JP2006035301A - 可動型を有するハイドロフォーミングの型および金属分岐管 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属分岐管を安定して成形できる、可動型を有するハイドロフォーミングの型を安価に提供する。
【解決手段】 １つまたは複数の可動型を用いて１箇所または複数箇所の枝管の張出し成形を行うハイドロフォーミングの型であって、枝管の張出し予定部と相対する型の主管軸に垂直な断面の角部の曲率半径が張出し予定部の幅の0.2 倍以上であるもの、および、前記した型において、上型と下型に分離されていて可動型が下型にのみ保持されたもの、並びに、主管軸に垂直な断面の張り出された枝管と相対する角部の曲率半径が枝管の幅の0.2 倍以上である前記型により成形された金属分岐管。
【選択図】 図１

Description

本発明は自動車構造用部材などに用いられる金属分岐管を得るためのハイドロフォーミングの型および金属分岐管に関するものである。

近年、自動車部品の加工技術としてハイドロフォーミングが注目されている。図５は従来のハイドロフォーミングの例を示す図で、図5(a)は型構造の管長手断面の図である。固定された型21に金属管３がセットされ、さらに枝頂点の破断を防ぐためカウンター24が金属管３に接している。金属管３は軸押し型23によって管端を押し込まれながら内圧を作用され、さらにカウンター24が制御される。これによって、図5(b)に示すように、主管62と枝管61からなる成形品が得られる。しかしこの方法ではシワや割れの発生を抑制しつつ枝管の高さを高めることが難しく、主管、枝管ともに円管であり、枝管の張り出し高さも主管の直径の半分程度の排気管継ぎ手などに適用が限られていた。

ハイドロフォーミングで枝管の高さを高めるために型の一部を移動させる方法が知られている。例えば非特許文献１には、枝管を張り出す方向や高さの自由度を増す方法が開示されている。また特許文献２では、予め曲げ加工した金属管を用いて枝管の張り出し高さを従来の数倍にする方法が開示されている。

しかし、これらの手法を主管が多角形断面の分岐管に適用すると、シワや割れといった成形不良を生じやすいことがわかった。自動車のサスペンションメンバーなどの構造用部材は剛性を高めるために、主管、枝管ともに多角形断面であることが多いが、これまでの分岐管の検討は自転車用ラッグあるいは排気管などの円断面を主な対象としており、多角形断面での知見がない。

また、可動型を用いる場合、型の分割は重要である。特許文献３には可動型として円筒状の第２軸押し工具とする方法が開示されているが、本方法では成形初期の張出し用空洞内で金属管が同心円上に拡管されてしまうため、特定の方向に枝管を張り出す分岐管の場合、第２軸押し工具を移動させた際に噛み込みを生じて実質的に成形ができない。また、円筒状の第２軸押し工具は製作が困難であり、極めてコストがかかる。
塑性と加工 Vol.23, No.255, (1982-4), 303-306 特開２００２−１５３９１７号公報 特開平１０−２９６３４７号公報

本発明の課題は、金属分岐管を安定して成形できる、可動型を有するハイドロフォーミングの型を安価に提供する。

上記課題を解決するためになされた本発明は、
（１）１つまたは複数の可動型を用いて１箇所または複数箇所の枝管の張出し成形を行うハイドロフォーミングの型であって、枝管の張出し予定部と相対する型の主管軸に垂直な断面の角部の曲率半径が張出し予定部の幅の0.2 倍以上であることを特徴とする、可動型を有するハイドロフォーミングの型、
（２）１つまたは複数の可動型を用いて１箇所または複数箇所の枝管の張出し成形を行うハイドロフォーミングの型であって、型が上型と下型に分離され、可動型が下型にのみ保持されることを特徴とする、（１）に記載の可動型を有するハイドロフォーミングの型、（３）主管軸に垂直な断面の、張り出された枝管と相対する角部の曲率半径が枝管の幅の0.2 倍以上であることを特徴とする、（１）または（２）に記載のハイドロフォーミングの型で成形された金属分岐管、
である。

本発明によれば型移動を有する型を用いてハイドロフォーミングで安定して多角形断面の分岐管を成形できるようになり、枝管分岐部の溶接が不要となるため、溶接削減によるコスト低減のみならず、溶接不良などの不安定要素を除外できるので、試作評価工数を削減できるなど、産業上の寄与は大きい。

図１は、本発明の可動型を有するハイドロフォーミングの型の例を示したもので、(a) は長手方向断面、(b) は図1(a)のＡ−Ａ線断面図、(c) は図1(a)のＢ−Ｂ線断面図である。この型では図２に示すように枝管41、主管42ともに四角形断面の分岐管を成形できる。 図１で、可動型13は下型12に保持される。軸押し型14は金属管１の管端を押し込み、さらに突起15によって可動型13を押し込む。また突起16は成形終了時点での軸押し型14の移動量を一定にする位置決めである。ｗは枝管張り出し予定部の空隙12ａの幅で、Ｒは枝管張り出し予定部と相対する上型の断面の角部の曲率半径であり、ｗの0.2 倍以上である。この例では枝管41、主管42ともに四角形断面であるが、多角形、半円状、あるいは断面が左右非対称でもよい。ただし、いずれの場合でも、枝管張り出し予定部と相対する上型の断面の角部の曲率半径は張り出し予定部の空隙の幅ｗの0.2 倍以上でなければ、成形中にシワや割れといった成形不良を生じる。さらに好ましくはＲはｗの0.5 倍とする。なお、非特許文献１には、可動型13あるいは下型12の角部に相当する部位の曲率半径を小さくできることが示されている。本発明でもこれらは特に限定するものではないが、小さいと型が傷付きやすく、大きいと周辺部品の取り付けなどが困難になるため、板厚の２倍以上10倍以下が望ましい。

