JP2007130664A - ハイドロフォーム加工用成形型及び加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】偏平率が高い製品形状であっても、製品形状や適用部位を制約したり、材料コストの増加を招いたりすることなく、軸押しによる増肉効果が十分に得られない部位においても、被加工物の割れや肉薄部の発生を防止することができるハイドロフォーム加工用成形型及び加工方法を提供すること。
【解決手段】下型２と上型３とからなる成形型１の成形面２ａ・３ａのうち、型締め過程または内圧による被加工物４の変形過程で被加工物４と接触して被加工物４の変形にともなう材料流動を抑制する部位に、成形面２ａ・３ａの他の部分よりも相対的に摩擦係数の低い低摩擦部を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車用部品などの製造に際して行われるハイドロフォーム加工に用いられる成形型及びハイドロフォーム加工方法に関する。

近年、例えば自動車用の排気系部品やサスペンション系部品などの製造に際して、ハイドロフォーム加工が行われている。ハイドロフォーム加工とは、金属管などの中空部材である被加工物を成形型の型間にセットし、成形型を型締めした後、被加工物の中空内部に液体を充填してそれに加圧することで内圧を与えることにより、被加工物を膨張させて成形型の成形面の形状に沿わせて変形させて成形を行うものである。
ハイドロフォーム加工においては、被加工物がその変形の限界を超えることにより、所定の成形形状（成形型の成形空間の形状）に達する前に割れが生じることがあるという問題がある。このようなハイドロフォーム加工における割れの発生を防止するための技術は種々提案されており、例えば次に挙げる特許文献１〜３に示されているようなものがある。

特許文献１には、ハイドロフォーム加工に用いられる金型において、被加工物である金属管との接触面、即ち金型の成形面に線状または点状の凹凸等を形成し、液体による内圧によって金型と金属管との間に発生する摩擦抵抗力を利用して金属管の肉流れを好ましい方向に案内することで、割れ等の発生を防止する技術が開示されている。
また、特許文献２においては、被加工物である素材管に関し、従来の拡管率に代わる局所歪や局所拡管率などの新たな設計概念を導入し、これらが例えば素材管の有する限界よりも小さくなるように設計された予形状を用いる（予成形する）ことで割れを防止する技術が開示されている。
また、特許文献３においては、一般に成形型において中央部に存在する型の分割面を中央部から移動させることにより、型締め時における金型内面と素材管との接触状況により決定される局所拡管率のアンバランスを緩和することで、金型の内面形状が不均等である場合にも、割れを発生させることなくハイドロフォーム加工を完遂することができる方法が示されている。
特開２０００−３１２９２６号公報 特開２００２−６６６４７号公報 特開２００２−２８７３４号公報

前記各特許文献に開示されている技術においては、それぞれ次のような問題点がある。
特許文献１においては、確かに金属管の肉流れを改善させて割れの発生が防止できると考えられるが、金型の成形面に凹凸等が形成されるため、その成形面の形状が製品表面に転写されることとなる。これは製品形状への制約を大きくする原因となる。
また、特許文献２に示されている加工法おいても製品形状への制約が大きくなると考えられる。つまり、素材管における局所歪などが所定の範囲となるような予形状を用いるため、この予形状によって変形が比較的自由な部位を調整するには、製品形状を変える必要がある。また、予形状による製品形状の制約から偏平率が大きい部分を成形することが困難であり、フラットな面を有する部品が取り付けられる製品の成形には適さない。
また、特許文献３に示されている加工法は、確かに金型の内面形状が不均等である場合にも、金型の分割面を移動させることによって割れの発生を防止することができると考えられる。しかし、製品形状における適用部位に制約が大きい。つまり、金型の分割面を移動することができるのは、成形面の断面形状が直線部となる製品形状の平面部分などに限られることとなるため、例えば断面形状が円形状や楕円形状である部分を含む製品には適用することができない。

一方、ハイドロフォーム加工においては、被加工物である金属管に液体によって内圧を加えると同時に、管端部において液密性を保つとともに管軸方向に圧縮荷重を加えることでより多くの材料を供給して増肉させて割れを防止するいわゆる軸押しが行われる。
しかし、この軸押しによる増肉は、押し付けられる管端部から直線部分にかけてはその効果を十分に得ることができると考えられるが、例えば、金属管が成形型に合わせた形状に予成形（例えばプリベンド（予曲げ））される場合など、軸押しによる材料の供給が届かない部位（特に管の両端部に対する中央部付近）が生じることとなる。つまり、軸押しによる増肉効果が得られない部位においては、その部位が元々有する材料の量で膨張変形が行われることとなるので、変形の限界に達しやすく比較的割れが発生しやすくなる。

