JP2004001052A

JP2004001052A - 増肉ハイドロフォーム加工法

Info

Publication number: JP2004001052A
Application number: JP2002161068A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Hishida; 菱田　博俊; Itsuro Hiroshige; 弘重　逸朗
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】素材管を外側へ増肉して強剛性化を図ることができる増肉ハイドロフォーム加工法を提供する。
【解決手段】素材管１をその外径との間に肉厚程度の隙間部分６を持つ金型２の内部にセットし、内圧により座屈を防止しながら軸押しを加えることにより、素材管１を内側に増肉させることができる。このとき長く伸びたランナウェイ５を持つ軸押し工具３を用いれば、内側への増肉を防止して素材管１の中央部分を集中的に増肉させることができる。なお内圧最大値を座屈限界より操業ばらつき分だけ高いレベルとし、増肉させるに十分な軸押し量を付与する方法を取ることが好ましい。
【選択図】　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管等を素材管として所望の強度を備えた部品を製造するハイドロフォーム加工法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用部品に代表される金属部品には、軽量化、低コスト化、強剛性化などの要件をできるだけ多く満足させることができる部品形状が望まれている。しかしそれを一つの部品として製造することは、肉厚分布の設計まで含めると困難な場合が多い。この課題解決のための手段として、ハイドロフォーム加工法が有効視されている。
【０００３】
ハイドロフォーム加工法は、素材管に金型内で内圧と軸押しとを加えることにより、素材管を金型形状に沿って塑性変形させる加工法であって、一つの部品の形状を比較的自由に製造することができる利点を持つ。しかし、内圧により素材管を膨出させる方法であるから形状の変更にともなって素材管の肉厚よりも減肉することが避けられず、強剛性化の要件を満足させることは困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、増肉による強剛性化を図ることができる増肉ハイドロフォーム加工法を提供するためになされたものであり、特に外側への増肉ができる増肉ハイドロフォーム加工法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、素材管を素材管の外径との間に肉厚程度の隙間部分を持つ金型の内部にセットし、内圧により座屈を防止しながら軸押しを加えることにより、素材管の一部を外側に増肉させることを特徴とするものである。このとき、長く伸びたランナウェイを持つ軸押し工具を用い、軸押しの初期にランナウェイを素材管の内面と接触させて接触部の内側への増肉を防止することによって、中央部分を集中的に外側に増肉させることができる。この場合、先端を緩やかに縮径させたランナウェイを用いることが好ましい。
【０００６】
また、内側への増肉分布を転写した形状のランナウェイを持つ軸押し工具を用いて金型との間に素材管を挟み込み、軸押しの初期にランナウェイを素材管の内面と接触させることにより所望の肉厚分布を得る方法を取ることができる。
【０００７】
いずれの場合においても、内圧最大値を座屈限界より操業ばらつき分だけ高いレベルとし、増肉させるに十分な軸押し量を付与する方法を取ることが好ましく、軸押しの初期に内圧を速やかに上昇させ、その後に軸押しを続けながら内圧最大値までゆるやかに上昇させることが好ましい。さらに、素材管との接触面の摩擦係数を低下させた金型を用いることが好ましく、特に管端部の摩擦係数を低下させた金型を用いることが好ましい。
【０００８】
以下に詳細に説明するように、本発明の増肉ハイドロフォーム加工法によれば、従来のハイドロフォーム加工法とは異なり素材管の一部を増肉させることができる。そのため、一つの部品の形状を比較的自由に製造することができる利点に加えて、強剛性化の要件をも満足させることが可能となり、自動車用部品などの製造に有効である。なお以下の説明では素材管として断面円形の鋼管を使用しているが、本発明は断面角型の角管にも適用することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１、図２は請求項１の発明の実施形態を示すもので、１は鋼管などからなる素材管、２は上下分割式の金型、３は液圧供給孔４を備えた軸押し工具である。金型２のキャビティ内径は基本的には素材管１の外径より機械加工公差分だけ大きいものであるが、その一部例えば中央部には、素材管１の外径との間に肉厚程度の隙間部分６を形成しておく。ここで肉厚程度とは、肉厚の０．５〜２倍程度を意味するものとする。
【００１０】
この金型１の内部に素材管１をセットしてその両側に軸押し工具３を配置し、液圧供給孔４から素材管１に内圧を加えて座屈を防止しながら軸押しを加える。素材管１の外径との間に肉厚程度の隙間部分６が形成されているため、軸押しとともに金属材料はこの隙間部分６に流動し、図２のように素材管１の一部を外側に増肉させることができる。これと同時に内側への増肉を生じさせることもできる。この方法により部品中央部の強剛性化を図ることができ、特に荷重による発生応力が中央部で最大となるような部品の製造に適している。なお、加工品の取出しは金型２を開いて行なう。
【００１１】
このように素材管１には管端部から軸押しが加えられるが、素材管１と金型２との間には摩擦力が働くので、軸押し力は管端部で最大となり管中央部に向かって減少する。しかし、増肉したい場所は中央部であることが多く中央部まで軸押し力を伝達させることが好ましい。
【００１２】
