用于弯曲钛构件的方法和工具的制作方法

用于弯曲钛构件的方法和工具的制作方法
【专利摘要】一种弯曲工具，其包括氟树脂膜和具有微细凹凸的微细凹凸部，微细凹凸部具有大于等于3米并且小于等于25米的最大表面粗糙度并且位于与钛构件接触的部分中的至少一部分上，氟树脂膜形成在微细凹凸部上，使得微细凹凸部中所包括的多个顶部中仅有一部分顶部是裸露的。氟树脂膜牢固地附连到微细凹凸部的表面。
【专利说明】用于弯曲钛构件的方法和工具
【技术领域】
[0001]本发明的各方面和实施方式涉及一种用于弯曲钛构件的方法和工具，所述钛构件由钛或钛合金制成并且呈管状形状形式。
【背景技术】
[0002]通常已知涉及由钛或钛合金制成的构件的形状成形的各种方法。例如，专利文献I公开了一种方法，其以金属圆杆填充物填充钛管件材料的内部，并且通过化学铣削去除填充物，其中金属圆杆具有与钛管件材料的内径近似相同的直径。专利文献2也公开了一种方法，其通过使用面积减少成型模具对棒式钛构件的一端侧进行面积减少成型，从而制造用于超声处理装置的超声探针。专利文献3还公开了一种组装钛管板和钛衬层复合管的方法，其中钛衬层复合管通过将薄钛管抵靠在由不同于钛的金属制成的外管的内表面上进行压缩而形成。
[0003]引用列表
[0004]专利文献
[0005]专利文献I日本专利N0.2602320
[0006]专利文献2日本专利公开N0.2010-51669
[0007]专利文献3日本专利公布N0.2-20880
[0008]专利文献4日本专利N0.2677973
[0009]专利文献5日本专利公开N0.2004-74646
[0010]专利文献6日本专利公开N0.9-193164
[0011]专利文献7日本专利公开N0.5-245848

【发明内容】

[0012]技术问题
[0013]钛或钛合金是轻质且坚固的并且不受腐蚀。因此，钛或钛合金已经应用于例如飞机、机动车、船只、化工机械、以及医疗机械的各种领域。
[0014]但是，钛金属具有对其它金属的强亲合性。因此，在形状成形期间，易于导致钛金属与工具或模具的咬粘。当由钛或钛合金制成的构件通过压力加工进行成型时，润滑油是必要的。用于在成型后清洁构件的清洁过程也是必要的。特别地，将呈管状或管件式形状的形式的由钛或钛合金制成的构件(以下称为“钛构件”)弯曲成预定的形状，这会导致下述问题。
[0015]用于弯曲钛构件的润滑油留在钛构件的中空部中。因此，需要确保在清洁过程后将润滑油从中空部去除。但是，这种确认是极为困难的。由于中空部较小或是中空部由于钛构件弯曲而弯曲，因此难以通过内窥镜等检查中空部。这种检查耗时并且影响钛构件的制造，且因此难以简化制造过程。
[0016]因此，通常问题在于，除了认为在弯曲钛构件时已经通过清洁过程将中空部内部的润滑油去除以外，没有其它替代方式。
[0017]另一方面，如专利文献4所公开的，在模具的表面上能够形成氟树脂膜，从而允许在不使用润滑油的情况下，成型的产品易于与模具分开。但是氟树脂膜是柔性的并且当模具或工具重复使用时易于脱落或损坏。因此，通常已知提高氟树脂膜的耐久性的方法(例如专利文献5至7)。
[0018]但是，这种常规方法涉及用于使树脂产品、橡胶产品等成型的模具，并且难以应用到用于弯曲钛构件的弯曲工具或模具。用于使树脂产品、橡胶产品等成型的模具用作一种框架，这种框架用于通过将树脂等灌注到模具中所限定的空间(间隙)中而形成所需形状。
[0019]例如，考虑图26中所示的模具100和101。在模具100和101中，在其内部上的与树脂等接触的表面上形成氟树脂膜102。氟树脂膜102接收来自树脂103的、在与模具100和101的内表面垂直的方向上的压力H。
[0020]考虑图27中所示的用于弯曲钛构件的模具200、201和202。当模具200、201和202用于弯曲钛构件203时，模具202在箭头P示出的方向上运动。此时，模具200、201和202抵靠在钛构件203的表面上强力地挤压或摩擦。因此，模具200、201和202从钛构件203接收在与模具表面垂直的方向上的压力f2以及在沿着表面的方向上的压力f3。
[0021]在与表面垂直的方向上的压力f2作用在氟树脂膜上从而压靠在模具表面上，但是在沿着表面的方向上的压力f3作用在氟树脂膜上从而沿着模具的表面除掉氟树脂膜。因此，即便当在根据常规技术的模具200、201和202的表面上形成坚固的氟树脂膜时，氟树脂膜仍然易于被沿着模具的表面除掉，并且易于通过诸如在沿着表面方向上的压力f3之类的强压力而从模具表面处脱落。因此，问题在于，在使用氟树脂膜作为用于改进模具和钛构件的润滑特性和脱模特性的膜(润滑膜)的模具中，不能重复地进行弯曲。
[0022]在该【技术领域】中的用于弯曲钛构件的方法和工具中，期望能够在干燥环境中在不使用润滑油的情况下弯曲钛构件，并且即便在将氟树脂膜用作润滑膜时，也增强弯曲工具的耐久性从而重复进行弯曲。
[0023]解决问题的方法
