CN101987337A - 热胀成形装置、热胀成形方法以及热胀成形品 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热胀成形装置、热胀成形方法以及热胀成形品。能够抑制在工件的长度方向中央侧发生下沉。热胀成形装置(1)，将预先加热的管状坯件(10b)配置在金属膜(21A、31A)的型腔(33A)中，向管状坯件(10b)内供给空气并以该空气的压力将管状坯件(10b)推抵在型腔面(211A、311A)上进行成形，然后，将管状坯件(100)配置在金属膜(21B、31B)的型腔(33B)中，向该管状坯件(10c)供给空气并以该空气的压力将管状坯件(10c)推抵在型腔面(211B、311B)上，通过型腔面(211B、311B)一边对管状坯件(10c)进行冷却一边进行成形。在型腔面(211A、311A)中的、对管状坯件(10b)的长度方向端侧进行推抵的部分上，形成有截面圆弧形状的凸部(331)。

Description

热胀成形装置、热胀成形方法以及热胀成形品
技术领域
本发明涉及热胀成形装置、热胀成形方法以及热胀成形品。详细地说，涉及如下所述的热胀成形装置、热胀成形方法以及热胀成形品：将预先加热的管状的工件配置在金属膜的型腔中，向该型腔供给流体并以流体的压力将工件推抵在金属膜的型腔面上并进行成形，然后，以金属膜将该成形后的工件冷却。
背景技术
一直以来，已知向金属膜的型腔供给高压的空气、并对管状的工件进行成形的热胀成形。
具体地，该热胀成形中，例如，对管状的工件进行预先加热，并将该管状的工件配置在一对金属膜之间。接着，一边对工件的长度方向两端侧进行约束一边对该金属膜进行合膜并向型腔供给高压的空气，通过该空气的压力将工件推抵在金属膜的型腔面上。之后，将该状态维持一定时间并以金属膜将工件冷却。然后，释放内压并打开金属膜，将成形后的工件从金属膜中取出(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2003-126923号公报
但是，由于一旦释放内压则对工件的内侧进行推压的力降低，因此工件会较大程度地收缩。此时，工件的长度方向两端侧的收缩量比工件的长度方向中央侧的收缩量大，受到该工件的长度方向两端侧的收缩的拉拽，工件的长度方向中央侧的一部分凹陷，会发生下沉。尤其，如图10所示，在工件110的长度方向中央侧的截面形状为长方形的情况下，由于长边部分111的刚性比短边部分112的刚性低，因此长边部分111较大程度地凹入。
发生这种现象的理由如下所述。
膨胀成形时，由于在工件的长度方向两端侧受到约束的状态下供给高压空气，因此，与工件的长度方向两端侧相比，工件的长度方向中央侧被空气的压力更强力地推抵在型腔上。因此，与工件的长度方向两端侧相比，工件的长度方向中央侧较早冷却，直到释放内压为止都在进行冷却。因此，一旦释放内压，则与工件的长度方向两端侧相比，工件的长度方向两端侧更大程度地收缩，工件的长度方向中央侧被该工件的长度方向两端侧的收缩拉拽，凹陷并发生下沉。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热胀成形装置，能够抑制在工件的长度方向中央侧发生下沉。
本发明的热胀成形装置(例如，后述的热胀成形装置1)，将预先加热了的管状的工件(例如，后述的管状坯件10b)配置在第一金属膜(例如，后述的下模21A、上模31A)的型腔(例如，后述的型腔33A)中，向所述工件内供给流体(例如，后述的空气)并以该流体的压力将所述工件推抵在所述第一金属膜的型腔面(例如，后述的型腔面211A、311A)上进行成形，然后，将所述工件配置在第二金属膜(例如，后述的下膜21B、上膜31B)的型腔(例如，后述的型腔33B)中，向所述工件内供给流体并以该流体的压力将所述工件推抵在所述第二金属膜的型腔面(例如，后述的型腔面211B、311B)上，通过该型腔面一边对所述工件进行冷却一边进行成形，其特征在于，在所述第一金属膜的型腔面中的对工件的长度方向端侧进行推抵的部分上，形成有截面圆弧形状的凸部(例如，后述的凸部331)。
