本發(fā)明涉及使板材旋轉(zhuǎn)的同時成型為所希望的形狀的旋壓成型裝置。

背景技術(shù)：

以往，已知使板材旋轉(zhuǎn)的同時向該板材按壓加工工具以使該板材變形的旋壓成型裝置。像這樣的旋壓成型裝置通常具有安裝于旋轉(zhuǎn)軸的型芯（mandrel）（成型模具），借由加工工具將板材按壓在型芯上以此進行成型。

近年來，提出了對板材局部加熱的同時進行旋壓成型的旋壓成型裝置。例如，專利文獻1中，作為鈦合金用的旋壓成型裝置，公開了通過高頻感應(yīng)加熱對板材中被趕棒（加工工具）按壓在型芯上的部位感應(yīng)加熱進行加熱的旋壓成型裝置。

現(xiàn)有技術(shù)文獻：

專利文獻：

專利文獻1 ：日本特開2011-218427號公報。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題：

然而，本發(fā)明的發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，使加工工具朝向徑向外方移動的同時按壓于板材的表面的情況下，會在板材的表面中被加工工具按壓的部分的外側(cè)形成隆起。特別是在板材較厚時，由于進入板材的熱量增大并且加工工具對板材的按壓力增大，該隆起會顯著發(fā)生。像這樣的隆起，有時會存在隨著成型的進行而成為類似削屑狀旋轉(zhuǎn)。

因此，本發(fā)明的目的在于提供能夠抑制板材的隆起的旋壓成型裝置。

解決問題的手段：

為了解決上述問題，本發(fā)明的旋壓成型裝置的特征是具備：使需要成型的板材旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸；朝向所述旋轉(zhuǎn)軸的徑向外方移動同時按壓所述板材的表面的加工工具；以與所述加工工具位于同一圓周上的形式移動并通過感應(yīng)加熱將所述板材局部加熱的加熱器；和冷卻所述板材的表面的冷卻裝置。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于板材被加工工具按壓的表面被冷卻，所以能夠抑制板材的表面的屈服強度(yield strength)降低。其結(jié)果是，能夠抑制板材的隆起。

也可以是，所述加熱器配置于在所述旋轉(zhuǎn)軸的軸向上不與所述加工工具重合的位置，在所述板材的旋轉(zhuǎn)方向上中，所述加工工具的上游側(cè)且所述加熱器的下游側(cè)的位置上，所述冷卻裝置冷卻所述板材的表面。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠以僅在由加熱器加熱到適當(dāng)溫度的板材的表面附近保持冷卻效果的狀態(tài)，即，在冷卻效果從板材的表面進行到內(nèi)部之前，借由加工工具使板材變形。借此，能夠良好地將板材成型。

例如，所述冷卻裝置可以是形成為向所述板材的表面噴射冷卻劑的結(jié)構(gòu)，也可以是形成為在所述板材的表面涂布冷卻劑的結(jié)構(gòu)。或者，也可以是所述冷卻裝置包括與所述板材的表面接觸的冷卻輥。

也可以是所述加工工具為成型輥，所述冷卻裝置安裝于支持所述成型輥的支持構(gòu)件或所述加熱器。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠使冷卻裝置與加工工具或加熱器一起移動。其結(jié)果是，能夠?qū)⒗鋮s裝置形成為進行局部冷卻的緊湊的結(jié)構(gòu)。

也可以是所述成型輥具有向著遠(yuǎn)離所述旋轉(zhuǎn)軸的方向縮徑的截面梯形的形狀，所述成型輥上的軸心以所述成型輥的大徑部與所述板材點接觸并且所述成型輥的側(cè)面與所述旋轉(zhuǎn)軸的徑向形成的角度為1度以上30度以下的形式設(shè)定。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒈劝宀闹斜患庸すぞ甙磯旱奈恢每拷鈧?cè)的外側(cè)部分的反卷上揚限制在成型輥的側(cè)面，同時抑制板材的隆起。