[0024]根据本发明的方面，用于弯曲钛构件的方法包括利用弯曲工具弯曲钛构件的弯曲步骤，其中钛构件由钛或钛合金制成并且呈管状形状形式。在杆形构件的表面上与钛构件接触的接触部中的至少一部分上形成有具有微细凹凸的微细凹凸部，其中微细凹凸部具有大于等于3微米并且小于等于25微米的最大表面粗糙度，其中杆形构件具有与钛构件的中空部相对应的直径，并且在微细凹凸部上形成有具有超过最大表面粗糙度的厚度的氟树脂膜。在弯曲步骤中，弯曲工具放入钛构件的中空部中，从而允许氟树脂膜与中空部直接接触，以在将超声振动施加到弯曲工具的同时弯曲钛构件。
[0025]由于根据该弯曲方法，在弯曲工具的表面上形成微细凹凸部，因此弯曲工具的表面积增加。由于在微细凹凸部的表面上形成氟树脂膜，因此氟树脂膜与微细凹凸部的凹凸相粘着。因此，微细凹凸部阻止氟树脂膜沿着表面运动。此外，由于氟树脂膜与弯曲工具在较宽的面积上直接接触，因此摩擦系数降低。氟树脂膜存在于微细凹凸部的凹部中，从而在弯曲期间起到润滑介质的作用。通过在施加超声振动的同时弯曲钛构件，使得相比于未施加超声振动时，弯曲变形组力和摩擦系数降低。
[0026]根据本发明的实施方式，杆形构件可以包括缩径部和等径部。缩径部的直径朝向末端部逐渐缩小。等径部连接到缩径部并且具有均匀一致的直径。接触部可以是杆形构件的末端部和缩径部与等径部之间的边界部。微细凹凸部和氟树脂膜布置在弯曲工具的一部分上，其中在弯曲期间钛构件的中空部强力地压靠在该部分的表面上。
[0027]根据本发明的实施方式，杆形构件可以由除了硬质合金钢以外的钢制成，以及微细凹凸部可以形成为具有大于等于10微米并且小于等于25微米的最大表面粗糙度。通过将最大表面粗糙度设置在这样的范围内，能够降低摩擦系数，并且能够通过微细凹凸部阻止氟树脂膜的运动。
[0028]根据本发明的实施方式，当重复进行弯曲步骤时，氟树脂可以重新涂敷在微细凹凸部上。因此，能够通过涂敷氟树脂恢复由弯曲而消失的氟树脂膜。
[0029]根据本发明的实施方式，在弯曲步骤中，可以在从环境温度到较热的工作温度范围的温度范围内弯曲钛构件，该温度范围即为从10°C到连续使用氟树脂的最高温度所限定的范围。特别地，在这样的温度范围内，改进了钛构件的延展性，使得钛构件能够易于成型。
[0030]根据本发明的另外的方面，用于弯曲钛构件的弯曲工具包括微细凹凸部和氟树脂膜，其中钛构件由钛或钛合金制成并且呈管状形状形式。微细凹凸部具有微细凹凸，其中该微细凹凸部具有大于等于3微米并且小于等于25微米的最大表面粗糙度并且位于与钛构件接触的接触部中的至少一部分上。氟树脂膜形成在微细凹凸部上并且牢固地附连到微细凹凸部的表面。
[0031]根据本发明的实施方式，弯曲工具可以由杆形构件形成，其中该杆形构件具有与钛构件的中空部相对应的直径，杆形构件可以包括等径部和缩径部，其中等径部具有与中空部相对应的均匀一致的直径，缩径部连接到等径部并且其直径朝向末端部逐渐缩小，至少杆形构件的末端部和缩径部与等径部之间的边界部可以设定为接触部，并且微细凹凸部和氟树脂膜可以形成在整个接触部上。
[0032]根据本发明的实施方式，杆形构件可以由除了硬质合金钢以外的钢制成，以及微细凹凸部可以形成为具有大于等于10微米并且小于等于25微米的最大表面粗糙度。
[0033]本发明的有利效果
[0034]如上所述，根据本发明的各个方面和实施方式，能够在不使用润滑油的情况下在干燥环境中弯曲钛构件，并且即便在将氟树脂膜用作润滑膜时，能够改进弯曲工具的耐久性，从而重复进行弯曲。
【专利附图】

【附图说明】
[0035]图1是示出了根据本发明实施方式的弯曲装置的构造的示意图。
[0036]图2示出了弯曲插塞件。图2 (A)是示出了整个弯曲插塞件的正视图，以及图2(B)是以放大形式示出弯曲插塞件的主要部分的正视图。
[0037]图3是示意性地示出了弯曲插塞件中的微细凹凸部和包含氟树脂膜的表面的截面图，且是沿着图4中的线3-3截取的截面图。
[0038]图4是示意性地示出了弯曲插塞件的表面的平面图。
[0039]图5是示意性地示出了微细凹凸部、氟树脂膜、以及弯曲插塞件的钛管彼此接触的部分的截面图。
[0040]图6是示意性地示出了在弯曲期间变形的氟树脂膜的截面图。[0041]图7是示意性地示出了在弯曲后的微细凹凸部和氟树脂膜的截面图。
[0042]图8是示意性地示出了另外的氟树脂膜和微细凹凸部的截面图。
[0043]图9是示意性地示出了弯曲工具制造过程的侧视图。图9 (A)示出了制造之前的弯曲工具，图9 (B)示出了在表面上形成微细凹凸部后的弯曲工具，以及图9 (C)示出了在微细凹凸部的表面上形成氟树脂膜后的弯曲工具。
[0044]图10是示意性地示出了执行弯曲之前的状态的截面图。
[0045]图11是示意性地示出了执行弯曲之后的状态的截面图。
[0046]图12是示出了弯曲步骤中的钛管和弯曲工具的截面图。图12 (A)示出了在刚刚开始弯曲后的钛管和弯曲工具，以及图12(B)示出了在刚刚终止弯曲后的钛管和弯曲工具。
[0047]图13是示出了根据改型的整个弯曲插塞件的正视图。
