JP2006263752A - 液圧成形方法と装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中空の被成形体の一部を外方により大きく膨出させることができ、被成形体の板厚に左右されず、シワや板厚減少が生じない、設備コストの点でも有利な液圧成形方法を提供する。
【解決手段】成形型Ｋ内に中空の被成形体１を配置し、被成形体１の内部に液圧を加えつつ軸圧縮力を作用させ、被成形体１の一部を外方に膨出成形する液圧成形方法であって、成形型Ｋを、被成形体１に接する部分型１０ｂ，１１ｂと、部分型以外の本体型１０ａ，１１ａに分割し、部分型１０ｂ，１１ｂを被成形体１の軸方向に振動させながら成形を行なうことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、中空の被成形体の内部に液圧を加えつつ軸圧縮力を作用させ、被成形体の一部を外方に膨出成形させる液圧成形方法と装置に関する。

例えば、エギゾーストマニホールドや水道の蛇口などに使用される分岐管は、液圧成形法を利用して成形することがある。この成形方法は、ハイドロフォーミング法とも称され、成形型間に成形用の金属パイプを配置し、金属パイプの内部に液圧を加えつつ金属パイプの両端部に軸圧縮力を加え、成形型の一部に設けられた開口部より金属パイプの一部を外方に膨出させるとき、膨出に伴う板厚の低減を補って成形する方法である。

しかし、この成形方法では、金属パイプと成形型との間に作用する摩擦力により、軸圧縮力による金属パイプの移動が妨げられ、膨出部の板厚が低減する虞がある。

このため、下記特許文献１では、金属パイプの内部に作用させる液圧を周期的に変動させるハンマリング機構により金属パイプと成形型との間に作用する摩擦力を調整し、軸圧縮力による金属パイプの移動を容易にし、膨出部の板厚低減を防止している。

また、下記特許文献２では、静止摩擦よりも動摩擦の方が小さいことを利用して、金属パイプに直接加振機により振動を与え、軸圧縮力による金属パイプの移動を容易にしている。
特開２００１−２１２６２９号公報（要約、図１参照） 特開２００２−３３１３１９号公報（要約、図１参照）

しかし、特許文献１のハンマリング機構は、加圧源のほかに、圧力調整装置などの付帯設備を必要とすることから、設備コストが掛かる点で問題がある。

また、特許文献２の成形方法は、軸方向の長さが比較的短い金属パイプの場合は、良好な結果が得られるが、長尺なものになると、金属パイプの弾性により振動が減衰し、金属パイプ全体にわたって容易に移動せず、良好な結果が得られないという不具合がある。

特に、この液圧成形方法では、金属パイプに成形する膨出部が大きく外方に膨出させることがより好ましいが、板厚が薄い金属パイプであれば、シワが生じるのみでなく、振動減衰が生じやすくなり、実質的に金属パイプが容易に移動せず、膨出部の先端角部に割れが生じ、膨出高さも小さなものとなる虞がある。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、中空の被成形体の一部を外方により大きく膨出させることができ、被成形体の板厚に左右されず、シワや板厚減少が生じない、設備コストの点でも有利な液圧成形方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、成形型内に中空の被成形体を配置し、前記被成形体の内部に液圧を加えつつ軸圧縮力を作用させ、前記被成形体の一部を外方に膨出成形する液圧成形方法であって、前記成形型を、前記被成形体に接する部分型と、当該部分型以外の本体型とに分割し、前記部分型を前記被成形体の軸方向に振動させながら成形を行なうことを特徴とする液圧成形方法である。

上記目的を達成するための請求項３に記載の発明は、成形型内に中空の被成形体を配置し、前記被成形体の内部に液圧を加えつつ軸圧縮力を作用させ、前記被成形体の一部を外方に膨出成形する液圧成形装置であって、前記成形型を、前記被成形体に接する部分型と当該部分型以外の本体型とに分割し、前記部分型を前記被成形体の軸方向に加振機により振動させることを特徴とする液圧成形装置である。

本発明によれば、成形型を被成形体に接する部分型と、当該部分型以外の本体型とに分割し、部分型を被成形体の軸方向に振動させながら成形を行なうため、静止摩擦より小さい動摩擦が作用している状態の下で、被成形体を円滑に移動させることができ、膨出部の板厚の低減を防止できる。また、被成形体は部分型に支持された状態で成形されるので、被成形体の板厚に左右されず、シワや板厚減少が生じない成形が可能となる。さらに、圧力調整装置などのような高価な付帯設備を必要としないため、設備コストの点でも有利な液圧成形が可能となる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明の実施形態に係る成形装置を示す断面図、図２は図１の２−２線に沿う断面図、図３は図１の３−３線に沿う断面図、図４は本体型と部分型との連結構造の一例を示す概略斜視図である。なお、図中同一機能を発揮する部材には同一符号を付している。