上述的旋壓成型裝置還具備安裝于所述旋轉(zhuǎn)軸、并支持所述板材的中心部的支承治具，也可以是所述加熱器為以與所述板材的背面相向的形式配置的背側(cè)加熱器，和以與所述板材的表面相向的形式配置的表側(cè)加熱器中的至少一個。例如，加熱器為背側(cè)加熱器與表側(cè)加熱器兩個時，即使板材較厚也能良好地將板材成型。

發(fā)明效果：

根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制板材的隆起。

附圖說明

圖1 是根據(jù)本發(fā)明第一實施形態(tài)的旋壓成型裝置的大致結(jié)構(gòu)圖；

圖2是背側(cè)加熱器以及表側(cè)加熱器的剖視圖；

圖3中的圖3A是背側(cè)加熱器的俯視圖，圖3B是表側(cè)加熱器的仰視圖；

圖4中的圖4A以及圖4B分別是示出根據(jù)第一實施形態(tài)的冷卻裝置的主視圖以及側(cè)視圖；

圖5是示出板材的隆起的剖視圖；

圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施形態(tài)的冷卻裝置的主視圖；

圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施形態(tài)的冷卻裝置的主視圖；

圖8是示出根據(jù)本發(fā)明第四實施形態(tài)的冷卻裝置的主視圖；

圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第五實施形態(tài)的冷卻裝置的側(cè)視圖。

具體實施方式

（第一實施形態(tài)）

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施形態(tài)的旋壓成型裝置1。該旋壓成型裝置1具備：使需要成型的板材9旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸21；介于旋轉(zhuǎn)軸21與板材9之間的支承治具22；和固定治具31。支承治具22安裝于旋轉(zhuǎn)軸21并支持板材9的中心部，固定治具31與支承治具22一起夾持板材9。此外，旋壓成型裝置1具備：配置于板材9的背側(cè)的背側(cè)加熱器4；和配置于板材9的表側(cè)的表側(cè)加熱器5以及加工工具6。

旋轉(zhuǎn)軸21的軸向在本實施形態(tài)中為鉛錘方向。但是，旋轉(zhuǎn)軸21的軸向也可以是水平方向、傾斜方向。旋轉(zhuǎn)軸21的下部支持于基臺11，旋轉(zhuǎn)軸21借助省略圖示的馬達(dá)旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸21的上表面是平坦的，該上表面上固定有支承治具22。

板材9例如是平坦的圓形的板。但是，板材9的形狀也可以是多角形、橢圓形。又，板材9無需整個平面都是平坦的，也可以是，例如中心部的厚度比周緣部的厚度厚、整體或一部分被預(yù)先加工成坡狀。板材9的材質(zhì)沒有特別限定，例如是鈦合金。

本實施形態(tài)中，板材9的表面9a為上表面，背面9b為下表面，背側(cè)加熱器5配置于板材9的下方，表側(cè)加熱器4以及加工工具6配置于板材9的上方。但是，也可以是板材9的表面9a為下表面，背面9b為上表面，背側(cè)加熱器5配置于板材9的上方，表側(cè)加熱器4以及加工工具6配置于板材9的下方。

支承治具22具有包含于由板材9的成型開始位置規(guī)定的圓的尺寸。例如，支承治具22為圓盤狀時，支承治具22的直徑為由板材9的成型開始位置規(guī)定的圓的直徑以下。又，和以往的型芯不同，板材9不會被按壓于支承治具22徑向外方的側(cè)面從而變形。

固定治具31安裝于加壓桿32，加壓桿32由支持部33可旋轉(zhuǎn)地支持。支持部33由驅(qū)動部34在上下方向上驅(qū)動。驅(qū)動部34安裝于配置在旋轉(zhuǎn)軸21的上方的框架12。但是也可以是省略固定治具31，例如由螺栓將板材9直接固定于支承治具22。