[0048]图14是整个制造的弯曲插塞件的图片。
[0049]图15是弯曲插塞件的主要部分的图片。
[0050]图16是通过弯曲形成的钛管的外观以及弯曲部的内部的图片。
[0051]图17是弯曲部的内部的放大形式的图片。
[0052]图18是受到弯曲而破裂的钛管的图片。
[0053]图19示出了根据示例的钛管的弯曲形状和尺寸测量部。
`[0054]图20是示出了当施加超声振动时拉伸载荷的强度的曲线图。
[0055]图21是示出了当未施加超声振动时拉伸载荷的强度的曲线图。
[0056]图22是示出了当施加超声振动时尺寸LI和L2相对于设定值的变化的曲线图。
[0057]图23是示出了当未施加超声振动时的变化的曲线图。
[0058]图24是示出了图23和24中所示结果的具体数值的图表。
[0059]图25示出了当重新涂敷氟树脂时摩擦系数的变化。图25 (A)示出了重新涂敷氟树脂之前摩擦系数的变化，并且图25 (B)示出了重新涂敷氟树脂之后摩擦系数的变化。
[0060]图26是示出了用于树脂成形的常规模具以及树脂的一个示例的截面图。
[0061]图27是示出了用于压力加工的常规模具以及金属构件的示例的截面图。
【具体实施方式】
[0062]以下将说明本发明的实施方式。附带地，相同的元件由相同的附图标记表示并且省略其说明。
[0063]【弯曲装置的结构】以下将参照图1说明弯曲装置20。图1是示出了根据本发明实施方式的弯曲装置的示意图。弯曲装置20是用于完成根据本实施方式的弯曲方法并且使钛构件干燥的装置。附带地，在本实施方式中，使钛构件干燥的意思是:在不使用润滑介质和诸如Teflon (注册商标)片的片状构件的情况下，在干燥环境下弯曲钛构件。
[0064]如图1所示，弯曲装置20设置在支承体I上。在支承体I的上表面上固定有引导体2，并且弯曲装置20设置在引导体2上。弯曲装置20是NC (数控)管件弯曲机，其包括:液压缸3、超声振动部分6、扬声器7、夹头8、模具9、模具10、弯曲插塞件11、以及芯杆12。所有这些部分由支承构件4a和4b —体地支承。弯曲装置20还包括超声振荡器13和液压喷雾泵14。
[0065]液压缸3支承芯杆12并且驱动芯杆12。超声振动部分6和扬声器7设置在液压缸3与芯杆12之间。超声振动部分6是超声振动源并且包括超声振动器5。超声振动器5通过从超声振荡器13处输入的高频信号产生超声振动。扬声器7连接到超声振动器5。扬声器7将由超声振动器5产生的超声振动放大。由于芯杆12连接到扬声器7，因此由扬声器7放大的超声振动传输到芯杆12。
[0066]芯杆12的一端连接到扬声器7并且芯杆12的另一端连接到弯曲插塞件11。液压喷雾泵14也连接到芯杆12。夹头8支承芯杆12与弯曲插塞件11彼此连接的部分，并且在解除支承状态从而使芯杆12与弯曲插塞件11彼此分开的同时保持连接状态。
[0067]弯曲插塞件11的一端连接到芯杆12并且下述钛管15的中空部15a插入到弯曲插塞件11的另一端。钛管15是待弯曲的构件。钛管15由呈长形圆筒形形式的纯钛制成，并且包括沿着中央轴线的中空部15a。钛管15由模具9和10保持。
[0068]弯曲插塞件11是根据本实施方式的弯曲工具，其类似于如图2 (A)所示的具有圆形形状横截面的长形杆。弯曲插塞件11包括具有类似于长形杆形状的本体部11a。在本体部Ila的一端上形成有螺纹孔11b，芯杆12的末端能够拧入至螺纹孔Ilb中。当芯杆12的末端拧入到螺纹孔Ilb中时，弯曲插塞件11能够与芯杆12成一体。本体部Ila包括等径部Ild和缩径部He，等径部Ild具有与钛管15的中空部15a相对应的均匀一致的直径，缩径部lie的直径朝向末端部Ilf逐渐缩小。
[0069]弯曲插塞件11的一部分(近似于40%)为涂覆部11c。在图2 (A)和图2 (B)中，涂覆部Ilc是散布有点的。涂覆部Ilc是与钛管15的中空部15a接触的连接部的至少一部分。根据本实施方式，如图2 (B)详细地示出的，该连接部包括末端部Ilf、缩径部lie、以及等径部Ild的以下部分:该部分包括缩径部lie与等径部Ild之间的边界部llg。当弯曲装置20弯曲钛管15时，弯曲插塞件11与钛管15接触。在弯曲期间，弯曲插塞件11的与钛管15接触的部分接收来自钛管15的非常强的压力。涂覆部Ilc包括弯曲插塞件11的所述部分。
[0070]涂覆部Ilc包括微细凹凸部50a和氟树脂膜55。在涂覆部I Ic中，微细凹凸部50a形成在本体部Ila的表面上，并且氟树脂膜55形成在微细凹凸部50a的表面上。在不使用润滑介质以及诸如Teflon片之类的片状构件的情况下，弯曲装置20使钛管15干燥，并且因此在弯曲期间弯曲插塞件11与钛管15直接接触。
[0071]微细凹凸部50a包括极微细、不规则的、且复杂地布置的凹凸，凹凸的形状和尺寸裸眼无法清楚地看到。如图3所示，微细凹凸部50a的凹凸表示出了表面上的不规则性，其具有不同的尺寸和间隔并且包括以下描述的多个顶部、底部、以及凹部。图3是示意性地示出了本体部Ila的包含微细凹凸部50a的表面以及氟树脂膜55的截面图，并且是沿着图4的线3-3截取的截面图。图4是示意性地示出了本体部11 (涂覆部lie)的表面的平面图。
