JP2004098069A

JP2004098069A - 中空部材の液圧穴抜き加工方法および液圧穴抜き加工装置

Info

Publication number: JP2004098069A
Application number: JP2002259325A
Authority: JP
Inventors: Nariyuki Nakagawa; 中川　成幸; Kenji Kanamori; 金森　謙二
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】液圧成形の一連の工程内おいて、傾斜した穴加工面を有する異形穴を形成可能である液圧穴抜き加工装置を提供する。
【解決手段】中空部材１０の内部に液圧Ｐを付加するための液圧手段と、非シャーエッジ部４０Ａからなる先端外周部を有する穴抜きパンチ４０と、穴抜きパンチ４０を前進させて中空部材１０に押し込むことによって、半抜き加工を施した後、穴抜きパンチ４０を後退させることによって、穴抜き加工を施すための駆動手段とを有する。
【選択図】　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空部材の液圧成形における液圧穴抜き加工方法および液圧穴抜き加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＯ_２削減のための車体軽量化や強度向上のための車体補強を目的として、中空部材を液圧成形した部品を適用する動きが高まってきている。
【０００３】
従来、これらの部品は、所定形状に液圧成形された後、他の部品を取り付けるための穴や位置決めするための穴が、後工程において形成される。そのため、経済性や加工精度の向上に対する要請に基づいて、液圧成形の一連の工程内において穴抜き加工を施すための方法が検討されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３５１０２９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に開示されている筒状部材の液圧穴抜き加工方法においては、鋭角なシャーエッジを有する穴抜きパンチを使用して、穴抜き加工が施される。そのため、形成される穴は、一定の内径を有する円筒形状となる。つまり、テーパ形状等の傾斜した穴加工面を有する異形穴を、液圧成形の一連の工程内において形成することはできない。
【０００６】
したがって、上記異形穴が必要とされる場合、後工程において切削加工などの方法により対処しなければならない。その結果、製造工数が増えて手間がかかると共に、後加工のための新たな設備投資が必要になる等の経済的な問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、液圧成形の一連の工程内おいて、傾斜した穴加工面を有する異形穴を形成可能である液圧穴抜き加工方法および液圧穴抜き加工装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、中空部材の内部に液圧を付加し、非シャーエッジ部からなる先端外周部を有する穴抜きパンチを、前記中空部材に押し込むことによって、半抜き加工を施した後、前記穴抜きパンチを後退させることによって、穴抜き加工を施すことを特徴とする液圧穴抜き加工方法である。
【０００９】
上記目的を達成するための請求項９に記載の発明は、中空部材の内部に液圧を付加するための液圧手段と、非シャーエッジ部からなる先端外周部を有する穴抜きパンチと、前記穴抜きパンチを前進させて前記中空部材に押し込むことによって、半抜き加工を施した後、前記穴抜きパンチを後退させることによって、穴抜き加工を施すための駆動手段とを有することを特徴とする液圧穴抜き加工装置である。
【００１０】
【発明の効果】
上記のように構成した本発明は以下の効果を奏する。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、非シャーエッジ部からなる先端外周部を有する穴抜きパンチを、液圧が付加された中空部材に押し込むことによって、半抜き穴とダレ部とが形成される。
【００１２】
そして、穴抜きパンチを後退させることによって、半抜き穴およびダレ部を有する中空部材の変形部位は、中空部材の内部の液圧に基づいて、中空部材の外側に向かって逆に変形する。その結果、ダレ部が矯正されると共に、半抜き穴を構成する中空部材の変形部位を起点として、見かけ上の板厚が減少している部分が、液圧によるせん断力を受けて破断する。
【００１３】
したがって、半抜き穴を構成する中空部材の変形部位からなる傾斜面と破断面とから構成される内壁を有する異形穴が得られる。つまり、液圧成形の一連の工程内おいて、傾斜した穴加工面を有する異形穴を形成可能である液圧穴抜き加工方法を提供することができる。また、異形穴の周辺部には、バリやダレ部が発生しないため、品質に優れたものとなる。
