JP2006255709A - 液圧成形方法および液圧成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】重ね合わせ板材として特殊な溶接形態を採用することなく、しかも工程数の増加を伴うことなく、膨出成形時の材料流入量の制御を行えるようにした液圧成形方法を提供する。
【解決手段】重ね合わせ板材１に端縁に非重合部として予め張り出し部１０ｃを形成しておく。上下型１，２の型締めをもって重ね合わせ板材１０を加圧拘束した状態で、最初に上下型１，２に付帯している曲げダイ４と曲げパンチ３との協働により張り出し部１０ｃをフランジ部１１として曲折成形する。それに続いて重ね合わせ板材１０への液圧導入により膨出成形を行う。成形途中でフランジ部１１を下型２のエッジ部１２に係止させて、材料流入量を規制する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、少なくとも二枚の金属板を重ね合わせた上で周囲に溶接を施した重ね合わせ板材をもって液圧にて中空状の成形品を膨出成形する液圧成形方法（ハイドロフォームまたは液圧バルジ成形方法とも称される）および液圧成形装置に関するものである。

周知のように、液圧成形方法は、金属板同士を重ね合わせた上でその周縁部に溶接を施した重ね合わせ板材を、凹部が設けられた一対の金型の型締め動作をもってその金型間に挟み込み、少なくとも重ね合わせ板材の周縁部を加圧拘束した状態でその重ね合わせ板材を形成している金属板同士の間に液圧をかけることにより、その金属板同士を膨出させて金型の凹部形状に合致した形状の中空状の成形品を成形することを基本とするものである。

そして、膨出成形の進行とともに、金型にて加圧拘束されている重ね合わせ板材の周縁部の材料が徐々に成形品の中央部へと引き込まれることになるのであるが、その材料流入を規制するものがないと材料流入量にばらつきが生じ、例えば材料流入量が大き過ぎるとしわ等の成形不良の発生を招くとともに、溶接部までが製品形状部として引き込まれて液圧を受けるようなことがあると、溶接部の剥がれ等の欠陥を招くことから、例えば特許文献１に記載のように、この材料流入量制御のために重ね合わせ板材の溶接部を積極的に盛り上げてビード状の盛り上がり部としておき、膨出成形の途中もしくは末期にて上記盛り上がり部を金型の一部に係止させることで材料流入量を制御する技術が提案されている。

また、別の例としては、特許文献２に記載のように、重ね合わせ板材の周縁部を折り曲げて湾曲部としておき、この湾曲部を膨出成形の途中もしくは末期にて金型の一部に係止させることで、同様に材料流入量を制御する技術が提案されている。
特開２００２−９６１１６号公報（図１２） 特開２００３−１２６９２２号公報（図１２）

前者の技術では、通常のすみ肉溶接と異なりフィラー等を併用しながら溶接ビードを積極的に盛り上げて盛り上がり部を形成する必要があるため、溶接時間が長くなるだけでなく溶接設備の初期投資も大きくなり、重ね合わせ板材そのもののコストアップのために液圧成形本来のコストメリットが相殺されてしまうこととなって好ましくない。

また、後者の技術では、重ね合わせ板材の製造後であって液圧成形の前に、湾曲部の成形を目的として別途曲げ加工を施す必要があり、工程数の増加によりコストアップが余儀なくされる。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、特に重ね合わせ板材として特殊な溶接形態を採用することなく、しかも工程数の増加を伴うことなく、膨出成形時の材料流入量の制御を行えるようにした液圧成形方法と液圧成形装置を提供しようとするものである。

請求項１に記載の発明は、金属板同士を重ね合わせてその外周部に溶接を施した重ね合わせ板材を凹部が設けられた一対の金型の型締め動作をもってその金型間に挟み込み、重ね合わせ板材を形成している金属板同士の間に液圧をかけることにより、その金属板同士を膨出させて金型の凹部形状に合致した形状の成形品を成形する方法であることを前提とする。

その上で、一対の金型間に重ね合わせ板材を投入したならば最初に金型に付帯させてある曲げ手段にてその重ね合わせ板材に縁曲げを施して係止突起を曲折成形し、その縁曲げに続いて膨出成形に移行する一方で、膨出成形の途中から上記係止突起を金型の一部に係止させることにより、成形の進行に伴う材料流入量を規制しながら膨出成形を行うことを特徴とする。

この場合、請求項２に記載のように、重ね合わせ板材は少なくとも二枚の金属板同士の周縁部をオフセットさせた状態で重ね継手の形態をもってすみ肉溶接を施しておき、すみ肉溶接部よりも外側の非重合部分を係止突起として曲折成形するものとする。

