JP2005297060A - ハイドロフォームを用いた穿孔方法と穿孔用金型及びハイドロフォーム加工部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハイドロフォーム金型内でのピアシングとバーリングの複合加工を可能にした加工方法と金型及びそれにより加工されたハイドロフォーム加工部品を提供する。
【解決手段】 ハイドロフォーム金型に、金属管の一部を穿孔する穿孔手段と、前記穿孔手段の周囲に前記穿孔手段より高さの低い円筒状で外側が凸状の肩部を有する分割金型を組み込み、前記金属管に内圧と管軸方向の押し力、又は内圧を負荷してハイドロフォーム加工を行った後に、管軸と直角又は斜め方向に前記穿孔手段を前進させ前記金属管の一部を穿孔後、前記穿孔手段の周囲に配置した肩部により、穿孔した穴の周囲を前記金属管の内面側に押し込み、内面側にバーリング加工することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、自動車用の排気系部品、サスペンション系部品、ボディ系部品等の製造に用いられるもので、金属管を金型に入れ、当該金型を型締めした後、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において、その成形中に当該金型内部に組み込まれた穿孔用パンチ（以後ピアスパンチと称す）で金属管を穿孔する（以後ピアシングと称す）方法と金型、及びそれにより加工されたハウイドロフォーム加工部品に関する。

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、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。

ハイドロフォームの利点は前述の部品数削減や軽量化だけでなく各種存在し、その中には、ハイドロフォーム成形と同時に金属管のピアシングが可能であることも挙げられる。当該技術の概略は図１に示すとおりであり、ハイドロフォーム金型２に組み込まれたピアスパンチ６が金型空洞方向に押出されることにより、ハイドロフォーム成形後の成形品１に穴を空ける技術である。その際、高圧の内圧によって成形品１は金型２に押し付けられているため、穴の端部は内側にだれることはほとんどなく、良好な切断面が得られる。またピアシングされた金属片７は同図（ａ）のように完全に打ち抜かれて分離させることもあるが、同図（ｂ）のように一部のみ切断せずに残しておく場合もある。具体的にはピアスパンチの先端肩部のコーナーＲを一部大きくしておくことにより、当該箇所の切断を防止する。また特許文献１のように、一旦取り外した金属片を再度穴に戻す方法や、特許文献２のように切断面のだれを更に良好にする方法等も提案されている。
特開２００１−１８０１６号公報 特開２００１−３００６５２号公報

一般にハイドロフォームのピアシング穴は、他部品が組み付けられたり、組立用の位置決めに用いられる。何れも、当該穴の寸法に合った他部品を挿入する必要があるが、その際、図２（ａ）のようにハイドロフォーム成形品面に対して垂直を保証することが難しく、それを保証するための治具等が必要になる。また垂直でなく故意にある角度を設けたい場合（ｂ）は更に難易度が増し、またハイドロフォーム成形品が薄肉になるほど当然、難しくなる。通常、プレス部品においては、図３（ａ）、（ｂ）のように、外側或いは内側に枝管を出すバーリング加工を施す場合もある。管材でもハイドロフォームとは別工程で外側にバーリング加工を施すこともあるが、中空材であるため周辺の材料拘束が難しく、また工程が増えるためコスト的にも不利である。また、内面側から拘束することが難しいため、管材では内側にバーリング加工することは不可能であった。従って、本来であれば、ハイドロフォーム工程内でピアシングを実施し、更にバーリング加工も実施すれば最も有利であるが、これまではそれを実現することが不可能であった。

本発明は、上述のように、従来は不可能であったハイドロフォーム金型内でのピアシングとバーリングの複合加工を可能にした方法と金型及びそれにより加工されたハイドロフォーム加工部品を提供することを目的とする。

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）管軸と直角又は斜め方向に移動自在な穿孔手段を有する分割金型に金属管を挿入し、前記金属管に内圧と管軸方向の押し力、又は内圧を負荷してハイドロフォーム加工を行い、前記穿孔手段を前進させ前記金属管の一部を穿孔後、前記穿孔手段の周囲に配置した肩部により、穿孔した穴の周囲を前記金属管の内面側に押し込み、内面側にバーリング加工することを特徴とするハイドロフォームの穿孔方法。
（２）金属管を分割した金型に装着し、型締めした後で、前記金属管に内圧と管軸方向押し込み力、又は内圧を負荷するハイドロフォーム加工に用いられる金型であって、管軸と直角又は斜め方向に移動自在で金属管の一部を穿孔する穿孔手段と、前記穿孔手段の周囲に前記穿孔手段より高さの低い円筒状で外縁部が凸状の肩部を有する分割金型を有することを特徴とするハイドロフォームの穿孔用金型。
（３）管の側壁部に開口部を有する金属製ハイドロフォーム加工部品であって、前記開口部は管の内側に向かってバーリング加工部を有することを特徴とするハイドロフォーム加工部品。
（４）バーリング加工部の内側がねじ切り加工されていることを特徴とする前記（３）記載のハイドロフォーム加工部品。
（５）前記（４）記載のハイドロフォーム加工部品と一体にボルト締結されていることを特徴とする構造体。