[0072]微细凹凸部50a包括多个顶部P1、P3、P5、P7、P9和P11，以及多个底部P2、P4、P6、P8和P10。微细凹凸部50a通过进行诸如在本体部Ila表面上的喷砂处理之类的表面处理而形成，从而具有大于等于3微米且小于等于25微米的最大表面粗糙度(在本实施方式中，以下称为最大高度粗糙度Rz，下文详细描述)。在微细凹凸部50a中，顶部为从基准线L处向外突出的部分的端部及其周边部分，并且，底部为从基准线L处向内凹入的部分的端部及其周边部分，其中基准线L是微细凹凸部50a的高度标准。
[0073]在如图3所示的微细凹凸部50a中，最大表面粗糙度由多个顶部中的突出到最外侧的顶部(图3中的顶部P5)的高度与多个底部中的凹入到最内侧的底部(图3中的底部P4)的高度之间的差hi进行估算。换言之，当最大表面粗糙度(最大高度粗糙度Rz)为3.0微米时，hi为3.0微米。表面粗糙度可以通过将多个底部或顶部Pl至Pll的高度差取平均值进行估算，但是在本实施方式中使用了最大高度粗糙度Rz。
[0074]弯曲插塞件11由诸如钢之类的金属制成。最大表面粗糙度需要具有一定程度的粗糙度使得凹部具有一定的尺寸。如图3所示，通过在弯曲插塞件11的本体部Ila的表面上形成微细凹凸部50a，在本体部Ila的表面上设置有许多具有不规则尺寸和形状的凹部。氟树脂膜55的一部分存在于凹部中从而封闭全部凹部。
[0075]最大表面粗糙度可以是至少3微米或更大，使得存在于凹部中的氟树脂膜55具有一定的体积并且微细凹凸部50a的凹凸复杂地布置。当最大表面粗糙度增加时，存在于凹部中的氟树脂膜55的体积增加，但是微细凹凸部50a在弯曲期间能够接收来自钛管15的强压力。当最大表面粗糙度超过25微米时，从基准线L处突起的部分可能在弯曲期间易于弯曲或破碎。此外，弯曲插塞件11的摩擦系数可能变得过高。
[0076]因此，微细凹凸部50a的最大表面粗糙度可以是大于等于3微米且小于等于25微米。例如，当弯曲插塞件11由硬质合金钢以外的钢制成时，最大表面粗糙度可以是大于等于10微米且小于等于25微米。特别地，最大表面粗糙度可以是近似于14.8微米到15微米。当弯曲插塞件11由比除了硬质合金钢以外的钢更硬的硬质合金钢制成时，最大表面粗糙度可以略微减小，也就是大于等于3微米且小于等于10微米。
[0077]接下来，以下将说明氟树脂膜55。氟树脂膜55形成在微细凹凸部50a的表面上。氟树脂膜55所具有的厚度使得微细凹凸部50a中所包括的顶部中仅有一部分未由氟树脂膜55覆盖并且是裸露的。如图4所示，氟树脂膜55所具有的厚度使得在微细凹凸部50a中，顶部P1、P3、P5、P7、P9和Pll中仅有突起到最外侧的顶部P5裸露并且其它顶部由氟树脂膜55覆盖。因此，氟树脂膜55的厚度略小于微细凹凸部50a的最大表面粗糙度。
[0078]氟树脂膜55牢固地附连到微细凹凸部50a的表面并且存在于凹部中，从而覆盖全部凹部。
[0079]氟树脂膜55能够通过涂覆诸如聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene, PTFE)、全氟乙烯丙烯共聚物(perfluoroethylenepropene copolymer, FEP)>以及全氟烷氧基烧烃(perfluoroalkoxyalkane,PFA)之类的氟树脂而形成。在本实施方式中，氟树脂膜55通过将包含有底料的氟树脂混合物涂覆在微细凹凸表面55a的表面上而形成，这是由于直接涂覆的氟树脂易于脱落(以下对其详细说明)。
[0080]【弯曲装置的操作】以下将参照图1、图5至图8、图10和图11说明具有上述构造的弯曲装置的操作。图5是示意性地示出了涂覆部Ilc的微细凹凸部50a和氟树脂膜55与钛管15彼此接触的部分的截面图，并且图6是示意性地示出了在弯曲期间变形的氟树脂膜55的截面图。图7是示意性地示出了弯曲后的微细凹凸部50a和氟树脂膜55的截面图，并且图8是示意性地示出了另外的氟树脂膜和微细凹凸部50a的截面图。图10是示意性地示出了在利用弯曲装置20执行弯曲之前的状态的截面图，并且图11是示意性的示出了执行弯曲后的状态的截面图。
[0081 ] 为了利用弯曲装置20执行弯曲，上述弯曲插塞件11通过稍后要描述的弯曲工具制造过程进行制造。随后，弯曲步骤以以下方式执行。如图10所示，在弯曲步骤中，弯曲插塞件11从靠近涂覆部IlC的一侧处放入钛管15的中空部15a中，使得氟树脂膜55与中空部15a直接接触。随后，钦管15由弯曲插塞件11、心杆12、以及夹头8保持。
[0082]如图1所示，高频信号从超声振荡器13处输入到超声振动器5。随后，由超声振动器5产生超声振动并且超声振动由扬声器7放大从而传输到芯杆12。由于弯曲插塞件11连接到芯杆12，因此放大的超声振动施加到弯曲插塞件11。
