JP2000042646A

JP2000042646A - 金属管の液圧バルジ加工の制御方法

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Publication number: JP2000042646A
Application number: JP10217169A
Authority: JP
Inventors: Shinjiro Kuwayama; 真二郎桑山; Ichiro Doi; 一郎土居
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2000-02-15
Anticipated expiration: 2018-07-31
Also published as: JP3518356B2

Abstract

(57)【要約】【課題】金属管の液圧バルジ加工において、座屈、薄
肉化あるいは破裂を防止し、品質のよい製品を得る制御
方法を提供する。【解決手段】あらかじめ軸押量と成形内圧の関係を求
めておき、この関係にしたがって軸押位置設定装置と成
形内圧設定装置に設定値を与える。軸押量を検出し、前
記の関係から成形内圧の設定値を求めてもよい。軸押量
と成形内圧の関係を左右別個に保有してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属素管内に導入
した液体に圧力を付加して金属管を異形に加工する液圧
バルジ加工の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属管の液圧バルジ加工は、素材となる
金属管（以下、素管という）に液体（以下、加工液とい
う）を注入し、その加工液の圧力（以下、成形内圧とい
う）と、素管の管端への軸方向圧縮力（以下、軸押力と
いう）とを組み合わせて付加することによって、種々の
断面形状の異形管製品を得る加工方法である。

【０００３】図１は液圧バルジ加工装置全体の概要を示
す側面図である。

【０００４】同図に示すように、液圧バルジ加工装置
は、上金型５、下金型６、素管の軸方向圧縮と加工液の
供給を兼ねた装置２１および２２（以下、軸押装置２
１、２２という）、軸押シリンダ１、２、金属管端に押
し当てて加工液を封入するとともに圧縮加工をする工具
でもある軸押工具３、４、加工液に高圧（数百〜数千ｋ
ｇｆ／ｃｍ²）を発生させる圧力発生装置１１、および
上金型５を降下させ、下金型６に押しつけるためのプレ
ス装置１７などから構成される。

【０００５】図２は、液圧バルジ加工過程の概要を示す
縦断面図で、同図(a) は液圧バルジ加工前の状態、同図
(b) は液圧バルジ加工終了時点の状態である。同図にお
いて、図１と同一部品は同一符号で表す。

【０００６】同図(a) に示すように、まず下金型６に素
管７をセットし、図示しないプレス装置にて上金型５を
降下させて下金型６に押しつけ、左右方向から軸押シリ
ンダ１、２に取り付けられた軸押工具３、４を前進さ
せ、素管７の両管端に軸押工具３、４を押しつけてシー
ルを行い、軸押工具４内の供給流路９から加工液８を注
入しながら、加工液８とともに素管７内の空気を軸押工
具３内の排出流路１９を通して排出し、排出流路１９の
延長上の図示しないバルブを閉じて、素管７内を加工液
８で充満させる。以下では、素管７は水平に置かれる場
合について説明するものとし、素管の軸方向を「左右」
方向ともいう。

【０００７】次に、図２(b) に示すように、素管７を圧
縮する方向に軸押工具３、４を前進させ、図示しない圧
力発生装置によって、成形内圧を徐々に増加させ、素管
７を上金型５、下金型６の内郭形状に沿うように膨出さ
せて製品１０とする。ついで、成形内圧を低下せしめた
のち、上金型５を上昇し、軸押工具３、４を後退せしめ
て製品１０を取り出す。

【０００８】上記では管の両側から軸押ししてバルジ加
工を行う方法を述べたが、閉管の片側から軸押しするバ
ルジ加工方法もある。本発明の制御方法は閉管のバルジ
加工にも適用できるが、以下の説明では、開管の両側か
ら軸押しする方法を例に述べる。

【０００９】金属管の液圧バルジ加工では、成形内圧を
上げていき、膨出させていく過程で、軸押工具による素
管の圧縮量（以下、軸押量という）と成形内圧との関係
が、成形後の製品形状に大きな影響を与える。

【００１０】金属管を膨出させると金属管の肉厚が減少
するが、成形内圧を増加させていく過程で、適正な軸押
量を与えれば、塑性流動の原理により、肉厚減少部に肉
厚を適正に補って薄肉化や破裂を防止できる。

【００１１】成形内圧と軸押量の制御については、下記
のような技術が提案されてきた。例えば、特開昭５６−
２２２８５号公報には、成形内圧をサーボポンプで圧力
制御し、軸押シリンダの圧力を成形内圧との圧力差が比
例関係になるように制御し、同時に１対の軸押シリンダ
の軸押量を同期させるよう該軸押シリンダの圧力を制御
する方法が開示されている。

