JP2005342756A

JP2005342756A - 金属製容器の製造方法

Info

Publication number: JP2005342756A
Application number: JP2004164949A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Sasaki; 宏和佐々木; Takafumi Nakamura; 尚文中村; Shigeru Morikawa; 茂森川; Yozo Takemi; 洋三竹味
Original assignee: Sango Co Ltd; Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd; Sango Co Ltd
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】２つの深絞り加工品の開口端縁部を嵌め合わせ、嵌合部を溶接してマフラーシェルを製造する際に、開口・嵌合部の隙間を極力少なくし、かつ溶接効率を高めて、気密性の良い金属製容器を生産性良く製造する方法を提供する。
【解決手段】金属板をプレス加工法による深絞り成形にて２つの有底円筒状の中間加工品を成形した後、当該の中間加工品の一つをその開口端縁部に拡径加工を施して雌側半体とするとともに、前記の中間加工品の他の一つをその開口端縁部にしわ押え力を付与しつつフランジアップを施して“しゃくれ”が軽減された雄側半体とし、さらにその後、前記雄側半体の開口端縁部に縮径加工を施して残存“しゃくれ”を除去し、“しゃくれ”が除去された当該雄側半体の開口端縁部を前記雌側半体の開口端縁部内に挿入し、挿入部の全周をレーザー溶接する。
【選択図】図５

Description

本発明は、円筒状に絞込み加工を施した２つのプレス加工品の開口部を異径にして、一方を他方の開口部に嵌め込み、嵌合部を溶接してマフラーシェル等として使用される金属製容器を製造する方法に関する。

従来、例えば金属製容器であるマフラーシェルは、金属板を湾曲させ、端部をかしめ接合もしくは溶接して断面楕円形もしくは円形の円筒状胴体部を形成し、その後に両端開口部に端面鏡板をかしめ接合もしくは溶接で取り付けて、製造されている（例えば特許文献１）。
この方法でマフラーシェルを製造しようとすると、工程が複雑になるばかりでなく、接合箇所も多いために接合に要する工数が増加し、結果的にコスト高となり易い。また溶接箇所が多いために、凝縮水が貯まりやすい部位をも接合せざるを得ず、当該部位の腐食により、金属製マフラーシェルの耐久性を低下させる場合もある。

そこで、金属板をプレス加工し、端部が閉ざされた筒状ボディ部を製造した後、２つの開口部を合わせ、開口端縁部をかしめ接合あるいは溶接して気密なマフラーシェルを製造することも提案されている（例えば特許文献２）。しかし、開口端縁部をそのままかしめ接合もしくは溶接しようとすると、接合部外周部分が円筒体から突出する形となり、マフラーシェルの外径が大きくなって、見栄えが悪くなるばかりでなく、自動車等に搭載したとき、場所を取ることになる。また、絞り後の開口端縁部は加工硬化により硬さがアップして加工性が低下しているため、複雑なかしめ接合を行うと割れ発生による品質の低下が懸念される。
そこで、プレス加工により円筒状に絞った後、開口端縁部にフランジアップを施し、２つの加工品の開口端縁部を異径にして互いに嵌め合わせ、嵌合部を溶接する方法も試みられている。
特開２００３−３８３８号公報特許第３３１６０２０号公報

開口端縁部にフランジアップを施し、異径の開口端縁部を嵌め合わせて溶接により接合しようとしても、溶接法としては、通常のシーム溶接法やＴＩＧ接合法が用いられようとしている。これら溶接法は溶接時間が長く、生産性に難点がある。
異径にした２つの絞り加工品の開口端縁部を嵌め合わせようとするとき、２つの加工品の間で径差が余りに小さいと嵌め合わせが困難になる。逆に径差が大きくなると２者間の隙間が大きくなり、その後の溶接が困難になる。殊にプレス加工で絞り加工品を製造しようとするとき、金型やプレス条件の変動により開口端縁部の径にバラツキが生じやすく、２者間の寸法差の調整が難しくなっている。また、絞り込んだ開口端縁部にフランジアップを施す際、弾性変形により周辺しわ・口辺しわが発生しやすい。本明細書中では、この周辺しわ・口辺しわを“しゃくれ”と称することとする。“しゃくれ”が発生すると、この“しゃくれ”の影響で嵌合部の隙間が大きくなり、その後の溶接が困難になる。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、２つの深絞り加工品の開口端部を嵌め合わせ、嵌合部を溶接してマフラーシェルを製造する際に、開口・嵌合部の隙間を極力少なくし、かつ溶接効率を高めて、気密性の良い金属製容器を生産性良く製造する方法を提供することを目的とする。

