JP2007044714A - 中空状成形体の成形方法および成形装置並びに中空状成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】 中空状管材から複雑かつ不均一な断面形状を有する中空状成形体を成形するための成形方法を提供する。
【解決手段】 くぼみ部１４を有する中空状管材１０の内部に、液圧を付加し、膨出変形させることで、中空状成形体を成形するための液圧成形工程を有する。前記くぼみ部１４の位置と形状の少なくともいずれか一方は、前記中空状成形体の外面形状に対応し、前記中空状管材１０の軸方向に沿って変化している。
【選択図】 図９

Description

本発明は、中空状成形体の成形方法および成形装置並びに中空状成形体に関する。

近年、自動車分野においては、プレス成形体や鋼管を利用した成形体を、中空状管材を利用した成形体に転換し、部品数削減によるコスト削減や軽量化を図るため、アルミニウムの押出し成形方法や、アルミニウムの中空状管材を利用した液圧成形方法が、各種検討されている（例えば、特許文献１および２参照。）。
特開２０００−１３６５９６号公報 特開２００２−１１５３０号公報

しかし、特許文献１に記載の押出し成形方法は、押出し方向に沿って断面形状が変化する中空部材を、成形することが可能であるが、ねじれや屈曲形状を有する複雑かつ不均一な断面形状を付与することが、困難である問題を有する。

また、特許文献２に記載の液圧成形方法は、シャープなコーナー部を有する中空状液圧成形体を得ることが可能であるが、液圧成形の際に大きな伸びを必要とする複雑かつ不均一な断面形状を有する中空状部品に適用する場合、バーストの抑制が困難である問題を有する。

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、中空状管材から複雑かつ不均一な断面形状を有する中空状成形体を成形するための成形方法と成形装置、および、複雑かつ不均一な断面形状を有する中空状成形体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、
くぼみ部を有する中空状管材の内部に、液圧を付加し、膨出変形させることで、中空状成形体を成形するための液圧成形工程を有し、
前記くぼみ部の位置と形状の少なくともいずれか一方は、前記中空状成形体の外面形状に対応し、前記中空状管材の軸方向に沿って変化している
ことを特徴とする成形方法である。

上記目的を達成するための請求項１１に記載の発明は、
中空状成形体を成形するための成形装置であって、
くぼみ部を有する中空状管材の内部に、液圧を付加し、膨出変形させることで、中空状成形体を成形するための液圧成形手段を有し、
前記くぼみ部の位置と形状の少なくともいずれか一方は、前記中空状成形体の外面形状に対応し、前記中空状管材の軸方向に沿って変化している
ことを特徴とする成形装置である。

上記目的を達成するための請求項２１に記載の発明は、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の成形方法によって成形されたことを特徴とする中空状成形体である。

請求項１に記載の発明によれば、くぼみ部の存在により、中空状管材の断面周長が長くなっているため、膨出変形する部位において必要とされる伸び量は、くぼみ部を有しない場合に比べて小さくなる。また、くぼみ部の位置と形状の少なくともいずれか一方は、中空状成形体の外面形状に対応し、中空状管材の軸方向に沿って変化している。したがって、液圧成形工程において、大きな伸びを必要とする複雑かつ不均一な断面形状を、中空状管材に付与する場合であっても、バーストが抑制され、中空状成形体を、確実に得ることが可能である。つまり、中空状管材から複雑かつ不均一な断面形状を有する中空状成形体を成形するための成形方法を提供することができる。

請求項１１に記載の発明によれば、くぼみ部の存在により、中空状管材の断面周長が長くなっているため、液圧成形手段によって膨出変形させられる部位において必要とされる伸び量は、くぼみ部を有しない場合に比べて小さくなる。また、くぼみ部の位置と形状の少なくともいずれか一方は、中空状成形体の外面形状に対応し、中空状管材の軸方向に沿って変化している。したがって、液圧成形手段によって、大きな伸びを必要とする複雑かつ不均一な断面形状を、中空状管材に付与する場合であっても、バーストが抑制され、中空状成形体を、確実に得ることが可能である。つまり、中空状管材から複雑かつ不均一な断面形状を有する中空状成形体を成形するための成形装置を提供することができる。