また、被加工物の材料性能を示す材料特性値として、「ｎ値」や「ｒ値」や「伸び」等があり、これらの値が大きいほど成形に有利であってハイドロフォーム加工における割れの発生も抑制することができる。しかし、このような被加工物の材料性能に頼ると、材料コストの増加を招くこととなる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、偏平率が高い製品形状であっても、製品形状や適用部位を制約したり、材料コストの増加を招いたりすることなく、軸押しによる増肉効果が十分に得られない部位においても、被加工物の割れや肉薄部の発生を防止することができるハイドロフォーム加工用成形型及び加工方法を提供することにある。

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、少なくとも二つの型により分割可能に構成され、型間に被加工物がセットされた状態で型締めされた後、被加工物に内圧を加えて該被加工物を成形面に沿って変形させることで成形を行うハイドロフォーム加工用成形型であって、前記成形面のうち、型締め過程または内圧による被加工物の変形過程で被加工物と接触して被加工物の変形にともなう材料流動を抑制する部位に、該成形面の他の部分よりも相対的に摩擦係数の低い低摩擦部を設けたものである。

請求項２においては、前記低摩擦部は、型締め過程の初期段階で被加工物と接触している部位を含むものである。

請求項３においては、前記低摩擦部は、型締め方向に対して略直交する面の部位を含むものである。

請求項４においては、前記成形面の一部を構成する部分型を設け、該部分型により前記低摩擦部を構成したものである。

請求項５においては、前記低摩擦部を、摩擦係数を低下させる表面処理を施すことにより構成したものである。

請求項６においては、被加工物を成形する成形型に被加工物をセットし、該成形型を型締めした後、被加工物に内圧を加えることにより、被加工物を前記成形型の成形面に沿って変形させることで成形を行うハイドロフォーム加工方法であって、前記成形面に、他の部分よりも相対的に摩擦係数の低い低摩擦部を設け、被加工物の、前記成形型の型締め過程または内圧による被加工物の変形過程で前記成形面と接触して変形にともなう材料流動が抑制される部分を、前記低摩擦部に接触させるものである。

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、被加工物の変形にともなう材料流動を促進することができるので、偏平率が高い製品形状であっても、製品形状や適用部位を制約したり、材料コストの増加を招いたりすることなく、軸押しによる増肉効果が十分に得られない部位においても、ハイドロフォーム加工における被加工物の割れや肉薄部の発生を防止することができる。

請求項２においては、成形型の型締め過程の早い段階から被加工物に接触して材料流動の抑制が起こりやすい部分の材料流動を促進することができるので、ハイドロフォーム加工における割れや肉薄部の発生をより効果的に防止することができる。

請求項３においては、型締め過程及び型締め後の内圧による被加工物の変形過程（初期の段階）において、被加工物に接触して材料流動の抑制が起こりやすい部分の材料流動を促進することができるので、ハイドロフォーム加工における割れ等の発生をより効果的に防止することができる。
すなわち、成形面のうち型締め方向と略平行する面においては、型締めの力が成形面と被加工物との間に剪断方向の力として作用するので、材料が流動しやすくなる一方、成形面のうち型締め方向と略直交する面においては、型締めの力が成形面により被加工物を押し付ける方向の力として作用するので、摩擦力が大きくなり、材料の流動が抑制されやすくなる。このため、低摩擦部に、成形型の型締め方向に対して略直交する面を含ませ、この面に低摩擦部を設けることにより、その部分の材料流動を促進することができ、ハイドロフォーム加工における割れ等の発生をより効果的に防止することができる。

請求項４においては、成形型において型自体を変更することなく、既存の成形型を加工することによって低摩擦部を設けることができ、また、型自体を摩擦係数の低い材料により構成する必要もないので、低摩擦部を設けるに際し、成形型本体への制約が少なくて済み、コストの増大を防止することができる。
また、部分型を用いることにより、成形型における同一成形面においても、任意の部位に部分的に低摩擦部を設けることが可能となるので、成形型の成形空間が複雑な形状であっても対応することができる。

請求項５においては、成形型自体への加工が必要ないので、低摩擦部を設けるに際し、成形型本体への制約がより少なくて済み、低コスト化を実現することができる。
また、部分型に表面処理を施すことにより低摩擦部を設ける場合は、請求項４における効果に加え、部分型の材料特性のみに頼る必要がなく、部分型自体を成形型を構成する材料よりも摩擦係数の低い材料で構成する必要がないので、部分型への制約が少なくて済み、例えば部分型に比較的安価な材料を用いること等により、コストの低減を図ることができる。
また、表面処理を施すに際しても、成形型の型とは別体の部分型体を対象とすることができるので、良好な作業性を得つつ低コストで表面処理を施すことができる。

