JP2006218503A - 液圧成形方法及び液圧成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 湾曲した液圧成形部材を製作する場合において、生産性の向上及びコストの低減を実現したうえで、湾曲部に皺が生じるのを防ぐことができ、その結果、湾曲部での強度が低下する懸念がほとんどない製品、すなわち、車体構造部材などの高強度が必要とされる部材を製作することが可能な液圧成形方法及び液圧成形装置を提供する。
【解決手段】略直線状を成す筒状部材Ｗの製品の湾曲部に相当する位置以外の部位に凹部Ｗｄを形成するのに続いて、この略直線状を成す筒状部材Ｗを上型１１及び下型１２間に投入して、これらの上型１１及び下型１２を型締めする段階で形状キャビティ１１ａ，１２ａに合わせるべく筒状部材Ｗに曲げ加工を施し、上型１１及び下型１２が所定の型締め状態となった後に、筒状部材Ｗの内部に加工液を注入して、筒状部材Ｗに液圧を加えながら所定形状に成形する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、略円形状断面を有する筒状部材の内部に加工液を注入して、筒状部材に液圧を加えながら湾曲部を有する製品形状に成形するのに利用される液圧成形方法及び液圧成形装置に関するものである。

上記した略円形状断面を有する筒状部材から湾曲部を有する製品を液圧成形によって製作する液圧成形装置としては、湾曲部を有する製品の形状キャビティを具備した上型及び下型と、これらの上型及び下型間に投入した筒状部材の内部に加工液を注入して筒状部材に液圧を加える液圧付与機構を備えたものがあり、この液圧成形装置により湾曲部を有する製品を製作する場合には、上型及び下型間に筒状部材を投入する前に、形状キャビティに合致させるべく略円形状断面を有する筒状部材に対して曲げ加工を施す必要がある。

上記筒状部材を液圧成形前の所定形状に曲げる場合に、筒状部材を回転型とクランプ型とで挟み込み、押え型で押えながら回転型を回転させることで曲げ加工を行う加工方法、いわゆる回転引き曲げ加工方法を用いると、曲げ加工工程が多い分だけ生産性が低く、コストが高くついてしまうことから、従来において、液圧成形装置の上型及び下型間に略直線状を成す筒状部材を投入し、これらの上型及び下型を型締めする段階で筒状部材に曲げ加工を施す方法が採用されている。
特開２００１−２０５３５０号公報

しかしながら、上記した従来の液圧成形方法では、回転引き曲げ加工方法による曲げ加工を省略して、液圧成形装置の形状キャビティを有する上型及び下型を用いて筒状部材に曲げ加工を施すようにしていることから、筒状部材の略円形状断面を保持しながら曲げることができない。

このような曲げた部分の断面が略円形状に保たれていない筒状部材に対して液圧成形を施すと、製作された製品の湾曲部には皺が発生している可能性があり、例えば、このような製品に大きな荷重が負荷された場合には、皺の箇所が折れ曲がって製品の強度が著しく低下する恐れがないとは言えず、したがって、車体構造部材などの高強度が必要とされる部材の製作には用いることができないという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたものであり、湾曲部を有する製品を製作する場合において、湾曲部に皺が生じるのを防ぐことができ、その結果、湾曲部での強度が低下する懸念がほとんどない製品、すなわち、車体構造部材などの高強度が必要とされる部材を製作することが可能な液圧成形方法及び液圧成形装置を提供することを目的としている。

本発明の液圧成形方法は、湾曲部を有する製品の形状キャビティが形成された上型及び下型間に筒状部材を投入し、これらの上型及び下型を型締めすると共に筒状部材の内部に加工液を注入して、筒状部材に液圧を加えながら所定形状に成形する液圧成形方法において、略直線状を成す筒状部材の製品の湾曲部に相当する位置以外の部位に凹部を形成するのに続いて、上記形状キャビティに合わせるべく筒状部材に曲げ加工を施した後、筒状部材に液圧を加える構成としたことを特徴としており、この液圧成形方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