請求項２１に記載の発明によれば、中空状管材から複雑かつ不均一な断面形状を有する中空状成形体が成形するための成形方法が適用されている。つまり、複雑かつ不均一な断面形状を有する中空状成形体を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、実施の形態１に係る中空状成形体を説明するための斜視図、図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに関する断面図、図３は、図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに関する断面図、図４は、図１の線ＩＶ−ＩＶに関する断面図は、図５は、図１に示される中空状成形体が適用される自動車部品を説明するための斜視図である。

実施の形態１に係る中空状成形体３０は、アルミニウム合金からなる中空状管材を素材として成形され、複雑かつ不均一な断面形状を呈し、外周面から突出しかつ軸方向に沿って延長するリブ３２を有する。アルミニウム合金は、例えば、５０００系、６０００系および７０００系である。

リブ３２は、例えば、リベット接合に利用可能であり、中空状成形体３０を、他の部材に取付けて固定することを容易にする。特に、アルミニウムと異種金属である鉄との溶接は困難であるため、リブ３２の形成は好ましい。

中空状成形体３０は、図２〜図４に示されるように、軸方向に沿って、断面形状が変化しかつ屈曲およびねじり変形しており、例えば、図５に示される自動車のレインフォースフロントピラーに適用される。中空状成形体３０は、多様な自動車デザインの造形に対応可能であり、レールルーフサイドインナー、レインフォースセンターピラー、シルインナーピラーなどの他の自動車部品に適用することも可能である。

図６は、図１に示される中空状成形体の成形方法を説明するための工程図、図７は、図１に示される中空状成形体の素材である中空状管材を説明するための斜視図、図８は、図７に示される中空状管材の断面図である。

中空状成形体３０の成形方法は、くぼみ形成工程、曲げ工程および液圧成形工程を有し、素材として中空状管材１０を利用する。

中空状管材１０は、例えば、５０００系、６０００系あるいは７０００系アルミニウム合金からなる押出し材であり、外周面から突出しかつ軸方向に沿って延長するリブ１２を有する。中空状管材１０の断面形状および軸方向は、一定であり、中空状管材１０の製造は、容易である。

図９は、図６に示されるくぼみ形成工程を説明するための斜視図、図１０は、図９の線Ｘ−Ｘに関する断面図、図１１は、図９の線ＸＩ−ＸＩに関する断面図、図１２は、図９の線ＸＩＩ−ＸＩＩに関する断面図である。

くぼみ形成工程において、中空状管材１０に、くぼみ部１４が形成される。くぼみ部１４は、液圧成形工程において膨出変形する部位に位置しており、中空状管材１０の断面周長を長くする機能を有する。したがって、膨出変形する部位において必要とされる伸び量は、くぼみ部１４を有しない場合に比べて小さくなる。例えば、中空状管材１０の断面周長は、くぼみ部１４の存在により、中空状成形体３０の断面周長と略同一、あるいは、数パーセント増となるように、設定される。

くぼみ部１４の位置と形状の少なくともいずれか一方は、中空状成形体３０の外面形状に対応し、中空状管材１０の軸方向に沿って変化している。

また、くぼみ形成工程において、中空状管材１０は、中空状成形体３０の断面を基準とする長手方向に、変形して伸ばされる。また、液圧成形工程において、液圧の付加を開始する際に、成形金型のキャビティ面と点接触し得る形状を有するように、中空状管材１０は、変形が付与される。

次に、くぼみ形成工程に係るくぼみ形成装置を説明する。図１３は、図１０に示される部位に係る金型キャビティ面の断面図、図１４は、図１１に示される部位に係る金型キャビティ面の断面図、図１５は、図１２に示される部位に係る金型キャビティ面の断面図である。