[0083]在图10中,超声振动由fif头f表不，该超声振动为沿着弯曲插塞件11的中央轴线CL的纵向波。在超声振动f施加在弯曲插塞件11上的同时，模具9和模具10操作，从而弯曲钛管15。
[0084]如图11所示，当弯曲钛管15时，模具9和模具10旋转近似90度。随后，钛管15随着模具9和10的旋转而逐渐变形。此时，钛管15在靠在弯曲插塞件11上受到强压力时变形。由于模具10具有曲形部10a，因此钛管15沿着曲形部IOa的外部形状成曲形。
[0085]弯曲插塞件11包括涂覆部11c。形成于涂覆部Ilc上的氟树脂膜55所具有的厚度使得仅有突出到最外侧的顶部P5裸露，并且其他顶部由氟树脂膜55覆盖。因此，氟树脂膜55与钛管15的中空部15a在较宽的面积上直接接触。弯曲插塞件11与钛管15之间的摩擦系数降低，使得氟树脂膜55起到用于更好地滑动的润滑介质的作用。
[0086]氟树脂膜55牢固地附连到微细凹凸部50a的表面。由于在表面上形成有微细凹凸部50a，因此弯曲插塞件11的表面积增加。由于具有不规则的形状和尺寸的凹凸复杂地布置并且氟树脂膜55存在于具有不规则形状和尺寸的多个凹部中，因此氟树脂膜55牢固地附置在微细凹凸部50a的凹凸上。因此，微细凹凸部50a起到可靠地阻止氟树脂膜55沿着表面运动的作用。
[0087]由于多个顶部中仅有顶部P5未由氟树脂膜55覆盖并且是裸露的，因此包括顶部P5的顶部在其厚度方向上接收整个氟树脂膜55。
[0088]在弯曲期间，由钛管15在氟树脂膜55上施加沿着弯曲插塞件11的表面的压力(图5中的压力F2)。压力F2施加在氟树脂膜55上从而沿着弯曲插塞件11的表面除掉氟树脂膜55。由于凹部和顶部形成在与压力F2的方向垂直的方向上，因此凹部和顶部阻碍由压力F2导致的氟树脂膜55的运动，从而阻止氟树脂膜55脱落。
[0089]微细凹凸部50a的具有不规则尺寸和形状的凹凸复杂地布置，并且如图3所示，微细凹凸形成在每个凹部上。因此，相比于微细凹凸部50a的凹凸规则地形成的情况，氟树脂膜55牢固地附连到微细凹凸部50a。
[0090]因此，氟树脂膜55在弯曲期间趋向于保留在弯曲插塞件11的表面上。因此，氟树脂膜55有效地起到阻止氟树脂膜55与钛管15之间产生的摩擦系数变大的润滑介质的作用。因此，弯曲插塞件11具有足够的高耐久性，从而即便在氟树脂膜55为软润滑膜时，仍然重复地进行弯曲。
[0091]在图8中，考虑以下情况:在弯曲插塞件上形成有氟树脂膜105，其中氟树脂膜105具有足够的厚度从而覆盖了包括顶部P5在内的全部顶部(也就是该厚度大于最大表面粗糙度)。在使用这种弯曲插塞件的情况下，氟树脂膜105的一部分是表面层部106，表面层部106不存在于凹部中并且是形成在外侧上的(图8中的散布有点的部分)。由于没有沿着表面层部106的表面的顶部，因此表面层部106的运动没有受到顶部的阻止。因此，在弯曲期间，当表面层部106接收在沿着表面的方向上的压力时该表面层部106易于脱落。[0092]通过在弯曲插塞件11的表面上形成微细凹凸部50a能够期望阻止氟树脂膜55的运动。但是，氟树脂膜应当具有使得仅有部分顶部裸露的厚度；否则氟树脂膜将不太可能起到润滑介质的作用并且易于产生浪费。
[0093]如图5所示，微细凹凸部50a和氟树脂膜55在弯曲期间接收来自钛管15的在与微细凹凸部50a的表面垂直的方向上的压力Fl和沿着该表面的压力F2。由于氟树脂膜55是柔性的，因此如图6所示，氟树脂膜55受到压力Fl和F2而变形。相比于存在于凹部中的部分的下部，存在于凹部中的部分的上部相对地不易于由凹部接收。
[0094]如图3所示，例如对于氟树脂膜55的存在于凹部50b中的部分，顶部Pl和P3与底部P2之间的间隙在上部增大。因此，氟树脂膜55附着到微细凹凸部50a的表面的程度在上部降低，并且氟树脂膜55易于接收来自钛管15的压力Fl和F2。因此，氟树脂膜55的一部分可能受到弯曲而沿着微细凹凸部50a的表面脱落。
[0095]因此，氟树脂膜55可能变得略薄，并且如图7所示，顶部P5和次于顶部P5突起到次最外侧的顶部P3和P7可能裸露。氟树脂膜55仍然牢固地附连到微细凹凸部50a在两个相邻顶部之间的表面，从而保留在凹部中。保留在凹部中的氟树脂膜55在弯曲期间受到压力Fl而变形并且存在于微细凹凸部50a的表面与钛管15之间，从而降低其摩擦系数并起到用于更好滑动的润滑介质的作用。因此，通过使用弯曲插塞件11，能够重复弯曲钛管15，并且保持了较高的润滑特性。
[0096]如图12 (A)所示，在模具9和10开始旋转从而利用弯曲插塞件11进行弯曲后，立即在弯曲插塞件11与钛管15彼此接触的部分上、在模具9和10旋转方向上的外侧处形成坚固的接触部Pl。坚固的接触部Pl代表钛管15在弯曲期间坚固地且直接地压靠在弯曲插塞件11的表面上的部分。弯曲插塞件11包括缩径部lie。因此，当模具9和10开始旋转时，例如如图12 (A)所示，钛管15受压靠在缩径部lie的表面上从而在箭头所示方向上弯曲。钛管15的方向在作为边界线的边界Ilg处大幅变化，并且因此在边界Ilg上形成坚固的接触部Pl。