また、上記縁曲げとしては、請求項３に記載のように、重ね合わせ板材の周縁部に非重合部分をほぼ直角に折り曲げることにより係止突起として機能するフランジ部を曲折成形する。もしくは、請求項４に記載のように、重ね合わせ板材の周縁部の非重合部分をほぼ直角に折り曲げることによりフランジ部を曲折成形した上で、さらにこのフランジ部を折り返すことにより係止突起として機能する折り重ねフランジ部を曲折成形する。

請求項９に記載の発明は、請求項２〜４のいずれかに記載の液圧成形方法に用いる液圧成形装置であって、曲げ手段として、重ね合わせ板材の着座面として機能するように一方の金型に設けた曲げダイと他方の金型に設けた曲げパンチとを備えていて、型締め状態で曲げダイと曲げパンチとが噛み合うことで非重合部分をもってフランジ部を曲折成形するように構成してなり、さらに、フランジ部の曲折成形完了後であって膨出成形の開始前に、少なくとも曲折成形されたフランジ部の高さ分だけ曲げダイが反フランジ部側に退避動作するようになっていることを特徴とする。

したがって、少なくとも請求項１，９に記載の発明では、金型にて重ね合わせ板材を加圧拘束した状態で最初に重ね合わせ板材に対して縁曲げを施して係止突起部を形成し、その状態のままで従来と同様に液圧を付与して重ね合わせ板材を膨出成形する。すると、膨出成形の途中から上記係止突起が金型の一部に係止するようになり、その係止状態が抵抗となって成形の進行に伴う材料流入量が規制もしくは調整されることになる。

請求項１，９に記載の発明によれば、金型にて重ね合わせ板材を加圧拘束した状態で、膨出成形に先立って重ね合わせ板材の縁曲げが施されるので、従来のように特殊な溶接形態による盛り上がり部を形成する必要もなければ、別工程にて重ね合わせ板材の周縁部に曲げ加工を施す必要もなく、従来と同様の材料流入調整機能を有しながらも工数もしくは工程数の削減により大幅なコストダウンを図ることが可能となる。

図１，２は発明のより具体的な実施の形態としてその成形手順を示す工程説明図である。

図１の（Ａ）において、液圧成形のための金型として、可動型として機能する上型１と固定型として機能する下型２とを対向配置してあり、これらの上下型１，２にはそれぞれに成形品形状に忠実な凹部１ａ，２ａを形成してある。

上型１には縁曲げ加工の一形態であるフランジ曲げ加工のための曲げ手段として上下動可能な曲げパンチ３を配置してあるとともに、下型２には同様に曲げ手段としての上下動可能な曲げダイ４を曲げパンチ３と対向配置してある。上型１側の曲げパンチ３は油圧シリンダ等の直動型アクチュエータ５のピストンロッドに中間ロッド６を介して連結してあり、直動型アクチュエータ５の伸縮作動に応じて曲げパンチ３が所定ストロークのもとで上下動することになる。同様に下型２側の曲げダイ４は中間ロッド７を介して油圧シリンダ等の直動型アクチュエータ８のピストンロッドに連結してあり、直動型アクチュエータ８の伸縮作動に応じて曲げダイ４がストロークＳのもとで上下動することになる。

そして、同図（Ｂ）に示すように、上下型１，２の型締め状態において曲げダイ４を上動させる一方で曲げパンチ３を下降させた時には両者が噛み合って、後述するように重ね合わせ板材１０の周縁部にフランジ曲げ加工を施すことになる。なお、図１の（Ｂ），（Ｃ）および図２の（Ａ），（Ｂ）では直動型アクチュエータ５，８を図示省略してある。また、曲げパンチ３および曲げダイ４は、後述する溶接ビードＢｅの閉ループ形状に応じた環状のものであってもよく、あるいは溶接ビードＢｅの長手方向に沿っていくつかに分割されたものであってもよい。

上記液圧成形に供される素材としての重ね合わせ板材１０は、従来と同様に例えば鋼板である平板状の下板１０ａと上板１０ｂとを重ね合わせて、重ね継手の形態をもってその周縁部に溶接部たる溶接ビードＢｅにて閉ループ状に連続したすみ肉溶接を施したものである。本実施の形態では、例えば下板１０ａと上板１０ｂとの周縁部を積極的にオフセットさせるべく、下板１０ａよりも上板１０ｂの大きさを一回り小さな大きさとし、溶接ビードＢｅによるすみ肉溶接をもって下板１０ａと上板１０ｂとを溶接接合してある。ただし、溶接ビードＢｅは上板１０ｂより盛り上がることがないように、その上板１０ｂと面一状態となるように形成してある。その結果、下板１０ａと上板１０ｂとの大きさの違いのために溶接ビードｂｅよりも外側に非重合部分として単板状の張り出し部１０ｃを予め設定してある。