本実施形態は、自動車用のエギゾーストマニホールドを成形する場合の予備成形品を成形するもので、基管から分岐部が分岐されたものを成形する。被成形体１としては、一端から他端まで同径で所定長の直管である金属パイプが使用される。

図１に示すように、被成形体１は、上下一対の成形型Ｋ間に設置されるが、両端にそれぞれ軸押しポンチ２が嵌合された状態で液圧成形される。軸押しポンチ２は、先端部に被成形体１の肉厚ｔ分の段部３が形成され、被成形体１に入り込んだ状態で確実に被成形体１の内面に当接している。軸押しポンチ２内には、液圧供給源４からの液圧が供給される液圧流通路５が形成され、外端部には被成形体１に軸圧縮力を作用させるための軸押しシリンダ６が連結されている。

成形型Ｋは、相互に近接離間可能にそれぞれボルスタ（図示せず）により支持された上型１０と下型１１とから構成され、両型１０，１１の上下合わせ面Ｂ１（図２参照）には被成形体１を受け入れる断面半円状の型面である凹部１２（図２，３参照）が形成されている。上型１０の略中央部には、図１，２に示すように、被成形体１の一部を外方に膨出させるための開口部Ｏ（膨出成形部）を有する膨出成形部１３が形成され、開口部Ｏ内には成長シリンダ１４が設けられている。

したがって、液圧供給源４から液圧を軸押しポンチ２の液圧流通路５を介して供給すれば、被成形体１の一部が膨出成形されることになる。なお、膨出成形部１３の開口部Ｏの内方口縁部１３ａは、膨出される被成形体１が円滑に入り込むことができるように円弧面とすることが好ましい。

一般に、物体を移動させる場合の摩擦は、静止摩擦よりも動摩擦の方が小さい。この点を利用して、本実施形態では、被成形体１に接する部分を液圧成形時に振動させ、軸圧縮力による被成形体１の移動を円滑にしている。

さらに詳述する。本実施形態では、上型１０および下型１１の被成形体１に接する部分を分割している。ここにおいて、分割された型の部分を、部分型１０ｂ，１１ｂと称し、これ以外の部分を本体型１０ａ，１１ａと称す。部分型１０ｂ，１１ｂは、本体型１０ａ，１１ａに対し摺動可能に支持され、被成形体１に対し軸方向に振動可能としている。

本実施形態の部分型１０ｂ，１１ｂは、図１に示すように、軸押しポンチ２の先端部を抱持する位置から膨出成形部１３の近傍まで伸延され、部分型１０ｂ，１１ｂの軸方向側端面と本体型１０ａ，１１ａとの間には、被成形体１の軸線に対し直交するように隙間Ｇが形成されている。また、部分型１０ｂ，１１ｂの外端部には、加振機１５が連結され、加振機１５の作動により部分型１０ｂ，１１ｂのみが被成形体１の軸方向に振動することになる。なお、部分型１０ｂ，１１ｂの被成形体１と当接する内方角部は、円弧面あるいは面取りすることが好ましい。

隙間Ｇの大きさは、液圧成形上重要である。動摩擦を生じさせるためのみの振動であれば、どのような大きさの振幅を有するものでもよく、隙間Ｇの大きさも振幅に対応する大きさであればよいが、隙間Ｇの大きさを不必要に大きくすると、液圧成形時に加えられた液圧により被成形体１の一部が隙間Ｇ内に入り込んだり、座屈の起点になり、シワなどが発生する要因となる。このため、隙間Ｇは、不必要に大きくすることはできないが、実質的には被成形体１の肉厚ｔよりも小さければよい。

実験を行なった結果では、部分型１０ｂ，１１ｂと本体型１０ａ，１１ａとの間の隙間Ｇの大きさは、被成形体１の肉厚ｔの１／３〜１／２程度であればよいことが判明している。振幅が１／２ｔよりも大きいと、内圧を掛けたとき、被成形体１の一部が隙間Ｇに入り込んだり、座屈の起点になり、シワなどが発生する要因となり、振幅が１／３ｔよりも小さいと、十分な動摩擦を得ることができない虞がある。

なお、本実施形態では、両部分型１０ｂ，１１ｂの同じ振幅であるため、部分型１０ｂ，１１ｂの本体型１０ａ，１１ａに対する隙間Ｇの大きさも同じにしているが、両部分型１０ｂ，１１ｂの振幅を相違させる場合あるいは被成形体１の外径が膨出部１３の両側で相違する場合には、各部分型１０ｂ，１１ｂの振幅を相互に相違させてもよい。

