JPH01197020A - 超塑性ブロー成形法による所望肉厚の成形品の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野： 本発明は、被加工物を、その材料が超塑性を示す温度に
加熱してプロー成形を行う超塑性ブロー成形性に関する
ものである。

従来の技術： 超塑性とは、ある種の材料、例えばアルミニウムおよび
その合金、銅およびその合金、ステンレススチール、チ
タンおよびその合金などが、固有の融点より低い特定の
温度範囲（アルミニウム：４００〜６００℃、チタンお
よびその合金：約８５０℃、ステンレススチール＝９０
０〜１０５０°Ｃ）で、非常に大きい伸び（４００〜６
０００　％　）を与えても破損しない性質をいう。この
性質を利用して、複雑な形状の製品、深絞り状製品など
を、普通１回の操作で成形加工することを超塑性加工と
いい、被加工物の一面からガス（例えばアルゴン）圧を
作用させて他面を雌型に押し付けて成形する方法を超塑
性ブロー成形性という。

超塑性ブロー成形性は、現在では、良く知られた方法で
、例えば、米国特許８８４０１０１号、同８９３４４４
０号、同４１８１０００号各明細書、特開昭５８−２８
５２０号公報、特開昭５８−１７３０３１号公報などが
開示されている。

本発明の課題： 超塑性ブロー成形性の最大の問題点は製品の肉厚の均一
化が困難なことである。この問題は大変重要かつ深刻で
あるので、有底中空円筒の場合について、第３図に示し
た超塑性材料の、超塑性ブロー加工中の形状変化の代表
的な例について具体的に説明する（形状が複雑になると
肉厚不均一度が増す。）。

図中の（イ）図は、被加工物（普通板）が上部椀形型２
と下部椀形型８とにより気密に挾持された状態を示す（
椀形とは、広く、８次元凹部を持つ開放箱体形状を意味
し、球、だ円球などの形状の凹部を含む）。上部椀形型
２が内蔵する加圧室４のガス圧を作用させると、被加工
物１は、その表面張力により、はぼ中空球の形状（断面
円弧状）となる（重力を無視する。（ロ）図）。被加工
物の一端が、下部椀形型８の成形室５に接触すると、そ
の接触面では、立体弧を保つ表面張力依存形クリープが
抑制され、かつ、成形室５の内壁と被加工物ｌと間の摩
擦が大きいため、壁面に平行な方向へのクリープも抑制
されて、被加工物ｌの薄肉化はほとんど起こらない。こ
の現象が、被加工物ｌの中央（Ａ室）から近い部分から
順次起こシ、結局（ハ）図のように、Ａ点から最も遠い
、成形室５の底角部の肉厚が他部に比べて小になシ、例
えば底部中央の肉厚は大である。

この現象は、従来の超塑性プロー成形の本質的欠陥とい
える。

解決法： 上記課題の解決法として、本発明では、超塑性ブロー加
工を行って生ずる成形体（製品）の好ましい肉厚分布を
基にして、ブロー加工の結果、該肉厚分布を与えそうな
、場所的に肉厚の異なる予備成形体を作シ、このものを
超塑性ブロー加工する。

すなわち、本発明は、 相係合して、超塑性状態にある被加工物の外縁を気密に
保持する上部椀形型上下部椀形型の、該被加工物と上部
椀形型とにより形成される加圧室に、加圧ガスを供給し
、被加工物を、下部椀形型内部成形室の所望形状を持つ
内面に押圧して成形する超塑性ブロー成形性において： 被加工物を、予め、超塑性プロー成形した際に、各部分
が所望の厚さになるように、肉厚に変化を持たせ予備成
形する； ことを特徴とする超塑性ブロー成形性による所望肉厚の
製品の製造法である。

