JP2005238254A - 液圧成形用アルミニウム押出し材およびその液圧成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 液圧成形の際のバーストを抑制し得るアルミニウム押出し材を提供する。
【解決手段】 コーナー部Ｃ_１とコーナー部間を延長するサイド面１３とを有する多角形状の断面を有する。サイド面１３は、長手方向に沿って延長しかつ内側に向かって突出するくぼみ部１５を有する。くぼみ部１５は、液圧成形する際に液圧Ｐを付加することで膨出する部位４５に対応している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液圧成形用アルミニウム押出し材およびその液圧成形方法に関する。

近年、自動車分野においては、鋼管を適用した液圧成形品を、アルミニウム押出し材を適用した液圧成形品に転換することで、部品数削減によるコスト削減や軽量化を図っている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−１１５３０号公報

しかし、アルミニウム押出し材の全伸び特性は、鋼管に比べて良好ではない。例えば、ＳＴＫＭ１１Ａ等の規格による鋼管は、約４０％の全伸びが可能であるが、６Ｎ０１−Ｔ５等の規格によるアルミニウム押出し材は、約１２％の全伸びが可能であるのみである。そのため、アルミニウム押出し材は、鋼管に比べて液圧成形の際にバーストし易い問題を有している。

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、液圧成形の際のバーストを抑制し得るアルミニウム押出し材およびその液圧成形方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、
液圧成形に適用されるアルミニウム押出し材であって、
コーナー部と前記コーナー部間を延長するサイド面とを有する多角形状の断面を有し、
前記サイド面は、長手方向に沿って延長しかつ内側に向かって突出するくぼみ部を有し、
前記くぼみ部は、液圧成形する際に液圧を付加することで膨出する部位に対応している
ことを特徴とするアルミニウム押出し材である。

上記目的を達成するための請求項１０に記載の発明は、
請求項１〜９のいずれか１項に記載のアルミニウム押出し材を、金型の内側に配置して型締めした後、液圧を徐々に付加し、前記くぼみ部を膨出させる
ことを特徴とする液圧成形方法である。

上記のように構成した本発明は以下の効果を奏する。

請求項１に記載の発明によれば、くぼみ部の存在によりアルミニウム押出し材の外周長が長くなっているため、液圧成形によって膨出する部位において必要とされる伸び量は、くぼみ部を有しない場合に比べて小さくなる。したがって、液圧成形の際のバーストを抑制することが可能である。つまり、液圧成形の際のバーストを抑制し得るアルミニウム押出し材を提供することができる。

請求項１０に記載の発明によれば、液圧成形によって膨出するくぼみ部は、外周長が長くなっているため、膨出による伸び量は、くぼみ部を有しない場合に比べて小さく、バーストが抑制される。つまり、液圧成形の際のバーストを抑制し得るアルミニウム押出し材の液圧成形方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、実施の形態１に係るアルミニウム押出し材が適用される液圧成形品を説明するための斜視図、図２は、実施の形態１に係るアルミニウム押出し材の形状を説明するための断面図、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩに関する断面図、図４は、図２に示されるアルミニウム押出し材のコーナー部を説明するための断面図である。

実施の形態１に係るアルミニウム押出し材１０は、予備成形後に液圧成形が適用されることで、長手方向に関して屈曲した中空状の液圧成形品４０を形成する。液圧成形品４０は、図１に示されるように、例えば、レインフォースフロントピラー、レールルーフサイドインナー、レインフォースセンターピラー、シルインナーピラーなどの自動車部品である。

アルミニウム押出し材１０は、略三角形状の断面を有し、コーナー部Ｃ_１とコーナー部間を延長するサイド面１３とを有する。サイド面１３は、長手方向に沿って延長しかつ内側に向かって突出するくぼみ部１５を有し、くぼみ部１５を有しない場合に比べて外周長が長くなっている。くぼみ部１５は、液圧成形する際に液圧Ｐを付加することで膨出する部位４５に対応している。

つまり、くぼみ部１５の存在によりアルミニウム押出し材１０の外周長が長くなっているため、液圧成形によって膨出する部位４５において必要とされる伸び量は、くぼみ部１５を有しない場合に比べて小さくなる。そのため、液圧成形の際のバーストを抑制することが可能である。

なお、液圧成形の際のバーストを確実に抑制するためには、くぼみ部１５を有するサイド面１３の外周長を、液圧成形によってサイド面１３が当接する金型７１，８１のキャビティ面７２，８２の内周長と略一致させることが好ましい。

また、液圧成形の際の最終液圧は、キャビティ面７２，８２のコーナー部Ｃ_２に沿った形状に、コーナー部Ｃ_１を変形させるために必要な液圧に対応している。したがって、コーナー部Ｃ_１の形状を、キャビティ面７２，８２のコーナー部Ｃ_２に沿った形状と略一致するように予め設定することで、最終液圧を低下させることが可能である。この場合、例えば、液圧成形装置の製造コストを低下させることができる。

