JP2005000978A - 液圧成形方法および液圧成形用金属板 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属板に硬化部位を形成することにより、液圧媒体注入時の金属板の変形を制御できる液圧成形方法を提供する。
【解決手段】金属板１０Ａ、２０Ａ同士を重ね合わせてその外周面を溶接して形成された予備成形体３０Ａを、凹状成形面が形成された上下型間に挟み込み、金属板間に液状の成形媒体を注入して、前記凹状成形面の形状に合致するまで膨張させて目的形状を得るための液圧成形方法であって、金属板１０Ａ、２０Ａは、一部に硬化部位１５Ａ、２５ａが形成されていることを特徴とする液圧成形方法。
【選択図】 図３
【解決手段】金属板１０Ａ、２０Ａ同士を重ね合わせてその外周面を溶接して形成された予備成形体３０Ａを、凹状成形面が形成された上下型間に挟み込み、金属板間に液状の成形媒体を注入して、前記凹状成形面の形状に合致するまで膨張させて目的形状を得るための液圧成形方法であって、金属板１０Ａ、２０Ａは、一部に硬化部位１５Ａ、２５ａが形成されていることを特徴とする液圧成形方法。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液圧成形方法および液圧成形用金属板に関し、特に、金属板に硬化部位を形成することにより、液圧媒体注入時の金属板の変形を制御できる液圧成形方法および液圧成形用金属板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車部品には、凹凸やねじれのような複雑形状の部品が用いられている。このような複雑形状の部品を作り出す方法として、液圧成形方法が知られている。液圧成形方法は、内側から成形媒体を供給し、ワークの全体または一部を外側へ膨らませ、目的の形状に加工する方法である。
【０００３】
例えば、液圧成形方法により、２枚の鉄板から、所望の目的形状を作り出す場合について説明する。この場合、最初に２枚の鉄板を重ね合わせ、成形媒体の供給口を除いて全周を連続的に溶接して予備成形体とする。そして、目的形状と合致する凹状成形面が形成された金型により予備成形体を外側から押さえつけながら、２枚の鉄板間に成形媒体を注入し、内側から液圧をかける。すると、該液圧により、金型と合致するまで、２枚の鉄板が内側から膨らむ。加圧を止めて、金型を取り外せば、目的形状となった予備成形体が得られる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
なお、予備成形体は、加工前には、凹部の側壁に相当する長さ以上が金型の凹部の外部に引き出されている。そして、予備成形体の引き出されている部分は、成形媒体の供給により、次第に、金型の凹部内に引き込まれ、主に、凹部の側壁に合致する。したがって、予備成形体が引き込まれているときには、その板厚はほとんど変化しない。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−８５９４４号公報（第１０図等）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように液圧成形方法を行ったのでは、以下の問題点がある。
【０００７】
問題点１
予備成形体は、液圧により太鼓状に膨らみ、この膨らみの先端から先に金型に当る。予備成形体が金型に当った時点で、予備成形体は金型の凹部内に引き込まれにくくなる。特に、比較的液圧が低い場合には、この時点で鉄板の変形が止まってしまう。これでは、金型の隅の方まで鉄板が変形せず、目的形状の特に角の形状が再現できない。
【０００８】
問題点２
問題点１を解決しようとして、成形媒体による液圧を高くすると、鉄板は、その伸び、すなわち、板厚減少だけで変形しようとする。これでは、鉄板の破断や、強度低下の原因となってしまう。
【０００９】
問題点３
できるだけ鉄板の板厚減少による変形を防止することが好ましい。このためには、鉄板が引き込まれなくなるまでに、できるだけ多くの成形媒体を予備成形体内に注入し、液圧を上げた後に注入する量を減らす必要がある。しかし、予備成形体は、上述の通り、太鼓状に膨らみ、膨らみの先端がすぐに金型に当って、金型凹部に引き込まれなくなる。液圧を上げてから注入する成形媒体量を減らすことができない。
【００１０】
問題点４
目的形状が曲率半径の小さい角部を含む場合、該角部の再現には非常に高い液圧が必要である。このため、圧力発生装置が大型化し、コストが高くなってしまう。
【００１１】
上記問題点を鑑みると、液圧を上げる前にできるだけ多くの成形媒体を予備成形体内に注入できれば問題点を解決できる。予備成形体内への注入量を多くするためには、鉄板の膨張時の形状変化を制御できればよい。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、予備成形体膨張時の鉄板の形状変化を制御できる液圧成形方法および液圧成形用金属板の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【００１４】
本発明の液圧成形方法は、金属板同士を重ね合わせてその外周面を溶接して形成された予備成形体を、凹状成形面が形成された上下型間に挟み込み、金属板間に液状の成形媒体を注入して、前記凹状成形面の形状に合致するまで膨張させて目的形状を得るための液圧成形方法であって、前記金属板は、一部に硬化部位が形成されていることを特徴とする液圧成形方法である。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、金属板の一部に硬化部位が形成されているので、成形媒体の注入中に、該硬化部位がその形状を維持しようと作用する。この作用により、液圧成形途中の上下型内での金属板の形状変化を制御できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
最初に、本発明が適用される液圧成形装置の概略について説明する。図１は一般的な予備成形体を示す断面図、図２は一般的な液圧成形装置を示す断面図である。
【００１８】
予備成形体３０は、重ね合わせた金属板１０、２０によって形成されている。金属板１０、２０はそれぞれ、凸部１１、２１と、重合い部１２、２２と、縁部１４、２４とを有する。
【００１９】
凸部１１、２１は、後述されるノズル部５４を配置するためのスペースを構成する。また、凸部２１は、ノズル部５４を挿入するための開口部２３が形成されている。
【００２０】
重合い部１２、２２は、目的形状の成形品を得るために液圧成形される部位である。なお、凸部１１、２１から重合い部１２、２２への移行部は、ノズル部５４から吐出される高圧液体（成形媒体）を、重合い部１２、２２に注入するための液圧注入部３２を形成する。高圧液体は、例えば、水である。
【００２１】
縁部１４、２４は、気密性を保つように接合される金属板の周辺部位であり、外周接合部３１を形成する。接合は、例えば、レーザ溶接、アーク溶接、接着剤を適用することが可能である。なお、接合部位は、必要に応じ、略全周に渡ってあるいは部分的である。