請求項６においては、被加工物の変形にともなう材料流動を促進することができるので、偏平率が高い製品形状であっても、製品形状や適用部位を制約したり、材料コストの増加を招いたりすることなく、軸押しによる増肉効果が十分に得られない部位においても、ハイドロフォーム加工における被加工物の割れや肉薄部の発生を防止することができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
本発明に係るハイドロフォーム加工用成形型は、ハイドロフォーム加工装置に備えられて用いられるものであり、少なくとも二つの型により分割可能に構成され、型間に被加工物がセットされた状態で型締めされた後、被加工物に内圧を加えて該被加工物を成形面に沿って変形させることで成形を行うものである。
すなわち、本発明に係る成形型が備えられるハイドロフォーム加工装置においては、成形型の型間にセットされた金属管などの中空部材である被加工物が、成形型が型締めされることにより成形空間内に収められた状態で、中空内部に供給される液体により内圧が加えられるとともに軸押しによる管軸方向の圧縮荷重が加えられることで膨張し、成形型の成形面に沿って変形され成形される。

図１に示すように、本発明に係るハイドロフォーム加工用成形型１（以下、「成形型１」とする）は、例えば、固定金型である下型２と、この下型２に対して近接離間方向に移動可能に設けられる可動金型である上型３とから分割可能に構成される。
成形型１においては、その型締めされた状態で下型２の成形面２ａと上型３の成形面３ａとにより成形空間が構成される。本実施形態における成形型１の成形空間は、図１に示すように角の丸められた略長方形の断面形状を有している。
この成形型１は、ハイドロフォーム加工において次のようにして用いられる。

すなわち、まず、図２に示すように成形型１が分割している状態（下型２と上型３とが離間している状態）で、例えば金属管などの中空部材である被加工物４が型間にセットされる。この状態から上型３が近接して成形型１が型締めされることにより、被加工物４が押し潰されて変形されるとともに下型２の成形面２ａと上型３の成形面３ａとにより成形空間が構成され、該成形空間内に被加工物４が収められた状態となる。
成形型１が型締めされた後、被加工物４の中空内部には水などの液体が供給されて充填され、これが加圧されることで被加工物４に内圧が加えられる。この際、被加工物４に液体による内圧が加えられると同時に、管状の被加工物４の開口端部において、液密性を保つとともに被加工物４内に供給される液体の経路を有する押圧部材（「パンチ」等と称される）などにより管軸方向の圧縮荷重が加えられる軸押しが行われる。
被加工物４は、前記のように液体による内圧と軸押しによる圧力とが加えられながら膨張し、成形型１の各成形面２ａ・３ａに沿って変形され、所定の成形形状（成形空間の形状）に成形される（図１参照）。

そして、本発明に係る成形型１においては、成形空間を構成する成形面２ａ・３ａのうち、成形型１の型締め過程または内圧による被加工物４の変形過程で、被加工物４と接触して被加工物４の変形にともなう材料流動を抑制する部位に、成形面２ａ・３ａの他の部分よりも相対的に摩擦係数の低い低摩擦部１０が設けられている。

低摩擦部１０が設けられる部位、即ち被加工物４の変形にともなう材料流動を抑制する部位について説明する。
ここでまず、ハイドロフォーム加工における割れ発生の原因となる現象について、図９に示す従来の成形型１０１を用いて説明する。
図９に示すように、従来の成形型１０１は、本発明に係る成形型１と同様、下型１０２と上型１０３とを備え、下型１０２の成形面１０２ａと上型１０３の成形面１０３ａとにより成形空間を構成する。

図９に示す成形型１０１における成形空間の断面形状が略長方形となる部分では、被加工物４をセットして成形型１０１を型締めした状態、あるいは内圧による被加工物４の膨張変形の初期の段階で、下型１０２及び上型１０３の各成形面１０２ａ・１０３ａの偏平部（断面形状における長辺部）と被加工物４の表面とが接触する部分Ｌｃ（以下、「接触部Ｌｃ」とする）が生じる。

つまり、成形型１０１の型締め方向に対する略直交方向に長い略長方形である成形空間の断面形状に対して、被加工物４の断面形状が、例えば成形空間の断面形状における上下型間の長さ（短手方向の長さ）よりも長い外径を有する円形状の場合には、成形型１０１を型締めした状態で、被加工物４が押し潰されて接触部Ｌｃが生じる。
また、被加工物４の断面形状が、例えは成形空間の断面形状における上下型間の長さと略同一あるいは短い外径を有する円形状の場合には、内圧による被加工物４の膨張変形の初期の段階で接触部Ｌｃが生じ、被加工物４は成形面１０２ａ・１０３ａの偏平部に沿って変形することとなる。

