JP2007210027A - バルジ成形方法及び中空成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】バルジ成形において、所定の部位以外に低強度部位が形成されることを回避する。
【解決手段】拡管下型、該拡管上型、押圧成形下型及び押圧成形上型に設けられたヒータの全部又は一部に通電が行われ、これにより各型の全体又は所定部位が中空ワークの強度向上に寄与しない相が析出する析出温度以上に保たれる。拡管工程と押圧成形工程を経て作製された第２半製品は、本成形下型５０及び本成形上型５２に接触した際に急冷され、この状態で中空成形体１６が作製される。この過程で、第２半製品においてβ相析出温度以上に昇温された高温部位にはβ相が析出せず、β相析出温度未満に昇温された低温部位にはβ相が析出する。時効処理が施されると、高温部位にβ’相が析出して高強度部位となるとともに、低温部位が低強度部位となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、中空ワークに圧力流体を流通させて成形加工を施すバルジ成形方法及びそれによって得られる中空成形体に関する。

長尺であり、且つ長手方向に直交する方向の断面形状ないし寸法が部位によって相違する中空成形体を作製する手法として、中空ワークに圧力流体（一般的には高圧水）を流通しながら成形を施すバルジ成形加工が採用されている。

直管を原材料とする場合を例示して説明すると、先ず、直管を予備成形金型に収容し、この状態で、圧力流体を直管の内部に供給する。これにより直管の内周壁が圧力流体に押圧され、その結果、該直管に、直径方向外方に膨張した部位が形成される。なお、直管が金型に収容されているので、膨張した部位は最終的に金型で堰止される。この工程は、拡管工程とも呼称される。

次に、膨張部位を有する直管が別の金型に移され、圧縮機構の作用下に前記膨張部位が主に押圧されて所定の形状に押圧成形される。さらに、別の金型で本成形加工が施され、これにより中空成形体が得られるに至る。

この種のバルジ成形加工において、前記断面形状ないし寸法を精度よく得るための様々な試みがなされつつある。例えば、特許文献１には、予備成形金型の温度を中空ワークの再結晶温度以上に設定するとともに、本成形金型の温度を該中空ワークの再結晶温度以下に設定することが提案されている。

また、特許文献２には、中空成形体の肉厚分布の制御を容易にするべく、中空ワークの長手方向に沿って温度分布を設けることが提案されている。この場合、高温に加熱された部位の伸び量が大きくなるので肉厚が小さくなる一方、比較的低温となるように加熱された部位の伸び量が小さくなるので肉厚が大きくなる。

特開２００３−１２６９２３号公報 特開２００３−１０３３２７号公報

特許文献１記載の従来技術では、中空ワークの材質である金属の転位の低減に着目し、再結晶温度以上に加熱して予備成形加工を行うようにしているが、中空ワークとしてＡｌ合金からなるものを用いてこのような温度域まで加熱すると、Ａｌと他の金属原子との均一固溶体化が起こることがある。この場合、冷却速度によっては、中空ワークの金属組織中に前記金属原子を含む粗大粒子が析出し、その結果、中空成形体に低強度な部位が形成されるという不具合を招く。

また、中空成形体として、部位によって強度が相違するものが希求されることがある。例えば、自動車車体のフレームを構成するフレーム部材として中空成形体を用いる場合等である。この場合、フレーム部材に強度、ひいては衝撃吸収を担う部位と担わない部位とが存在すると、衝撃吸収を担うレーム部材と担わないフレーム部材とを別個に作製する必要がなくなり、フレーム部材の点数が少なくなる。従って、該フレーム部材同士を溶接してフレームを構成する際の工程数が低減する等の利点がある。

