JP2001334316A - 異形管状製品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】溶接や接着剤を使用することなく部分的に補強
された異形管状製品およびその製造方法を提供する。 【解決手段】金属素管５を、その外径よりも大きい内径
を有する補強用金属管６内に挿入し、金属素管内に液体
を注入し、液体に圧力を負荷してハイドロフォーム加工
する部分的な強化部を備えた異形管状製品の製造方法と
異形管状製品。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属素管のハイド
ロフォーム加工により製造された部分的に強化部を備え
た異形管状製品およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属素管（以下、単に素管と記す）を上
下一対の金型内にセットし、この素管内に液体を導入
し、液体に圧力を負荷するとともに、必要に応じて管端
から軸方向に圧縮力を加えることにより素管を膨出させ
て金型内の形状にならった異形管状製品を得るハイドロ
フォーム加工（液圧バルジ加工）方法が、自動車部品等
の製造に採用されている。

【０００３】このようにして製造された異形管状製品に
は、その膨出部が部分的に高強度であることが要求され
る場合がある。その場合肉厚の厚い素管や高強度の素管
を用いればよいが、製品の重量が増加したり材料コスト
が嵩む等の問題がある。

【０００４】ハイドロフォームによる異形管状製品を部
分的に強化して前記問題を解消する方法として、異形管
状製品の強化が必要な部分に、強度の大きい別部品を溶
接等によって接合する方法がある。

【０００５】図２は、溶接により部分強化された異形管
状製品斜視図である。

【０００６】ハイドロフォームにより製造された異形管
状製品１の一部に補強部材２が溶接部３により接合され
ている。

【０００７】しかし、このような製品にするには、補強
用の別部品を溶接接合するための行程がハイドロフォー
ム行程とは別に必要となるという問題がある。また、溶
接接合した場合、熱ひずみにより製品の寸法精度が低下
するという問題に加え、溶接スパッタや溶接ビードと他
部品との干渉の問題が生じる。

【０００８】文献「Proceedings of INTERNATIONAL SEM
INAR ON RESENT STATUS & TREND OFTHBE HYDROFORMIN
G」july 2 1999 p76には、肉厚や強度の異なる短尺金属
管を長手方向に接合した組立素管（以下、テラード素管
と記す）を用いてハイドロフォームすることにより異形
管状製品を製造する方法が開示されている。

【０００９】図３は、テラード素管をハイドロフォーム
加工することにより得られる異形管状製品の斜視図であ
る。図３（ａ）は、断面が長方形の製品例、図３（ｂ）
は断面が円形の製品例を示す。これらの異形管状製品１
は、その一部に斜線で示す補強金属管２が溶接部３によ
り接合されている。

【００１０】しかし、金属素管を製作するために、金属
管同士を溶接するための行程がハイドロフォーム行程と
は別に必要となる問題がある。また、金属素管が部分的
に強度が異なるため、ハイドロフォーム加工する際、強
度の低い部分が強度の高い部分より膨出されやすく、溶
接部近傍にしわが発生して満足な製品が得られていない
のが現状である。

【００１１】特開平１１−５１２５号公報には、ハイド
ロフォーム加工を施す金属素管の外側に接着剤を塗布し
た補強用の中空部材を挿入して、ハイドロフォームをす
る液圧バルジ加工方法が開示されている。

【００１２】しかし、例えば、自動車用のセンターピラ
ーレインフォースのような複雑な形状の製品をハイドロ
フォーム加工で成形する場合、プリフォームと呼ばれる
予備プレス成形をおこなうのが一般的であり、ハイドロ
フォームする直前に接着剤を塗布することができない。
プリフォーム前に補強用鋼管を挿入するとプリフォーム
時に予期せぬ位置で接着されるという問題がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、溶接
や接着剤を使用することなく部分的に補強された異形管
状製品およびその製造方法を提供することにある。

【００１４】

【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、金属素管をその
外径よりも大きい内径を有する補強用金属管内に挿入
し、その状態で素管内に導入した液体に圧力を負荷して
膨出加工することにより素管および補強用金属管を同時
に拡管すれば、補強用金属管は素管に強固に締結される
との知見を得た。

【００１５】本発明は、このう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。

【００１６】（１）金属素管内に液体を注入し、液体に
圧力を負荷して金属素管を膨出させるハイドロフォーム
加工により異形管状製品を製造する方法において、金属
素管の膨出予定部の所定の部位に、金属素管の外径より
も大きい内径を有する補強用金属管を挿入した状態と
し、液圧により金属素管および補強用金属管とを拡管し
て製品形状に成形する部分的に強化部を備えた異形管状
製品の製造方法。