コーナー部Ｃ_１の形状は、図４に示されるように、外側曲率半径あるいは外側内角によって規定することが可能である。つまり、最終液圧を低下させるためには、コーナー部Ｃ_１の外側曲率半径Ｒ_１あるいは外側内角θ_１は、液圧成形によってコーナー部Ｃ_１が当接するキャビティ面７２，８２のコーナー部Ｃ_２の曲率半径Ｒ_２あるいは内角θ_２より小さいことが好ましい。

図５は、図２に示されるアルミニウム押出し材の製造装置および製造方法の一例を説明するための断面図である。製造装置５０は、例えば、円柱状のアルミニウムビレットを成形素材として使用し、雄型５１、雌型５５、バックアップダイ５８が、順次配置されている。

雄型５１は、マンドレル５２、マンドレル５２を支持するブリッジ部５３、アルミニウムビレットのメタルＭが流通するするチャンバ５４を有する。

雌型５５は、マンドレル５２が挿入される開口部５６と、雄型５１のチャンバ５４に連結され、アルミニウムビレットのメタルＭが流通するチャンバ５７を有する。マンドレル５２と開口部５６との間に形成される隙間は、略三角形状であり、アルミニウム押出し材１０の断面形状と略一致している。バックアップダイ５８は、製造されたアルミニウム押出し材が通過する開口部５９を有する。

したがって、押出し成形されるアルミニウムビレットのメタルＭは、雄型５１のチャンバ５４を通過し、マンドレル５２を支持するブリッジ部５３のため、分流する。分流したメタルＭは、雌型５５のチャンバ５８で合流し、マンドレル５２と開口部５６との間に形成される隙間を通過することにより、略三角形状の断面を有するアルミニウム押出し材１０を形成する。

なお、アルミニウム押出し材１０を製造するための装置および方法は、上記例に限定されない。

図６は、実施の形態１に係る液圧成形装置を説明するための断面図である。液圧成形装置７０は、金型７１，８１、金型７１，８１を支持するベースプレート７３，８３、液圧注入部９１を有する。

金型７１，８１は、アルミニウム押出し材１０を挟み込んで型締めするための上型および下型からなる。上型７１および下型８１は、近接離間可能であり、液圧成形品の外形形状に対応するキャビティ面７２，８２が形成されている。アルミニウム押出し材１０は、型締めの際に、金型７１，８１のキャビティ面７２，８２によって押圧されて変形し、予備成形が施される。なお、予備成形は、必要に応じて独立した工程として、アルミニウム押出し材１０を上型７１および下型８１に配置する前に、適宜実施することも可能である。

液圧注入部９１は、軸押しポンチ９２および軸押しポンチ９２に連結される軸押しシリンダ９５を有する。軸押しポンチ９２は、アルミニウム押出し材１０の端面開口部に挿入され、アルミニウム押出し材１０の内部空間を密閉するための突出部９３を有する。

また、軸押しポンチ９２は、成形媒体を供給するための高圧ポンプから延長する配管系９６に連結され、成形媒体をアルミニウム押出し材１０に供給するための供給路９４が形成されている。成形媒体は、例えば水である。

次に、液圧成形装置７０を適用したアルミニウム押出し材１０の液圧成形方法を説明する。図７は、金型に対するアルミニウム押出し材のセットを説明するための断面図、図８は、図７に続く、形締めを説明するための断面図、図９は、図８に続く、液圧注入を説明するための断面図である。

まず、上型７１を上昇させることで下型８１から離間させ、アルミニウム押出し材１０を、上型７１および下型８１のキャビティ面７２，８２の間にセットする（図７参照）。

その後、上型７１を降下させ、上型７１および下型８１によって、アルミニウム押出し材１０を挟み込んで型締めする（図８参照）。この際、アルミニウム押出し材１０は、キャビティ面７２，８２によって押圧されて変形し、予備成形が施される。

そして、軸押しシリンダ９５を作動させ、軸押しポンチ９２を金型側に押し込める（図９参照）。アルミニウム押出し材１０の開口端部は、軸押しポンチ９２の突出部９３により拡張されると共に、上型７１および下型８１によって規制される。そのため、アルミニウム押出し材１０の開口端部は、軸押しポンチ９２に密着して、気密性が確保される。

その後、高圧ポンプを作動させて成形媒体の供給を開始する。成形媒体は、配管系９６および供給路９４を経由して、アルミニウム押出し材１０の内部に供給される。

成形媒体の供給を継続し液圧が上昇することにより、アルミニウム押出し材１０は徐々に膨出する。そして、最終液圧に到達した後、所定時間保持される。これによって、アルミニウム押出し材１０は、液圧成形品の外形形状に対応するキャビティ面７２，８２に合致した形状まで膨出成形され、液圧成形が完了する。

