JP2008105053A - Hydroform process - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属管を金型内に装着し、金属管内に成形液を充填し、その後内圧を高めながら、ポンチを介し軸押し力を負荷することで材料を金型内部に流入させつつ、金属管を膨張させ金型に密着させて成形するハイドロフォーム成形方法に関する。 The present invention attaches the metal tube into the mold, fills the metal tube with the molding liquid, and then increases the internal pressure while applying the axial pushing force through the punch to allow the material to flow into the mold. The present invention relates to a hydroform molding method in which a metal tube is expanded and molded in close contact with a mold.
ハイドロフォーム成形では、図1のように金属管1を金型2内に装着し、金属管内に成形液を充填し、その後、しわが発生したり、割れが生じたりすることがない適切な内圧を負荷しながら、ポンチ3を介し軸押し力を負荷することで材料を金型2内部に流入させつつ、金属管1を膨張させ金型2に密着させて所望の部品形状を得る。この際、従来のハイドロフォーム成形では、例えば特許文献1に開示されているように量産を開始するまえにテスト材を用いて試行錯誤により割れやしわの無い良成形品が得ることが出来る、図2のような内圧と軸押し量で表される最適な負荷経路を求め、この負荷経路を量産時の成形条件として内圧と軸押し量を制御して生産を行っている。 ところが、実際には、金属管1の製造工程や予加工の工程で生じるばらつきによりハイドロフォーム成形前の金属管の強度や板厚にはばらつきが存在する。その為、最適な負荷経路を策定した際に用いたテスト材に比べ強度が高い側もしくは板厚が厚い側にばらついた場合、あらかじめ策定した負荷経路では内圧が低すぎる為、しわが発生し、一方で強度が低い側もしくは板厚が薄い側にばらついた場合、あらかじめ策定した不可経路では内圧が高すぎて割れが発生してしまう。このように軸押しの進行に伴い内圧を制御して生産を実施した場合、材料の板厚や強度のバラツキによって成形不良が発生してしまう問題があった。このようなバラツキによる成形不良の原因は、現在のハイドロフォーム成形が一般に力のパラメータである内圧を制御値として成形を行っていることに起因している。
従来のハイドロフォーム成形では、軸押し量の増加にともない適切な内圧を負荷する制御を行うことで成形を行っていた。この為、材料強度や板厚がバラついた場合、割れやしわが発生し不良率が増加する問題があった。
本発明は、材料バラつきの影響を受け難く安定性の高いハイドロフォーム成形方法を提供することを目的とする。
In conventional hydroform molding, molding is performed by performing control to load an appropriate internal pressure as the amount of axial push increases. For this reason, when the material strength and the plate thickness vary, there is a problem that cracks and wrinkles occur and the defect rate increases.
An object of the present invention is to provide a hydroform molding method that is not easily affected by material variations and has high stability.
係る課題を解決する為に、本発明の要旨とするところは、下記の通りである。
(1)金属管1を金型2内に装着し、金属管1内に成形液を充填し、その後内圧を高めながら、ポンチを介し軸押し力を負荷することで材料を金型2内部に流入させつつ、金属管1を膨張させ金型2に密着させて成形するハイドロフォーム成形方法において、成形開始前の金属管内部の容積V0、成形開始前の増圧機内部および高圧配管内部の容積の合計値Vi0、成形中の増圧機内部および高圧配管内部の容積の合計値Vip、成形液の体積弾性率R、成形中の内圧Pとすると式(1)のように計算できる成形品の成形途中の内部容積Vzを軸押しの進行に伴い制御することを特徴とするハイドロフォーム成形方法。
Vz=((V0+Vi0)×(R−P)/R)−Vip ・・・・・・・(1)
In order to solve the problem, the gist of the present invention is as follows.
(1) The
Vz = ((V0 + Vi0) × (RP) / R) −Vip (1)
本発明により、材料バラツキの影響を受けにくい安定性の高いハイドロフォーム成形方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a highly stable hydrofoam molding method that is not easily affected by material variations.
図3(a)平面図、(b)正面図、(c)側面図は、パイプの中央部分が長方形断面に拡管成形されているハイドロフォーム部品の例であるが、この例を用いて本発明の詳細を説明する。 3A is a plan view, FIG. 3B is a front view, and FIG. 3C is a side view, which is an example of a hydroform component in which a central portion of a pipe is expanded into a rectangular cross section. Details will be described.