根据本发明，在第一金属膜的型腔面中的对工件的长度方向端侧进行推抵的部分上，形成有截面圆弧形状的凸部。
因此，在通过第一金属膜对工件进行成形时，形成在型腔面上的凸部转印到工件上，在工件的长度方向端侧形成截面圆弧形状的凹部。然后，一旦通过第二金属膜对工件进行成形，进而进行冷却并释放内压，则与工件的长度方向中央侧相比，工件的长度方向一端侧较大程度地收缩。也就是说，工件的长度方向一端侧的周长较大程度地减少。
但是，由于工件的长度方向端侧和工件的长度方向中央侧是连续的，因此，该工件的长度方向端侧的收缩变形受到工件的长度方向中央侧的约束。因此，凹部被拉伸，由于该拉伸力，凹部发生变形，该凹部的圆弧形状的曲率减小，因此，虽然工件的长度方向端侧的周长欲减少但这一减少受到抑制。
其结果是，能够抑制受到该工件的长度方向一端侧的收缩拉拽而在工件的长度方向中央侧发生下沉。
本发明的热胀成形方法，将预先加热的管状的工件配置在金属膜的型腔中，向所述工件内供给流体并以该流体的压力将所述工件推抵到所述金属膜的型腔面上进行成形，其特征在于，在所述成形之前，在所述工件的长度方向端侧形成截面圆弧形状的凹部。
本发明的热胀成形品，是通过热胀成形而成形的管状的热胀成形品，其特征在于，在长度方向端侧形成有截面圆弧形状的凹部(例如，后述的凹部11)。
发明的效果
根据本发明，在通过第一金属膜对工件进行成形时，形成在型腔面上的凸部转印到工件上，在工件的长度方向一端侧形成截面圆弧形状的凹部。然后，在通过第二金属膜对工件进行成形、进而进行冷却并释放内压时，与工件的长度方向中央侧相比，工件的长度方向一端侧较大程度地收缩。也就是说，工件的长度方向一端侧的周长较大程度地减少。但是，由于工件的长度方向端侧和工件的长度方向中央侧是连续的，因此，该工件的长度方向端侧的收缩变形受到工件的长度方向中央侧的约束。因此，凹部被拉伸，由于该拉伸力，凹部发生变形，该凹部的圆弧形状的曲率减小，因此，虽然工件的长度方向端侧的周长欲减少但这一减少受到抑制。其结果是，能够抑制受到该工件的长度方向一端侧的收缩拉拽而在工件的长度方向中央侧发生下沉。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的热胀成形装置的动作的流程图。
图2是通过所述实施方式的热胀成形装置进行成形的工件的立体图。
图3是构成所述实施方式的热胀成形装置的第一膨胀成形装置的剖视图。
图4是所述实施方式的第一膨胀成形装置的金属膜的剖视图。
图5是构成所述实施方式的热胀成形装置的第二膨胀成形装置的剖视图。
图6是所述实施方式的第二膨胀成形装置的金属膜的剖视图。
图7是构成所述实施方式的热胀成形装置的第三膨胀成形装置的剖视图。
图8是所述实施方式的第三膨胀成形装置的金属膜的剖视图。
图9是对所述实施方式的第三膨胀成形装置中的工件的变形进行说明的图。
图10是用于对现有例的工件的变形进行说明的图。
附图标记的说明
1热胀成形装置
10a～10d管状坯件
11凹部
21A下模(第一金属膜)
31A上模(第一金属膜)
21B下模(第二金属膜)
31B上模(第二金属膜)
33A、33B型腔
211A、211B、311A、311B型腔面
331凸部
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的一个实施方式进行说明。
图1是表示本发明的一个实施方式的热胀成形装置1的动作的流程图。
