JP2003285124A - ハイドロフォーム加工方法および加工装置 - Google Patents
ハイドロフォーム加工方法および加工装置Info
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Abstract
も加工不良を出さずに安定して生産できるハイドロフォ
ーム加工方法および加工装置を提供すること。 【解決手段】 外径Da(mm)、板厚ta(mm)、管軸方
向のr値rLa、周方向のr値rCa、管軸方向引張試験か
ら得られる耐力YSLa(N/mm2)を有する金属管を用
いて、内圧Pa(MPa)と軸押し量δ(mm)との関係がP
a=f(δ)で表わされる加工経路で製造するハイドロフ
ォーム加工方法において、管材のサイズおよび材料特性
が外径Db(mm)、板厚tb(mm)、管軸方向のr値
rLb、周方向のr値rCb、管軸方向引張試験から得られ
る耐力YSLb(N/mm2)を有する管材に変更された場
合、(5)式で定義される係数ΔKを用いてPb=ΔKf
(δ)で算出される内圧Pbに変更して加工すること。 【数1】
Description
部品やサスペンション系部品等の製造に用いられるもの
で、管を分割した金型に入れ、当該金型を型締めした
後、管内に内圧と管軸方向の押し力を負荷することによ
り所定形状に成形するハイドロフォーム加工方法及び加
工装置に関する。
減によるコスト削減や軽量化等の手段の一つとして自動
車分野で注目を浴びており、欧米では数年前から既に実
車に採用され、国内でも1999年から実車への適用も
開始した。それ以降、ハイドロフォーム加工の適用部品
は年々増加し、その市場規模は大幅に拡大してきた。
では、管内に負荷される内圧(以降、単に内圧と称す)
と管端を管軸方向に押し込む量(以降、単に軸押し量と
称す)の組み合わせによって成形形状の良し悪しが決定
される。しかもその両者の単純な組み合わせだけでな
く、その途中の負荷経路による影響も大きい(図1参
照)。加工不良の例としては、成形途中で管が破裂する
バースト(図1中、×印)のほか、しわの発生(同、△
印)や所定のコーナーRまで成形できない等の不良もあ
る。このハイドロフォームにおける内圧と軸押し量の加
工負荷経路(以降、単に加工経路と称す)の最適な条件
は、部品形状によって変わるだけでなく、素管のサイズ
や材料特性によっても大きく異なる。
(主に電縫鋼管)やアルミ押し出し管等の金属管が用い
られるが、そのサイズや材料特性は必ずしも一定ではな
く、特にその製造ロットが変わると変動する量は大きく
なる。もちろん、JIS規格等の規格の範囲内での変動
ではあるが、ハイドロフォーム加工が難しいような部品
形状になると、そのような変動でも加工不良が増加する
例がしばしばある。加工不良が発生した場合、新しいロ
ットに適した加工経路を探索し、製造すれば良いわけで
あるが、従来その適正な加工経路を見出すのにはかなり
の熟練と試行錯誤を伴うため多大な労力と時間と材料を
必要としていた。
料特性が変化した際にも安定したハイドロフォーム加工
が可能になるようなハイドロフォーム加工方法および加
工装置を提供することを目的とする。
りである。 (1) 外径Da(mm)、板厚ta(mm)、管軸方向のr
値rLa、周方向のr値r Ca、管軸方向引張試験から得ら
れる耐力YSLa(N/mm2)を有する金属管を用いて、
内圧Pa(MPa)と軸押し量δ(mm)との関係がPa=f
(δ)で表わされる加工経路で製造するハイドロフォー
ム加工方法において、金属管のサイズおよび材料特性が
外径Db(mm)、板厚tb(mm)、管軸方向のr値rLb、
周方向のr値rCb、管軸方向引張試験から得られる耐力
YSLb(N/mm2)を有する金属管に変更された場合、
下記(5)式で定義される係数ΔKを用いてPb=ΔKf
(δ)で算出される内圧Pbに変更して加工することを
特徴とするハイドロフォーム加工方法。
と軸押し量δ(mm)との関係がPa=f(δ)で表わされ
る加工経路で製造するハイドロフォーム加工装置におい
