JP2004255445A - ハイドロフォーム加工方法及びハイドロフォーム加工用金型 - Google Patents

ハイドロフォーム加工方法及びハイドロフォーム加工用金型 Download PDF

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【課題】バースト等の不良を起こさずに、コーナRを小さくすることを可能にするハイドロフォーム加工方法及びそれを実施するための金型を提供する。
【解決手段】コーナ部に分割金型を有する金型に管を装着し、分割した金型を型締めし、前記分割金型を後退させたまま、管内部の内圧と管軸方向の押し力を負荷して当該管を変形させ、次いで前記管内部に内圧を負荷しながら前記分割金型を前記金型の内面と同一位置まで前進させることを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
【選択図】 図2

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用の排気系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、金属管を分割した金型に入れ、当該金型を型締めした後、金属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ハイドロフォーム加工用金型に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年ハイドロフォーム技術は、部品数削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、国内でも1999年から実車への適用を開始した。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。
ハイドロフォーム適用部品が拡大するに連れ、その部品形状はより複雑になってきたが、それを解決する手段の一つとして金型を可動する方法がある。例えば、特許文献1や特許文献2がその例である。
【0003】
【特許文献1】
特開平10−296347号公報
【特許文献2】
特開2001−9528号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
自動車部品にハイドロフォームを用いる場合、断面にコーナを有する多角形であることが多い。このコーナのR形状がシャープに形成されていないと、図1(c)に示すように他部材と結合する際、同図(a)に比べコーナ部近傍に溶接肉盛りを多くする必要が発生したり、同図(d)に示すように同図(b)に示す正常なボルト締結ができなくなる等の不都合が生じる。また断面係数が低下する分、部品の剛性も落ちるという問題が発生する。従って、自動車用部品に使用される場合は、断面のコーナRを所定の大きさまで小さくすることが必要不可欠である。
【0005】
一般に、ハイドロフォームでコーナRを小さくするためには、最終的な内圧を高める方法が採られる。しかし、内圧によって形成されるコーナR[mm]は、材料の強度と肉厚によって決まり、例えば、吉田ら(IDDRG2000−21st(2000),p43)は、次式を提案している。
R=1.47σ×t/p, σ=(σ+2σ)/3 (1)
(t:肉厚[mm],p:内圧[MPa],σ:降伏応力[MPa],σ:引張強さ[MPa])
【0006】
従って、厚肉の場合や高強度材の場合は、かなりの高圧まで昇圧しないとコーナRはシャープにならないが、ハイドロフォームの設備上や安全上から、あまり高圧までは上げられない。また、高圧になると、ハイドロフォーム特有の問題である加工中のバーストという問題もあるため、その点からも昇圧には限界がある。上記のような理由から、ハイドロフォームの操業では最大圧力200MPa程度が一般的である。すると内圧のみでコーナRを成形しようとすると、(1)式から物理的に限界が生じる。例えば厚肉(例t=2.8mm)、高強度(例σ=700MPa)の材料で200MPaでハイドロフォーム加工すると、(1)式からR=14.4mmとなり、かなり大きくなってしまう。
また、コーナRは内圧以外に軸押しによってもシャープになる。しかし、当然、軸押しが効くような部品形状しか利用できず、長尺部品や曲げが存在するような部品では、軸押しによる材料流入が見込めないため、コーナRをシャープにできない。
【0007】
このように困難な形状のハイドロフォーム部品を成形する際には、上述のように可動金型を使用する例もあるが、前記特許文献1は管軸方向への材料流入を良くする方法であり、特許文献2は内圧負荷前に材料をある所定の箇所に流入させるために可動金型を金型内面に押し込む方法であり、いずれもコーナRを小さくするということへの効果は小さい。
【0008】
本発明は、上述のように、従来の内圧と軸押しだけの成形や、従来の可動金型による成形では困難なコーナRを小さく成形するハイドロフォーム加工を可能にしたハイドロフォーム加工方法及びハイドロフォーム用金型を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
係る課題を解決するため、本発明の要旨とするところは下記の通りである。
(1)コーナ部に分割金型を有する金型に管を装着し、分割した金型を型締めし、前記分割金型を後退させたまま、管内部の内圧と管軸方向の押し力を負荷して当該管を変形させ、次いで前記管内部に内圧を負荷しながら前記分割金型を前記金型の内面と同一位置まで前進させることを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
(2)コーナ部に分割金型を有する金型に管を装着し、分割した金型を型締めし、前記分割金型を前記金型の内面と同一位置まで前進させた後、管内部の内圧と管軸方向の押し力を負荷して前記分割金型を後退させながら当該管を変形させ、次いで前記管内部に内圧を負荷しながら前記分割金型を前記金型の内面と同一位置まで前進させることを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
(3)管を変形させ、分割金型を前進させた後、更に管内部の内圧を負荷することを特徴とする請求項1又は2記載のハイドロフォーム加工方法。
(4)管を金型に装着した状態で、分割した金型を型締めし、当該管を変形させるためのハイドロフォーム加工用金型において、金型のコーナ部に前記金型の内面の位置より後退自在で前記管を押込んで変形させる分割金型を有すると共に、前記分割金型は前記金型の内面の位置まで前進自在であることを特徴とするハイドロフォーム加工用金型。
