旋压成型方法与流程

本发明涉及使板材在旋转的同时成型为所希望的形状的旋压成型方法。

背景技术：

以往，通过旋压成型方法来制造轴对称的各种形状的产品。例如，专利文献1中公开了用于制造在倾斜部的大径侧端部具有向内鼓出部的中空结构体的旋压成型方法。

具体而言，专利文献1中公开的旋压成型方法包括减薄拉伸加工工序和增厚加工工序。减薄拉伸加工工序中，将加工工具向旋转的板材的表面按压的同时使之向径向外移动，并对板材上按压加工工具的部分进行局部加热。由此，板材的规定范围成为倾斜部。增厚加工工序中，对倾斜部的周缘部进行局部加热的同时，以使倾斜部的周缘部向内鼓起的形式向倾斜部的周缘部按压成型辊。由此，在倾斜部的大径侧端部形成向内鼓出部。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开2015-205306号公报。

技术实现要素：

发明要解决的问题：

然而，专利文献1中公开的旋压成型方法中，使用加工工具的减薄拉伸加工工序和使用成型辊的增厚加工工序为必需。从而，期待以更简易的方法来制造在倾斜部的大径侧端部具有向内鼓出部的中空结构体。

因此，本发明目的在于提供一种能容易地制造在倾斜部的大径侧端部具有向内鼓出部的中空结构体的旋压成型方法。

解决问题的手段：

为了解决前述问题，本发明的发明人们认为，若利用减薄拉伸加工中使用的加工工具来进行弯曲加工，则能以连续的作业来进行倾斜部的形成和向内鼓出部的形成，经认真研究，发现了用于将其实现的条件。本发明是从这样的观点出发而形成。

即，本发明的旋压成型方法特征在于，包括：准备板材的工序，所述板材中沿外周缘的环状的突起形成于内面，且所述内面上朝向所述突起的梢端的部分的倾斜度为45度以上的基准位置上的厚度相对于所述突起的梢端上的厚度的比为0.7以下；使所述板材旋转的工序；向旋转的所述板材的表面按压加工工具的同时，以从所述突起的内侧至所述突起的上方的形式使所述加工工具向径向外移动的工序；以及对所述板材上按压所述加工工具的部分进行局部加热的工序。

根据上述结构，在突起的内侧，通过加工工具的按压进行减薄拉伸加工。由此，板材上的突起的内侧的规定范围成为倾斜部。一方面，成为环状突起的内周面的基点的基准位置上的厚度相对于突起的梢端上的厚度而言十分小。而且，板材上的按压加工工具的部分被局部加热。因此，加工工具超过基准位置的上方时，以该基准位置的内侧附近部分、即因局部加热而软化的部分为支点进行弯曲加工，突起向径向内侧倒入。由此，在倾斜部的大径侧端部形成向内鼓出部。即，仅通过使加工工具连续向径向外移动即可依次进行减薄拉伸加工和弯曲加工。从而，能容易地制造在倾斜部的大径侧端部具有向内鼓出部的中空结构体。

也可以是，对所述板材上按压所述加工工具的部分进行加热时，从所述板材的表面侧加热。根据该结构，相比于从板材的内面侧加热的情况，能良好地进行以基准位置附近为支点的弯曲加工。

也可以是，所述板材在所述突起的内侧具有厚度向径向外侧减少的减厚部。根据该结构，由于板材的厚度随着减薄拉伸加工的进行而变薄，所以能逐渐减低施加在减薄拉伸加工中的加工工具上的负荷。

例如也可以是，所述板材的表面至少从成型开始点到所述突起的上方为止是平坦的；所述板材的内面在所述成型开始点与所述突起之间具有以朝径向外侧接近所述表面的形式倾斜的向外倾斜面。

也可以是，所述板材的内面在所述向外倾斜面与所述突起之间具有以朝径向外侧远离所述表面的形式倾斜的向内倾斜面。根据该结构，在板材的内面，在比基准位置靠近内侧处形成有凹部。其结果为，尤其是在从表面侧加热板材的情况下，能在从减薄拉伸加工向弯曲加工转移之际使其热在倾斜部的法线方向上深入渗透至内面附近。由此，能使基准位置的内侧附近部分保持在高温，更好地进行以该部分为支点的弯曲加工。

也可以是，所述基准位置上的厚度相对于所述板材的所述突起的梢端上的厚度的比为0.2以上。若基准位置上的厚度相对于板材的突起的梢端上的厚度的比过小，则根据板材的材质的不同，板材恐会在弯曲加工时破断，而若该比为0.2以上，则能减低这样的破断的可能性。