この点、特許文献２記載の従来技術では、肉厚を異ならせることで強度を相違させることは可能であるが、肉厚が略同等でありながら強度を相違させることは困難である。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、所定の部位以外に低強度部位が形成されることを回避可能である一方、中空成形体を得ることが容易なバルジ成形方法と、部位によって強度が相違する中空成形体とを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、合金製の中空ワークに圧力流体を流通させて成形加工を施すバルジ成形方法であって、
前記中空ワークを加熱する工程と、
前記中空ワークの強度向上に寄与しない相が前記合金の金属組織に析出する析出温度以上に設定された予備成形金型内で、前記中空ワークに圧力流体を流通しながら予備成形する予備成形工程と、
予備成形が施された前記中空ワークを、焼入れ処理が可能な温度に設定された本成形金型に収容し、前記相が析出しない冷却速度で前記中空ワークを前記本成形金型によって冷却しながら該中空ワークに対して本成形加工を施す本成形加工工程と、
本成形加工が施された前記中空ワークに対して時効処理を施し、前記中空ワークの強度向上に寄与する相を金属組織に析出させる時効処理工程と、
を有することを特徴とする。

すなわち、本発明においては、予備成形加工終了後の中空ワークを、本成形加工を行う金型で急冷する際、強度向上に寄与しない相が析出しない冷却速度にして過飽和固溶体を形成し、次に、この過飽和固溶体に対して時効処理を施すことで強度向上に寄与する相を析出させるようにしている。これにより、強度に優れた成形体が得られる。このように、中空ワークの温度及び冷却速度を制御することで、強度向上に寄与しない相が析出して低強度な部位が中空成形体に生じることを回避することができる。勿論、強度向上に寄与しない相、強度向上に寄与する相のいずれにも、合金を形成する溶質原子が含まれる。

ここで、析出相が強度向上に寄与するか否かは、例えば、原材料である合金からなるテストピースと、該テストピースに対して熱処理を施した後に様々な冷却速度で冷却することで互いに別種の相を析出させた熱処理テストピースとで強度を比較することで判断することが可能である。中空ワークがＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である場合、β相（Ｍｇ₂Ｓｉ）が強度向上に寄与しない相に該当する。

なお、強度向上に寄与する相と寄与しない相とを別部位に析出させ、これにより強度が互いに相違する部位を同一部材内に設けることもできる。すなわち、本発明は、合金製の中空ワークに圧力流体を流通させて成形加工を施すバルジ成形方法であって、
前記中空ワークを加熱する工程と、
前記中空ワークの強度向上に寄与しない相が前記合金の金属組織に析出する析出温度以上に設定された第１部位と、前記析出温度未満の温度に設定された第２部位とが設けられた予備成形金型内で、前記中空ワークに圧力流体を流通しながら予備成形する予備成形工程と、
予備成形が施された前記中空ワークを、焼入れ処理が可能な温度に設定された本成形金型に収容し、前記第１部位に前記相が析出しない冷却速度で前記中空ワークを前記本成形金型で冷却することで、前記第１部位の金属組織に前記相を析出させず且つ前記第２部位の金属組織に前記相を析出させながら該中空ワークに対して本成形加工を施す本成形加工工程と、
本成形加工が施された前記中空ワークに対して時効処理を施し、前記中空ワークの強度向上に寄与する相を前記第１部位の金属組織に析出させる時効処理工程と、
を有することを特徴とする。

この場合、予備成型工程が営まれると、中空ワークには、強度向上に寄与しない相が析出する析出温度以上に上昇した高温部位（第１部位）と、該析出温度未満である低温部位（第２部位）とが生じる。この中空ワークを本成形加工時に急冷すると、高温部位からは前記相が析出しないものの、低温部位からは前記相が析出する。上記したように、前記相が析出しない部位では時効処理を施すと別相が析出して強度が比較的大きくなるのに対し、前記相が析出した部位では、時効処理が施されても強度はさほど向上しない。従って、低温部位は前記高温部位に比して低強度となる。

このように、予備成形金型に高温部位と低温部位を設けることで、部位に応じて強度が異なる中空成形体を容易に作製することができる。しかも、この場合、強度を変更するために肉厚を変更する必要もない。