【００１７】（２）ハイドロフォーム加工により成形さ
れた、膨出部が部分的に強化された異形管状製品であっ
て、強化部分が２重管になっており、２重管部分はハイ
ドロフォーム加工により密着締結されている部分的に強
化部を備えた異形管状製品。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明について具体的に説
明する。

【００１９】図１は、本発明の異形管状製品の製造方法
を説明するためのハイドロフォーム用金型部の縦断面図
で、図１（ａ）は金属素管をハイドロフォーム加工する
直前の状態、 図１(ｂ)はハイドロフォーム加工が終了
した状態、図１（ｃ）は製品の縦断面図を示す。

【００２０】先ず、下記のようにしてハイドロフォーム
用素管を用意する。

【００２１】すなわち、素管の外径よりも大きい内径の
補強用金属管を用意し、素管の膨出予定部の補強すべき
所定に部位に補強用金属管を挿入する。補強用金属管の
長さは、補強したい長さにすればよく、複数カ所の補強
が必要であれば、複数の補強用金属短管を挿入すればよ
い。また、肉厚も目的により任意に選択すればよく、材
質も素管と同じでなくとも、より強度の大きい材質であ
ってもよい。

【００２２】図１（ａ）に示すように、先ず図示しない
プレス装置に搭載された上下一対の金型４ａ、４ｂの内
部に、用意した補強用金属管６を挿入した素管５をセッ
トし、両管端を軸押し工具７ａ、７ｂでシールして加工
液の導入口８から液体を導入して素管内を液体で満た
す。液体としては、防錆剤を添加した水が一般的に用い
られる。

【００２３】次いで、加工液の圧力を増加させながら、
必要に応じて軸押し工具７ａ、７ｂを前進させて素管に
軸方向の押圧力を付与して素管を上下方向に徐々に膨出
させる。図１（ｂ）の状態でハイドロフォーム加工は完
了する。図１（ｃ）は、金型から取り出された異形管状
製品の縦断面図である。上記のように素管とそれに挿入
させた補強用金属管とを同時に膨出加工することによ
り、膨出部５ａと補強用金属管６とは強固に締結着され
る。

【００２４】本方法に基づいてハイドロフォーム加工し
た場合、素管（以下、内管と記す場合がある）のみの部
分（以下単管部と記す場合がある）と、内管と補強用金
属管（以下、外管と記す場合がある）の２重となってい
る部分（以下２重管部と記す）とは強度差があるため拡
管時に下記のような形状不良が発生する場合がある。図
４は、形状不良を説明するための図で、図４（ａ）は補
強用金属管に挿入した素管をハイドロフォーム加工した
際に形状不良１１が発生した異形管状製品の縦断面図
で、図４（ｂ）は単管と２重管との境界部分の拡大図で
ある。

【００２５】この形状不良１１は、２重管部と単管部と
の強度さが大きく、外管の拡管率が大きい場合に発生す
る。すなわち、強度差が大きいとハイドロフォーム加工
時に、単管部が２重管部よりも膨出し易すいので必要以
上に膨出し、２重管と金型間の間に単管の膨出部の一部
が回り込み、形状不良１１が発生するのである。

【００２６】この形状不良は、製品の形状がわるくなる
のみでなく、製品に荷重が付加されれた場合、応力集中
により内管のみの場合よりも強度が低下する場合があ
る。

【００２７】このうような形状不良の発生を防止するに
は、外管の拡菅率は１０％以下に押さえることが望まし
く、さらに好ましくは５％以下である。なお、拡管率と
は管の周長の増加率である。

【００２８】また、製品形状に平坦部があるようなハイ
ドロフォーム加工の場合は、外管の拡菅率が小さいと単
管部と２重管部とののフラットネスが出ないため外管の
拡菅率は０．２％以上にするのが好ましく、さらに好ま
しくは０．５％以上である。次に、補強用金属管の管端
部の好ましい形状について説明する。

【００２９】図５は、ハイドロフォーム加工後の外管と
内管との境界部を拡大した縦断面図である。図５（ａ）
外管６の端面１２が垂直になっている場合、図５（ｂ）
は外管端全面において内面面取りが施されている場合、
図５（ｃ）は外管端面において一部内面面取りが施され
ている場合、および図５（ｄ）は（ｂ）の場合にさらに
面取りされた面と外管内面と交わる部分を曲面（Ｒ）に
した場合をそれぞれ示す。