例如也可以是，所述板材由钛合金构成。

例如也可以是，所述板材的最小厚度为10mm以上。

发明效果：

根据本发明，能容易地制造在倾斜部的大径侧端部具有向内鼓出部的中空结构体。

附图说明

图1是在根据本发明一实施形态的旋压成型方法中使用的板材的剖视图；

图2的2a及2b是用于说明所述旋压成型方法的图；

图3是执行所述旋压成型方法的旋压成型装置的概略结构图；

图4的4a及4b是加热器的剖视图及俯视图；

图5是变形例的板材的剖视图；

图6的6a示出使用图5所示的板材时从减薄拉伸加工向弯曲加工转移之际的板材内的温度分布，图6的6b示出使用图1所示的板材时从减薄拉伸加工向弯曲加工转移之际的板材内的温度分布；

图7是其它变形例的板材的剖视图；

图8是又一其它变形例的板材的剖视图。

具体实施方式

根据本发明一实施形态的旋压成型方法用于制造如图2的2b所示的在倾斜部14的大径侧端部具有向内鼓出部15的中空结构体。倾斜部14的剖面形状可以是直线状，也可以是曲线状。在本实施形态的旋压成型方法中，首先准备图1所示的板材1。

板材1具有成为图2的2b所示的中空结构体的内表面的内面2、成为中空结构体的外表面的表面3。板材1绕中心轴11对称，具有俯视呈圆形状的轮廓。在板材1的中心设置有圆形状的贯通孔12。该贯通孔12例如利用于对后述的支承治具52的定位。但无需一定要在板材1上设置贯通孔12。板材1的材质未特别限定，例如为钛合金。

在板材1的内面2形成有沿板材1的外周缘的环状突起13。在本实施形态中，突起13以构成板材1的外周面的一部分的形式形成。但突起13也可以是以从板材1的外周面向内侧隔开的形式形成。又，突起13无需一定要在周向上连续，也可以是由在周向上分割的多个圆弧片构成。

板材1的表面3优选为，至少从成型开始点30到突起13的上方为止是平坦的。成型开始点30是后述的加工工具7最初按压在板材1的表面3上的位置。即，从成型开始点30起外侧的规定范围成为倾斜部14（参照图2的2a）。

本实施形态中，表面3整体是平坦的。但表面3可以在比成型开始点30靠近内侧处凹陷，也可以凸起。或者，突起13以从板材1的外周面向内侧隔开的形式形成的情况下，表面3可以在突起13与板材1的外周面之间凹陷，也可以凸起。

内面2更详细而言，在突起13的内侧具有基准面21、向外倾斜面22、环状面23以及向内倾斜面24。这些面21~24从中心侧向外侧以该顺序排列。

基准面21及环状面23与表面3平行。环状面23位于比基准面21靠近表面3的位置。即，环状面23与表面3之间的厚度c为板材1的最小厚度。板材1的最小厚度例如为10mm以上。

向外倾斜面22存在于表面3的成型开始点30与突起13之间。本实施形态中，基准面21的外周缘位于比表面3的成型开始点30的正下方靠近径向外侧的位置。但基准面21的外周缘也可以位于表面3的成型开始点30的正下方，还可以位于比成型开始点30的正下方靠近径向内侧的位置。

向外倾斜面22以从基准面21的外周缘朝径向外侧而接近表面3的形式倾斜。即，向外倾斜面22与表面3之间的部分是厚度向径向外侧减少的减厚部。向外倾斜面22相对于表面3的倾斜角度相对较小（例如30度以下）。环状面23连结向外倾斜面22的外周缘和向内倾斜面24的内周缘。但也可以省略环状面23，从而向外倾斜面22的外周缘直接与向内倾斜面24的内周缘连结。

存在于向外倾斜面22与突起13之间的向内倾斜面24以从环状面23的外周缘朝径向外侧而远离表面3的形式倾斜。向内倾斜面24相对于表面3的倾斜角度相对较小（例如30度以下）。

本实施形态中，突起13的剖面形状呈向下变尖的大致梯形状。即，突起13具有与板材1的表面3平行的梢端面13b、位于板材1的外周缘上的筒状的外周面13c、和以朝向梢端面13b并接近外周面13c的形式倾斜的内周面13a。内周面13a及梢端面13b为板材1的内面2的一部分。外周面13c也可以是以朝向梢端面13b并接近内周面13a的形式倾斜，这种情况下，外周面13c也是板材1的内面2的一部分。内周面13a相对于表面3的倾斜角度例如为60~65度。

板材1形成为在将突起13的梢端上的厚度设为a，将内面2上朝向突起13的梢端的部分的倾斜度为45度以上的基准位置20上的厚度设为b时，b相对于a的比r（r=b/a）为0.7以下的结构。基准位置20在本实施形态中为向内倾斜面24与突起13的内周面13a的交点。

