JP2006305577A - 液圧成形用金型及び部分強化成形製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部分強化成形製品の外形形状において補強部とそれ以外の部分との間の径の差や、補強部材による外形形状の変化を低減することができるとともに、補強部材の厚み変更に柔軟に対応することの可能な、部分強化成形製品の製造方法及びこれに用いる金型について提案する。
【解決手段】成形品１１と、該成形品１１に部分的に設けられた補強部１１ｂに固設された成形板材から成る補強部材１２とで構成される、部分強化成形製品１０を製造するにあたって、部分強化成形製品１０の外形形状より補強部材１２の全体形状を除いた形状の成形面２３を有し、該成形面２３のうち成形品１１の補強部１１ｂを成形する補強部成形面２４ａを、着脱可能な入子型２４で形成した成形用金型２０を用いて、金属素管３０を液圧成形加工して、成形品１１を成形した。
【選択図】図３

Description

本発明は、液圧成形加工（ハイドロフォーム加工）により成形された、部分的に強化部を備えた成形製品の製造方法、及び、これに供する液圧成形用金型に関する。

従来、金属素管（又は素板）、を上下一対の成形用金型内にセットし、この素管内に液体を導入し、液体に圧力を負荷するとともに、必要に応じて管端から軸方向に圧縮力を加えることにより、素管を膨出させて、金型内の成形形状に倣った管状製品を得る液圧成形加工（液圧バルジ加工）方法が知られている。

上記液圧成形加工にて成形された成形品には、部分的に高強度であることが要求される場合がある。この場合、肉厚の素管や高強度の素管を用いて強度を高めることができるが、製品の重量が増加したり、材料コストが嵩んだりするなどの問題が生じるため、成形品の強化が必要となる部分に強度の大きい別部材（補強部材）を溶接等により接合して強度を高める方法が採用されている。以下、成形品を補強部材にて補強したものを、『部分強化成形製品』と記載する。

しかし、液圧成形加工により成形された成形品の一部に、補強部材が溶接等により接合されて成る部分強化成形製品では、図５（ａ）に示すように、補強部材１２が成形品１１より膨出してしまう。従って、部分強化成形製品が取り付けられる周辺部材の形状等の制限を受けて、部分強化成形製品１０を所定の外径形状（Ｈ）とする必要がある場合には、図５（ｂ）に示すように、成形品１１の管径を小さくすることによって対応することとなり、部分強化成形製品１０のうち成形品１１に補強部材１２を溶接しない部分において所定の外径形状（Ｈ）との間に間隙が生じてしまうという不具合があった。また、図５（ａ）に示すように、部分強化成形製品１０において成形品１１に補強部材１２を溶接した部分と他の部分との間に管径の差が生じ、管形状が変形してしまうという不具合があった。

そこで、特許文献１では、金属素管（中空部材）の外側に補強素材を配置し、金属素管と補強素材との間に接着剤を介在させた状態で、成形用金型に挿入したのち、金属素管の中空部に高圧液体を注入して膨出させて、金型内の成形形状に倣った管状製品を得るバルジ成形技術が提案されている。この技術によれば、同一工程にて金属素管と補強素材とを成形して、一体的となった補強部材と成形品とから成る部分強化成形製品を得ることができ、また、部分強化成形製品は金型の成形形状に倣ったものとなる。

また、特許文献２では、金属素管を、その外径よりも大きい内径を有する補強素材（補強用金属管）内に挿入した状態で、この金属素管に液圧成形加工を施し、金属素管及び補強素材を同時に拡管する技術が提案されている。この技術によれば、接着剤による接着や溶接をすることなく、部分的に補強された異形環状製品を得ることができ、補強部材と一体的になった分強化成形品は金型の成形形状に倣ったものとなる。
特開平１１−５１２５号公報 特開２００１−３３４３１６号公報

上記特許文献１に記載の技術を用いた場合、液圧成形加工にて複雑な形状の成形品を成形する際には、予備プレスを行うことが一般的であるため、液圧成形加工を施す直前に、接着剤塗布を必要とする場合には、この接着剤を塗布することができないという課題が残る。また、金属素管と補強素材とは成形時に接着されるため、金属素管と補強部材とが位置ずれして予期せぬ位置に補強部材が接着される可能性がある。