【００２２】
液圧成形装置は、図２に示すように、上型（第１成形型）４０と、下型（第２成形型）５０と、流体供給手段とを有する。
【００２３】
上型４０および下型５０は、上下に分割された金型であり、予備成形体３０が内側に配置され、これを型締め力により押圧する。また、上型４０および下型５０はそれぞれ、キャビティ４１、５１と、押圧部４２、５２と、凹溝４３、５３とを有する。
【００２４】
キャビティ４１、５１は、目的とする成形部品の外形に対応した形状を有し、例えば、略矩形断面を呈する。押圧部４２、５２は、型締めの際に、予備成形体３０の外周接合部３１および縁部１４、２４の近傍を押圧するために使用される。凹溝４３、５３は、予備成形体３０を構成する金属板１０、２０の凸部１１、２１を配置するために使用される。
【００２５】
流体供給手段は、予備成形体３０の内側に液体を供給して膨出させ、上型４０および下型５０のキャビティに押圧するために使用され、金属板１０、２０の凸部１１、２１に配置されるノズル部５４を有する。
【００２６】
ノズル部５４は、予備成形体３０の液圧注入部３２に、高圧液体を注入するための吐出口５５を有する。また、流体供給手段は、外部の高圧発生装置に連結されている配管５８が接続される導入口５７と、導入口５７と吐出口５５とを接続している通路５６とを有する。
【００２７】
本発明は、上記液圧成形に際し、予め、予備成形体３０の一部に硬化部位が設けられていることを特徴とする。以下では、硬化部位の複数のパターンについて、第１〜第４の実施の形態において説明する。
【００２８】
なお、以下の実施形態では、第１段階として、予備成形体３０内に、圧力Ｐ１＝ａ×Ｐｍａｘ（ａ＜０．３：定数）で成形媒体を注入する。そして、膨張した予備成形体３０の一部が金型４０、５０の底に当ってその膨張（変形）が妨げられるようになったら、第２段階として、圧力Ｐ２＝Ｐｍａｘで成形媒体を注入する。ここで、Ｐｍａｘは、設備が実現できる内液圧の上限値である。
【００２９】
このように、最初は成形媒体の圧力を低くしておくことで、外周接合部３１が金型４０、５０内にゆっくり引き込まれる。したがって、この段階では、予備成形体３０が板厚減少することはない。一方で、低い圧力のままでは、予備成形体３０の一部が金型４０、５０の底に当ると、それ以上の膨張が妨げられ、予備成形体３０を最終的な目的形状に成形できない。したがって、最後に、成形媒体の圧力を高くする。
【００３０】
（第１の実施の形態）
図３は硬化処理を施した金属板を示す斜視図、図４は液圧成形後の金属板を示す斜視図、図５は図３に示す予備成形体のＩ−Ｉ断面図、図６は高圧液体注入中の予備成形体の変形を示す断面図、図７は図６に続く予備成形体の変形を示す断面図、図８は図４に示す予備成形体のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【００３１】
図３に示すように、予備成形体３０Ａを構成する金属板１０Ａには、硬化部位１５Ａが設けられている。該硬化部位１５Ａは、金属板１０Ａに予め成型加工を施すことによって成形される。ここで、成型加工としては、プレス加工が考えられる。
【００３２】
硬化部位１５Ａは、図５に示すように、重ね合わせの外側に向かって隆起した形状に成形される。このような形状に成形されることによって、硬化部位１５Ａは金属板１０Ａの他の部分よりも剛性が向上される。
【００３３】
上記形状の硬化部位１５Ａは、図３に示すようなパターンに成形される。このパターンは、上型４０のキャビティ４１の底部４４（図５参照）の縁形状に合わせられる。すなわち、硬化部位は、液圧成形後に目的形状の角部となる金属板の部分に形成される。したがって、本実施形態と目的形状が異なる場合には、該目的形状に合わせたパターンで、硬化部位１５Ａが成形される。このように、硬化部位１５Ａのパターンを、上型４０の底部４４の縁形状と合わせているので、予備成形体３０Ａを液圧成形すると、硬化部位１５Ａと上型４０の底部４４の隅である隅部４５との位置が合う。
【００３４】
ここで、硬化部位１５Ａと上型４０の隅部４５との位置が合うので、硬化部位１５Ａの隆起の頂点の曲率半径Ｒ１と、金型４０の隅部４５の曲率半径Ｒ０とが一致するように、硬化部位１５Ａを成形することが好ましい。
【００３５】
また、硬化部位１５Ａの隆起の裾部分の曲率半径Ｒ２は、次式を満たすことが好ましい。なお、ｋは定数、Ｔｓは金属板１０Ａの引張強度、ｔは金属板１０Ａの板厚である。
【００３６】
【式１】
【００３７】
上記式（１）について説明すると、曲率半径Ｒ２は、曲率半径Ｒｐｍｉｎよりも大きいことを示す。曲率半径Ｒｐｍｉｎは、設備が最大限に出力しうる成形媒体の圧力ｐｍａｘにより変形可能な曲率半径の最小値を示す。曲率半径が大きくなるほど、低い液圧の成形媒体により形成可能となる。したがって、曲率半径Ｒ２を曲率半径Ｒｐｍｉｎよりも大きくなるようにしておけば、圧力Ｐ２（＝Ｐｍａｘ）で成形媒体が供給されれば、必ず、硬化部位１５Ａの裾部分が変形されることとなる。
【００３８】
このように、硬化部位１５Ａの隆起の裾部分の曲率半径Ｒ２を定めておくことによって、予備成形体３０を目的形状に成形するために、圧力Ｐ２で成形媒体を注入すれば、隆起の裾部分が矯正され、上型４０の形状に合致することとなる。
【００３９】
上記金属板１０Ａと同じ要領で、金属板２０Ａにも、硬化部位２５Ａが設けられている。このように硬化部位１５Ａ、２５Ａを設けた金属板１０Ａ、２０Ａの両者を重ね合わせて端部を溶接して、予備成形体３０Ａとする。
【００４０】
上記硬化部位１５Ａ、２５Ａ間に成形媒体が注入されて、液圧成形される様子を説明する。
【００４１】
成形媒体注入前は、図５に示すように、金属板１０Ａと金属板２０Ａとは、硬化部位１５Ａ、２５Ａ以外で、ぴったり重なっている。圧力Ｐ１で成形媒体を注入すると、図６に示すように、次第に金属板１０Ａと金属板２０Ａの間が広がっていく。これに伴って、金属板１０Ａおよび２０Ａの端部の外周接合部３１が、金型４０、５０内に引き込まれていく。
【００４２】
予備成形体３０Ａは、硬化部位１５Ａ、２５Ａの作用により、太鼓状にはならず、膨張の先端１６Ａ、２６Ａと共に硬化部位１５Ａ、２５Ａも膨らんだ形で膨張していく。そして、膨張の先端１６Ａ、２６Ａが金型の底部４４、５４に触れると、予備成形体３０Ａの膨張が停止する。この時点で、予備成形体３０Ａは、膨張前よりも、金型４０、５０の側壁４６の長さだけ金型４０、５０内に引き込まれている。また、硬化部位１５Ａの曲率半径Ｒ２は、ほとんど変形していないか、多少変形して曲率半径Ｒ２’となっている。
【００４３】
そして、液圧を圧力Ｐ２にして成形媒体を追加注入すると、図８に示すように、上記曲率半径Ｒ２またはＲ２’は矯正される。これにより、圧力Ｐ１では残っていた僅かな金型４０、５０と予備成形体３０Ａとの間の隙間がなくなり、予備成形体３０Ａと金型４０、５０のキャビティ４１、５１との形状が合致する。目的形状となった予備成形体３０Ａ内から成形媒体を除去し、金型４０、５０を取り外すと、図４に示すように、硬化部位１５Ａ、２５Ａが縁となって、金型４０、５０と合致する製品が得られる。