一方、本発明の液圧成形装置は、湾曲部を有する製品の形状キャビティを具備した上型及び下型と、これらの上型及び下型間に投入した筒状部材の内部に加工液を注入して筒状部材に液圧を加える液圧付与機構を備えた液圧成形装置において、上記筒状部材の製品の湾曲部に相当する位置以外の部位に凹部を形成する凹部形成機構と、上記形状キャビティに合わせるべく略円形状断面を有する筒状部材に曲げ加工を施す曲げ機構を設けた構成としたことを特徴としており、この液圧成形装置の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

本発明では、例えば、上型及び下型を型締めする段階において、形状キャビティに合わせるべく略直線状を成す筒状部材に曲げ加工を施すと、この曲げ加工による材料の余りが筒状部材の曲げ部内側に生じるが、筒状部材の製品の湾曲部に相当する位置以外の部位に凹部が形成してあるので、材料余りが積極的に凹部に集中して折れ曲がりのような状態となってその深さが進行し、一方、筒状部材の製品の湾曲部に相当する位置には材料余りが生じない。

そして、この状態で筒状部材の内部に加工液を注入して、筒状部材に液圧を加えながら所定形状に成形すると、液圧によって凹部が形状キャビティまで膨らむので、皺や凹みなどの成形不良のない製品が得られることとなる。

本発明によれば、上記した構成としているので、湾曲部を有する製品を製作する場合において、湾曲部における皺の発生を防ぐことができ、したがって、強度が低下することのほとんどない、車体構造部材に適した製品を製作することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の液圧成形方法において、略直線状を成す筒状部材の製品の湾曲部に相当する位置以外の部位に凹部を形成するのに続いて、この略直線状を成す筒状部材を上型及び下型間に投入して、これらの上型及び下型を型締めする段階で形状キャビティに合わせるべく筒状部材に曲げ加工を施し、上型及び下型が所定の型締め状態となった後に、筒状部材の内部に加工液を注入して、筒状部材に液圧を加えながら所定形状に成形する構成を採用することができ、この構成を採用すると、いわゆる回転引き曲げ加工方法を用いて筒状部材を曲げる場合と比べて、曲げ加工工程を省略することができる分だけ、生産性の向上及びコストの低減が図られることとなる。

また、本発明の液圧成形方法において、略直線状を成す筒状部材を上型及び下型間に投入し、これらの上型及び下型を型締めする段階で筒状部材に凹部を形成するのに続いて、形状キャビティに合わせるべく筒状部材に曲げ加工を施し、上型及び下型が所定の型締め状態となった後に、筒状部材の内部に加工液を注入して、筒状部材に液圧を加えながら所定形状に成形する構成としてもよく、この場合には、筒状部材を上型及び下型間に一旦セットするだけで、筒状部材に対する凹部の形成及び曲げ加工が成されるので、筒状部材の工程間移動をなくしたり、曲げ加工工程を省略したりすることができる分だけ、生産性のより一層の向上及びコストの大幅な低減が図られることとなる。

さらに、本発明の液圧成形方法において、筒状部材における製品の湾曲部以外の直線部に相当する部位で且つ湾曲部の湾曲終端から曲げ加工時における筒状部材の変位しない固定部分側に凹部を形成した構成を採用することができ、この場合には、筒状部材の内部に加工液を注入して、筒状部材に液圧を加えながら所定形状に成形する段階において、液圧によって凹部が形状キャビティまで膨らみ易く、したがって、凹部の膨らみ不足による成形不良の発生がより確実に回避されることとなる。

さらにまた、本発明の液圧成形方法において、湾曲部の湾曲終端から凹部の略中心までの距離をｍ、湾曲部の曲率半径をＲとした場合、０．２Ｒ≦ｍ≦０．５Ｒを満たす位置に凹部を形成した構成や、凹部の深さをＨ、筒状部材の略円形状断面における直径をＤとした場合、０．１０Ｄ≦Ｈ≦０．４５Ｄを満たすべく凹部の深さを設定した構成を採用することができ、この場合には、凹部の位置や深さを定義することができる。