【００１４】
請求項９に記載の発明によれば、液圧手段によって液圧が付加された中空部材に、非シャーエッジ部からなる先端外周部を有する穴抜きパンチを、駆動手段によって押し込むことによって、半抜き穴とダレ部とが形成される。
【００１５】
そして、駆動手段によって、穴抜きパンチを後退させる場合、半抜き穴およびダレ部を有する中空部材の変形部位は、中空部材の内部の液圧に基づいて、中空部材の外側に向かって逆に変形する。その結果、ダレ部が矯正されると共に、半抜き穴を構成する中空部材の変形部位を起点として、見かけ上の板厚が減少している部分が、液圧によるせん断力を受けて破断する。
【００１６】
したがって、半抜き穴を構成する中空部材の変形部位からなる傾斜面と、破断面とから構成される内壁を有する異形穴が得られる。つまり、液圧成形の一連の工程内おいて、傾斜した穴加工面を有する異形穴を形成可能である液圧穴抜き加工装置を提供することができる。また、異形穴の周辺部には、バリやダレ部が発生しないため、品質に優れたものとなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
本発明の実施の形態に係る液圧穴抜き加工装置は、図１に示されるように、液圧成形するための成形型（上型および下型）３０および穴抜きパンチ（上部パンチおよび下部パンチ）４０を有する。
【００１９】
穴抜きパンチ４０は、鋭角なエッジを有しない非シャーエッジ部４０Ａからなる先端外周部を有する。また、穴抜きパンチ４０は、一対からなり、同軸上に対向して配置され、成形型３０に対して摺動可能である。したがって、対向する穴（異形穴）１３を同時に形成可能であり、かつ、形成される穴（異形穴）１３によって構成される貫通穴１４は、良好な位置精度を有する。なお、符号１５は、異形穴１３の抜きカスである。
【００２０】
さらに、本発明の実施の形態に係る液圧穴抜き加工装置は、図示されていない、中空部材１０の内部に液圧Ｐを付加するための液圧手段と、穴抜きパンチを中空部材１０に対して前進あるいは後退させるための駆動手段とを有する。
【００２１】
中空部材１０の内部に液圧Ｐを付加するための流体は、液圧成形法に用いられている流体であれば特に限定されず、例えば、水が挙げられる。
【００２２】
駆動手段は、例えば、圧力制御に基づく油圧シリンダあるいは空圧シリンダであり、穴抜きパンチ４０を前進させて中空部材１０に押し込むことによって、半抜き加工を施した後、穴抜きパンチ４０を後退させることによって、穴抜き加工を施すために利用される。また、駆動手段は、機械制御あるいはバネ等の弾性体を利用する制御を適用することも可能である。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態に係る液圧穴抜き加工装置を利用した液圧穴抜き加工方法を説明する。
【００２４】
液圧穴抜き加工方法は、概して、準備工程、半抜き加工工程、穴抜き加工工程を有する。図２は、準備工程を説明するための断面図である。
【００２５】
準備工程においては、板厚ｔ_０の板材から所定形状に液圧成形された中空部材１０の内部に、所定の液圧Ｐが付加される。穴抜きパンチ４０は、中空部材１０の異形穴１３を形成すべき部位の外側に位置決めされる。
【００２６】
図３は、半抜き加工工程を説明するための断面図である。半抜き加工工程においては、穴抜きパンチ４０を中空部材１０に押し込むことによって、半抜き穴１２およびダレ部１１が形成される。
【００２７】
詳述すると、穴抜きパンチ４０は、中空部材１０の内部に向かって押し込まれ、中空部材１０の壁面を貫通する前に停止される。穴抜きパンチ４０の先端外周部は、非シャーエッジ部４０Ａからなるため、穴抜きは生じない。
【００２８】
したがって、押し込まれた部位は、中空部材１０の内部側に変形し、穴抜きパンチ４０の先端外周部（非シャーエッジ部４０Ａ）に対応する半抜き穴１２と、半抜き穴１２の周囲に形成されるなだらかなダレ部１１とが得られる。
【００２９】
半抜き穴１２の深さＬ_１は、穴抜きパンチ４０の押し込み量（中空部材１０と成形型３０との接触面（基準面）と、半抜き加工の完了時における穴抜きパンチの停止位置との間の距離）Ｌ_０や、非シャーエッジ部４０Ａの形状や、液圧Ｐを変更することで、調整することが可能である。
【００３０】
図４は、穴抜き加工工程を説明するための断面図である。穴抜き加工工程においては、穴抜きパンチ４０を後退させることによって、異形穴１３が形成される。
【００３１】
詳述すると、中空部材１０の内部に向かって押し込まれた穴抜きパンチ４０は、中空部材１０の外側に向かって後退させられる。
【００３２】