【0010】
【発明の実施の形態】
図2は、軸方向断面を蒲鉾型に拡管するハイドロフォーム加工で、下側の2箇所のコーナをシャープに成形する必要のある例である。この例を用いて本発明の詳細を説明する。
下金型3のコーナ部に、上下方向に可動な分割金型4、5(以下カウンタパンチと称す)を組み込んである。このカウンタパンチ4、5は、まず下方に引いた状態に設置しておき、下側に空間部6、7を設けておく。その状態で、金属管1を下金型3に装着し、上金型2を閉める(図2(a))。
次に金属管1内部に内圧を負荷し、拡管させる。その際、管軸方向に軸押しを加えながら内圧を負荷する場合もある。そして図2(b)のように、下側の空間部6、7に余肉部8、9が流れ込むまで拡管する。この時点では下側のコーナ10、11におけるRは、まだ小さくなっていない。
最後に、図2(c)のように、内圧を負荷したままカウンタパンチ4、5を最終部品形状の位置まで強制的に上昇させる。これによって、(b)の時点の余肉部8、9がコーナに流入し、コーナ10、11におけるRが小さくなる。
また、この後に更に内圧を上昇させてコーナRを更に小さくしてもよい。これは、高圧を負荷したくても金属管がバーストしてしまうような場合(例えば金型との摩擦が大きく、材料がコーナに流入し難い場合)に有効な方法である。
【0011】
また、図2(b)の時点では必然的に拡管率が大きくなるため、バースト等の不良を起こし易い。そこで、図3(a)のように、初期の時点ではカウンタパンチ4、5を上昇させておき、内圧(及び軸押し)によって金属管1が拡管され、図3(b)〜(c)のように当該カウンタパンチ4、5に接触してから徐々にカウンタパンチ4、5を後退させていくとバースト等の不良が起き難い。その後の要領は図2と同様である。
【0012】
上記の例は下金型にカウンタパンチを設置した例であるが、図4(a)のように上金型にカウンタパンチを有する構造でも同様の効果が得られる。また図4(b)にように上下両方の金型にカウンタパンチを有しても良い。その他、図4(c)のようにカウンタパンチが水平に可動する場合や、図4(d)のようにコーナ角度が90°でない場合にも同様の効果が得られる。
なお、本発明における金属管としては、鋼管、ステンレス管、アルミニウム管、チタン管等を使用できる。
【0013】
【実施例】
下記に本発明の実施例を示す。
素管は、外径63.5mm、板厚2.3mm、長さ500mm、材質JIS規格STKM11A(機械構造用炭素鋼鋼管)を用いた。加工する製品形状としては、長方形に拡管する形状で、長方形の辺の長さを95mm及び63.5mmとし、拡管部の管軸方向長さを100mmとした。またコーナRの大きさは6mmを目標とした。図5に本実施例の断面形状推移を示すが、以後、本図を用いて本実施例を説明する。
【0014】
上下両方の金型のコーナ4箇所に幅25mmのカウンタパンチを配し、まず10mm引いた状態にしておく。その状態で素管を下金型に装着し、上金型を閉める(図5(a))。その後、内圧を350bar負荷した状態で両管端を50mm軸押しする。すると、コーナ部のカウンタパンチを引いた空間に素管が流入した形状となる。ただし、この時点では、コーナRはまだ目標の6mmに達しておらず、16mm程度である(図5(b))。その後、内圧を保持したままコーナ4箇所のカウンタパンチを上昇すると、コーナRは目標の6mmにまで成形できた。
【0015】
比較のため、同素材で同形状の部品をコーナ部のカウンタパンチのない従来金型で成形しようとすると、最終的に高圧まで昇圧しても、約1000barでバーストし、コーナRも13mmまでしか小さくできなかった。
【0016】
【発明の効果】
本発明により、従来のハイドロフォームでは成形できなかったコーナRの小さい部品の成形が可能になり、ハイドロフォーム適用範囲を拡大することができる。それにより、冒頭に述べたような自動車部品のコスト削減や軽量化の効果に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】コーナRが大きいハイドロフォーム部品における課題の説明図。
【図2】本発明のうち、請求項1のハイドロフォーム加工方法の説明図。
【図3】本発明のうち、請求項2のハイドロフォーム加工方法の説明図。
【図4】本発明に有効な断面形状及び金型構造の例。
【図5】本発明の実施例の説明図。
【符号の説明】
1……金属管
2……ハイドロフォーム上金型
3……ハイドロフォーム下金型
4……カウンタパンチ1
5……カウンタパンチ2
6……コーナ部の空間部1
7……コーナ部の空間部2
8……コーナ部の空間部に流入した材料の余肉部1
9……コーナ部の空間部に流入した材料の余肉部2
10……コーナ部1
11……コーナ部2

Claims (4)

  1. コーナ部に分割金型を有する金型に管を装着し、分割した金型を型締めし、前記分割金型を後退させたまま、管内部の内圧と管軸方向の押し力を負荷して当該管を変形させ、次いで前記管内部に内圧を負荷しながら前記分割金型を前記金型の内面と同一位置まで前進させることを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
  2. コーナ部に分割金型を有する金型に管を装着し、分割した金型を型締めし、前記分割金型を前記金型の内面と同一位置まで前進させた後、管内部の内圧と管軸方向の押し力を負荷して前記分割金型を後退させながら当該管を変形させ、次いで前記管内部に内圧を負荷しながら前記分割金型を前記金型の内面と同一位置まで前進させることを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
  3. 管を変形させ、分割金型を前進させた後、更に管内部の内圧を負荷することを特徴とする請求項1又は2記載のハイドロフォーム加工方法。
  4. 管を金型に装着した状態で、分割した金型を型締めし、当該管を変形させるためのハイドロフォーム加工用金型において、金型のコーナ部に前記金型の内面の位置より後退自在で前記管を押込んで変形させる分割金型を有すると共に、前記分割金型は前記金型の内面の位置まで前進自在であることを特徴とするハイドロフォーム加工用金型。
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