图2是表示管状坯件10a～10d的立体图，该管状坯件10a～10d是通过热胀成形装置1成形的工件。
热胀成形装置1按照下述顺序执行如下工序：通电加热工序2、作为预备成形工序的扩管成形工序3以及压溃成形工序4、作为最终成形工序的截面成形工序5。
具体地，在通电加热工序2中，对大致直线状延伸的铝合金制成的管状坯件10a进行加热。
在扩管成形工序3中，通过第一膨胀成形装置6(参照图3)，将管状坯件10a的两端附近的部位扩张，使其成为管状坯件10b。
在压溃成形工序4中，通过第二膨胀成形装置7(参照图5)，将管状坯件10b的截面形状形成为大致椭圆形状，并使管状坯件10b的中间部弯曲，使其成为管状坯件10c。
在截面成形工序5中，通过第三膨胀成形装置8(参照图7)，将管状坯件10c的截面形状形成为大致矩形状，使其成为管状坯件10d。
图3是表示第一膨胀成形装置6的概要构成的剖视图。图4是第一膨胀成形装置6的金属膜的剖视图。
第一膨胀成形装置6包括：下模机构20，其具有对管状坯件10a、10b进行支承的下模21；上模机构30，其具有与下模21一同将管状坯件10a、10b从上下夹住的上模31；保持机构40，其保持管状坯件10a、10b的两端侧；推压机构50，其在轴方向上推压管状坯件10a、10b的两端侧；空气供给装置60，其向管状坯件10a、10b的内部供给空气；加热装置70，其对下模21以及上模31进行加热。
下模机构20具有：作为固定金属膜的上述的下膜21；对该下膜21进行支承的基台22。在下膜21上形成有型腔面211。
上膜机构30具有：与下膜21的上方相对配置的作为可动金属膜的上述的上膜31；使上膜31升降的升降装置32。在上膜31上形成有型腔面311。
当驱动升降装置32，使上膜31接近下膜21并进行合膜，则通过这些上膜31的型腔面311以及下膜21的型腔面211形成型腔33。
保持机构40具有：将下膜21上的管状坯件10a、10b设在轴方向两侧的一对保持部件41；使这些一对保持部件41沿管状坯件10a、10b的轴方向进退的进退装置42。
保持部件41为大致圆筒形状。
进退装置42使保持部件41接近管状坯件10a、10b，并使其嵌合在管状坯件10a的两端侧，由此对该管状坯件10a、10b进行保持。
推压机构50具有：插通在一对保持部件41中的一对推压部件51；使该推压部件51沿管状坯件10a、10b的轴方向进退的推压装置52。
推压装置52使推压部件51接近管状坯件10a、10b并插通在保持部件41中，对保持在该保持部件41上的管状坯件10a、10b的两端进行推压，从而将该管状坯件10a、10b在中心轴方向上压缩。
空气供给装置60具有：贯通推压机构50的一对推压部件51并到达管状坯件10a、10b的两端侧的空气供给路61；向该空气供给路61供给高压的空气的未图示的空气泵。
加热装置70内置在下膜21以及上膜31中。作为该加热装置70，能够列举出高频率电流加热装置、加热器加热装置等。
图5是表示第二膨胀成形装置7的概要构成的剖视图。图6是第二膨胀成形装置7的金属膜的剖视图。
第二膨胀成形装置7与第一膨胀成形装置6的不同点在于：由上膜31A的型腔面311A以及下膜21A的型腔面211A构成的型腔33A的形状、空气供给装置60的构造、以及不设置保持机构40以及推压机构50而设置约束机构80，至于其他的构成与第一膨胀成形装置6相同。
即，在上膜31A的型腔面311A以及下膜21A的型腔面211A的长度方向两端侧，也就是说，在对管状坯件10b、10c的长度方向两端侧进行推抵的部分上，形成有截面圆弧形状的凸部331。
另外，约束机构80具有：一对约束构件81，其设置为从轴方向夹住下膜21A上的管状坯件10b、10c；进退装置82，其使该一对约束构件81沿管状坯件10b、10c的轴方向进退。