一方、本発明の液圧成形装置において、上型及び下型が曲げ機構を兼ねている構成としてもよく、この構成を採用すると、いわゆる回転引き曲げ加工によって筒状部材を曲げる場合と比べて、曲げ加工工程を省略することができる分だけ、生産性の向上及びコストの低減が図られることとなる。

また、本発明の液圧成形装置において、凹部形成機構は、下型に配置した凹部形成型を具備している構成としたり、凹部形成機構は、下型に配置されてこの下型から上型に向けて出没可能とした凹部形成型と、この凹部形成型の駆動手段を具備している構成としたりしてもよく、この場合には、筒状部材に凹部を形成する装置を液圧成形装置とは別に設置する必要がなく、その結果、省スペース化に寄与し得ると共に、湾曲部を有する製品の製作の自動化が実現可能となる。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

図１〜図５は、本発明の一実施例による液圧成形方法により、筒状部材から湾曲部を有する製品を製作する要領を示している。

この液圧成形方法では、図１（ａ）に示すように、まず、略円形状断面を有する直線状の筒状部材Ｗを凹部成形装置１の装置ベース２に載せ、図１（ｂ）に示すように、この状態で凹部成形型３を降下させて筒状部材Ｗに凹部Ｗｄを成形して、図２に示す凹部付きの筒状部材Ｗを得る。なお、この凹部Ｗｄを成形する位置は、製品の湾曲部の内側面に相当する部位である。

次いで、図３に示すように、上記した直線状のままの凹部付きの筒状部材Ｗを液圧成形装置１０の昇降可能な部材保持部１３にセットする。ここで使用する液圧成形装置１０は、湾曲部を有する製品の形状キャビティ１１ａ，１２ａを具備した上型１１及び下型１２と、上記部材保持部１３に保持されて上型１１及び下型１２間に投入される凹部付きの筒状部材Ｗの内部に加工液を注入して液圧を加える液圧付与機構２０を備えている。

このようにして上型１１及び下型１２間に凹部付きの筒状部材Ｗを投入した後、図４に示すように、上型１１を降下させて上型１１及び下型１２を型締めして、凹部Ｗｄが形成された筒状部材Ｗを徐々に湾曲させる。

このとき、部材保持部１３とともに下降する筒状部材Ｗの両端が曲げ加工の作用点側であり、筒状部材Ｗの中央が曲げ加工で変位しない固定部分側となり、凹部Ｗｄは、筒状部材Ｗの製品の湾曲部以外の直線部に相当する部位で且つ湾曲部の湾曲終端から上記固定部分側に位置している。

そして、上型１１をさらに降下させて曲げ加工を進行させると、この曲げ加工による材料の余りが凹部付きの筒状部材Ｗの曲げ部内側に生じるが、この筒状部材Ｗの製品の湾曲部に相当する位置以外の部位に凹部Ｗｄが形成してあるので、材料余りが積極的に凹部Ｗｄに集中して折れ曲がりのような状態となってその深さが進行し、一方、筒状部材Ｗの製品の湾曲部に相当する位置には材料余りが生じない。

次に、図５に示すように、上型１１及び下型１２の型締めが完了した状態で、液圧付与機構２０の軸押しシリンダ２１を前進させて、その先端に取り付けたポンチ型２２で上型１１及び下型１２間に位置する凹部付き筒状部材Ｗの両端をシールするのに続いて、図示しない液圧発生装置から供給される加工液を高圧ホース２３及びポンチ型２２を介して凹部付き筒状部材Ｗの内部に注入し、この液圧を徐々に高めることによって、略円形状断面の筒状部材Ｗを上型１１及び下型１２に形成されたキャビティ１１ａ，１２ａの形状に成形する。

この際、液圧によって凹部Ｗｄが形状キャビティ１１ａ，１２ａまで膨らむので、皺や凹みなどの成形不良のない製品が得られることとなり、この実施例では、筒状部材Ｗの製品の湾曲部以外の直線部に相当する部位で且つ湾曲部の湾曲終端から上記固定部分側に凹部Ｗｄを配置しているので、液圧によって凹部Ｗｄが形状キャビティ１１ａ，１２ａまで膨らみ易く、したがって、凹部Ｗｄの膨らみ不足による成形不良の発生がより確実に回避されることとなる。