[0097]当钛管15弯曲成基本呈直角时，形成了如图12 (B)所示的坚固的接触部P2。缩径部Ile的直径朝向弯曲插塞件11中的末端部Ilf逐渐缩小。当钛管15弯曲成基本呈直角时，钛管15的方向从作为作用点的末端部Ilf处变化。钛管15受压靠在弯曲插塞件11上的力集中在末端部Ilf上，并且因此在末端部Ilf及其周边上形成坚固的接触部P2。
[0098]当利用弯曲插塞件11弯曲钛管15时，在弯曲插塞件11的表面上可以改进坚固的接触部Pl和P2处的润滑特性。微细凹凸部50a和氟树脂膜55可以至少形成在坚固的接触部Pl和P2上。由于弯曲插塞件11呈圆形形状横截面的形式，因此在周向方向上沿着边界Ilg的带状部能够是坚固的接触部Pl。代替微细凹凸部50a和氟树脂膜55仅形成在沿着边界Ilg的带状部、末端部Ilf及其周边上，微细凹凸部50a和氟树脂膜55能够容易地形成在包括沿着边界Ilg的带状部、末端部Ilf及其周边的某些更宽的区域上。鉴于这一点，形成了上述涂覆部11c。
[0099]弯曲装置20在将超声振动施加到芯杆12的同时进行弯曲加工。通过施加超声振动，顶板12以极微细的振幅振动,并且因此弯曲插塞件11也以极微细的振幅振动。由于钛管15与弯曲插塞件11接触，因此通过施加超声振动而以超声振动的振动频率ff的极短周期在钛管15上施加弯曲变形阻力(抵抗弯曲变形的力)。钛管15在弯曲方向上的自然频率fl5远小于超声振动的振动频率ff。相比于没有施加超声振动的情况，由于进行了时间平均而降低了弯曲变形阻力，并且降低了弯曲插塞件11与钛管15之间的摩擦系数。通过添加超声振动，弯曲插塞件11的润滑特性进一步改进。
[0100]通过充分利用氟树脂膜55和由超声振动带来的有利的润滑特性，弯曲装置20能够在不使用润滑油的情况下在干燥环境中弯曲钛管15。对于弯曲易于焊接到弯曲工具的钛构件，弯曲装置20能够是极为有利的。
[0101]当弯曲装置20重复弯曲钛管15时，存在于凹部中的氟树脂膜55逐渐消失。随后，润滑介质逐渐减少。因此，弯曲插塞件11与钛管15之间的摩擦系数可能增加，这尤其不利于易于弯曲焊接到弯曲工具的钛构件。
[0102]当重复进行弯曲加工时，优选地，当摩擦系数超过预定值时，通过喷洒液态氟树月旨，可以将氟树脂涂敷到弯曲插塞件11的至少微细凹凸部50a的表面。因此，由重复进行弯曲而消失的氟树脂膜55通过喷洒氟树脂而再次形成在微细凹凸部50a上。能够恢复氟树脂膜55的润滑特性。因此，弯曲装置20能够进一步重复地弯曲钛管15。顺带地，摩擦系数的预定值可以适当地是0.2。
[0103]特别地，弯曲装置20可以在从环境温度到较热工作温度范围的温度范围内弯曲钛构件，所述温度范围即从10°c到连续使用氟树脂的最高温度(288°C)所限定的范围。在这种温度范围内，改进了钛构件的延展性，使得钛构件易于成型。
[0104]【弯曲工具制造过程】将参照图9说明弯曲工具制造过程。图9是示意性地示出了弯曲工具制造过程的侧视图。图9 (A)示出了制造之前的弯曲工具，图9 (B)示出了在表面上形成微细凹凸部后的弯曲工具，以及图9 (C)示出了在微细凹凸部的表面上形成氟树脂膜后的弯曲工具。
[0105]如图9 (A)所示，通过使用杆状构件并且由诸如钢之类的金属制成弯曲插塞件111以制造弯曲插塞件11，其中杆状构件具有与钛管15的中空部15a相对应的直径。弯曲插塞件111具有与弯曲插塞件11相同的外形，但是与弯曲插塞件11不同的是，弯曲插塞件111不包括微细凹凸部50a和氟树脂膜55。接下来，如图9 (B)所示，微细凹凸部50a通过喷砂而使弯曲插塞件111的表面的与钛管15接触的部分的至少一部分(与涂覆部Ilc相对应)粗糙而形成。当弯曲插塞件111由除了硬质合金钢以外的钢制成时，最大表面粗糙度需要大于等于10微米并且小于等于25微米。当弯曲插塞件111由硬质合金钢制成时，最大表面粗糙度可以是大于等于3微米并且小于等于10微米。
[0106]随后，对弯曲插塞件111涂底料，从而使其干燥且将其烤干。接下来，对弯曲插塞件111重复地进行诸如分散涂覆、静电粉末涂覆、流化床涂覆、以及喷涂之类的涂敷氟树脂覆层的过程，并且将弯曲插塞件111烤干和冷却，使得弯曲插塞件111由氟树脂重新涂覆。因此，如图9 (C)所示，在微细凹凸部50a的表面上形成比最大表面粗糙度更厚的氟树脂膜
25。此时，能够涂敷底料与氟树脂的混合涂覆材料。替代性地，可以在涂敷底料后涂敷氟树脂。
[0107]通过将带有氟树脂膜25的弯曲插塞件111用作弯曲插塞件11，而预先通过使用弯曲装置20进行弯曲或使用其它替代性手段，从而沿着表面去除氟树脂膜25，以形成上述氟树脂膜55。此时，氟树脂膜55形成为使得微细凹凸部50a中所包括的多个顶部中包括最高顶部的一部分顶部未由氟树脂膜55覆盖并且是裸露的。通过上述过程，能够制造具有氟树脂膜55的弯曲插塞件11。