くぼみ形成装置（くぼみ形成手段）は、中空状管材１０に、くぼみ部１４を形成するために使用され、中空状管材１０を挟み込んで型締めするための側方型５１，６１からなる金型を有する。側方型５１，６１は、近接離間可能であり、くぼみ部１４に対応するキャビティ面５２，６２を有する。キャビティ面５２，６２は、中空状管材１０のリブ１２を収容するための凹部５３，６３を有する。

したがって、側方型５１，６１を離間させ、中空状管材１０を、キャビティ面５２，６２の間にセットし、リブ１２を凹部５３，６３に収容した後で、側方型５１，６１を近接させ、中空状管材１０を挟み込んで型締めすると、中空状管材１０は、キャビティ面５２，６２によって押圧されて変形し、くぼみ部１４が形成される。

なお、キャビティ面５２，６２の形状は、くぼみ部１４の形成に加えて、上記の断面形状の長手方向変形および点接触し得る形状を考慮して、設定されている。

図１６は、くぼみ形成工程に続く、曲げ工程を説明するための斜視図である。

曲げ工程においては、液圧成形工程の前において、くぼみ部１４が形成された中空状管材１０に対し、屈曲とねじり変形の少なくともいずれか一方が実行され、中空状成形体３０の外形と略一致する輪郭が付与される。

屈曲とねじり変形の少なくともいずれか一方を付与するための曲げ手段は、特に限定されず、管曲げ装置（パイプベンダー）を適用することが可能である。管曲げ装置は、例えば、中空状管材１０の曲げ予定部を、挟圧保持するための曲げ型およびクランプ部を有する。曲げ型は、中空状管材１０と接触する溝が外周面に形成され、かつ回転自在に配置される。クランプ部は、曲げ型と相対して配置され、曲げ型と一体に回転し、曲げ型の溝に沿ってパイプを曲げるために使用される。

なお、曲げ工程は、中空状管材１０の素材の加工性や、屈曲および／またはねじり変形の程度に応じて、適宜分割し、複数工程から構成したり、中空状成形体３０の形状に応じて、省略したりすることも可能である。

図１７は、曲げ工程に続く、液圧成形工程を説明するための断面図であり、液圧成形装置を示している。

液圧成形装置７０は、上型７１および下型８１からなる液圧成形金型、液圧成形金型の駆動機構（不図示）、金型を支持するベースプレート７３，８３、および液圧注入部９１を有する。上型７１および下型８１は、くぼみ形成工程および曲げ工程を経た中空状管材１０を、挟み込んで型締めするために使用される。

上型７１および下型８１は、駆動機構によって近接離間可能に配置されており、中空状成形体３０の外形形状に対応するキャビティ面７２，８２が形成されている。駆動機構は、液圧を付加する前に、中空状管材１０が内側に配置されている上型７１および下型８１を、型締めするための型締め手段である。

液圧注入部９１は、軸押しポンチ９２および軸押しポンチ９２に連結される軸押しシリンダ９５を有する。軸押しポンチ９２は、中空状管材１０の開口端部１６に挿入され、中空状管材１０の内部空間を密閉するための突出部９３を有する。

軸押しポンチ９２は、成形媒体を供給するための高圧ポンプから延長する配管系９６に連結され、成形媒体を押出し材１０に供給するための供給路９４が形成されている。成形媒体は、例えば水である。

くぼみ形成装置によって形成されるくぼみ部１４の存在により、中空状管材１０の断面周長が長くなっているため、液圧成形装置７０によって膨出変形させられる部位において必要とされる伸び量は、くぼみ部１４を有しない場合に比べて小さくなる。また、くぼみ部１４の位置と形状の少なくともいずれか一方は、中空状成形体３０の外面形状に対応し、中空状管材１０の軸方向に沿って変化している。したがって、液圧成形装置７０によって、大きな伸びを必要とする複雑かつ不均一な断面形状を、中空状管材１０に付与する場合であっても、バーストが抑制され、中空状成形体３０を、確実に得ることが可能である。