さらに、この場合、強度が異なる中空成形体を個別に設ける必要がないので、原材料コストを低減することができるとともに、成形工程数を減少することもできる。その上、接合工程数も低減する。

前記予備成形工程に、中空ワークを膨張させる拡管工程を含めるようにしてもよい。この場合、拡管工程で得られる膨張後の中空ワークの膨張部位を該中空ワークの長手方向に直交する方向に切断して露呈する断面の外周寸法を、前記本成形加工工程で本成形加工が施された後の中空ワークの成形部位を前記と同一方向に切断して露呈する断面の外周寸法と略同一にすることが好ましい。

このような寸法設定を行うと、本成形加工の際、中空ワークを内圧によって延伸させる必要がなく、従って、成形部位の外周寸法（周囲長）の寸法変化がほとんどない。このため、本成形加工において、温度を上昇させない場合であっても、中空成形体の寸法精度、ひいては形状の精度を確保することが容易となる。

ここで、本成形金型の設定温度は、溶質原子を含む相が析出しない冷却速度が得られる温度であれば特に限定されるものではなく、人工時効処理温度以下、例えば、概ね２００℃程度以下であればよいが、室温であると冷却速度が大きくなるので好適である。

さらに、本発明は、合金からなり、且つ長手方向に直交する方向の断面形状又は寸法が部位によって相違する長尺な中空成形体であって、
強度向上に寄与しない第１相を金属組織中に含む第１部位と、強度向上に寄与する第２相を金属組織中に含み且つ前記第１部位に比して高強度な第２部位とを有する単一部材であることを特徴とする。

この中空成形体は、強度が相違する部分を一体的に有する。従って、部位に応じて強度が異なる構造体を設ける際、強度が互いに相違する複数個の中空成形体を個別に設け、これらを接合する必要がない。このため、原材料コストを低減することができる上、成形工程数を減少することもできる。

このような中空成形体の材質の好適な例としては、Ｍｇ及びＳｉを含有するＡｌ合金が挙げられる。この場合、第１相としてはＭｇ₂Ｓｉ（β相）が形成され、一方、第２相としては、β’相が形成される。

本発明においては、予備成型金型の所定部位を所定温度に保持することで中空ワークにおける対応部位を所定温度に設定し、強度向上に寄与しない相の析出・不析出を制御するようにしている。この析出・不析出に応じ、中空成形体（中空ワーク）の各部位の強度が設定される。

すなわち、本発明によれば、中空成形体（中空ワーク）の所定の部位を所定の強度に設定することができる。換言すれば、所定の部位以外に低強度部位が形成されることを回避することができるのみならず、部位によって強度が相違する中空成形体を容易に作製することもできる。

以下、本発明に係るバルジ成形方法及び中空成形体につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

第１実施形態に係るバルジ成形方法のフローチャートを、直管（中空ワーク）から中空成形体を得る場合を例示して図１Ａ〜図１Ｅに示す。このバルジ成形方法では、直管１０を加熱する加熱工程Ｓ１と、予備成形工程としての拡管工程Ｓ２及び押圧成形工程Ｓ３と、本成形加工工程Ｓ４と、時効処理工程Ｓ５とが実施され、拡管工程Ｓ２、押圧成形工程Ｓ３、本成形加工工程Ｓ４のそれぞれでは、第１半製品１２、第２半製品１４、中空成形体１６が作製される。

この場合、バルジ成形加工を行うバルジ成形装置は、加熱ステーション、拡管ステーション、押圧成形ステーション、本成形加工ステーションを有し、各ステーションにて加熱工程Ｓ１〜本成形加工工程Ｓ４の各工程が行われる。なお、時効処理工程Ｓ５は、熱処理炉にて実施される。