図１（Ａ）に示すように、曲げダイ４が上昇している下型２の上に重ね合わせ板材１０を投入して、曲げダイ４を着座面としてその重ね合わせ板材１０を位置決めしたならば、同図（Ｂ）に示すように上型１を下降させて型締めして、上下型１，２により重ね合わせ板材１０を加圧拘束する。この加圧拘束状態で曲げパンチ３を下降させて、その曲げパンチ３と曲げダイ４との噛み合いをもって重ね合わせ板材１０の周縁部の張り出し部１０ｃに縁曲げを施して係止突起としてのフランジ部１１を曲折成形する。

フランジ部１１を曲折成形したならば、同図（Ｃ）に示すように下型２側の曲げダイ４を下降動作にて退避させるとともに、上型１側の曲げパンチ３を上昇動作にて同様に退避させ、従来と同様に重ね合わせ板材１０の下板１０ａと上板１０ｂとの間に液圧を導入して徐々に膨出させる。

ここで、下型２側の曲げダイ４の昇降ストロークＳはフランジ部１１の高さと同程度もしくはそれよりもわずかに大きく設定してあり、上記のように曲げダイ４が下降した場合にはフランジ部１１の先端は曲げダイ４に対してわずかに接するかもしくは非接触状態となる。

続いて、図２の（Ａ）に示すように、液圧の導入に伴って重ね合わせ板材１０が徐々に膨出する過程では、重ね合わせ板材１０の周縁部の材料が凹部１ａ，２ａ側に流入し、やがては重ね合わせ板材１０の端縁のフランジ部１１が下型２のエッジ部１２に引っ掛かるようになる。

こうしてフランジ部１１が下型２のエッジ部１２に引っ掛かるようになると、以降の凹部１ａ，２ａ側への材料流入が規制されて、最終的には既に凹部１ａ，２ａ側に流入している材料の伸び変形のみによって膨出成形が完了する。その結果として上下型１，２の凹部１ａ，２ａの形状に忠実な中空状の成形品Ｐが成形される。

このように本実施の形態によれば、上下型１，２の型締めによる重ね合わせ板材１０の加圧拘束状態において、膨出成形に移行する前に曲げダイ４と曲げパンチ３との協働によりフランジ部１１を曲折成形することで、フランジ部１１による材料流入量の規制効果が発揮されるようになる。

図３〜５は本発明の第２の実施の形態を示し、先の第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。

すなわち、図３の（Ａ），（Ｂ）は図１の（Ａ），（Ｂ）と共に同一であって、それに続く図４の（Ａ）に示すように、曲げ手段としての曲げダイ４および曲げパンチ３とは別に、同じく曲げ手段としての折り返しダイ１３を待機させてある。この折り返しダイ１３図示しないは油圧シリンダ等の直動型アクチュエータの伸縮作動、または上型１の昇降動作に連動するカム駆動機構により、曲折成形後のフランジ部１１に対して進退移動可能となっている。

そして、同図に示すように、フランジ部１１が曲折成形された後に曲げダイ４および曲げパンチ３が退避したならば、それらに代わって折り返しダイ１３が前進動作して、同図（Ｂ）に示すように先に曲折成形されているフランジ部１１をさらに折り返して、係止突起として機能する折り重ねフランジ部２１を曲折成形する。

こうして、折り重ねフランジ部２１が成形されたならば折り返しダイ１３が退避動作し、以降は図５の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように図１の（Ｃ）および図２とと同様の手順で膨出成形が行われる。

この場合、膨出成形の進行過程で上記折り重ねフランジ部２１が係止突起として下型のエッジ部１２に引っ掛かることで、先のフランジ部１１と同様の材料流入量の規制機能が発揮される。

（Ａ）〜（Ｃ）共に本発明に係る液圧成形方法の第１の実施の形態としてその成形手順を示す工程説明図。 （Ａ），（Ｂ）共に図１に続く成形手順の工程説明図。 （Ａ），（Ｂ）共に本発明に係る液圧成形方法の第２の実施の形態としてその成形手順を示す工程説明図。 （Ａ），（Ｂ）共に図３に続く成形手順の工程説明図。 （Ａ）〜（Ｃ）共に図４に続く成形手順の工程説明図。

符号の説明

１…上型（金型）
１ａ…凹部
２…下型（金型）
２ａ…凹部
３…曲げパンチ（曲げ手段）
４…曲げパンチ（曲げ手段）
１０…重ね合わせ板材
１０ａ…下板
１０ｂ…上板
１０ｃ…張り出し部（非重合部分）
１１…フランジ部（係止突起）
１３…折り返しダイ（曲げ手段）
２１…折り重ねフランジ部（係止突起）
Ｂｅ…溶接ビード（すみ肉溶接部）

Claims (11)

