JP2007136552A - 異形断面管の製造方法、製造装置、および出来た異形断面管 - Google Patents

Abstract

【課題】異形断面を有する管を成形するための装置および方法、および結果として生じる異形断面管を提供する。
【解決手段】本発明は、異形断面を有する管を成形するための装置および方法、および出来た異形断面管に向けられる。方法は、所望の大きさの金属ブランクを、協働する頂部および底部を有するダイの中に、前記底部が前記ブランクに対向するように、操作可能に配置して、実質的に前記ブランクを所望の管状構造に成形するステップを含む。
【選択図】図１

Description

本出願は、ここに援用される、２００５年１１月１５日に出願され、「異形断面管を製造するプレス成形方法、関連する装置、および出来た異形断面管」と題する米国仮出願第６０／７３６，９７２号の利益を主張する。

本発明は、異形断面管を製造するための製造方法および製造装置、並びに出来た異形断面管に関する。

本発明は、さらに、異形断面管を製造するための製造方法およびモジュール式ツールダイ、並びに出来た異形断面管に関する。

本発明は、異形断面管構造の製造方法、および異形断面を有する管状構造をハイドロホーミングなしに成形する、取り外し可能な一体マンドレルを有するダイ、並びに出来た異形断面管に関する。

本発明は、異形断面と、自動車構造に採用されたとき非常に改良された衝撃力吸収を提供する局所加工硬化部と、を有する細長い管状フレーム部材を製造するための製造方法および製造装置、並びにこれによって形成される、出来た異形断面管に関する。

本発明は、さらに、異形断面を有する管状部材の製造方法、および金属のブランクから、自動車に使用するための異形断面を有する管状構造部材を製造するための装置に関し、ブランクには、異形断面を有する管状構造部材に成形する前に形状、孔および局所硬化部が作られている。

スモールの米国特許第１，３８７，１９９号は、事実上任意の長さの管またはブッシュの製造方法であって、所望寸法の金属ブランクを取り、ブランクを、長手方向縁部を並置させた管状成形品に曲げ、次いで、金属を流すように且つ縁部をより近い安定した当接関係に設定するように成形品を引くこと、を含む、製造方法に向けられる。管は、ブランクにＵ形状を与える一対のダイによって、次いで、Ｕ形ブランクを、マンドレルの上で管を形成する他の組のダイにかけることによって成形される。マンドレルは、ブランクをＵ形ブランクに成形する第一の操作の後、ダイに挿入される。第二成形後、マンドレルは、取り除かれ、管は、管の縁部を押しつけて縁部を平行になるようにするために、管より小さい寸法の他のダイに通される。管がこのダイから取り除かれた後、金属の自然ばね力により、縁部を互いから引き離して、接合部を開く傾向がある。プラグおよびダイは、縁部を一緒にするアーチングと称される現象で管の縁部を押して互いに係合させるのに使用される。

本発明は、接合部を閉じるアーチングに依存しない。本発明は、さらに、逆断面および屈曲部を有する管を作ることが可能である。スモールの発明には、逆断面を有する管を作ることができるという示唆がない。

ストルプの独国特許第１２９，９８３号は、金属のブランクから金属管を成形するための装置および方法を開示する。方法は、Ｕ形ブランクを成形することを含む。ダイは、Ｕ形ブランクに適用され、次いで内部マンドレルは、Ｕ形ブランクに押し込まれ、Ｕ形ブランクの端部が、マンドレルに合致する断面を有するパイプを成形するように、外部成形ダイと協働して、マンドレルの周囲に曲げられる。曲げおよび折り目付けダイは、依然として仕上げ管に内部マンドレルを含んで、チャンネル形部材を仕上げるように、連続的な仕方で使用される。次いで、マンドレルは、取り除かれて管を形成する。

ストルプは、本発明とは異なる。ストルプは、ダイと一体のマンドレルを含まない。加えて、ストルプは、内部に向けられた屈曲部を有する逆断面の管を作ることを開示しない。したがって、本発明は、ストルプとは異なる。

ブラックの米国特許第２，１１５，４４１号は、特にトラックボディ用フレーム部材として使用するための、シート金属から管状構造を成形する方法を開示する。ブラックは、チャンネルまたは半成形管状構造を、両面から、完成管または半成形管状構造に曲げる最終ダイ操作までリードし、特にチャンネルの開放側を通して一方の側壁に働くマンドレルの使用なしに、シート金属を様々の形態および角度のチャンネルに曲げる方法を記載する。

