專利名稱：熱脹成形裝置、熱脹成形方法以及熱脹成形品的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熱脹成形裝置、熱脹成形方法以及熱脹成形品。詳細地說，涉及如下所 述的熱脹成形裝置、熱脹成形方法以及熱脹成形品將預先加熱的管狀的工件配置在金屬 膜的型腔中，向該型腔供給流體并以流體的壓力將工件推抵在金屬膜的型腔面上并進行成 形，然后，以金屬膜將該成形后的工件冷卻。
背景技術：
一直以來，已知向金屬膜的型腔供給高壓的空氣、并對管狀的工件進行成形的熱 脹成形。具體地，該熱脹成形中，例如，對管狀的工件進行預先加熱，并將該管狀的工件配 置在一對金屬膜之間。接著，一邊對工件的長度方向兩端側(cè)進行約束一邊對該金屬膜進行 合膜并向型腔供給高壓的空氣，通過該空氣的壓力將工件推抵在金屬膜的型腔面上。之后， 將該狀態(tài)維持一定時間并以金屬膜將工件冷卻。然后，釋放內(nèi)壓并打開金屬膜，將成形后的 工件從金屬膜中取出(例如，參照專利文獻1)。專利文獻1 日本特開2003-126923號公報但是，由于一旦釋放內(nèi)壓則對工件的內(nèi)側(cè)進行推壓的力降低，因此工件會較大程 度地收縮。此時，工件的長度方向兩端側(cè)的收縮量比工件的長度方向中央側(cè)的收縮量大，受 到該工件的長度方向兩端側(cè)的收縮的拉拽，工件的長度方向中央側(cè)的一部分凹陷，會發(fā)生 下沉。尤其，如圖10所示，在工件110的長度方向中央側(cè)的截面形狀為長方形的情況下，由 于長邊部分111的剛性比短邊部分112的剛性低，因此長邊部分111較大程度地凹入。發(fā)生這種現(xiàn)象的理由如下所述。膨脹成形時，由于在工件的長度方向兩端側(cè)受到約束的狀態(tài)下供給高壓空氣，因 此，與工件的長度方向兩端側(cè)相比，工件的長度方向中央側(cè)被空氣的壓力更強力地推抵在 型腔上。因此，與工件的長度方向兩端側(cè)相比，工件的長度方向中央側(cè)較早冷卻，直到釋放 內(nèi)壓為止都在進行冷卻。因此，一旦釋放內(nèi)壓，則與工件的長度方向兩端側(cè)相比，工件的長 度方向兩端側(cè)更大程度地收縮，工件的長度方向中央側(cè)被該工件的長度方向兩端側(cè)的收縮 拉拽，凹陷并發(fā)生下沉。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種熱脹成形裝置，能夠抑制在工件的長度方向中央側(cè)發(fā) 生下沉。本發(fā)明的熱脹成形裝置(例如，后述的熱脹成形裝置1)，將預先加熱了的管狀的 工件(例如，后述的管狀坯件IOb)配置在第一金屬膜(例如，后述的下模21A、上模31A)的 型腔(例如，后述的型腔33A)中，向所述工件內(nèi)供給流體(例如，后述的空氣)并以該流體 的壓力將所述工件推抵在所述第一金屬膜的型腔面(例如，后述的型腔面211A、311A)上進 行成形，然后，將所述工件配置在第二金屬膜(例如，后述的下膜21B、上膜31B)的型腔(例如，后述的型腔33B)中，向所述工件內(nèi)供給流體并以該流體的壓力將所述工件推抵在所述 第二金屬膜的型腔面(例如，后述的型腔面211B、311B)上，通過該型腔面一邊對所述工件 進行冷卻一邊進行成形，其特征在于，在所述第一金屬膜的型腔面中的對工件的長度方向 端側(cè)進行推抵的部分上，形成有截面圓弧形狀的凸部(例如，后述的凸部331)。