て、初期の金属管の外径Da(mm)、板厚ta(mm)、管
軸方向のr値rLa、周方向のr値rCa、管軸方向引張試
験から得られる耐力YSLa(N/mm2)及び変更後の金
属管の外径Db(mm)、板厚tb(mm)、管軸方向のr値
rLb、周方向のr値rCb、管軸方向引張試験から得られ
る耐力YSLb(N/mm2)の値を入力する入力手段と、
それらの値を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶
された数値から(4)式で定義される係数Kを算出し、
更に(5)式で定義される係数ΔKを算出する演算手段
と、前記演算手段で算出された係数ΔKを用いてPb=
ΔKf(δ)で算出される内圧Pbに変更して加工する制
御手段を有することを特徴とするハイドロフォーム加工
装置。
ハイドロフォーム加工の適正な加工経路は部品によって
異なるが、一般的には図2のような経路になる。すなわ
ち、ステップ1では、軸押しはほとんどせず内圧のみ昇
圧する。但し、この際、管端から水が漏れないよう、若
干の軸押しを行う場合もある。次にステップ2では、軸
押しと内圧を両方変化させる。ハイドロフォームの加工
経路で最も難しいのが、このステップであり、単純に線
形で負荷する場合もあるし、或いは折れ線や階段状など
の経路を示す場合もある。最後にステップ3では、ほと
んど軸押しせずに内圧のみ昇圧し、最終形状、特にコー
ナーRの形成を行う。この一連の加工経路は、実験や解
析の試行錯誤によって求められるが、素管のサイズや材
料特性が変化した際の加工経路の修正方法に関して以下
に説明する。
変える方法と軸押し量を変える方法の2つが考えられ
る。但し後者の方法である、軸押し量、特に最終的な軸
押し量を変えるためには初期の素管長さを変える必要が
ある。素管長さを変えないと最終製品長さが変わってし
まうからである。しかし、素管の製造ロットが変わるた
びに長さを変更することは素管の受け入れ側も納入側も
管理が複雑になり、現実的ではない。従って、加工経路
の修正方法としては内圧のみを変えるのが現実的であ
り、管理も容易となる。
や材料特性のうち、何が効いてくるのか、またハイドロ
フォームの加工限界には、上述のようにバーストだけで
なく、しわやコーナーRなどもあるが、それらすべて満
足するにはどうしたら良いかが、従来は困難であり、熟
練者によってその都度試行錯誤を繰り返してきた。そこ
で本発明者らは、それらの各種加工限界に及ぼす影響因
子について調査した。その結果、各種加工限界に影響す
る因子としては、外径D(mm)、板厚t(mm)、管軸方
向のr値rL、周方向のr値rC、管軸方向引張試験から
得られる耐力YSL(N/mm2)の5つの因子であること
が判明した。しかも、それら5つの因子より計算される
平面歪状態下における降伏開始圧力Pp(MPa)との相関
が高いことが明らかになった。降伏開始圧力Ppは、H
illの直交異方性の降伏条件式より、(1)式で表わ
される。
内圧は、(1)式で得られる平面歪状態下における降伏
開始圧力Ppに比例すると考えられる。例えば、材料a
と材料bにおける上記の5つの因子がそれぞれDa(m
m)、ta(mm)、rLa、rCa、YSLa(N/mm2)、Db
(mm)、tb(mm)、rLb、rCb、YSLb(N/mm2)と
した場合、材料a・材料bの平面歪状態下における降伏
開始圧力Ppa、Ppbはそれぞれ次式のように表わされ
る。
における材料aに対する材料bの比率をKとすると、K
は次式のように表わされる。
Pa=f(δ)で表わされる内圧Paの曲線だった場合、
材料bでは、(4)式から得られる係数Kを用いてPb
=Kf(δ)で表わされる内圧Pbの曲線に変更すると、
材料bの適正な加工経路となる(図3参照)。
すように、Pb=ΔK(δ)で表わされる内圧Pbの曲線
に変更すると、材料bの適正な加工経路となる。mが
0.5より小さくても1.5を超えても適正な加工がで
きない。
に加工経路を修正すれば、ハイドロフォーム加工におけ
る不良を大幅に減らすことが可能になる。また、そのよ