次に、液圧成形工程を説明する。図１８は、液圧成形工程における型締めを説明するための断面図である。

まず、中空状管材１０を、下型８１のキャビティ面８２にセットする。その後、上方の待機位置の上型７１を降下させ、上型７１および下型８１によって、中空状管材１０を挟み込んで型締めする。この際、中空状管材１０は、キャビティ面７２，８２と点接触する。

そして、軸押しシリンダ９５を作動させ、軸押しポンチ９２を前進させる。中空状管材１０の開口端部１６は、軸押しポンチ９２の突出部９３により拡張されると共に、上型７１および下型８１によって規制される。そのため、中空状管材１０の開口端部１６は、軸押しポンチ９２に密着して、気密性が確保される。

その後、高圧ポンプを作動させて成形媒体の供給を開始する。成形媒体は、配管系９６および供給路９４を経由して、中空状管材１０の内部に供給される。

成形媒体の供給を継続し液圧が上昇することにより、中空状管材１０は徐々に膨出変形する。この際、中空状管材１０は、中空状成形体３０の断面を基準とする長手方向に、変形して伸びており、かつキャビティ面７２，８２と点接触しているため、直ちにキャビティ面７２，８２に張り付くことない。そのため、中空状成形体３０の断面形状が複雑であり、細長い場合であっても、適用が容易である。

そして、最終液圧に到達した後、所定時間保持される。これによって、中空状管材１０は、中空状成形体３０の外形形状に対応するキャビティ面７２，８２に、合致した形状まで膨出成形され、液圧成形が完了する。

この際、くぼみ部１４の存在により、中空状管材１０の断面周長が長くなっているため、液圧成形によって膨出変形する部位において必要とされる伸び量は、くぼみ部１４を有しない場合に比べて小さくなる。また、くぼみ部１４の位置と形状の少なくともいずれか一方は、中空状成形体３０の外面形状に対応し、中空状管材１０の軸方向に沿って変化している。

したがって、液圧成形工程において、大きな伸びを必要とする複雑かつ不均一な断面形状を、中空状管材１０に付与する場合であっても、バーストが抑制され、中空状成形体３０を、確実に得ることが可能である。

その後、高圧ポンプを停止し、中空状成形体３０の内部空間に存在する成形媒体を排出し、型開きされ、中空状成形体３０が取り出される。

以上のように、実施の形態１は、中空状管材から複雑かつ不均一な断面形状を有する中空状成形体を成形するための成形方法と成形装置、および、複雑かつ不均一な断面形状を有する中空状成形体を提供することが可能である。

なお、中空状成形体３０のリブ３２（中空状管材１０のリブ１２）は、必要に応じて、省略することも可能である。

図１９は、実施の形態２に係る成形方法を説明するための工程図、図２０は、実施の形態２に係る液圧成形装置を説明するための断面図である。なお、以下において、実施の形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。

実施の形態２においては、液圧成形装置１７０に投入される中空状管材１１０は、くぼみ形成工程および曲げ工程を経ておらず、断面形状および軸方向が、一定である。そのため、中空状管材１１０を、下型１８１のキャビティ面１８２にセットした後で、上型１７１を降下させ、上型１７１および下型１８１によって、中空状管材１１０を挟み込んで型締めする場合、中空状管材１１０は、キャビティ面１７２，１８２によって、押圧され、変形が引き起こされる。

したがって、中空状管材１１０の断面形状および／またはキャビティ面１７２，１８２の形状を適宜設定することによって、型締め工程つまり駆動機構による型締め動作の際に、キャビティ面１７２，１８２によって、中空状管材１１０を押圧し、くぼみ部を形成することが可能である。この際、中空状管材１１０が、中空状成形体の断面を基準とする長手方向に、変形して伸ばされ、かつ、成形金型のキャビティ面と点接触し得る形状を有するように、変形が付与することが好ましい。