前記のようにして生じる成形面１０２ａ・１０３ａと被加工物４との接触部Ｌｃにおいては、被加工物４の中空部からの内圧が加わることにより、成形面１０２ａ・１０３ａと被加工物４の表面との間に摩擦力が発生する。この摩擦力の作用により、被加工物４の変形にともなう材料流動が抑制されて材料変形が抑制される。
被加工物４の表面において、摩擦力により材料流動が抑制される接触部Ｌｃ以外の部分、即ち成形面１０２ａ・１０３ａのいずれにも接触していない部分Ｌｆ（以下、「非接触部Ｌｆ」とする）は、摩擦力の作用を受けることなく自由に変形できる。
つまり、成形型１０１の型締め過程、あるいは内圧による被加工物４の変形過程において、被加工物４には、その変形にともなう材料流動が抑制される接触部Ｌｃと、摩擦力の影響を受けることなく自由に変形できる非接触部Ｌｆとが存在することとなる。
そして、型締め後の内圧による被加工物４の変形過程においては、内圧の上昇にともない、被加工物４の変形は進んで接触部Ｌｃの面積は増加する一方、接触部Ｌｃにおける摩擦力は上昇することとなり、材料流動はさらに抑制される。

すなわち、ハイドロフォーム加工においては、型締め後、内圧による膨張変形によって被加工物４が成形型１０１の成形空間の形状に沿って成形されるところ、接触部Ｌｃにおいて被加工物４の材料流動が抑制されることにより、被加工物４の変形が進むにつれ、非接触部Ｌｆにおいては被加工物４が元々有する材料の量（肉厚）で膨張することとなるので、肉が薄くなり変形の限界を超えやすくなる。
言い換えると、被加工物４の変形過程において、材料流動が抑制される部分（接触部Ｌｃ）が存在すると、材料が伸びる部分が不均一となり、伸びが大きくなる部分で割れが発生しやすくなるのである。

このような現象により、被加工物４が所定の成形形状に達する前に、変形過程の終期段階における非接触部Ｌｆにおいて割れが発生しやすくなる。または、割れが発生しないまでも、肉薄となって製品強度が低下する部分が生じることとなる。
具体的には、図９に示す断面図において、被加工物４の断面形状における表面の全周の長さをＬとすると、この全周Ｌに対する接触部Ｌｃの割合（Ｌｃ／Ｌ）が大きくなるほど、自由に流動できる材料の割合が減る。このため、被加工物４の変形過程の終期段階において成形面１０２ａ・１０３ａと接触することとなる局部の拡管度合い（膨張度合い）が大きくなり、その部分で割れが発生する確率が高まることとなる。

このように、成形型の型締め過程や内圧による被加工物４の変形過程において、被加工物４の成形型に対する接触部Ｌｃと非接触部Ｌｆとが発生し、被加工物４の変形にともなう材料流動が部分的に抑制されるという現象が、ハイドロフォーム加工における割れ発生の原因となる。そして、このような被加工物４の変形にともなう材料流動の部分的な抑制は、主に製品形状（成形空間の形状）の偏平部において発生するため、偏平率（断面形状における長手方向の長さに対する短手方向の長さの比率）が高い場合に割れが発生しやすくなる。

したがって、接触部Ｌｃにおける被加工物４の変形にともなう材料流動の抑制を防止して材料流動を促進させるためには、接触部Ｌｃにおける摩擦力を低減すればよいこととなる。この接触部Ｌｃにおいて被加工物４に作用する摩擦力は、主として被加工物４に作用する内圧（の接触面に対する垂直方向成分）と、接触面における摩擦係数とから導かれ、これらの値が大きいほど摩擦力も大きくなる。
これらのうち、被加工物４に作用する内圧は、被加工物４の内面の全面に対して略同一の大きさで作用し、被加工物４を膨張変形させるための加工力であるため、接触部Ｌｃのような所定の部分だけ小さく作用させることは難しい。

そこで、本発明においては、被加工物４の接触部Ｌｃにおける摩擦係数を低下させることにより、この接触部Ｌｃにおける被加工物４の材料流動を積極的に促進し、ハイドロフォーム加工における割れや肉薄部の発生を防止する。
すなわち、本発明に係る成形型１においては、前記のとおり、成形面２ａ・３ａのうち、被加工物４の変形にともなう材料流動を抑制する部位に、成形面２ａ・３ａの他の部分よりも相対的に摩擦係数の低い低摩擦部１０を設けている。