また、上記特許文献２の技術を用いた場合、成形時に金属素管及び補強素材が拡管する際に、補強用素管が金属素管に当接する部分において、補強用素管の角が金属素管に当たった状態で加圧されるため、金属素管が破断する虞がある。また、成形不良の発生を防止するために、金属素管と補強素材との厚みの関係が限定されてしまう。そして、管状の成形品を環状の補強部材で補強することはできるが、補強部材が管状でない場合には、適応させることができない。

ところで、部分強化成形製品が取り付けられる周辺部材には、部分強化成形製品のための空間が定められていることがあり、この所定の空間内に部分強化成形製品を収めることになるが、一旦取り付けた部分強化成形製品の強度が不足していることが判明し、更に強度の高い補強部材を備えた部分強化成形製品に取り替える必要が生じることがある。この対応として、部分強化成形製品の設計変更を行う場合、先述のように、補強部材の板厚を大きくして、成形品を小さく成形することとなるが、新たな金型が必要となり、コストが嵩むという不具合がある。また、対応として、周辺部材の設計変更をした場合、周辺部材の形状変更が必要になってコストが嵩んだり、周辺部材によっては変更が不可能であったりするというような、不具合がある。

そこで、本発明では、上記背景技術と課題に鑑み、液圧成形加工の成形品を補強部材で補強した部分強化成形製品を製造するにあたって、部分強化成形製品の外形形状において補強部とそれ以外の部分との間の径の差や外形形状の変化を低減することができるとともに、補強部材の厚み変更に柔軟に対応することの可能な、部分強化成形製品の製造方法及びこれに用いる液圧成形用金型について提案する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、成形品に部分的に設けられた補強部に、成形板材から成る補強部材を固設して構成される部分強化成形製品の、該成形品を成形するための液圧成形用金型であって、前記金型の内部に形成される成形面のうち、成形品の補強部を成形する補強部成形面を、金型に対して着脱可能な入子型で形成したものである。

請求項２においては、前記金型の成形面を、部分強化成形製品の外形形状より補強部材の全体形状を除いた形状としたものである。

請求項３においては、成形品と、該成形品に部分的に設けられた補強部に固設された成形板材から成る補強部材とで構成される、部分強化成形製品の製造方法において、前記部分強化成形製品の外形形状より補強部材の全体形状を除いた形状の成形面を有し、該成形面のうち成形品の補強部を成形する補強部成形面を、着脱可能な入子型で形成した成形用金型を用いて、金属素管を液圧成形加工により成形して前記成形品を得るものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、入子型のみを交換することで、複数種類の成形品を得ることができるため、入子型の変更で、全体的な外形形状が略同一であって補強部材形状の異なる部分強化成形製品を製造することが可能となり、コストダウンに寄与することができる。

請求項２においては、成形品の補強部は補強部材の全体形状ぶんの凹部が形成され、該凹部に補強部材が嵌設されるので、成形品の非補強部と補強部材とによって形成される部分強化成形製品の外形形状において、補強部材が膨出することがなく、補強部材を備えることによる外形形状の変化を低減することができる。

請求項３においては、成形品の補強部は補強部材の全体形状ぶんの凹部が形成され、該凹部に補強部材が嵌設されるので、成形品の非補強部と補強部材とによって形成される部分強化成形製品の外形形状において、補強部材が膨出することがなく、補強部材を備えることによる外形形状の変化を低減することができる。また、入子型のみを交換することで、複数種類の成形品を得ることができるため、入子型の変更で、全体的な外形形状が略同一であって補強部材形状の異なる部分強化成形製品を製造することが可能となり、補強部材の厚み変更に柔軟に対応することができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施例に係る部分強化成形製品の断面図、図２は成形品を成形する成形用金型を示す図、図３は液圧成形加工時の成形用金型の様子を図である。図４は本発明の実施例に係る部分強化成形製品の断面図である。
図５は従来の部分強化成形製品の断面図である。

