热胀成形装置 【技术领域】
本发明涉及热胀成形装置。详细地说， 涉及对预先加热了的管状工件进行成形的 热胀成形装置。背景技术
以往， 公知有对金属模的型腔内供给高压空气而将管状工件成形的热胀成形。
具体地说， 在该热胀成形中， 例如， 预先对管状工件进行加热， 将该管状工件配置 在一对金属模之间。 接着， 约束工件的长度方向两端侧， 同时将该金属模合模并向型腔内供 给高压空气， 通过该空气的压力将工件推压在金属模的型腔面上。 然后， 使该状态维持一定 时间以通过金属模冷却工件， 然后打开金属模， 将成形后的工件从金属模中取出 ( 例如参 照专利文献 1)。
此处， 在一个金属模的型腔面的周缘部上形成有突起， 在另一个金属模的型腔面 的周缘部上形成有供该突起无间隙地嵌合的孔。而且， 在合模时， 将周缘部彼此接合， 并将 一个金属模的突起嵌合到另一个金属模的孔中。由此， 使一对金属模的周缘部之间受到约 束。
专利文献 1 ： 日本特开 2003-126923 号公报
但是， 在通过上述热胀成形金属模连续地进行工件的成形的情况下， 存在在成形 次数到达某种程度的次数之前， 成形品的尺寸逐渐增大的问题。
即， 在热胀成形中， 为了通过金属模冷却工件， 在成形开始前， 金属模的温度比工 件的温度低很多。
若从该状态将工件装入到金属模中并开始工件的成形的话， 则金属模会吸收工件 的热量而发生热膨胀， 金属模向外侧翘曲。因此， 尽管一对金属模的周缘部之间被约束， 但 仍然会发生偏移。
因此， 每当反复进行成形时， 由于金属模从工件吸收的热量增加， 所以金属模的翘 曲所导致的变形量逐渐增大， 周缘部之间的偏移量也变大。
然后， 当反复进行了一定次数的成形、 金属模从工件吸收的热量与从金属模放出 的热量平衡时， 金属模的内侧与外侧的温度差固定， 该金属模的变形量固定， 因此金属模的 形状稳定。
因此， 在成形次数到达某种程度、 金属模的形状稳定之后， 成形品的尺寸大致固 定， 但在金属模的形状稳定之前， 成形品的尺寸逐渐增大， 成形品的尺寸不固定。
为了解决以上问题， 关于上述热胀成形提出了以下两个方法。
第一方法是， 将在金属模的形状稳定之前成形的成形品废弃， 只采用在金属模的 形状稳定了的状态下成形的成形品作为产品的方法。这种情况下， 要预先考虑金属模的热 膨胀所导致的变形来设计金属模。
但是， 在该第一方法中， 由于将成形刚开始后的成形品废弃， 所以生产成本变高。
第二方法是， 增大金属模的厚度以提高金属模的刚性， 从而抑制热膨胀所导致的金属模的变形的方法。 在该方法中， 由于能够确实地抑制金属模的变形， 所以能够与成形次 数无关地使成形品的尺寸固定。
但是， 在该第二方法中， 会导致金属模和周边设备大型化， 生产成本变高。 发明内容 本发明的目的是提供一种能够抑制生产成本的热胀成形装置。
本发明的热胀成形金属模是对预先加热了的管状工件 ( 例如后述的管状坯件 10d) 进行成形的热胀成形金属模， 其特征在于， 包括 ： 具有型腔面 ( 例如后述的型腔面 211B) 的第一金属模 ( 例如后述的下模 21B) ； 和具有型腔面 ( 例如后述的型腔面 311B) 的 第二金属模 ( 例如后述的上模 31B)， 在所述第一金属模的型腔面的周缘部 ( 例如后述的周 缘部 214) 上形成有向外侧延伸的长孔 ( 例如后述的长孔 215)， 在所述第二金属模的型腔面 的周缘部 ( 例如后述的周缘部 314) 上形成有能够嵌合在所述长孔中的突起 ( 例如后述的 突起 315)， 在进行合模时， 所述第二金属模的周缘部的突起嵌合在所述第一金属模的周缘 部的长孔中。
根据本发明， 在进行合模时， 将第二金属模的周缘部的突起嵌合在第一金属模的 周缘部的长孔中。由此， 在开始成形后， 金属模在热膨胀以及型腔的内压的作用下变形， 突 起沿着长孔移动到外端， 并被定位在该位置。然后， 若反复成形， 则热膨胀的变形量逐渐变 大， 因此热膨胀在金属模的变形中所占的比例发生变化， 但是， 通过事先将突起定位在长孔 中， 就能够以比以往少的成形次数使成形品的尺寸稳定。 由此， 能够在不使金属模和周边设 备大型化的情况下抑制不合格品的产生， 因此能够抑制生产成本。
