JP2005305494A - 液圧バルジ成形方法および液圧バルジ成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】座屈を発生させることなく拡管率を大幅に高めることができる液圧バルジ成形方法を提供する。
【解決手段】スライドベース１３上に摺動可能に２つのスライド型１４，１５を配設してなる成形型１０の周りに、２つのスライド型１４，１５を相対移動させる押込手段２０と、該スライド型１４，１５を開き位置に固定および固定解除するストッパ手段３０とを配設する。そして、初めにスライド型１４，１５を開き位置に固定した状態で、型押用シリンダ２１を通じて素官Ｐに内圧を加えながら該素管Ｐを軸方向へ押込み、素管Ｐの中央部分を予備的に膨出変形させ、その後、ストップ用シリンダ３１のロッド３１ａをスライド型１４，１５の係合穴３３から抜いて、型押し用シリンダ２１により２つのスライド型１４，１５を相互に接近する方向へ相対移動させ、前記予備的に膨出変形させた部分を大きく膨出変形させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、液圧を利用して管の一部に拡管部を成形する液圧バルジ成形方法とこの方法を実行するための液圧バルジ成形装置とに関する。

例えば、車両用のアクスルハウジング（バンジョー型）は、一般に図１４に示されるように、終減速装置が収容される大径のハウジング部１を中央に配すると共に、このハウジング部１の両側に小径の中空軸部２を連設してなるハウジング本体３と、ハウジング部１の後壁に形成された開口を閉じるカバー４とを備えた構造となっている。そして従来、前記ハウジング本体３は、そのハウジング部１と車軸部２とを別体に形成すると共に、そのハウジング部１を上下分割構造（特許文献１）または前後分割構造（特許文献２）とし、これら分割要素を相互に溶接により一体化して製造されていた。しかし、このように溶接により一体化する製造方法によれば、溶接に多くの工数と時間とを要するばかりか、不可避的に発生する溶接歪みを除去するための面倒な歪取り作業が必要になり、人的、コスト的負担が大きいという問題があった。

そこで最近、液圧バルジ成形により管の一部を膨出変形させて上記ハウジング部１を一体に成形することが種々検討されている。しかし、従来の一般的な液圧バルジ成形によれば、一体型の成形型を用いるため、素管の軸方向の押込量（材料供給量）に限界があり、上記ハウジング本体３のように拡管率の大きいハウジング部１を成形することは実質不可能な状況にあった。

ところで、特許文献３には、自動車の排気マニホールドの構成部品として適用される紡錘形パイプの液圧バルジ成形として、相対移動可能な分割型（スライド型）を開き状態として素管をセットした後、前記素管に、膨らみ始める程度の内圧を加え、続いて、前記素管に軸方向の押込力を加えながら前記分割型を相互に閉じ方向へ移動させて膨出変形させることが提案されている。この方法によれば、スライド型の移動により材料供給量を増やすことができるので、拡管率を高めることができ、上記したハウジング本体の成形も可能になるものと、考えられる。
特開平１０−２５０３０４号公報 特開２０００−２３８５０３号公報 特開２０００−４５７６７号公報

