JP2000508246A - 中空異形材における壁厚増大方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、縦長の中空異形材（１）に壁厚増大領域を形成させる方法に関する。このために中空異形材をラジアル圧とスラスト圧に曝して塑性変形させる。中空異形材（１）を、異形材の寸法に対応している雌型（２）に固定する。雌型（２）は、変形領域に、中空異形材の所定の最終寸法に対応した横断面拡大部を備えている。重要な実施の形態によれば、璧厚増大部（１４）を得るための変形を、異形材両端部の間にある領域で行う。さらに、壁厚（１９）は異形材の両端部の少なくとも一方において増大していてよい。

Description

【発明の詳細な説明】 中空異形材における壁厚増大方法 本発明は、縦長の中空異形材に壁厚増大領域を形成させる方法およびこの方法 を実施するための装置に関するものである。 ドイツ特許公開第４４３７３９５号公報には、管端を成形する方法が記載され ている。この方法では、成形されるべき管が内圧とスラスト圧に曝され、その際 管は管の外寸に対応している雌型内に固定され、この場合雌型は、成形されるべ き管端部領域に、成形過程後に与えられる中空異形材の最終寸法に合致した異形 部を備え、管は少なくとも一つのスラストピストンを介して端面側の圧力に曝さ れ、同時に液体により少なくとも被成形領域においてラジアル圧に曝される。 中空異形材をスラスト圧とこれと同時に作用するラジアル圧とを介して液体に より成形させるという実践は「高内圧成形」という概念で知られている（ドイツ 特許公開第２９３５０８６号公報、欧州特許公告第０４８４７８９号公報を参照 ）。中空異形材を成形させる際の壁厚の増大はこれとは関係なく、むしろ材料が 延伸されるために壁が薄くなるという結果が生じる。段付きのスラストピストン を用いて塑性変形により異形材端部を圧搾する方法は米国特許第５２０３１９４ 号公報に記載されている。この場合、液体による付加的なラジアル圧は導入され ていない。 前記ドイツ特許公開第４４３７３９５号公報に記載の発明は、主に、大量生産 に適した縦長の内燃機関用排ガス装置を製造するため の管端塑性変形方法に関わるものである。機能に応じて横断面を変化させたこの 種のアッセンブリの分野は、特殊な機械要素またはアッセンブリを固定する目的 で適用される。このようなアッセンブリまたは機械要素とは特に消音器、触媒コ ンバータ或いは接続フランジである。 前記ドイツ特許公開第４４３７３９５号公報に記載の発明の目的は、管端を圧 搾する方法およびこの方法を実施するための装置において、通常の最適な寸法の 横断面を備えた管状の構成要素に、横断面の寸法を増大させた端部部分を具備さ せることにより、管端の領域においても内径が継ぎ目なしに不変に維持され、し かもたとえば溶接結合により他の構成要素を結合させるために必要な寸法の横断 面を提供できるようにすることである。 本発明の課題は、上記公知の方法の構成を改善することである。 本発明による解決法は、請求項１の前提概念に記載の方法から出発して、請求 項１の特徴部分に見られる。 本発明によれば、金型側を多少変更することにより、縦長の中空異形材の端部 領域だけに壁厚増大領域を具備させるのではなく、異形材両端部間の任意の領域 にも壁厚増大領域を具備させることが可能である。この場合中空異形材自身は任 意のどのような横断面形状を有していてよい（たとえば前記米国特許第５２０３ １９４号公報の場合のように長方形でもよいし、円形、多角形でもよいし、開い ていても閉じていてもよい、など）。このためには、雌型またはスラストピスト ンを同じように構成するだけでよい。 さらに中空異形材は金属材料でも非金属材料（たとえばプラスチック）でもよ い。 請求項２によれば、異形材両端部間にある領域とさらに異形材両端部も１回の 作業工程で圧搾され、この場合の塑性変形により壁厚増大領域を具備させる。 請求項９は、この方法を実施するために適した装置に関わるものである。 次に、前記ドイツ特許公開第４４３７３９５号公報において行われている説明 を補完する形で本発明をいくつかの実施の形態に関し説明する。添付の図面にお いて、 図１は成形されるべき中空異形材と一つのスラストピストンを備えた装置を出 発位置または最終位置で示した図、 図２は対向して配置される二つのスラストピストンを備えた装置の変形実施形 態を出発位置または最終位置で示した図、 図３は対向して配置される二つのスラストピストンと二つの中空異形材被成形 領域を備えた装置の変形実施形態を示す図、 である。 