在约束构件81上形成有凹部811。
进退装置82使约束构件81接近管状坯件10b、10c，并使管状坯件10b、10c的两端侧嵌合在凹部811中，从而对该管状坯件10b、10c的两端侧进行约束。
另外，空气供给装置60的空气供给路61A贯通一对约束构件81并延伸至管状坯件10b、10c的两端侧。
图7是表示第三膨胀成形装置8的概要构成的剖视图。图8是第三膨胀成形装置8的金属膜的剖视图。
第三膨胀成形装置8与第二膨胀成形装置7的不同点在于：由上膜31B的型腔面311B以及下膜21B的型腔面211B构成的型腔33B的形状、以及加热装置70B的构成，至于其他的构成与第二膨胀成形装置7相同。
即，在上膜31B的型腔面311B以及下膜21B的型腔面211B上，没有形成凸部331。
另外，作为加热装置70B，例如，可以使用流体加热装置。
以下，对由上述的热胀成形装置1进行的膨胀成形的顺序进行说明。
膨胀成形包括通电加热工序、扩管成形工序、压溃成形工序以及截面成形工序。
首先，在通电加热工序中，将铝合金制成的管状坯件10a加热至约500℃。
接着，进行扩管成形工序。具体地，首先，通过加热装置70将金属膜21、31加热至约500℃，也就是说，加热至管状坯件10a的再结晶温度以上。
接着，将加热后的管状坯件10a配置在下膜21上。
接着，驱动上膜机构30的升降装置32，使上膜31下降，进行金属膜21、31的合膜。
接着，驱动保持机构40的进退装置42，将保持部件41嵌合在管状坯件10a的两端侧，对该管状坯件10a进行保持。
接着，驱动推压机构50的推压部件51，以推压部件51将保持在保持部件41上的管状坯件10a的两端向压缩方向推压。同时，驱动空气供给装置60的空气泵，向型腔33内供给高压的空气。
这样，管状坯件10a以与型腔33的形状相适应的方式被热扩管成形，成为管状坯件10b。
接着，进行压溃成形工序。具体地，首先，通过加热装置70将金属膜21A、31A加热至约500℃，也就是说，加热至管状坯件10b的再结晶温度以上。
接着，对扩管成形后的管状坯件10b保持加热状态不变地通过未图示的公知的搬运机构进行搬运，将该管状坯件10b配置在下膜21A上。
接着，驱动约束机构80的进退装置82，将约束构件81嵌合在管状坯件10b的两端侧。
另外，驱动上膜机构30的升降装置32，使上膜31A下降，进行金属膜21A、31A的合膜。同时，驱动空气供给装置60的空气泵，向型腔33A供给高压的空气。
这样，扩管成形后的管状坯件10b以与型腔33A的形状相适应的方式被热(约500℃)压溃成形，成为管状坯件10c。此时，形成在型腔面211A、311A上的凸部331转印到管状坯件10c上，在管状坯件10c的长度方向两端侧形成有截面圆弧形状的凹部11(参照图9(a)、(b))。
接着，进行截面成形工序。具体地，首先，通过加热装置70B将金属膜21B、31B加热至约200℃，也就是说，加热至管状坯件10c的再结晶温度以下。
接着，通过未图示的旋转机构，将压溃成形后的管状坯件10c绕中心轴旋转大致90°，然后，通过未图示的公知的搬运机构进行搬运，将该管状坯件10c配置在下膜21B上。
接着，驱动约束机构80的进退装置82，将约束构件81嵌合在管状坯件10c的两端侧，对管状坯件10e的两端侧进行约束。另外，驱动上膜机构30的升降装置32，使上膜31B下降，进行金属膜21B、31B的合膜。同时，驱动空气供给装置60的空气泵，向型腔33B中供给高压的空气。
这样，被压溃成形后的管状坯件10c以适应型腔33B的形状的方式被截面成形，成为管状坯件10d。
在该截面成形工序中，由于金属膜21B、31B的温度为约200℃，因此，虽然管状坯件10c的热向金属膜21B、31B传递、管状坯件10c的温度降低，但能够进行某种程度的热成形。