予備成形には超塑性プロー成形性以外の方法を用い得る
ことは言うまでもない。

作用： 平均半径Ｒ１肉厚ｔの薄肉円筒、または薄肉球に、内圧
Ｐが印加された場合の、接線方向の単位面積めたシに働
く力（応力）は、 （例えば、Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ’　
Ｈａｎｄｂｑｏｋ　３ｒｄＥｄｉｔｉｏｎ、　Ｐｅｒｒ
ｙ　著、第１２３８頁、式（１）を参照されたい。） （１）式は圧力と応力との関係を表わす最も簡単な式で
あるが、幾何学的形状の変化によυ開式となる（例えば
薄肉円筒の軸方向の応力は（１）式の右辺の１／２にな
る。中空円筒は軸方向に裂目を生じることはあっても、
周方向の裂目を生じないことはよく知られている。）。

圧力は面に直角に働く力、応力は面と平行に働く力で、
仮に圧力が一定であっても、上側から明らかなように、
応力の値は種種異なる。

なお、内圧を受ける薄肉体塑性体は、表面張力のため球
状化する傾向を持つ。

また、超塑性プ°ロー加工では、応力は伸び速度の０．
８〜．１乗に比例するが、０．５〜１乗が好ましい０ 超塑性物が低温雰囲気に置かれると、薄肉の部分が先に
冷却して、塑性が減少し、厚肉部は高温を維持し、さら
にクリープを続ける。冷却温度を適当に選び、必要な、
場合経時変化されると、球状ではなくなるが、肉厚をほ
とんど一定にすることができる。例えば、米国特許第４
１８１０００号明細書では、一定温度で数式にしたがう
制御をすることにより肉厚制御を行う方法が提案されて
いるが、超塑性プロー成形機のキャビティ内を定温に保
つことは極めて困難である。そして、温度を操作変数と
して付加すると、４次元（位置２次元、温度１次元、時
間１次元）または５次元（位置８次元、温度１次元、時
間１次元）となシ数式制御は極めて不経済になる。

本発明の方法は、被加工物（ブランクともいう。）をそ
れぞれの成形品（製品）に応じて、最終的に、肉厚が一
定（広義には所望値）になるように予備加工しておくの
で、所望成形品を得ることが極めて容易になる。

なお、超塑性物質に及ぼす表面張力の作用は、その表面
積（したがって表面エネルギー）を最小にしようとする
ものであることに注意する必要がある。

実施例： 簡単のため、筒軸（２軸）に対して対称な有底中空円筒
型成形品（製品）の場合について述べる。他の複雑な形
状のものについては、さらに幾何学的考慮が必要である
が、本発明のポイントには関係がない。

第１図において、被加工物予備成形品１ａは、点Ａ（被
加工物を平板と仮定した場合の中点）を原点にとった場
合の線内φに依存する厚みを持つ。これらの厚みは、そ
れぞれの立体角（線内の特定範囲および経内の特定範囲
により決定される立体角。第１図の場合、ｚ軸について
対称であるから経内について考慮する必要はない。）の
中忙含まれる成形品の全量に一致するように、数値計算
して決定される。例えば、φ１とφ２とで囲まれる立体
角内には、製品の底角部が含まれるので肉厚が犬で、φ
８とφ４とで囲まれる立体角では、筒壁の小部分のみが
含まれるので、肉厚が小であるや各立体角での肉厚の計
算は、製品の立体形状が決められると、解析的に、また
は数値計算的に、極めて容易に求めることが可能で、線
内φと経内θとを細かく層別することにより、計算値の
精密度は向上する。

予備成形した被加工物の形を、球の一部（立体弧）、に
近づけることが、一般的に、有利であるが、同一形状の
製品を量産する場合には、試行錯誤法により最適形状を
決める方が良い（理由：局部温度が塑性加工に影響を与
える。）。

予備成形した被加工物を超塑性加工する操作の実質的部
分は従来法と変らない。

しかしながら、超塑性温度にある被加工物が変形する恐
れのある場合には、加工初期において、加圧室４のみな
らず、成形室５にも加圧ガスを導入して、両室の圧差を
小さくすることが望ましい場合がある。