[0108]随着弯曲的进行，基本上全部顶部均由在弯曲插塞件11的表面上的氟树脂膜55覆盖，但是部分顶部未由氟树脂膜55覆盖并且是裸露的。由于当进一步继续弯曲时部分氟树脂膜55沿着表面脱落，因此更多的顶部裸露。
[0109]示例 I
[0110]以下将说明利用弯曲装置20进行弯曲的示例。在示例I中，弯曲插塞件11以以下方式制造。对热模合金工具钢(Jis (日本工业标准)SKD61)进行热处理(HRC60)，并且随后将喷丸施加到表面从而具有15微米Rz的粗糙度。此外，对热模合金工具钢涂覆氟树脂膜从而制造弯曲插塞件11。这种弯曲插塞件11的外观如图14和15中所示。图14是根据示例I的整个弯曲插塞件11的图片，以及图15是围绕弯曲插塞件11的涂覆部Ilc的图片。
[0111]在该试验中，将可商业应用的2级纯钛管(JIS TTP340C,内径12.7毫米，tl.0毫米)用作钛管15。在以下条件下通过弯曲装置20进行弯曲。
[0112]条件:超声振动频率:20.0千赫，振幅:5微米
[0113]弯曲装置20连接到液压喷雾泵14。但是，液压喷雾泵14不操作，并且弯曲是在不使用润滑油的情况下在干燥环境中进行的。
[0114]由于对多个钛管15 (150个钛管)施加旋转和拉动弯曲，因此能够在不因在施加超声振动时使弯曲插塞件11 (芯杆12)弯曲而破碎裂的情况下使钛管15成型。这种钛管15在图16和图17中示出。图16是通过上述弯曲形成的钛管15的外观及其弯曲部的内部的图片，以及图17是弯曲部的内部的放大形式的图片。
[0115]为了对比，使用不包括涂层部分Ilc的弯曲插塞件代替弯曲插塞件11，并且在不施加超声振动的情况下弯曲钛管15。因此，如图18所示，弯曲部断裂。因此，通过在施加超声振动时使用弯曲插塞件11弯曲钛管15，确保了钛管15在没有润滑的情况下成型。
[0116]示例2
[0117]为了评估由使用弯曲插塞件11的弯曲装置20进行的弯曲，进行了以下试验。在该试验中，对一个钛管15进行两次弯曲，从而成型图19中示出的具有大致为L状形状的钛管。在图19中，Rl表示第一弯曲度，并且R2表示第二弯曲度。此时，测量施加在弯曲插塞件11上的轴向拉伸载荷。并且，为了评估弯曲精度，检测了尺寸LI和L2相对于设定值的变化。超声振动的振幅为5微米并且振动频率为20千赫。为了对比，当没有施加超声振动(振幅为O微米)时，实施了相同的试验。
[0118]图20是示出了当施加超声振动时拉伸载荷的强度的曲线图，以及图21是示出了当未施加超声振动时拉伸载荷强度的曲线图。在图20和图21中，竖向轴线表示千牛，并且水平轴线表示钛管15的数量。“插塞件拉伸载荷(第一次弯曲)”的意思是第一次弯曲钛管15时的拉伸载荷，并且“插塞件拉伸载荷(第二次弯曲)”的意思是第二次弯曲钛管15时的拉伸载荷。
[0119]如图20所示，当施加超声振动时的拉伸载荷近似为0.58千牛到0.75千牛，而如图21所示，当未施加超声振动时的拉伸载荷近似为I千牛到1.9千牛。可以证实,通过施加超声振动，作用在弯曲插塞件11上的轴向拉伸载荷降低至大致一半(1/2)或更小。
[0120]图22是示出了当施加超声振动时尺寸LI和L2相对于设定值的变化，以及图23是示出了当未施加超声振动时的变化。在图22和图23中，竖向轴线表示毫米，并且水平轴线表示钛管15的数量。“尺寸I (宽度)”的意思是相对于图19中示出的尺寸LI的设定值的变化，并且“尺寸2 (长度)”的意思是相对于尺寸L2的设定值的变化。图24是示出了这些结果的具体数值的图表。
[0121]如图22所示，当施加超声振动时，尺寸LI和L2分别近似于-0.3到0.3毫米和-0.6毫米到0.45毫米，而当未施加超声振动时，尺寸LI和L2分别近似于0.3毫米到I毫米和-0.4毫米到1.5毫米。如图24所示，当施加超声振动时尺寸LI和L2的偏差(变化)分别为0.165和0.231。当未施加超声振动时尺寸LI和L2的偏差分别为0.232和0.555。可以证实，通过施加超声振动，降低了尺寸LI和L2相对于设定值的变化，使得提高了尺寸精度。
[0122]示例3
[0123]进行了试验用以证实通过涂敷液态氟树脂恢复微细凹凸部的耐久性。在该试验中，对氟树脂膜55在弯曲期间脱落且表面裸露的弯曲插塞件11的摩擦系数与相同的弯曲插塞件11在附连到弯曲装置时进行液态氟树脂喷洒(该过程也称为喷涂)后所测量的摩擦系数之间进行对比。先述的摩擦系数在图25 (A)中示出，后述的摩擦系数在图25 (B)中示出。
[0124]当使用氟树脂膜55脱落的弯曲插塞件11时，如图25 (A)所示，摩擦系数从近似
0.1逐渐增加并且达到0.2。但是，当再次喷洒氟树脂时，摩擦系数基本恒定并且在近似0.1以内。因此，可以证实，通过再次涂敷氟树脂，恢复了微细凹凸部的耐久性。