しかしながら、上記特許文献３に記載された液圧バルジ成形方法によれば、素管に内圧を加えた後、素管に軸方向の押込力を加えながらスライド型を移動させて、ほぼ素管の状態から最終形状まで大きく膨出変形させるので、膨出部に座屈が発生し易くなり、という問題がある。なお、この対策として、成形の初期段階で素管に内圧と軸方向の押込力とを加えて、素管の一部を予備的に膨出変形させることが有効と考えられるが、特許文献３に記載された液圧バルジ成形によれば、スライド型がスプリングを利用して開き方向へ付勢されているだけとなっているため、素管に軸方向の押込力を加えるとスライド型が相互に閉じ方向へ移動してしまい、その後の大きな膨出変形に際してのスライド型の移動量が少なくなって、所望の拡管率を確保することが困難になる。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、座屈を発生させることなく拡管率を大幅に高めることができる液圧バルジ成形方法と該方法を実行するための液圧バルジ成形装置とを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る液圧バルジ成形方法は、相対移動可能なスライド型を開き状態として素管をセットする素管セット過程と、前記スライド型を開き状態に位置固定した状態で前記素管に内圧を加えながら軸方向に押込み、該素管の一部を予備的に膨出変形させる予備成形過程と、前記スライド型を相互に閉じ方向へ移動させて前記予備的に膨出変形させた部分を大きく膨出変形させる本成形過程とを含むことを特徴とする。このように行う液圧バルジ成形方法においては、始めに素官の一部を予備的に膨出変形させるので、膨出部分の断面係数が高まり、その後の本格的な膨出変形に際して座屈が発生することはなくなる。

本発明の方法において、上記本成形過程は、スライド型を閉じ位置まで移動させる段階と、素管に加える内圧を上昇させて閉じ位置にあるスライド型の成形面に膨出部分を密着させる段階とを含むようにすることができ、このようにすることで、形状精度に優れた拡管部が得られるようになる。

上記課題を解決するため、本発明に係る液圧バルジ成形装置は、スライドベース上に相対移動可能にスライド型を配設してなる成形型を備え、前記成形型にセットされた素官に内圧を加えながら前記スライド型を開き位置から閉じ位置へ相対移動させて拡管部を成形する液圧バルジ成形装置において、前記成形型の周りに、前記スライド型を開き位置に固定および固定解除するストッパ手段を配設したことを特徴とする。このように構成した得威圧バルジ成形装置においては、ストッパ手段によりスライド型を開き位置に固定および固定解除することで、上記した予備成形過程とその後の本成形過程とを円滑に実行することができる。

本発明に係る液圧バルジ成形方法および液圧バルジ成形装置によれば、素管を予備的に膨出変形させた後、大きく膨出変形させることができるので、座屈を発生させることなく拡管率を大幅に高めることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１〜図１０は、本発明に係る液圧バルジ成形装置の１つの実施形態を示したものである。これらの図において、１０は、下型１１とこの下型１１に対して接近離間可能に配設された上型１２とからなる成形型である。下型１１および上型１２は、スライドベース１３とこのスライドベース１３上に相対移動可能に配置された２つのスライド型１４，１５とを備えている。なお、下型１１および上型１２の型構成は実質的に同じであるので、ここでは、下型１１と上型１２とに対し、同一構成要素に同一符号を付すこととする。また、説明の便宜のため、図１に見て左右方向をスライドベース１３の長手方向、同図に見て上下方向をスライドベース１３の幅方向とする。

上記した各スライド型１４，１５には、素管Ｐを受ける断面半円形の嵌合凹部１４ａ，１５ａとスライドベース１３の幅方向へ拡大する成形凹部１４ｂ，１５ｂとが連設されており、２つのスライド型１４と１５は、相互に成形凹部１４ｂ，１５ｂを対向させてスライドベース１３上に配置されている。図３および図４に示されるように、下型１１に対して上型１２を型閉じした状態において、成形型１０の内部には、上・下のスライド型１４，１５の嵌合凹部１４ａ，１５ａが合体した素管セット穴Ｓ１が画成されると共に、上・下のスライド型１４，１５の成形凹部１４ｂ，１５ｂが合体しかつスライドベース１３により上下方向が閉じられた閉鎖空間Ｓ２が画成される。本実施形態は、前記アクスルハウジングを構成するハウジング本体３（図１４）を素管Ｐから一体に成形するもので、図７および図８に示されるように、下型１１に対して上型１２を型閉じかつ２つスライド型１４，１５を相互に閉じた状態で、成形型１０内には、ハウジング本体３のハウジング部１の外形状に相当する成形空間Ｓ３が画成されるようになっている。