図１（ａ）（ｂ）に示すように、本発明に係る部分強化成形製品１０は、成形品１１と、該成形品１１に固定された補強部材１２とで構成される。部分強化成形製品１０は、補強部材１２にて成形品１１を部分的に補強したものであり、成形品１１に対して補強部材１２は溶接等によって固定される。このような部分強化成形製品１０は、例えば、サスペンションメンバーに用いられるサイドフレームやクロスメンバーなどの自動車の構造部材とすることができる。

前記部分強化成形製品１０を構成する補強部材１２は、プレス加工などによって、金属板材が断面略Ｌ字状や断面略コ字状などの成形品１１の補強部１１ｂに合わせた形状に成形された成形板材である。

また、部分強化成形製品１０を構成する成形品１１は、液圧成形加工にて成形されたものであり、非補強部１１ａと補強部１１ｂとが形成される。補強部材１２と成形品１１の非補強部１１ａにて、部分強化成形製品１０の所定の外形形状（設計に沿った部分強化成形製品１０の外形形状）が形成される。

非補強部１１ａは、成形品１１のうち補強を要しない部分であり、部分強化成形製品１０の外形形状の一部を形成する。該非補強部１１ａは、部分強化成形製品１０の所定の外形形状に倣って成形される。

一方、補強部１１ｂは、成形品１１のうち補強部材１２を固定して強度を向上させる部分であり、補強部材１２の形状に合わせて該補強部材１２の全体形状ぶんだけ、部分強化成形製品１０の外形形状よりも凹んだ形状に成形される。なお、成形品１１の補強部１１ｂと非補強部１１ａとの間には、成形品１１に加わる応力により非補強部１１ａと補強部１１ｂとの間に応力が集中することを回避するために、成形品１１を緩やかに屈曲させた形状移行部が形成される。

そして、この成形品１１の補強部１１ｂに形成された補強部材１２の全体形状ぶんの凹部に、補強部材１２が嵌設される。従って、成形品１１の非補強部１１ａと補強部材１２とによって形成される部分強化成形製品１０の外形形状において、補強部材１２が膨出することがなく、補強部材１２を備えることによる外形形状の変化を低減することができる。

続いて、上記部分強化成形製品１０の製造方法について説明する。

前述の通り、部分強化成形製品１０の成形品１１は、液圧成形加工にて成形される。図２に示すように、成形品１１を成形する成形用金型２０は、上下一対の上金型２１及び下金型２２と、該下金型２２に設けられた嵌合部２２ａに嵌設された入子型２４とで構成される。

上金型２１と下金型２２との合わせ面には、成形品が成形される成形形状の中空部が形成される。また、入子型２４はこの中空部における上金型２１または下金型２２に面して配置される。
この中空部の、上金型２１または下金型２２の内周面と、入子型２４の内周面とにより、成形用金型２０における、成形品１１の外形形状を成形する成形面２３が形成されている。
そして、この成形用金型２０の成形面２３において、少なくとも成形品１１の補強部１１ｂを成形する部分は、入子型２４により構成される。

すなわち、成形用金型２０の成形面２３は、部分強化成形製品１０の外形形状より補強部材１２の全体形状を除いた形状であって、そのうち、成形品１１の補強部１１ｂを成形する補強部成形面２４ａは、入子型２４にて形成される。

上述の構成の成形用金型２０において、その成形面２３内に金属素管３０が挿入され、該金属素管３０に液圧成形加工が施される。液圧成形加工では、金属素管３０内に液体が導入され、液体に圧力が負荷されるとともに、必要に応じて管端から軸方向に圧縮力が加えられることによって、図３に示すように、金属素管３０が膨出し、成形面２３の形状に倣った管状の成形品１１が得られる。そして、成形品１１の補強部１１ｂに、補強部材１２が溶接固定され、部分強化成形製品１０が製造される。

前記成形用金型２０の構成部材の一つである入子型２４は、下金型２２に対して着脱可能であり、異なる形状の補強部成形面２４ａを有する入子型２４と置換可能である。従って、同一の上金型２１と下金型２２とを用いて異なる補強部１１ｂの形状を有する成形品１１を成形することが可能である。