根據(jù)本發(fā)明，在第一金屬膜的型腔面中的對工件的長度方向端側(cè)進行推抵的部分 上，形成有截面圓弧形狀的凸部。因此，在通過第一金屬膜對工件進行成形時，形成在型腔面上的凸部轉(zhuǎn)印到工件 上，在工件的長度方向端側(cè)形成截面圓弧形狀的凹部。然后，一旦通過第二金屬膜對工件進 行成形，進而進行冷卻并釋放內(nèi)壓，則與工件的長度方向中央側(cè)相比，工件的長度方向一端 側(cè)較大程度地收縮。也就是說，工件的長度方向一端側(cè)的周長較大程度地減少。但是，由于工件的長度方向端側(cè)和工件的長度方向中央側(cè)是連續(xù)的，因此，該工件 的長度方向端側(cè)的收縮變形受到工件的長度方向中央側(cè)的約束。因此，凹部被拉伸，由于該 拉伸力，凹部發(fā)生變形，該凹部的圓弧形狀的曲率減小，因此，雖然工件的長度方向端側(cè)的 周長欲減少但這一減少受到抑制。其結(jié)果是，能夠抑制受到該工件的長度方向一端側(cè)的收縮拉拽而在工件的長度方 向中央側(cè)發(fā)生下沉。本發(fā)明的熱脹成形方法，將預先加熱的管狀的工件配置在金屬膜的型腔中，向所 述工件內(nèi)供給流體并以該流體的壓力將所述工件推抵到所述金屬膜的型腔面上進行成形， 其特征在于，在所述成形之前，在所述工件的長度方向端側(cè)形成截面圓弧形狀的凹部。本發(fā)明的熱脹成形品，是通過熱脹成形而成形的管狀的熱脹成形品，其特征在于， 在長度方向端側(cè)形成有截面圓弧形狀的凹部(例如，后述的凹部11)。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，在通過第一金屬膜對工件進行成形時，形成在型腔面上的凸部轉(zhuǎn)印 到工件上，在工件的長度方向一端側(cè)形成截面圓弧形狀的凹部。然后，在通過第二金屬膜對 工件進行成形、進而進行冷卻并釋放內(nèi)壓時，與工件的長度方向中央側(cè)相比，工件的長度方 向一端側(cè)較大程度地收縮。也就是說，工件的長度方向一端側(cè)的周長較大程度地減少。但 是，由于工件的長度方向端側(cè)和工件的長度方向中央側(cè)是連續(xù)的，因此，該工件的長度方向 端側(cè)的收縮變形受到工件的長度方向中央側(cè)的約束。因此，凹部被拉伸，由于該拉伸力，凹 部發(fā)生變形，該凹部的圓弧形狀的曲率減小，因此，雖然工件的長度方向端側(cè)的周長欲減少 但這一減少受到抑制。其結(jié)果是，能夠抑制受到該工件的長度方向一端側(cè)的收縮拉拽而在 工件的長度方向中央側(cè)發(fā)生下沉。


圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式的熱脹成形裝置的動作的流程圖。圖2是通過所述實施方式的熱脹成形裝置進行成形的工件的立體圖。圖3是構(gòu)成所述實施方式的熱脹成形裝置的第一膨脹成形裝置的剖視圖。圖4是所述實施方式的第一膨脹成形裝置的金屬膜的剖視圖。圖5是構(gòu)成所述實施方式的熱脹成形裝置的第二膨脹成形裝置的剖視圖。圖6是所述實施方式的第二膨脹成形裝置的金屬膜的剖視圖。
圖7是構(gòu)成所述實施方式的熱脹成形裝置的第三膨脹成形裝置的剖視圖。圖8是所述實施方式的第三膨脹成形裝置的金屬膜的剖視圖。圖9是對所述實施方式的第三膨脹成形裝置中的工件的變形進行說明的圖。圖10是用于對現(xiàn)有例的工件的變形進行說明的圖。附圖標記的說明1熱脹成形裝置1Oa 1Od管狀坯件11 凹部21A下模(第一金屬膜)31A上模(第一金屬膜)21B下模(第二金屬膜)31B上模(第二金屬膜)33A、33B 型腔211A、211B、311A、311B 型腔面331 凸部
