JP2005334941A - パイプ状製品の成形方法およびパイプ状製品 - Google Patents

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Abstract

【課題】 簡単な構成で、素管を金型内に収容して素管の内部に流体圧を加えることにより縮管させることができ、強度や剛性も向上させることができるパイプ状製品の成形方法およびパイプ状製品を提供する。
【解決手段】 本発明のパイプ状製品の成形方法は、素管1の外部から内部に向かって押し込み部10を予備成形し、この素管1を金型60内に収容して素管1の内部に流体圧を加えることにより縮管部10’を形成する。そして、素管1の軸方向に部分的に押し込み部10を予備成形してかかる部分のみを縮管し、素管1の押し込み部10が予備成形された以外の軸方向の部分に拡管部11’を形成する。
【選択図】 図3

Description

本発明は、パイプ状製品の成形方法およびパイプ状製品に関し、さらに詳しくは、素管を金型内に収容して素管の内部に流体圧を加えるパイプ状製品の成形方法、および、素管を金型内に収容して素管の内部に流体圧を加えることにより成形されてなるパイプ状製品に関するものである。
素管を金型内に収容してその内部に流体圧を加えることにより所定形状に成形するハイドロフォーム成形(液圧バルジ加工などともいう)は、例えば、特許文献1に開示されているように、従来から知られている。従来のハイドロフォーム成形では、素管の内部に流体圧を加えて膨大させるように拡管し、あるいは、部分的に突出させるように張出し成形するものであった。
特開2002−153917号公報
上述の従来のハイドロフォーム成形では、素管を拡管または張出し成形することしかできない状況であった。この拡管、張出し成形にしても、素管の材料特性により素管の周長差限界が決まり、過度な拡管は不安定となり、素管の軸押しによっても軸押し部に限られ、成形上の制約が大きい状況であった。
また、素管の周長より周長を小さくする縮管成形は、成形時の素管周方向の肉余りが発生し、これがシワとなり、シワ発生部位が予測できないため、縮管成形は困難となっていた。
さらに、素管軸方向に局部的な周長変化を伴う成形も、割れやネッキングなどの成形不良が発生するため、成形困難となり、形状的な制約があり、成形上問題となっていた。
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、素管を金型内に収容して素管の内部に流体圧を加えることにより縮管させることができ、もって、成形できる形状の自由度を向上させることができ、しかも強度や剛性も向上させることができるパイプ状製品の成形方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、素管を金型内に収容して素管の内部に流体圧を加えることにより縮管成形され、しかも強度や剛性が向上したパイプ状製品を提供することを目的とする。
請求項1のパイプ状製品の成形方法に係る発明は、上記目的を達成するため、素管の外部から内部に向かって押し込み部を予備成形し、該素管を金型内に収容して素管の内部に流体圧を加えることにより縮管することを特徴とするものである。
請求項2のパイプ状製品の成形方法に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明において、素管の軸方向に部分的に押し込み部を予備成形することを特徴とするものである。
請求項3のパイプ状製品の成形方法に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項2に記載の発明において、素管の押し込み部が予備成形された以外の軸方向の部分を拡管することを特徴とするものである。
請求項4のパイプ状製品の成形方法に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、素管の周方向に複数の押し込み部を予備成形することを特徴とするものである。
請求項5のパイプ状製品の成形方法に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、予備成形された押し込み部により成形されるリブの先端部と対向する部分と、または、リブの互いの合せ部分、の少なくとも一方を接合することを特徴とするものである。
また、請求項6のパイプ状製品に係る発明は、上記目的を達成するため、素管を金型内に収容して素管の内部に流体圧を加えることにより成形されてなるパイプ状製品であって、素管から縮管成形されて内部に突出するリブが一体に形成されていることを特徴とするものである。
