JP2001300652A - 金属管の液圧バルジ加工におけるピアシング方法および金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】液圧バルジ加工した膨出部のピアシング加工時
に開口部周縁に生じるたわみ、および膨出加工時に生じ
る掻き疵の発生を防止することのできるピアシング加工
方法、金型および開口部中周縁にたわみや疵のない液圧
バルジ加工部品の提供。 【解決手段】上下一対の金型のダイス溝内に収納した金
属素管の内部に液体を導入し、液体に圧力を負荷して金
属素管に膨出部を成形するに際し、膨出部のピアシング
加工予定部とその周辺の断面を凸状形状に膨出させて、
その膨出部にピアシングポンチによりピアシング加工す
る金属管の液圧バルジ加工におけるピアシング加工方
法、それに用いる金型および液圧バルジ加工部品。

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
した液体に圧力を負荷して金属管を膨張加工し、その膨
出部にピアシング加工により開口部を設ける加工方法お
よびその加工に用いる金型および前記方法により得られ
る液圧バルジ加工部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】素管としての金属管あるいはそれを予備
加工して得られた管状素材（以下これらを金属素管と記
す）を金型内にセットし、この金属素管の内部から液圧
をかけるとともに必要に応じて管端から管の軸方向に圧
縮力を加えることにより、金属素管を膨張させて金型内
に設けられたダイス溝の内殻にならった成形品（以下、
液圧バルジ加工部品と記す）を得る液圧バルジ加工方法
が自動車部品等の閉断面構造の部品の製造に適用されて
いる。

【０００３】通常の金属板のプレス加工においては、金
型によるプレス成形と同時にダイスとポンチからなるピ
アシング装置により穴あけ加工が施される。液圧バルジ
加工においては、成形後の形状は通常管状であり、管端
近く以外では管内部にダイスを配置させることが困難で
あるため、ポンチとダイスによる穴あけ加工をおこなう
ことができない。そこで、バルジ加工での穴あけでは、
以下のようなバルジ加工中の内圧を利用した方法が用い
られる。

【０００４】図１は、従来の液圧バルジ加工におけるピ
アシング方法を説明するためのダイス部の縦断面図であ
る。図１(a)は上下の金型内に金属素管がセットされた
状態を、図１(b)は内圧により膨出加工された状態を、
図１(c)は内圧を保持した状態でポンチを前進させピア
シング加工をおこなった状態をそれぞれ示す。

【０００５】図１（ａ）に示すように、液圧バルジ加工
では上金型１と下金型２の一対の金型が用いられる。金
型内にはダイス溝３が設けられており、ダイス溝は膨出
部を成形するための大径部Ｌが設けられている。また、
膨出部にピアシング加工を施すために、ダイスの外面６
から膨出部を成形するためのダイス溝３に向かってピア
シングホルダー孔４が設けられており、その中に進退自
在にピアシングポンチ５が設けられている。このような
金型を用い、図１（ａ）に示すように、先ずダイス溝３
に金属素管７がセットされ、その両管端に軸押し工具８
が当接されて、金属素管内部に加工液を導入し、その加
工液に負荷した圧力（以下、内圧という）と、必要に応
じて管端からの軸押し工具を介しての軸押し力とを組み
合わせることによって金属管を種々の断面の異形管に膨
出加工される。図１（ｂ）は、膨出加工が終了した状態
を示し、長さＬの膨出部が成形されている。

【０００６】次いで、内圧を保持したままで、ピアシン
グポンチ５を図示しない油圧装置等により前進させて膨
出部に開口部が設けられる。図１（ｃ）は、ピアシング
加工が終了した状態を示す。

【０００７】板プレスでのピアシングではポンチと対に
なるダイスがあるため開口部の縁がたわむことはない。
しかし、上記の従来の液圧バルジ加工におけるピアシン
グ加工では図１（ｃ）に示するように液圧バルジ成型品
の開口部の周縁に大きなたわみ９が生じ、ポンチを後退
させても同図に示すような開口部周縁が管の内部にたわ
んだ状態で製品になるという問題があった。