具體實施例方式以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明的一個實施方式進行說明。圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式的熱脹成形裝置1的動作的流程圖。圖2是表示管狀坯件IOa IOd的立體圖，該管狀坯件IOa IOd是通過熱脹成 形裝置1成形的工件。熱脹成形裝置1按照下述順序執(zhí)行如下工序通電加熱工序2、作為預備成形工序 的擴管成形工序3以及壓潰成形工序4、作為最終成形工序的截面成形工序5。具體地，在通電加熱工序2中，對大致直線狀延伸的鋁合金制成的管狀坯件1Oa進 行加熱。在擴管成形工序3中，通過第一膨脹成形裝置6 (參照圖3)，將管狀坯件1Oa的兩 端附近的部位擴張，使其成為管狀坯件10b。在壓潰成形工序4中，通過第二膨脹成形裝置7 (參照圖5)，將管狀坯件1Ob的截 面形狀形成為大致橢圓形狀，并使管狀坯件1Ob的中間部彎曲，使其成為管狀坯件10c。在截面成形工序5中，通過第三膨脹成形裝置8 (參照圖7)，將管狀坯件1Oc的截 面形狀形成為大致矩形狀，使其成為管狀坯件10d。圖3是表示第一膨脹成形裝置6的概要構(gòu)成的剖視圖。圖4是第一膨脹成形裝置 6的金屬膜的剖視圖。第一膨脹成形裝置6包括下模機構(gòu)20，其具有對管狀坯件10a、10b進行支承的 下模21 ；上模機構(gòu)30，其具有與下模21 —同將管狀坯件10a、10b從上下夾住的上模31 ； 保持機構(gòu)40，其保持管狀坯件10a、10b的兩端側(cè)；推壓機構(gòu)50，其在軸方向上推壓管狀坯 件10a、10b的兩端側(cè)；空氣供給裝置60，其向管狀坯件10a、10b的內(nèi)部供給空氣；加熱裝置 70，其對下模21以及上模31進行加熱。下模機構(gòu)20具有作為固定金屬膜的上述的下膜21 ；對該下膜21進行支承的基臺22。在下膜21上形成有型腔面211。上膜機構(gòu)30具有與下膜21的上方相對配置的作為可動金屬膜的上述的上膜 31 ；使上膜31升降的升降裝置32。在上膜31上形成有型腔面311。當驅(qū)動升降裝置32，使上膜31接近下膜21并進行合膜，則通過這些上膜31的型 腔面311以及下膜21的型腔面211形成型腔33。保持機構(gòu)40具有將下膜21上的管狀坯件10a、10b設在軸方向兩側(cè)的一對保持 部件41 ；使這些一對保持部件41沿管狀坯件10a、10b的軸方向進退的進退裝置42。保持部件41為大致圓筒形狀。進退裝置42使保持部件41接近管狀坯件10a、10b,并使其嵌合在管狀坯件IOa的 兩端側(cè)，由此對該管狀坯件10a、10b進行保持。推壓機構(gòu)50具有插通在一對保持部件41中的一對推壓部件51 ；使該推壓部件 51沿管狀坯件10a、10b的軸方向進退的推壓裝置52。推壓裝置52使推壓部件51接近管狀坯件10a、10b并插通在保持部件41中，對保 持在該保持部件41上的管狀坯件10a、10b的兩端進行推壓，從而將該管狀坯件10a、10b在 中心軸方向上壓縮?？諝夤┙o裝置60具有貫通推壓機構(gòu)50的一對推壓部件51并到達管狀坯件10a、 IOb的兩端側(cè)的空氣供給路61 ；向該空氣供給路61供給高壓的空氣的未圖示的空氣泵。加熱裝置70內(nèi)置在下膜21以及上膜31中。