特開 2024-143169 ストレッチ成形方法及びストレッチ成形装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024143169

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】ストレッチ成形方法及びストレッチ成形装置

(51)【国際特許分類】

   B21D 11/02 20060101AFI20241003BHJP

   B21D 25/02 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

B21D11/02

B21D25/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023055701

(22)【出願日】2023-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山田 毅

(72)【発明者】

【氏名】河野 亮

(72)【発明者】

【氏名】菅井 淳史

(72)【発明者】

【氏名】松永 優

(72)【発明者】

【氏名】大河内 真

(72)【発明者】

【氏名】鎌田 智史

【テーマコード（参考）】

4E137

【Ｆターム（参考）】

4E137AA11

4E137BA05

4E137BB01

4E137CA12

4E137CA21

4E137FA10

4E137FA24

4E137GA01

(57)【要約】

【課題】作業効率の向上を図りつつ、好適なストレッチ成形を行う。
【解決手段】金属材料からなる長尺のワークの長手方向にストレッチ荷重を付与しながら、前記ワークを金型に沿わせて変形させるストレッチ成形方法において、前記ワークの一部を前記金型に設置させた状態で、前記ストレッチ荷重を付与して前記ワークの前記長手方向におけるたわみを除去する第１のステップと、前記金型に倣って前記ワークを変形させる第２のステップと、前記金型に沿う前記ワークに対して、前記ストレッチ荷重を付与して塑性変形させる第３のステップと、を実行し、前記第１のステップ及び前記第２のステップの少なくとも一方のステップでは、前記ワークに対して、前記金属材料の降伏応力以上の前記ストレッチ荷重を付与する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属材料からなる長尺のワークの長手方向にストレッチ荷重を付与しながら、前記ワークを金型に沿わせて変形させるストレッチ成形方法において、
前記ワークの一部を前記金型に設置させた状態で、前記ストレッチ荷重を付与して前記ワークの前記長手方向におけるたわみを除去する第１のステップと、
前記金型に倣って前記ワークを変形させる第２のステップと、
前記金型に沿う前記ワークに対して、前記ストレッチ荷重を付与して塑性変形させる第３のステップと、を実行し、
前記第１のステップ及び前記第２のステップの少なくとも一方のステップでは、前記ワークに対して、前記金属材料の降伏応力以上の前記ストレッチ荷重を付与するストレッチ成形方法。

【請求項2】

前記金属材料は、溶体化処理されたアルミニウム合金であり、
前記第１のステップ及び前記第２のステップの少なくとも一方のステップでは、塑性ひずみが１％から２％の間となるような前記ストレッチ荷重を付与する請求項１に記載のストレッチ成形方法。

【請求項3】

前記第１のステップ及び前記第２のステップにおいて、前記金属材料の降伏応力以上の前記ストレッチ荷重を付与する場合、前記第１のステップの前記ストレッチ荷重と、前記第２のステップの前記ストレッチ荷重とは同じ荷重となっている請求項１に記載のストレッチ成形方法。

【請求項4】

ワークを変形させる金型と、
金属材料からなる長尺のワークの長手方向にストレッチ荷重を付与する荷重付与部と、
前記荷重付与部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記荷重付与部を制御して、
前記ワークの一部を前記金型に設置させた状態で、前記ストレッチ荷重を付与して前記ワークの前記長手方向におけるたわみを除去する第１のステップと、
前記金型に倣って前記ワークを変形させる第２のステップと、
前記金型に沿う前記ワークに対して、前記ストレッチ荷重を付与して塑性変形させる第３のステップと、を実行しており、
前記第１のステップ及び前記第２のステップの少なくとも一方のステップでは、前記ワークに対して、前記金属材料の降伏応力以上の前記ストレッチ荷重を付与するストレッチ成形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ストレッチ成形方法及びストレッチ成形装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、ストレッチ成形として、長尺のワークをストレッチ成形するための金型と、金型に取り外し可能に設置される金型よりも小さい第２金型と、を用いたストレッチ成形が知られている（例えば、特許文献１参照）。このストレッチ成形では、残留応力によって生じるワークの中央部と端部とのひずみ差を低減すべく、ワーク中央部に第２金型を接触させて１段階目のストレッチ成形を行った後、第２金型を取り外して、ワーク全体に金型を接触させて２段階目のストレッチ成形を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１９/０６４４６２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１のストレッチ成形では、第２金型を用いたり、２段階のストレッチ成形を行ったりする必要があるため、作業が煩雑なものとなってしまう。