図３は、本発明の型を用いたハイドロフォーミングの成形過程を示す図で、軸押し型14は金属管１の管端を押し込むと同時に、可動型13を介して金属管１の張り出した部位を圧縮する。金属管１はさらに内圧を受けて枝管を張り出していく。
図４は成形終了時の状態を示し、軸押し型14は位置決めの突起16が上型11に接触して停止する。さらに金属管１の内圧を上げて型に十分に密着させることもできる。
なお、図６は型の分割を変更した例で、図1(b)に相当する断面である。金属管２を挟み込むため、あるいは取り出すためには可動型を上可動型33と下可動型34に分割する必要がある。さらに上型31を開放する際に上可動型33も同時に引き上げるため、爪状のガイド33ａによって上可動型33を上型31に吊り下げることが必要である。このように可動型の一部または全部を上型に取り付けることは型構造を複雑にしてコスト増を招く。

以下に本発明の実施例を示す。
図１に示す型と、外径(d)65mm 、肉厚(t)2mm、長さ300mm の金属管(STKM11A) を用いて次のような分岐管を製造した。枝管の張り出し高さ90mm、主管の軸と垂直な断面での枝管の幅(w)45mm 、枝管の管長手方向の幅65mm、枝管張り出し部と相対する主管の管軸に垂直な角の曲率半径(R)10mm 、枝管と主管の分岐部の曲率半径10mm、枝管頂点肩の曲率半径10mm。

可動型13は空隙12a の管長手方向の長さが175mm となるようにセットした。また、突起15は軸押し型を25mm押し込んだときに可動型13に接触するようにして、位置決め用突起16は軸押し型14を110mm 押し込むと上型11に接触するようにした。この状態で金属管をセットして軸押し型14を押し込んでシールし、内圧を30MPa まで上昇させてから軸押し型14を移動させ、さらに内圧を50MPa まで上昇させながら可動型13とともに軸押し型14を押し込み、軸押し型が停止したところでさらに内圧を150MPaまで上昇させた。
この結果、シワや割れなどの成形不良のない良好な枝管を得た。枝管の最小肉厚は1.6mm 、主管の肉厚は1.8mm から2.4mm であり、元の肉厚の±20％程度の変動にできた。

さらに、枝管張り出し部と相対する主管の管軸に垂直な角の曲率半径(R) のみを変えるため、上型を変更した試験を行った。Ｒを32.5mmとした場合、ほぼ同条件で成形可能であった。しかし、Ｒを５mmとした場合、枝管張り出し部の裏側になる主管に、管内面に向けて深い折れ込みが生じ、亀裂を生じて成形途中で内圧が低下したため、成形を中止した。試験を繰り返したところ、可動型を10mm程度押し込んだところで枝管張り出し部の裏側にシワが発生しており、さらに成形を進めるとシワが管内側に折り込まれて、周囲に亀裂を生じることを確認した。そこでシワを回避すべく内圧を高めたが、枝管頂点で割れが生じたため、成形完了品は得られなかった。

表１にそれぞれの成形状況と枝管の最小肉厚および主管の最大肉厚を示す。本発明によれば、偏肉の少ない成形品を安定して得ることができることが確認された。

本発明のハイドロフォーミングの型の図で、(a) は長手方向断面図、(b) は(a) のＡ−Ａ断面図、(c) は(a) のＢ−Ｂ断面図である。 本発明のハイドロフォーミングにより成形された枝管の一部である。 本発明のハイドロフォーミングの成形過程で可動型が押し込まれている状態を示す長手方向断面図である。 本発明のハイドロフォーミングの成形完了時の状態を示す長手方向断面図である。 枝管を成形する従来のハイドロフォーミングの例で、(a) は長手方向断面図、(b) は成形品である。 可動型を有するハイドロフォーミングの型の分割例である。

符号の説明

１ 金属管
２ 金属管
３ 金属管
11 上型
11ａ 主管の断面形状と金属管との間に生じる上型の空隙
12 下型
12ａ 枝管張り出し予定部
13 可動型
14 軸押し型
15 可動型を押し込むための突起
16 軸押し型の位置決め用突起
21 従来技術における分岐管成型用の型
23 軸押し型
24 カウンター
31 可動型が分割される型割の上型
32 可動型が分割される型割の下型
33 分割された上可動型
33ａ 分割された上可動型を上型に吊るための爪状のガイド
34 分割された下可動型
41 多角形断面の枝管
42 多角形断面の主管
61 円形断面の枝管
62 円形断面の主管

Claims (3)

1. １つまたは複数の可動型を用いて１箇所または複数箇所の枝管の張出し成形を行うハイドロフォーミングの型であって、枝管の張出し予定部と相対する型の主管軸に垂直な断面の角部の曲率半径が張出し予定部の幅の0.2 倍以上であることを特徴とする、可動型を有するハイドロフォーミングの型。
2. １つまたは複数の可動型を用いて１箇所または複数箇所の枝管の張出し成形を行うハイドロフォーミングの型であって、型が上型と下型に分離され、可動型が下型にのみ保持されることを特徴とする、請求項１に記載の可動型を有するハイドロフォーミングの型。
3. 主管軸に垂直な断面の、張り出された枝管と相対する角部の曲率半径が枝管の幅の0.2 倍以上であることを特徴とする、請求項１または２に記載のハイドロフォーミングの型で成形された金属分岐管。
   

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