在该情况下， 优选的是， 所述长孔的外端的位置， 与将所述第一金属模和所述第二 金属模在因热膨胀而变形的状态下合模时的所述突起的位置相比位于外侧， 并且， 与将所 述第一金属模和所述第二金属模在因热膨胀而变形的状态下合模后、 因内压而变形的状态 下的所述突起的位置相比位于内侧。
根据本发明， 使长孔的外端的位置， 与将第一金属模和第二金属模在因热膨胀而 变形的状态下合模时的突起的位置相比位于外侧， 并且， 与将第一金属模和第二金属模在 因热膨胀而变形的状态下合模后、 因内压而变形的状态下的突起的位置相比位于内侧。由 此， 在使突起嵌合在长孔中并通过内压使第一金属模和第二金属模变形时， 该突起与长孔 的外端相抵接而被定位， 因此能够提高定位的精度。
在该情况下， 优选的是， 所述第一金属模和所述第二金属模中的一方是具有第一 底部 ( 例如后述的第一底部 312) 和与该第一底部垂直地设置并彼此相对的一对壁部 ( 例 如后述的壁部 313) 的、 截面呈 U 字形的金属模， 所述第一金属模和所述第二金属模中的另 一方具有与所述第一底部相对的第二底部 ( 例如后述的下模 21B)， 所述一方的金属模的壁 部的外侧方向上的刚性比所述另一方的金属模的第二底部的外侧方向上的刚性低。
根据本发明， 一方的金属模的壁部的外侧方向上的刚性比另一方的金属模的第二 底部的外侧方向上的刚性低。由此， 一方的金属模的壁部的基于内压的变形量比另一方的 金属模的第二底部的基于内压的变形量大， 因此一方的金属模与另一方的金属模的变形量 不同， 从而能够通过长孔使突起更确实地抵接而进行定位。
发明的效果
根据本发明， 在开始成形后， 金属模在热膨胀以及型腔的内压的作用下变形， 突起 沿着长孔移动到外端， 并被定位在该位置。 然后， 若反复成形， 则热膨胀的变形量逐渐变大， 因此热膨胀在金属模的变形中所占的比例发生变化， 但是， 通过事先将突起定位在长孔中， 就能够以较少的成形次数使成形品的尺寸稳定。由此， 能够在不使金属模和周边设备大型 化的情况下抑制不合格品的产生， 因此能够抑制生产成本。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模的剖视图。
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模的剖视图。
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模的剖视图。
图 9 是表示关于所述实施方式的第三膨胀成形装置， 成形开始前的长孔与突起的 嵌合状态的图。
图 10 是表示关于所述实施方式的第三膨胀成形装置， 成形中的长孔与突起的嵌 合状态的图。
图 11 是表示在使用所述实施方式的第三膨胀成形装置连续地反复进行截面成形 工序的情况下的成形品的变形量与成形次数的关系的图。
附图标记的说明
10d 管状坯件 ( 工件 )
21B 下模 ( 第二金属模、 第二底部 )
31B 上模 ( 第一金属模 )
211B 型腔面
311B 型腔面
214、 314 周缘部
215 长孔
312 第一底部
313 壁部
315 突起 具体实施方式
下面， 根据附图说明本发明的一个实施方式。
图 1 是表示应用了本发明的一个实施方式的热胀成形金属模的热胀成形装置 1 的 动作的概要构成图。
图 2 是表示作为通过热胀成形装置 1 成形的工件的管状坯件 10a ～ 10d 的立体图。
热胀成形装置 1 依次执行通电加热工序 2、 作为预备加热工序的扩管成形工序 3 及弯曲成形工序 4、 作为最终成形工序的截面成形工序 5。
具体地说， 在通电加热工序 2 中， 对以大致直线状延伸的铝合金制的管状坯件 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 的靠 近两端的部位扩大， 成为管状坯件 10b。