【００３０】図５（ａ）に示したような外管の端面の場
合、外管部の肉厚のため内管に急角度の折れ曲がり部１
３が生じ、応力集中による強度低下を引き起こす場合が
ある。したがって、応力の負荷が大きい用途には適して
いない。

【００３１】そこで、図５（ｂ）に示すように外管端面
を予め内面面取り加工を施しておくのが望ましい。面取
り角θが大きいと効果が無く、小さすぎると面取り加工
の負荷の増大、シャープエッジによる作業者の危険、ハ
ンドリング時の面取り部の変形等の問題が生じるため、
５° ＜ θ ＜ ６０°とすることが望ましい。

【００３２】図５（ｃ）に示すように一部内面面取り加
工しない部分を残しておくと上記問題が解消できる。

【００３３】図５（ｄ）のように、面取り加工を施し、
さらに面取りされた面と外管内面と交わる部分を曲面
（Ｒ）にするとさらによい。

【００３４】

【実施例】図６は、本実施例で用いた金型のダイス溝形
を示す。この金型を用いて、表１に示す外管内に内管を
挿入し、図１で示した方法でハイドロフォーム加工を施
した。外管と内管とは、共に機械構造用炭素鋼鋼管ＳＴ
ＫＭ１１Ａを用いた。外管は、面取りしない管と面取り
角度を種々変化させた面取りした管とを用意した。

【００３５】金型のダイス溝寸法は下記の通りであっ
た。

【００３６】Ｄ１＝７３ｍｍ Ｌ１：５００ｍｍ Ｌ２：２７５ｍｍ 図７は、ハイドロフォーム加工時の内圧、軸押し、ポン
チの動作パターンである。ハイドロフォーム加工後、外
管と内管との境界部を観察し形状不良の有無を調べた。
結果を表１に示す。

【００３７】

【表１】 表１から明らかなように、外管が、外径：６５ｍｍ、肉
厚：２．３ｍｍで拡管率が１２．３％の場合には、形状
がやや不良であったが応力の負荷が小さい用途には使用
できる程度であり、それ以外は全て良好であった。

【００３８】図８は、表１の試験No.６のハイドロフォ
ーム加工後の外観写真を示す図である。内管の膨出部５
ａ表面と外管６の表面とが同一面となった状態で圧着さ
れていることが分かる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、溶接や接着剤を使用す
ることなく部分的に補強された異形管状製品を最小限の
重量増により製造することができる。また、既存の金型
を用いて容易にハイドロフォーム加工することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の異形管状製品の製造方法を説明するた
めのハイドロフォーム用金型部の縦断面図である。

【図２】溶接により部分強化された異形管状製品斜視図
である。

【図３】テラード素管をハイドロフォーム加工すること
により得られる異形管状製品の斜視図である。

【図４】形状不良を説明するための製品の縦断面図であ
る。

【図５】ハイドロフォーム加工後の外管と内管との境界
部を拡大した縦断面図である。

【図６】本実施例で用いた金型のダイス溝形を示す図で
ある。

【図７】ハイドロフォーム加工時の内圧、軸押し、ポン
チの動作パターンを示す図である。

【図８】本発明の製造方法により得られた異形管状製品
の外観図である。

【符号の説明】

１ 異形管状製品 ２ 補強材 ３ 溶接部 ４ａ 上金型 ４ｂ 下金型 ５ 金属素管 ６ 補強用金属管 ７ａ、７ｂ 軸押し工具 ８ 液体導入口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属素管内に液体を注入し、液体に圧力を
   負荷して金属素管を膨出させるハイドロフォーム加工に
   より異形管状製品を製造する方法において、金属素管の
   膨出予定部の所定の部位に、金属素管の外径よりも大き
   い内径を有する補強用金属管を挿入した状態とし、液圧
   により金属素管および補強用金属管とを拡管して製品形
   状に成形することを特徴とする部分的に強化部を備えた
   異形管状製品の製造方法。
2. 【請求項２】ハイドロフォーム加工により成形された、
   膨出部が部分的に強化された異形管状製品であって、強
   化部分が２重管になっており、２重管部分はハイドロフ
   ォーム加工により密着締結されていることを特徴とする
   部分的に強化部を備えた異形管状製品。