ブラックは、本発明とは異なる。特に、本発明は、逆異形断面を有する管状構造の成形を助けるために、金属をダイで曲げるマンドレルを利用する。ブラックは、逆断面を有する管の成形を意図しない。加えて、ブラックの装置は、管を成形する内部マンドレルを含まない。最後に、本発明において可能であるような、逆断面および屈曲部を有する管を成形することの開示がない。

ローリー他の米国特許第５，６５７，９２２号は、台形金属片から、テーパー形円筒ポールを成形するための方法および装置を開示する。方法は、台形ブランクをカールさせまたは予備成形する工程と、次いで予備成形されたブランクをショベルダイによって管状形状に成形する工程と、で構成される。管状形ブランクは、管状パイプが形成されるように、長手方向の継ぎ目に沿って溶接される。出来たテーパー形円筒ポールは、ライトや標識を支持するために、ハイウェイ、駐車場、および遊技場の周りで使用される。方法は、また、薄肉円筒パイプを成形するのにも使用することができる。

ローリーは、逆断面、局所硬化部、および屈曲部を有する管状構造を成形する方法を開示しない。さらに、ローリー他によって使用される装置は、管状構造を形成するためのダイと一体の内部マンドレルを含まない。

本発明は、異形断面を有する管を成形するための装置および方法、および出来た異形断面管に向けられる。方法は、従来のＵ＆Ｏ成形方法では成形することができなかった異形断面管の製造を可能にし、ハイドロホーミング処理のような後成形工程を除去することができる。方法は、所望の大きさの金属ブランクを、協働する頂部および底部を有するダイの中に、前記底部が前記ブランクに対向するように、操作可能に配置して、実質的に前記ブランクを所望の管状構造に成形するステップを含む。ブランクは、開口を有していてもよいし、ダイの中に配置される前に局所硬化を受けてもよい。操作者は、前記ダイと一体の内部マンドレルを、ブランクに押しつけブランクを押してダイの底部と係合させ、前記対向側面、および前記マンドレルおよびダイの前記底部の協働する輪郭に一致した異形断面を有する中間形ブランクをＵ形に成形する。内部マンドレルは、前記中間形ブランクに取り外し可能に含まれるように形成される。ダイの頂部が、ダイの底部と合わされて、Ｕ成形中間形ブランクの脚をダイの頂部と協働する内部マンドレルに対して圧縮し、対向縁部およびダイの底部とマンドレルとの間の前記輪郭と一致し、ブランクの対向縁部の間に小さい長手方向隙間しか有していない異形断面の実質的に閉じられた管状形ブランクを形成する。マンドレルは、管状形ブランクをプレスおよび溶接ステーションに移動させるのに使用されてもよく、ここで、管状ブランクは、マンドレルから取り除かれ、ブランクは、長手方向隙間に沿って、レーザー溶接またはその他の溶接を受けて所望の管を作る。

他の実施形態では、ブランクは、Ｕの脚が互いに向かってわずかに或る角度に折り曲げられるように、まずＵ形に成形される。次いで、内部マンドレルは、わずかに内方に或る角度に折り曲げられた脚を有するＵ形ブランクの中に配置され、Ｕ形ブランクをダイに搬送するのに使用される。マンドレルは、ダイの底に押しつけられて、ダイの底部の輪郭と一致する異形断面を形成する。次いで、頂部が閉じられ、Ｕ形ブランクの脚は、Ｕ形ブランクの脚が、チューブ状形ブランクの長さに沿って長手方向に対向縁部を形成するように、ダイの頂部の輪郭と一致する管状構造に成形される。部分的に形づけられたブランクは、次いで、溶接ステーションに搬送され、ここで対向縁部の各々に対向力が加えられ、対向縁部は押しつけられて、溶接される。溶接工程は、多数の溶接方法、最も著名には、ミグ、ティグ、レーザー溶接、ハイブリッド溶接等で行うことができる。

今、図面を見ると、同様の番号は同様な構造を表し、特に図１を見ると、頂部１２と、底部１４と、頂部１２および底部１４の間に配置された、取り外し可能な一体吊下げマンドレル１６と、を有する装置またはツールダイ１０が開示される。