本実施形態において、上記各スライド型１４，１５は、下型１１側のスライド型１４，１５上にセットされた素管Ｐ（図２）の軸心を含む垂直面の位置でスライドベース１３の幅方向に二分割されている。各スライド型１４，１５の分割要素１４Ａ，１４Ｂおよび１５Ａ，１５Ｂは、それぞれの背面に突設したＴ字バー１６を、スライドベース１３に設けたＴ字溝１７に挿入させることにより、対応するスライドベース１３に摺動可能に支持されている。また、スライドベース１３には、各スライド型１４，１５を幅方向に位置決めするための一対の位置決めガイド１８が突設されている。各スライド型１４，１５の分割要素１４Ａ，１４Ｂおよび１５Ａ，１５Ｂは、それぞれの側面を前記位置決めガイド１８に当接させ、この状態のもと、それぞれの分割側を線接触させるようになっている。

一方、上記成形型１０を構成する下型１１の両側には、上記したスライド型１４，１５を相対移動させかつ素管Ｐ内に液圧を供給しながら該素管Ｐを軸方向に押込むための押込手段２０，２０が配設されている。各押込手段２０は、押込用シリンダ２１と、このシリンダ２１のロッド２１ａの先端に取付けられた型押し治具２２と、この型押し治具２２の先端に設けられた軸押し治具２３と、スライド型１４，１５の後端面に設けられ、前記型押し治具２２が係合するフック２４とから構成されている。型押し治具２２および軸押し治具２３の内部には共通の通液路（図示略）が形成されており、前記通液路には、図示を略す液圧源から液圧が供給されるようになっている。

上記型押し治具２２は、図３および図５に示されるように、押込用シリンダ２１のロッド２１ａの伸長動作に応じてその先端をスライド型１４，１５の後端面に当接させ、これにより２つのスライド型１４，１５は、型押し治具２２に押されて相互に接近する方向へ相対移動（前進）する。また、この型押し治具２２の先端側には、前記フック２４に係合可能なフランジ２３ａが設けられており、前記シリンダ２１のロッド２１ａが伸長側から短縮側へ動作する際には、図１および図１０に示されるように、この型押し治具２２のフランジ２２ａがフック２４に係合する。すなわち、型押し治具２２は、シリンダ２１のロッド２１ａの短縮動作に応じてそのフランジ２２ａをフック２４に係合させ、これにより２つのスライド型１４，１５は、型押し治具２２に引かれて相互に離間する方向へ相対移動（後退）する。また、押込用シリンダ２１のロッド２１ａは、スライド型１４，１５との間に所定の間隙Ｌ（図１）を開ける位置が短縮端となっており、したがって、２つのスライド型１４，１５は、その相互間に前記間隙Ｌを開ける状態が最大開き位置となっている。また、２つのスライド型１４，１５の最大開き位置において、各スライド型１４，１５の後端面と型押し治具２２の先端との間にわずかの間隙ｌ（図１）が形成されるようになっている。

上記軸押し治具２３は、素管Ｐの外径とほぼ同じ外径を有しており、上記したスライド型１４，１５の最大開き位置において、その先端部が前記成形型１０内の素管セット穴Ｓ１にわずか挿入されると共に、その先端が成形型１０内にセットされている素管Ｐの管端に突き当てられる。軸押し治具２４は、押込用シリンダ２１のロッド２１ａの伸長動作に応じて型押し治具２２と一体に前進するが、この時、上記したように各スライド型１４，１５の後端面と型押し治具２２の先端との間にわずかの間隙ｌが存在することから、この間隙ｌ分だけ軸押し治具２４は前進でき、前記成形体１０内の素管Ｐに対して軸方向の押込力を加える。軸押し治具２４は、硬質の弾性体から形成されており、前記したように素管Ｐの管端に突き当てられた状態で、素管Ｐの管端と軸押し治具２４との間は完全にシールされる。