そして、成形面２ａ・３ａのうち、型締め過程または内圧による被加工物４の変形過程で被加工物４と接触して被加工物４の変形にともなう材料流動を抑制する部位とは、前述したように成形型１の型締め過程において、あるいは内圧による被加工物４の変形過程の初期段階において接触部Ｌｃとなる部分であり、この部分に低摩擦部１０が設けられる。ただし、内圧による被加工物４の変形過程については、被加工物４の成形形状によってはその変形にともなう材料流動が抑制される部位は必ずしも初期段階だけに生じるとは限られないことから、材料流動の抑制が、その後の被加工物４の割れや肉薄部を発生させるほど非接触部Ｌｆの膨張度合いを大きくする接触部Ｌｃが含まれる。

図１及び図２に示す本実施形態に係る成形型１のように、成形空間の断面形状が、下型２と上型３の近接離間方向（図における上下方向）を短手方向とする略長方形状の場合は、成形面２ａ・３ａにおいて、被加工物４に作用する摩擦力が大きく、被加工物４の変形にともなう材料流動の抑制がその後の変形に与える影響が大きい偏平部（長辺部）に低摩擦部１０が設けられる。

このように、成形型１の成形面２ａ・３ａに低摩擦部１０を設けることにより、材料流動を抑制する原因となる摩擦力を低下することができるので、その部分での被加工物４の変形にともなう材料流動を促進することができる。これにより、偏平率が高い製品形状であっても、製品形状や適用部位を制約したり、材料コストの増加を招いたりすることなく、軸押しによる増肉効果が十分に得られない部位においても、ハイドロフォーム加工における被加工物４の割れや肉薄部の発生を防止することができる。

すなわち、低摩擦部１０は、成形型１の成形面２ａ・３ａに凹凸形状などの何らかの形状を施すことなく、既存の成形面の一部に設けられるものであるため、製品形状や適用部位を制約することがない。
また、「ｎ値」や「ｒ値」や「伸び」等の材料特性値の必要以上に高い材料を用いるというように被加工物４の材料特性に頼ることなく、ハイドロフォーム加工における割れ等の発生を防止することができるので、材料コストの増加を招くことがない。
また、被加工物４の接触部Ｌｃにおける材料流動を促進することにより効果を得るものでことから、軸押しによる増肉効果が十分に得られない部位であっても、被加工物４が元々有するその部分の材料が流動して成形面に沿って行き渡ることとなるので、その部位における割れ等の発生を防止することができる。

成形型１に低摩擦部１０を設けるに際しての構成について説明する。
図１及び図２に示すように、成形型１において、成形面２ａ・３ａの一部を構成する部分型２０が設けられ、この部分型２０により低摩擦部１０が構成される。
すなわち、図３に示すように、成形型１を構成する下型２及び上型３それぞれの成形面２ａ・３ａにおいて、低摩擦部１０が設けられる位置に凹部２１が形成される。凹部２１は、部分型２０の形状に合わせて形成される。この凹部２１に部分型２０が嵌合されることにより低摩擦部１０が構成される。つまり、部分型２０が凹部２１に嵌合された状態で、該部分型２０の一側の面（以下、「部分型成形面２０ａ」とする）により、成形面２ａ・３ａの一部（同一面）が構成される。したがって、凹部２１の形状と、部分型２０の部分型成形面２０ａ以外の面により構成される形状とが略同一となるようにそれぞれが形成され、部分型２０が凹部２１に嵌合された状態で、その部分型成形面２０ａが成形面２ａ・３ａにおける低摩擦部１０となる。

例えば図３に示すように、部分型２０が略矩形状の断面形状を有する矩形板状である場合、凹部２１は、部分型２０が嵌合した状態で該部分型２０の部分型成形面２０ａが、各型２・３の成形面２ａ・３ａの一部を構成するように形成される。
なお、部分型２０の形状は、成形面２ａ・３ａにおける被加工物４の変形にともなう材料流動が抑制される部位が部分型成形面２０ａにより構成されるものであれば、図示のような略矩形状の断面形状を有するものに限定されない。つまり、部分型２０において、その部分型成形面２０ａを成形面２ａ・３ａに臨ませて凹部２１に嵌合される部分の形状や大きさは特に限定されず、部分型２０は、成形面２ａ・３ａにおいて低摩擦部１０を設ける位置や面積に応じて適宜構成される。

凹部２１に嵌合される部分型２０の固定方法としては周知の方法が用いられ、ハイドロフォーム加工を行うに際し、部分型２０が外れたりずれたりすることなく、その嵌合状態を保持できる方法であれば特に限定されるものではない。
部分型２０の固定方法として、例えば、ボルト等の締結具を用いて部分型２０を凹部２１に固着したり、凹部２１に部分型２０を圧入することによって固定したりする方法が考えられる。なお、ボルト等の締結具を用いて部分型２０を凹部２１に固定する場合は、例えば、凹部２１に締結穴を設けるとともに部分型２０に締結具挿通用の孔部を設けることとなるが、この場合、部分型２０の部分型成形面２０ａに面することとなる孔部の大きさ（径）は、被加工物４に加える内圧や材料強度を考慮して設定する。つまり、ハイドロフォーム加工においては、被加工物４に加えられる内圧の大きさや材料強度により成形可能な曲率の限界があり、内圧による被加工物４の膨張によって部分型２０に形成される孔部に材料が入り込むことにより成形形状に影響を与えないように孔部の大きさを設定する。