この際、液圧成形によって膨出するくぼみ部１５は、外周長が長くなっているため、膨出による伸び量は、くぼみ部１５を有しない場合に比べて小さく、バーストが抑制される（図２参照）。

その後、高圧ポンプを停止し、液圧成形品４０の内部空間に存在する成形媒体を排出し、型開きされ、液圧成形品４０が取り出される。

以上のように、実施の形態１は、液圧成形の際のバーストを抑制し得るアルミニウム押出し材およびその液圧成形方法を提供することが可能である。なお、くぼみ部は、全てのサイド面に形成することに限定されず、必要に応じて、くぼみ部を形成するサイド面を適宜選択することも可能である。

図１０は、実施の形態２に係るアルミニウム押出し材の形状を説明するための断面図である。なお、実施の形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。

アルミニウム押出し材１１０は、略四角形状の断面を有し、４つのコーナー部Ｃ_１とコーナー部間を延長する４つのサイド面１１３とを有する。サイド面１１３は、長手方向に沿って延長しかつ内側に向かって突出するくぼみ部１１５を有し、くぼみ部１１５を有しない場合に比べて外周長が長くなっている。くぼみ部１１５は、液圧成形する際に液圧Ｐを付加することで膨出する部位１４５に対応している。

つまり、くぼみ部１１５の存在によりアルミニウム押出し材１１０の外周長が長くなっているため、液圧成形によって膨出する部位１４５において必要とされる伸び量は、くぼみ部１１５を有しない場合に比べて小さくなる。そのため、液圧成形の際のバーストを抑制することが可能である。

以上のように、実施の形態２は、略四角形状の断面を有するアルミニウム押出し材においても、液圧成形の際のバーストを抑制することが可能である。

図１１は、実施の形態３に係るアルミニウム押出し材の形状を説明するための断面図である。なお、実施の形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。

アルミニウム押出し材２１０は、略六角形状の断面を有し、６つのコーナー部Ｃ_１とコーナー部間を延長する６つのサイド面２１３とを有する。サイド面２１３は、長手方向に沿って延長しかつ内側に向かって突出するくぼみ部２１５を有し、くぼみ部２１５を有しない場合に比べて外周長が長くなっている。くぼみ部２１５は、液圧成形する際に液圧Ｐを付加することで膨出する部位２４５に対応している。

つまり、くぼみ部２１５の存在によりアルミニウム押出し材２１０の外周長が長くなっているため、液圧成形によって膨出する部位２４５において必要とされる伸び量は、くぼみ部１１５を有しない場合に比べて小さくなる。そのため、液圧成形の際のバーストを抑制することが可能である。

また、アルミニウム押出し材２１０は、内周面を横断しかつ長手方向に沿って延長する内部リブ２１６を有する。内部リブ２１６は、長手方向に沿って延長しており、アルミニウム押出し材２１０の強度（剛性）を向上させることが可能である。しかし、内部リブ２１６は、必要に応じ、適宜省略することが可能である。

以上のように、実施の形態３は、略六角形状の断面を有するアルミニウム押出し材において、液圧成形の際のバーストを抑制することが可能である。なお、内部リブは、実施の形態１および実施の形態２に係るアルミニウム押出し材に適用することも可能である。

例えば、実施の形態１に係る略三角形状のアルミニウム押出し材においては、くぼみ部１５を形成しないサイド面１３と、当該サイド面１３_１に相対するコーナー部Ｃ_１との間に内部リブを形成することが可能である。また、実施の形態２に係る略四角形状のアルミニウム押出し材においては、相対するコーナー部Ｃ_１との間に、内部リブを形成することが可能である。あるいは、くぼみ部１５を形成しないサイド面１３と、当該サイド面１３に相対するくぼみ部１５を形成しないサイド面１３との間に、内部リブを形成することも可能である。

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。

例えば、アルミニウム押出し材の断面は、実施の形態１〜３に係る形状に限定されず、他の多角形状を有することも可能である。

また、アルミニウム押出し材の断面は、部分的に異なる肉厚を有することも可能である。例えば、図１２および図１３に示されるアルミニウム押出し材１０Ａ，１１０Ａのように、厚肉化されたサイド面１３Ａ，１１３Ａを適宜設けることで、サイド面１３Ａ，１１３Ａの強度（剛性）を向上させることが可能である。

さらに、図１４に示されるアルミニウム押出し材２１０Ａのように、外周面から突出しかつ長手方向に沿って延長する外部リブ２１７を有することも可能である。外部リブ２１７は、例えば、リベット接合に利用可能であり、アルミニウム押出し材２１０Ａを他の部材に取付けて固定することを容易にする。特に、アルミニウムと異種金属である鉄との溶接は困難であるため、外部リブ２１７の形成は好ましい。