上記成形型１０には、スライドベース１３に対して一対のスライド型１４，１５を最大開き位置に固定および固定解除するストッパ手段３０が付設されている。このストッパ手段３０は、スライドベース１３の４隅部に配設された４台のストップ用シリンダ３１と、前記位置決めガイド１８に形成され、各シリンダ３１のロッド３１ａを挿通させる貫通孔３２と、各スライド型１４，１５の分割要素１４Ａ，１４Ｂおよび１５Ａ，１５Ｂの側面に形成され、各シリンダ３１のロッド３１ａの先端部を受け入れる係合穴３３とからなっている。一対のスライド型１４，１５が最大開き位置にある時、ストップ用シリンダ３１のロッド３１ａを伸長動作させると、図１および図２に示されるように、該ロッド３１ａの先端部が前記位置決めガイド１８の貫通孔３２を挿通して各分割要素１４Ａ，１４Ｂおよび１５Ａ，１５Ｂの係合穴３３に挿入され、これにより２つのスライド型１４，１５は最大開き位置に固定される。一方、この状態からストップ用シリンダ３１のロッド３１ａを短縮動作させると、図５および図７に示されるように、該ロッド３１ａの先端部が前記係合穴３３から抜け、これにより一対のスライド型１４，１５は相対移動可能となる。

以下、上記のように構成した液圧バルジ成形装置による成形方法を図１１も参照して説明する。

[素管セット過程] 予め図２に示したように、下型１１に対して上型１２を上昇させた型開き状態で、下型１１を構成する２つのスライド型１４，１５の嵌合凹部１４ａに素管Ｐを嵌合セットし、続いて、上型１２を下降させて下型１１に対して型閉じする。この型閉じにより、素管Ｐは、その両端部が成形型１０内に画成された前記素管セット穴Ｓ１（図４）に嵌合されると共に、その中央部分が前記閉鎖空間Ｓ２（図３）内に位置決めされる。なお、この時、スライド型１４，１５はストップ用シリンダ３１のロッド３１ａの伸長により最大開き位置に固定されている。

[予備成形過程] 上記素管セット過程が終了したら、押込用シリンダ２１のロッド２１ａをわずか伸長動作させて、軸押し治具２３の先端を成形型１０内の素管Ｐの管端に強く押し当てる。次に、図示を略す液圧源から型押し治具２２および軸押し治具２３内の通液路を通じて素管Ｐ内に液圧を供給し、続いて前記押込用シリンダ２１のロッド２１ａを伸長動作させて、素管Ｐに軸方向の押込力を加える。前記液圧は、素管Ｐ内にその降伏強度付近の内圧を発生させる大きさとなっており、この内圧発生と前記軸方向の押込力とにより、閉鎖空間Ｓ２内に位置決めされている素管Ｐの中央部分が、図３および図４に示すように膨出変形する。この時の膨出変形量は、各スライド型１４，１５がストッパ手段３０により位置固定されていることから、軸押し治具２３の押込量で決まる。しかして、この軸押し治具２３の押込量は、各スライド型１４，１５の後端面と型押し治具２２の先端との間に形成される間隙ｌ（図１）と一致し、したがって前記膨出変形量もわずかとなる。また、閉鎖空間Ｓ２は上・下のスライドベース１３により閉鎖されているので、素管Ｐの中央部分は扁平状に膨出変形し、図４に示されるように楕円形状の小規模拡管部Ｐ´となる。図１１には、この予備成形過程が初期段階として示されており、この初期段階では、素管Ｐ内の内圧Ｕおよび軸押し治具２３の押込量Ｖが漸増する。