本発明の金属製容器の製造方法は、その目的を達成するため、金属板をプレス加工法による深絞り成形にて２つの有底円筒状の中間加工品を成形した後、当該中間加工品の一つをその開口端縁部に拡径加工を施して雌側半体とするとともに、前記中間加工品の他の一つをその開口端縁部にしわ押え力を付与しつつフランジアップを施して“しゃくれ”が軽減された雄側半体とし、さらにその後、前記雄側半体の開口端縁部に縮径加工を施して残存“しゃくれ”を除去し、“しゃくれ”が除去された当該雄側半体の開口端縁部を前記雌側半体の開口端縁部内に挿入し、挿入部の全周を高エネルギー溶接にて気密接合することを特徴とする。

本発明により、深絞りにより成形された有底円筒状中間加工品の開口端縁部を他の有底円筒状中間加工品の開口端縁部に嵌め込み、嵌合部を気密接合して金属製容器を製造する際に、雄側半体となる中間加工品の開口端縁部に生成しやすい“しゃくれ”の形成を軽減するとともに、“しゃくれ”が形成されていても、雄側半体の開口端縁部を内側に縮まる方向に縮径加工することにより、雄側半体の開口端縁部の外径を実質的に小さくすることができると同時に“しゃくれ”も解消される。このため雌側半体となる中間加工品の拡径開口端縁部に雄側半体の開口端縁部を挿入し易くなるばかりでなく、“しゃくれ”により形成される隙間を抑制することができ、結果的に両者間の隙間を小さくすることができるので、溶接法としてより効率的なレーザー溶接法を採用でき、気密性の良い金属製容器が生産性良く製造できる。

本発明者等は、場所を取らない金属製容器を生産性良く製造する方法について検討してきた。以下、金属製容器としてマフラーシェルを製造する場合について説明する。上記検討の段階で、図１に示すように、深絞りにより成形された有底円筒状中間加工品の開口端縁部を異径にし、一方の有底円筒状中間加工品の開口端縁部を他の有底円筒状中間加工品の開口端縁部内に挿入し、挿入部を溶接してマフラーシェルを製造することを試みた。しかも、挿入部の溶接を、ＴＩＧ溶接法等よりも溶接速度の速い方法であるレーザー溶接で行うことを試みた。
２枚の板を溶接で接合しようとしたとき、例えばＴＩＧ溶接法で隅肉溶接する際には、図２に示すような、２枚間の隙間の大きさはさほど大きな問題とはならない。しかしながら、レーザー溶接法で２枚の板材を接合しようとする際には、２枚間の隙間が大きな問題となる。レーザー溶接法で、安定して溶接を続行させるためには、２枚の板間の隙間は板厚の約１／３以下にする必要がある。材料間の隙間が板厚の１／３を超えると、レーザー溶接が正常にできなくなる。

一般に、ダイスとパンチを用いて金属板に深絞りのプレス加工を施し、フランジ部をトリミングした後、トリミングした開口端縁部にフランジアップを施して全体を筒形状にしようとするとき、図３に示すように、開口端縁部の端に深絞り方向とは反対の方向に、いわゆる“しゃくれ”が発生しやすい。“しゃくれ”が発生した雄側半体の中間加工品の開口端縁部を雌側半体の開口端縁部内に挿入すると、図４にみられるように、２枚の板間の隙間が大きくなる。このままでは、レーザー溶接法を適用することはできない。
そこで、本発明者等は、簡便な方法で２枚の板間の隙間を極力小さくできる手法について検討した。

金属板に深絞りのプレス加工を施すとき、フランジ部にしわ押え力を付与することにより、しわの発生を抑制し、その後の“しゃくれ”量を少なくすることができる。そこで、本発明では、まず、金属板に深絞りのプレス加工を施すとき、板端にしわ押え力を付与した状態で成形する。
次に、トリミングした開口端縁部にフランジアップを施すとき発生しやすい“しゃくれ”の抑制方法について説明する。トリミングされた有底円筒状中間加工品を、パンチを用いて再度ダイス内に押し込むことにより行われる。この際、図１０に示すように、開口端縁部にしわ押え力を付与した状態でパンチを押し込み、しゃくれ部に曲げ加工を施してフランジを倒す。本明細書中では、フランジを曲げ加工で倒すことも、広義の意味で“フランジアップ”と称することにする。
しわ押え力を付与した状態で押し込むことにより、しわの発生を防止するとともに、肉余りで外側に膨らむのを防止し、その結果として“しゃくれ”を軽減できることになる。