作為該加熱裝置70，能夠列舉出高頻 率電流加熱裝置、加熱器加熱裝置等。圖5是表示第二膨脹成形裝置7的概要構(gòu)成的剖視圖。圖6是第二膨脹成形裝置 7的金屬膜的剖視圖。第二膨脹成形裝置7與第一膨脹成形裝置6的不同點在于由上膜31A的型腔面 311A以及下膜21A的型腔面211A構(gòu)成的型腔33A的形狀、空氣供給裝置60的構(gòu)造、以及不 設置保持機構(gòu)40以及推壓機構(gòu)50而設置約束機構(gòu)80，至于其他的構(gòu)成與第一膨脹成形裝 置6相同。S卩，在上膜31A的型腔面311A以及下膜21A的型腔面211A的長度方向兩端側(cè)，也 就是說，在對管狀坯件IObUOc的長度方向兩端側(cè)進行推抵的部分上，形成有截面圓弧形 狀的凸部331。另外，約束機構(gòu)80具有一對約束構(gòu)件81，其設置為從軸方向夾住下膜21A上的 管狀坯件IObUOc ；進退裝置82，其使該一對約束構(gòu)件81沿管狀坯件IObUOc的軸方向進退。在約束構(gòu)件81上形成有凹部811。進退裝置82使約束構(gòu)件81接近管狀坯件10b、10c，并使管狀坯件IObUOc的兩端 側(cè)嵌合在凹部811中，從而對該管狀坯件IObUOc的兩端側(cè)進行約束。另外，空氣供給裝置60的空氣供給路61A貫通一對約束構(gòu)件81并延伸至管狀坯 件IObUOc的兩端側(cè)。圖7是表示第三膨脹成形裝置8的概要構(gòu)成的剖視圖。圖8是第三膨脹成形裝置 8的金屬膜的剖視圖。第三膨脹成形裝置8與第二膨脹成形裝置7的不同點在于由上膜31B的型腔面311B以及下膜21B的型腔面211B構(gòu)成的型腔33B的形狀、以及加熱裝置70B的構(gòu)成，至于 其他的構(gòu)成與第二膨脹成形裝置7相同。S卩，在上膜31B的型腔面311B以及下膜21B的型腔面211B上，沒有形成凸部331。另外，作為加熱裝置70B，例如，可以使用流體加熱裝置。以下，對由上述的熱脹成形裝置1進行的膨脹成形的順序進行說明。膨脹成形包括通電加熱工序、擴管成形工序、壓潰成形工序以及截面成形工序。首先，在通電加熱工序中，將鋁合金制成的管狀坯件IOa加熱至約500°C。接著，進行擴管成形工序。具體地，首先，通過加熱裝置70將金屬膜21、31加熱至 約500°C，也就是說，加熱至管狀坯件IOa的再結(jié)晶溫度以上。接著，將加熱后的管狀坯件IOa配置在下膜21上。接著，驅(qū)動上膜機構(gòu)30的升降裝置32，使上膜31下降，進行金屬膜21、31的合膜。接著，驅(qū)動保持機構(gòu)40的進退裝置42，將保持部件41嵌合在管狀坯件IOa的兩端 側(cè)，對該管狀坯件IOa進行保持。接著，驅(qū)動推壓機構(gòu)50的推壓部件51，以推壓部件51將保持在保持部件41上的 管狀坯件IOa的兩端向壓縮方向推壓。同時，驅(qū)動空氣供給裝置60的空氣泵，向型腔33內(nèi) 供給高壓的空氣。這樣，管狀坯件IOa以與型腔33的形狀相適應的方式被熱擴管成形，成為管狀坯 件 10b。接著，進行壓潰成形工序。具體地，首先，通過加熱裝置70將金屬膜21A、31A加熱 至約500°C，也就是說，加熱至管狀坯件IOb的再結(jié)晶溫度以上。接著，對擴管成形后的管狀坯件IOb保持加熱狀態(tài)不變地通過未圖示的公知的搬 運機構(gòu)進行搬運，將該管狀坯件IOb配置在下膜21A上。接著，驅(qū)動約束機構(gòu)80的進退裝置82，將約束構(gòu)件81嵌合在管狀坯件IOb的兩端 側(cè)。