【０００８】また、管軸方向の圧縮力を積極的に付与す
る加工では金属管と金型面が高面圧下で相対的に滑り、
ポンチ端面と金型面の段差やポンチとポンチホルダ孔の
隙間のため、バルジ加工後の製品の表面に疵が発生する
といた問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、液圧
バルジ加工により成形した膨出部にピアシング加工する
方法において、膨出部の開口部周縁に生じるたわみ、お
よび膨出加工時に開口部周辺に生じる掻き疵の発生を防
止することのできるピアシング加工方法、その加工に使
用する金型および開口部周縁にたわみや疵のない液圧バ
ルジ加工部品を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解消すべく種々実験、検討した結果、ピアシング加工
する前の液圧バルジ加工により膨出部を成形する際、ピ
アシング加工予定部とその周辺を、ピアシング時に開口
部周縁がたわむ方向とは逆方向に凸状の変形を与えてお
けば、ピアシング時に生じるたわみと相殺しあって、た
わみのない良好な開口部を設けることができるとの知見
を得た。本発明はこのような知見に基づきなされたもの
で、その要旨は以下の通りである。

【００１１】（１）液圧バルジ加工により金属素管に膨
出部を成形し、その膨出部にピアシング加工により開口
部を設ける方法であって、上下一対の金型のダイス溝内
に収納した金属素管の内部に液体を導入し、液体に圧力
を負荷して金属素管に膨出部を成形するに際し、膨出部
のピアシング加工予定部とその周辺を断面形状が凸状に
なるように膨出させた後、ピアシングポンチによりピア
シング加工する金属管の液圧バルジ加工におけるピアシ
ング加工方法。

【００１２】（２）液圧バルジ加工により金属素管に膨
出部を成形し、その膨出部にピアシング加工するための
金型であって、金属素管に膨出部を成形するためのダイ
ス溝と、ダイス外面からダイス溝向かって設けられたポ
ンチホルダー孔と、そのポンチホルダー孔内を進退可能
に設けられたピアシングポンチとを備え、ポンチホルダ
ー孔先端周縁とダイス溝とのなすダイス角部が曲面状に
面取り加工されている金属管の液圧バルジ加工用金型。

【００１３】（３）金属管状体に膨出部とその膨出部に
開口部が設けられており、開口部周縁部の肉厚が膨出部
の肉厚よりも厚くなっている液圧バルジ加工部品。

【００１４】

【発明の実施の形態】図２は、本発明の金型の１例を示
す面図で、図２（ａ）は縦断面図、図２(ｂ)はポンチホ
ルダー孔先端部近傍の拡大図である。

【００１５】図２（ａ）に示すように、金型は上金型１
と下金型２とが対になっており、上下金型の界面にダイ
ス溝３が設けられており、ダイス溝３は膨出部を成形す
るため深いダイス溝部Ｌ１が設けられている。ダイスの
外面６からダイス溝３に向かってダイスホルダ孔４が設
けられており、そのホルダ孔内を進退可能にピアシング
ポンチ５が設けられている。また、ポンチホルダー孔先
端とダイス溝とのなすダイス角部１０が曲面状に面取り
されている。

【００１６】通常、膨出部を開口する際にはポンチ周辺
が素管の内側にたわみそのたわみ形状がそのまま製品に
残り、不良品となる。本発明の金型は、ピアシング加工
時のたわみを除去する目的でポンチホルダー孔先端周縁
とダイス溝とのなすダイス角部１０が曲面で面取りされ
ている。基本的には、たわみ量と同程度の深さの面取り
をおこなうのがよい。

【００１７】図２（ｂ）に面取り後の形状例を示すもの
で、その形状１２は図１のたわみ形状９とは逆の形状と
なっている。この面取り後の形状は特に限定しないが、
逆たわみ形状がピアシング加工時に生じるたわみにより
相殺されて、ピアシング加工後にたわみが発生していな
い状態になるように決定すればよい。この逆形状の大き
さは、下記式により求まる範囲内にするのがよく、また
面取り形状はダイス溝となめらかにつながるように円
弧、２次曲線や３次曲線等による曲面とするのが好まし
い。 ０．３ｔ＜Ｈ＜１．５ｔ １．０ｔ＜Ｗ＜５ｔ ここで、図２（ｂ）に示すように、逆たわみの深さをを
Ｈ、ピアシングホルダー孔周縁からの逆たわみの距離を
Ｗ、材料の肉厚をｔとする。