[0125]【改型】在以上描述中，使用了用于在干燥环境下进行弯曲加工的弯曲插塞件11。但是，本发明的实施方式可以应用到图13所示的弯曲插塞件31。弯曲插塞件31与弯曲插塞件11不同的是:弯曲插塞件31包括入油管31a和排油孔31b。入油管31a连接到螺纹孔Ilb和排油孔31b，并且形 成为轴向穿透本体部Ila的中央部的绝大部分。排油孔31b连接到入油管31a以及本体部Ila的表面。排油孔31b形成在涂覆部Ilc上。
[0126]通过使用弯曲插塞件31代替弯曲插塞件11，同样能够在干燥环境下弯曲钛管15。当润滑油传送到入油管31a时，也能够使用润滑油进行弯曲。此时，润滑油可以辅助地使用，从而易于事后清洁。
[0127]尽管将包括穿透中央部的孔的钛管15用作如上所述的钛构件，但是本发明的该实施方式得到了对于带有底部的圆筒形钛构件的应用，该带有底部的圆筒形钛构件具有大致管状形状，其中穿透中央部的孔的一端封闭。
[0128]根据本发明的装置和方法不局限于上述实施方式，而是能够进行各种改型和变型。根据本发明的装置和方法可以通过实施方式中所描述的部件、功能、特性、或方法的适当结合来提供。
[0129]工业适用性
[0130]根据本发明的各方面和实施方式，通过将氟树脂膜用作润滑膜，能够提高弯曲工具的耐久性，并且能够在干燥环境下重复地弯曲钛构件。
[0131]附图标记列表
[0132]5…超声振动器
[0133]6…超声振动部分[0134]9、10 …模具
[0135]11、13…弯曲插塞件
[0136]I Ia…本体部
[0137]I Ib…螺纹孔
[0138]Ilc…涂覆部
[0139]I Id…等径部
[0140]Ile…缩径部
[0141]Ilf…末端部
[0142]15…钛管
[0143]20...弯曲装置
[0144]50a…微细凹凸部
[0145]55…氟树脂膜
[0146]P1、P3、P5、P7、P9 、P11 …顶部
[0147]P2、P4、P6、P8、P10 …底部
【权利要求】
1.一种用于弯曲钛构件的方法，所述钛构件由钛或钛合金制成并且呈管状形状形式，所述方法包括以下弯曲步骤: 将弯曲工具放入所述钛构件的中空部中，其中，所述弯曲构件包括具有微细凹凸的微细凹凸部以及形成在所述微细凹凸部上的氟树脂膜，所述微细凹凸部具有大于等于3微米并且小于等于25微米的最大表面粗糙度并且位于与所述钛构件接触的接触部的至少一部分上，其中，所述氟树脂膜牢固地附连到所述微细凹凸部的表面；以及在对所述弯曲工具施加超声振动的同时弯曲所述钛构件。
2.根据权利要求1所述的用于弯曲钛构件的方法，其中: 杆形构件包括缩径部和等径部，所述缩径部的直径朝向末端部逐渐缩小，所述等径部连接到所述缩径部并且所述等径部的直径是均匀一致的，并且， 所述接触部是所述杆形构件的所述末端部和所述缩径部与所述等径部之间的边界部。
3.根据权利要求1或2所述的用于弯曲钛构件的方法，其中: 所述杆形构件由除了硬质合金钢以外的钢制成，以及 所述微细凹凸部形成为具有大于等于10微米并且小于等于25微米的最大表面粗糙度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于弯曲钛构件的方法，其中，当重复地进行所述弯曲时，将氟树脂重新涂敷在所述微细凹凸部上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于弯曲钛构件的方法，其中，在所述弯曲中，在从环境温度到较热的工作温度范围的温度范围内弯曲所述钛构件，所述温度范围即为从10°C到连续使用氟树脂的最高温度所限定的范围。
6.一种用于弯曲钛构件的弯曲工具，所述钛构件由钛或钛合金制成并且呈管状形状形式，所述弯曲工具包括: 具有微细凹凸的微细凹凸部，所述微细凹凸部具有大于等于3微米并且小于等于25微米的最大表面粗糙度并且位于与所述钛构件接触的接触部的至少一部分上，以及， 形成在所述微细凹凸部上的氟树脂膜，其中，所述氟树脂膜牢固地附连到所述微细凹凸部的表面。
7.根据权利要求6所述的用于弯曲钛构件的弯曲工具，其中: 所述弯曲工具由杆形构件形成，所述杆形构件具有与所述钛构件的中空部相对应的直径， 所述杆形构件包括等径部和缩径部，所述等径部具有与所述中空部相对应的均匀一致的直径，所述缩径部连接到所述等径部并且所述缩径部的直径朝向末端部逐渐缩小， 至少将所述杆形构件的所述末端部和所述缩径部与所述等径部之间的边界部设定为所述接触部，以及 所述微细凹凸部和所述氟树脂膜形成在整个所述接触部上。
8.根据权利要求6或7所述的用于弯曲钛构件的弯曲工具，其中: 所述杆形构件由除了硬质合金钢以外的钢制成；以及 所述微细凹凸部形成为具有大于等于10微米并且小于等于25微米的最大表面粗糙度。
【文档编号】B21D35/00GK103459057SQ201280005142
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年1月6日 优先权日:2011年1月11日
【发明者】小金井诚司, 神雅彦, 基昭夫, 高桥正明, 矶幸男, 小林祐次 申请人:新东工业株式会社