そこで請求項２の発明では、図３に示すように長く伸びたランナウェイ５を持つ軸押し工具３を用い、軸押しの初期にランナウェイ５を素材管１の内面と接触させる。これによりランナウェイ５との接触部では素材管１は拘束されて内側への増肉が防止される。また、ランナウェイ５と素材管１との接触により摩擦力が発生し、素材管１と金型２との間の摩擦力に対抗するので、接触後は軸押し力が中央部までより良好に伝達される。この結果、中央部をより大きく増肉させることができる。
【００１３】
ただしランナウェイ５の先端部が鋭く切れていると、その部分で素材管１の内部の増肉が急激に始まり、肉厚分布が急激に変化する箇所が発生する。このような形状不連続部は後続の加工工程において破損の危険性を招くので好ましくない。したがって、請求項３の発明では図４に示すようにランナウェイ５の先端をゆるやかに縮径させ、肉厚分布の急激な変化を防止している。
【００１４】
本発明においては、軸押し工具３によって素材管１に十分な軸押しを加えることにより、素材管１を最終的に金型２の内面形状及びランナウェイ５の外面形状に一致した形状に増肉させることができる。そこで請求項４の発明では図５に示すように、内側への増肉分布を転写した形状のランナウェイ５を持つ軸押し工具３と、外側への増肉分布を転写した隙間部分６を有する金型２とを用いる。そして軸押しの初期にランナウェイ５を素材管１の内面と接触させることにより素材管１を金型２とランナウェイ５との間に挟み、所望の肉厚分布の成形品を得る。ただし、軸押し工具３は成形後に成形品から引き抜くことができる形状としておく必要がある。
【００１５】
上記したように、本発明のハイドロフォーム加工法は増肉を目的としているため、通常のハイドロフォーム加工法よりも過剰の軸押しが必要となる。これとともに座屈の可能性が高まり、座屈防止のための内圧が求められる。しかし内圧を増加させると素材管１と金型２との間の摩擦力も高まり、増肉が管端部に集中するという好ましくない傾向を招く。そこで請求項５に示すように、座屈限界より操業ばらつき分だけ高いレベル、すなわち必要最小限のレベルに内圧最大値を設定することにより座屈を防止しつつ摩擦力の増加も抑制し、増肉させるに十分な軸押し量を付与することが好ましい。
【００１６】
図６のグラフは横軸に軸押し量を取り、縦軸に内圧値を取ったものであり、このグラフ中に、ハイドロフォーム加工法における座屈発生領域と割れ発生領域とが示されている。すなわち、軸押し量に比べて内圧が不足すると座屈が発生し、軸押し量に比べて内圧が過大となると割れが発生する。
【００１７】
請求項６は好ましい内圧の印加方法を示すものであり、図６のグラフ中に矢印で示したように、軸押しの初期に内圧を内圧最大値の８０％程度まで速やかに上昇させ、その後に軸押しを続けながら内圧最大値までゆるやかに上昇させる。増肉開始点では急激に増肉が開始されるので、座屈が発生し易い。このため、軸押しの初期にはできるだけ内圧を高めておく必要がある。増肉が開始するとしばらくは安定的に増肉を継続させることができるが、内側への増肉により素材肉の中立面が内側に移動して不安定となるので、増肉の進行に連れてゆるやかに内圧を高めて行く。なお、割れは割れ発生領域の近傍においてもミクロなレベルで発生し始めるのに対し、座屈は座屈発生領域に入った瞬間に発生し、その近傍においては発生しない。このため内圧はできるだけ割れ発生領域より遠く、座屈発生領域よりわずかに高い値で推移させることが好ましい。
【００１８】
本発明において増肉を十分に行なわせるためには、素材管１と金型２との接触面の摩擦係数に適切な分布を持たせることが好ましい。このため請求項７に示すように、金型２の素材管１との接触面の摩擦係数を、コーティング、潤滑剤塗布等の方法によって低下させることが有利であり、接触面に潤滑剤供給孔を配置することもできる。軸押し力の伝達を良好に行うためには、請求項８に示すように特に管端部の摩擦係数を低下させた金型を用いることが好ましい。
【００１９】
【実施例】
以下に本発明の好ましい実施例を示す。
外径が３８．１ｍｍ、肉厚が１ｍｍ、長さが３００ｍｍの鋼管を素材管とし、図７に示すような左右２箇所に最大深さが肉厚と等しい１ｍｍの隙間部分を持つ金型内にセットし、円柱状のランナウェイを持つ軸押し金具により片側３０ｍｍの軸押しを加えて、長さが２４０ｍｍとなるまでハイドロフォーム加工した。ただしランナウェイの長さは片側１００ｍｍであり、中央部に４０ｍｍの空間を残して成形を完了した。軸押し量１０ｍｍまでは軸押し量に比例して内圧を０から４０ＭＰａまで上昇させ、その後軸押し量２０ｍｍになるまでの間は内圧を４０ＭＰａの一定値に保ち、その後軸押し量３０ｍｍになるまでの間に内圧をさらに５０ＭＰａまで上昇させた。この結果、図７に示すように最大肉厚が２ｍｍに増肉された加工品を得ることができた。
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の増肉ハイドロフォーム加工法によれば、素材管の中央部などを外側に、あるいは外側と内側とに増肉させることができるので、一つの部品の形状を比較的自由に製造することができるというハイドロフォーム加工法の利点を生かしながら、増肉によって部品の強剛性化を図ることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明の軸押し前の状態を示す断面図である。
【図２】請求項１の発明の軸押し後の状態を示す断面図である。
【図３】請求項２の発明の軸押し前の状態を示す断面図である。
【図４】請求項３の発明の軸押し前の状態を示す断面図である。
【図５】請求項４の発明の軸押し後の状態を示す断面図である。
【図６】請求項６の発明を説明する軸押し量との関係を示すグラフである。
【図７】実施例の軸押し後の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１　素材管
２　金型
３　軸押し工具
４　液圧供給孔
５　ランナウェイ
６　隙間部分