開口端縁部に深絞り加工時に生成しやすい“しゃくれ”が多少残るが、雄側半体の中間加工品開口端縁部に縮径加工等を施して内側に縮まる方向に変形させることにより、雄側半体の開口端縁部外径を実質的に小さくすることができる。その結果、前記雌側半体となる有底円筒状中間加工品の開口端縁部に雄側半体の開口端縁部を挿入しやすくなるばかりでなく、図５に示すように、両開口端縁部を構成する板間の隙間が小さくなって、レーザー溶接法の適用が可能となる。

さらに、金型やプレス条件の変動によって絞り加工後の開口端縁部に“しゃくれ”が生成していても、前記雄側半体の中間加工品開口端縁部の縮径加工で“しゃくれ”も解消することができるため、２枚の板間の隙間は常に最小に保つことができ、安定したレーザー溶接が可能となる。
安定したレーザー溶接が行えるため、溶接部の品質が安定したマフラーシェルが歩留り良く、かつ高生産性で製造できることになる。

次に、雄側半体となる有底円筒状中間加工品の開口端縁部に形成される“しゃくれ”の形成度合いを少なくし、また“しゃくれ”を解消するための開口端縁部を内側に縮まる方向に縮径変形させる方法について詳しく説明する。
まず、深絞りのプレス加工を、通常のプレス装置を用いて行う。例えば図６に示されるような、ダイス１上に所要の金属板Ｍを載置し、その上から、しわ押え３でフランジ部を押えつつパンチ２を押し込んで、所要形状の一端が閉ざされた円筒状ボディ部を形成する。プレス加工後の断面形状は図７のようになっている。しわ押え力を付与しつつプレス加工を行っているので、しわの発生量が少なくなっている。このため、トリミングされた後の開口端縁部のフランジアップ施工時に生成しやすい“しゃくれ”の形成量を少なくすることができる。

次にフランジ部をトリミングし、開口端縁部の外周が円形になるように形を整える（図８参照）。なお、図８や図９中、閉塞側端部に設けた孔は、排気管を接続するための孔であって、胴体同士の接合に関する点を主題とする本発明には、直接に関与するものではない。
外周がトリミングされた深絞り加工品の開口端縁部に曲げ加工であるフランジアップを施して接合し易いように成形加工する。このフランジアップにも、基本的にはダイスとパンチを利用する。円筒体の内径と同じ外径寸法を有するパンチを使用し、内径が前記深絞りしたときのダイスと同じ径のダイス中に押し込むと、図９（ａ）に示したように、開口端縁部は円筒状胴体部と連続面になるように同径寸法形状に変形される。また、内径が前記深絞りしたときのダイスよりも太い径の段付きダイス中に段付きパンチを用いて押し込むと、図９（ｂ）に示したように、円筒状胴体部に対して段付き円筒形状の開口端縁部となる。

雄側半体となる小径側の深絞り加工品の開口端縁部加工には、その端部構造が、図９（ａ）に示されるような形状に成形することが好ましい。また、雌側半体となる大径側の深絞り加工品の開口端縁部加工には、図９（ｂ）に示されるような段付き円筒形状に成形することが好ましい。
この開口端縁部のフランジアップの際に、“しゃくれ”の形成量を少なくするために、前記したように、図１０に示した、しわ押えを使用し、開口端縁部にしわ押え力を付与した状態でフランジアップを施す。

先端を図９（ａ），（ｂ）の形に整えた後、雄側半体となる深絞り中間加工品にあっては、その開口端縁部に残存する“しゃくれ”を解消するための、先端を内側に縮まる方向に縮径変形させる加工が必要となる。
図１１に示したような先端に湾曲面が形成された凹部を有する矯正金型Ｄ中に、雄側半体となる深絞り中間加工品Ｎの開口部側を押し込んで、開口端縁部に形成されている“しゃくれ”Ｓを円筒部の内側に縮み込ませることで、先端を内側に縮まる方向に縮径変形加工させることができる。この際、矯正金型Ｄの先端底部に形成しておく湾曲面の曲率半径Ｒは、矯正すべき深絞り中間加工品Ｎの板厚の２倍以上にしておくことが好ましい（図１２（ａ））。Ｒが小さいと内側に縮み込ませる縮径変形加工が円滑に行い難い。

凹部先端の湾曲面形成に代えて、凹部先端部を、図１２（ｂ）のように、角度を付したテーパー状に形成しても良い。
金型Ｄの凹部先端をテーパー形状にすると、上方から押し込まれた深絞り中間加工品の開口端縁部は、“しゃくれ”が解消されると同時に縮径された形状となるために、雄側半体となる深絞り中間加工品の小径開口端縁部を、雌側半体となる大径開口端縁部に挿入しやすくなる。