請求項7のパイプ状製品に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項6に記載の発明において、前記リブを軸方向に部分的に形成したことを特徴とするものである。
請求項8のパイプ状製品に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項7に記載の発明において、前記リブが形成された以外の部分を拡管したことを特徴とするものである。
請求項9のパイプ状製品に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項6〜8のいずれかに記載の発明において、前記リブを周方向に複数形成したことを特徴とするものである。
請求項10のパイプ状製品に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項6〜9のいずれかに記載の発明において、前記形成されたリブの先端部と対向する部分と、または、前記形成されたリブの互いの合せ部分、の少なくとも一方が接合されていることを特徴とするものである。
請求項1の発明では、素管の外部から内部に向かって突出させて押し込み部を予備成形し、この素管を金型内に収容して素管の内部に流体圧を加える。金型の押し込み部と対応する部分の断面における周長は、素管の周長よりも小さく所望の大きさの断面形状に成形されている。そのため、素管の縮管部は、押し込み部によって余肉が吸収されて、シワを発生することなく、金型の断面形状に倣って所定の大きさに縮管成形される。そして、押し込み部がパイプ状製品の軸方向内部に突出するよう延びるリブとして機能するため、パイプ状製品の強度や剛性が向上する。
請求項2の発明では、請求項1に記載の発明において、素管の軸方向に部分的に押し込み部を予備成形し、この押し込み部と対応する金型の部分が素管の周長りも小さく所望の大きさの断面形状に成形されている。そのため、パイプ状製品は、その軸方向に部分的に縮管された形状に成形される。
請求項3の発明では、請求項2に記載の発明において、素管の押し込み部が予備成形された以外の軸方向の部分全体または一部と対応する金型の部分が素管の周長より大きい所定形状の断面に成形されている。そのため、パイプ状製品は、その軸方向に縮管された部と、従来と同様に拡管された部とが成形される。縮管部と拡管部が形成されることにより、両部の周長差を大きく設定することが可能となる。
請求項4の発明では、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、素管の周方向に複数の押し込み部を予備成形することにより、パイプ状製品には周方向に均一に縮管されて、さらに縮管率を高く設定することが可能となり、また、内部に複数のリブが形成されるためにパイプ状製品の強度や剛性がさらに向上する。
請求項5の発明では、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、押し込み部によって形成されるリブの先端を対向する部位と接するように成形して、かかるリブの先端と対向する部位とを溶接などによって接合し、また、押し込み部によって形成されるリブの互いの合せ部分を溶接などによって接合する。これらの接合は、必要に応じていずれか一方を選択し、または両方行ってもよい。これらの少なくとも一方の接合を行うことによって、パイプ状製品の強度や剛性がさらに向上する。
また、請求項6の発明では、パイプ状製品は、押し込み部が軸方向に部分的または可能な範囲で全長にわたって予備成形された素管を金型内に収容して素管の内部に流体圧を加えることにより縮管成形されており、予備成形された押し込み部が内部に突出するリブとなるよう一体で成形されている。そのため、外形形状に影響することなく素管から縮管成形され、しかも、強度や剛性が向上した所定形状のパイプ状製品が提供される。
請求項7の発明では、請求項6に記載の発明において、素管に押し込み部を軸方向に部分的に予備成形してこれに対応した金型内に収容して内部に流体圧を加えることにより、軸方向に所望の部分のみが縮管成形されて、リブが軸方向に部分的に形成されたパイプ状製品が提供される。
請求項8の発明では、請求項7に記載の発明において、軸方向に部分的に縮管成形してリブが形成された以外の部分全体または一部が拡管成形されて、素管から周長差が大きく設定された所望の形状のパイプ状製品が提供される。