頂部１２は、プレス（図示せず）のレールに受け入れられるようになっているガイドスロット１８，２０を備える。頂部は、マンドレル１６の位置決め面２４を受け入れる凹部２２を更に備える。マンドレルの位置決め面は、Ｔ形を有するように示されているが、任意の形状の位置決め面が考慮されることは、理解されるべきである。凹部２２は、補完的に、位置決め面を収容するように形づくられており、マンドレルの位置決め面上のステム２８を収容するスロット２６を含む。位置決め面は、凹部内に取り外し可能に配置され、ステムは、スロット内に配置される。凹部の横部分３０は、位置決め装置の横部分より大きな幅３２のものであることに気づくべきである。これにより、マンドレルを以下に説明する方法で頂部に対して移動させるのを許す。

マンドレル１６は、底面３８に沿って異形輪郭３６を含む周囲３４を有する。マンドレルは、マンドレルの重量およびマンドレルの構造に使用される材料の量を減少させるために、様々な切り抜き４０を更に備えていてもよい。マンドレルは、チューブの加工中または曲げ中、チューブがゆがむのを防止するように設計されている。

ツールダイ１０の底部１４は、マンドレルの輪郭を補完する輪郭４２を有する。底部は、頂部に対向し、プレスのレールを受け入れるガイドスロット４４，４６を備える。

図２は、マンドレル輪郭底部と、ダイの底部の対向輪郭との間で、ダイに操作可能に配置される、鋼、鉄、その他の好適な材料のような金属のブランク４８を示す。金属ブランクは、所望の大きさの管状構造を形成する所望の寸法に形成される。ブランクは、様々な形状および材料、厚さを有することができ、様々な方法で形成されることができる。例えば、実質的に平坦なブランクが、異なる材料、異なる厚さで形成され、あるいは互いに溶接された複数のサブブランクから形成されることができる。ブランクは、全長および部分のいずれに沿っても互いに平行でない、両長手方向側縁部を有することができる。本発明で使用しうる異なる平坦なブランクのいくつかの例は、ここに全体が援用される、２００５年１０月８日に出願された米国出願第１１／２４５，７３３号および２００４年１０月２９日に出願された米国出願第１０／９７６，９６４号に開示される。ブランクは、管が形成された後に孔を開ける必要がある作業の数を減ずるために、打ち抜き作業中に開口６８，７０のような部分を備えてもよいことに気づくべきである。加えて、金属ブランクは、管への成形前に、局所硬化を受けてもよい。管状構造は、特定の性能のために調整することができる。局所硬化は、ここに後述するように、改良した衝撃力吸収、ねじり剛性、および曲げ剛性を与える。

操作中、図３に見られるように、ブランクは、マンドレル輪郭とダイの底部との間に操作可能に配置される。ガイドがプレスのレールを受け入れるので、ブランクの頂部は、プレスによってダイの底部に引かれ、マンドレルがブランクに遭遇する。マンドレルはブランクを押してツールダイ底の底部輪郭と係合させ、対向側面５０，５２をそれぞれ有する部分的に形づくられた管状構成部品を形成する。頂部を閉じ続けると、ブランクの対向側面は、頂部の内輪郭５４に出合い、対向側面は、対向縁部５６，５８を有する管状形構造を形成するように曲げられる。対向縁部は、位置決め面のステムに沿ってぶつかる。管状構造をダイから他の処理ステーションに移動させることが望まれるとき、ツールダイは、プレスから取り除かれ、位置決め面でマンドレルを有する頂部は、管状構造の内部６０内のマンドレルとともに他の処理ステーションに搬送されるのがよい。かくして、管は頂部の内輪郭の周りにカールされ、位置決め面のステムの両側面に係合するから、内部マンドレルを、一つのステーションから他のステーションへの管状構造の搬送を助けるのに使用することができることは、理解されることができる。次いで、内部マンドレルは、頂部からスライド可能に取り外され、長手方向に配置された対向縁部は、継ぎ目６６を互いに溶接させて、プレスステーションで互いにプレスされて管状構造を形成する。変形例では、吊下げマンドレルは、管状構造が取り除かれ或いは排出される間、好ましくはダイセット内に残る。

図４に目を向けると、本発明の方法および装置によって成形された管６２は、逆部分６５および異形断面６４を有していてもよく、ハイドロホーミングに頼ることなしに曲げられ、或いは形成されてもよい。吊下げマンドレルは、管を、逆断面が形成される領域での座屈から支持するように操作する。