【００１８】Ｗが小さすぎると、素管を膨出させるのが
困難になり、また大きすぎるとピアシング加工後の開口
部周囲の形状がいびつになる恐れがある。

【００１９】Ｈは小さすぎると、ピアシング加工後にた
わみが残り、また大きすぎると逆たわみが生じる恐れが
ある。

【００２０】次に、上記のような金型を用いてピアシン
グ加工する方法について以下に説明する。

【００２１】図３は、本発明のピアシング加工を説明す
るための図で、図３（ａ）は素管を上下金型１、２間に
設けられたダイス溝３に収納した液圧バルジ加工前の状
態、図３（ｂ）は内圧による膨出加工後の状態、図３
（ｃ）は内圧を保持した状態でポンチを前進させピアシ
ング加工をおこなった状態を示す。

【００２２】素管７が液圧バルジ加工される際、ポンチ
ホルダー孔の先端周縁は面取りされているので空隙部１
３が存在するため、素管はこの部分で図３（ｂ）のよう
にポンチとその周辺部がその他の部分よりも大きく膨出
し凸状態となる。膨出した部位は金型角部や、ポンチの
刃先（ポンチ先端の周縁）に触れないため、素管表面に
疵が発生することはない。

【００２３】図３（ｃ）に示すように、凸状に膨出させ
た部位にポンチを前進させると、膨出部を素管の内側に
たわませながらポンチ刃先が素管表面に食い込み、さら
に前進させることにより開口される。このようにして、
ピアシング加工予定部位を凸状に膨出させることによ
り、ピアアシング後に開口部周辺部がたわむことなく平
坦な形状とすることができる。

【００２４】上記例では、上金型にポンチを設けている
が、ポンチ位置はピアシングを行いたい位置であればど
こでもよく、また下金型であってもよく、特に位置を限
定するものでない。

【００２５】上記の方法で製造した液圧バルジ加工部品
は、開口部周縁部の肉厚が厚くなっており、開口部の強
度が高いという利点を有する。

【００２６】図４は、開口部近傍の断面図で、図４
（ａ）は本発明の液圧バルジ加工部品の開口部の断面
図、図４（ｂ）は従来の液圧バルジ加工部品の開口部の
断面図である。開口部の周縁は、ピアシング開始面側か
ら、たわみ部Ｂｅ、剪断部Ｓおよび破断面Ｂからなって
いる。

【００２７】図４から明らかなように、本発明の液圧バ
ルジ加工部品は、たわみＢｅはほとんどなく、また従来
品は図４（ｂ）に示すように開口部周縁部の肉厚は他の
部分と同じなのに対し、本発明の部品は肉厚ｔからｔ′
に増加し、孔部の補強効果が得られる。

【００２８】本発明の液圧バルジ加工部品は、開口部の
強度が高いので繰り返し荷重を受け開口部からの疲労破
壊が問題となるような用途に好適である。

【００２９】

【実施例】図２（ａ）に示す金型と、外径６０．５ｍ
ｍ、肉厚２．０ｍｍ、長さ９００ｍｍの機械構造用炭素
鋼管ＳＴＫＭ１１Aを用いて、液圧バルジ加工とピアシ
ング加工をおこなった。

【００３０】図５は、使用した金型のダイス溝の断面図
で、図５（ａ）は素管を膨出させる方向の縦断面図、図
５（ｂ）はその側面図、図５（ｃ）は素管を膨出させる
方向に対する直角方向の縦断面図、図５（ｄ）はその側
面図である。