【００１２】しかし、この方法では、軸押シリンダの圧
力制御は、１対の軸押シリンダの同期をとるための軸押
量制御と、成形内圧との圧力差を比例関係に保つ圧力差
制御とを兼ねており（２つの変数を１つの操作量で制御
しようとしており）、双方の制御が干渉し、軸押量、軸
押圧のいずれかが外乱によって乱されると、他方も乱さ
れたまま安定してしまうという問題がある。

【００１３】特公昭５６−２５３３３号公報には、多種
類の金型を使用する電気−油圧制御装置を備えた液圧バ
ルジ加工装置において、成形内圧、軸押シリンダの圧
力、軸押量の関連制御を制御プログラムの切り替えによ
って行う技術が開示されている。その詳細な制御態様例
として、成形内圧と軸押シリンダ圧力との圧力差が比例
関係になるように、成形内圧と軸押シリンダ圧力をそれ
ぞれ制御する技術が開示されている。

【００１４】しかし、この方法は成形内圧と軸押シリン
ダ圧（もしくは軸押量）とが常に比例関係であるように
制御するもので、成形形状が単純な円筒、角筒などには
適用できるとしても、凹凸が複雑な成形形状に対しては
薄肉化や座屈が発生するという問題がある。

【００１５】近年、さらに左右で非対称形状の製品をバ
ルジ加工によって成形するニーズが高まってきている
が、前記特開昭５６−２２２８５号公報にいう、左右の
軸押量を同期させた軸押しでは、局部的な薄肉と厚肉が
混在する製品となることがあり、その対策が望まれてい
た。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、液圧
バルジ加工において、座屈や薄肉化、破裂を防止し、品
質のよいバルジ加工製品を得るための制御方法を提供す
ることにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】発明者らは種々の形状の
金型を用いたバルジ加工試験を行い、軸押量と成形内圧
の適正な関係を検討した結果、下記の知見を得た。

【００１８】(a) 成形形状が単純な形状（角管、丸管の
１個所張り出し成形、円形断面の形状、簡単な軸対称形
状など）であれば、軸押量と成形内圧は、加工開始直後
と加工終了直前の部分を除き、両者の関係はほぼ比例関
係にあり、特公昭５６−２５３３３号公報に開示された
技術によって何ら問題無く加工できる。

【００１９】(b) 成形形状が複雑になると（軸心非対
称、枝や突起部のある形状など）では軸押量と成形内圧
の適正な関係は比例関係にならない。

【００２０】図３は液圧バルジ加工中の軸押量と成形内
圧の関係を示すグラフである。同図に示すように、軸押
量と成形内圧の適正な関係は右上がりの曲線になる。曲
線の形状は成形形状によってさまざまであるが、おおむ
ね、最初の立ち上がり部、中間でグラフの傾斜が緩やか
になる中間部、加工完了前に再び傾斜が急になる最終部
に分けることができる。傾斜が緩やかになる中間部が複
数現われることもある。

【００２１】(c) 上記グラフの曲線に対して、これより
下側（右側）の点線で表す曲線に沿って加工すると、成
形可能であるが、厚肉傾向になる。この曲線を超えて、
軸押量が過大に先行すると、座屈がおきる。

【００２２】反対に、この曲線より上側（左側）の点線
で表す曲線に沿って加工すると成形可能であるが、薄肉
傾向になる。この曲線を超えて、成形内圧が過大に先行
すると、甚だしく薄肉となり、さらには素管が破裂す
る。従って、座屈、厚肉化、薄肉化の許容範囲に応じ
て、軸押量と成形内圧の関係には許容範囲の上下限があ
る。

【００２３】(d) 図３に示す２本の破線の直線は従来方
法（軸押量と成形内圧を比例的に増加させる方法）の許
容範囲を示す。同図に示すように、軸押量と成形内圧と
は点線で表された２本の曲線の間になければならないの
で、破線の２本の直線の許容範囲は非常に限られたもの
となることがわかる。さらに２本の点線曲線の曲がりが
大きく、間隔が狭い場合、破線の２本の直線を、２本の
曲線の間に引くことはできない。すなわち、従来方法で
はバルジ加工が不可能になることがある。

【００２４】(e) 軸押量と成形内圧を同時に油圧サーボ
系に与えると、いずれかの油圧系の能力が不足している
ような場合、図３に示す適正な関係が維持できず、薄肉
／破裂もしくは座屈がおきることがある。これは制御装
置の設定速度が速すぎるためである。例えば軸押量の制
御を確認してから、成形内圧の制御を追随（同期をと
る）させれば、このような問題はない。