Claims

素材管を素材管の外径との間に肉厚程度の隙間部分を持つ金型の内部にセットし、内圧により座屈を防止しながら軸押しを加えることにより、素材管の一部を外側に増肉させることを特徴とする増肉ハイドロフォーム加工法。
長く伸びたランナウェイを持つ軸押し工具を用い、軸押しの初期にランナウェイを素材管の内面と接触させて接触部の内側への増肉を防止する請求項１に記載の増肉ハイドロフォーム加工法。
先端を緩やかに縮径させたランナウェイを用いる請求項２に記載の増肉ハイドロフォーム加工法。
内側への増肉分布を転写した形状のランナウェイを持つ軸押し工具を用い、軸押しの初期にランナウェイを素材管の内面と接触させることにより所望の肉厚分布を得る請求項１に記載の増肉ハイドロフォーム加工法。
内圧最大値を座屈限界より操業ばらつき分だけ高いレベルとし、増肉させるに十分な軸押し量を付与する請求項１〜４のいずれかに記載の増肉ハイドロフォーム加工法。
軸押しの初期に内圧を速やかに上昇させ、その後に軸押しを続けながら内圧最大値までゆるやかに上昇させる請求項１〜５のいずれかに記載の増肉ハイドロフォーム加工法。
素材管との接触面の摩擦係数を低下させた金型を用いる請求項１〜６のいずれかに記載の増肉ハイドロフォーム加工法。
特に管端部の摩擦係数を低下させた金型を用いる請求項７に記載の増肉ハイドロフォーム加工法。