【0005】

そこで、本開示は、作業効率の向上を図りつつ、好適なストレッチ成形を行うことができるストレッチ成形方法及びストレッチ成形装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示のストレッチ成形方法は、金属材料からなる長尺のワークの長手方向にストレッチ荷重を付与しながら、前記ワークを金型に沿わせて変形させるストレッチ成形方法において、前記ワークの一部を前記金型に設置させた状態で、前記ストレッチ荷重を付与して前記ワークの前記長手方向におけるたわみを除去する第１のステップと、前記金型に倣って前記ワークを変形させる第２のステップと、前記金型に沿う前記ワークに対して、前記ストレッチ荷重を付与して塑性変形させる第３のステップと、を実行し、前記第１のステップ及び前記第２のステップの少なくとも一方のステップでは、前記ワークに対して、前記金属材料の降伏応力以上の前記ストレッチ荷重を付与する。

【0007】

本開示のストレッチ成形装置は、ワークを変形させる金型と、金属材料からなる長尺のワークの長手方向にストレッチ荷重を付与する荷重付与部と、前記荷重付与部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記荷重付与部を制御して、前記ワークの一部を前記金型に設置させた状態で、前記ストレッチ荷重を付与して前記ワークの前記長手方向におけるたわみを除去する第１のステップと、前記金型に倣って前記ワークを変形させる第２のステップと、前記金型に沿う前記ワークに対して、前記ストレッチ荷重を付与して塑性変形させる第３のステップと、を実行しており、前記第１のステップ及び前記第２のステップの少なくとも一方のステップでは、前記ワークに対して、前記金属材料の降伏応力以上の前記ストレッチ荷重を付与する。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、作業効率の向上を図りつつ、好適なストレッチ成形を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第一実施形態に係るストレッチ成形装置及びストレッチ成形方法の説明図である。

【図2】図２は、第二実施形態に係るストレッチ成形装置及びストレッチ成形方法の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本開示に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの開示が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

【0011】

［第一実施形態］
第一実施形態に係るストレッチ成形装置１０及びストレッチ成形方法は、金属材料からなる長尺のワークＷの長手方向にストレッチ荷重を付与しながら、ワークＷを金型１５に沿わせて変形させる装置及び方法である。

【0012】

ワークＷは、例えば、金属材料として、溶体化処理されたアルミニウム合金が用いられる。なお、ワークＷは、ストレッチ成形の対象となる金属材料であれば、何れの材料であってもよい。また、ワークＷは、長手方向に長い長尺物となっており、金型１５を用いたストレッチ成形により弓形形状に成形される。

【0013】

（ストレッチ成形装置）
次に、図１を参照して、ストレッチ成形装置１０について説明する。ストレッチ成形装置１０は、金型１５と、荷重付与部１６と、制御部１７と、を備えている。

【0014】

金型１５は、ワークＷを弓形形状に成形する型材である。金型１５は、その上面が上側に凸の曲面となる弓形の成形面となっている。金型１５は、ワークＷの成形時において、成形面の頂部に、ワークＷの長手方向における中央部が接触する。

【0015】

荷重付与部１６は、ワークＷの長手方向の両端部を保持して、ワークＷの長手方向に引っ張ることで、ストレッチ荷重を付与している。荷重付与部１６は、制御部１７によって制御されることで、金型１５に対してワークＷを移動させると共に、ストレッチ荷重を付与することで、ワークＷに対する各種処理を実行している。

【0016】

制御部１７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の集積回路を含んでいる。制御部１７は、荷重付与部１６を制御して、下記するストレッチ成形方法を実行する。なお、以下の説明では、ワークＷとして、溶体化処理されたアルミニウム合金を金属材料として用いている。

【0017】

（ストレッチ成形方法）
次に、図１を参照して、ストレッチ成形装置１０により実行されるストレッチ成形方法について説明する。ストレッチ成形方法では、ワークＷのたわみを除去するステップ（第１のステップ）Ｓ１と、金型１５に倣ってワークＷを変形させるステップ（第２のステップ）Ｓ２と、ワークＷにストレッチ荷重を付与して弓形形状に成形するステップ（第３のステップ）Ｓ３と、を実行している。