上記したように、この実施例では、生産性を高めるために、上型１１及び下型１２が曲げ機構を兼ねている液圧成形装置１０を用いて液圧成形を行ったが、筒状部材Ｗに凹部Ｗｄが形成してあるので、皺や凹みなどの成形不良のない製品が得られることとなり、したがって、強度が低下することのほとんどない、車体構造部材に適した製品が得られることとなる。

そこで、図３に示すように、製品の湾曲部の湾曲終端（下型１２の湾曲形成部１２ｂの湾曲終端）から凹部の略中心までの距離をｍ、湾曲部の曲率半径をＲ、凹部の深さをＨ、筒状部材の略円形状断面における直径をＤとした場合において、凹部の深さＨを０．２×Ｄとしたときの湾曲終端から凹部までの距離ｍと湾曲部における皺の発生の有無との関係を調べたところ、表１に示す結果を得た。

また、湾曲終端から凹部までの距離ｍを０．３×Ｒとしたときの凹部の深さをＨと湾曲部における皺の発生の有無との関係を調べたところ、表２に示す結果を得た。

表１に示すように、筒状部材Ｗの製品の湾曲部以外の直線部に相当する部位で且つ湾曲部の湾曲終端から固定部分側（筒状部材Ｗの曲げ加工で変位しない中央側）において、０．２Ｒ≦ｍ≦０．５Ｒを満たす部位に凹部Ｗｄを配置した場合に、湾曲部に皺が発生しなかった。この範囲以外では湾曲部に皺が発生する結果となった。

一方、表２に示すように、０．１０Ｄ≦Ｈ≦０．４５Ｄを満たすべく凹部Ｗｄの深さを設定した場合に、湾曲部に皺が発生しなかった。この範囲以外では湾曲部に皺が発生する結果となった。

図６〜１０は、本発明の液圧成形方法の他の実施例を示しており、この実施例における液圧成形方法が、先の実施例の液圧成形方法と相違するところは、筒状部材Ｗに凹部Ｗｄを形成する凹部形成機構３０と、形状キャビティ１１ａ，１２ａに合わせるべく略円形状断面を有する筒状部材Ｗに曲げ加工を施す曲げ機構を備えた液圧成形装置１０Ａを用いる点にあり、他の構成は、先の実施例と同じである。

この場合、上型１１及び下型１２が曲げ機構を兼ねており、一方、凹部形成機構３０は、下型１２に配置されてこの下型１２から上型１１に向けて出没可能とした凹部形成型３１と、この凹部形成型３１の駆動手段としての凹部成形シリンダ３２を具備している。

この液圧成形方法では、図６に示すように、まず、略円形状断面を有する直線状の筒状部材Ｗを液圧成形装置１０Ａの上型１１及び下型１２間に投入して、昇降可能な部材保持部１３にセットした後、図７に示すように、上型１１を降下させる。

このとき、凹部形成機構３０の凹部形成型３１が下型１２から上型１１に向けて突出しているため、筒状部材Ｗに凹部Ｗｄが成形される。

次いで、図８に示すように、上型１１を降下させて上型１１及び下型１２を型締めして、凹部Ｗｄが形成された筒状部材Ｗを徐々に湾曲させると共に、凹部形成機構３０の凹部成形シリンダ３２を作動して、下型１２から上型１１に向けて突出していた凹部形成型３１を下型１２に埋没させる。

このとき、部材保持部１３とともに下降する筒状部材Ｗの両端が曲げ加工の作用点側であり、筒状部材Ｗの中央が曲げ加工で変位しない固定部分側となり、凹部Ｗｄは、筒状部材Ｗの製品の湾曲部以外の直線部に相当する部位で且つ湾曲部の湾曲終端から上記固定部分側に位置している。