【００４４】
以上のように、第１実施形態では、予め硬化部位１５Ａ、２５Ａが所定のパターンで予備成形体３０Ａに設けられている。予備成形体３０Ａは、このパターンに従って、これを維持しようと作用し、鉄板１０Ａ、２０Ａの形状変化が制御される。したがって、予備成形体３０Ａが太鼓状に膨らまないので、予備成形体３０Ａ内の内容積が充分大きくなってから、膨らみの先端１６Ａ、２６Ａが底部４４、５４に接触する。
【００４５】
この結果、第２段階で成形媒体の圧力をＰ２に変更した後、予備成形体３０Ａが目的形状に達するまでに増える内容積は小さくなる。したがって、第２段階で内容積増加のための板厚減少による予備成形体３０Ａの変形がほとんどない。
【００４６】
加えて、圧力Ｐ２で液圧媒体を供給した後に、硬化部位１５Ａ、２５Ａの裾部分の曲率半径Ｒ２またはＲ２’が矯正されて、目的形状になるので、その分板厚減少が起こらない。板厚減少が起こらないので、出来上がった製品の強度を高く維持できる。特に、硬化部位１５Ａ、２５Ａが配置される製品の角部において、強い強度を維持できる。
【００４７】
また、硬化部位１５Ａ、２５Ａをプレス成形により成形しているので、金属板１０Ａ、２０Ａに硬化部位１５Ａ、２５Ａを与える形状および範囲を容易に選択、変更できる。
【００４８】
また、プレス成形により硬化部位１５Ａ、２５Ａに形状を与えておくことができるので、該形状を液圧成形により実現する必要がない。例えば、高い液圧でしか実現できないような形状を予め成形加工により実現しておくことで、実際の液圧加工では該形状を実現する必要がなくなり、低い液圧で所望の目的形状を得ることができる。低い液圧でよいので、大型の液圧発生装置を用意する必要がなく、低コスト化につながる。
【００４９】
（第２の実施の形態）
図９は硬化処理を施した金属板を示す斜視図、図１０は液圧成形後の金属板を示す斜視図、図１１は図９に示す予備成形体のＩ−Ｉ断面図、図１２は高圧液体注入中の予備成形体の変形を示す断面図、図１３は図１２に続く予備成形体の変形を示す断面図、図１４は図１０に示す予備成形体のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【００５０】
第１実施形態では、プレス成形によって剛性を強化して、硬化部位１５Ａ、２５Ａを設けている。これに対し、第２実施形態では、レーザ焼入れにより硬度を高めて、硬化部位１５Ｂ、２５Ｂを設けている。
【００５１】
図９に示すように、予備成形体３０Ｂを構成する金属板１０Ｂには、硬化部位１５Ｂが設けられている。該硬化部位１５Ｂは、金属板１０Ｂに予めレーザ焼入れを施すことによって付与される。レーザ焼入れにより、硬化部位１５Ｂは、例えば、他の部分よりも１．４倍程度の硬度に向上される。レーザ焼入れでは、第１実施形態の硬化部位１５Ａとは異なり、硬化部位１５Ｂは隆起した形状とはならない。
【００５２】
硬化部位１５Ｂは、図９に示すようなパターンに設けられる。このパターンは、上型４０のキャビティ４１の底部４４（図５参照）の縁形状に合わせられる。第１実施形態では、予備成形体３０Ａが膨張すると、硬化部位１５Ｂは上型４０の隅部４５との位置が合うように設けられているが、第２実施形態では、予備成形体３０Ｂが膨出すると、硬化部位１５Ｂは隅部４５よりも内側にくるように設けられている。すなわち、硬化部位１５Ｂは、液圧成形後に目的形状の頂面の縁の部分に形成される。
【００５３】
金属板２０Ｂにも、金属板１０Ｂと同様にレーザ焼入れが行われ、硬化部位２５Ｂが設けられている。金属板１０Ｂ、２０Ｂの両者にレーザ焼入れによる硬化処理を施した後に、それらを重ね合わせて端部を溶接して、予備成形体３０Ｂとする。
【００５４】
上記硬化部位１５Ｂ、２５Ｂ間に成形媒体が注入されて、液圧成形される様子を説明する。
【００５５】
成形媒体注入前は、図１１に示すように、金属板１０Ｂと金属板２０Ｂとは、ぴったり重なっている。圧力Ｐ１で成形媒体を注入すると、図１２に示すように、次第に金属板１０Ｂと金属板２０Ｂの間が広がっていく。これに伴って、金属板１０Ｂおよび２０Ｂの端部の外周接合部３１が、金型４０、５０内に引き込まれていく。
【００５６】
予備成形体３０Ｂは、膨張の先端１６Ｂ、２６Ｂが金型の底部４４、５４に触れると、通常、それ以上の底部４４、５４方向の膨張が制限される。しかし、第２実施形態では、硬化部位１５Ｂ、２５Ｂにより形成されたパターンが崩れないように、該硬化部位１５Ｂ、２５Ｂが作用する。したがって、膨張の先端１６Ｂ、２６Ｂが底部４４、５４に当っても、パターンを平面に戻そうとする硬化部位１５Ｂ、２５Ｂの抗力が働く。この結果、予備成形体は太鼓状に膨張するものの、硬化部位１５Ｂ、２５Ｂがない場合に比べて曲率が小さな太鼓状となる。これにより、液圧Ｐ１の第１段階で、図１３に示すように、予備成形体３０Ｂの内容積を大きくすることができる。
【００５７】
この時点で、予備成形体３０Ｂは、膨張前よりも、金型４０、５０の側壁４６の長さだけ金型４０、５０内に引き込まれている。また、第１段階では、成形媒体の圧力Ｐ１によって、以下の式（２）で示す曲率半径Ｒｐ１よりも大きな曲率半径Ｒ１の折れが予備成形体３０Ｂに形成される。なお、ｋは定数、Ｔｓは金属板１０Ａの引張強度、ｔは金属板１０Ａの板厚である。
【００５８】
【式２】
【００５９】
ここで、成形媒体の内液圧を圧力Ｐ２（Ｐｍａｘ）にすると、図１４に示すように、さらに、予備成形体３０Ｂが膨張する。そして、上記折れの曲率半径Ｒ１は、さらに以下の式（３）に従って曲率半径Ｒ２に変形する。
【００６０】
【式３】
【００６１】
すなわち、最終的に予備成形体３０Ｂに形成される折れは、圧力Ｐｍａｘにより形成され得る曲率半径Ｒｐｍｉｎよりも大きな曲率半径Ｒ２に形成される。金型４０、５０の隅部４５、５５の曲率半径Ｒ０がＲｐｍｉｎよりも小さければ、予備成形体３０Ｂの折れの曲率半径Ｒ２は、Ｒ０と略同等になる。この場合、予備成形体３０Ｂと金型４０、５０のキャビティ４１、５１との形状が合致する。出来上がった製品（予備成形体３０Ｂ）内から成形媒体を除去し、金型４０、５０を取り外すと、図１０に示すように、硬化部位１５Ｂ、２５Ｂが縁となって、金型４０、５０と合致する目的形状が得られる。
【００６２】
以上のように、第２実施形態では、予め硬化部位１５Ｂ、２５Ｂが所定のパターンで予備成形体３０Ｂに設けられている。このパターンに従って、予備成形体３０Ｂが膨張するので、液圧Ｐ１で成形媒体を供給したときに、予備成形体３０Ｂ内の内容積が充分大きくなってから、膨らみの先端１６Ａ、２６Ａが底部４４、５４に接触する。
【００６３】
この結果、成形媒体の圧力をＰ２に変更した後、予備成形体３０Ａが目的形状に達するまでに増える内容積は小さい。したがって、内容積増加のための板厚減少による予備成形体３０Ａの変形がほとんどない。加えて、圧力Ｐ２で液圧媒体を供給した後に、硬化部位１５Ａ、２５Ａの裾部分の曲率半径Ｒ２またはＲ２’が矯正されて、目的形状になるので、その分板厚減少が起こらない。板厚減少が起こらないので、出来上がった製品の強度を高く維持できる。