以上のように、実施の形態２においては、液圧成形手段（液圧成形工程）がくぼみ形成手段（くぼみ形成工程）を含んでおり、くぼみ形成手段（くぼみ形成工程）が液圧成形手段（液圧成形工程）から独立している実施の形態１と異なっている。したがって、実施の形態２は、実施の形態１に比べて、装置コストの低減および生産工数の削減を図ることが可能である。

図２１は、実施の形態３に係る成形方法を説明するための工程図である。

実施の形態３は、くぼみ形成工程、曲げ工程、液圧成形工程（第１液圧成形工程）、熱処理工程および第２液圧成形工程を有しており、熱処理工程および第２液圧成形工程が追加されている。

熱処理工程においては、製品の要求特性に応じて、例えば、Ｔ５処理（冷却後人工時効硬化処理）やＴ６処理（体化処理後人工時効硬化処理）によって、成形性その他の性質を調整される。

第２液圧成形工程においては、熱処理工程を経ることで、形状精度の低下などの不具合を矯正するために、液圧成形が繰り返えされる。

以上のように、実施の形態３は、実施の形態１および実施の形態２に比べ、対応可能な製品の範囲を広げることが可能である。なお、第２液圧成形工程は、適宜省略することも可能である。

なお、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、中空状成形体の素材である中空状管材の材質は、アルミニウム以外の金属を適用することも可能である。また、中空状管材は、鋳物を適用することも可能である。

実施の形態１に係る中空状成形体を説明するための斜視図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩに関する断面図である。 図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに関する断面図である。 図１の線ＩＶ−ＩＶに関する断面図である。 図１に示される中空状成形体が適用される自動車部品を説明するための斜視図である。 図１に示される中空状成形体の成形方法を説明するための工程図である。 図１に示される中空状成形体の素材である中空状管材を説明するための斜視図である。 図７に示される中空状管材の断面図である。 図６に示されるくぼみ形成工程を説明するための斜視図である。 図９の線Ｘ−Ｘに関する断面図である。 図９の線ＸＩ−ＸＩに関する断面図である。 図９の線ＸＩＩ−ＸＩＩに関する断面図である。 くぼみ形成工程に係るくぼみ形成装置を説明するための断面図であり、図１０に示される部位に係る金型キャビティ面を示している。 くぼみ形成工程に係るくぼみ形成装置を説明するための断面図であり、図１１に示される部位に係る金型キャビティ面を示している。 くぼみ形成工程に係るくぼみ形成装置を説明するための断面図であり、図１２に示される部位に係る金型キャビティ面を示している。 くぼみ形成工程に続く、曲げ工程を説明するための斜視図である。 曲げ工程に続く、液圧成形工程を説明するための断面図であり、液圧成形装置を示している。 液圧成形工程における型締めを説明するための断面図である。 実施の形態２に係る成形方法を説明するための工程図である。 実施の形態２に係る液圧成形装置を説明するための断面図である。 実施の形態３に係る成形方法を説明するための工程図である。

符号の説明

１０・・中空状管材、
１２・・リブ、
１４・・くぼみ部、
１６・・開口端部、
３０・・中空状成形体、
３２・・リブ、
５１，６１・・側方型、
５２，６２・・キャビティ面、
５３，６３・・凹部、
７０・・液圧成形装置、
７１・・上型、
７２・・キャビティ面、
７３・・ベースプレート、
８１・・下型、
８２・・キャビティ面、
８３・・ベースプレート、
９１・・液圧注入部、
９２・・ポンチ、
９３・・突出部、
９４・・供給路、
９５・・シリンダ、
９６・・配管系、
１１０・・中空状管材、
１７０・・液圧成形装置、
１７１・・上型、
１７２・・キャビティ面、
１８１・・下型、
１８２・・キャビティ面。

Claims (23)