第１実施形態において、直管１０は、ＪＩＳに規格されるいわゆる６０００系のＡｌ合金、換言すれば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金からなる。この種のＡｌ合金の具体例としては、Ａ６０６３合金が挙げられる。

この直管１０は、挟持機構によって両端から挟持され、この状態で前記加熱ステーションに搬送される。その後、直管１０は、図１Ａに示すように、加熱ステーションに設けられた加熱手段、例えば、電極２０、２２で加熱されて５００℃以上に昇温される。これにより、加熱工程Ｓ１が実施される。

加熱された直管１０は、拡管工程Ｓ２を行う拡管ステーションに移送され、該拡管ステーションに配設されて所定距離で離間した拡管下型３０と拡管上型３２の間に位置する（図２参照）。

ここで、拡管下型３０及び拡管上型３２の双方には、該拡管下型３０及び該拡管上型３２の長手方向に沿って延在する長尺円柱体形状のヒータ３４ａ〜３４ｅ、３６ａ〜３６ｅがそれぞれ埋設されている。拡管下型３０及び拡管上型３２の温度は、これらヒータ３４ａ〜３４ｅ、３６ａ〜３６ｅが予め付勢されることで、直管１０の材質であるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（例えば、Ａ６０６３合金）のβ相の析出温度以上に保持されている。β相であるＭｇ₂Ｓｉの析出温度が約４８０℃であることから、拡管下型３０及び拡管上型３２の保持温度は、例えば、約５００℃以上に設定すればよい。

その後、拡管下型３０が直管１０に指向して上昇することにより型締めがなされ、図２に示すように、拡管下型３０と拡管上型３２で形成されるキャビティ３８に直管１０が収容される。キャビティ３８において、長手方向に直交する周囲方向の一部は、直管１０の直径に比して大寸法に設定されている。このため、当該部位では、直管１０の外周壁は、拡管下型３０及び拡管上型３２の双方から離間した状態となっている。

次に、前記挟持機構を介して圧縮エアが直管１０の内部に供給され、これに伴って直管１０の内部の圧力が上昇する。すなわち、直管１０が圧縮エアによって内部から押圧され、拡管下型３０と拡管上型３２から離間した前記部位では、これら拡管下型３０と拡管上型３２に指向して直管１０が膨張し始める。

膨張した部位は、最終的に、拡管下型３０及び拡管上型３２に堰止される。これにより膨張が停止され、キャビティ３８に対応する形状の第１半製品１２（図１Ｂ参照）が形成される。

この拡管工程Ｓ２が行われている間、直管１０には、拡管下型３０及び拡管上型３２から熱が伝達される。熱を受けた直管１０は、拡管下型３０及び拡管上型３２の温度が直管１０の材質であるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金のβ相の析出温度以上に保持されているため、Ｍｇ、ＳｉがＡｌに溶質原子として固溶する固溶体化が促進される。

型締めがされて所定時間が経過した後、第１半製品１２内の圧縮エアが排気され、さらに、拡管下型３０が下降して型開きがなされる。露呈した第１半製品１２は、次に、押圧成形ステーションに移送され、所定距離で互いに離間した押圧成形下型４０と押圧成形上型４２の間に配置される（図３参照）。

前記拡管下型３０及び前記拡管上型３２と同様に、これら押圧成形下型４０及び押圧成形上型４２にも、押圧成形下型４０及び押圧成形上型４２の長手方向に沿って延在する長尺円柱体形状のヒータ４４ａ〜４４ｅ、４６ａ〜４６ｅがそれぞれ埋設されている。そして、これらヒータ４４ａ〜４４ｅ、４６ａ〜４６ｅが予め付勢されることにより、押圧成形下型４０及び押圧成形上型４２も、その温度がＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金のβ相の析出温度以上、例えば、約５００℃に保持されている。