そして、上型１１をさらに降下させて曲げ加工を進行させると、この曲げ加工による材料の余りが凹部付きの筒状部材Ｗの曲げ部内側に生じるが、この筒状部材Ｗの製品の湾曲部に相当する位置以外の部位に凹部Ｗｄが形成してあるので、材料余りが積極的に凹部Ｗｄに集中して折れ曲がりのような状態となってその深さが進行し、一方、筒状部材Ｗの製品の湾曲部に相当する位置には材料余りが生じない。

次に、図９に示すように、上型１１及び下型１２の型締めが完了した状態で、液圧付与機構２０の軸押しシリンダ２１を前進させて、その先端に取り付けたポンチ型２２で上型１１及び下型１２間に位置する凹部付き筒状部材Ｗの両端をシールするのに続いて、図示しない液圧発生装置から供給される加工液を高圧ホース２３及びポンチ型２２を介して凹部付き筒状部材Ｗの内部に注入し、この液圧を徐々に高めることによって、略円形状断面の筒状部材Ｗを上型１１及び下型１２に形成されたキャビティ１１ａ，１２ａの形状に成形する。

この際、図１０に示すように、液圧によって凹部Ｗｄが形状キャビティ１１ａ，１２ａまで膨らむので、皺や凹みなどの成形不良のない製品が得られることとなり、この実施例においても、筒状部材Ｗの製品の湾曲部以外の直線部に相当する部位で且つ湾曲部の湾曲終端から上記固定部分側に凹部Ｗｄを配置しているので、液圧によって凹部Ｗｄが形状キャビティ１１ａ，１２ａまで膨らみ易く、したがって、凹部Ｗｄの膨らみ不足による成形不良の発生がより確実に回避されることとなり、したがって、強度が低下することのほとんどない、車体構造部材に適した製品が得られることとなる。

上記した液圧成形方法では、略直線状を成す筒状部材Ｗを液圧成形装置１０Ａの上型１１及び下型１２間に投入し、これらの上型１１及び下型１２を型締めする段階で筒状部材Ｗに凹部Ｗｄを形成するのに続いて、形状キャビティ１１ａ，１２ａに合わせるべく筒状部材Ｗに曲げ加工を施すようにしているので、筒状部材Ｗを上型１１及び下型１２間に一旦セットするだけでよく、その結果、筒状部材Ｗの工程間の移動をなくしたり、曲げ加工工程を省略したりすることができる分だけ、生産性のより一層の向上及びコストの大幅な低減が図られることとなる。

また、上記した実施例では、下型１２に配置されてこの下型１２から上型１１に向けて出没可能とした凹部形成型３１と、この凹部形成型３１の駆動手段としての凹部成形シリンダ３２を具備した凹部形成機構３０を有する液圧成形装置１０Ａを用いているので、筒状部材Ｗに凹部Ｗｄを形成する装置を液圧成形装置１０Ａとは別に設置する必要がなく、その結果、省スペース化に寄与し得ると共に、湾曲部を有する製品の製作の自動化が実現可能となる。

上記した実施例では、２組の凹部形成機構３０を具備した液圧成形装置１０Ａを用いて液圧成形を行う場合を示したが、他の構成として、例えば、図１１に示すように、２組の凹部形成機構３０を一体化して成る凹部形成機構３０Ｂを具備した液圧成形装置１０Ｂを用いて液圧成形を行ってもよい。

本発明の液圧成形方法の一実施例を示す筒状部材に凹部を形成する際の動作説明図（ａ）及び（ｂ）である。（実施例１） 凹部が形成された筒状部材の側面説明図である。 図２に示した筒状部材を液圧成形装置にセットした状態の断面説明図である。 図３に示した液圧成形装置の型締め状態の断面説明図である。 図３に示した液圧成形装置の加工液注入中における断面説明図である。 本発明の液圧成形方法の他の実施例で用いる液圧成形装置に筒状部材をセットした状態の断面説明図である。（実施例２） 図６に示した液圧成形装置の凹部形成時における断面説明図である。 図６に示した液圧成形装置の型締め状態の断面説明図である。 図６に示した液圧成形装置の加工液注入開始時における断面説明図である。 図６に示した液圧成形装置の加工液注入中における断面説明図である。 本発明の液圧成形方法のさらに他の実施例で用いる液圧成形装置の断面説明図である。（実施例３）