低摩擦部１０を構成する部分型２０は、成形型１の下型２及び上型３を構成する材料よりも摩擦係数の低い材料が用いられる。
例えば、成形型１において下型２及び上型３を構成する材料がＳＫＤ材（ダイス鋼）である場合、部分型２０の材料としては、超硬合金やサーメット等を主成分とする焼結体やセラミックス等が好適に用いられる。つまり、部分型２０を構成する材料は、成形型１を構成する材料よりも摩擦係数が低く、ハイドロフォーム加工における成形型の成形面の機能を果たすことができるものであれば特に限定されず周知の材料を用いることができる。

このように、部分型２０を用いて低摩擦部１０を構成することにより、成形型１において下型２及び上型３自体を変更することなく、既存の成形型を加工することによって低摩擦部１０を設けることができ、また、下型２及び上型３自体を前記のような摩擦係数の低い材料により構成する必要もないので、低摩擦部１０を設けるに際し、成形型１本体への制約が少なくて済み、コストの増大を防止することができる。
また、部分型２０を用いることにより、成形型１における同一成形面においても、任意の部位に部分的に低摩擦部１０を設けることが可能となるので、成形型１の成形空間が複雑な形状であっても対応することができる。

低摩擦部１０は、摩擦係数を低下させる表面処理を施すことによっても構成することができる。
すなわち、図４に示すように、成形型１の成形面２ａ・３ａにおいて低摩擦部１０を設ける部位に表面処理を施して表面処理部３０（図中薄墨部分）を設け、これを低摩擦部１０とする。
ここでの表面処理とは、研磨や鏡面仕上げやラップ仕上げ等の表面仕上げや、金属メッキや樹脂コーティング等のコーティング処理などを含む概念である。つまり、表面処理部３０を設けるための表面処理は、成形面２ａ・３ａに施すことによりその部分の摩擦係数を他の部分よりも低下させ、ハイドロフォーム加工において被加工物４との接触部における材料流動を促進することができれば、特に限定されず周知のものを用いることができる。

このように、表面処理を施すことで低摩擦部１０を設けることにより、前述したような部分型２０を用いる場合と比較して、成形型１に凹部２１を設ける等の加工をしたり別途部分型を構成したりする必要がないので、低摩擦部１０を設けるに際し、成形型１本体への制約がより少なくて済み、低コスト化を実現することができる。

また、前述したような部分型２０を用いて低摩擦部１０を設ける構成において、その部分型成形面２０ａに表面処理を施すことにより低摩擦部１０を設けてもよい。
すなわち、図５に示すように、前記と同様、成形型１の成形面２ａ・３ａに形成される凹部２１に嵌合される部分型４０を用い、この部分型４０の部分型成形面４０ａに表面処理を施して表面処理部５０（図中薄墨部分）を設け、これを低摩擦部１０とする。この場合、部分型４０を構成する材料としては、例えば成形型１において下型２や上型３を構成する材料（ＳＫＤ材など）が用いられる。

このように、部分型４０を用い、この部分型４０に表面処理を施すことで低摩擦部１０を設けることにより、前述したような部分型により低摩擦部１０を構成することによる効果に加え、次のような効果を得ることができる。
すなわち、低摩擦部１０を設けるに際し部分型４０を用いる場合であっても部分型４０の材料特性のみに頼る必要がなく、部分型４０自体を成形型１（成形面２ａ・３ａ）を構成する材料よりも摩擦係数の低い材料で構成する必要がないので、部分型４０への制約が少なくて済み、例えば部分型４０に比較的安価な材料を用いること等により、コストの低減を図ることができる。
また、表面処理を施すに際しても、成形型１の下型２及び上型３とは別体の部分型４０体を対象とすることができるので、良好な作業性を得つつ低コストで表面処理を施すことができる。

以上のように、成形型１において成形面２ａ・３ａに設けられる低摩擦部１０は、成形型１の型締め過程の初期段階で、被加工物４と接触している部位を含むことが好ましい。
成形型１の型締め過程の初期段階で被加工物４と接触する部分について、図６に示すように、本実施形態における成形型１において、被加工物４が円形状の断面形状を有するものである場合を例に説明する。なお、図６においては、前記部分型２０により低摩擦部１０を構成した場合の成形型１を示している。