1. くぼみ部を有する中空状管材の内部に、液圧を付加し、膨出変形させることで、中空状成形体を成形するための液圧成形工程を有し、
   前記くぼみ部の位置と形状の少なくともいずれか一方は、前記中空状成形体の外面形状に対応し、前記中空状管材の軸方向に沿って変化している
   ことを特徴とする成形方法。
2. 前記中空状管材は、押出し材であり、
   前記押出し材に、くぼみ部を形成するためのくぼみ形成工程を有することを特徴とする請求項１に記載の成形方法。
3. 前記くぼみ形成工程において、前記押出し材は、前記中空状成形体の断面を基準とする長手方向に、変形して伸ばされることを特徴とする請求項２に記載の成形方法。
4. 前記押出し材に、前記押出し材の軸方向に沿って、屈曲とねじり変形の少なくともいずれか一方を付与するための曲げ工程を有することを特徴とする請求項２に記載の成形方法。
5. 前記押出し材は、アルミニウム合金からなることを特徴とする請求項２に記載の成形方法。
6. 前記くぼみ部は、前記液圧成形工程において膨出変形する部位に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の成形方法。
7. 前記中空状管材は、前記液圧成形工程において、液圧の付加を開始する際に、成形金型のキャビティ面と点接触することを特徴とする請求項１に記載の成形方法。
8. 前記液圧成形工程は、前記くぼみ形成工程を含んでいることを特徴とする請求項２に記載の成形方法。
9. 前記くぼみ形成工程は、液圧を付加するために成形金型を型締めする際に、前記成形金型のキャビティ面によって、前記押出し材を押圧し、前記くぼみ部を形成することからなることを特徴とする請求項８に記載の成形方法。
10. 前記くぼみ形成工程は、前記液圧成形工程から独立していることを特徴とする請求項２に記載の成形方法。
11. 中空状成形体を成形するための成形装置であって、
    くぼみ部を有する中空状管材の内部に、液圧を付加し、膨出変形させることで、中空状成形体を成形するための液圧成形手段を有し、
    前記くぼみ部の位置と形状の少なくともいずれか一方は、前記中空状成形体の外面形状に対応し、前記中空状管材の軸方向に沿って変化している
    ことを特徴とする成形装置。
12. 前記中空状管材は、押出し材であり、
    前記押出し材に、くぼみ部を形成するためのくぼみ形成手段を有することを特徴とする請求項１１に記載の成形装置。
13. 前記くぼみ形成手段は、前記押出し材を、前記中空状成形体の断面を基準とする長手方向に、変形させて伸ばすことを特徴とする請求項１２に記載の成形装置。
14. 前記押出し材に、前記押出し材の軸方向に沿って、屈曲とねじり変形の少なくともいずれか一方を付与するための曲げ手段を有することを特徴とする請求項１２に記載の成形装置。
15. 前記押出し材は、アルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１２に記載の成形装置。
16. 前記くぼみ部は、前記液圧成形手段によって膨出変形させられる部位に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の成形装置。
17. 前記中空状管材は、前記液圧成形手段によって液圧の付加を開始する際に、成形金型のキャビティ面と点接触し得る形状を有することを特徴とする請求項１１に記載の成形装置
18. 前記液圧成形手段は、前記くぼみ形成手段を含んでいることを特徴とする請求項１２に記載の成形装置。
19. 前記くぼみ形成手段は、成形金型を型締めするための型締め手段からなり、液圧を付加するために、成形金型を型締めする際に、前記成形金型のキャビティ面によって、前記押出し材を押圧し、前記くぼみ部を形成することを特徴とする請求項１８に記載の成形装置。
20. 前記くぼみ形成手段は、前記液圧成形手段から独立していることを特徴とする請求項１２に記載の成形装置。
21. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の成形方法によって成形されたことを特徴とする中空状成形体。
22. 自動車部品に適用されることを特徴とする請求項２１に記載の中空状成形体。
23. 前記自動車部品は、ピラーであることを特徴とする請求項２２に記載の中空状成形体。

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