在本实施形态的旋压成型方法中，准备板材1后，在利用图3所示的旋压成型装置4使板材1旋转的同时进行减薄拉伸加工及弯曲加工。另，为简化附图，在图3中将板材1以简易形状绘出。

具体而言，旋压成型装置4包括使板材1旋转的旋转轴51、介于旋转轴51与板材1之间的支承治具52、和固定治具61。支承治具52安装于旋转轴51并支持板材1的中心部，固定治具61与支承治具52一同夹持板材1。此外，旋压成型装置4包括用于按压板材1的表面的加工工具7、和用于对板材1上按压加工工具7的部分进行局部加热的加热器8。

本实施形态中，加热器8通过感应加热对板材1的一部分（按压加工工具7的部分）进行局部加热。但加热器8也可以通过激光对板材1的一部分进行局部加热。或者，对板材1的一部分进行局部加热的加热器8例如也可以是气体燃烧器等。又，本实施形态中，加热器8配置为与板材1的表面3相向。即，加热器8从板材1的表面3侧加热板材1上按压加工工具7的部分。加热器8的加热与加工工具7的按压同时进行。另，加热器8的加热可以在加工工具7按压板材1期间一直进行，也可以间断进行。

旋转轴51的轴向在本实施形态中为铅垂方向。但是，旋转轴51的轴向也可以是水平方向、斜方向。旋转轴51的下部支持于基台41，旋转轴51通过未图示的马达来旋转。旋转轴51的上表面平坦，支承治具52固定于该上表面。

固定治具61安装于加压杆62，加压杆62由支持部63可旋转地支持。支持部63通过驱动部64在上下方向驱动。驱动部64安装于配置在旋转轴51的上方的框架42上。但也可以省略固定治具61，例如通过螺栓来将板材1直接固定于支承治具52。

加工工具7在按压于旋转的板材1的表面3的同时向径向外移动。本实施形态中，作为加工工具7，使用随着板材1的旋转而旋转的剖面梯形状的辊。但作为加工工具7使用的辊例如也可以具有菱形状、长圆状的剖面形状。或者，作为加工工具7，例如也可以使用刮刀等。

更详细而言，加工工具7通过第一径向移动机构44而在旋转轴51的径向移动，并通过第一轴向移动机构43，介由第一径向移动机构44而在旋转轴51的轴向移动。第一轴向移动机构43以对上述的基台41和框架42进行架桥的形式延伸。

成型过程中，加热器8配置于与加工工具7大致同一圆周上，并与加工工具7同步移动。更详细而言，加热器8通过第二径向移动机构46而在旋转轴51的径向移动，并通过第二轴向移动机构45，介由第二径向移动机构46在旋转轴51的轴向移动。第二轴向移动机构45以对上述的基台41和框架42进行架桥的形式延伸。

旋转轴51的周向上加热器8与加工工具7的相对位置关系未特别限定。例如，加热器8可以隔着旋转轴51配置在加工工具7的正对面的位置，也可以配置在从该正对面的位置偏离的位置（例如在旋转轴51的周向上与加工工具7距离90度的位置）。

如图4的4a及4b所示，加热器8包括具有线圈部82的电通管81和用于汇集线圈部82的周围产生的磁通量的芯85。线圈部82呈在板材1的旋转方向延伸且沿着板材1的双重圆弧状。线圈部82的打开角度（两端部间的角度）例如为60~120度。芯85由从板材1相反侧覆盖线圈部82的内侧圆弧部83的一个内周侧构件86、和从板材1相反侧覆盖线圈部82的外侧圆弧部84的两个外周侧构件87构成。

电通管81内流有冷却液。又，对电通管81施加交流电压。交流电压的频率未特别限定，但理想的是5k~400khz的高频率。即，加热器8的感应加热理想的是高频感应加热。

接着，说明旋压成型装置4的动作。

首先，以将板材1夹持在支承治具52与固定治具61之间的状态，通过旋转轴51使板材1旋转。接下来，使加工工具7及加热器8向接近板材1的表面3的成型开始点30的位置移动，通过加热器8对板材1的成型开始点30进行局部加热。接下来，将加工工具7按压至成型开始点30后，使加工工具7及加热器8同步地朝径向的外侧向斜下移动。即，向旋转的板材1的表面3按压加工工具7的同时，以从突起13的内侧至突起13的上方的形式使加工工具7向径向外移动，并对板材1上按压加工工具7的部分进行局部加热。

另，旋转轴51的轴向上的加工工具7的移动速度v1和旋转轴51的径向上的加工工具7的移动速度v2可以在成型过程中一直恒定。或者也可以是移动速度v1、v2的一方或双方在成型过程中变化。

