JP2005081393A

JP2005081393A - 金属管の成形方法および成形用金型

Info

Publication number: JP2005081393A
Application number: JP2003316971A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Umeda; 武志梅田; Masataka Iida; 昌孝飯田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2005-03-31

Abstract

【課題】金属管に対し塑性変形を加え、曲げ方向の内外で生じている応力勾配を除去し、金属管の形状を凍結する。
【解決手段】成形用金型３は、曲げ加工した薄肉鋼管の外周面へと環状の凹溝を複数形成するための、複数の凸ビード５を、金型製品部４に備える。曲げ加工によりスプリングバックが生じた薄肉鋼管を、成形用金型３の金型製品部４にセットし、成形用金型３の型締めを行うことにより、金型製品部４の複数の凸ビード５によって、薄肉鋼管の外周面に、環状の凹溝を複数プレス形成する。よって、薄肉鋼管の壁面に主に曲げによる塑性変形を加え、スプリングバックを解消することができる。また、かかる塑性変形によって薄肉鋼管の断面剛性を向上させ、円周応力に起因する座屈の発生を防ぎ、より大きな塑性変形を加えることが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属管に曲げ加工を施すことにより発生するスプリングバックを解消し、形状精度を高めた状態で、金属管の形状を凍結するための技術に関するものである。

図４（ａ）に示すように薄肉鋼管１に曲げ加工を施すと、薄肉鋼管１の中立軸１ａを境界として、外側には引張り応力σが、内側には圧縮応力−σが発生し、応力勾配を生じた状態にある。そして、薄肉鋼管１の中立軸１ａの外側には、引張り応力σに起因する反力−Ｆが、中立軸１ａの内側には圧縮応力−σに起因する反力Ｆが生じ、これらの反力が、図４（ｂ）に点線で示すように、スプリングバックを誘発することとなる。よって、薄肉鋼管１に対し高精度の曲げ加工を施すためには、スプリングバックが生じた薄肉鋼管１に対し、更に塑性変形を加え、中立軸１ａの内外で生じている応力勾配を除去する必要がある。
しかしながら、塑性変形を加えるにあたって、図５（ａ）に示すようにプレス金型２、を用い、工程の単純なプレス圧縮加工を行うと、薄肉鋼管１の剛性の低さから、図５（ｂ）に示すように、型締め完了（薄肉鋼管１の形状凍結完了）に至る以前の段階で、符号Ａで示すように、管壁に円周応力σ_t（図５（ａ））に起因する座屈を生ずることとなる。かかる座屈Ａを回避するためには、例えば、ハイドロフォーミング法によって、応力勾配を生じた薄肉鋼管１に引張り加工を行い、塑性変形を加える必要があった（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０００−３１２９２５号公報（〔０００６〕、〔０００７〕）

しかしながら、ハイドロフォーミング法は、工程数が多く、かつ、新規設備が必要となるため、高投資かつ高コストを避けることができないといった問題があった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な設備を用い、かつ、少ない工程数で、金属管に対し塑性変形を加え、曲げ方向の内外で生じている応力勾配を除去し、形状精度を高めた状態で、金属管の形状を凍結することにある。そして、形状精度の高い薄肉鋼管の曲げ加工製品を、低コストで提供することにある。

上記課題を解決するための、本発明の請求項１に係る金属管の成形方法は、曲げ加工により応力勾配が生じている金属管に対し、プレス圧縮加工によって、その外周面から環状の凹溝を複数形成しつつ金属管の曲げ角度を矯正することを特徴とするものである。
本発明によれば、プレス圧縮加工によって、金属管の外周面から環状の凹溝を複数形成することで、金属管の壁面に、主に曲げによる塑性変形を加えることができる。また、かかる塑性変形によって金属管の断面形状を変形させることで、断面剛性を向上させ、円周応力に起因する座屈の発生を防ぎ、より大きな塑性変形を加えることが可能となる。

また、上記課題を解決するための、本発明の請求項２に係る金属管の成形用金型は、金型製品部に、曲げ加工した金属管の外周面へと環状の凹溝を複数形成するための、複数の凸ビードを備えることを特徴とするものである。
本発明によれば、金型製品部の複数の凸ビードによって、曲げ加工した金属管の外周面に環状の凹溝を複数形成することにより、金属管の壁面に、主に曲げによる塑性変形を加えることができる。また、かかる塑性変形によって金属管の断面形状を変形させることで、断面剛性を向上させ、円周応力に起因する座屈の発生を防ぎ、より大きな塑性変形を加えることが可能となる。

