄型であり、板状材料５０に対して成形形状を付与する。
　本実施形態に係る成形装置１を用いた成形方法では、まず、図１に示すように、成形型４の成形面に板状材料５０を載置する。そして、成形型４に載置された板状材料５０の上面に流体１０を更に載置する。
　次に、電磁コイル２に電流を供給する。その結果、流体１０の表面に誘導電流が発生し、流体１０に電磁力が作用するため、流体１０が成形型４の方向へ移動し、流体１０が板状材料５０を成形型４へ押し付ける。このとき、流体１０の流動性が低下し、流体１０は強固に板状材料５０を押圧できる。これにより、図２に示すように、板状材料５０が成形型４に沿って成形されて、成形部材６０が形成される。所定時間かけて板状材料５０を押圧した後、電流の供給を遮断することによって、流体１０における電磁力の作用を停止できる。また、これにより流体１０の流動性が回復する。
　以上、本実施形態に係る成形装置１によれば、流体１０に電磁力を発生させることにより、流体の液圧のみによって、板状材料を成形型に押し付ける従来のバーソンプレス成形に比べて、大きな押圧力を短時間に発生させることができる。
　すなわち、板状材料５０は、流体１０に作用する電磁力を利用して高い押圧力で高速度に成形されるため、成形型４に沿った形状で精度の高い成形が可能となり、かつ、形成された成形部材６０においてスプリングバック量が低減される。特にアルミニウム合金の場合、歪み速度が速くなると破断伸びが高くなる材料であり、高速度に成形されることによって、スプリングバック量の低減効果が大きい。したがって、成形部材６０の成形量不足が生じにくいため、成形後のひずみ修正作業も削減できる。また、精度良く成形できることから、外側に凸状の曲面を有するフランジ（縮みフランジ）を成形する場合などにおいても、不要な皺を発生させずに成形部材６０を形成できる。なお、歪み速度が速くなると破断伸びが高くなる材料として、アルミニウム合金以外に、マグネシウム合金（ＡＺ８０など）が知られており、スプリングバック量の低減効果が得られる。
　なお、上記実施形態では、未加工の板状材料５０から成形部材６０を初めて形成する場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、すでに加工された成形部材６０に対して成形型４を押し付けて、成形部材６０に形状修正を施す場合にも本発明を適用することができる。
１　　：成形装置
２　　：電磁コイル
３　　：電源部
４　　：成形型
５　　：電源回路
６　　：コンデンサ
７　　：スイッチ
８　　：電気抵抗
１０　：流体
１１　：バッグ
５０　：板状材料
６０　：成形部材

Claims (3)

  1. 　電磁コイルと、
    　導電性を有し、被成形材料の一面側に前記被成形材料に沿って設置される流体と、
    　前記被成形材料の他面側に設置され、前記被成形材料に対して成形形状を付与するように形成された成形型と、
    を備え、
    　前記電磁コイルによって発生する電磁力を前記流体に作用させて、前記流体が前記被成形材料を前記成形型に対して押し付ける成形装置。
  2. 　前記流体は、金属粉末、金属粉末が分散された液体、又は、液化した金属である請求項１に記載の成形装置。
  3. 　前記流体は、袋状部材に収容されている請求項１又は２に記載の成形装置。
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