実施の形態１に係るアルミニウム押出し材が適用される液圧成形品を説明するための斜視図である。 実施の形態１に係るアルミニウム押出し材の形状を説明するための断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩに関する断面図である。 図２に示されるアルミニウム押出し材のコーナー部を説明するための断面図である。 図２に示されるアルミニウム押出し材の製造装置および製造方法の一例を説明するための断面図である。 実施の形態１に係る液圧成形装置を説明するための断面図である。 実施の形態１に係るアルミニウム押出し材の液圧成形方法を説明するための断面図であり、金型に対するアルミニウム押出し材のセットを示している。 図７に続く、形締めを説明するための断面図である。 図８に続く、液圧注入を説明するための断面図である。 実施の形態２に係るアルミニウム押出し材の形状を説明するための断面図である。 実施の形態３に係るアルミニウム押出し材の形状を説明するための断面図である。 図２に示されるアルミニウム押出し材の変形例を説明するための断面図である。 図１０に示されるアルミニウム押出し材の変形例を説明するための断面図である。 図１１に示されるアルミニウム押出し材の変形例を説明するための断面図である。

符号の説明

１０，１０Ａ・・アルミニウム押出し材、
１３，１３Ａ・・サイド面、
１５・・くぼみ部、
４０・・液圧成形品、
４５・・膨出する部位、
５０・・製造装置、
５１・・雄型、
５２・・マンドレル、
５３・・ブリッジ部、
５４・・チャンバ、
５５・・雌型、
５６・・開口部、
５７・・チャンバ、
５８・・バックアップダイ、
５９・・開口部、
７０・・液圧成形装置、
７１・・上型（金型）、
７２・・キャビティ面、
７３・・ベースプレート、
８１・・下型（金型）、
８２・・キャビティ面、
８３・・ベースプレート、
９１・・液圧注入部、
９２・・ポンチ、
９３・・突出部、
９４・・供給路、
９５・・シリンダ、
９６・・配管系、
１１０，１１０Ａ・・アルミニウム押出し材、
１１３Ａ，１１３Ａ・・サイド面、
１１５・・くぼみ部、
１４５・・膨出する部位、
１７１，１８１・・金型、
２１０，２１０Ａ・・アルミニウム押出し材、
２１３・・サイド面、
２１５・・くぼみ部、
２１６・・内部リブ、
２１７・・外部リブ、
２４５・・膨出する部位、
２７１，２８１・・金型、
Ｃ_１，Ｃ_２・・コーナー部、
Ｍ・・メタル、
Ｐ・・液圧、
Ｒ_１・・外側曲率半径、
θ_１・・外側内角、
Ｒ_２・・曲率半径、
θ_２・・内角。

Claims (13)

1. 液圧成形に適用されるアルミニウム押出し材であって、
   コーナー部と前記コーナー部間を延長するサイド面とを有する多角形状の断面を有し、
   前記サイド面は、長手方向に沿って延長しかつ内側に向かって突出するくぼみ部を有し、
   前記くぼみ部は、液圧成形する際に液圧を付加することで膨出する部位に対応している
   ことを特徴とするアルミニウム押出し材。
2. 前記くぼみ部を有するサイド面の外周長は、液圧成形によって前記サイド面が当接する金型キャビティ面の内周長と略一致していることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム押出し材。
3. 前記コーナー部の外側曲率半径は、液圧成形によって前記コーナー部が当接する金型キャビティ面のコーナー部の曲率半径より小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアルミニウム押出し材。
4. 前記コーナー部の外側内角は、液圧成形によって前記コーナー部が当接する金型キャビティ面のコーナー部の内角より小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアルミニウム押出し材。
5. 前記断面は、略三角形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルミニウム押出し材。
6. 前記断面は、略四角形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルミニウム押出し材。
7. 前記断面は、部分的に異なる肉厚を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のアルミニウム押出し材。
8. 前記断面の内周面を横断しかつ長手方向に沿って延長する内部リブを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のアルミニウム押出し材。
9. 前記断面の外周面から突出しかつ長手方向に沿って延長する外部リブを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のアルミニウム押出し材。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のアルミニウム押出し材を、金型の内側に配置して型締めした後、液圧を徐々に付加し、前記くぼみ部を膨出させる
    ことを特徴とする液圧成形方法。
11. 前記アルミニウム押出し材を予備成形した後で、金型の内側に配置することを特徴とする請求項１０に記載の液圧成形方法。
12. 前記アルミニウム押出し材を金型の内側にした後で、予備成形することを特徴とする請求項１０に記載の液圧成形方法。
13. 前記予備成形は、型締めする際の金型キャビティ面の押圧力によって施されることを特徴とする請求項１２に記載の液圧成形方法。

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