請求項9の発明では、請求項6〜8のいずれかに記載の発明において、パイプ状製品は、押し込み部が周方向に複数予備成形された素管を金型内に収容して素管の内部に流体圧を加えることにより縮管成形されており、予備成形された複数の押し込み部が内部に突出する複数のリブに一体成形されている。そのため、外形形状に影響することなく素管からさらに縮管成形され、しかも、強度や剛性がさらに向上した所定形状のパイプ状製品が提供される。
請求項10の発明では、請求項6〜9のいずれかに記載の発明において、押し込み部によって形成されるリブの先端が対向する部位と接するように成形されており、かかるリブの先端と対向する部位とが溶接などによって接合され、また、押し込み部によって形成されるリブの互いの合せ部分が溶接などによって接合されている。これらの接合は、必要に応じていずれか一方が選択され、または両方行われる。
請求項1の発明によれば、素管の外部から内部に向かって押し込み部を予備成形し、該素管を金型内に収容して素管の内部に流体圧を加えることにより、縮管成形することができ、しかも、押し込み部がパイプ状製品の軸方向内部に突出するよう延びるリブとして機能させることができるため、所望の大きさの断面形状に成形されると共に強度や剛性が向上したパイプ状製品を成形することができる方法を提供することができる。
請求項2の発明によれば、請求項1に記載の発明において、素管の軸方向に部分的に押し込み部を予備成形することにより、軸方向に部分的に縮管成形されたパイプ状製品を成形することができる方法を提供することができる。
請求項3の発明によれば、請求項2に記載の発明において、素管の押し込み部が予備成形された以外の軸方向の部分を拡管することにより、軸方向に縮管された部と拡管された部とが部分的に成形され、しかも、両部の周長差が大きく設定されたパイプ状製品を成形することができる方法を提供することができる。
請求項4の発明によれば、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、素管の周方向に複数の押し込み部を予備成形することにより、素管を周方向に均一に縮管成形して、高い縮管率で強度や剛性が向上したパイプ状製品を成形することができる方法を提供することができる。
請求項5の発明によれば、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、予備成形された押し込み部により成形されてなるリブの先端部と対向する部分と、または、予備成形された押し込み部により成形されてなるリブの互いの合せ部分、の少なくとも一方を接合することにより、強度や剛性がさらに向上したパイプ状製品を成形することができる方法を提供することができる。
また、請求項6の発明によれば、素管から縮管成形されて内部に突出するリブが一体に形成されていることにより、所望の形状に成形されると共に強度や剛性が向上したパイプ状製品を提供することができる。
請求項7の発明によれば、請求項6に記載の発明において、リブを軸方向に部分的に形成したことにより、部分的に所望の形状に成形されると共に強度や剛性が向上したパイプ状製品を提供することができる。
請求項8の発明によれば、請求項7に記載の発明において、リブが形成された縮管部以外の部分を拡管成形することにより、部分的に所望の形状に成形されて強度や剛性が向上したパイプ状製品を提供することができる。
請求項9の発明によれば、請求項6〜8のいずれかに記載の発明において、リブを周方向に複数形成したことにより、素管が周方向に均一に縮管成形されて、高い縮管率で強度や剛性が向上したパイプ状製品を提供することができる。
請求項10の発明によれば、請求項6〜9のいずれかに記載の発明において、形成されたリブの先端部と対向する部分と、または、形成されたリブの互いの合せ部分、の少なくとも一方が接合されていることにより、強度や剛性がさらに向上したパイプ状製品を提供することができる。
最初に、本発明のパイプ状製品の成形方法の第1の実施の形態を図1〜図6に基づいて詳細に説明する。図において、同一符号は同様の部分または相当する部分に付すものとする。
本発明のパイプ状製品の成形方法は、概略、素管1の外部から内部に向かって押し込み部10を予備成形し、この素管1を金型60内に収容して素管1の内部に流体圧を加えることにより縮管部10’を形成するものである。そして、素管1の軸方向に部分的に押し込み部10を予備成形してかかる部分のみを縮管し、素管1の押し込み部10が予備成形された以外の軸方向の部分に拡管部11’を形成するものである。