加工工具6朝向旋轉(zhuǎn)軸21的徑向外方移動的同時，按壓板材9的表面9a。本實施形態(tài)中，作為加工工具6，使用追隨板材9的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的成型輥。但是，加工工具6不限定于成型輥，也可以是例如趕棒。

更詳細(xì)而言，加工工具6由支持構(gòu)件7支持。而且，加工工具6借由第一徑向移動機構(gòu)14通過支持構(gòu)件7在旋轉(zhuǎn)軸21的徑向上移動，并且借由第一軸向移動機構(gòu)13通過徑向移動機構(gòu)14以及支持構(gòu)件7在旋轉(zhuǎn)軸21的軸向上移動。第一軸向移動機構(gòu)13以橋接上述基臺11與框架12的形式延伸。

背側(cè)加熱器4以與板材9的背面9b相向的形式配置，表側(cè)加熱器5以與板材9的表面9a相向的形式配置。這些加熱器4、5，通過感應(yīng)加熱將板材9局部加熱，以與加工工具6位于同一圓周上的形式被移動。此處，“同一圓周上”是指，在以旋轉(zhuǎn)軸21的中心軸為中心的有一定程度的寬度的環(huán)狀范圍內(nèi)存在加熱器4、5的加熱中心與加工工具6的中心。

更詳細(xì)而言，加熱器4、5借由第二徑向移動機構(gòu)16在旋轉(zhuǎn)軸21的徑向上被移動，并且借由第二軸向移動機構(gòu)15并通過徑向移動機構(gòu)16在旋轉(zhuǎn)軸21的軸向上被移動。第二軸向移動機構(gòu)15以橋接上述基臺11與框架12的形式延伸。

例如，背側(cè)加熱器4以及表側(cè)加熱器5中的至少一個上安裝有測量到板材9的距離的位移計（未圖示）。背側(cè)加熱器4以及表側(cè)加熱器5以使該位移計的測量值為一定的形式，在旋轉(zhuǎn)軸21的軸向以及徑向上被移動。

加熱器4、5與加工工具6在旋轉(zhuǎn)軸21的周方向上的相對位置沒有特別限定。例如，加熱器4、5可以是隔著旋轉(zhuǎn)軸21配置于加工工具6的正對面的位置，也可以是配置于從其正對面的位置偏離的位置（例如，在旋轉(zhuǎn)軸21的周方向偏離加工工具6 90度的位置）。本實施形態(tài)中，背側(cè)加熱器4以及表側(cè)加熱器5配置于在旋轉(zhuǎn)軸21的軸向上與加工工具6不重合的位置且相互相向的位置上。

如圖2以及圖3A所示，背側(cè)加熱器4包括：具有線圈部42的電通管41；和用于集中線圈部42周圍產(chǎn)生的磁通量的磁芯45。在電通管41內(nèi)流通有冷卻液。線圈部42形成為在板材9的旋轉(zhuǎn)方向上延伸、并沿著板材9的雙圓弧狀。線圈部42的打開角度（兩端部間的角度）例如為60～120度。磁芯45由從與板材9相反的一側(cè)覆蓋線圈部42的內(nèi)側(cè)圓弧部43的一個內(nèi)周側(cè)構(gòu)件46、和從與板材9相反的一側(cè)覆蓋線圈部42外側(cè)圓弧部44的兩個外周側(cè)構(gòu)件47構(gòu)成。

同樣地，如圖2以及圖3B所示，表側(cè)加熱器5包括：具有線圈部52的電通管51；和用于集中線圈部52周圍發(fā)生的磁通量的磁芯55。電通管51內(nèi)流通有冷卻液體。線圈部52形成為在板材9的旋轉(zhuǎn)方向上延伸、并沿著板材9的雙圓弧狀。線圈部52的打開角度（兩端部間的角度）例如為60～120度。磁芯55由從與板材9相反的一側(cè)覆蓋線圈部52的內(nèi)側(cè)圓弧部53的一個內(nèi)周側(cè)構(gòu)件56；和從與板材9相反的一側(cè)覆蓋線圈部52的外側(cè)圓弧部54的兩個外周側(cè)構(gòu)件57構(gòu)成。