[本成形過程（成形中期）] 上記予備成形過程が終了したら、図５に示されるように、ストップ用シリンダ３１のロッド３１ａを短縮動作させて、該ロッド３１ａの先端部をスライド型１４，１５の各分割要素１４Ａ，１４Ｂおよび１５Ａ，１５Ｂの係合穴３３から離脱させる。次に、押込用シリンダ２１のロッド２１ａを伸長動作させる。すると、型押し治具２２と軸押し治具２３とが一体に前進し、型押し治具２２に押されて、２つのスライド型１４，１５が相互に接近する方向へ相対移動する。これにより、素管Ｐは、内圧による周方向の引張歪みと軸圧縮による軸方向の圧縮歪みとによってせん断変形を起こし、上記予備的な膨出変形で成形された小規模拡管部Ｐ´が、図５および図６に示されるように大きく膨出変形して中規模拡管部Ｐ″となる。

その後、押込用シリンダ２１のロッド２１ａの伸長動作に応じて、２つのスライド型１４，１５はさらに接近し、遂には図７および図８に示されるように２つのスライド型１４，１５が完全に閉じて、成形型１０内には目的の成形空間Ｓ３が画成される。この段階では、上記中規模拡管部Ｐ″がさらに膨出変形し、前記アクスルハウジングのハウジング部１（図１４）に近似する近似ハウジング部１´となる。前記した一連の本成形過程は、断面係数の高い小規模拡管部Ｐ´（図３、４）からの膨出変形となるので、素管Ｐに座屈が生じることはない。図１１には、この一連の本成形過程が成形中期として示されており、この成形中期では、素管Ｐ内の内圧Ｕがほぼ一定で推移するのに対し、軸押し治具２３の押込量Ｖおよび型押し治具２２による型移動量Ｗが同じ割合で急増する。

[本成形過程（成形後期）] 上記成形中期段階が終了したら、図１１に示すように素管Ｐ内に供給する液圧（内圧）を急激に上昇させる。すると、図９に示されるように前記成形型１０内の成形空間Ｓ３内に素管Ｐの材料が完全にフィルアップし、この結果、前記ハウジング部１の両側に軸部２，２を一体に有するハウジング本体３が完成する。

その後は、図１０に示されるように、押込用シリンダ２１のロッド２１ａを短縮動作させる。すると、図示のように型押し治具２２のフランジ２２ａがフック２４に係合し、２つのスライド型１４，１５が相互に離間する方向へ相対移動する。そして、シリンダ２１のロッド２１ａが短縮端になると、２つのスライド型１４，１５は、初期の最大開き位置に復帰する。この段階で、ストップ用シリンダ３１が作動して、そのロッド３１ａが伸長され、該ロッド３１ａの先端部が再びスライド型１４，１５の各分割要素１４Ａ，１４Ｂおよび１５Ａ，１５Ｂの係合穴３３に挿入され、これによりスライド型１４，１５は前記最大開き位置に固定される。一方、このスライド型１４，１５の復帰と前後して上型１２が下型１１に対して上昇して型開きされ、これにより完成品としてのハウジング本体３の成形型１０内からの取出しが可能になる。

ここで、上記実施形態においては、本成形過程（図５〜９）を通して、ストップ用シリンダ３１のロッド３１ａをスライド型１４，１５の各分割要素１４Ａ，１４Ｂおよび１５Ａ，１５Ｂの係合穴３３から離脱させた状態を維持したが、このストップ用シリンダ３１のロッド３１ａはスライド型１４，１５のバックアップに用いてもよい。図１２は、この状態を示したもので、２つのスライド型１４，１５が閉じられた段階で、該シリンダ３１のロッド３１ａを伸長動作させて、スライド型１４，１５の各分割要素１４Ａ，１４Ｂおよび１５Ａ，１５Ｂの後端に該ロッド３１ａの周面を当接させるようにする。このようにストップ用シリンダ３１のロッド３１ａをスライド型１４，１５のバックアップに使用することで、素管Ｐに高い内圧が加えられる本成形過程の成形後期であっても、スライド型１４，１５の戻りに該ロッド３１ａが大きく抵抗し、その分、押込用シリンダ２１の小型化が可能になる。