この際、半抜き穴１２およびダレ部１１を有する中空部材１０の変形部位は、穴抜きパンチ４０によって支持されなくなるため、中空部材１０の内部の液圧に基づいて、中空部材１０の外側に向かって逆に変形する。
【００３３】
そして、ダレ部１１が矯正されると共に、半抜き穴１２を構成する中空部材１０の変形部位を起点として、見かけ上の板厚が減少している部分が、液圧によるせん断力を受けて破断する（押し抜きされる）。
【００３４】
したがって、半抜き穴１２を構成する中空部材１０の変形部位からなる傾斜面と、破断面とから構成される内壁を有する異形穴、つまり、テーパ部１３Ａを有する異形穴１３が得られる。また、異形穴１３の周辺部には、バリやダレ部が発生しないため、品質に優れたものとなる。
【００３５】
その結果、中空部材１０の上面の異形穴１３は、上方に広がった傾斜面を有し、中空部材１０の下面の異形穴１３は、下方に広がった傾斜面を有する。また、抜きカス１５は、穴抜きパンチ４０の後退に伴って、中空部材１０の外部に排出される。
【００３６】
以上のように、本発明の実施の形態においては、液圧成形の一連の工程内おいて、傾斜した穴加工面を有する異形穴を形成可能である。
【００３７】
なお、液圧穴抜き加工装置は、中空部材１０の内部の液圧Ｐを調整するための液圧調整手段を有することが好ましい。例えば、穴抜きパンチ４０を中空部材１０に押し込む前に、液圧Ｐを一旦低下させ、かつ、穴抜きパンチ４０を後退させる前に、液圧Ｐを増加させる、あるいは、穴抜きパンチ４０を後退させると共に、液圧Ｐを増加させる。
【００３８】
この場合、低圧状態で穴抜きパンチ４０が押し込まれるため、穴抜きパンチによる穴抜きの発生が確実に抑制されると共に、穴加工面の傾斜化に必要とされる十分なダレ部１１が形成される。
【００３９】
さらに、穴抜きポンチ４０を中空部材１０の外側方向に後退させる穴抜き加工においては、液圧Ｐは上昇しているため、大きな打抜き力が発生する。したがって、ダレ部１１の矯正および半抜き穴１２周囲の平面度に対する影響はなく、中空部材１０の壁面（ダレ部１１と半抜き穴１２との境界）は、容易に破断して穴抜き加工が施される。
【００４０】
図５は、穴抜きパンチの押し込み量Ｌ_０と、半抜き穴深さＬ_１と、テーパ長さｔ_１との関係を示しているグラフである。テーパ長さｔ_１は、テーパ部１３Ａが占める部位の厚みである（図６参照）。
【００４１】
横軸は、中空部材の穴抜き加工が施される部位の板厚ｔ_０（一定値）に対する、穴抜きパンチの押し込み量Ｌ_０の比率を示している。縦軸は、板厚ｔ_０に対する半抜き穴深さＬ_１の比率（実線）と、板厚ｔ_０に対するテーパ長さｔ_１の比率（破線）とを示している。
【００４２】
図５に示されるように、板厚ｔ_０を一定とする場合、穴抜きパンチ４０の押し込み量Ｌ_０を増加させることによって、半抜き穴深さＬ_１およびテーパ長さｔ_１が増加する。したがって、この関係を利用し、穴抜きパンチ４０の押し込み量Ｌ_０を制御することによって、適当なテーパ長さｔ_１を得ることができる。
【００４３】
例えば、板厚ｔ_０に対する押し込み量Ｌ_０の比率が０．９未満である場合、破線で示されるように、板厚ｔ_０に対するテーパ長さｔ_１の比率は、０．５未満となり、十分なテーパ長さｔ_１が得られない虞がある。
【００４４】
また、板厚ｔ_０に対する押し込み量Ｌ_０の比率が１．６を超える場合、実線で示されるように、板厚ｔ_０に対する半抜き穴深さＬ_１の比率は、０．６近傍に達しており、中空部材１０の内側方向に穴抜きが施される半抜き限界を超える虞がある。
【００４５】
したがって、中空部材の穴抜き加工が施される部位の板厚ｔ_０に対する、穴抜きパンチの押し込み量Ｌ_０の比率は、０．９以上、１．６以下であることが好ましい。
【００４６】
つまり、この範囲内において穴抜きパンチを押し込むことによって、半抜き穴１２およびダレ部１１は、十分なテーパ長さおよびテーパ角度を、確実に得られる形状に成形される。その結果、穴抜きパンチを中空部材の外側方向に後退させることによって、穴加工面が傾斜している所望の異形穴が容易に形成される。
【００４７】
なお、上記範囲は、幾何学的な関係に基づいており、適用される中空部材の材質は、鋼材に限定されず、アルミニウム合金やステンレス材等の他の金属材料も適用可能である。
【００４８】
図６は、穴抜き加工によって形成された異形穴の形状の具体例を説明するための断面図である。
【００４９】
中空部材の材質は、２９０ＭＰａの引張り強さを有する１．６ｍｍ厚の鋼材である。穴抜きパンチ４０の押し込み時の液圧Ｐは、７０ＭＰａであり、穴抜きパンチ４０の後退時つまり穴抜き時の液圧Ｐは、１２０ＭＰａである。中空部材の板厚に対する押し込み量の比率は、１．２５である。
【００５０】
上記条件による加工の結果、板厚ｔ_０に対するテーパ長さｔ_１の比率が０．６８であり、テーパ角度θが１６°である異形穴が、得られた。
【００５１】