他の実施形態では、ブランクは、ダイの中に配置されて、図１のダイへの挿入前に、Ｕ形の脚が実質的に互いに平行であるＵ形断面に形成される。他の実施形態では、ブランクは、脚を、互いに向かってわずかに内方に或る角度に折り曲げたＵ形ブランクに成形されることができる。オーバーベンディングは、例えば、ダイが完全に閉じた位置にある間に、真っ直ぐな脚を内方に押す機械的部分を、ダイに含むことによって達成されることができる。Ｕ形をＵ形成形ダイによって支持する要望がある場合、そのような内方に或る角度に折り曲げられたＵ形は有益である。例えば、Ｕ形部材をＵ形成形ダイの、Ｕ形成形ダイキャビティの上方に上昇させることは有益であり、これにより、Ｕ形部材を、Ｕ形成形ダイから次の成形ステーションにスライドさせることができる。これは、例えば、Ｕ形部材を直接内マンドレルへ横切ってスライドさせるのに特に有利である。内マンドレルを、対向した脚を内方に或る角度に折り曲げＵ形ブランク内に配置することができ、且つＵ形ブランクを図１のダイに搬送するのに使用することができ、その図１に関して記載されるような操作が完了され、それによって、異形断面を有する管状構造が生じる。ブランクのＵ形成形は、ここに記載される必要がない、通常の知識を有する者によって周知のような、任意のダイ手段によって達成されてもよい。

本発明によって形成された管は、さらに、管状構造が、自動車の構造要素として使用されるとき、非常に改善された衝撃吸収剛性および局部的剛性を提供する局所加工硬化部を有して設計される。特に、図２を参照すると、ブランクは、管成形の後に開口を硬化させる必要性を除去するために、開口７０，６８の周りに局所硬化を受けるのがよい。加えて、剛性および局部的剛性は、管が圧迫力に応答して変形するにつれて、段々と衝撃力吸収するように、ブランクを線７２，７４，７６で曲げることによって強化されてもよい。成形プロセスは、また、とがった形状の実現を提供し、圧迫先端デザインでのダーツおよびエンボスの機能を強化する。

ツールダイは、構成の中で、モジュール式のものとして示される。様々なモジュールが、任意所望の長さのツールダイを形成するように、一緒に組み立てられてもよい。ツールダイがモジュール式でないが、所望の異形断面の任意の管状部分を成形するように、任意所望の長さの構造であるのがよいことが、さらに考慮される。

本発明を説明するために使用された文言は、説明用語であり、限定用語ではない。当業者は、添付の請求項に記載された発明の範囲および精神から逸脱することなく多くの改造が可能であることを認識するであろう。

開位置における本発明の装置の部分正面図である。 予備成形オプションを示す金属ブランクの斜視図である。 閉位置における図１の装置の部分断面図である。 図１の装置を用いて成形された、異形断面を有する管状構造の部分斜視図である。

Claims (19)