図１によれば中空異形材１、たとえば鋼管は、分離される中空雌型２の中に挿 入されている。この場合雌型分離面３は図面の平面に対して直交する方向に延び ており、中空異形材１の縦軸線４と交わっている。中空異形材１は、底部５の端 面に当接する程度に中空雌型２の中空空間１０内に達している。 分離される中空雌型２は、中空異形材１のほぼ中央領域に横断面拡大部を有し ており、その結果中空異形材１の外壁とこの中央領域において拡大されている中 空雌型２の内径との間に中間空間６が形成される。小径部から大径部への移行部 は、縦軸線４の垂線に対しそれぞれ約３０°の角度を持つ保持稜７として形成さ れている。 金型セットにはさらにスラストピストン８が設けられている。スラストピスト ン８は、軸線方向に貫通する液体用の穴９を備えている。加圧液としてはたとえ ば水が適しており、有利には合成添加剤を含む水が適している。 異形のスラストピストン８は、中空異形材１の中に挿入され成形部に適宜適合 するピストン前部８．１を有している。ピストン前部８．１には、中空空間１０ の寸法に適合するピストン後部８．２が接続している。スラストピストン８の横 断面小径部から横断面大径部への移行部は密封肩１２として形成されており、そ の軸線方向の断面はスラストピストン８の縦軸線４の垂線に対してわずかに（た とえば１５°）傾斜している。 スラストピストン８は、中空雌型２の中間空間６の領域に、スラストピストン ８の軸線方向の穴９と周面の間に延びている複数列の（たとえば６列の）星状に 配置される半径方向の穴１３を有している。それぞれの穴列は図面の平面に対し て垂直な面内にあり、互いに同じずれ（たとえば６０°）を有している複数個の （たとえば６個の）個別穴から構成されている。 スラストピストン８は、その密封肩１２が中空異形材１の端面に当接した後（ この場合ピストン前部８．１の端部はほぼ中間空間６の前部保持稜７の領域にあ る）、まず軸線方向のスラスト力ＦＡ（たとえば５ｋＮ）で荷重される。その結 果液体がスラストピストン８により軸線方向の穴９を通して吸入され、液体はあ る程度の圧力（たとえば０．５ＭＰａ）で荷重される。この段階でスラストピス トン８の端面と中空雌型２の底部５の間に圧力ばめ領域（中空空間１０）が形成 される。この圧力ばめ領域において、雌型の壁に当接 している中空異形材１の座屈が防止される。さらに液体は半径方向の穴９を介し て中空異形材１の被鍛造領域に密着する。スラストピストン８に対する軸線方向 のスラスト力Ｆ_Aが増大し（たとえば１００ｋＮ以上の値まで増大する）、同時 に液体の内圧Ｐ_iが増大するに伴って（たとえば少なくとも１５ＭＰａに増大さ れる）、中間空間６が完全に充填されるまで中空異形材１の被成形領域における 塑性変形が行われる。中空異形材１の壁厚増大領域１４（図１の下部部分を参照 ）は内側横断面は不変であるが、壁厚はたとえば３ミリメートルだけ増大する。 成形過程の終了後、液体の応力を緩和させて、分離される中空雌型２からスラ ストピストン８を引き出す。中空雌型を分離させた後、成形された中空異形材１ を取り出して、必要な場合にはさらに加工を行うことができる（たとえば曲げ加 工、溶接による他の部品との結合など）。 このように本発明では、鍛造過程により中空異形材１の壁が部分的に補強され る。その際鍛造領域には液体による半径方向の荷重が作用して、拡大過程の導入 と、これと同時にスラストピストン８のスラスト力による軸線方向の圧力荷重と により、中空異形材の壁は接線方向にも荷重される。このようにして得られる多 次元の荷重は弾性変形抵抗を十分に上回るので、所望の成形が得られる。 軸線方向のスラスト力Ｆ_Aが内圧Ｐ₁とともに、異形材の開口横断面Ａ_Rに依存 して Ｆ_A＝１．１×Ａ_R×Ｐ_i の関係にしたがって増大することは重要である。これにより、特に、片側で軸線 方向のスラスト力が増大することにより異形材の壁が 圧力ばめ領域で座屈することがないよう保証される。同時に、密封肩１２と中空 異形材１の端面との間の密封性も保証される。 スラストピストン８の密封肩１２とともに密封用ペア部分を形成している中空 異形材１の端面は、切削による分離方法、冷間成形による分離方法、機械的また は熱的分離方法により、密封性と軸線方向の荷重を保証する面として形成される 。 場合によっては、半径方向の穴９は設けなくてもよい。というのも、ピストン 前部８．１と中空異形材１の内壁の間にある寸法公差により、したがってこれに 伴って生じる非密封性により、半径方向での圧力の発生が液体により与えられ、 よって中間領域６での中空異形材１の半径方向における荷重により与えられてい るからである。 