また、本発明の請求項３に係る金属管の成形用金型は、請求項２記載の金属管の成形用金型において、金型の上型と下型との合わせ部を、金型の開閉方向の凹凸が交互に噛み合う櫛状に形成したものである。
本発明によれば、金型の上型と下型との合わせ部を、金型の開閉方向の凹凸が交互に噛み合う櫛状に形成したことにより、前記上下型の合わせ部の、凹凸の噛合い量を調節することによって、上型と下型の型締め完了時点における上、下型のオーバーラップ量を調整することができる。そして、金型製品部に形成した凸ビードを、金属管の全周に対し十分に圧接させて、必要な曲げを与えるための環状の凹溝を成形することが可能となる。

本発明はこのように構成したので、簡単な設備を用い、少ない工程数で、薄肉鋼管に対し塑性変形を加え、曲げ方向の内外で生じている応力勾配を除去し、形状精度を高めた状態で、金属管の形状を凍結することが可能となる。したがって、形状精度の高い薄肉鋼管の曲げ加工製品を、低コストで提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１には、本発明の実施の形態に係る金属管の成形方法に用いられる成形用金型３を模式的に示している。この成形用金型３は、図中において一部拡大して示すように、曲げ加工した薄肉鋼管１の外周面へと環状の凹溝を複数形成するための、複数の凸ビード５を、金型製品部４に備えるものである。また、図２に下型のみ拡大して示すが、金型の上型と下型との合わせ部６を、金型の開閉方向の凹凸が交互に噛み合う櫛状に形成することが好ましい。なお、かかる場合には、上型の合わせ部には、下型の凹凸形状を反転させた凸凹形状が形成される。
そして、図３に示すように、スプリングバックによって目標曲げ角度θよりも実測曲げ角度θ’が大きくなっている薄肉鋼管１を、成形用金型３の金型製品部４にセットし、成形用金型３の型締めを行うと、金型製品部４の複数の凸ビード５によって、曲げ加工した薄肉鋼管１の外周面に、環状の凹溝を複数プレス形成することが可能となる。

本発明の実施の形態によれば、以上のようにして、曲げ加工した薄肉鋼管１の外周面に環状の凹溝を複数形成するにより、薄肉鋼管１の壁面に主に曲げによる塑性変形を加えることができる。また、かかる塑性変形によって薄肉鋼管１の断面形状を変形させることで、断面剛性を向上させ、円周応力σ_t（図５（ａ）参照）に起因する座屈の発生を防ぎ、より大きな塑性変形を加えることが可能となる。したがって、本発明の実施の形態によれば、工程の単純なプレス圧縮加工によって、薄肉鋼管１に対し塑性変形を加え、曲げ方向の内外で生じている応力勾配を除去することができる。そして、形状精度を高めた状態で、薄肉鋼管１の形状を凍結することが可能となるので、形状精度の高い薄肉鋼管１の曲げ加工製品を、低コストで提供することができる。

また、成形用金型３の上型と下型との合わせ部６に櫛状の凹凸を形成し、当該櫛状の凹凸の噛合い量を調節することによって、上型と下型の型締め完了時点における、上、下型のオーバーラップ量を調整することができる。そして、金型製品部４に形成した凸ビード５を、薄肉鋼管１の全周に対し十分に圧接させ、薄肉鋼管１の壁面に、必要な曲げを与えるための凹溝を、確実に成形することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る金属管の成形方法に用いられる、成形用金型２の模式図である。開閉方向の凹凸が交互に噛み合う櫛状に形成された、金型の上型と下型との合わせ部を示す拡大図である。スプリングバックによって目標角度よりも実測角度が大きくなっている薄肉鋼管を示す模式図である。曲げ加工を施した薄肉鋼管にスプリングバックが生ずる仕組みを示す説明図である。曲げ加工後にスプリングバックが生じた薄肉鋼管に対し、従来のプレス金型を用いプレス圧縮加工を行う場合の問題点を示す説明図である。

符号の説明

１：薄肉鋼管、３：成形用金型、４：金型製品部、５：凸ビード、６：合わせ部

Claims

曲げ加工により応力勾配が生じている金属管に対し、プレス圧縮加工によって、その外周面から環状の凹溝を複数形成しつつ金属管の曲げ角度を矯正することを特徴とする金属管の成形方法。
金型製品部に、曲げ加工した金属管の外周面へと環状の凹溝を複数形成するための、複数の凸ビードを備えることを特徴とする金属管の成形用金型。
金型の上型と下型との合わせ部を、金型の開閉方向の凹凸が交互に噛み合う櫛状に形成したことを特徴とする請求項２記載の金属管の成形用金型。