図６（ａ）に示すように、成形型１の分割している状態、即ち成形型１の型締め前の状態で、下型２の成形面２ａ上に被加工物４がセットされている状態から、可動金型である上型３が下降して下型２に近接すると、被加工物４の頂点が上型３の成形面３ａに接触する（同図（ｂ）参照）。図６（ｂ）に示す被加工物４の頂点と上型３の成形面３ａとが接触している状態から、上型３がさらに下降して成形型１が型締めされることにより、被加工物４が押し潰されて変形される（同図（ｃ）参照）。そして、図６（ｃ）に示す成形型１が型締めされた状態で、被加工物４に内圧が加えられることにより、被加工物４が膨張変形して成形面に沿って成形される（同図（ｄ）参照）。

このような被加工物４の成形過程において、成形型１の型締め過程の初期段階で被加工物４と接触している部位とは、被加工物４の上下端部と接する部分となる。つまり、成形型１の型締め過程の初期段階とは、図６（ｂ）に示すように上型３の成形面３ａが被加工物４に接してから、同図（ｃ）に示す成形型１の型締めが完了するまでの過程における早い段階のことであり、この段階で成形面２ａ・３ａが被加工物４と接触する部位が、低摩擦部１０に含まれるようにする。
したがって、本実施形態において、成形型１の型締め過程の初期段階で被加工物４と接触している部位は、図６等に示す断面視で、下型２及び上型３の各成形面２ａ・３ａにおける左右方向（成形空間の断面形状の長手方向）の略中央部近傍となる。

このように、低摩擦部１０が成形型１の型締め過程の初期段階で、被加工物４と接触している部位を含むことにより、成形型１の型締め過程の早い段階から被加工物４に接触して材料流動の抑制が起こりやすい部分の材料流動を促進することができるので、ハイドロフォーム加工における割れ等の発生をより効果的に防止することができる。

さらに、低摩擦部１０は、成形型１の型締め方向に対して略直交する面の部位を含むことが好ましい。
成形型１の型締めにおいては、成形型１の成形面２ａ・３ａのうち、型締め方向に対して略直交する面により被加工物４が押し潰されることとなる。本実施形態においては、図示のごとく成形型１の型締め方向は上下方向であり、成形型１の型締め方向に対して略直交する面は略水平面となる。したがって、成形型１において、その型締め方向に対して略直交する面は、成形面２ａ・３ａにおける略水平面となり、型締めの際に被加工物４を押圧する面となる（図６（ｂ）、（ｃ）参照）。

すなわち、成形型１の型締めにより被加工物４が変形される場合は、成形面２ａ・３ａにより成形空間が構成される成形型１の型締め後の状態で、成形面２ａ・３ａのうち型締め方向に対して略直交する面（成形面２ａ・３ａにおける略水平面）と被加工物４との接触面が生じることとなる。

このような型締めによって変形された被加工物４と成形面２ａ・３ａとの接触面においては、被加工物４が型締めによる変形に対する反発力が作用し、この反発力による圧力が生じる。このため、型締め後に生じている接触面においては、型締めによる反発力により生じる圧力が作用することとなり、その後においては内圧による圧力が加わることとなるので摩擦力が大きくなる。
したがって、成形面２ａ・３ａのうち、型締め方向に対して略直交する面に含まれる型締め後における被加工物４との接触面は、被加工物４の変形にともなう材料流動を抑制する原因となる摩擦力（材料流動の抑制力）が比較的大きくなりやすい部位となる。
要するに、型締め方向と成形面の方向とが略平行方向（略同一方向）であると、型締めの力が成形面と被加工物４との間に剪断方向の力として作用するので、成形面２ａ・３ａのうち型締め方向と略平行する（略同一方向の）面においては材料が流動しやすくなる。一方、型締め方向と成形面の方向とが略直交方向であると、型締めの力が成形面により被加工物４を押し付ける方向の力として作用するので、成形面２ａ・３ａのうち型締め方向と略直交する面においては、摩擦力が大きくなり材料の流動が抑制されやすくなる。

そこで、成形面２ａ・３ａの一部に構成される低摩擦部１０に、成形型１の型締め方向に対して略直交する面を含ませ、この面に低摩擦部１０を設けることにより、型締め過程及び型締め後の内圧による被加工物４の変形過程（初期の段階）において、被加工物４に接触して材料流動の抑制が起こりやすい部分の材料流動を促進することができるので、ハイドロフォーム加工における割れ等の発生をより効果的に防止することができる。

本発明に係る成形型１において、その成形空間の断面形状が異なる場合を図７及び図８に示す。なお、図７及び図８においては、すでに説明した部分と同一もしくは相当する部分については同一の符号を付し、いずれも低摩擦部１０を、成形型１の下型２及び上型３を構成する材料よりも摩擦係数の低い材料により構成される部分型２０により構成した場合を示している。