【0018】

ステップＳ１は、ワークＷに対して事前にストレッチ荷重を付与するプレ・ストレッチ工程となっている。ステップＳ１では、制御部１７が、荷重付与部１６により、ワークＷの両端部を保持しながら、ワークＷの中央部を金型１５の頂部に設置させる。そして、ワークＷの中央部を金型１５の頂部に設置させた状態で、制御部１７は、荷重付与部１６によりワークＷにたわみを除去可能なストレッチ荷重を付与する。このとき、制御部１７は、ストレッチ荷重として、ワークＷで用いられる金属材料の降伏応力以上のストレッチ荷重を付与する。具体的に、制御部１７は、金属材料がアルミニウム合金である場合、塑性ひずみが１％から２％の間となるようなストレッチ荷重を付与している。これにより、ステップＳ１では、ワークＷに対して塑性変形するストレッチ荷重が付与される。

【0019】

ステップＳ２は、金型１５に対してワークＷを巻き付けるラップ工程となっている。ステップＳ２では、制御部１７が、ステップＳ１において付与したストレッチ荷重を低くして、ワークＷを金型１５に近づける方向に移動させ、ワークＷの両端部を金型１５に設置させる。これにより、ワークＷは、金型１５に接触する面積が、ステップＳ１に比してステップＳ２が広い面積となる。ステップＳ２において、制御部１７は、ワークＷに付与するストレッチ荷重が、ワークＷで用いられる金属材料の降伏応力よりも小さいものとなっている。これにより、ステップＳ２では、ワークＷに対して弾性変形するストレッチ荷重が付与される。

【0020】

ステップＳ３は、ワークＷに対してストレッチ荷重を付与するポスト・ストレッチ工程となっている。ステップＳ３では、制御部１７が、ステップＳ２において付与したストレッチ荷重を高くして、金型１５に沿うワークＷに対して、ストレッチ荷重を付与する。ステップＳ３において、制御部１７は、ワークＷに付与するストレッチ荷重が、ワークＷで用いられる金属材料の降伏応力以上のストレッチ荷重を付与する。これにより、ステップＳ３では、ワークＷに対して塑性変形するストレッチ荷重が付与される。

【0021】

［第二実施形態］
次に、図２を参照して、第二実施形態について説明する。図２は、第二実施形態に係るストレッチ成形装置及びストレッチ成形方法の説明図である。なお、第二実施形態では、重複した記載を避けるべく、第一実施形態と異なる部分について説明し、第一実施形態と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。

【0022】

（ストレッチ成形方法）
第二実施形態のストレッチ成形方法は、第一実施形態のステップＳ２におけるストレッチ荷重を、ワークＷが塑性変形するストレッチ荷重としている。

【0023】

具体的に、第二実施形態のストレッチ成形方法におけるステップＳ２Ａでは、制御部１７が、ステップＳ１において付与したストレッチ荷重と同じストレッチ荷重で、ワークＷを金型１５に近づける方向に移動させ、ワークＷの両端部を金型１５に設置させる。つまり、ステップＳ２Ａにおいて、制御部１７は、ワークＷに付与するストレッチ荷重が、ワークＷで用いられる金属材料の降伏応力以上のストレッチ荷重となっている。これにより、ステップＳ２Ａでは、ワークＷに対して塑性変形するストレッチ荷重が付与される。

【0024】

なお、第二実施形態において、ステップＳ２Ａでは、ストレッチ荷重をステップＳ１と同じ荷重としたが、特に限定されず、塑性変形可能なストレッチ荷重であれば、何れの荷重であってもよい。

【0025】

また、第二実施形態では、ステップＳ１及びステップＳ２Ａにおいて、ワークＷを塑性変形可能なストレッチ荷重を付与したが、この場合、ステップＳ３のストレッチ荷重を、塑性変形可能なストレッチ荷重としつつ、第一実施形態に比してストレッチ量を低くしてもよい。

【0026】

また、第二実施形態では、ステップＳ１及びステップＳ２Ａにおいて、ワークＷを塑性変形可能なストレッチ荷重を付与したが、ステップＳ１において、ワークＷを弾性変形としてもよい。