【００６４】
また、硬化部位１５Ｂ、２５Ｂをレーザ焼入れにより設けるので、目的形状に合わせて、金属板の一部に施す硬化処理の形状および範囲を容易に選択できる。
【００６５】
（第３の実施の形態）
図１５は硬化処理を施した金属板を示す斜視図、図１６は液圧成形後の金属板を示す斜視図、図１７は図１５に示す予備成形体のＩ−Ｉ断面図、図１８は高圧液体注入中の予備成形体の変形を示す断面図、図１９は図１８に続く予備成形体の変形を示す断面図、図２０は図１６に示す予備成形体のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【００６６】
第３実施形態では、第１実施形態と同様に、プレス成形によって剛性を強化して、硬化部位１５Ｃ、２５Ｃを設けている。ただし、プレス成形により成形される硬化部位１５Ｃ、２５Ｃのパターンが、第１実施形態と異なる。図１５に示すように、第３実施形態では、閉じた硬化部位の中に、さらに硬化部位を成形している。このようなパターンで、硬化部位１５Ｃ、２５Ｃを成形した後に、金属板１０Ｃおよび金属板２０Ｃを重ね合わせて、端部を溶接して、予備成形体３０Ｃとしている。
【００６７】
図１７に示すように、硬化部位１５Ｃ、２５Ｃは、第１実施形態と同様に、金型４０、５０の隅部４５、５５の曲率半径Ｒ０と略同じ曲率半径Ｒ１を有する。さらに、第２段階の圧力Ｐ２（Ｐｍａｘ）によって矯正可能な曲率半径Ｒ２も有する。
【００６８】
予備成形体３０Ｃは、第１段階における圧力Ｐ１の成形媒体の供給により、図１７〜図１９に示すように次第に膨張する。ここで、硬化部位１５Ｃ、２５Ｃは、パターンが崩れないように作用する。これにより、図１９に示すように、予備成形体３０Ｃは、内容積が大きく確保された状態で膨張する。
【００６９】
その後、予備成形体３０Ｃは、第２段階における圧力Ｐ２の成形媒体の供給により、図２０に示すように、目的形状に膨出される。ここでは、予備成形体３０Ｃは、圧力Ｐ２により矯正可能な曲率半径Ｒ２を有するので、該当部分が矯正され、金型４０、５０と合致する。出来上がった製品（予備成形体３０Ｃ）内から成形媒体を除去し、金型４０、５０を取り外すと、図１６に示すように、硬化部位１５Ｃ、２５Ｃが縁となって、金型４０、５０と合致する目的形状が得られる。
【００７０】
以上のようにして予備成形体３０Ｃを膨張することによって、第３実施形態においても、第１実施形態と同種の効果が得られる。
【００７１】
（第４の実施の形態）
図２１は硬化処理を施した金属板を示す斜視図、図２２は液圧成形後の金属板を示す斜視図、図２３は図２１に示す予備成形体のＩ−Ｉ断面図、図２４は高圧液体注入中の予備成形体の変形を示す断面図、図２５は図２４に続く予備成形体の変形を示す断面図、図２６は図２２に示す予備成形体のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【００７２】
第４実施形態では、第２実施形態と同様に、レーザ焼入れによって硬度を高めて、硬化部位１５Ｄ、２５Ｄを設けている。ただし、焼入れにより設けられる硬化部位１５Ｄ、２５Ｄのパターンが、第１位実施形態と異なる。第４実施形態では、図２１および図２３に示すように、レーザ焼入れを、目的形状に膨出したときに頂面となる箇所の全体に硬化処理を施している。このようなパターンで、硬化部位１５Ｄ、２５Ｄを成形した後に、金属板１０Ｄおよび金属板２０Ｄを重ね合わせて、端部を溶接して、予備成形体３０Ｄとしている。
【００７３】
予備成形体３０Ｃは、第１段階における圧力Ｐ１の成形媒体の供給により、図２３〜図２６に示すように次第に膨張する。ここで、硬化部位１５Ｄ、２５Ｄは、パターンが崩れないように作用する。これにより、図２５に示すように、予備成形体３０Ｄは、内容積が大きく確保された状態で膨張する。予備成形体３０Ｄの頂面１６Ｄ、２６Ｄの全体に硬化部位１５Ｄ、２５Ｄが設けられているので、第２実施形態に比較して、より内容積が大きく確保された状態で膨張する。
【００７４】
その後、予備成形体３０Ｃは、第２段階における圧力Ｐ２の成形媒体の供給により、図２６に示すように、目的形状に膨出される。このように出来上がった製品（予備成形体３０Ｄ）内から成形媒体を除去し、金型４０、５０を取り外すと、図１６に示すように、金型４０、５０と合致する目的形状が得られる。
【００７５】
以上のようにして予備成形体３０Ｄを膨張することによって、第４実施形態においても、第２実施形態と同種の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な予備成形体を示す断面図である。
【図２】一般的な液圧成形装置を示す断面図である。
【図３】硬化処理を施した金属板を示す斜視図である。
【図４】液圧成形後の金属板を示す斜視図である。
【図５】図３に示す予備成形体のＩ−Ｉ断面図である。
【図６】高圧液体注入中の予備成形体の変形を示す断面図である。
【図７】図６に続く予備成形体の変形を示す断面図である。
【図８】図４に示す予備成形体のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図９】硬化処理を施した金属板を示す斜視図である。
【図１０】液圧成形後の金属板を示す斜視図である。
【図１１】図９に示す予備成形体のＩ−Ｉ断面図である。
【図１２】高圧液体注入中の予備成形体の変形を示す断面図である。
【図１３】図１２に続く予備成形体の変形を示す断面図である。
【図１４】図１０に示す予備成形体のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図１５】硬化処理を施した金属板を示す斜視図ある。
【図１６】液圧成形後の金属板を示す斜視図である。
【図１７】図１５に示す予備成形体のＩ−Ｉ断面図である。
【図１８】高圧液体注入中の予備成形体の変形を示す断面図である。
【図１９】図１８に続く予備成形体の変形を示す断面図である。
【図２０】図１６に示す予備成形体のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図２１】硬化処理を施した金属板を示す斜視図である。
【図２２】液圧成形後の金属板を示す斜視図である。
【図２３】図２１に示す予備成形体のＩ−Ｉ断面図である。
【図２４】高圧液体注入中の予備成形体の変形を示す断面図である。
【図２５】図２４に続く予備成形体の変形を示す断面図である。
【図２６】図２２に示す予備成形体のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ〜Ｄ、２０、２０Ａ〜Ｄ…金属板、
１５Ａ〜Ｄ、２５Ａ〜Ｄ…硬化部位、
３０、３０Ａ〜Ｄ…予備成形体、
４０…上型、
４４…底部、
４５…隅部、
４６…側壁、
５０…下型。
【発明の属する技術分野】
本発明は、液圧成形方法および液圧成形用金属板に関し、特に、金属板に硬化部位を形成することにより、液圧媒体注入時の金属板の変形を制御できる液圧成形方法および液圧成形用金属板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車部品には、凹凸やねじれのような複雑形状の部品が用いられている。このような複雑形状の部品を作り出す方法として、液圧成形方法が知られている。液圧成形方法は、内側から成形媒体を供給し、ワークの全体または一部を外側へ膨らませ、目的の形状に加工する方法である。