なお、線内、経内の層別については、等角にとる必要は
なく、製品の形状に即して、変化させなければならない
。

被加工物の予備成形については、超塑性ブロー加工法の
みでなく、熱間、冷間鍛造法、切削、研削などの加工法
を用い得ることは言うまでもない。

しかしながら、成形体の形状が簡単な場合、例えば上記
有底中空円筒体の場合には、第２図に示すように、超塑
性ブロー加工のみで、成形品の肉厚分布の調整を行うこ
とができる。

この場合、上部椀形型２は、図に示すような特殊形状の
内壁を持つ加圧室４を内蔵し、同図の０）図のように上
、下腕形型で挾持された被加工物ｌは、（ロ）図に示す
ように、先づ、成形室５側からのガス圧により、加圧室
４の内壁に押圧される。次に成形室５側を放圧して、加
圧室４側からガス圧を印加して、（ハ）図のように、ク
リープさせ、結局（４図のように成形する。結局、←）
図に示したように予備成形するプロセスを付加すること
にょシ、成形品の肉厚が均一化する。この現象の起こる
理由は、現状では明らかでないが、極めて経済性の高い
方法である。

発明の効果 本発明は、超塑性ブロー成形性に、被加工物を予備成形
するという極めて簡単容易な工程を追加することにより
、成形品（製品）の局部肉厚を調節可能とするもので、
これにより、成形品の機械強度を増加し得ることは言う
までもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明において、被加工物を予備成形する場
合に、その極部肉厚を決定する方法を示す説明図である
（成形品を実線で示しである点に注意されたい。）。 第２図は、上部椀形室の加圧室内部を予備成形に利用し
、超塑性ブロー加工のみで、成形品の肉厚均一化を行う
実施例の工程の説明図である。 第３図は、従来の超塑性ブロー加工の場合に、成形品の
肉厚が一定にならないことを説明する図面である。 ｌ・・・ｉ加工物、ｌａ・・・被加工物予備成形品、ｌ
ｂ・・・被加工物成形品、２・・・上部椀形型、３・・
・下部椀形型、　４・・・加圧室、５・・・成形室 第２図 Ｊ （ニ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　相係合して、超塑性状態にある被加工物の外縁を気
   密に挾持する上部椀形型と下部椀形型の、該被加工物と
   上部椀形型とにより形成される加圧室に、加圧ガスを供
   給し、被加工物を、下部椀形型の所望形状を持つ内面に
   押圧して成形する超塑性ブロー成形性において被加工物
   を、予め、予備成形して、超塑性 ブロー成形した後の、成形品の局部的肉厚が所望値にな
   るようにした後、超塑性ブロー加工する； を特徴とする超塑性ブロー成形性による所 望肉厚の成形品の製造法。 ２　上部椀形型内の加圧室の内面が、予備成形体の雌型
   を形成し、被加工物が、下部椀形室をガス加圧すること
   により、加圧室の内面に押圧されて、予備成形体を形成
   し、その後で、加圧室側にガス圧を働かせて、超塑性ブ
   ロー加工を行う特許請求の範囲第１項に記載の製造方法
   。 ３　予備成形した被加工物が、立体弧形であつて、最初
   の被加工物の中心を原点（Ａ）、原点（Ａ）を通り立体
   弧の中心を通るクリープ方向をＺ軸にとり、緯角をｍ分
   角、経角をｎ分角に層別して生じる各立体角エレメント
   に含まれる最終製品の量を、該予備成形した被加工物が
   含むように、前記予備成形の肉厚を変化させたものであ
   る特許請求の範囲第１項に記載の製造方法。 ４　被加工物と下部椀形型とで形成される成形室側の圧
   力を、加圧室側の圧力より若干大に保ち、予備成形体の
   初期変形を防止した特許請求の範囲第１項または第３項
   に記載の製造方法。