押圧成形工程Ｓ３の開始に伴って押圧成形下型４０が上昇すると、第１半製品１２が押圧成形上型４２に指向して押圧される。押圧成形下型４０が第１半製品１２に当接する直前に、前記挟持機構を介して圧縮エアが供給される。この際の供給圧力は、第１半製品１２が拡管されない程度に設定すればよい。

押圧成形下型４０が所定の位置まで上昇変位すると、図３に示すキャビティ４８が形成される。この場合、押圧成形下型４０及び押圧成形上型４２の一部で第１半製品１２における前記膨張部位等が押圧成形され、最終的に、第２半製品１４（図１Ｃ参照）が作製される。このようにして押圧成形工程Ｓ３が行われている間も、拡管工程Ｓ２時と同様に、押圧成形下型４０及び押圧成形上型４２の熱が第１半製品１２に伝達される。従って、第１半製品１２ないし第２半製品１４に対し、溶体化処理が施される。

押圧成形工程Ｓ３が終了すると第２半製品１４内の圧縮エアが排気され、その後、押圧成形下型４０が下降して型開きがなされる。露呈した第２半製品１４は、直管１０の円周方向に沿って約９０°回転され、その後、所定距離で互いに離間した本成形加工ステーションの本成形下型５０と本成形上型５２の間に配置される（図４参照）。

これら本成形下型５０及び本成形上型５２には、冷却媒体を流通させるための冷媒通路５４ａ〜５４ｅ、５６ａ〜５６ｅがそれぞれ設けられている。各冷媒通路５４ａ〜５４ｅ、５６ａ〜５６ｅには、水や油、圧縮空気等の冷却媒体が流通され、これにより、本成形下型５０及び本成形上型５２の双方が室温に保持されている。

従って、本成形加工工程Ｓ４が開始され、本成形下型５０が上昇して型締めがなされると、第２半製品１４は、β相析出温度以上の温度から室温に急冷される。このような急冷が施された第２半製品１４では、その材質であるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の金属組織中に、β相であるＭｇ₂Ｓｉが析出することが回避される。

以上のように、第１実施形態においては、予備成形工程、すなわち、拡管工程Ｓ２及び押圧成形工程Ｓ３で直管１０、第１半製品１２及び第２半製品１４をβ相析出温度以上に加熱する一方、本成形加工工程Ｓ４では、第２半製品１４を室温まで急冷しながら中空成形体１６を作製するようにしている。これにより、β相（Ｍｇ₂Ｓｉ）が析出することが回避され、過飽和固溶体からなる中空成形体１６（図１Ｄ参照）が形成される。

なお、第２半製品１４において、押圧成形工程Ｓ３で成形される部位を長手方向に対して直交する方向に沿って切断し、露呈する断面の外周寸法（周囲長）は、中空成形体１６における対応部位の周囲長に略同一となるように設定される。この周囲長の制御は、押圧成形下型４０及び押圧成形上型４２によって形成されるキャビティ４８の対応部位の周囲方向寸法と、本成形下型５０及び本成形上型５２によって形成されるキャビティ５８の対応部位の周囲方向寸法とを略合致させることによって行うことができる。

このように、第２半製品１４から中空成形体１６に変形させる際に周囲長をほとんど変化させることなく本成形加工工程Ｓ４を行うことにより、中空成形体１６の寸法精度、ひいては形状の精度を確保することが容易となる。この場合、第２半製品１４を内圧によって延伸させる必要がほとんどなく、従って、第２半製品１４から中空成形体１６に変形する過程で寸法変化がほとんどないからである。

また、この本成形加工工程Ｓ４が実施される間も、第２半製品１４の内部に圧縮エアが供給される。

その後、時効処理工程Ｓ５が実施される。すなわち、中空成形体１６を前記熱処理炉内に収容し、人工時効処理を施す。時効処理条件は、例えば、１８０℃、６時間とすればよい。又は、自然時効を行うようにしてもよい。