在弯曲成形工序 4 中， 通过第二膨胀成形装置 7( 参照图 5) 使管状坯件 10b 的截 面形状成为大致椭圆形状， 并进一步使管状坯件 10b 的中间部弯曲， 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) 使管状坯件 10c 的截 面形状成为大致矩形形状， 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 的金属模的剖视图。
第一膨胀成形装置 6 具有 ： 包括有支承管状坯件 10a 的下模 21 的下模机构 20 ； 包括有与下模 21 一起从上下夹住管状坯件 10a 的上模 31 的上模机构 30 ； 对管状坯件 10a 的两端侧进行保持的保持机构 40 ； 在轴向上对管状坯件 10a 的两端侧进行推压的推压机构 50 ； 向管状坯件 10a 的内部供给空气的空气供给装置 60 ； 以及对下模 21 和上模 31 进行加 热的加热装置 70。 下模机构 20 具有作为固定金属模的上述下模 21、 和支承该下模 21 的基台 22。在 下模 21 上形成有型腔面 211。
上模机构 30 具有在下模 21 的上方相对地配置的作为可动金属模的上述上模 31、 和使上模 31 升降的升降装置 32。在上模 31 上形成有型腔面 311。
当驱动升降装置 32 使上模 31 接近下模 21 而合模时， 由这些上模 31 的型腔面 311 和下模 21 的型腔面 211 形成型腔 33。
保持机构 40 具有从轴向将下模 21 上的管状坯件 10a 夹住而设置的一对保持构件 41、 和使这些一对保持构件 41 沿着管状坯件 10a 的轴向进退的进退装置 42。
保持构件 41 为大致圆筒形状。
进退装置 42 使保持构件 41 接近管状坯件 10a 并与管状坯件 10a 的两端侧嵌合， 从而保持该管状坯件 10a。
推压机构 50 具有插通在一对保持构件 41 中的一对推压部件 51、 和使该推压部件 51 沿着管状坯件 10a 的轴向进退的推压装置 52。
推压装置 52 使推压部件 51 接近管状坯件 10a 并插通在保持构件 41 中， 然后对由 该保持构件 41 保持的管状坯件 10a 的两端进行推压， 将该管状坯件 10a 在中心轴方向上压 缩。
空气供给装置 60 具有贯穿推压机构 50 的一对推压部件 51 直至管状坯件 10a 的 两端侧的空气供给通路 61、 和向该空气供给通路 61 供给高压的空气的未图示的气泵。
加热装置 70 内置于下模 21 和上模 31 中。作为该加热装置 70， 能够列举出高频电 流加热机构、 加热器加热机构等。
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 的金属模的剖视图。
第二膨胀成形装置 7 在由上模 31A 的型腔面 311A 和下模 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、 以及没有设置保持机构 40 及推压机构 50 而 设置了约束机构 80 方面与第一膨胀成形装置 6 不同， 其他的构成与第一膨胀成形装置 6 相 同。
即， 约束机构 80 具有从轴向将下模 21A 上的管状坯件 10b 夹住而设置的一对约束 构件 81、 和使这些一对约束构件 81 沿着管状坯件 10b 的轴向进退的进退装置 82。
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， 并使管状坯件 10b 的两端侧嵌合在 凹部 811 中， 从而使该管状坯料 10b 的两端侧受到约束。
此外， 空气供给装置 60 的空气供给通路 61A 贯穿一对约束构件 81 而延伸到管状 坯件 10b 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 的金属模的剖视图。