【００２５】(f) 開管をバルジ加工する際、成形形状が
大略左右対称の場合には、軸押量は左右同時に同量ずつ
変化するが、非対称の場合、適正加工の左右の軸押量は
必ずしも等しくならないか、または軸押量を均等にする
と、薄肉部と厚肉部とが混在する。このような場合、例
えば、管の一方の側に薄肉が発生しやすいときには、こ
の側の軸押量を増加すれば改善する。そのためには従来
のような左右の軸押量の同期はむしろ有害になる。

【００２６】本発明は上記の知見に基づきなされたもの
で、その要旨は、以下の(1) 〜(4)にある。

【００２７】(1) 金属管を軸押工具で軸方向に圧縮しつ
つ成形内圧を加える金属管の液圧バルジ加工において、
軸押量と成形内圧との適正な関係をあらかじめ求めてお
き、前記関係に従い軸押量と成形内圧とを制御すること
を特徴とする金属管の液圧バルジ加工の制御方法。

【００２８】(2) 金属管を軸押工具で軸方向に圧縮しつ
つ成形内圧を加える金属管の液圧バルジ加工において、
軸押量と成形内圧との適正な関係をあらかじめ求めてお
き、軸押量を制御し、前記関係に従い軸押量検出値から
求められた成形内圧値を目標として成形内圧を制御する
ことを特徴とする金属管の液圧バルジ加工の制御方法。

【００２９】(3) 両端の開いた金属管を、１対の軸押工
具で軸方向に圧縮しつつ成形内圧を加える金属管の液圧
バルジ加工において、一方の軸押量と成形内圧との適正
な関係と、他方の軸押量と成形内圧との適正な関係とを
あらかじめ別個に求めておき、前記関係に従い前記２つ
の軸押量と成形内圧とを制御することを特徴とする金属
管の液圧バルジ加工の制御方法。

【００３０】(4) 両端の開いた金属管を、１対の軸押工
具で軸方向に圧縮しつつ成形内圧を加える金属管の液圧
バルジ加工において、一方の軸押量と成形内圧との適正
な関係と、他方の軸押量と成形内圧との適正な関係とを
あらかじめ別個に求めておき、一方の軸押量と、他方の
軸押量との関係が、前記の別個に求めておいた関係を満
たすように、それぞれの軸押量を制御し、前記別個に求
めておいた関係に従いそれぞれの軸押量検出値から求め
られた２つの成形内圧値の算術平均、最大値または最小
値のいずれかを目標として成形内圧を制御することを特
徴とする金属管の液圧バルジ加工の制御方法。

【００３１】(5) 金属管を軸押工具で軸方向に圧縮しつ
つ成形内圧を加える金属管の液圧バルジ加工において、
軸押量と成形内圧との関係の許容範囲をあらかじめ求め
ておき、軸押量と成形内圧との関係が前記の許容範囲を
超えたとき、警報を発し、および／または軸押量と成形
内圧の少なくともいずれかの制御を変更することを特徴
とする金属管の液圧バルジ加工の制御方法。

【００３２】

【発明の実施の形態】図４は本発明の制御方法を実施す
る制御装置の構成例を示す概要図である。同図におい
て、図１、２と同一部品は同一符号で表す。同図におい
て、符号１２は成形内圧設定装置、１３、１４はそれぞ
れ軸押シリンダ１および２の位置を設定する第１および
第２軸押位置設定装置、１５、１６はそれぞれ軸押シリ
ンダ１および２の位置を検出する第１および第２軸押位
置検出器、１８は成形内圧検出器であり、制御装置２０
に対する入力または出力として接続されている。また、
同図において、符号Ｐｉ、Ｐｓはそれぞれ成形内圧の検
出値と設定値、Ｘｉ１、Ｘｓ１はそれぞれ第１軸押位置
の検出値と設定値、Ｘｉ２、Ｘｓ２はそれぞれ第２軸押
位置の検出値と設定値である。

【００３３】図５は制御装置２０の内部の制御方法を説
明する模式図で、同図(a) は成形内圧、軸押量を独立に
設定する制御方法、同図(b) は軸押量の検出値に応じて
成形内圧を設定する制御方法、同図(c) は成形内圧、軸
押シリンダ１および２の軸押量を独立に設定する制御方
法、同図(d) は軸押シリンダ１および２の軸押量の検出
値に応じて成形内圧を設定する制御方法を表す。