【００３１】ダイス溝両端部近傍の直径Ｄは、素管の外
径と同じ６０．５ｍｍである。膨出部は幅ｗ：８０ｍ
ｍ、高さｈ：５０ｍｍ、膨出部コーナｒ：８ｍｍであっ
た。ポンチホルダー孔１６の先端周縁１４とダイス溝３
とのなすダイス角部１０を曲面状に面取り加工し、ポン
チホルダー孔１６の先端１４からの面取り幅Ｗと高さＨ
とを種々変化させ、表１に示すようにＷ／ｔは０、１．
０、２．５、５．０および１０の５種とし、各比毎にＨ
／ｔを０、０．１、０．３、０．５、１．５、および２
となるような金型を用意した。

【００３２】このような種々の金型を用い、液圧バルジ
加工をおこなった。

【００３３】図６は、液圧バルジ加工時の内圧と、軸押
し量との関係およびポンチの動作パターンを示す図であ
る。 金属素管の両端から軸押し力を付与して液圧でバ
ルジ加工した後、内圧を保持したままポンチを前進さ
せ、ピアシング加工をおこなった。開口部の形状は全て
円形とし直径１２ｍｍとした。

【００３４】上記条件で液圧バルジ加工とピアシング加
工をおこなった後、たわみ量を断面を投影機で投影して
測定した。このたわみ量は、成形品の開口部の周縁がピ
アシング加工方向にたわんでいる量を示す。表中のたわ
み量が−のものはピアシング加工方向とは逆にたわんで
いることを示す。

【００３５】

【表１】 同表から明らかなように、Ｈ／ｔとＨ／Ｗの両方が０の
従来の金型を用いた場合、たわみ量が０．８ｍｍと大き
いが、本発明の面取りをおこなった金型を用いた場合い
ずれも従来例よりもたわみ量が少なかった。

【００３６】また、Ｈ＝１．０ｍｍ、Ｗ＝５．０ｍｍの
金型を用いてピアシング加工した成形品も開口部の周縁
の肉厚を測定した結果、成形前の２．０ｍｍから２．６
ｍｍに増肉していた。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、膨出部の開口部周縁に
生じるたわみ、および膨出加工時に開口部周辺に生じる
掻き疵の発生を防止することができ、金属管を素材とし
て優れた液圧バルジ加工部品が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の液圧バルジ加工でのピアシング方法を説
明するための断面図である。

【図２】本発明の金型を示す縦断面図である。

【図３】本発明の液圧バルジ加工でのピアシング方法を
説明するための図である。

【図４】ピアシング加工後の開口部の断面図である。

【図５】実施例で用いたダイス溝の図である。

【図６】内圧と軸押し量との関係を示す図である。

【符号の簡単な説明】

１ 上金型 ２ 下金型 ３ ダイス溝 ５ ピアシングポンチホルダー孔 ７ 金属素管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液圧バルジ加工により金属素管に膨出部を
   成形し、その膨出部にピアシング加工により開口部を設
   ける方法であって、上下一対の金型のダイス溝内に収納
   した金属素管の内部に液体を導入し、液体に圧力を負荷
   して金属素管に膨出部を成形するに際し、膨出部のピア
   シング加工予定部とその周辺を断面形状が凸状になるよ
   うに膨出させた後、ピアシングポンチによりピアシング
   加工することを特徴とする金属管の液圧バルジ加工にお
   けるピアシング加工方法。
2. 【請求項２】液圧バルジ加工により金属素管に膨出部を
   成形し、その膨出部にピアシング加工するための金型で
   あって、金属素管に膨出部を成形するためのダイス溝
   と、ダイス外面からダイス溝に向かって設けられたポン
   チホルダー孔と、そのポンチホルダー孔内を進退可能に
   設けられたピアシングポンチとを備え、ポンチホルダー
   孔先端周縁とダイス溝とのなすダイス角部が曲面状に面
   取り加工されていることを特徴とする金属管の液圧バル
   ジ加工用金型。
3. 【請求項３】金属管状体に膨出部とその膨出部に開口部
   が設けられており、開口部周縁部の肉厚が膨出部の肉厚
   よりも厚くなっていることを特徴とする液圧バルジ加工
   部品。