1. 異形断面を有する管の成形方法であって、
   所望の大きさの金属ブランクを、協働する頂部および底部を有するダイの中に、前記底部が前記ブランクに対向するように、操作可能に配置して実質的に前記ブランクを成形するステップと、
   前記ダイと一体の内部マンドレルをブランクに押しつけ、ブランクを押してダイの底部と係合させて、前記対向側面と、前記マンドレルおよびダイの前記底部の協働する輪郭と一致する異形断面と、を有する中間形ブランクを成形するステップと、を含み、前記内部マンドレルは、前記中間形ブランクに取り外し可能に含まれ、
   ダイの頂部をダイの底部と合わせて、中間形ブランクをダイの頂部と協働する内部マンドレルに対して圧縮し、対向縁部および前記ダイの前記底部と前記マンドレルとの間の前記輪郭と一致する異形断面を有する、実質的に閉じた管状形ブランクを形成するステップと、
   前記内部マンドレルを前記管状形ブランクから取り除いて前記管を作る更なる加工を可能にするステップと、をさらに含む、
   ことを特徴とする異形断面を有する管の成形方法。
2. 前記内部マンドレルは、位置決め面を含む、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記内部マンドレルの位置決め面は、断面がＴ形であり、前記ダイの前記頂部内の補完的に形づくられた凹部に取り外し可能に係合可能である、
   請求項２に記載の方法。
4. 前記更なる加工は、対向力を採用して前記対向縁部の間の隙間を閉じ、前記縁部をレーザー溶接して前記縁部を接合し、管を成形することを含む、
   請求項１に記載の方法。
5. 内部マンドレルを、前記管状形ブランクを一つの成形操作から他の成形操作に搬送するのに使用するステップを更に含む、
   請求項１に記載の方法。
6. 前記Ｔ形位置決め面は、管状形ブランクの対向縁部が、Ｔ形位置決め面と接触するように、内部マンドレルに配向される、
   請求項３に記載の方法。
7. 前記管の前記異形断面は、内部屈曲部を含む、
   請求項１に記載の方法。
8. 前記管の前記異形断面は、逆部分を含む、
   請求項１に記載の方法。
9. 前記ブランクは、局所硬化を受ける開口を備える、
   請求項１に記載の方法。
10. 前記ブランクは、前記管に改善された剛性およびねじり剛性を与えるように、少なくとも一つの屈曲部を備える、
    請求項１に記載の方法。
11. ダイを含み、該ダイは、協働する頂部および底部、並びに前記ダイの前記底部と協働する吊下げ内部マンドレルを有し、前記内部マンドレルは、前記底部の輪郭と協働して前記異形断面の作成を容易にする輪郭を有し、前記内部マンドレルは、異形断面形状を作るために、前記マンドレルと前記底部の間に操作可能に配置された金属ブランクを、前記ダイの前記底部に押し込むように配向され、前記内部マンドレルは、前記ダイの前記頂部が、管状成形ブランクを作るように閉じられた後取り除かれるようにさらに配向され、前記管状成形ブランクは、対向側縁部を有し、前記マンドレルは、前記トップダイの補完的な凹部内に取り外し可能に保持される位置決め面を有し、前記凹部は、位置決め面が凹部内で長手方向に移動できるように構成される、
    ことを特徴とする異形断面を有する管の成形装置。
12. 異形断面を有する管を作るために、管状成形ブランクの対向側縁部を溶接する溶接ステーションを更に含む、
    請求項１１に記載の装置。
13. 前記溶接ステーションは、溶接を容易にするように、前記管状成形ブランクの対向縁部を押しつけるプレスを含む、
    請求項１２に記載の装置。
14. 前記ダイは、任意所望の長さのダイの組み立てを可能にするように、モジュール式の構成部品で構成される、
    請求項１１に記載の装置。
15. 前記金属ブランクは、局所硬化を受けた開口を備えたものであり、前記ブランクは、前記管にねじり剛性および剛性を与えるために、長さに沿って少なくとも一つの屈曲部を更に備える、
    請求項１１に記載の装置。
16. 一連のモジュール式ダイ構成部品を含み、該一連のモジュール式ダイ構成部品は、協働する頂部および底部と、前記ダイの前記底部と協働する内部マンドレルと、を有するように互いに組み立てられ、前記内部マンドレルは、前記底部の輪郭と協働する前記異形断面の作成を容易にする輪郭を有し、前記内部マンドレルは、異形断面形状を作るために、前記マンドレルと前記底部の間に操作可能に配置された金属ブランクを、前記ダイの前記底部に押し込むように配向され、前記内部マンドレルは、前記ダイの前記頂部が、管状成形ブランクを作るように閉じられた後取り除かれるように更に配向され、前記管状成形ブランクは、対向側縁部を有し、前記マンドレルは、Ｔ形断面の位置決め面を備え、前記頂部構成部品は、前記Ｔ形断面マンドレル位置決め面を収容するための補完的な形状の凹部を備える、
    ことを特徴とする異形断面を有する構造管を成形するモジュラー式装置。
17. 溶接ステーションと、溶接を容易にするように、前記管状成形ブランクの対向縁部を押しつけるプレスと、を更に含む、
    請求項１６に記載の装置。
18. 前記金属ブランクは、局所硬化を受けた開口を備え、前記ブランクは、前記管にねじり剛性および剛性を与えるように、長さに沿って少なくとも一つの屈曲部を更に備える、
    請求項１６に記載の装置。
19. 前記管は、所望の部分に開口を備えたブランクで形成され、前記開口は、局所硬化を受けており、前記管は、ブランクで形成された管が、改善された剛性およびねじり剛性を示すように、長さに沿って少なくとも一つの屈曲部を更に備える、
    ことを特徴とする逆の異形断面、および局所硬化部を有する管。

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