【００３４】同図において符号２３はクロック発生器、
２４は時間成形内圧関数発生器、２５は時間軸押量関数
発生器、２６は軸押量成形内圧関数発生器、２７は演算
器である。制御装置２０に対する入出力信号名は図４に
示す信号名と対応している。入力信号の一部は制御装置
２０内で使用されないものもあり、例えば同図(a) 〜
(d) では成形内圧Ｐｉいずれの場合にも使用されていな
い。

【００３５】図４および５において、成形内圧は成形内
圧設定装置１２および圧力発生装置１１によって設定さ
れ制御されるが、具体的な装置としては公知の油圧サー
ボ機構等で構成される。同様に、軸押量は第１、第２軸
押位置設定装置１３、１４および軸押シリンダ１、２に
よって設定され、制御されるが具体的な装置としては公
知の油圧サーボ機構等で構成される。

【００３６】図４および５において、制御装置２０に対
する入出力信号は、成形内圧の設定値をＰｓ、検出値
（実測値）をＰｉ、軸押量の設定値をＸｓ１、Ｘｓ２，
検出値をＸｉ１，Ｘｉ２で表している。

【００３７】以下に本発明の実施の形態につき説明す
る。第１法〜第４法のいずれの場合も、上金型５、下金
型６が合体し、加工液８が素管７に充満した後、本発明
の制御が開始される。

【００３８】(1) 第１法成形内圧、軸押量を独立に設定する制御方法で、図５
(a) に示す制御装置２０の構成で行われる。

【００３９】クロック発生器２３から時間成形内圧関数
発生器２４および時間軸押量関数発生器２５に時計信号
ｔを送ると、それぞれの関数発生器からは時間経過とと
もに増加する成形内圧設定値Ｐｓ、軸押量設定値Ｘｓ
１、Ｘｓ２が得られる。ここでは、軸押シリンダ１およ
び２は同期して押し込まれるものとして、Ｘｓ１とＸｓ
２とは同じ値とする。他の態様例として、軸押量の左右
の同期を厳密にするため、軸押量設定値Ｘｓ１のみを与
え他方の軸押量設定値Ｘｓ２は第１軸押量の検出値Ｘｉ
１から与えるようにしてもよい。この制御は制御装置２
０がＤＤＣ方式（Direct Digital Control）で直接行っ
てもよいし、油圧サーボ系に設定値を与える方法で行っ
てもよい。本第１法〜第５法の説明は後者の方法で説明
する。

【００４０】クロック発生器２３はクロックレートが可
変で、これを高くすると、軸押速度、または成形内圧の
加圧速度が大きくなるようになっている。

【００４１】制御装置２０には制御用のコンピュータを
用いるのが好適であるが、所定の関数パターンを刻設し
たカムを一定速度で回転させる方式（アナログ型のプロ
グラム設定器）等でもよい。

【００４２】実際の製造に先立って、あらかじめ試作加
工を行う。加工速度、すなわちクロックレートは適当に
（低い目に）選んでおき、適当な成形内圧Ｐｓと軸押量
Ｘｓ１の関係（パターン）の数種類〜数十種類につい
て、バルジ加工する。この結果、望ましい品質のもの
や、過度の薄肉化、厚肉化となるもの、中には管が破裂
するものもある。これらの試作を行って、ＰｓとＸｓ１
の関係をグラフ化すると、図３に示すようなグラフの形
状、すなわち、適正な関係（実線）および許容範囲（点
線）の曲線が得られる。さらに、図３の適正な関係（実
線）上の各点に時間ｔをパラメータとしてあてはめ、そ
のときの成形内圧Ｐｓ（ｔ）、軸押量Ｘｓ１（ｔ）を求
めて制御装置２０の、時間成形内圧関数発生器２４およ
び時間軸押量関数発生器２５の関数を設定する。

【００４３】このＰｓとＸｓ１の関係を適切に選ぶこと
によって、適切な時間成形内圧関数発生器２４および時
間軸押量関数発生器２５の関数が設定され、この制御の
もとに座屈や薄肉／破裂もなく、良好な品質の製品を得
ることができる。

【００４４】ここで、図５(a) ではクロック発生器２３
により時間成形内圧関数発生器２４および時間軸押量関
数発生器２５を通してＰｓ，Ｘｓ１を得ているが、必ず
しもクロック発生器２３を使う必要はなく、時計信号ｔ
を手動で設定してもよい。以下の第２〜第４法において
も同様にクロック発生器２３の信号を手動設定にしても
よい。