接着，将金属膜21B、31B的温度保持在管状坯件10d的再结晶温度以下，并将金属膜21B、31B的合膜状态维持一定的时间。由此，对管状坯件10d进行冷却使其热收缩，然后，释放内压。
此时，由于管状坯件10d的两端部被约束构件81约束，因此，能够抑制管状坯件10d的轴方向的热收缩。
在此，如图9(a)所示，将形成有截面圆弧形状的凹部11的管状坯件10c的长度方向一端侧作为端部12，将管状坯件10c的长度方向中央侧作为中央部13。
一旦通过金属膜21B、31B对管状坯件10c进行冷却并释放内压，则与管状坯件10c的中央部13相比，管状坯件10c的端部12较大程度地收缩。也就是说，如图9(b)所示，管状坯件10c的端部12的周长较大程度地减少。
但是，由于管状坯件10c的端部12和中央部13是连续的，因此，该管状坯件10c的端部12的收缩变形受到管状坯件10c的中央部13的约束。因此，凹部11在图9(b)中空心箭头方向上被拉伸，由于该拉伸力，凹部11发生变形，该凹部11的圆弧形状的曲率减小。由此，虽然管状坯件10c的端部12的周长欲减少但这一减少受到抑制。
根据本实施方式，具有以下的效果。
(1)在上膜31A以及下膜21A中的被管状坯件10c的长度方向两端侧推抵的部分上，形成截面圆弧形状的凸部331。
因此，在通过金属膜21A、31A对管状坯件10c进行成形时，形成在型腔面211A、311A上的凸部331被转印到管状坯件10b上，在管状坯件10c的长度方向两端侧形成截面圆弧形状的凹部11。然后，通过金属膜21B、31B对管状坯件10c进行成形，进而进行冷却并释放内压，此时，凹部11被拉伸，凹部11因该拉伸力而变形，凹部11的圆弧形状的曲率减小，因此，能够抑制管状坯件10c的长度方向两端侧的周长减少。其结果是，受到该管状坯件10c的长度方向两端侧的收缩拉拽，而能够抑制在管状坯件10c的长度方向中央侧发生下沉。
此外，本发明不限于所述实施方式，在能够实现本发明目的的范围内的变形、改良等也包含在本发明中。
例如，在本实施方式中，在第二膨胀成形装置8的金属膜21A、31A上形成凸部331，在进行压溃成形工序时，将凸部331转印到管状坯件10b上，但不限于此。即，也可以在第一膨胀成形装置6的金属膜21、31上形成凸部，在进行扩管成形工序时，将凸部转印到管状坯件10a上。
另外，在本实施方式中，管状坯件10a～10d是铝合金制成的，但不限于此，也可以是其他金属制成的。
另外，在本实施方式中，通过空气供给装置60向管状坯件10a～10d的内部供给空气，但不限于此，也可以供给其他的流体。

Claims (3)

1.一种热胀成形装置，将预先加热了的管状的工件配置在第一金属膜的型腔中，向所述工件内供给流体并以该流体的压力将所述工件推抵在所述第一金属膜的型腔面上进行成形，然后，
将所述工件配置在第二金属膜的型腔中，向所述工件内供给流体并以该流体的压力将所述工件推抵在所述第二金属膜的型腔面上，通过该型腔面一边对所述工件进行冷却一边进行成形，其特征在于，
在所述第一金属膜的型腔面中的对工件的长度方向端侧进行推抵的部分上，形成有截面圆弧形状的凸部。
2.一种热胀成形方法，将预先加热的管状的工件配置在金属膜的型腔中，向所述工件内供给流体并以该流体的压力将所述工件推抵在所述金属膜的型腔面上进行成形，其特征在于，
在所述成形之前，在所述工件的长度方向端侧形成截面圆弧形状的凹部。
3.一种热胀成形品，是通过热胀成形而成形的管状的热胀成形品，其特征在于，
在长度方向端侧形成有截面圆弧形状的凹部。
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