雌側半体となる深絞り中間加工品の開口端縁部に、先端を内側に縮まる方向に変形させた雄側半体の深絞り中間加工品開口端縁部を挿入し、両開口端縁部を図５に詳述するような態様に組み合わせた後、両者の開口端縁重ね合わせ部をレーザー溶接法により気密接合する。
マフラーシェルの胴体部を溶接法で接合する際、本発明の適用により、簡便な方法で隙間の小さい挿入部を得ることができるので、効率の良いレーザー溶接法が適用でき、気密性が良く、また耐久性に優れたマフラーシェルが生産性良く製造される。
なお、雌側半体の深絞り中間加工品開口端縁部内に、雄側半体の深絞り中間加工品開口端縁部を挿入するとき、あるいはそれ以前に、深絞り中間加工品に接続パイプ及び／又は内部構造物が装着されていても良い。
また、上記で説明した方法は、マフラーシェルの製造方法に限らず、同形状の金属製容器の製造に適用できることは言うまでもない。

降伏強さ；２７５Ｎ／ｍｍ²，引張り強さ；４４２Ｎ／ｍｍ²，伸び；３５．２％，硬さ；１４３Ｈｖ₂₀の特性を有する板厚１．０ｍｍのＳＵＳ４３６ステンレス鋼板を使用し、φ３８０ｍｍの円板を切り出して、供試材とした。
この供試材を図６に示すプレス装置を使用し、次の表１に示すようなプレス加工条件で深絞り成形した。

上記の条件でプレス加工し、内径：２００ｍｍ，外径：２０２．５ｍｍ，成形高さ：１１０ｍｍの寸法を有する有底円筒状の深絞り中間加工品を得た。
この深絞り中間加工品のフランジ部にプレス法でトリミングを施し、形成された開口端縁部の外周をφ２３５ｍｍの円形に整えた。
そして、トリミングされた当該深絞り中間加工品を雄側半体とするために、中間加工品の開口端縁部に径２００．０ｍｍのパンチ及び径２０２．５ｍｍのダイスを用いたプレス加工によりフランジアップを施し、次に、フランジアップされた開口端縁部の“しゃくれ”を解消するとともに、縮径するために、図１２（ｂ）で示すθ＝１６．７度のテーパーを付したダイス内に上記フランジアップされた中間加工品の開口端縁部を押込んだ。

次に、トリミングされた上記深絞り中間加工品を雌側半体とするために、トリミングされた深絞り中間加工品の開口端縁部を、径２０６．０ｍｍの段付きパンチと径２０８．５ｍｍの段付きダイスを用いてフランジアップすることによって、図９（ｂ）に示すような段付き円筒形状に拡径加工した。なお、深絞り中間加工品の縦壁部に相当するパンチ径は２００．０ｍｍ，ダイス径は２０２．５ｍｍとした。
そして、前記雌側半体の段付き円筒形状を有する拡径開口端縁部に、上記雄側半体の縮径開口端縁部を挿入し、接触線に沿ってレーザー溶接して気密性の高いステンレス鋼製マフラーシェルを得た。

マフラーシェルの構造を説明する断面図マフラーシェル胴体部の挿し込み状態を説明する部分断面図開口端縁部に形成される“しゃくれ”を説明する部分断面図 “しゃくれ”が形成された開口端縁部を挿入したマフラーシェル胴体部端部の接続構造を説明する部分断面図マフラーシェル胴体部の本発明挿し込み状態を説明する部分断面図プレス加工法により深絞り成形を行う態様を説明する断面図フランジを有する有底円筒状中間加工品の形状を説明する断面図フランジ部をトリミングした後の有底円筒状中間加工品の形状を説明する断面図開口端縁部をフランジアップした後の有底円筒状中間加工品の形状を説明する断面図しわ押えを用い、開口端縁部をフランジアップする態様を説明する断面図 “しゃくれ”を解消する方法を説明する断面図 “しゃくれ”を解消するために用いる金型形状を説明する断面図

Claims

金属板をプレス加工法による深絞り成形にて２つの有底円筒状の中間加工品を成形した後、当該中間加工品の一つをその開口端縁部に拡径加工を施して雌側半体とするとともに、前記中間加工品の他の一つをその開口端縁部にしわ押え力を付与しつつフランジアップを施してしゃくれが軽減された雄側半体とし、さらにその後、前記雄側半体の開口端縁部に縮径加工を施して残存しゃくれを除去し、しゃくれが除去された当該雄側半体の開口端縁部を前記雌側半体の開口端縁部内に挿入し、挿入部の全周を高エネルギー溶接にて気密接合することを特徴とする金属製容器の製造方法。