另外，驅(qū)動上膜機構(gòu)30的升降裝置32，使上膜31A下降，進行金屬膜21A、31A的合 膜。同時，驅(qū)動空氣供給裝置60的空氣泵，向型腔33A供給高壓的空氣。這樣，擴管成形后的管狀坯件IOb以與型腔33A的形狀相適應的方式被熱(約 500°C)壓潰成形，成為管狀坯件10c。此時，形成在型腔面211A、311A上的凸部331轉(zhuǎn)印到 管狀坯件IOc上，在管狀坯件IOc的長度方向兩端側(cè)形成有截面圓弧形狀的凹部11(參照 圖 9(a)、(b))。接著，進行截面成形工序。具體地，首先，通過加熱裝置70B將金屬膜21B、31B加 熱至約200°C，也就是說，加熱至管狀坯件IOc的再結(jié)晶溫度以下。接著，通過未圖示的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，將壓潰成形后的管狀坯件IOc繞中心軸旋轉(zhuǎn)大致 90°，然后，通過未圖示的公知的搬運機構(gòu)進行搬運，將該管狀坯件IOc配置在下膜21B上。接著，驅(qū)動約束機構(gòu)80的進退裝置82，將約束構(gòu)件81嵌合在管狀坯件IOc的兩端 側(cè)，對管狀坯件IOe的兩端側(cè)進行約束。另外，驅(qū)動上膜機構(gòu)30的升降裝置32，使上膜31B 下降，進行金屬膜21B、31B的合膜。同時，驅(qū)動空氣供給裝置60的空氣泵，向型腔33B中供 給高壓的空氣。這樣，被壓潰成形后的管狀坯件IOc以適應型腔33B的形狀的方式被截面成形，成為管狀坯件10d。在該截面成形工序中，由于金屬膜21B、31B的溫度為約200°C，因此，雖然管狀坯 件IOc的熱向金屬膜21B、31B傳遞、管狀坯件IOc的溫度降低，但能夠進行某種程度的熱成形。接著，將金屬膜21B、31B的溫度保持在管狀坯件IOd的再結(jié)晶溫度以下，并將金屬 膜21B、31B的合膜狀態(tài)維持一定的時間。由此，對管狀坯件IOd進行冷卻使其熱收縮，然后， 釋放內(nèi)壓。此時，由于管狀坯件IOd的兩端部被約束構(gòu)件81約束，因此，能夠抑制管狀坯件 IOd的軸方向的熱收縮。在此，如圖9(a)所示，將形成有截面圓弧形狀的凹部11的管狀坯件IOc的長度方 向一端側(cè)作為端部12，將管狀坯件IOc的長度方向中央側(cè)作為中央部13。一旦通過金屬膜21B、31B對管狀坯件IOc進行冷卻并釋放內(nèi)壓，則與管狀坯件IOc 的中央部13相比，管狀坯件IOc的端部12較大程度地收縮。也就是說，如圖9(b)所示，管 狀坯件IOc的端部12的周長較大程度地減少。但是，由于管狀坯件IOc的端部12和中央部13是連續(xù)的，因此，該管狀坯件IOc 的端部12的收縮變形受到管狀坯件IOc的中央部13的約束。因此，凹部11在圖9(b)中 空心箭頭方向上被拉伸，由于該拉伸力，凹部11發(fā)生變形，該凹部11的圓弧形狀的曲率減 小。由此，雖然管狀坯件IOc的端部12的周長欲減少但這一減少受到抑制。根據(jù)本實施方式，具有以下的效果。(1)在上膜31A以及下膜21A中的被管狀坯件IOc的長度方向兩端側(cè)推抵的部分 上，形成截面圓弧形狀的凸部331。因此，在通過金屬膜21A、31A對管狀坯件IOc進行成形時，形成在型腔面211A、 311A上的凸部331被轉(zhuǎn)印到管狀坯件IOb上，在管狀坯件IOc的長度方向兩端側(cè)形成截面 圓弧形狀的凹部11。