本発明により、従来は不可能であったハイドロフォーム金型内でのピアシングとバーリングの複合加工が可能になる。それにより、ハイドロフォーム後の他部品との取り付けや位置決めが容易になる。また、従来は不可能であったハイドロフォーム加工部品との直接のボルト締結が可能になるため、ハイドロフォーム技術の適用部品が更に拡大できる。その他、工程削減にも効果があるためコスト削減にも寄与できる。

図４は、ハイドロフォームの上金型２と下金型３との間に金属管を装着し、水等の圧力媒体５により内側から内圧を負荷すると同時に両管端から軸押しパンチ４で軸押しを行うことにより金属管をハイドロフォーム加工し、ハイドロフォーム成形品１を得た後の工程を示している。本図を用いて本発明の詳細を説明する。

同図（ａ）に示されるように、上金型２には、穿孔用の第一ピアスパンチ１５とバーリング用の第二ピアスパンチ１６が組み込まれている。第二ピアスパンチ１６は第一ピアスパンチ１５よりも大きな外径を有した円筒形状をしており、その内側に第一ピアスパンチ１５が摺動する構造となっている。ハイドロフォーム成形品１が成形されるまでは、両ピアスパンチ１５，１６とも上金型２の中に入った状態になっている。尚、両ピアスパンチ１５，１６ともハイドロフォーム成形中には成形品１を介して圧力媒体５の圧力が負荷されるため、金型内部方向に動かないようなメカロック２０，２１が必要となる。

次に、同図（ｂ）に示されるように、圧力媒体５による内圧は維持したまま、穿孔用の第一ピアスパンチ１５を金型空洞方向に押出す。第一ピアスパンチ１５はハイドロフォーム成形品１を切断加工するのに十分な材質とし、その先端肩部１７も切断加工するのに十分鋭利である必要がある。この工程によりハイドロフォーム成形品１は穿孔され金属片７が打ち抜かれる。一般にハイドロフォームのピアシングでは、成形品１に穴が空いても、その打ち抜き端面でシールが継続されるため、圧力媒体５はほとんど漏れることがない。従って、この（ｂ）の工程でも圧力降下はほとんど生じない。

次に、同図（ｃ）に示されるように、更に第一ピアスパンチ１５を金型空洞方向に押し込むと、第一ピアスパンチ１５より高さの低い円筒状の第二ピアスパンチ１６も同時に同方向に押し込まれる。但し、第二ピアスパンチ１６の先端肩部１８は外縁部が凸状の形状を有しており、ハイドロフォーム成形品１を切断加工しない。従って（ｂ）の工程で発生した穴が管の内側に押し広げられ、同時に成形品１の内部方向に向かってバーリング加工部１９を成形する。こうして最終的に内径が第二ピアスパンチ１６の外径と等しい内側バーリング形状が得られる。

以上の一連の工程により、従来は加工不可能であった管の内側にバーリング加工されたハイドロフォーム加工部品を得ることができる。

上述の図４の例は、ハイドロフォーム成形品１の側壁部に設けた開口部２４（図５（ａ）参照）を管の内側に向かって垂直方向にバーリング加工する例であるが、両ピアスパンチ１５，１６を成形品１の面に対して斜めにスライドする金型構造にすれば、垂直でない方向のバーリング加工も容易にできる。また上下どちらの金型に組み込むことも可能であるし、また同時に複数個のバーリングを施すことも可能である。
尚、本発明において、側壁部とは、管の両端以外の面、つまり管の全面をいう。

また、バーリング断面形状は円形である必要はなく、図５に示すように、楕円形（ａ）や多角形（ｂ）でも良い。但し、角部が鋭利だと穿孔時やバーリング時に端面で亀裂が発生する危険性があるため、角部は十分なＲを設ける必要がある。また、穿孔時とバーリング時の断面中心が偏心していても良く（ｃ）、更に言えば、同種の断面形状でなくても良い（ｄ）。これらの場合、バーリング高さは場所によって変わるため、ある特定の位置だけバーリング高さを変えたい場合には有効な方法である。

また、図６のように管の内側に向かって設けたバーリング加工部１９にねじ切り加工２２を施すと、そのまま他部品１０と一体にボルト２３で締結することができる。一般的にハイドロフォーム部品は閉断面構造のため内側にナットを組み付けられないので、従来はボルト締結が不可能であったが、本発明によりボルト締結が可能になった。