【００４５】(2) 第２法第１法の制御方法は、制御装置２０から成形内圧と軸押
量の油圧サーボ系に設定信号を与えるだけである。油圧
サーボ系に問題がある場合、図３に示すような、成形内
圧と軸押量の適正な関係にならないこともありうる。す
なわち、クロック発生器２３の設定速度が過大で、成形
内圧または軸押量の油圧制御が追いつかずいずれかが遅
れる場合、加工液８のリークがある場合、何らかの原因
で軸押シリンダ１または２が焼き付いた場合などであ
る。このような場合は図３に示す適正な関係から外れ、
座屈や薄肉／破裂が発生する恐れがある。

【００４６】第２法はこのような場合を考慮したもので
ある。すなわち、軸押量の検出値に応じて成形内圧を設
定する制御方法で、図５(b) に示す制御装置２０の構成
で行われる。

【００４７】同図(b) において、時間軸押量関数発生器
２５の関数および軸押量成形内圧関数発生器２６の関数
は前記(1) 項（第１法）に説明した方法で求められる。
なお、軸押量成形内圧関数発生器２６の関数の形は図３
に示す適正な関係の曲線と同じものである。

【００４８】クロック発生器２３から時間軸押量関数発
生器２５に時計信号ｔを送ると、軸押量設定値Ｘｓ１、
Ｘｓ２が得られる。この設定値に応じて軸押シリンダ１
および２が動き、軸押シリンダの実際の位置を検出（同
図(b) では第１軸押位置検出器１５からの検出値Ｘｉ１
として表す）する。

【００４９】この検出値Ｘｉ１を軸押量成形内圧関数発
生器２６に入力すると、成形内圧Ｐｓが得られる。この
ように、軸押量の検出値に成形内圧を追随させることに
より、第１法の座屈や薄肉／破裂の問題は解決できる。

【００５０】(3) 第３法成形内圧、軸押シリンダ１および２の軸押量を独立に設
定する制御方法で、図５(c) に示す制御装置２０の構成
で行われる。

【００５１】この制御方法は製品１０の形状が左右で非
対称の場合に有効である。例えば、被成形品がひょうた
ん型の場合は、球の大きい側の軸押量を大きくするのが
よいことが経験的にわかっている。

【００５２】図６は成形内圧と軸押シリンダ１および２
の軸押量の関係を示すグラフである。同図に示すよう
に、製品の左右部分間での肉厚のばらつきを小さくする
ためには、左右の軸押量を変えてやらねばならない。

【００５３】同図に示す関係は、前記(1) 項（第１法）
において説明した成形内圧Ｐｓと軸押量Ｘｓ１の求め方
と同様、成形内圧Ｐｓと２つの軸押量Ｘｓ１およびＸｓ
２について試作加工を行いあらかじめ求めておく。時間
成形内圧関数発生器２４および１対の時間軸押量関数発
生器２５の関数は、前記(1) 項（第１法）において説明
した図３から時間ｔをパラメータとして求める方法と同
様に、図６から１対の時間軸押量関数発生器２５の関数
をあらかじめ設定しておく。

【００５４】以上の準備のもと、クロック発生器２３か
ら時間成形内圧関数発生器２４および１対の時間軸押量
関数発生器２５に時計信号ｔを送ると、それぞれの関数
発生器から成形内圧設定値Ｐｓ、軸押量設定値Ｘｓ１、
Ｘｓ２が得られる。この場合、それぞれの時間軸押量関
数発生器２５は関数の形が異なっており、Ｘｓ１とＸｓ
２とは異なった値が得られる。成形内圧設定装置１２お
よび左右の軸押位置設定装置（１３、１４）への設定お
よび制御動作は前記(1) 項に述べたのと同様である。

【００５５】このように、左右の軸押シリンダで軸押量
を変えることによって、左右で非対称の製品形状でも、
局部的な厚肉、薄肉化を防止できる。

【００５６】(4) 第４法軸押シリンダ１および２の軸押量の検出値に応じて成形
内圧を設定する制御方法で、図５(d) に示す制御装置２
０の構成で行われる。

【００５７】この制御方法は前記(3) と同様、左右非対
称の製品が対象である。前記(3) の制御においても、前
記(1) における油圧サーボ系の問題がある場合には、前
記(1) と同様の問題が発生するため、実際の軸押位置に
応じて、成形油圧を設定する方法とするものである。

【００５８】図５(d) において、１対の時間軸押量関数
発生器２５および１対の軸押量成形内圧関数発生器２６
の関数形は、前記(2) 、(3) 項に述べた方法に準じてあ
らかじめ設定されている。