うな修正作業を装置のソフトに組み入れれば、ロット毎
のサイズや材料特性のデータを入力するだけで自動的に
加工経路を変更し、加工不良が大幅に削減した操業が可
能になる。
ーム後の形状としては、図4のような拡管部の断面が長
方形の形状である。素管は、公称寸法で外径63.5m
m、板厚2.3mmのサイズの鋼管を用い、鋼種はJIS
規格のSTKM11A(機械構造用炭素鋼鋼管)を採用
した。但し、ロットの異なる,,,を用いてハ
イドロフォーム加工を行った。各ロットにおける素管の
正確なサイズ及び材料特性は表1の通りである。
もしわがなくコーナーRも目標の値20mmになるような
適正な加工経路を図5のように求めた。これと同一条件
のまま,,のロットでも同様にハイドロフォーム
加工を行った結果を表2に示す。次に、本発明のように
,,のロットを加工する際に、各ロットのサイズ
及び材料特性値より係数Kをそれぞれ算出し、その係数
Kを用いて係数ΔKを算出し、係数ΔKを用いて修正し
た加工経路で成形した例を表3に示す。表2、3に示す
ように、本発明による方法を使用すると全てのロットで
加工不良が起きずに良好なハイドロフォーム部品が得ら
れた。
量産時のロット変動によって発生する加工不良を大幅に
削減することができる。また従来ロット変動時に不良が
多発した際、多大な労力・時間・材料を浪費していた
が、本発明による方法を用いるとその浪費が解消され、
労働生産性が向上する。また、装置に本発明のソフトを
組み込んで自動的に条件変更可能にすれば、従来必要で
あったハイドロフォームの熟練技術者が不要になり、ハ
イドロフォーム加工の汎用性を高めることができる。
加工不良の説明図。
図。
説明図。
ム金型の説明図。
ォーム加工経路の説明図。
ォーム金型
Claims (2)
- 【請求項1】 外径Da(mm)、板厚ta(mm)、管軸方
向のr値rLa、周方向のr値rCa、管軸方向引張試験か
ら得られる耐力YSLa(N/mm2)を有する金属管を用
いて、内圧Pa(MPa)と軸押し量δ(mm)との関係がP
a=f(δ)で表わされる加工経路で製造するハイドロフ
ォーム加工方法において、金属管のサイズおよび材料特
性が外径Db(mm)、板厚tb(mm)、管軸方向のr値r
Lb、周方向のr値rCb、管軸方向引張試験から得られる
耐力YSLb(N/mm2)を有する管材に変更された場
合、下記(5)式で定義される係数ΔKを用いてPb=
ΔKf(δ)で算出される内圧Pbに変更して加工するこ
とを特徴とするハイドロフォーム加工方法。 【数1】 - 【請求項2】 金属管を用いて、内圧Pa(MPa)と軸押
し量δ(mm)との関係がPa=f(δ)で表わされる加工
経路で製造するハイドロフォーム加工装置において、初
期の金属管の外径Da(mm)、板厚ta(mm)、管軸方向
のr値rLa、周方向のr値rCa、管軸方向引張試験から
得られる耐力YSLa(N/mm2)及び変更後の金属管の
外径Db(mm)、板厚tb(mm)、管軸方向のr値rLb、
周方向のr値rCb、管軸方向引張試験から得られる耐力
YSLb(N/mm2)の値を入力する入力手段と、それら
の値を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された
数値から(4)式で定義される係数Kを算出し、更に
(5)式で定義される係数ΔKを算出する演算手段と、
前記演算手段で算出された係数ΔKを用いてPb=ΔKf
(δ)で算出される内圧Pbに変更して加工する制御手
段を有することを特徴とするハイドロフォーム加工装
置。 【数2】
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JP2019171406A (ja) * | 2018-03-27 | 2019-10-10 | 日鉄日新製鋼株式会社 | ハイドロフォーミング方法及びハイドロフォーミング装置 |
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