如上所述，背側(cè)加熱器4以及表側(cè)加熱器5各自包括在板材9的旋轉(zhuǎn)方向延伸的線圈部（42或52），所以能夠在板材9的旋轉(zhuǎn)方向上連續(xù)地進行板材9的局部加熱。借此，能夠得到良好的成型性。但是，背側(cè)加熱器4以及表側(cè)加熱器5各自無需一定具有雙圓弧狀的線圈部（42或52）。例如，背側(cè)加熱器4 和/或表側(cè)加熱器5可以是具有排列成圓弧狀的多個圓形的線圈部，也可以是僅具有一個圓形的線圈部。

背側(cè)加熱器4以及表側(cè)加熱器5的電通管41、51上施加有交流電壓。交流電壓的頻率沒有特別限定，但優(yōu)選為5k～400kHz的高頻率。即，背側(cè)加熱器4以及表側(cè)加熱器5的感應(yīng)加熱優(yōu)選為高頻感應(yīng)加熱。

接著，參照圖4A以及圖4B，詳細(xì)說明加工工具6的周邊結(jié)構(gòu)。本實施形態(tài)中，支持加工工具6的支持構(gòu)件7上安裝有冷卻板材9的表面9a的冷卻裝置8。另外，為了附圖的簡略化，在圖1中省略了冷卻裝置8的作圖。

本實施形態(tài)中，作為加工工具6的成型輥60具有向著遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)軸21的方向縮徑的截面梯形的形狀。即，成型輥60具有旋轉(zhuǎn)軸21側(cè)的大徑的底面；旋轉(zhuǎn)軸21相反一側(cè)的小徑的頂面，以及連接它們的坡狀的側(cè)面。即，側(cè)面與底面之間的角部為大徑部，側(cè)面與頂面之間的角部為小徑部。

成型輥60的軸心以成型輥60的大徑部與板材9點接觸并且成型輥60的側(cè)面與旋轉(zhuǎn)軸21的徑向形成的角度為1度以上30度以下的形式設(shè)定。本實施形態(tài)中，以成型輥60的頂面不與旋轉(zhuǎn)軸21的徑向垂直而是朝向斜下方的形式，使成型輥60朝向旋轉(zhuǎn)軸21的徑向外方稍微傾倒。但是，成型輥60的軸心也可以是與旋轉(zhuǎn)軸21的徑向平行，也可以是向與圖4B相反的方向傾斜。

支持構(gòu)件7通過旋轉(zhuǎn)軸61以及省略圖示的軸承可旋轉(zhuǎn)地支持成型輥60。即，上述成型輥60的軸心也是旋轉(zhuǎn)軸61的中心線。

具體而言，支持構(gòu)件7包括：在旋轉(zhuǎn)軸21的徑向上延伸的主體71；和以與成型輥60的頂面以及底面相向的形式從主體71向斜下方突出的一對突出片72。上述旋轉(zhuǎn)軸61的兩端部支持于一對突出片72。省略圖示的軸承可以是介于旋轉(zhuǎn)軸61與成型輥60之間（旋轉(zhuǎn)軸61不旋轉(zhuǎn)），也可以是介于旋轉(zhuǎn)軸61與突出片72之間（旋轉(zhuǎn)軸61旋轉(zhuǎn)）。

冷卻裝置8在板材9的旋轉(zhuǎn)方向上，在成型輥60的上游側(cè)、背側(cè)加熱器4以及表側(cè)加熱器5的下游側(cè)的位置冷卻板材9的表面9a。本實施形態(tài)中，冷卻裝置8形成為向板材9的表面9a噴射冷卻劑的結(jié)構(gòu)。