【００５９】以上の準備のもと、クロック発生器２３か
ら１対の時間軸押量関数発生器２５に時計信号ｔを送る
と、それぞれの関数発生器から軸押量設定値Ｘｓ１、Ｘ
ｓ２が得られる。

【００６０】この設定値によって軸押シリンダ１および
２が動き、実際の軸押量Ｘｉ１、Ｘｉ２が第１および第
２軸押位置検出器１５、１６から得られる。

【００６１】このＸｉ１、Ｘｉ２を１対の軸押量成形内
圧関数発生器２６にそれぞれ入力すると、Ｐｓ１とＰｓ
２が出力として得られ、さらにこれらを演算器２７に入
力すると、成形内圧設定値Ｐｓが得られる。このＰｓを
成形内圧設定装置１２に与えれば、以下前記(1) 〜(3)
と同様の制御を行う。

【００６２】演算器２７はＰｓ１とＰｓ２の平均、最大
値まはた最小値のいずれかを演算して出力する。いずれ
の演算を用いるかは予め制御装置２０に設定しておく。

【００６３】図６の２つの軸押シリンダ１および２に関
する軸押量と成形内圧の関係に対応して、図５(d) の１
対の時間軸押量関数発生器２５および１対の軸押量成形
内圧関数発生器２６の関数が正しく設定されていれば、
１対の軸押量成形内圧関数発生器２６の出力Ｐｓ１とＰ
ｓ２にはそれほど差はないが、なんらかの油圧サーボ系
のトラブルなどにより、Ｐｓ１とＰｓ２が異なることが
ある。演算器２７はその対策として、両者の平均、最大
値または最小値を演算するのである。一般に厚肉の素管
で座屈の恐れがないときは最大値演算、薄肉素管の場合
は最小値演算、いずれでもないときは平均演算とするの
が望ましい。

【００６４】第２法に述べた制御方法のように、軸押量
を先に制御して成形内圧を追随させる方法に対して、成
形内圧を先に制御し、軸押量を追随させる制御方法も考
えられる。この方法は、座屈が発生しにくいという利点
がある。

【００６５】しかし、図３に示すように、軸押量対成形
内圧の曲線では中間部で曲線の傾斜が小さくなり、成形
内圧を先に制御する方法では軸押量が大きく変化するた
め、制御が不安定、もしくは軸押量が追随できないこと
もありうるので、薄肉素管の加工の場合は望ましい制御
方法ではない。

【００６６】前記第４法においても、成形内圧を先に制
御し、軸押量（軸押シリンダ１および２）を追随させる
方法が可能で、利点と欠点も上記と同様のことがいえ
る。

【００６７】(5) 第５法軸押量と成形内圧との関係を許容範囲内に管理する方法
で、許容範囲を超えたときは作業者に警告を発したり、
自動制御を行っている場合には制御を中断（軸押量、成
形内圧のホールドまたは低下措置）等の対策を自動的に
行う警報機能である。

【００６８】図３に示すように、軸押量と成形内圧には
適正な関係（実線の曲線）に対し、許容範囲の上下限
（点線の曲線）がある。この許容範囲は前記(1) 項（第
１法）に述べた方法であらかじめ求めておく。

【００６９】第５法においては、図４に示す制御装置２
０にある図示しない警報装置が、軸押量Ｘｉ１、Ｘｉ
２、成形内圧Ｐｉの検出値を入力し、図３に相当する許
容範囲を常時監視している。本発明の第１法〜第４法を
適用した場合、通常は前記の許容範囲を超えることはな
いが、何らかの電気的、機械的なトラブルの場合、例え
ば、加工液のリーク、軸押シリンダの油圧系統故障の場
合などに有効である。また、この警報機能は自動設定を
行っていない場合にも有効である。

【００７０】上記許容範囲の監視は、軸押量が左右で異
なる場合にも適用できる。すなわち、図６の左右それぞ
れの軸押量の適正な関係に対し、それぞれの許容範囲を
図３と同様に設定することにより、左右非対称の製品の
成形においても、適切な警報機能を得られる。

【００７１】

【実施例】軸押量と成形内圧を比例的に上昇させる従来
の方法と、本発明による方法との比較実験を行った。

【００７２】各種形状のバルジ成形を行うごとにあらか
じめ制御パラメータ（従来方法における成形内圧と軸押
量の比例係数、および本発明方法の関数発生器の関数の
形）を求めた。従来方法においては、軸押量と成形内圧
の比例関係の係数を約１０本の試作加工を行って決定
し、さらに加工のロット中に不具合が発生したとき修正
し、最終的に適正な比例係数を求めた。