次に、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、穴抜きパンチの先端形状を説明するための断面図である。図に示されるように、穴抜きパンチの先端外周部を構成する非シャーエッジ部の形状は、適宜変化させることが可能である。
【００５２】
例えば、図７（Ａ）に示される穴抜きパンチ４１のように、非シャーエッジ部４１Ａは、円弧形状とすることが可能であり、その曲率半径としては、０．０５ｍｍ以上かつ０．３ｍｍ以下程度が好ましい。
【００５３】
また、図７（Ｂ）に示される穴抜きパンチ４２のように、非シャーエッジ部４２Ａは、面取り形状とすることが可能であり、その幅は、０．０５ｍｍ以上かつ０．３ｍｍ以下程度が好ましい。
【００５４】
なお、図７（Ｃ）に示される穴抜きパンチ４３のように、平らな底面を有する凹状の逃げ面４３Ｂが形成された先端内周部を設けることも可能である。逃げ面４３Ｂは、穴抜きパンチ４３の非シャーエッジ部４３Ａが中空部材の外側面を変形させたときに、穴抜きされる部位が、逃げる空間を形成する。
【００５５】
逃げ面４３Ｂの形状は、特に限定されず、円弧状とすることも可能である。また、穴抜きパンチ４３の非シャーエッジ部４３Ａは、図示される円弧形状に限定されず、面取り形状とすることも可能である。
【００５６】
図８は、本発明の実施の形態に係る中空部材の適用例を示している斜視図、図９は、図８の線ＩＸ−ＩＸに関する断面図である。
【００５７】
本発明の実施の形態に係る中空部材は、例えば、自動車用構造部品であるサスペンションメンバの本体部１１０に適用することができる。
【００５８】
詳述すると、中空の本体部１１０は、サスペンションカラー１２０を挿入するための貫通穴を有する。貫通穴は、端部の上下壁面に形成された穴１１３によって構成される。サスペンションカラー１２０は、穴１１３に挿入されると、全周に渡って溶接され、溶着部１１９が形成される。
【００５９】
図１０は、図９の破線で囲んだ溶着部近傍の拡大図である。
【００６０】
穴１１３は、溶接前に溶接線に沿ってテーパ部１１３Ａを形成する開先加工が施されている。したがって、サスペンションカラー１２０の溶着部１１９において、十分な溶け込み深さＤが確保され、所要の溶接強度が得られている。
【００６１】
例えば、開先加工においては、液圧を利用して穴１１３が形成されている本体部１１０を反転させて、切削加工などの加工手段によって、穴１１３にテーパ部を形成しているため、製造に手間がかかっていた。
【００６２】
一方、本発明の実施の形態においては、液圧成形の一連の工程内おいて、傾斜した穴加工面を有する異形穴を形成可能である。したがって、例えば、穴抜きパンチの押し込み量や、非シャーエッジ部の形状や、液圧を変更することで、形成される異形穴のテーパ長さやテーパ角度を調整し、溶接に適した開先加工形状に合致するように設定できる。
【００６３】
この場合、サスペンションカラー１２０を挿入するための貫通穴を構成する穴１１３に対して、別途開先加工を施すことは不要である。つまり、サスペンションカラー１２０を溶接するための開先加工を、後工程で実行する手間が省け、製造工数が削減できる。
【００６４】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。
【００６５】
例えば、中空部材は、板材の溶接構造体に限定されず、チューブ材や引抜き材、あるいは押出し形材などの構造体に適用することができる。また、異形穴の輪郭は、円形形状に限定されず、穴抜きパンチの形状を適当に変更することによって、例えば、矩形形状とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る液圧穴抜き加工装置を説明するための断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る液圧穴抜き加工方法における準備工程を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る液圧穴抜き加工方法における半抜き加工工程を説明するための断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る液圧穴抜き加工方法における穴抜き加工工程を説明するための断面図である。
【図５】穴抜きパンチの押し込み量と、半抜き穴深さと、テーパ長さとの関係を示しているグラフである。
【図６】穴抜き加工によって形成された異形穴の形状の具体例を説明するための断面図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は、穴抜きパンチの先端形状を説明するための断面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る中空部材の適用例を示している斜視図である。