なお、この実施の形態においては、パイプ状製品1’の軸方向(長手方向)の略中央に縮管部10’を形成し、この縮管部10’の両側に拡管部11’、11’を形成する場合により説明する。
所定形状のパイプ状製品1’を成形するに際しては、最初に、所定の径(周長)を有する円筒状の素管1を用意する。素管1の周長は、成形後のパイプ状製品1’の縮管部10’の周長よりも長く、且つ、拡管部11’よりも短くなるように設定されている。
図1および図2は、素管1に押し込み部10を形成する状態を説明するための縦断側面図(a)と縦断正面図(b)をそれぞれ示したものである。押し込み部10を形成するための装置50は、素管1を位置決め保持するための治具または下型51と、プレスのラムなどに設けられて下型51に対して相対的に下降・上昇する押し込み部形成刃具または上型52と、により構成されている。図1に示すように、素管1を下型51に位置決め保持し、次いで図2に示すように、上型52を所定の位置まで相対的に下降させて、素管1の内部に向かって突出させるように径方向の所定深さおよび軸方向の長さを有する押し込み部10を潰し加工する。なお、押し込み部10の深さは、素管1の材質や、素管1の周長とパイプ状製品1’の縮管部10’の周長との差などによって決定される。
押し込み部10が予備形成された素管1は、図3に示すように、ハイドロフォーム成形型60の内部に収容される。本発明の方法に使用されるハイドロフォーム成形型60は、下型61と上型62とを備えてなり、長手方向略中央の縮管部10’と対応する部分62aの周長は、図4の右方(B−B)に示すように、素管1の周長よりも小さく、且つ、素管1の予備成形された押し込み部10以外の部分の周長よりも大きくなるように設定されている。また、縮管部10’の両側に位置する拡管部11’、11’と対応する部分62bの周長は、図4の左方(A−A)に示すように、素管1の周長よりも大きくなるように設定されている。ハイドロフォーム成形型60内に収容された素管1の両端部は閉塞されて、その内部に水などの作動流体が所定の圧力で供給される。すると、図5および図6に示すように、作動流体による内圧Pを受けて、縮管部10’は、ハイドロフォーム成形型60の対応する部分62aに倣って規制されるように僅かに膨大すると共に、押し込み部10の対向する面が互いに密着するように変形し(図6の右方B−Bを参照)、また、拡管部11’は、ハイドロフォーム成形型60の対応する部分62bに倣って規制されるように膨大変形して(図6の左方A−Aを参照)、所定の形状のパイプ状製品1’が成形される。なお、縮管部10’の縮管率と拡管部11’の拡管率などによっては、必要に応じて、ハイドロフォーム成形型60内で素管1の両端部を軸押ししてもよく、軸押しをすることなく閉塞するのみでもよい。
次に、本発明のパイプ状製品1’の第1の実施の形態を、以上のように構成された方法を用いて成形された場合により、図7および図8に基づいて詳細に説明する。
本発明のパイプ状製品1’は、概略、素管1を金型60内に収容して素管1の内部に流体圧を加えることにより成形されたもので、縮管部10’の内部に突出するリブ2が一体に形成されており、また、縮管部10’以外の部分には拡管部11’が形成されている。
図7に示すように、パイプ状製品1’の長手方向略中央には縮管部10’が形成され、縮管部10’の長手方向両側には拡管部11’が形成されている。縮管部10’は、上述したように、素管1に押し込み部10を予備成形して、縮管部10’の形状に応じた断面形状を有するハイドロフォーム成形型60内でハイドロフォーム成形を行うことにより、素管1の周長よりも小さい周長に成形される。そして、予備成形された押し込み部10は、その互いの対向する面が密着するように変形して、図8に破断して示すように、縮管部10’の内部に突出するようにリブ2が形成されることとなる。そのため、縮管部10’は、素管1の周長よりも小さくなっているにもかかわらず、特にリブ2の面と平行な方向への曲げ負荷に対する強度や剛性が向上する。
一方、拡管部11’は、従来のハイドロフォーム成形と同様に、素管1をハイドロフォーム成形型60内で膨大させることによって、縮管部10’と連続して、素管1の周長よりも大きくなるように一体成形される。