この時効処理により、中空成形体１６の材質であるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（過飽和固溶体）の金属組織中に、溶質原子であるＭｇ、Ｓｉがβ’相として析出する。β’相はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の強度向上に寄与する相であり、従って、中空成形体１６の強度は、直管１０に比して高くなる。なお、β’相の典型的な形態は微細粒子であるが、特にこれに限定されるものではない。

すなわち、第１実施形態では、中空成形体１６の材質であるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の金属組織中にβ相（Ｍｇ₂Ｓｉ）が析出しない冷却速度で第２半製品１４を急冷して過飽和固溶体とし、次に、時効処理によってβ’相を前記過飽和固溶体から析出させるようにしている。このような金属組織が形成された中空成形体１６は、拡管工程Ｓ２、押圧成形工程Ｓ３及び本成形加工工程Ｓ４を約５００℃で行った後、溶体化処理、焼入処理（急冷）、時効処理を行って得られた材質、形状及び寸法等がすべて同一の中空成形体１６に比して、抗張力で１．５倍以上、耐力で２．５倍以上の優れた物性を示す。

以上のように、本成形加工工程Ｓ４時にβ相が析出しない冷却条件を設定することにより、低強度な部位が形成されることを回避することができる。

複数個の中空成形体１６を連続して作製するべく、加熱工程Ｓ１〜本成形加工工程Ｓ４が連続して実施されると、前回に作製された中空成形体１６の熱が本成形下型５０及び本成形上型５２に伝達される。この場合、伝達された熱は、冷媒通路５４ａ〜５４ｅ、５６ａ〜５６ｅに流通する冷却媒体に速やかに吸収され、本成形下型５０及び本成形上型５２から除去される。従って、本成形下型５０及び本成形上型５２の温度上昇が回避されるので、本成形加工工程Ｓ４の実施回数とともに第２半製品１４の熱膨張量が異なることに起因して中空成形体１６の精度が低減することが回避される。

次に、第２実施形態につき説明する。

第２実施形態では、拡管工程Ｓ２及び押圧成形工程Ｓ３において、拡管下型３０、拡管上型３２、押圧成形下型４０及び押圧成形上型４２に高温部位と低温部位が設けられる。高温部位と低温部位、すなわち、温度が互いに相違する部位を設けるには、例えば、ヒータ３４ａ〜３４ｅ、３６ａ〜３６ｅ、４４ａ〜４４ｅ、４６ａ〜４６ｅ中、特定のヒータへの通電を停止したり、ヒータとして発熱容量が異なるものを使用したりすればよい。又は、ヒータ３４ａ〜３４ｅ、３６ａ〜３６ｅ、４４ａ〜４４ｅ、４６ａ〜４６ｅの各々で通電量を相違させるようにしてもよい。勿論、低温部位にヒータが疎に設けられ、高温部位にヒータが密に設けられた拡管下型、拡管上型、押圧成形下型及び押圧成形上型を使用するようにしてもよい。

拡管下型３０及び拡管上型３２において、中空成形体１６の低強度部位に対応する低温部位は、β相の析出温度未満に設定される。一方、中空成形体１６の高強度部位に対応する高温部位は、β相の析出温度以上の温度に設定される。勿論、押圧成形下型４０及び押圧成形上型４２も同様にして高温部位と低温部位が設けられている。

直管１０は、上記第１実施形態と同様に、加熱工程Ｓ１を経て拡管ステーションに移送され、拡管下型３０及び拡管上型３２による拡管工程Ｓ２が営まれて第１半製品１２となる。この拡管工程Ｓ２においては、上記したように、拡管下型３０及び拡管上型３２に高温部位及び低温部位が設けられているので、第１半製品１２において、前記高温部位に当接した部位はβ相析出温度以上の温度に上昇する一方、前記低温部位に当接した部位はβ相析出温度を下回る温度までしか上昇しない。