1. 金属板同士を重ね合わせてその外周部に溶接を施した重ね合わせ板材を凹部が設けられた一対の金型の型締め動作をもってその金型間に挟み込み、重ね合わせ板材を形成している金属板同士の間に液圧をかけることにより、その金属板同士を膨出させて金型の凹部形状に合致した形状の成形品を成形する方法であって、
   一対の金型間に重ね合わせ板材を投入したならば最初に金型に付帯させてある曲げ手段にてその重ね合わせ板材に縁曲げを施して係止突起を曲折成形し、
   その縁曲げに続いて膨出成形に移行する一方で、
   膨出成形の途中から上記係止突起を金型の一部に係止させることにより、成形の進行に伴う材料流入量を規制しながら膨出成形を行うことを特徴とする液圧成形方法。
2. 重ね合わせ板材は少なくとも二枚の金属板同士の周縁部をオフセットさせた状態で重ね継手の形態をもってすみ肉溶接を施しておき、すみ肉溶接部よりも外側の非重合部分を係止突起として曲折成形することを特徴とする請求項１に記載の液圧成形方法。
3. 上記縁曲げとして、重ね合わせ板材の周縁部の非重合部分をほぼ直角に折り曲げることにより係止突起として機能するフランジ部を曲折成形することを特徴とする請求項２に記載の液圧成形方法。
4. 上記縁曲げとして、重ね合わせ板材の周縁部の非重合部分をほぼ直角に折り曲げることによりフランジ部を曲折成形した上で、さらにこのフランジ部を折り返すことにより係止突起として機能する折り重ねフランジ部を曲折成形することを特徴とする請求項２に記載の液圧成形方法。
5. 一対の金型間に重ね合わせ板材を投入したならば金型同士の型締め状態をもって最初に縁曲げを施し、
   その縁曲げに続いて膨出成形に移行することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液圧成形方法。
6. 重ね合わせ板材の着座面として機能するように一方の金型に曲げ手段として設けた曲げダイと、同じく他方の金型に曲げ手段として設けた曲げパンチとが、型締め状態で互いに噛み合うことによって非重合部分をもってフランジ部を曲折成形することを特徴とする請求項３または４に記載の液圧成形方法。
7. フランジ部の曲折成形完了後であって膨出成形の開始前に、少なくとも曲折成形されたフランジ部の高さ分だけ曲げダイが反フランジ部側に退避動作することを特徴とする請求項６に記載の液圧成形方法。
8. 重ね合わせ板材の着座面として機能するように一方の金型に曲げ手段として設けた曲げダイと、同じく他方の金型に曲げ手段として設けた曲げパンチとが、型締め状態で互いに噛み合うことによって非重合部分をもってフランジ部を曲折成形する工程と、
   フランジ部の曲折成形完了後であって膨出成形の開始前に、少なくとも曲折成形されたフランジ部の高さ分だけ曲げダイが反フランジ部側に退避動作する工程と、
   曲げダイの退避状態で、曲げ手段としての折り返しダイがさらにフランジ部を折り返すことにより係止突起として機能する折り重ねフランジ部を曲折成形する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項４に記載の液圧成形方法。
9. 請求項２〜４のいずれかに記載の液圧成形方法に用いる装置であって、
   曲げ手段として、重ね合わせ板材の着座面として機能するように一方の金型に設けた曲げダイと他方の金型に設けた曲げパンチとを備えていて、
   型締め状態で曲げダイと曲げパンチとが噛み合うことで非重合部分をもってフランジ部を曲折成形するように構成してなり、
   さらに、フランジ部の曲折成形完了後であって膨出成形の開始前に、少なくとも曲折成形されたフランジ部の高さ分だけ曲げダイが反フランジ部側に退避動作するようになっていることを特徴とする液圧成形装置。
10. 上記曲げパンチが他方の型に進退移動可能に支持されていることを特徴とする請求項９に記載の液圧成形装置。
11. 請求項８に記載の液圧成形方法に用いる装置であって、
    曲げ手段として、重ね合わせ板材の着座面として機能するように一方の金型に設けた曲げダイと他方の金型に設けた進退移動可能な曲げパンチのほか、曲折成形後のフランジ部に向かって進退移動可能な折り返しダイを備えていて、
    型締め状態で曲げダイと曲げパンチとが噛み合うことで非重合部分をもってフランジ部を曲折成形するように構成してなり、
    さらに、フランジ部の曲折成形完了後であって膨出成形の開始前に、少なくとも曲折成形されたフランジ部の高さ分だけ曲げダイが反フランジ部側に退避動作するようになっているとともに、
    その曲げダイおよび曲げパンチの退避状態で、折り返しダイがフランジ部に向かって前進動作してフランジ部を折り返すことにより係止突起として機能する折り重ねフランジ部を成形するようになっていることを特徴とする液圧成形装置。

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