JP2005296969A

JP2005296969A - ハイドロフォーム加工方法

Info

Publication number: JP2005296969A
Application number: JP2004113115A
Authority: JP
Inventors: Keinosuke Iguchi; 敬之助井口; Masaaki Mizumura; 正昭水村; Toshiyuki Niwa; 俊之丹羽
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-04-07
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】ハイドロフォーム成形において複雑な金型機構を用いることなく効率的に材料流入を引き起こし、成形限界を引き上げる加工方法を提供する。
【解決手段】軸方向において両端部の引張強度（ＴＳ）×板厚が他の一部又は全部の引張強度（ＴＳ）×板厚より１５％以上大きい鋼管を金型に入れ、内圧と軸押しを負荷しながら加工す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４

Description

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に関する。

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、欧米では数年前から既に実車に採用され、国内でも１９９９年から実車への適用も開始した。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。ハイドロフォーム加工では成形する金属管に内圧を加えると同時に管端部からの軸押しを加えることにより材料を流入させ大きな変形を可能とすることができるが、この時、素管両端の拡管しない部分や、拡管部でも管端に近く、先に拡管が進行する部分では素管が金型に成型初期から密着してしまう為、摩擦抵抗により管端部から離れた部分に材料を効率良く流入させることが困難である。

また、場所により大きく拡管率が異なる部品を成形する場合も拡管率の小さい部分で成形初期に素管が金型に密着してしまい拡管率の大きい部分に材料を流入させることが困難となる。材料流入を向上させより成形限界を引き上げる為の方法としては、管軸方向に移動自在な可動金型を用いて金属管の管端部のみでなく可動型と接触する部分全体を拘束して押し込むことにより効率的に材料を流入させる手法が特許文献１、２および３に開示されているが、この手法では金型構造が複雑となる為、可動金型機構が組み込めるような部品形状のもののみに適用が限られる上、金型が高価なものになる。

また、特許文献４に鋼板の深絞り成形に関してフランジ部に良成形性の材料を接合して材料流入を容易にし深絞りの限界を向上させるプレス成形用テーラードブランク材の製造方法が開示されているがここでは、ハイドロフォーム成形の様に管端軸押しにより材料を流入させる場合については何ら言及していない。
特開平１０-２９６３４７号公報特開２０００-４５７６７号公報特開２００２-１５３９１７号公報特開２００２-１０２９４６号公報

図１に示すように一般にハイドロフォーム成形においては、管端から軸押しポンチ２を用いて材料（素管１）を流入させ同時に水圧を負荷して成形を行うことで大きな変形が可能となる。ところが、従来のハイドロフォーム成形では、拡管しない素管の両端付近や拡管する部位でも管端に近く成型初期に金型と密着してしまう部分での金型と素管の摩擦抵抗により材料流入が妨げられ、部品中央部に充分に材料を流入させることができず、図２に示すように管端付近で座屈したり、部品中央部付近でバーストしてしまい易く、成形限界が低いものとなっている。

また、拡管率が大きく変化するような複雑な部品では、図３に示すように拡管率の小さい部分で素管と金型の密着が成形初期に起こり拡管率の大きい部位への材料流入を妨げる為、成形限界は低くなるという問題があった。

本発明は、ハイドロフォーム成形において複雑な金型機構を用いることなく効率的に材料流入を引き起こし、成形限界を引き上げる加工方法を提供することを目的とする。

本発明の要旨とするところは下記の通りである。
（１）軸方向において両端部の引張強度（ＴＳ）×板厚が他の一部又は全部の引張強度（ＴＳ）×板厚より１５％以上大きい鋼管を金型に入れ、内圧と軸押しを負荷しながら加工することを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
（２）拡管率が最大拡管率の６０％以下となる部分の一部又は全部の引張強度（ＴＳ）×板厚が、最大拡管率となる部分の引張強度（ＴＳ）×板厚より１５％以上大きい鋼管を金型に入れ、内圧と軸押しを負荷しながら加工することを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
ただし、
拡管率＝（（製品の軸方向に垂直な断面の周長−素管の周長）／（素管の周長））×１００（％）とする。

本発明によって、より成型限界の高いハイドロフォーム成形が可能となる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明では、ハイドロフォーム成形を行う際に図４、図５に示す様に、素管の管端部又は拡管率が最大拡管率の６０％以下となる低拡管率部分の一部若しくは全部における引張強度（ＴＳ）×板厚を、それぞれ両端部を除く他の一部若しくは全部、又は最大拡管率の６０％以上の拡管率となる大拡管率部分の一部若しくは全部の引張強度（ＴＳ）×板厚より１５％以上大きくすることで、管端付近および低拡管率部分の拡管を抑えて、従来成形初期に生じていた素管と金型の密着を防ぎ、成形後半まで材料流入を効率的に引き起こすと共に管端部および低拡管率部分での座屈の発生を抑えることで従来より成形限界の高いハイドロフォーム成形が可能となる。

本発明の実施例として外径＝６３．５ｍｍ、板厚＝２．３ｍｍ、で素管長＝（軸押し量＋１００ｍｍ＋拡管部長さＬ）の鋼管を用いて、図６に図４の拡管部の断面形状を示す様に、縦の長さＴ＝６３．５ｍｍでコーナー部のＲ＝１０ｍｍである長方形断面とし横の長さＷを８０ｍｍ、９０ｍｍの２通り、拡管部長さＬを２００ｍｍ、４００ｍｍの２通りに変化させた金型を用いて部品を成形した。素管は、ＳＴＫＭ１１Ａの鋼管（引張強さ３００ＭＰａ）の両端に８０ｍｍのＳＴＫＭ１３Ｂ（引張強さ４００ＭＰａ）の鋼管を溶接して素管とした。また比較のため、素管の全長をＳＴＫＭ１１Ａの鋼管とした場合に関しても成形をおこなった。板厚は本発明例、比較例とも、全て２．３ｍｍとした。表１および表２に結果を示す（なお、表１、２に示す成形時の軸押し量は、左右同じ量とした。いずれの金型の場合も成形時の管端のシールは、Ｏ−リングを装着したノズルを用いて行った）。表中の○は座屈や破裂が無く成形できた場合を示し、×は、座屈や破裂が生じうまく成形できなかった場合を示す。また，表中の軸押し量は片側の値をあらわしている。表１および２の結果より、本発明は従来技術と比べて拡管部長さＬが長く、拡管率の大きい成形品をつくることが可能であることがわかる。

従来のハイドロフォーム成形法の説明図である。従来のハイドロフォーム加工法の問題点を示す。拡管率が部位により大きく異なる部品を成形する従来法の問題点を示す。本発明の実施態様を示す。本発明の別の実施態様を示す。実施例における金型の断面図である。

符号の説明

１……素管
２……軸押しポンチ
３……金型

Claims

軸方向において両端部の引張強度（ＴＳ）×板厚が他の一部又は全部の引張強度（ＴＳ）×板厚より１５％以上大きい鋼管を金型に入れ、内圧と軸押しを負荷しながら加工することを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
拡管率が最大拡管率の６０％以下となる部分の一部又は全部の引張強度（ＴＳ）×板厚が、最大拡管率となる部分の引張強度（ＴＳ）×板厚より１５％以上大きい鋼管を金型に入れ、内圧と軸押しを負荷しながら加工することを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
ただし、
拡管率＝（（製品の軸方向に垂直な断面の周長−素管の周長）／（素管の周長））×１００（％）とする。