具體而言，冷卻裝置8包括向板材9的表面9a噴射冷卻劑的噴出管81。從未圖示的供給裝置向噴出管81供給冷卻劑。噴出管81固定于支持構(gòu)件7的主體71。

冷卻劑可以是氣體、液體以及粉末中的任意一個。例如，作為氣體，可以使用空氣，二氧化碳、氮氣等，作為液體，可以使用水，油等。作為液體、粉末若使用具有潤滑性的物質(zhì)，則也可期待成型輥60與板材9之間的潤滑效果。

例如，板材9由鈦合金（例如，Ti-6Al-4V）形成時，借由背側(cè)加熱器4以及表側(cè)加熱器5將板材9加熱到900～950℃。此時，冷卻裝置8優(yōu)選為以板材9的表面9a的溫度不低于750℃的形式冷卻表面9a。因為表面9a的溫度低于750℃時，板材9的表面9a附近的變形阻力急劇增大。

如以上說明，本實施形態(tài)的旋壓成型裝置1中，板材9被加工工具6按壓的表面9a通過冷卻裝置8冷卻，所以能夠抑制板材9的表面9a的屈服強度降低。其結(jié)果是，如圖5所示，能夠抑制在板材9表面9a中被加工工具6按壓部分的外側(cè)形成隆起91。

另外，如圖5所示，比板材9上被加工工具6按壓的位置靠近外側(cè)的外側(cè)部分存在向下傾斜的情況。抑制這樣的板材9的變形，優(yōu)選為例如由輥等支持板材9的背面9b的周緣部。

反之，板材9上比被加工工具6按壓的位置靠近外側(cè)的外側(cè)部分存在向著成型輥60反卷上揚的情況。對此，使用截面梯形的成型輥60，并將成型輥60的軸心如本實施形態(tài)一樣設(shè)定，則能夠?qū)宀?的外側(cè)部分的反卷上揚限制在成型輥60的側(cè)面，同時抑制板材9的隆起91。

又，本實施形態(tài)中，冷卻裝置8在成型輥60的上游側(cè)、加熱器4、5的下游側(cè)的位置冷卻板材9的表面9a。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，以僅在通過加熱器4、5加熱到適當(dāng)?shù)臏囟鹊陌宀?的表面9a附近保持冷卻的效果的狀態(tài)，即，能夠在冷卻的效果從板材9的表面9a進行到內(nèi)部之前，借由加工工具6使板材9變形。借此，能夠良好地將板材9成型。

此外，本實施形態(tài)中，冷卻裝置8安裝于加工工具6的支持構(gòu)件7，所以能夠使冷卻裝置8與加工工具6一起移動。其結(jié)果是，能夠?qū)⒗鋮s裝置8形成為進行局部冷卻的緊湊的結(jié)構(gòu)。又，將冷卻裝置8安裝于支持構(gòu)件7時，例如，在噴出管81上設(shè)置分叉管，若將該分叉管的梢端朝向成型輥60，則能夠利用冷卻裝置8冷卻成型輥60。

＜變形例＞

所述實施形態(tài)中，使用了背側(cè)加熱器4與表側(cè)加熱器5兩個加熱器，但也可以僅使用背側(cè)加熱器4與表側(cè)加熱器5中的任意一個。也可以是，例如，僅使用表側(cè)加熱器5時，代替支承治具22，而使用側(cè)面作為與板材相對的成型面的型芯。但是，若使用背側(cè)加熱器4與表側(cè)加熱器5兩個加熱器時，即使板材9較厚也能夠良好地將板材9成型。

又，也可以是成型輥60的截面形狀根據(jù)板材9的成型條件，是大致菱形，長圓形，圓角長方形等其他的形狀。

（第二實施形態(tài)）

接著，參照圖6，說明根據(jù)本發(fā)明第二實施形態(tài)的旋壓成型裝置。另外，本實施形態(tài)的旋壓成型裝置與第一實施形態(tài)的旋壓成型裝置1不同的只是冷卻裝置8的結(jié)構(gòu)，所以以下僅說明冷卻裝置8（后述的第三～第五實施形態(tài)也同樣）。