例えば、図１（ａ）に示す部分強化成形製品１０と、図１（ｂ）に示す部分強化成形製品１０とのように、全体的な外形形状が略同一であって、補強部材１２の厚みや形状など、補強部分の形状の異なるものを製造する場合には、成形用金型２０として、上下一対の上金型２１及び下金型２２と、二種類の入子型２４を用意すれば良い。

つまり、略同一の外形形状の部分強化成形製品１０であって、成形品１１の補強部１１ｂの形状のみが異なるものを成形する場合、二種類目以降の成形品を成形するに際して、上金型２１や下金型２２を新たに製作する必要はないのである。入子型２４は、上金型２１や下金型２２と比較して、安価に製作することができ、コストダウンに寄与することができる。

また、上述のように製造される部分強化成形製品１０は、図１（ａ）と図１（ｂ）とに示すように、補強部材１２の厚みを変化させた場合でも、略同一の外形形状を有するものとすることができる。よって、部分強化成形製品１０の強度変更をしても、該部分強化成形製品１０を固定する周辺部材の形状変更を不要とすることができ、部分強化成形製品１０の強度変更に柔軟に対応することができる。

なお、本実施例において、入子型２４は下金型２２に着脱可能に備えているが、上金型２１又は下金型２２のうち、いずれか一方、若しくは両方に設けることができる。また、一つの成形用金型２０に備える入子型２４の数は単数に限定されず、複数とすることもできる。さらに、本実施例に係る成形品１１は断面略矩形状であり、補強部材１２は断面コ字状であるが、本発明はこれらに限定されず、多様な形状の成形品１１及び補強部材１２とすることができる。

例えば、図４（ａ）に示すように、本発明に係る成形方法にて、断面Ｌ字状の補強部材１２を、略矩形閉断面管である成形品１１の各角部に固定した、断面略矩形状の部分強化成形製品１０を製造することもできる。この場合、上金型２１と下金型２２のそれぞれに入子型２４を嵌設し、少なくとも成形品１１の補強部１１ｂを成形する成形面を入子型２４で構成する。

また、例えば、図４（ｂ）に示すように、断面半円状の補強部材１２を、円形閉断面管である成形品１１に固定した、断面略円状の部分強化成形製品１０や、図４（ｃ）に示すように、断面半多角形状の補強部材１２を、多角形閉断面管である成形品１１に固定した、断面略多角形状の部分強化成形製品１０を、本発明に係る成形方法にて製造することができる。

なお、長尺の部分強化成形製品１０の場合、成形品１１の長手方向の少なくとも一部に、補強部１１ｂを形成し、該補強部１１ｂに補強部材１２を溶接固定することもできる。

本発明の実施例に係る部分強化成形製品の断面図。 成形品を成形する成形用金型を示す図。 液圧成形加工時の成形用金型の様子を図。 本発明の実施例に係る部分強化成形製品の断面図。 従来の部分強化成形製品の断面図。

符号の説明

１０ 部分強化成形製品
１１ 成形品
１１ａ 非補強部
１１ｂ 補強部
１２ 補強部材
２０ 成形用金型
２１ 上金型
２２ 下金型
２４ 入子型
２４ａ 補強部成形面

Claims (3)

1. 成形品に部分的に設けられた補強部に、成形板材から成る補強部材を固設して構成される部分強化成形製品の、該成形品を成形するための液圧成形用金型であって、
   前記金型の内部に形成される成形面のうち、成形品の補強部を成形する補強部成形面を、金型に対して着脱可能な入子型で形成した
   ことを特徴とする液圧成形用金型。
2. 前記金型の成形面を、
   部分強化成形製品の外形形状より補強部材の全体形状を除いた形状とした、
   請求項１に記載の液圧成形用金型。
3. 成形品と、該成形品に部分的に設けられた補強部に固設された成形板材から成る補強部材とで構成される、部分強化成形製品の製造方法において、
   前記部分強化成形製品の外形形状より補強部材の全体形状を除いた形状の成形面を有し、該成形面のうち成形品の補強部を成形する補強部成形面を、着脱可能な入子型で形成した成形用金型を用いて、
   金属素管を液圧成形加工により成形して前記成形品を得る
   ことを特徴とする部分強化成形製品の製造方法。
   

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