部分型１０ｂ，１１ｂの本体型１０ａ，１１ａに対する保持構成は、部分型１０ｂ，１１ｂが軸方向に振動可能で、型を開閉する場合に本体型１０ａ，１１ａとともに作動するものであれば、どのような構成であってもよい。例えば、本体型１０ａ，１１ａに断面鳩尾状の溝を形成し、部分型１０ｂ，１１ｂに動溝に凹凸嵌合する突部を形成してもよく、また、本体型１０ａ，１１ａと部分型１０ｂ，１１ｂとの脱着性を容易にするために、図３，４に示すような構成としてもよい。

部分型１０ｂ，１１ｂは、図４に示すように、外周面に被成形体１の軸方向に沿って断面Ｔ字状の直状溝１７と、これに連通し直角方向に伸びる分岐溝１８と、分岐溝１８の端部にボルト１９の頭部１９ａが挿通し得る大径部２０とを形成する。そして、本体型１０ａ，１１ａ側から突出されたボルト１６の頭部１７を大径部２０に嵌合し、分岐溝１８と直状溝１７に沿って移動させることにより部分型１０ｂ，１１ｂを本体型１０ａ，１１ａに取付けてもよい。このようにすれば、部分型１０ｂ，１１ｂは、直状溝１７とボルト１９の頭部１９ａとの嵌合した状態でも、少ない摺動摩擦抵抗で、被成形体１の軸方向に沿って振動可能で、かつ本体型１０ａ，１１ａに対し容易に脱着可能となる。

部分型１０ｂ，１１ｂは、図３に示すように、それぞれ軸直角断面が半円状をしているが、全体としては被成形体１の外周面に沿ってリング状に配置されている。リング状に配置すれば、被成形体１を外周面全体にわたって保持するので、被成形体１の支持が確実になり、また、両端から相互に対向するように作用させる軸圧縮力が被成形体１に効率的に作用させ、軸方向に移動することができる。被成形体１の一部が隙間Ｇに入り込んだり、座屈の起点になり、被成形体１に変形やシワを発生させることはない。

前記実施形態の本体型１０ａ，１１ａと部分型１０ｂ，１１ｂは、図３に示すように、型合せ面Ｂ１が水平面上に存在しているので、同時型開きが可能となり好ましいが、図５に示すように、部分型１０ｂ，１１ｂの型合せ面Ｂ１が垂直面上に存在している場合であってもよい。なお、この場合も、部分型１０ｂ，１１ｂを被成形体１の軸方向に振動させながら成形すれば、静止摩擦より小さい動摩擦が作用している状態の下で、被成形体１を円滑に移動させることができ、膨出部１ａの板厚の低減を防止できる。

本実施形態の部分型１０ｂ，１１ｂは、被成形体１と当接する範囲を大きくすると、より支持が確実になり、好ましい。例えば、図６，７に示すように、部分型１０ｂ，１１ｂが膨出部１ａの両側のみでなく、両部分型１０ｂ，１１ｂ間に中間連結部Ｒを設け、膨出部１ａの反対側の面が中間連結部Ｒの内面に当接するように構成すれば、より被成形体１と当接する範囲が大きくなり、被成形体１の支持がより確実になり、被成形体１の両端から軸圧縮力を加えても、被成形体１の移動が円滑となり、好ましい膨出成形が可能となる。

この場合の部分型１０ｂ，１１ｂの型合せ面は、図６に示す垂直面上の型合せ面Ｂ２又は図７に示す水平面上の型合せ面Ｂ１のいずれでもよいが、部分型１０ｂ，１１ｂの型合せ面と本体型１０ａ，１１ａの型合せ面とを同じ面上に位置させ、本体型１０ａ，１１ａと同時型開きを可能にすることが好ましい。

次に、作用を説明する。

まず、図１に示される被成形体１を、上型１０と下型１１との間に挟持する。この状態で、軸押しシリンダ６を駆動し、軸押しポンチ２を被成形体１の端部に押し込む。被成形体１の端部は、軸押しポンチ２により拡張されるが、上下の型１０，１１により規制され、軸押しポンチ２の段部３と密着し、シールされる。

ここで、いずれか一方の液圧供給源４から液圧を供給すると、対応する液圧流通路５を介して被成形体１の内部に供給され、内部に存在する空気が液圧と共に他方の液圧流通路５より外部に排出される。空気の排出が完了すると、図外の切換バルブを作動し、液圧供給源４より液圧を供給し、液圧成形を開始する。