図７においては、成形型１の成形空間の断面形状が、型締め方向を短軸方向とする楕円形状である場合を示している。この場合、成形面２ａ・３ａのうち、成形型１が型締めされた状態で被加工物４と接触して被加工物４の変形にともなう材料流動を抑制する部位は、各成形面２ａ・３ａそれぞれにおいて、成形空間を構成する楕円形状の短軸方向の頂点近傍の部分となり、この部位に低摩擦部１０を設けることで前述したような効果を得ることができる。

また、図８においては、成形型１の成形空間の断面形状が、一対の対向する面が型締め方向に対して略直交する面（略水平面）となる六角形状である場合を示している。この場合、成形面２ａ・３ａのうち、成形型１が型締めされた状態で被加工物４と接触して被加工物４の変形にともなう材料流動を抑制する部位は、成形面２ａ・３ａのうち、前記略水平面となる一対の対向する面となり、この部分に低摩擦部１０を設けることで前述したような効果を得ることができる。

このように、本発明に係る成形型１においては、低摩擦部１０を設ける位置などを変更することにより、成形形状や適用部位に制約を受けることなく広範囲にわたる製品形状に適用することができ、ハイドロフォーム加工における割れや肉薄部の発生を防止することができる。

以上説明したように、被加工物４を成形する成形型１に被加工物４をセットし、成形型１を型締めした後、被加工物４に内圧を加えることにより、被加工物４を成形型１の成形面２ａ・３ａに沿って変形させることで成形を行うハイドロフォーム加工方法において、成形面２ａ・３ａに、他の部分よりも相対的に摩擦係数の低い低摩擦部１０を設け、被加工物４の、成形型１の型締め過程または内圧による被加工物４の変形過程で成形面２ａ・３ａと接触して変形にともなう材料流動が抑制される部分を、低摩擦部１０に接触させる。

このようなハイドロフォーム加工方法を採用することにより、従来は被加工物４の材料流動が抑制されていた部分の材料流動を促進することができるので、被加工物４の割れや肉薄部の発生を防止することができ、特別な装置を使用することなく製品の品質を向上することができる。

本発明に係るハイドロフォーム加工用成形型の一実施形態を示す断面図。 同じく成形型が分割している状態を示す図。 部分型により低摩擦部が構成される場合を示す説明図。 表面処理が施されることにより低摩擦部が構成される場合を示す説明図。 表面処理が施された部分型により低摩擦部が構成される場合を示す説明図。 ハイドロフォーム加工における成形過程を示す図。 本発明に係るハイドロフォーム加工用成形型の別形態を示す断面図。 同じく別形態を示す断面図。 従来のハイドロフォーム加工用成形型を示す断面図。

符号の説明

１ 成形型
２ 下型（型）
２ａ 成形面
３ 上型（型）
３ａ 成形面
４ 被加工物
１０ 低摩擦部
２０ 部分型
４０ 部分型

Claims (6)

1. 少なくとも二つの型により分割可能に構成され、型間に被加工物がセットされた状態で型締めされた後、被加工物に内圧を加えて該被加工物を成形面に沿って変形させることで成形を行うハイドロフォーム加工用成形型であって、
   前記成形面のうち、型締め過程または内圧による被加工物の変形過程で被加工物と接触して被加工物の変形にともなう材料流動を抑制する部位に、該成形面の他の部分よりも相対的に摩擦係数の低い低摩擦部を設けたことを特徴とするハイドロフォーム加工用成形型。
2. 前記低摩擦部は、型締め過程の初期段階で被加工物と接触している部位を含むことを特徴とする請求項１に記載のハイドロフォーム加工用成形型。
3. 前記低摩擦部は、型締め方向に対して略直交する面の部位を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイドロフォーム加工用成形型。
4. 前記成形面の一部を構成する部分型を設け、該部分型により前記低摩擦部を構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載のハイドロフォーム加工用成形型。
5. 前記低摩擦部を、摩擦係数を低下させる表面処理を施すことにより構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のハイドロフォーム加工用成形型。
6. 被加工物を成形する成形型に被加工物をセットし、該成形型を型締めした後、被加工物に内圧を加えることにより、被加工物を前記成形型の成形面に沿って変形させることで成形を行うハイドロフォーム加工方法であって、
   前記成形面に、他の部分よりも相対的に摩擦係数の低い低摩擦部を設け、
   被加工物の、前記成形型の型締め過程または内圧による被加工物の変形過程で前記成形面と接触して変形にともなう材料流動が抑制される部分を、前記低摩擦部に接触させることを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
   

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