本實施形態(tài)中，冷卻裝置8形成為在成型輥60的上游側(cè)、加熱器4、5的下游側(cè)的位置在板材9的表面9a涂布冷卻劑的結(jié)構(gòu)。又，本實施形態(tài)中，冷卻裝置8也安裝于加工工具6的支持構(gòu)件7。

具體而言，冷卻裝置8包括：與板材9的表面9a接觸的刷子83；和向刷子83供給液體或粉末的冷卻劑的供給管82。供給管82固定于支持構(gòu)件7的主體71。

本實施形態(tài)中，能夠得到與第一實施形態(tài)同樣的效果。

（第三實施形態(tài)）

接著，參照圖7說明根據(jù)本發(fā)明第三實施形態(tài)的旋壓成型裝置。本實施形態(tài)中，冷卻裝置8包括冷卻輥85。又，本實施形態(tài)中，冷卻裝置8也安裝于加工工具6的支持構(gòu)件7。

冷卻輥85配置于成型輥60的上游側(cè)、加熱器4、5的下游側(cè)的位置，與板材9的表面9a接觸從而追隨板材9的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。冷卻輥85可旋轉(zhuǎn)地支持于臂84，臂84固定于支持構(gòu)件7的主體71。

冷卻輥85由金屬或耐熱性樹脂形成。例如，冷卻輥85內(nèi)形成有使載熱體流通的流路，臂84內(nèi)形成有將載熱體送入到冷卻輥85內(nèi)流路的往路和從冷卻輥85內(nèi)的流路回收載熱體的回路。作為載熱體，可以使用空氣、二氧化碳、氮氣等氣體，也可以使用水、油等液體。

本實施形態(tài)中，也能夠得到與第一實施形態(tài)同樣的效果。

（第四實施形態(tài)）

接著，參照圖8，說明根據(jù)本發(fā)明第四實施形態(tài)的旋壓成型裝置。本實施形態(tài)中，冷卻裝置8安裝于表側(cè)加熱器5。但是，也可以是冷卻裝置8安裝于背側(cè)加熱器4。

本實施形態(tài)中，冷卻裝置8與第一實施形態(tài)同樣地包括向板材9的表面9a噴射冷卻劑的噴出管81，在成型輥60的上游側(cè)、加熱器4、5的下游側(cè)的位置冷卻板材9的表面9a。但是，冷卻裝置8也可以是與第二實施形態(tài)同樣地包括刷子83以及供給管82，也可以是與第三實施形態(tài)同樣地包括冷卻輥85。

本實施形態(tài)中，也能夠得到與第一實施形態(tài)同樣的效果。此外，本實施形態(tài)中，冷卻裝置8安裝于表側(cè)加熱器5，所以能夠使冷卻裝置8與加熱器4，5一起移動，其結(jié)果是，能夠使冷卻裝置8形成為進行局部冷卻的緊湊的結(jié)構(gòu)。

（第五實施形態(tài)）

接著，參照圖9，說明根據(jù)本發(fā)明第五實施形態(tài)的旋壓成型裝置。本實施形態(tài)中，冷卻板材9的表面9a的冷卻裝置8支持于設(shè)置在地面的支架86。

本實施形態(tài)中，也能夠得到與第一實施形態(tài)同樣的效果。但是，本實施形態(tài)中，由于冷卻裝置8的冷卻位置是固定的，所以優(yōu)選為通過冷卻裝置8冷卻較寬范圍。

工業(yè)應(yīng)用性：

本發(fā)明在將各種原材料形成的板材旋壓成型時有用。

符號說明：

1 　旋壓成型裝置；

21　旋轉(zhuǎn)軸；

22　支承治具；

4 　背側(cè)加熱器；

5 　表側(cè)加熱器；

6 　加工工具；

60　成型輥；

7 　支持構(gòu)件；

8 　冷卻裝置；

85　冷卻輥；

9 　板材；

9a　表面；

9b　背面。