図4および図5に示すように、ハイドロフォーム成形では、左右の軸押しポンチ3により金属管1に軸押しを加えると共に増圧機4のピストン5を押し込み増圧機4内部の成形液を成形品内部に流入させることで内圧を制御して拡管を進行させる。成形時の内圧は、増圧機4と成形品をつなぐ高圧配管内に取り付けられた、圧力ゲージ6によって測定されている。このように従来の成形方法では、内圧という力を制御することで成形を行っている。その為、成形条件を決定する為に用いたテスト材料と同じ材質、強度、板厚の材料であれば成形不良は、発生しないが材質、強度、板厚がばらついた場合、負荷している内圧が適正な値ではなくなってしまい成形不良が発生する。一方で本発明のハイドロフォーム成形方法では、軸押しに伴い、負荷する圧力の強さを制御するのではなく、成形品の拡管量である成形品の内部体積Vzを制御する。このように、軸押し量に対して成形品の拡管の進み具合を適正に保つ制御を行って成形することで、強度が高く、板厚の大きい材料に対しては自然に高い内圧が負荷され一方で強度が低く板厚が小さい材料に対しては低い内圧が負荷されることになり材料バラツキによる不良を抑えることができる。この際、制御の実績値が目標のVzに対して上下数パーセント程度の範囲にあれば本発明の効果は失われない。尚、ハイドロフォーム成形前の金属管内部の容積V0、ハイドロフォーム成形開始前の増圧機内部および高圧配管内部の容積の合計値Vi0、成形液の体積弾性率R、ハイドロフォーム成形中の内圧Pとすると、成形中の全成形液の体積は((V0+Vi0)×(R−P)/ R)とあらわせる。ここから、ハイドロフォーム成形中の増圧機内部および高圧配管内部の容積の合計値Vipを差し引いた残りが成形中の成形品の内部容積Vzとなり、これは式(1) Vz=((V0+Vi0)×(R−P)/R)−Vip のように表す事ができる。実際の手順としては、以下のようになる。
(1) 通常のハイドロフォーム成形と同じように、テスト材料を用いて内圧と軸押し量の関係を試行錯誤によって調整し、シワおよび割れのない良成形品を得ることのできる内圧と軸押しの負荷経路を決定する。
(2)この負荷経路を用いて成形を行った際に、成形の進行に伴い軸押し量D、内圧P、増圧機4内および高圧配管内の容積Vipがどのような値となったかを測定する。ここで、Vipは、増圧機4のピストン位置とピストンの断面積からもとまる増圧機内の容積と高圧配管内部の容積から測定できる。 これらの値から、式(1)を用いて良成形品が得られた成形での成形品内部の容積Vzと軸押し量Dの関係を求める。ここで求めた、軸押し量Dと成形品内部の容積Vzとの関係が本発明の成形法における成形条件となる。
(3)(2)で得られた成形品内部の容積Vzと軸押し量Dの関係を常に再現するように軸押しの進行にともない増圧機ピストン5の位置を制御してハイドロフォーム成形を行う。
As shown in FIGS. 4 and 5, in hydroforming, the
(1) As with normal hydroforming, the relationship between the internal pressure and the axial push amount is adjusted by trial and error using test materials, and the internal pressure and axial push can be obtained without wrinkles and cracks. Determine the load path.
(2) When molding is performed using this load path, the values of the axial push amount D, internal pressure P, volume Vip in the
(3) Hydroform molding is performed by controlling the position of the
以下に、具体的な実施の一例を示す。
長さ530mmで外径63.5mmの鋼管を用いて図3においてa1=460mm,a2=100mm,a3=400mm,b1=63.5mm,b2=75mm,b3=90mmとした成形品をハイドロフォーム成形により生産する。まず、生産前に適切な成形条件を決定する為の、テスト材として引張強度が440MPaで板厚1.4mmの鋼管を用いて試行錯誤によって割れおよびシワのない成形品を得る事ができる内圧と軸押しの関係からなる図6に示すような負荷経路を策定した。つづいて図6の負荷経路を用いてテスト材を成形し良成形品を得た際の内圧P、軸押し量D、増圧機4内部および高圧配管の容積Vipのデータから、式(1)を用いて成形進行に伴う成形品の内部容積Vzの変化を求めたところ図7のような軸押し量Dと内部容積Vzの関係を得る事ができた。図7の軸押し量Dと内部容積Vzの関係が満たされるように、増圧機4のピストン位置を制御しながら軸押しを負荷して成形を行った。材料強度、板厚のバラツキに対する安定性を確認する為に、板厚1.4mm、引張強度340MPaの鋼管、板厚1.4mm、引張強度590MPaの鋼管および板厚1.3mm、引張強度440MPaの鋼管を用いて成形を行った際の成形結果を表1に示す。比較例として図6に示した内圧と軸押しの関係が満たされるように制御して成形を行う従来の成形法による結果も併記した。
An example of specific implementation is shown below.
Using a steel pipe with a length of 530 mm and an outer diameter of 63.5 mm, a molded product with a1 = 460 mm, a2 = 100 mm, a3 = 400 mm, b1 = 63.5 mm, b2 = 75 mm, b3 = 90 mm in FIG. Produce. First, to determine appropriate molding conditions before production, using a steel pipe with a tensile strength of 440 MPa and a plate thickness of 1.4 mm as a test material, it is possible to obtain a molded product free of cracks and wrinkles by trial and error. A load path as shown in FIG. Next, formula (1) is obtained from the data of internal pressure P, shaft push amount D,
1 金属管
2 金型
3 ポンチ
4 増圧機
5 増圧機ピストン
6 圧力ゲージ
7 成形品
1
Claims (1)
Vz=((V0+Vi0)×(R−P)/R)−Vip ・・・・・・・(1) Mount the metal tube in the mold, fill the metal tube with the molding liquid, and then increase the internal pressure while applying the axial pushing force through the punch to expand the metal tube while allowing the material to flow into the mold In the hydroform molding method in which the mold is brought into close contact with the mold, the volume V0 inside the metal pipe before molding, the total value Vi0 inside the pressure booster before molding and inside the high-pressure pipe, inside the pressure booster during molding And the total volume Vip inside the high-pressure pipe, the bulk modulus R of the molding fluid, and the internal pressure P during molding, the internal volume Vz in the middle of molding of the molded product that can be calculated as shown in Equation (1) A hydrofoam molding method characterized by control.
Vz = ((V0 + Vi0) × (RP) / R) −Vip (1)
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