【0027】

以上のように、第一実施形態から第二実施形態に記載のストレッチ成形方法及びストレッチ成形装置は、例えば、以下のように把握される。

【0028】

第１の態様に係るストレッチ成形方法は、金属材料からなる長尺のワークＷの長手方向にストレッチ荷重を付与しながら、前記ワークＷを金型１５に沿わせて変形させるストレッチ成形方法において、前記ワークＷの一部を前記金型１５に設置させた状態で、前記ストレッチ荷重を付与して前記ワークＷの前記長手方向におけるたわみを除去する第１のステップＳ１と、前記金型１５に倣って前記ワークＷを変形させる第２のステップＳ２と、前記金型１５に沿う前記ワークＷに対して、前記ストレッチ荷重を付与して塑性変形させる第３のステップＳ３と、を実行し、前記第１のステップＳ１及び前記第２のステップＳ２の少なくとも一方のステップでは、前記ワークＷに対して、前記金属材料の降伏応力以上の前記ストレッチ荷重を付与する。

【0029】

この構成によれば、第１のステップＳ１及び第２のステップＳ２の少なくとも一方のステップにおいて、ワークＷの降伏応力以上のストレッチ荷重を付与することにより、ワークＷを塑性変形させることができる。このため、金型１５とワークＷとの接触面積が小さい状態において、ワークＷ全体に塑性ひずみを与えることができ、ワークＷの残留応力を好適に除去することができる。そして、第３のステップＳ３において、金型１５に沿う残留応力を除去したワークＷに対して、ストレッチ荷重を付与することにより、ワークＷの変形を抑制しつつ、好適なストレッチ成形を行うことができる。また、単一の金型１５を用いたストレッチ成形となるため、作業効率の向上を図ることができる。

【0030】

第２の態様として、第１の態様に係るストレッチ成形方法において、前記金属材料は、溶体化処理されたアルミニウム合金であり、前記第１のステップＳ１及び前記第２のステップＳ２の少なくとも一方のステップでは、塑性ひずみが１％から２％の間となるような前記ストレッチ荷重を付与する。

【0031】

この構成によれば、溶体化処理されたアルミニウム合金に生じる残留応力を好適に除去することができる。

【0032】

第３の態様として、前記第１のステップＳ１及び前記第２のステップＳ２において、前記金属材料の降伏応力以上の前記ストレッチ荷重を付与する場合、前記第１のステップＳ１の前記ストレッチ荷重と、前記第２のステップＳ２の前記ストレッチ荷重とは同じ荷重となっている。

【0033】

この構成によれば、ステップＳ１からステップＳ２に移行する場合、ストレッチ荷重を変更することがない分、作業効率の向上をさらに図ることができる。

【0034】

第４の態様に係るストレッチ成形装置は、ワークＷを変形させる金型１５と、金属材料からなる長尺のワークＷの長手方向にストレッチ荷重を付与する荷重付与部１６と、前記荷重付与部１６を制御する制御部１７と、を備え、前記制御部１７は、前記荷重付与部１６を制御して、前記ワークＷの一部を前記金型１５に設置させた状態で、前記ストレッチ荷重を付与して前記ワークＷの前記長手方向におけるたわみを除去する第１のステップＳ１と、前記金型１５に倣って前記ワークＷを変形させる第２のステップＳ２と、前記金型１５に沿う前記ワークＷに対して、前記ストレッチ荷重を付与して塑性変形させる第３のステップＳ３と、を実行しており、前記第１のステップＳ１及び前記第２のステップＳ２の少なくとも一方のステップでは、前記ワークＷに対して、前記金属材料の降伏応力以上の前記ストレッチ荷重を付与する。

【0035】

この構成によれば、第１のステップＳ１及び第２のステップＳ２の少なくとも一方のステップにおいて、ワークＷの降伏応力以上のストレッチ荷重を付与することにより、ワークＷを塑性変形させることができる。このため、金型１５とワークＷとの接触面積が小さい状態において、ワークＷ全体に塑性ひずみを与えることができ、ワークＷの残留応力を好適に除去することができる。そして、第３のステップＳ３において、金型１５に沿う残留応力を除去したワークＷに対して、ストレッチ荷重を付与することにより、ワークＷの変形を抑制しつつ、好適なストレッチ成形を行うことができる。また、単一の金型１５を用いたストレッチ成形となるため、作業効率の向上を図ることができる。

【符号の説明】

【0036】

１０ ストレッチ成形装置
１５ 金型
１６ 荷重付与部
１７ 制御部

【図1】

【図2】