また、本発明は、図１３に示されるように、２つのスライド型１４と１５との間に戻しばね４０を介装するようにしてもよいものである。この場合は、押込用シリンダ２１のロッド２１ａの短縮に応じて、２つのスライド型１４と１５と戻しばね４０の付勢力で相互に離間する方向へ相対移動するので、前記した型押し治具２２と係合するフック２４が不要になり、その分、構造は簡単となる。

なお、上記実施形態においては、ストッパ手段３０としてのシリンダ３１をスライドベース１３に取付けるようにしたが、このシリンダ３１は、スライドベース１３から切離して、下型１１の周りに独立して配設してもよい。

また、上記実施形態においては、図１４に示したアクスルハウジングのハウジング本体３を成形する場合を例にとって説明したが、本発明の対象となる製品種類は任意であり、管の途中に拡管率の大きい拡径部を有する種々の製品の成形に適用できることはもちろんである。

本発明の１つの実施形態である液圧バルジ成形装置の要部構造を平面視で示す断面図である。 本液圧バルジ成形装置の構造を側面視で示す断面図である。 本液圧バルジ成形装置による液圧バルジ成形方法の予備成形過程を平面視で示す断面図である。 本液圧バルジ成形方法における予備成形過程を側面視で示す断面図である。 本液圧バルジ成形方法における本成形過程の途中段階を平面視で示す断面図である。 本液圧バルジ成形方法における本成形過程の途中段階を側面視で示す断面図である。 本液圧バルジ成形方法における本成形過程の最終段階の直前の状態を平面視で示す断面図である。 本液圧バルジ成形方法における本成形過程の最終段階の直前の状態を側面視で示す断面図である。 本液圧バルジ成形方法における本成形過程の最終段階を側面視で示す断面図である。 本液圧バルジ成形方法における成形後の完成品取出し状態を平面視で示す断面図である。 本液圧バルジ成形方法における成形パターンを示すグラフである。 本液圧バルジ成形方法の他の実施形態を平面視で示す断面図である。 本液圧バルジ成形装置の他の実施形態を平面視で示す断面図である。 本液圧バルジ成形方法の実施対象の１つであるアクスルハウジングの構造を示す斜視図である。

符号の説明

１ アクスルハウジングのハウジング本体
２ アクスルハウジングのハウジング部
３ アクスルハウジングの中空軸部
１０ 成形型
１３ スライドベース
１４，１５ スライド型
１４Ａ，１４Ｂ スライド型１４の分割要素
１５Ａ，１５Ｂ スライド型１５の分割要素
１８ 位置決めガイド
２０ 押込手段
２１ 押込用シリンダ
２２ 型押し治具
２３ 軸押し治具
３０ ストッパ手段
３１ ストップ用シリンダ
３３ ストップ用シリンダのロッドが係合する係合穴
Ｐ 素管

Claims (3)

1. 相対移動可能なスライド型を開き状態として素管をセットする素管セット過程と、前記スライド型を開き状態に位置固定した状態で前記素管に内圧を加えながら軸方向に押込み、該素管の一部を予備的に膨出変形させる予備成形過程と、前記スライド型を相互に閉じ方向へ移動させて前記予備的に膨出変形させた部分を大きく膨出変形させる本成形過程とを含むことを特徴とする液圧バルジ成形方法。
2. 本成形過程が、スライド型を閉じ位置まで移動させる段階と、素管に加える内圧を上昇させて閉じ位置にあるスライド型の成形面に膨出部分を密着させる段階とを含むことを特徴とする請求項１に記載の液圧バルジ成形方法。
3. スライドベース上に相対移動可能にスライド型を配設してなる成形型を備え、前記成形型にセットされた素官に内圧を加えながら前記スライド型を開き位置から閉じ位置へ相対移動させて拡管部を成形する液圧バルジ成形装置において、前記成形型の周りに、前記スライド型を開き位置に固定および固定解除するストッパ手段を配設したことを特徴とする液圧バルジ成形装置。
   
   

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