【０００３】
例えば、液圧成形方法により、２枚の鉄板から、所望の目的形状を作り出す場合について説明する。この場合、最初に２枚の鉄板を重ね合わせ、成形媒体の供給口を除いて全周を連続的に溶接して予備成形体とする。そして、目的形状と合致する凹状成形面が形成された金型により予備成形体を外側から押さえつけながら、２枚の鉄板間に成形媒体を注入し、内側から液圧をかける。すると、該液圧により、金型と合致するまで、２枚の鉄板が内側から膨らむ。加圧を止めて、金型を取り外せば、目的形状となった予備成形体が得られる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
なお、予備成形体は、加工前には、凹部の側壁に相当する長さ以上が金型の凹部の外部に引き出されている。そして、予備成形体の引き出されている部分は、成形媒体の供給により、次第に、金型の凹部内に引き込まれ、主に、凹部の側壁に合致する。したがって、予備成形体が引き込まれているときには、その板厚はほとんど変化しない。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−８５９４４号公報（第１０図等）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように液圧成形方法を行ったのでは、以下の問題点がある。
【０００７】
問題点１
予備成形体は、液圧により太鼓状に膨らみ、この膨らみの先端から先に金型に当る。予備成形体が金型に当った時点で、予備成形体は金型の凹部内に引き込まれにくくなる。特に、比較的液圧が低い場合には、この時点で鉄板の変形が止まってしまう。これでは、金型の隅の方まで鉄板が変形せず、目的形状の特に角の形状が再現できない。
【０００８】
問題点２
問題点１を解決しようとして、成形媒体による液圧を高くすると、鉄板は、その伸び、すなわち、板厚減少だけで変形しようとする。これでは、鉄板の破断や、強度低下の原因となってしまう。
【０００９】
問題点３
できるだけ鉄板の板厚減少による変形を防止することが好ましい。このためには、鉄板が引き込まれなくなるまでに、できるだけ多くの成形媒体を予備成形体内に注入し、液圧を上げた後に注入する量を減らす必要がある。しかし、予備成形体は、上述の通り、太鼓状に膨らみ、膨らみの先端がすぐに金型に当って、金型凹部に引き込まれなくなる。液圧を上げてから注入する成形媒体量を減らすことができない。
【００１０】
問題点４
目的形状が曲率半径の小さい角部を含む場合、該角部の再現には非常に高い液圧が必要である。このため、圧力発生装置が大型化し、コストが高くなってしまう。
【００１１】
上記問題点を鑑みると、液圧を上げる前にできるだけ多くの成形媒体を予備成形体内に注入できれば問題点を解決できる。予備成形体内への注入量を多くするためには、鉄板の膨張時の形状変化を制御できればよい。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、予備成形体膨張時の鉄板の形状変化を制御できる液圧成形方法および液圧成形用金属板の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【００１４】
本発明の液圧成形方法は、金属板同士を重ね合わせてその外周面を溶接して形成された予備成形体を、凹状成形面が形成された上下型間に挟み込み、金属板間に液状の成形媒体を注入して、前記凹状成形面の形状に合致するまで膨張させて目的形状を得るための液圧成形方法であって、前記金属板は、一部に硬化部位が形成されていることを特徴とする液圧成形方法である。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、金属板の一部に硬化部位が形成されているので、成形媒体の注入中に、該硬化部位がその形状を維持しようと作用する。この作用により、液圧成形途中の上下型内での金属板の形状変化を制御できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
最初に、本発明が適用される液圧成形装置の概略について説明する。図１は一般的な予備成形体を示す断面図、図２は一般的な液圧成形装置を示す断面図である。
【００１８】
予備成形体３０は、重ね合わせた金属板１０、２０によって形成されている。金属板１０、２０はそれぞれ、凸部１１、２１と、重合い部１２、２２と、縁部１４、２４とを有する。
【００１９】
凸部１１、２１は、後述されるノズル部５４を配置するためのスペースを構成する。また、凸部２１は、ノズル部５４を挿入するための開口部２３が形成されている。
【００２０】
重合い部１２、２２は、目的形状の成形品を得るために液圧成形される部位である。なお、凸部１１、２１から重合い部１２、２２への移行部は、ノズル部５４から吐出される高圧液体（成形媒体）を、重合い部１２、２２に注入するための液圧注入部３２を形成する。高圧液体は、例えば、水である。
【００２１】
縁部１４、２４は、気密性を保つように接合される金属板の周辺部位であり、外周接合部３１を形成する。接合は、例えば、レーザ溶接、アーク溶接、接着剤を適用することが可能である。なお、接合部位は、必要に応じ、略全周に渡ってあるいは部分的である。
【００２２】
液圧成形装置は、図２に示すように、上型（第１成形型）４０と、下型（第２成形型）５０と、流体供給手段とを有する。
【００２３】
上型４０および下型５０は、上下に分割された金型であり、予備成形体３０が内側に配置され、これを型締め力により押圧する。また、上型４０および下型５０はそれぞれ、キャビティ４１、５１と、押圧部４２、５２と、凹溝４３、５３とを有する。
【００２４】
キャビティ４１、５１は、目的とする成形部品の外形に対応した形状を有し、例えば、略矩形断面を呈する。押圧部４２、５２は、型締めの際に、予備成形体３０の外周接合部３１および縁部１４、２４の近傍を押圧するために使用される。凹溝４３、５３は、予備成形体３０を構成する金属板１０、２０の凸部１１、２１を配置するために使用される。
【００２５】
流体供給手段は、予備成形体３０の内側に液体を供給して膨出させ、上型４０および下型５０のキャビティに押圧するために使用され、金属板１０、２０の凸部１１、２１に配置されるノズル部５４を有する。
【００２６】
ノズル部５４は、予備成形体３０の液圧注入部３２に、高圧液体を注入するための吐出口５５を有する。また、流体供給手段は、外部の高圧発生装置に連結されている配管５８が接続される導入口５７と、導入口５７と吐出口５５とを接続している通路５６とを有する。
【００２７】
本発明は、上記液圧成形に際し、予め、予備成形体３０の一部に硬化部位が設けられていることを特徴とする。以下では、硬化部位の複数のパターンについて、第１〜第４の実施の形態において説明する。