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ 液圧成形装置
１１ 上型（曲げ機構）
１２ 下型（曲げ機構）
１１ａ，１２ａ 製品の形状キャビティ
２０ 液圧付与機構
３０ 凹部形成機構
３１ 凹部形成型
３２ 凹部成形シリンダ（駆動手段）
Ｗ 筒状部材
Ｗｄ 凹部
ｍ 湾曲部の湾曲終端から凹部の略中心までの距離
Ｒ 湾曲部の曲率半径
Ｈ 凹部の深さ
Ｄ 筒状部材の略円形状断面における直径

Claims (10)

1. 湾曲部を有する製品の形状キャビティが形成された上型及び下型間に筒状部材を投入し、これらの上型及び下型を型締めすると共に筒状部材の内部に加工液を注入して、筒状部材に液圧を加えながら所定形状に成形する液圧成形方法において、略直線状を成す筒状部材の製品の湾曲部に相当する位置以外の部位に凹部を形成するのに続いて、上記形状キャビティに合わせるべく筒状部材に曲げ加工を施した後、筒状部材に液圧を加えることを特徴とする液圧成形方法。
2. 略直線状を成す筒状部材の製品の湾曲部に相当する位置以外の部位に凹部を形成するのに続いて、この略直線状を成す筒状部材を上型及び下型間に投入して、これらの上型及び下型を型締めする段階で形状キャビティに合わせるべく筒状部材に曲げ加工を施し、上型及び下型が所定の型締め状態となった後に、筒状部材の内部に加工液を注入して、筒状部材に液圧を加えながら所定形状に成形する請求項１に記載の液圧成形方法。
3. 略直線状を成す筒状部材を上型及び下型間に投入して、これらの上型及び下型を型締めする段階で筒状部材に凹部を形成するのに続いて、形状キャビティに合わせるべく筒状部材に曲げ加工を施し、上型及び下型が所定の型締め状態となった後に、筒状部材の内部に加工液を注入して、筒状部材に液圧を加えながら所定形状に成形する請求項１に記載の液圧成形方法。
4. 筒状部材における製品の湾曲部以外の直線部に相当する部位で且つ湾曲部の湾曲終端から曲げ加工時における筒状部材の変位しない固定部分側に凹部を形成した請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の液圧成形方法。
5. 湾曲部の湾曲終端から凹部の略中心までの距離をｍ、湾曲部の曲率半径をＲとした場合、０．２Ｒ≦ｍ≦０．５Ｒを満たす位置に凹部を形成した請求項４に記載の液圧成形方法。
6. 凹部の深さをＨ、筒状部材の略円形状断面における直径をＤとした場合、０．１０Ｄ≦Ｈ≦０．４５Ｄを満たすべく凹部の深さを設定した請求項１〜５のいずれか一つの項に記載の液圧成形方法。
7. 湾曲部を有する製品の形状キャビティを具備した上型及び下型と、これらの上型及び下型間に投入した筒状部材の内部に加工液を注入して筒状部材に液圧を加える液圧付与機構を備えた液圧成形装置において、上記筒状部材の製品の湾曲部に相当する位置以外の部位に凹部を形成する凹部形成機構と、上記形状キャビティに合わせるべく略円形状断面を有する筒状部材に曲げ加工を施す曲げ機構を設けたことを特徴とする液圧成形装置。
8. 上型及び下型が曲げ機構を兼ねている請求項７に記載の液圧成形装置。
9. 凹部形成機構は、下型に配置した凹部形成型を具備している請求項７又は８に記載の液圧成形装置。
10. 凹部形成機構は、下型に配置されてこの下型から上型に向けて出没可能とした凹部形成型と、この凹部形成型の駆動手段を具備している請求項７〜９のいずれか一つの項に記載の液圧成形装置。

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