ここで、たとえば、素管1の元の周長に対して、縮管部10’の周長を素管1の周長から20パーセント小さく(すなわち素管1の周長の80パーセント)し、拡管部11’の周長を素管1の周長から12パーセント大きく(すなわち素管1の周長の112パーセント)するものとする。パイプ状製品1’の縮管部10’と拡管部11’の周長差は、1−1.12/0.8=40パーセントとなる。さらに拡管部11’の周長を素管1の周長から30パーセント大きくする場合には、周長差が1−1.3/0.8=62.5パーセントのパイプ状製品1’を容易に成形することができる。ここで、従来の技術では、縮管部10’と略同等の周長を有する素管1をハイドロフォーム成形によって部分的に拡管してパイプ状製品1’を成形していたが、かかる拡管部11’は、その周長を40パーセント大きくするように形成することは不可能であり、したがって成形できる拡管部11’の形状の自由度は低かった。しかしながら、本発明のパイプ状製品1’では、縮管部10’と拡管部11’の周長差が40パーセントであっても安定して成形することができるため、成形できる形状の自由度が向上し、しかも強度や剛性が向上するよう成形することができる。
なお、本発明のパイプ状製品1’は、上述した実施の形態に限定されることはない。例えば、素管1の、縮管部10’と拡管部11’との境界部となる部分を曲げ成形し、縮管部10’となる部分に押し込み部10を予備成形して、図9および図10に示すような曲った形状のパイプ状製品1’を成形することもできる。このような形状に成形されたパイプ状製品1’は、例えば、自動車のロアアームやバンパなどに採用することができる。本発明のパイプ状製品1’をバンパとして採用した場合には、強度や剛性が向上しているために、従来のようなリインフォースなどの補強部材を廃止することができる。
また、素管1の長手方向中央部に押し込み部10を予備成形し、図11に示すように、上述した実施の形態とは異なって拡管部11’を成形することなく、縮管部10’のみを成形することもできる。このような形状に成形されたパイプ状製品1’は、例えば、自動車のフレームにおいて、プロペラシャフトSの干渉を避けるように逃がし形状となるための縮管部10’を有するクロスメンバなどに採用することもできる。
次に、本発明の別の実施の形態を図12に基づいて説明する。なお、この実施の形態においては、上述した実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみについて説明することとする。
本発明のパイプ状製品1’の成形方法は、概略、予備成形された押し込み部10により形成されたリブ2の先端部2aと対向する部分3とを接合するものである。そして、本発明のパイプ状製品1’は、概略、リブ2の先端部2aと対向する部分3とを接合してなるものである。
素管1の周長は、予備成形される押し込み部10によって後に形成されるリブ2の先端2aが対向する内面の部分3に接するような長さに設定されている。そしてハイドロフォーム成形によって所定の縮径部10’が形成されると、そのリブ2の先端2aと対向する内面の部分3とは例えばレーザ溶接などによって接合される(図12の破線を参照)。このように構成されたパイプ状製品1’では、リブ2が対向する内面の部分3に達するよう形成され、しかも、その先端2aが接合により固着されているために、強度や剛性がより向上する。
なお、本発明はこの実施の形態に限定されることなく、必要に応じて、上述したリブ2の先端2aと対向部分3との接合に加えて、またはリブ2の先端2aと対向部分3とを接合することなく、予備成形された押し込み部10により形成されたリブ2の互いの合せ部分となる基端部2bを接合してもよい。
次に、本発明の別の実施の形態を図13および図14に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態においては、上述した実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみについて説明することとする。
本発明のパイプ状製品1’の成形方法は、概略、素管1の周方向に複数の押し込み部10、10…を予備成する。そして、本発明のパイプ状製品1’は、周方向に複数予備成形された押し込み部10、10…によって、リブ2、2…が周方向に複数形成されたものである。
素管1の一側面における長手方向略中央には、上述した実施の形態と同様に押し込み部10が部分的に形成されており、また一側面と対向する位置の側面には、押し込み部10が全長にわたって形成されている(図14の左方を参照)。このように構成された素管1をハイドロフォーム成形することによって、パイプ状製品1’には縮管部10’にリブ2が形成されるだけでなく、このリブ2と対向する位置に全長にわたってリブ2が形成されることとなる。そのため、パイプ状製品1’の強度や剛性がさらに向上する。