在第三膨胀成形装置 8 中， 作为第一金属模及第二底部的下模 21B 与作为第二金 属模的上模 31B 的形状、 由上模 31B 的型腔面 311B 和下模 21B 的型腔面 211B 构成的型腔 33B 的形状、 以及加热装置 70B 的构成与第二膨胀成形装置 7 不同， 其他的构成与第二膨胀 成形装置 7 相同。 下模 21B 为大致平板状， 形成有型腔面 211B。在该型腔面 211B 的周缘部 214 的下 表面形成有向外侧延伸的长孔 215。
上模 31B 为截面 U 字形状， 具有大致平板状的第一底部 312、 和与该第一底部 312 垂直地设置并彼此相对的一对壁部 313。该上模 31B 的壁部 313 的外侧方向上的刚性比下 模 21B 的外侧方向上的刚性低。
在该上模 31B 的型腔面 311B 的周缘部 314、 即壁部 313 的前端面上， 形成有能够嵌 合在长孔 215 中的突起 315。
这里， 长孔 215 的外端， 与在因热膨胀而变形的状态下合模时的突起 315 的位置相 比位于外侧， 并且， 与在因热膨胀而变形的状态下将上模 31B 和下模 21B 合模之后、 因内压 而变形的状态下的突起 315 相比位于内例。
作为加热装置 70B， 例如可使用流体加热机构。
以下， 对上述热胀成形装置 1 的热胀成形的步骤进行说明。
热胀成形由进行扩管成形及弯曲成形的预成形工序、 和进行截面成形的最终成形 工序组成。
首先， 在通电加热工序 2 中， 将铝合金制的管状坯件 10a 加热到大约 500℃。
接着， 进行扩管成形工序 3。具体地说， 首先， 通过加热机构 70 将下模 21 和上模 31 加热到大约 500℃、 即管状坯件 10a 的再结晶温度以上。
接着， 将加热后的管状坯件 10a 配置在下模 21 上。
接着， 驱动上模机构 30 的升降装置 32， 使上模 31 下降， 进行下模 21 与上模 31 的 合模。
接着， 驱动保持机构 40 的进退装置 42， 使保持构件 41 嵌合在管状坯件 10a 的两端 侧， 保持该管状坯件 10a。
接着， 驱动推压机构 50 的推压部件 51， 通过推压部件 51 将由保持构件 41 保持的
管状坯件 10a 的两端在压缩方向上推压。同时， 驱动空气供给装置 60 的气泵， 向型腔 33 供 给高压空气。
这样， 管状坯件 10a 被热扩管成形为与型腔 33 的形状相适应， 成为管状坯件 10b。
接着， 进行弯曲成形工序 4。具体地说， 首先， 通过加热机构 70 将下模 21A 和上模 31A 加热到大约 500℃、 即管状坯件 10b 的再结晶温度以上。
接着， 将被热扩管成形后的管状坯件 10b 在保持着加热状态的情况下通过未图示 的公知的运送机构运送， 配置在下模 21A 上。
接着， 驱动约束机构 80 的进退装置 82， 使约束构件 81 嵌合在管状坯件 10b 的两端 侧。
此外， 驱动上模机构 30 的升降装置 32， 使上模 31A 下降， 进行下模 21A 与上模 31A 的合模。同时， 驱动空气供给装置 60 的气泵， 向型腔 33A 供给高压空气。
这样， 扩管成形后的管状坯件 10b 被热 ( 大约 500℃ ) 弯曲成形为与型腔 33A 的形 状相适应， 成为管状坯件 10c。
接着， 进行截面成形工序 5。 具体地说， 首先， 通过加热机构 70B 将下模 21B 和上模 31B 加热到大约 200℃、 即管状坯件 10c 的再结晶温度以下。 接着， 通过未图示的旋转机构将弯曲成形后的管状坯件 10c 围绕中心轴旋转大致 90°， 然后， 通过未图示的公知的运送机构运送， 配置在下模 21B 上。
接着， 驱动约束机构 80 的进退装置 82， 使约束构件 81 嵌合在管状坯件 10c 的两端 侧， 使管状坯件 10c 的两端侧受到约束。
此外， 驱动上模机构 30 的升降装置 32， 使上模 31B 下降， 并如图 9 所示那样使突起 315 嵌合在长孔 215 的内端侧， 而进行下模 21B 与上模 31B 的合模。接着， 驱动空气供给装 置 60 的气泵 61， 向型腔 33B 供给高压空气。