次に、第１半製品１２に対して押圧成形工程Ｓ３が営まれ、第２半製品１４が作製される。この過程で、第１半製品１２が成形される際にβ相析出温度以上の温度に上昇した高温部位は、押圧成形下型４０及び押圧成形上型４２の高温部位に当接する。また、β相析出温度を下回る温度の低温部位は、押圧成形下型４０及び押圧成形上型４２の低温部位に当接する。このため、第２半製品１４においても、第１半製品１２での高温部位及び低温部位の各温度が保たれる。

その後、第２半製品１４が本成形加工ステーションに移送され、本成形加工Ｓ３が実施される。この際、室温に保持された本成形下型５０及び本成形上型５２に挟まれることに伴って第２半製品１４が冷却される。従って、第２半製品１４の温度が急降下する。

上記したように、第２実施形態では、第２半製品１４にβ相析出温度以上の高温部位と、β相析出温度未満の低温部位とを設けている。これら高温部位と低温部位とが急冷されると、高温部位では過飽和固溶体が形成され、低温部位では金属組織中にβ相が析出する。

この中空成形体１６に対して時効処理を施すと、過飽和固溶体からなる部位では、第１実施形態と同様にβ’相が析出する。すなわち、第２実施形態では、β相が析出した部位と、β’相が析出した部位とが混在した中空成形体１６が作製される。

この中空成形体１６では、β相が析出した部位に比してβ’相が析出した部位の方が高強度となる。すなわち、単一部材でありながら、強度が高い部位（高強度部位）と、強度が低い部位（低強度部位）とを有する中空成形体１６が得られる。このような中空成形体１６は、例えば、自動車車体のフレームを構成するフレーム部材として好適である。このフレーム部材では、強度の相違に基づいて衝撃吸収を担う部位と担わない部位とが存在する。従って、衝撃吸収を担うフレーム部材と担わないフレーム部材とを別個に作製する必要がなくなり、このためにフレーム部材の点数を低減することができるからである。

以上から諒解されるように、第２実施形態では、強度を相違させるべく、拡管工程Ｓ２及び押圧成形工程Ｓ３での第１半製品１２及び第２半製品１４の到達温度を部位によって相違させるようにしている。従って、強度を相違させるべく肉厚を相違させる必要は特にない。すなわち、第２実施形態によれば、肉厚を相違させることなく強度を相違させることが可能となる。

この第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様の理由から、押圧成形工程Ｓ３で成形される第２半製品１４の押圧成形部位の周囲長を、本成形加工工程Ｓ４で成形される中空成形体１６の対応部位の周囲長と略同一に設定することが好ましい。

なお、上記した各実施形態では、圧縮エアを使用して成形加工を行うようにしているが、液体を使用するようにしてもよいことはいうまでもない。

また、本成形下型５０及び本成形上型５２に冷却媒体を流通することに代替し、熱伝導性の高い材質、例えば、Ｃｕ等からなる放熱板を本成形下型５０及び本成形上型５２に装着するようにしてもよい。勿論、冷却媒体の流通と放熱板の装着とを併用するようにしてもよい。

さらに、拡管下型３０、拡管上型３２、押圧成形下型４０及び押圧成形上型４２を所定の温度に保持するための加熱手段はヒータ３４ａ〜３４ｅ、３６ａ〜３６ｅ、４４ａ〜４４ｅ、４６ａ〜４６ｅに限定されるものではなく、高周波誘導加熱手段等のその他の加熱手段であってもよい。

さらにまた、上記の各実施形態では直管１０を用いるようにしているが、ワークは特にこれに限定されるものではなく、圧力流体を流通可能な中空体であればよい。

そして、中空ワークの材質もＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金に特に限定されるものではなく、例えば、強度向上に寄与する相と強度向上に寄与しない相とを析出するような合金であればよい。