下記に本発明の実施例を示す。
素管には外径６３．５ｍｍ、肉厚２．３ｍｍ、全長４９０ｍｍの鋼管を用い、鋼種は機械構造用炭素鋼鋼管のＳＴＫＭ１１Ａを採用した。ハイドロフォームに用いた金型は図７に示すような長方形断面に拡管する形状である。ピアスパンチは下金型の中心に組み込まれ、穿孔用第一ピアスパンチ及びバーリング用第二ピアスパンチの外径は、それぞれ１０ｍｍ及び２０ｍｍとした。また、第一ピアスパンチの先端肩部のＲは、ほぼ０とし、第二ピアスパンチの先端肩部のＲは、２ｍｍとした。また、ハイドロフォーム成形時の圧力は１５０ＭＰａとし、その圧力をピアシング及びバーリング時も保持した。

１５０ＭＰａの内圧を負荷してハイドロフォーム成形後、その圧力を保持したまま、まず第一ピアスパンチを金型空洞方向に８ｍｍ押し出した。その結果、ハイドロフォーム成形品にφ１０ｍｍの穴が穿孔された。引き続き、第一ピアスパンチと同時に第二ピアスパンチも押し込み、更に１７ｍｍ前進させた。その結果、φ１０ｍｍの穴が押し広げられながらバーリング加工され、最終的には第二ピアスパンチが完全に打ち抜かれる状態となった。その結果、内径がφ２０ｍｍで内側に高さ５ｍｍのバーリング部を設けることができた。

従来のピアシング方法の説明図を示す。 ピアシングの穴に他部品を取り付ける状態の説明図を示す。 従来のプレス品及び中空材に施すバーリング加工の説明図を示す。 本発明例によるハイドロフォーム金型内におけるピアシングとバーリングの複合加工の説明図を示す。 本発明のバーリング加工部の形状例を示す。 （ａ）断面が楕円形の場合 （ｂ）断面が多角形の場合 （ｃ）穿孔時とバーリング時の断面中心が偏心している場合 （ｄ）穿孔時とバーリング時の断面形状が異なる場合 本発明のハイドロフォーム加工部品と他部品とのボルト締結の説明図を示す。 本発明の実施例の説明図を示す。

符号の説明

１・・ハイドロフォーム成形品
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・・軸押しパンチ
５・・圧力媒体（例えば水）
６・・ピアスパンチ（完全打ち抜き型）
７・・ピアシングにより打ち抜いた金属片
８・・ピアスパンチ（一部残し型）
９・・ハイドロフォーム成形品に取り付いたままの打ち抜き金属片
１０・・他部品
１１・・プレス品
１２・・外面側バーリング加工部
１３・・内面側バーリング加工部
１４・・バーリング用プラグ
１５・・穿孔用第一ピアスパンチ
１６・・バーリング用第二ピアスパンチ
１７・・穿孔用第一ピアスパンチの先端肩部
１８・・バーリング用第二ピアスパンチの先端肩部
１９・・ハイドロフォームによるバーリング加工部
２０・・穿孔用第一ピアスパンチのメカロック
２１・・バーリング用第二ピアスパンチのメカロック
２２・・ねじ切り加工部
２３・・ボルト
２４・・管の側壁部に設けた開口部

Claims (5)

1. 管軸と直角又は斜め方向に移動自在な穿孔手段を有する分割金型に金属管を挿入し、前記金属管に内圧と管軸方向の押し力、又は内圧を負荷してハイドロフォーム加工を行い、前記穿孔手段を前進させ前記金属管の一部を穿孔後、前記穿孔手段の周囲に配置した肩部により、穿孔した穴の周囲を前記金属管の内面側に押し込み、内面側にバーリング加工することを特徴とするハイドロフォームの穿孔方法。
2. 金属管を分割した金型に装着し、型締めした後で、前記金属管に内圧と管軸方向押し込み力、又は内圧を負荷するハイドロフォーム加工に用いられる金型であって、管軸と直角又は斜め方向に移動自在で金属管の一部を穿孔する穿孔手段と、前記穿孔手段の周囲に前記穿孔手段より高さの低い円筒状で外縁部が凸状の肩部を有する分割金型を有することを特徴とするハイドロフォームの穿孔用金型。
3. 管の側壁部に開口部を有する金属製ハイドロフォーム加工部品であって、前記開口部は管の内側に向かってバーリング加工部を有することを特徴とするハイドロフォーム加工部品。
4. バーリング加工部の内側がねじ切り加工されていることを特徴とする請求項３記載のハイドロフォーム加工部品。
5. 請求項４記載のハイドロフォーム加工部品と一体にボルト締結されていることを特徴とする構造体。

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