【００７３】本発明方法の場合は、図３の実線のグラフ
に相当する軸押量と成形内圧の適正な関係および許容範
囲を約１５本の試作加工を行ってあらかじめ決定し、図
４に示す軸押量成形内圧関数発生器２６の関数設定を行
った。さらに、この関係と油圧サーボの能力を考慮しな
がら、時間成形内圧関数発生器２４、および時間軸押量
関数発生器２５（図４参照）の関数設定を行った。

【００７４】図７(a) 〜(c) は従来方法と本発明方法を
比較する際の、試作製品形状の断面形状の概要図で、同
図(a) は円筒張り出し、同図(b) は鍔状張り出し、同図
(c)は左右非対称傘状張り出しの場合である。素管はい
ずれも、外径１００ｍｍ、肉圧２．０ｍｍのステンレス
（ＳＵＳ４３０）管で、素管長さは同図(a) で３００ｍ
ｍ、同図ｂで４００ｍｍ、同図(c) で３５０ｍｍであ
る。

【００７５】（実施例１）図７(a) に示す断面形状の円
筒張り出しバルジ加工を、従来方法および本発明の第１
法の制御方法による制御を用いて行った。表１に加工成
績を示す。

【００７６】

【表１】

【００７７】表１に示すように、従来方法と本発明方法
との差はなかった。これは成形形状が単純で、さほど厳
しい加工（塑性流動の大きな加工）ではないためと考え
られる。

【００７８】次に、図７(b) に示す断面形状の円筒張り
出しバルジ加工を、従来方法および本発明の第１法の制
御方法による制御を用いて行った。表２に加工成績を示
す。

【００７９】

【表２】

【００８０】表２に示すように、図７(a) に比較して張
り出しの大きい図７(b) の形状では、従来方法では軸押
量の不足に伴う薄肉（破裂）または座屈の発生数が多か
ったのに対し、本発明の制御方法を用いた場合、良品率
が大幅に向上した。

【００８１】これは、従来方法では、軸押量と成形内圧
を比例的に上げて行くため、図３の２本の破線直線に示
すように、両者の関係の許容範囲が狭く、素管のばらつ
きによっては、点線曲線で示す許容範囲を超えたものが
あったことに起因すると考えられる。

【００８２】一方、本発明の方法のように、実線曲線に
示す適正な関係に沿って加工することにより、点線曲線
に示す許容範囲に対して余裕があり、素管等のばらつき
に影響されなかったためと考えられる。

【００８３】（実施例２）本発明の第１法と第２法を比
較した。試験に用いた製品の成形形状は図７(b)に示す
形状である。それぞれの制御方法において、図５に示す
クロック発生器２３のクロックレートを逐次高くし、加
工速度を高めていった。クロックレートがある限度を超
えると、第１法、第２法のいずれにおいても薄肉化ない
し破裂が頻発するようになった。この限界クロックレー
トの９５％のクロックレート（加工速度）で加工を行っ
た。表３に第１法、第２法の比較結果を示す。

【００８４】

【表３】

【００８５】表３に示すように、第１法では軸押し速度
が追いつかず、薄肉が発生したのに対し、第２法では良
品率が向上した。第１法の場合でも、クロックレート
（加工速度）を低下すれば、良品率が向上するが、第２
法によれば、限界ぎりぎりまで加工速度を高くできるこ
とがわかった。

【００８６】（実施例３）本発明の第１法と第３法を比
較した。試験に用いた製品の成形形状は図７(c)に示す
左右非対称の傘状である。第３法においては、図６に示
すように軸押シリンダ１の軸押量が軸押シリンダ２の軸
押量より小さくなるように、時間成形内圧関数発生器２
４、２つの時間軸押量関数発生器２５の関数関係を調整
した。第１法においては、第３法の軸押シリンダ１の時
間軸押量関数発生器２５と同じ関数関係を設定した。表
４に加工成績を示す。

【００８７】

【表４】

【００８８】表４に示すように、第１法では薄肉または
座屈が多発したのに対し、第３法では大きく改善され
た。

【００８９】これは、図７(c) のように左右で非対称の
製品では、左右で塑性流動の状態が異なり、第１法のよ
うに軸押シリンダの軸押量を同期させると、張り出しの
大きな側では肉薄（または破裂）になり、小さな側では
厚肉または座屈が発生したためと考えられる。