【００２８】
なお、以下の実施形態では、第１段階として、予備成形体３０内に、圧力Ｐ１＝ａ×Ｐｍａｘ（ａ＜０．３：定数）で成形媒体を注入する。そして、膨張した予備成形体３０の一部が金型４０、５０の底に当ってその膨張（変形）が妨げられるようになったら、第２段階として、圧力Ｐ２＝Ｐｍａｘで成形媒体を注入する。ここで、Ｐｍａｘは、設備が実現できる内液圧の上限値である。
【００２９】
このように、最初は成形媒体の圧力を低くしておくことで、外周接合部３１が金型４０、５０内にゆっくり引き込まれる。したがって、この段階では、予備成形体３０が板厚減少することはない。一方で、低い圧力のままでは、予備成形体３０の一部が金型４０、５０の底に当ると、それ以上の膨張が妨げられ、予備成形体３０を最終的な目的形状に成形できない。したがって、最後に、成形媒体の圧力を高くする。
【００３０】
（第１の実施の形態）
図３は硬化処理を施した金属板を示す斜視図、図４は液圧成形後の金属板を示す斜視図、図５は図３に示す予備成形体のＩ−Ｉ断面図、図６は高圧液体注入中の予備成形体の変形を示す断面図、図７は図６に続く予備成形体の変形を示す断面図、図８は図４に示す予備成形体のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【００３１】
図３に示すように、予備成形体３０Ａを構成する金属板１０Ａには、硬化部位１５Ａが設けられている。該硬化部位１５Ａは、金属板１０Ａに予め成型加工を施すことによって成形される。ここで、成型加工としては、プレス加工が考えられる。
【００３２】
硬化部位１５Ａは、図５に示すように、重ね合わせの外側に向かって隆起した形状に成形される。このような形状に成形されることによって、硬化部位１５Ａは金属板１０Ａの他の部分よりも剛性が向上される。
【００３３】
上記形状の硬化部位１５Ａは、図３に示すようなパターンに成形される。このパターンは、上型４０のキャビティ４１の底部４４（図５参照）の縁形状に合わせられる。すなわち、硬化部位は、液圧成形後に目的形状の角部となる金属板の部分に形成される。したがって、本実施形態と目的形状が異なる場合には、該目的形状に合わせたパターンで、硬化部位１５Ａが成形される。このように、硬化部位１５Ａのパターンを、上型４０の底部４４の縁形状と合わせているので、予備成形体３０Ａを液圧成形すると、硬化部位１５Ａと上型４０の底部４４の隅である隅部４５との位置が合う。
【００３４】
ここで、硬化部位１５Ａと上型４０の隅部４５との位置が合うので、硬化部位１５Ａの隆起の頂点の曲率半径Ｒ１と、金型４０の隅部４５の曲率半径Ｒ０とが一致するように、硬化部位１５Ａを成形することが好ましい。
【００３５】
また、硬化部位１５Ａの隆起の裾部分の曲率半径Ｒ２は、次式を満たすことが好ましい。なお、ｋは定数、Ｔｓは金属板１０Ａの引張強度、ｔは金属板１０Ａの板厚である。
【００３６】
【式１】
上記式（１）について説明すると、曲率半径Ｒ２は、曲率半径Ｒｐｍｉｎよりも大きいことを示す。曲率半径Ｒｐｍｉｎは、設備が最大限に出力しうる成形媒体の圧力ｐｍａｘにより変形可能な曲率半径の最小値を示す。曲率半径が大きくなるほど、低い液圧の成形媒体により形成可能となる。したがって、曲率半径Ｒ２を曲率半径Ｒｐｍｉｎよりも大きくなるようにしておけば、圧力Ｐ２（＝Ｐｍａｘ）で成形媒体が供給されれば、必ず、硬化部位１５Ａの裾部分が変形されることとなる。
【００３８】
このように、硬化部位１５Ａの隆起の裾部分の曲率半径Ｒ２を定めておくことによって、予備成形体３０を目的形状に成形するために、圧力Ｐ２で成形媒体を注入すれば、隆起の裾部分が矯正され、上型４０の形状に合致することとなる。
【００３９】
上記金属板１０Ａと同じ要領で、金属板２０Ａにも、硬化部位２５Ａが設けられている。このように硬化部位１５Ａ、２５Ａを設けた金属板１０Ａ、２０Ａの両者を重ね合わせて端部を溶接して、予備成形体３０Ａとする。
【００４０】
上記硬化部位１５Ａ、２５Ａ間に成形媒体が注入されて、液圧成形される様子を説明する。
【００４１】
成形媒体注入前は、図５に示すように、金属板１０Ａと金属板２０Ａとは、硬化部位１５Ａ、２５Ａ以外で、ぴったり重なっている。圧力Ｐ１で成形媒体を注入すると、図６に示すように、次第に金属板１０Ａと金属板２０Ａの間が広がっていく。これに伴って、金属板１０Ａおよび２０Ａの端部の外周接合部３１が、金型４０、５０内に引き込まれていく。
【００４２】
予備成形体３０Ａは、硬化部位１５Ａ、２５Ａの作用により、太鼓状にはならず、膨張の先端１６Ａ、２６Ａと共に硬化部位１５Ａ、２５Ａも膨らんだ形で膨張していく。そして、膨張の先端１６Ａ、２６Ａが金型の底部４４、５４に触れると、予備成形体３０Ａの膨張が停止する。この時点で、予備成形体３０Ａは、膨張前よりも、金型４０、５０の側壁４６の長さだけ金型４０、５０内に引き込まれている。また、硬化部位１５Ａの曲率半径Ｒ２は、ほとんど変形していないか、多少変形して曲率半径Ｒ２’となっている。
【００４３】
そして、液圧を圧力Ｐ２にして成形媒体を追加注入すると、図８に示すように、上記曲率半径Ｒ２またはＲ２’は矯正される。これにより、圧力Ｐ１では残っていた僅かな金型４０、５０と予備成形体３０Ａとの間の隙間がなくなり、予備成形体３０Ａと金型４０、５０のキャビティ４１、５１との形状が合致する。目的形状となった予備成形体３０Ａ内から成形媒体を除去し、金型４０、５０を取り外すと、図４に示すように、硬化部位１５Ａ、２５Ａが縁となって、金型４０、５０と合致する製品が得られる。
【００４４】
以上のように、第１実施形態では、予め硬化部位１５Ａ、２５Ａが所定のパターンで予備成形体３０Ａに設けられている。予備成形体３０Ａは、このパターンに従って、これを維持しようと作用し、鉄板１０Ａ、２０Ａの形状変化が制御される。したがって、予備成形体３０Ａが太鼓状に膨らまないので、予備成形体３０Ａ内の内容積が充分大きくなってから、膨らみの先端１６Ａ、２６Ａが底部４４、５４に接触する。
【００４５】
この結果、第２段階で成形媒体の圧力をＰ２に変更した後、予備成形体３０Ａが目的形状に達するまでに増える内容積は小さくなる。したがって、第２段階で内容積増加のための板厚減少による予備成形体３０Ａの変形がほとんどない。
【００４６】
加えて、圧力Ｐ２で液圧媒体を供給した後に、硬化部位１５Ａ、２５Ａの裾部分の曲率半径Ｒ２またはＲ２’が矯正されて、目的形状になるので、その分板厚減少が起こらない。板厚減少が起こらないので、出来上がった製品の強度を高く維持できる。特に、硬化部位１５Ａ、２５Ａが配置される製品の角部において、強い強度を維持できる。
【００４７】
また、硬化部位１５Ａ、２５Ａをプレス成形により成形しているので、金属板１０Ａ、２０Ａに硬化部位１５Ａ、２５Ａを与える形状および範囲を容易に選択、変更できる。
【００４８】
また、プレス成形により硬化部位１５Ａ、２５Ａに形状を与えておくことができるので、該形状を液圧成形により実現する必要がない。例えば、高い液圧でしか実現できないような形状を予め成形加工により実現しておくことで、実際の液圧加工では該形状を実現する必要がなくなり、低い液圧で所望の目的形状を得ることができる。低い液圧でよいので、大型の液圧発生装置を用意する必要がなく、低コスト化につながる。