然后，通過金屬膜21B、31B對管狀坯件IOc進行成形，進而進行冷卻并 釋放內(nèi)壓，此時，凹部11被拉伸，凹部11因該拉伸力而變形，凹部11的圓弧形狀的曲率減 小，因此，能夠抑制管狀坯件IOc的長度方向兩端側(cè)的周長減少。其結(jié)果是，受到該管狀坯 件IOc的長度方向兩端側(cè)的收縮拉拽，而能夠抑制在管狀坯件IOc的長度方向中央側(cè)發(fā)生 下沉。此外，本發(fā)明不限于所述實施方式，在能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明目的的范圍內(nèi)的變形、改良 等也包含在本發(fā)明中。例如，在本實施方式中，在第二膨脹成形裝置8的金屬膜21A、31A上形成凸部331， 在進行壓潰成形工序時，將凸部331轉(zhuǎn)印到管狀坯件IOb上，但不限于此。即，也可以在第 一膨脹成形裝置6的金屬膜21、31上形成凸部，在進行擴管成形工序時，將凸部轉(zhuǎn)印到管狀 坯件IOa上。另外，在本實施方式中，管狀坯件IOa IOd是鋁合金制成的，但不限于此，也可以 是其他金屬制成的。另外，在本實施方式中，通過空氣供給裝置60向管狀坯件IOa IOd的內(nèi)部供給 空氣，但不限于此，也可以供給其他的流體。
權(quán)利要求
一種熱脹成形裝置，將預先加熱了的管狀的工件配置在第一金屬膜的型腔中，向所述工件內(nèi)供給流體并以該流體的壓力將所述工件推抵在所述第一金屬膜的型腔面上進行成形，然后，將所述工件配置在第二金屬膜的型腔中，向所述工件內(nèi)供給流體并以該流體的壓力將所述工件推抵在所述第二金屬膜的型腔面上，通過該型腔面一邊對所述工件進行冷卻一邊進行成形，其特征在于，在所述第一金屬膜的型腔面中的對工件的長度方向端側(cè)進行推抵的部分上，形成有截面圓弧形狀的凸部。
2.一種熱脹成形方法，將預先加熱的管狀的工件配置在金屬膜的型腔中，向所述工件 內(nèi)供給流體并以該流體的壓力將所述工件推抵在所述金屬膜的型腔面上進行成形，其特征 在于，在所述成形之前，在所述工件的長度方向端側(cè)形成截面圓弧形狀的凹部。
3.一種熱脹成形品，是通過熱脹成形而成形的管狀的熱脹成形品，其特征在于，在長度方向端側(cè)形成有截面圓弧形狀的凹部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱脹成形裝置、熱脹成形方法以及熱脹成形品。能夠抑制在工件的長度方向中央側(cè)發(fā)生下沉。熱脹成形裝置(1)，將預先加熱的管狀坯件(10b)配置在金屬膜(21A、31A)的型腔(33A)中，向管狀坯件(10b)內(nèi)供給空氣并以該空氣的壓力將管狀坯件(10b)推抵在型腔面(211A、311A)上進行成形，然后，將管狀坯件(100)配置在金屬膜(21B、31B)的型腔(33B)中，向該管狀坯件(10c)供給空氣并以該空氣的壓力將管狀坯件(10c)推抵在型腔面(211B、311B)上，通過型腔面(211B、311B)一邊對管狀坯件(10c)進行冷卻一邊進行成形。在型腔面(211A、311A)中的、對管狀坯件(10b)的長度方向端側(cè)進行推抵的部分上，形成有截面圓弧形狀的凸部(331)。
文檔編號B21D26/033GK101987337SQ20101024295
公開日2011年3月23日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者山本大介, 狩野貴之, 石原好光 申請人:本田技研工業(yè)株式會社