図２は、中空異形材１の中央領域に壁厚増大部を形成させるための金型の変形 実施形態を示すものである。この実施の形態は図１に図示した前記実施の形態の 構成にほぼ対応しているので、対応する個所には同一の符号を使用する。 この変形実施形態においても、分離される雌型１５が使用される。その分離面 は縦軸線４に沿って延びている。図１の実施の形態と異なるのは、それぞれピス トン前部１６．１とピストン後部１６．２から成る二つのスラストピストン１６ が使用されることである。成形の際には、即ち中間空間１６を中空異形材１の材 料で充填するための鍛造過程の際には、両スラストピストン１６は互いに向き合 って移動することができ（スラスト力Ｆ_A）、それぞれ同時に液圧Ｐ_iをもたらす 。しかし、一方のスラストピストン１６だけを移動させ、他のスラストピストン を単にシステムを密封するために（密 封肩１２）、および中空異形材の材料を保持稜７の領域で支持するためにだけ使 用するようにしてもよい。 図３の実施の形態も、分離される雌型１８内で移動する２つのスラストピスト ン１６,１７で作動する。図２の実施の形態と異なるのは、中空異形材１の異形 材両端部の間（たとえば中央領域）に壁厚増大領域１４が形成されるばかりでな く、さらに両異形材端部の一方（右側の端部）にも壁厚増大領域が形成される点 である。もちろん後者の壁厚増大領域を逆の側の異形材端部或いは両異形材端部 に形成してもよい。 この目的のため、分離される雌型１８は前記異形材端部の領域に適当な横断面 拡大部を備えており、その結果他の中間空間２０が生じる。この中間空間２０は 後に、即ち成形後に中空異形材１の材料で充填される。 両スラストピストン１６,１７の移動の際（両スラストピストンの一方だけを 移動させてもよい）にまず中間空間６が、そしてその後に初めて中間空間２０が 押出し過程の範囲内で中空異形材１の材料で充填されるようにするには（逆の順 序でもよい）、中間空間２０の領域よりも中間空間６の領域で中空異形材１の材 料がより「成形しやすくなる」ように、この中間領域６の領域で中空異形材１の 材料を処理することが重要である。これはたとえば金型（雌型１８および／また はスラストピストン１６,１７）および／または中空異形材１を摩擦が少なくな るように局部的にコーティングすることによって行われる。また、たとえば局部 的な加熱を行ってもよい（中間空間６の長さ方向に延びて中空異形材１を取り囲 むように、分離される雌型１８内に配置される加熱ダクト２２）。しかし温度を 誘導 する場合液体（たとえば水）の沸点を考慮せねばならないので、この処置は制限 的な作用を持っており、特に中空異形材１が金属材料から成る場合にそうである 。さらに、中空異形材１が中間空間６の領域ではじめから幾分薄い壁厚を有する ようにしてもよいし、或いは軟化焼鈍されていてもよい。即ち中間空間６の領域 を、中間空間２０の領域よりも、つまり成形される異形材端部よりもすでに「成 形しやすくなっている」ようにしてもよい。これらの処置は、中空異形材１の両 異形材端部の間にある少なくとも２つの領域で壁厚を増大させる必要があり、異 形材端部には壁厚増大部が設けられないような場合にも重要である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年５月４日（１９９８．５．４） 【補正内容】 明細書の補正書 中空異形材における壁厚増大方法 本発明は、縦長の中空異形材に壁厚増大領域を形成させる方法およびこの方法 を実施するための装置に関するものである。 壁厚増大部を形成させるためのこの種の方法は、ソ連邦特許第１４１７９５４ 号公報の図１から知られるようになった。この場合縦長の中空異形材は、異形材 の外寸に対応している雌型内に固定され、両側から係合するスラストピストンを 介してスラスト圧に曝され、さらに異形材中空空間は適当な媒体によりラジアル 圧に曝される。その際結果的に得られる中空異形材は、全長にわたって内側横断 面が減少し、これにより壁厚増大部が生じる。 ドイツ特許公開第４４３７３９５号公報には、管端を成形する方法が記載され ている。この方法では、成形されるべき管が内圧とスラスト圧に曝され、その際 管は管の外寸に対応している雌型内に固定され、この場合雌型は、成形されるべ き管端部領域に、成形過程後に与えられる中空異形材の最終寸法に合致した異形 部を備え、管は少なくとも一つのスラストピストンを介して端面側の圧力に曝さ れ、同時に液体により少なくとも被成形領域においてラジアル圧に曝される。 