【００４９】
（第２の実施の形態）
図９は硬化処理を施した金属板を示す斜視図、図１０は液圧成形後の金属板を示す斜視図、図１１は図９に示す予備成形体のＩ−Ｉ断面図、図１２は高圧液体注入中の予備成形体の変形を示す断面図、図１３は図１２に続く予備成形体の変形を示す断面図、図１４は図１０に示す予備成形体のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【００５０】
第１実施形態では、プレス成形によって剛性を強化して、硬化部位１５Ａ、２５Ａを設けている。これに対し、第２実施形態では、レーザ焼入れにより硬度を高めて、硬化部位１５Ｂ、２５Ｂを設けている。
【００５１】
図９に示すように、予備成形体３０Ｂを構成する金属板１０Ｂには、硬化部位１５Ｂが設けられている。該硬化部位１５Ｂは、金属板１０Ｂに予めレーザ焼入れを施すことによって付与される。レーザ焼入れにより、硬化部位１５Ｂは、例えば、他の部分よりも１．４倍程度の硬度に向上される。レーザ焼入れでは、第１実施形態の硬化部位１５Ａとは異なり、硬化部位１５Ｂは隆起した形状とはならない。
【００５２】
硬化部位１５Ｂは、図９に示すようなパターンに設けられる。このパターンは、上型４０のキャビティ４１の底部４４（図５参照）の縁形状に合わせられる。第１実施形態では、予備成形体３０Ａが膨張すると、硬化部位１５Ｂは上型４０の隅部４５との位置が合うように設けられているが、第２実施形態では、予備成形体３０Ｂが膨出すると、硬化部位１５Ｂは隅部４５よりも内側にくるように設けられている。すなわち、硬化部位１５Ｂは、液圧成形後に目的形状の頂面の縁の部分に形成される。
【００５３】
金属板２０Ｂにも、金属板１０Ｂと同様にレーザ焼入れが行われ、硬化部位２５Ｂが設けられている。金属板１０Ｂ、２０Ｂの両者にレーザ焼入れによる硬化処理を施した後に、それらを重ね合わせて端部を溶接して、予備成形体３０Ｂとする。
【００５４】
上記硬化部位１５Ｂ、２５Ｂ間に成形媒体が注入されて、液圧成形される様子を説明する。
【００５５】
成形媒体注入前は、図１１に示すように、金属板１０Ｂと金属板２０Ｂとは、ぴったり重なっている。圧力Ｐ１で成形媒体を注入すると、図１２に示すように、次第に金属板１０Ｂと金属板２０Ｂの間が広がっていく。これに伴って、金属板１０Ｂおよび２０Ｂの端部の外周接合部３１が、金型４０、５０内に引き込まれていく。
【００５６】
予備成形体３０Ｂは、膨張の先端１６Ｂ、２６Ｂが金型の底部４４、５４に触れると、通常、それ以上の底部４４、５４方向の膨張が制限される。しかし、第２実施形態では、硬化部位１５Ｂ、２５Ｂにより形成されたパターンが崩れないように、該硬化部位１５Ｂ、２５Ｂが作用する。したがって、膨張の先端１６Ｂ、２６Ｂが底部４４、５４に当っても、パターンを平面に戻そうとする硬化部位１５Ｂ、２５Ｂの抗力が働く。この結果、予備成形体は太鼓状に膨張するものの、硬化部位１５Ｂ、２５Ｂがない場合に比べて曲率が小さな太鼓状となる。これにより、液圧Ｐ１の第１段階で、図１３に示すように、予備成形体３０Ｂの内容積を大きくすることができる。
【００５７】
この時点で、予備成形体３０Ｂは、膨張前よりも、金型４０、５０の側壁４６の長さだけ金型４０、５０内に引き込まれている。また、第１段階では、成形媒体の圧力Ｐ１によって、以下の式（２）で示す曲率半径Ｒｐ１よりも大きな曲率半径Ｒ１の折れが予備成形体３０Ｂに形成される。なお、ｋは定数、Ｔｓは金属板１０Ａの引張強度、ｔは金属板１０Ａの板厚である。
【００５８】
【式２】
ここで、成形媒体の内液圧を圧力Ｐ２（Ｐｍａｘ）にすると、図１４に示すように、さらに、予備成形体３０Ｂが膨張する。そして、上記折れの曲率半径Ｒ１は、さらに以下の式（３）に従って曲率半径Ｒ２に変形する。
【００６０】
【式３】
すなわち、最終的に予備成形体３０Ｂに形成される折れは、圧力Ｐｍａｘにより形成され得る曲率半径Ｒｐｍｉｎよりも大きな曲率半径Ｒ２に形成される。金型４０、５０の隅部４５、５５の曲率半径Ｒ０がＲｐｍｉｎよりも小さければ、予備成形体３０Ｂの折れの曲率半径Ｒ２は、Ｒ０と略同等になる。この場合、予備成形体３０Ｂと金型４０、５０のキャビティ４１、５１との形状が合致する。出来上がった製品（予備成形体３０Ｂ）内から成形媒体を除去し、金型４０、５０を取り外すと、図１０に示すように、硬化部位１５Ｂ、２５Ｂが縁となって、金型４０、５０と合致する目的形状が得られる。
【００６２】
以上のように、第２実施形態では、予め硬化部位１５Ｂ、２５Ｂが所定のパターンで予備成形体３０Ｂに設けられている。このパターンに従って、予備成形体３０Ｂが膨張するので、液圧Ｐ１で成形媒体を供給したときに、予備成形体３０Ｂ内の内容積が充分大きくなってから、膨らみの先端１６Ａ、２６Ａが底部４４、５４に接触する。
【００６３】
この結果、成形媒体の圧力をＰ２に変更した後、予備成形体３０Ａが目的形状に達するまでに増える内容積は小さい。したがって、内容積増加のための板厚減少による予備成形体３０Ａの変形がほとんどない。加えて、圧力Ｐ２で液圧媒体を供給した後に、硬化部位１５Ａ、２５Ａの裾部分の曲率半径Ｒ２またはＲ２’が矯正されて、目的形状になるので、その分板厚減少が起こらない。板厚減少が起こらないので、出来上がった製品の強度を高く維持できる。
【００６４】
また、硬化部位１５Ｂ、２５Ｂをレーザ焼入れにより設けるので、目的形状に合わせて、金属板の一部に施す硬化処理の形状および範囲を容易に選択できる。
【００６５】
（第３の実施の形態）
図１５は硬化処理を施した金属板を示す斜視図、図１６は液圧成形後の金属板を示す斜視図、図１７は図１５に示す予備成形体のＩ−Ｉ断面図、図１８は高圧液体注入中の予備成形体の変形を示す断面図、図１９は図１８に続く予備成形体の変形を示す断面図、図２０は図１６に示す予備成形体のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【００６６】
第３実施形態では、第１実施形態と同様に、プレス成形によって剛性を強化して、硬化部位１５Ｃ、２５Ｃを設けている。ただし、プレス成形により成形される硬化部位１５Ｃ、２５Ｃのパターンが、第１実施形態と異なる。図１５に示すように、第３実施形態では、閉じた硬化部位の中に、さらに硬化部位を成形している。このようなパターンで、硬化部位１５Ｃ、２５Ｃを成形した後に、金属板１０Ｃおよび金属板２０Ｃを重ね合わせて、端部を溶接して、予備成形体３０Ｃとしている。
【００６７】
図１７に示すように、硬化部位１５Ｃ、２５Ｃは、第１実施形態と同様に、金型４０、５０の隅部４５、５５の曲率半径Ｒ０と略同じ曲率半径Ｒ１を有する。さらに、第２段階の圧力Ｐ２（Ｐｍａｘ）によって矯正可能な曲率半径Ｒ２も有する。
【００６８】
予備成形体３０Ｃは、第１段階における圧力Ｐ１の成形媒体の供給により、図１７〜図１９に示すように次第に膨張する。ここで、硬化部位１５Ｃ、２５Ｃは、パターンが崩れないように作用する。これにより、図１９に示すように、予備成形体３０Ｃは、内容積が大きく確保された状態で膨張する。