さらに、本発明のパイプ状製品1’の成形方法およびパイプ状製品1’は、この実施の形態に限定されることなく、図15および図16に示すように、縮管部10’に形成されるリブ2と対向する側面と、これに隣接する両側面とに、全長にわたって押し込み部10、10、10、10を形成して、ハイドロフォーム成形することにより押し込み部10、10、10、10からリブ2、2、2、2をそれぞれ成形することもできる。
素管を下型に位置決め保持して潰し加工を行う前の状態を示す縦断正面図および縦断側面図である。 図1の状態から上型を相対的に加工させて素管を潰し加工して押し込み部を形成した状態を示す縦断正面図および縦断側面図である。 押し込み部が形成された素管をハイドロフォーム成形型内に収容した状態を部分的に示す縦断正面図である。 図3のA−AおよびB−B断面図である。 素管の内部に作動流体を供給して流体圧を加えてハイドロフォーム成形を行った状態を部分的に示す縦断正面図である。 図5のA−AおよびB−B断面図である。 本発明のパイプ状製品の実施の一形態を示す斜視図である。 図7に示したパイプ状製品を縮管部で破断して示したカットモデルの斜視図である。 本発明のパイプ状製品の別の実施の形態を示す斜視図である。 図9に示したパイプ状製品を縮管部で破断して示したカットモデルの斜視図である。 本発明のパイプ状製品の別の実施の形態を示す斜視図である。 本発明の予備成形された押し込み部により成形されてなるリブの先端部と対向する部分とを接合した場合の実施の形態を説明するための縮管部で破断して示したカットモデルの斜視図である。 縮管部に形成したリブと対向する側面にもリブを形成した場合の実施の形態を説明するための縮管部で破断して示したカットモデルの斜視図である。 図13に示したパイプ状製品を成形する場合に、素管に形成された押し込み部からハイドロフォーム成形によってリブが形成される状態を説明するための断面図である。 縮管部に形成したリブと対向する側面とこれに隣接する両側面にもリブを形成した場合の実施の形態を説明するための縮管部で破断して示したカットモデルの斜視図である。 図15に示したパイプ状製品を成形する場合に、素管に形成された押し込み部からハイドロフォーム成形によってリブが形成される状態を説明するための断面図である。
符号の説明
1:素管、 1’:パイプ状製品、 2:リブ、 2a:リブの先端部、 3:リブの先端と対向する部分、 10:押し込み部、 10’:縮管部、 11’:拡管部、 60:ハイドロフォーム成形型

Claims (10)

  1. 素管の外部から内部に向かって押し込み部を予備成形し、
    該素管を金型内に収容して素管の内部に流体圧を加えることにより縮管することを特徴とするパイプ状製品の成形方法。
  2. 素管の軸方向に部分的に押し込み部を予備成形することを特徴とする請求項1に記載のパイプ状製品の成形方法。
  3. 素管の押し込み部が予備成形された以外の軸方向の部分を拡管することを特徴とする請求項2に記載のパイプ状製品の成形方法。
  4. 素管の周方向に複数の押し込み部を予備成形することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のパイプ状製品の成形方法。
  5. 予備成形された押し込み部により成形されてなるリブの先端部と対向する部分と、または、リブの互いの合せ部分、の少なくとも一方を接合することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のパイプ状製品の成形方法。
  6. 素管を金型内に収容して素管の内部に流体圧を加えることにより成形されてなるパイプ状製品であって、
    素管から縮管成形されて内部に突出するリブが一体に形成されていることを特徴とするパイプ状製品。
  7. 前記リブを軸方向に部分的に形成したことを特徴とする請求項6に記載のパイプ状製品。
  8. 前記リブが形成された以外の部分を拡管したことを特徴とする請求項7に記載のパイプ状製品。
  9. 前記リブを周方向に複数形成したことを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載のパイプ状製品。
  10. 前記形成されたリブの先端部と対向する部分と、または、前記形成されたリブの互いの合せ部分、の少なくとも一方が接合されていることを特徴とする請求項6〜9のいずれかに記載のパイプ状製品。
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