【００９０】第３法（または第４法）ではこの点を考慮
した軸押量を与えることができ、左右非対称の加工に有
効であることがわかった。

【００９１】

【発明の効果】本発明の制御方法によれば、座屈、薄肉
化あるいは破裂を防止し、品質のよい液圧バルジ加工製
品を得ることができ、生産性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】液圧バルジ加工装置全体の概要を示す側面図で
ある。

【図２】液圧バルジ加工過程の概要を示す縦断面図で、
同図(a) は液圧バルジ加工前の状態、同図(b) は液圧バ
ルジ加工終了時点の状態である。

【図３】液圧バルジ加工中の軸押量と成形内圧の関係を
示すグラフである。

【図４】本発明の制御方法を実施する制御装置の構成例
を示す概要図である。

【図５】制御装置２０の内部の制御方法を説明する模式
図で、同図(a) は成形内圧、軸押量を独立に設定する制
御方法、同図(b) は軸押量の検出値に応じて成形内圧を
設定する制御方法、同図(c) は成形内圧、軸押シリンダ
１および２の軸押量を独立に設定する制御方法、同図
(d) は軸押シリンダ１および２の軸押量の検出値に応じ
て成形内圧を設定する制御方法を表す。

【図６】成形内圧と軸押シリンダ１および２の軸押量の
関係を示すグラフである。

【図７】試作製品形状の断面形状の概要図で、同図(a)
は円筒張り出し、同図(b) は鍔状張り出し、同図(c) は
左右非対称傘状張り出しの場合である。

【符号の説明】

１、２軸押シリンダ３、４軸押工具５上金型６下金型７素管８加工液９供給流路１０製品１１圧力発生装置１２成形内圧設定装置１３第１軸押位置設定装置１４第２軸押位置設定装置１５第１軸押位置検出器１６第２軸押位置検出器１７プレス装置１８成形内圧検出器１９排出流路２０制御装置２１、２２軸押装置２３クロック発生器２４時間成形内圧関数発生器２５時間軸押量関数発生器２６軸押量成形内圧関数発生器２７演算器Ｐｉ成形内圧検出値Ｐｓ成形内圧設定値Ｘｉ１第１軸押位置検出値Ｘｉ２第２軸押位置検出値Ｘｓ１第１軸押位置設定値Ｘｓ２第２軸押位置設定値ｔ時計信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属管を軸押工具で軸方向に圧縮しつつ
成形内圧を加える金属管の液圧バルジ加工において、軸
押量と成形内圧との適正な関係をあらかじめ求めてお
き、前記関係に従い軸押量と成形内圧とを制御すること
を特徴とする金属管の液圧バルジ加工の制御方法。
【請求項２】金属管を軸押工具で軸方向に圧縮しつつ
成形内圧を加える金属管の液圧バルジ加工において、軸
押量と成形内圧との適正な関係をあらかじめ求めてお
き、軸押量を制御し、前記関係に従い軸押量検出値から
求められた成形内圧値を目標として成形内圧を制御する
ことを特徴とする金属管の液圧バルジ加工の制御方法。
【請求項３】両端の開いた金属管を、１対の軸押工具
で軸方向に圧縮しつつ成形内圧を加える金属管の液圧バ
ルジ加工において、一方の軸押量と成形内圧との適正な
関係と、他方の軸押量と成形内圧との適正な関係とをあ
らかじめ別個に求めておき、前記関係に従い前記２つの
軸押量と成形内圧とを制御することを特徴とする金属管
の液圧バルジ加工の制御方法。
【請求項４】両端の開いた金属管を、１対の軸押工具
で軸方向に圧縮しつつ成形内圧を加える金属管の液圧バ
ルジ加工において、一方の軸押量と成形内圧との適正な
関係と、他方の軸押量と成形内圧との適正な関係とをあ
らかじめ別個に求めておき、一方の軸押量と、他方の軸
押量との関係が、前記の別個に求めておいた関係を満た
すように、それぞれの軸押量を制御し、前記別個に求め
ておいた関係に従いそれぞれの軸押量検出値から求めら
れた２つの成形内圧値の算術平均、最大値または最小値
のいずれかを目標として成形内圧を制御することを特徴
とする金属管の液圧バルジ加工の制御方法。
【請求項５】金属管を軸押工具で軸方向に圧縮しつつ
成形内圧を加える金属管の液圧バルジ加工において、軸
押量と成形内圧との関係の許容範囲をあらかじめ求めて
おき、軸押量と成形内圧との関係が前記の許容範囲を超
えたとき、警報を発し、および／または軸押量と成形内
圧の少なくともいずれかの制御を変更することを特徴と
する金属管の液圧バルジ加工の制御方法。