【００６９】
その後、予備成形体３０Ｃは、第２段階における圧力Ｐ２の成形媒体の供給により、図２０に示すように、目的形状に膨出される。ここでは、予備成形体３０Ｃは、圧力Ｐ２により矯正可能な曲率半径Ｒ２を有するので、該当部分が矯正され、金型４０、５０と合致する。出来上がった製品（予備成形体３０Ｃ）内から成形媒体を除去し、金型４０、５０を取り外すと、図１６に示すように、硬化部位１５Ｃ、２５Ｃが縁となって、金型４０、５０と合致する目的形状が得られる。
【００７０】
以上のようにして予備成形体３０Ｃを膨張することによって、第３実施形態においても、第１実施形態と同種の効果が得られる。
【００７１】
（第４の実施の形態）
図２１は硬化処理を施した金属板を示す斜視図、図２２は液圧成形後の金属板を示す斜視図、図２３は図２１に示す予備成形体のＩ−Ｉ断面図、図２４は高圧液体注入中の予備成形体の変形を示す断面図、図２５は図２４に続く予備成形体の変形を示す断面図、図２６は図２２に示す予備成形体のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【００７２】
第４実施形態では、第２実施形態と同様に、レーザ焼入れによって硬度を高めて、硬化部位１５Ｄ、２５Ｄを設けている。ただし、焼入れにより設けられる硬化部位１５Ｄ、２５Ｄのパターンが、第１位実施形態と異なる。第４実施形態では、図２１および図２３に示すように、レーザ焼入れを、目的形状に膨出したときに頂面となる箇所の全体に硬化処理を施している。このようなパターンで、硬化部位１５Ｄ、２５Ｄを成形した後に、金属板１０Ｄおよび金属板２０Ｄを重ね合わせて、端部を溶接して、予備成形体３０Ｄとしている。
【００７３】
予備成形体３０Ｃは、第１段階における圧力Ｐ１の成形媒体の供給により、図２３〜図２６に示すように次第に膨張する。ここで、硬化部位１５Ｄ、２５Ｄは、パターンが崩れないように作用する。これにより、図２５に示すように、予備成形体３０Ｄは、内容積が大きく確保された状態で膨張する。予備成形体３０Ｄの頂面１６Ｄ、２６Ｄの全体に硬化部位１５Ｄ、２５Ｄが設けられているので、第２実施形態に比較して、より内容積が大きく確保された状態で膨張する。
【００７４】
その後、予備成形体３０Ｃは、第２段階における圧力Ｐ２の成形媒体の供給により、図２６に示すように、目的形状に膨出される。このように出来上がった製品（予備成形体３０Ｄ）内から成形媒体を除去し、金型４０、５０を取り外すと、図１６に示すように、金型４０、５０と合致する目的形状が得られる。
【００７５】
以上のようにして予備成形体３０Ｄを膨張することによって、第４実施形態においても、第２実施形態と同種の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な予備成形体を示す断面図である。
【図２】一般的な液圧成形装置を示す断面図である。
【図３】硬化処理を施した金属板を示す斜視図である。
【図４】液圧成形後の金属板を示す斜視図である。
【図５】図３に示す予備成形体のＩ−Ｉ断面図である。
【図６】高圧液体注入中の予備成形体の変形を示す断面図である。
【図７】図６に続く予備成形体の変形を示す断面図である。
【図８】図４に示す予備成形体のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図９】硬化処理を施した金属板を示す斜視図である。
【図１０】液圧成形後の金属板を示す斜視図である。
【図１１】図９に示す予備成形体のＩ−Ｉ断面図である。
【図１２】高圧液体注入中の予備成形体の変形を示す断面図である。
【図１３】図１２に続く予備成形体の変形を示す断面図である。
【図１４】図１０に示す予備成形体のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図１５】硬化処理を施した金属板を示す斜視図ある。
【図１６】液圧成形後の金属板を示す斜視図である。
【図１７】図１５に示す予備成形体のＩ−Ｉ断面図である。
【図１８】高圧液体注入中の予備成形体の変形を示す断面図である。
【図１９】図１８に続く予備成形体の変形を示す断面図である。
【図２０】図１６に示す予備成形体のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図２１】硬化処理を施した金属板を示す斜視図である。
【図２２】液圧成形後の金属板を示す斜視図である。
【図２３】図２１に示す予備成形体のＩ−Ｉ断面図である。
【図２４】高圧液体注入中の予備成形体の変形を示す断面図である。
【図２５】図２４に続く予備成形体の変形を示す断面図である。
【図２６】図２２に示す予備成形体のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ〜Ｄ、２０、２０Ａ〜Ｄ…金属板、
１５Ａ〜Ｄ、２５Ａ〜Ｄ…硬化部位、
３０、３０Ａ〜Ｄ…予備成形体、
４０…上型、
４４…底部、
４５…隅部、
４６…側壁、
５０…下型。
Claims (9)
- 金属板同士を重ね合わせてその外周面を溶接して形成された予備成形体を、凹状成形面が形成された上下型間に挟み込み、金属板間に液状の成形媒体を注入して、前記凹状成形面の形状に合致するまで膨張させて目的形状を得るための液圧成形方法であって、
前記金属板は、一部に硬化部位が形成されていることを特徴とする液圧成形方法。 - 前記硬化部位は、前記金属板に成形加工を施すことによって、剛性を高めて前記金属板の一部に形成される請求項１に記載の液圧成形方法。
- 前記成形加工は、プレス加工である請求項２に記載の液圧成形方法。
- 前記硬化部位は、前記成形加工により、予め前記目的形状の一部と合致する形状に形成されている請求項２に記載の液圧成形方法。
- 前記成形加工により形成される硬化部位は、前記成形媒体の注入時に矯正可能な形状である請求項２に記載の液圧成形方法。
- 前記金属板の一部に形成される硬化部位は、レーザ焼入れにより形成される請求項１に記載の液圧成形方法。
- 前記硬化部位は、液圧成形後に前記目的形状の角部となる金属板の部分に形成される請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の液圧成形方法。
- 前記硬化部位は、液圧成形後に前記目的形状の頂面となる金属板の部分に形成される請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の液圧成形方法。
- 金属板同士を重ね合わせてその外周面を溶接して形成された予備成形体を、凹状成形面が形成された上下型間に挟み込み、金属板間に液状の成形媒体を注入して、前記凹状成形面の形状に合致するまで膨張させて目的形状を得るための液圧成形方法に用いる液圧成形用金属板であって、
一部に硬化部位が形成されていることを特徴とする液圧成形用金属板。
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