这样， 弯曲成形后的管状坯件 10c 被截面成形为与型腔 33B 的形状相适应， 成为管 状坯件 10d。
此时， 下模 21B 和上模 31B 在热膨胀以及型腔 33B 的内压的作用下变形。由于上 模 31B 的壁部 313 的针对外侧方向的刚性比下模 21B 的针对外侧方向的刚性低， 因此上模 31B 的变形量比下模 21B 的变形量大。这样， 如图 10 所示， 突起 315 沿着长孔 215 移动到外 端， 并被定位在该位置。
在该截面成形工序中， 由于下模 21B 和上模 31B 的温度为大约 200℃， 因此管状坯 件 10c 的热量向下模 21B 和上模 31B 传递， 虽然管状坯件 10c 的温度降低， 但是被实施以某 种程度的热成形。
然后， 将下模 21B 和上模 31B 的温度保持在管状坯件 10d 的再结晶温度以下， 并在 一定时间内维持下模 21B 与上模 31B 的合模状态， 将管状坯件 10d 冷却。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 的轴向上的热收缩。
图 11 是表示在连续地反复进行截面成形工序的情况下的成形品的宽度与成形次 数的关系的图。
以往， 在成形开始前， 成形品的宽度尺寸为 W0， 每当反复成形时， 金属模从工件吸 收的热量增加， 因此金属模的翘曲所导致的变形量逐渐增大。而且， 当连续地进行 f0 次左 右的成形时， 金属模从管状坯件吸收的热量与从金属模放出的热量平衡， 成形品的宽度尺
寸稳定在 W0′。
另一方面， 在本发明中， 在成形开始前， 成形品的宽度尺寸是比 W0 大的 W1。但是， 由于在成形中， 突起被定位在长孔的规定位置， 因此， 仅连续地进行比 f0 少的 f1 次左右的成 形， 就能使金属模从管状坯件吸收的热量与从金属模放出的热量平衡， 成形品的宽度尺寸 稳定在比 W0′小的 W1′。
通过以上的发明， 具有如下效果。
(1) 在进行合模时， 将形成于上模 31B 的周缘部 314 上的突起 315 嵌合在形成于下 模 21B 的周缘部 214 上的长孔 215 中。
因此， 在开始截面成形工序后， 上模 31B 和下模 21B 在热膨胀以及型腔的内压的作 用下变形， 突起 315 沿着长孔 215 移动到外端， 并被定位在该位置。然后， 若反复成形， 则热 膨胀的变形量逐渐变大， 因此热膨胀在上模 31B 和下模 21B 的变形中所占的比例发生变化， 但是， 通过事先将突起 315 定位在长孔 215 中， 就能够以比以往少的成形次数使成形品的尺 寸稳定。 由此， 能够在不使金属模和周边设备大型化的情况下抑制不合格品的产生， 因此能 够抑制生产成本。
(2) 使长孔 215 的外端的位置， 与将下模 21B 和上模 31B 在因热膨胀而变形的状态 下合模时的突起 315 的位置相比位于外侧， 并且， 与将下模 21B 和上模 31B 在因热膨胀而变 形的状态下合模之后、 因内压而变形的状态下的突起 315 的位置相比位于内侧。
由此， 在使突起 315 嵌合在长孔 215 中并通过内压使下模 21B 和上模 31B 变形时， 突起 315 与长孔 215 的外端相抵接而被定位， 因此能够提高定位的精度。
(3) 使上模 31B 的壁部 313 的外侧方向上的刚性比下模 21B 的外侧方向上的刚性 低。由此， 上模 31B 的壁部 313 的基于内压的变形量比下模 21B 的基于内压的变形量大， 因 此， 上模 31B 与下模 21B 的变形量不同， 从而能够通过长孔 215 使突起 315 更确实地抵接而 进行定位。
另外， 本发明不限于上述实施方式， 在能够实现本发明的目的的范围内的变形、 改 进等都包含在本发明中。
例如， 在本实施方式中， 管状坯件 10a ～ 10d 是铝合金制成的， 但是不限于此， 也可 以是其他金属制成的。
此外， 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， 但是不限于此， 也可以供给其他流体。