中空異形材をスラスト圧とこれと同時に作用するラジアル圧とを介して液体に より成形させるという実践は「高内圧成形」という概念で知られている（ドイツ 特許公開第２９３５０８６号公報、欧州特許公告第０４８４７８９号公報を参照 ）。中空異形材を成形させ る際の壁厚の増大はこれとは関係なく、むしろ材料が延伸されるために壁が薄く なるという結果が生じる。段付きのスラストピストンを用いて塑性変形により異 形材端部を圧搾する方法は米国特許第５２０３１９４号公報に記載されている。 この場合、液体による付加的なラジアル圧は導入されていない。 前記ドイツ特許公開第４４３７３９５号公報に記載の発明は、主に、大量生産 に適した縦長の内燃機関用排ガス装置を製造するための管端塑性変形方法に関わ るものである。機能に応じて横断面を変化させたこの種のアッセンブリの分野は 、特殊な機械要素またはアッセンブリを固定する目的で適用される。このような アッセンブリまたは機械要素とは特に消音器、触媒コンバータ或いは接続フラン ジである。 前記ドイツ特許公開第４４３７３９５号公報に記載の発明の目的は、管端を圧 搾する方法およびこの方法を実施するための装置において、通常の最適な寸法の 横断面を備えた管状の構成要素に、横断面の寸法を増大させた端部部分を具備さ せることにより、管端の領域においても内径が継ぎ目なしに不変に維持され、し かもたとえば溶接結合により他の構成要素を結合させるために必要な寸法の横断 面を提供できるようにすることである。 本発明の課題は、請求項１の前提概念に記載の上記公知の方法の構成を改善し て、縦長の中空異形材に壁厚増大領域を形成させることである。この場合、中空 異形材の内側横断面を変化させないようにすることも課題とする。 本発明による解決法は、請求項１の前提概念に記載の方法から出発して、請求 項１の特徴部分に見られる。 本発明によれば、金型側を多少変更することにより、中空異形材の全長にわた ってではなく、異形材両端部間の任意の領域にも内側横断面を同一に留めて壁厚 増大領域を具備させることが可能である。この場合中空異形材自身は任意のどの ような横断面形状を有していてよい（たとえば前記米国特許第５２０３１９４号 公報の場合のように長方形でもよいし、円形、多角形でもよいし、開いていても 閉じていてもよい、など）。このためには、雌型またはスラストピストンを同じ ように構成するだけでよい。 さらに中空異形材は金属材料でも非金属材料（たとえばプラスチック）でもよ い。 請求項２によれば、異形材両端部間にある領域とさらに異形材両端部も１回の 作業工程で圧搾され、この場合の塑性変形により壁厚増大領域を具備させる。 請求項９は、この方法を実施するために適した装置に関わるものである。 次に、前記ドイツ特許公開第４４３７３９５号公報において行われている説明 を補完する形で本発明をいくつかの実施の形態に関し説明する。添付の図面にお いて、 図１は成形されるべき中空異形材と一つのスラストピストンを備えた装置を出 発位置または最終位置で示した図、 図２は対向して配置される二つのスラストピストンを備えた装置の変形実施形 態を出発位置または最終位置で示した図、 図３は対向して配置される二つのスラストピストンと二つの中空異形材被成形 領域を備えた装置の変形実施形態を示す図、 である。 図１によれば中空異形材１、たとえば鋼管は、分離される中空雌型２の中に挿 入されている。この場合雌型分離面３は図面の平面に対して直交する方向に延び ており、中空異形材１の縦軸線４と交わっている。中空異形材１は、底部５の端 面に当接する程度に中空雌型２の中空空間１０内に達している。 分離される中空雌型２は、中空異形材１のほぼ中央領域に横断面拡大部を有し ており、その結果中空異形材１の外壁とこの中央領域において拡大されている中 空雌型２の内径との間に中間空間６が形成される。小径部から大径部への移行部 は、縦軸線４の垂線に対しそれぞれ約３０°の角度を持つ保持稜７として形成さ れている。 請求の範囲の補正書 １．縦長の中空異形材（１）に壁厚増大領域を形成させる方法であって、このた めに中空異形材をラジアル圧とスラスト圧に曝して塑性変形させ、その際中空異 形材（１）を、異形材の外寸に対応している雌型（２；１５；１８）に固定する ようにした前記方法において、 雌型（２；１５；１８）の変形領域に、変形過程後に与えられる中空異形材（ １）の最終寸法に合致した横断面拡大部を具備させること、及び壁厚増大部（１ ４）を得るための変形を異形材両端部の間にある領域で行うことを特徴とする方 法。 ２．変形を、異形材両端部の間にある一つの領域と異形材両端部の少なくとも一 方の端部とで行うことを特徴とする、請求項１に記載の方法。 ３．変形を、異形材の前記領域の数量分だけ１回の作業工程で行うことを特徴と する、請求項２に記載の方法。 ４．中空異形材（１）の長さ方向において段階付けされた変形しやすい部分を生 じさせるために中空異形材（１）の初期壁厚を異ならせることを特徴とする、請 求項１に記載の方法。 ５．中空異形材（１）の長さ方向において段階付けされた変形しやすい部分を生 じさせるために、中空異形材（１）を局部的に軟化焼 鈍させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。 ６．中空異形材（１）の長さ方向において段階付けされた変形しやすい部分を生 じさせるために、摩擦を減少させる被覆部を局部的にコーティングすることを特 徴とする、請求項１に記載の方法。 ７．中空異形材（１）を塑性変形させるためのラジアル圧とスラスト圧を導入す るための手段を有し、その際中空異形材（１）を、異形材の外寸に対応している 雌型（２；１５；１８）に固定するようにした、縦長の中空異形材（１）に壁厚 増大部を形成させるための装置において、分離される中空雌型（２；１５；１８ ）の、該中空雌型に挿入される中空異形材（１）の異形材両端部の間にある領域 が、中空異形材（１）の所定の最終寸法に対応している横断面拡大部（６）を有 し、該横断面拡大部（６）を、分離される中空雌型（２；１５；１８）の中空空 間（１０）の内部を移動する１個の、または互いに対向して配置される２個のス ラストピストン（８；１６；１７）が通過することを特徴とする装置。 ８．中空雌型（１８）が、中空異形材（１）の異形材端部に付設される他の横断 面拡大部（中間空間２０）を有していることを特徴とする、請求項７に記載の方 法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オスヴァルト、ユルゲン ドイツ連邦共和国、デー―39118 マグデ ブルク ウラヌスヴェーク 25 (72)発明者 フィッシャー、フランク ドイツ連邦共和国、デー―08451 クリミ ッツシャオ ヤコブスガッセ 19 (72)発明者 ヴェンツェル、ホルガー ドイツ連邦共和国、デー―06667 ヴァイ センフェルス クライストヴェーク 25

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．縦長の中空異形材に壁厚増大領域を形成させる方法であって、このために中 空異形材をラジアル圧とスラスト圧に曝して塑性変形させ、その際中空異形材を 、異形材の外寸に対応している雌型に固定し、この場合雌型が、変形領域に、変 形過程後に与えられる中空異形材の最終寸法に合致した横断面拡大部を備えてい る前記方法において、壁厚増大部（１４）を得るための変形を、異形材両端部の 間にある少なくとも一つの領域で行うことを特徴とする方法。 ２．変形を、異形材両端部の間にある一つの領域と異形材両端部の少なくとも一 方の端部とで行うことを特徴とする、請求項１に記載の方法。 ３．変形を、異形材の前記領域の数量分だけ１回の作業工程で行うことを特徴と する、請求項２に記載の方法。 ４．中空異形材（１）の長さ方向において中空異形材の材料に段階付けされた「 変形しやすい部分」を生じさせるための処置を講じることを特徴とする、請求項 １に記載の方法。 ５．中空異形材（１）を局部的に加熱することを特徴とする、請求項４に記載の 方法。 ６．中空異形材（１）の初期壁厚が異なっていることを特徴とする、請求項４に 記載の方法。 ７．中空異形材（１）を局部的に軟化焼鈍させることを特徴とする、請求項４に 記載の方法。 ８．摩擦を減少させる被覆部を局部的にコーティングすることを特徴とする、請 求項４に記載の方法。 ９．請求項１に記載の方法を実施するための装置において、分離される中空雌型 （２；１５；１８）の、該中空雌型に挿入される中空異形材（１）の異形材両端 部の間にある領域が、中空異形材（１）の所定の最終寸法に対応している横断面 拡大部（６）を有し、該横断面拡大部（６）を、分離される中空雌型（２；１５ ；１８）の中空空間（１０）の内部を移動する１個の、または互いに対向して配 置される２個のスラストピストン（８；１６；１７）が通過することを特徴とす る装置。 １０．中空雌型（１８）が、中空異形材（１）の異形材端部に付設される他の横 断面拡大部（中間空間２０）を有していることを特徴とする、請求項９に記載の 方法。 １１．分離される中空雌型（１８）が、横断面拡大部（中間空間６）の長さ方向 に延びて周回している加熱ダクト（２２）を有していることを特徴とする、請求 項９に記載の装置。