液圧成形の開始と同時に軸押しシリンダ６が被成形体１に軸圧縮力を作用させるが、特に、本実施形態では、軸圧縮力を作用させつつ、加振機１５により部分型１０ｂ，１１ｂのみを被成形体１の軸方向に振動させる。

部分型１０ｂ，１１ｂが軸方向に振動すると、被成形体１と部分型１０ｂ，１１ｂとの間に作用する摩擦は、静止摩擦よりも小さい動摩擦が作用することになるので、被成形体１は、軸押しシリンダ６の軸圧縮力により内方に向って円滑に移動する。特に、部分型１０ｂ，１１ｂは、リング状に配置され、被成形体１の外周面全体にわたって支持しており、しかも被成形体１の軸方向比較的長い範囲を支持しているので、軸圧縮力が相互に対向して作用しても、被成形体１の一部が隙間Ｇに入り込んだり、座屈の起点になることもなく、被成形体１に効率的に作用し、被成形体１を両側端から中心に向って軸方向に移動させることができる。

この結果、被成形体１の一部が、開口部Ｏ内で成長シリンダ１４によりガイドされて外方に膨出し、膨出部１ａを形成しても、被成形体１の軸方向移動により材料流入が促進され、形成された膨出部１ａに局部的な板厚減少が生じることはなく、略均等な肉厚を有するものとなり、成形品質の均質化を図ることができる。

成形後は、上型１０と下型１１を相対的に離間させるが、部分型１０ｂ，１１ｂの型合せ面と本体型１０ａ，１１ａの型合せ面が同じ面上に位置していると、本体型１０ａ，１１ａに連結されている部分型１０ｂ，１１ｂは、上型１０と下型１１の移動に伴って移動し、被成形体１から離れる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、上述した実施形態は、膨出部１ａは、被成形体１に１箇所膨出成形したものであるが、場合によっては環状に膨出成形あるいは複数箇所同時に形成することも可能である。また、被成形体１は、必ずしも断面円形にもののみでなく、断面矩形状のものなど異形状のものもであってもよい。さらに、本体型１０ａ，１１ａと部分型１０ｂ，１１ｂとの間に形成した隙間Ｇは、被成形体１の軸線に対し直交して形成しているが、必ずしもこれのみでなく、傾斜して設けてもよい。

本発明は、自動車のエギゾーストマニホールドの予備成形品を成形する液圧成形方法で、形成した膨出部の板厚の低減を防止できる。

本発明の実施形態に係る成形状態を示す断面図である。 図１の２−２線に沿う断面図である。 図１の３−３線に沿う断面図である。 本体型と部分型との連結構造の一例を示す概略斜視図である。 部分型の型合せ面の変形例を示す概略斜視図である。 部分型の型合せ面の他の変形例を示す概略斜視図である。 部分型の型合せ面の別の変形例を示す概略斜視図である。

符号の説明

１…被成形体、
１ａ…膨出部、
１０…上型、
１１…下型、
１０ａ，１１ａ…本体型、
１０ｂ，１１ｂ…部分型、
１３…膨出成形部、
１５…加振機、
Ｋ…成形型。

Claims (7)

1. 成形型内に中空の被成形体を配置し、前記被成形体の内部に液圧を加えつつ軸圧縮力を作用させ、前記被成形体の一部を外方に膨出成形する液圧成形方法であって、
   前記成形型を、前記被成形体に接する部分型と、当該部分型以外の本体型とに分割し、前記部分型を前記被成形体の軸方向に振動させながら成形することを特徴とする液圧成形方法。
2. 前記被成形体は、金属パイプである請求項１に記載の液圧成形方法。
3. 成形型内に中空の被成形体を配置し、前記被成形体の内部に液圧を加えつつ軸圧縮力を作用させ、前記被成形体の一部を外方に膨出成形する液圧成形装置であって、
   前記成形型を、前記被成形体に接する部分型と当該部分型以外の本体型とに分割し、前記部分型を前記被成形体の軸方向に加振機により振動させることを特徴とする液圧成形装置。
4. 前記部分型は、前記被成形体の外方に膨出成形する膨出成形部以外の部分に設けたことを特徴とする請求項３に記載の液圧成形装置。
5. 前記部分型は、前記膨出成形部の両側部に設けられ、前記被成形体の外周面に沿うリング状をしたものである請求項３又は４に記載の液圧成形装置。
6. 前記部分型は、前記本体型の型合せ面と同じ面上に型合せ面が位置することを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の液圧成形装置。
7. 前記被成形体は、金属パイプである請求項３〜６のいずれかに記載の液圧成形装置。

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