【図９】図８の線ＩＸ−ＩＸに関する断面図である。
【図１０】図９の破線で囲んだ溶着部近傍の拡大図である。
【符号の説明】
１０…中空部材、
１１…ダレ部、
１２…半抜き穴、
１３…異形穴、
１３Ａ…テーパ部、
１４…貫通穴、
１５…抜きカス、
１９…溶着部、
３０…成形型（上型および下型）、
４０〜４３…穴抜きパンチ（上部パンチおよび下部パンチ）、
４０Ａ〜４３Ａ…非シャーエッジ部、
４３Ｂ…逃げ面、
１１０…本体部、
１１３…穴、
１１３Ａ…テーパ部、
１１９…溶着部、
１２０…サスペンションカラー、
Ｄ…溶け込み深さ、
Ｌ_０…押し込み量、
Ｌ_１…半抜き穴深さ、
Ｐ…液圧、
ｔ_０…板厚、
ｔ_１…テーパ長さ、
θ…テーパ角度。

Claims

中空部材の内部に液圧を付加し、非シャーエッジ部からなる先端外周部を有する穴抜きパンチを、前記中空部材に押し込むことによって、半抜き加工を施した後、前記穴抜きパンチを後退させることによって、穴抜き加工を施すことを特徴とする液圧穴抜き加工方法。
前記穴抜きパンチを前記中空部材に押し込む前に、前記液圧を一旦低下させ、かつ、前記穴抜きパンチを後退させる前に、前記液圧を増加させる、あるいは、前記穴抜きパンチを後退させると共に、前記液圧を増加させることを特徴とする請求項１に記載の液圧穴抜き加工方法。
前記中空部材の穴抜き加工が施される部位の板厚に対する、前記穴抜きパンチの押し込み量の比率は、０．９以上、１．６以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液圧穴抜き加工方法。
前記非シャーエッジ部は、円弧形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液圧穴抜き加工方法。
前記非シャーエッジ部は、面取り形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液圧穴抜き加工方法。
前記穴抜きパンチは、凹状の逃げ面が形成された先端内周部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液圧穴抜き加工方法。
前記穴抜きパンチは、一対からなり、同軸上に対向して配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の液圧穴抜き加工方法。
前記中空部材は、自動車のサスペンションメンバの本体部であり、穴抜き加工によって形成される穴は、前記サスペンションメンバへのサスペンションカラーの取り付けに適用されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の液圧穴抜き加工方法。
中空部材の内部に液圧を付加するための液圧手段と、非シャーエッジ部からなる先端外周部を有する穴抜きパンチと、前記穴抜きパンチを前進させて前記中空部材に押し込むことによって、半抜き加工を施した後、前記穴抜きパンチを後退させることによって、穴抜き加工を施すための駆動手段とを有することを特徴とする液圧穴抜き加工装置。
前記穴抜きパンチを前記中空部材に押し込む前に、前記液圧を一旦低下させ、かつ、前記穴抜きパンチを後退させる前に、前記液圧を増加させる、あるいは、前記穴抜きパンチを後退させると共に、前記液圧を増加させるための液圧調整手段を、さらに有することを特徴とする請求項９に記載の液圧穴抜き加工装置。
前記中空部材の穴抜き加工が施される部位の板厚に対する、前記穴抜きパンチの押し込み量の比率は、０．９以上、１．６以下であることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の液圧穴抜き加工装置。
前記非シャーエッジ部は、円弧形状を有することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の液圧穴抜き加工装置。
前記非シャーエッジ部は、面取り形状を有することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の液圧穴抜き加工装置。
前記穴抜きパンチは、凹状の逃げ面が形成された先端内周部を有することを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の液圧穴抜き加工装置。
前記穴抜きパンチは、一対からなり、同軸上に対向して配置されることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項に記載の液圧穴抜き加工装置。
前記中空部材は、自動車のサスペンションメンバの本体部であり、穴抜き加工によって形成される穴は、前記サスペンションメンバへのサスペンションカラーの取り付けに適用されることを特徴とする請求項９〜１５のいずれか１項に記載の液圧穴抜き加工装置。