根据上述旋压成型装置4的动作，在突起13的内侧，通过加工工具7的按压进行减薄拉伸加工。由此，如图2的2a所示，板材1上的突起13的内侧的规定范围（从成型开始点30至突起13）成为倾斜部14。

然而，若成为环状突起13的内周面13a的基点的基准位置上的厚度b与突起a的梢端上的厚度a相比没怎么变化，它们的比r（=b/a）大于0.7（换言之，若突起13的高度较小），则在突起13所在的范围也进行减薄拉伸加工。即，突起13仅是通过加工工具7的按压而在旋转轴51的轴向上变形。

与此相对，本实施形态中，基准位置20上的厚度b相对于突起13的梢端上的厚度a而言十分小。而且，对板材1上按压加工工具7的部分进行局部加热。因此，当加工工具7超过基准位置20的上方时，如图2的2b所示，将该基准位置20的内侧附近部分、即通过局部加热软化后的部分作为支点进行弯曲加工，突起13向径向内侧倒入。由此，在倾斜部14的大径侧端部形成向内鼓出部15。另，由于突起13的体积因突起13向径向内侧倒入而减少，所以在加工工具7的外侧，由剩余的体积的量形成毛边16。

即，根据本实施形态的旋压成型方法，能仅通过使加工工具7连续向径向外移动来依次进行减薄拉伸加工和弯曲加工。从而，能容易地制造在倾斜部14的大径侧端部具有向内鼓出部15的中空结构体。

此外，本实施形态中，由于从板材1的表面3侧加热板材1上按压加工工具7的部分从而保持突起13的梢端的刚性，所以相比于从板材1的内面2侧加热的情况，能良好地进行以基准位置20的内侧附近部分为支点的弯曲加工。

然而，基准位置20上的厚度b相对于板材1的突起13的梢端上的厚度a的比r，理想的是在0.2以上。若比r过于小，则根据板材1的材质的不同，板材1恐会在弯曲加工时破断。这样的破断发生的理由是，基准位置20上的厚度b过薄时，板材1无法承受减薄拉伸加工带来的拉伸应力的负荷。与此相对，若比r在0.2以上，则能减低这样的破断的可能性。更理想的是比r在0.3以上，进一步理想的是在0.4以上。

（变形例）

本发明不限于上述实施形态，可在不脱离本发明的主旨的范围内进行种种变形。

例如，所述实施形态中，板材1的内面2由剖面直线状的多个平面构成，但板材1的内面2也可以由连续的一个曲面构成。

又，板材1的内面2无需一定要在突起13的内侧具有向内倾斜面24。例如也可以如图5所示，内面2上朝向突起13的梢端的部分的倾斜度为45度以上的基准位置20是向外倾斜面22与突起13的内周面13a的交点。

但是，若如前述实施形态般，在向外倾斜面22与突起13之间存在向内倾斜面24，则在板材1的内面2上，凹部形成于比基准位置20靠近内侧处。其结果为，尤其是在从表面3侧加热板材1的情况下，能在从减薄拉伸加工向弯曲加工转移之际，使其热在倾斜部14的法线方向上渗透至内面2附近。由此，能使基准位置20的内侧附近部分保持在高温，更好地进行以该部分为支点的弯曲加工。

图6的6a示出使用图5所示的板材1时从减薄拉伸加工向弯曲加工转移之际的板材1内的温度分布，图6的6b示出使用图1所示的板材时从减薄拉伸加工向弯曲加工转移之际的板材1内的温度分布。能从这些图中确认上述的效果。

又，板材1的内面2无需一定要在突起13的内侧具有向外倾斜面22。例如，也可以如图7所示，板材1的内面2在突起13以外是平坦的。但是，若如图1及图5所示，板材1的内面2在突起13的内侧具有向外倾斜面22，换言之板材1在突起13的内侧具有厚度向径向外侧减少的减厚部，则随着减薄拉伸加工的进行，板材1的厚度变薄，因此，能逐渐减低加在减薄拉伸加工中的加工工具7上的负荷。另，存在于突起13的内侧的减厚部，例如也可以如图8所示，是平坦的内面2与在表面3上形成的向外倾斜面之间的部分。如图8所示，板材1的表面3在突起13的上方倾斜时，突起13的梢端上的厚度a是指突起13的梢端与表面3之间的最大距离。

又，突起13的剖面形状无需一定要为梯形状。例如，突起13的剖面形状也可以如图7所示为矩形状。或者，突起13的剖面形状例如也可以是三角形状，还可以是正弦曲线那样的山形。

又，板材1的最小厚度也可以低于10mm。

符号说明：

1　　板材；

13　突起；

2　　内面；

20　基准位置；

22　向外倾斜面；

24　向内倾斜面；

3　　表面；

30　成型开始点；

7　　加工工具。