図１Ａ〜図１Ｅは、第１実施形態に係るバルジ成形方法のフローチャートである。 直管に対し、拡管下型と拡管上型で拡管加工を施す状態を示す要部概略縦断面図である。 第１半製品を押圧成形下型と押圧成形上型で挟持した状態の一部を示す要部概略縦断面図である。 第２半製品を本成形下型と本成形上型で挟持した状態を示す要部概略縦断面図である。

符号の説明

１０…直管 １２、１４…半製品
１６…中空成形体 ２０、２２…電極
３０…拡管下型 ３２…拡管上型
３４ａ〜３４ｅ、３６ａ〜３６ｅ、４４ａ〜４４ｅ、４６ａ〜４６ｅ…ヒータ
４０…押圧成形下型 ４２…押圧成形上型
５０…本成形下型 ５２…本成形上型
５４ａ〜５４ｅ、５６ａ〜５６ｅ…冷媒通路

Claims (6)

1. 合金製の中空ワークに圧力流体を流通させて成形加工を施すバルジ成形方法であって、
   前記中空ワークを加熱する工程と、
   前記中空ワークの強度向上に寄与しない相が前記合金の金属組織に析出する析出温度以上に設定された予備成形金型内で、前記中空ワークに圧力流体を流通しながら予備成形する予備成形工程と、
   予備成形が施された前記中空ワークを、焼入れ処理が可能な温度に設定された本成形金型に収容し、前記相が析出しない冷却速度で前記中空ワークを前記本成形金型によって冷却しながら該中空ワークに対して本成形加工を施す本成形加工工程と、
   本成形加工が施された前記中空ワークに対して時効処理を施し、前記中空ワークの強度向上に寄与する相を金属組織に析出させる時効処理工程と、
   を有することを特徴とするバルジ成形方法。
2. 合金製の中空ワークに圧力流体を流通させて成形加工を施すバルジ成形方法であって、
   前記中空ワークを加熱する工程と、
   前記中空ワークの強度向上に寄与しない相が前記合金の金属組織に析出する析出温度以上に設定された第１部位と、前記析出温度未満の温度に設定された第２部位とが設けられた予備成形金型内で、前記中空ワークに圧力流体を流通しながら予備成形する予備成形工程と、
   予備成形が施された前記中空ワークを、焼入れ処理が可能な温度に設定された本成形金型に収容し、前記第１部位に前記相が析出しない冷却速度で前記中空ワークを前記本成形金型で冷却することで、前記第１部位の金属組織に前記相を析出させず且つ前記第２部位の金属組織に前記相を析出させながら該中空ワークに対して本成形加工を施す本成形加工工程と、
   本成形加工が施された前記中空ワークに対して時効処理を施し、前記中空ワークの強度向上に寄与する相を前記第１部位の金属組織に析出させる時効処理工程と、
   を有することを特徴とするバルジ成形方法。
3. 請求項１又は２記載の成形方法において、前記予備成形工程は、前記中空ワークを膨張させる拡管工程を含み、
   前記拡管工程で得られる膨張後の前記中空ワークの膨張部位を該中空ワークの長手方向に直交する方向に切断して露呈する断面の外周寸法を、前記本成形加工工程で本成形加工が施された後の前記中空ワークの成形部位を該中空ワークの長手方向に直交する方向に切断して露呈する断面の外周寸法と略同一にすることを特徴とするバルジ成形方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形方法において、前記本成形金型の温度を室温に設定することを特徴とするバルジ成形方法。
5. 合金からなり、且つ長手方向に直交する方向の断面形状又は寸法が部位によって相違する長尺な中空成形体であって、
   強度向上に寄与しない第１相を金属組織中に含む第１部位と、強度向上に寄与する第２相を金属組織中に含み且つ前記第１部位に比して高強度な第２部位とを有する単一部材であることを特徴とする中空成形体。
6. 請求項５記載の中空成形体において、前記合金がＭｇ及びＳｉを含有するＡｌ合金であり、前記第１相がＭｇ₂Ｓｉであることを特徴とする中空成形体。

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