JP2010110811A

JP2010110811A - 端管の潰し加工方法及び端管略いちょう型断面潰し加工治具

Info

Publication number: JP2010110811A
Application number: JP2008288045A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Tabuchi; 祐介田渕
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2008-11-10
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2010-05-20

Abstract

【課題】材料の局部伸びによる割れの発生を防止し、略いちょう型断面におけるＶ字状の先端アール部を小さいアールに加工することができる端管の潰し加工方法及び端管略いちょう型断面潰し加工治具の提供。
【解決手段】第１プレス加工工程で用いられる第１治具１は、端管３ａの略上側半円部にほぼ沿った上側凸加工面４１と略いちょう型断面におけるＶ字状の左右両辺４２ａ、４２ａの中間部がそれぞれ内側へ窪んだ下側凸加工面４２を備えた第１芯金４と、端管３ａの略上側半円部にほぼ沿った上側凹加工面５１を備えた第１上型５と、略いちょう型断面におけるＶ字状の左右両辺６１ａ、６１ａの中間部がそれぞれ外側へ膨らんだ下側凹加工面６１を備えた第１下型６と、から成る構成とし、円形の端管３ａを最終形状の略いちょう型断面に加工する第２プレス加工工程の前に、第１プレス加工工程で、端管３ａをその略いちょう型断面における略Ｖ字状部の両直線成形部の周長を最終形状の周長よりそれぞれ引き伸ばすようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、エキゾーストマニホールドのそれぞれの端管を略いちょう型断面に加工する端管の潰し加工方法及び端管略いちょう型断面潰し加工治具に関する。

従来、端管の潰し加工方法としては、特許文献１に記載の技術が公知になっている。

通常、このような端管の潰し加工方法は、４気筒エンジンの場合４本のエキゾーストマニホールドのそれぞれの端管を略いちょう型断面に加工する際に用いられるもので、従来は、片側をクランプした状態の直管に、製品板内形状を直管でカットした形状の芯金(成形方向の動きをフリーとしたフローティング構造)を下型と上型間に挿入し、端管を１工程で略いちょう型断面にプレス加工している。
特開２００２−２９５２５１号公報

自動車のエキゾーストマニホールドは、多気筒エンジンにおいていくつかの気筒からの排気ガスを集合させる機能を有する。
４気筒の場合、直管の端部を１／４円形断面の略いちょう形状に潰し加工を行い、それを４本束ね合わせ、この十字状の合わせ部を溶接する。また、端管同士の外側合わせ部に形成される４箇所のＶ溝に沿ってそれぞれ溶接する。これを集合管に挿入し、円周溶接を行なう。
よって、十字状の合わせ部の溶接工程での品質を安定化するためには、いちょう形状の潰し加工の際、略いちょう型断面におけるＶ字状の先端アール部をできるだけ小さいアールにすることが望ましい。
ところが、片側をクランプした状態の直管に、製品板内形状を直管でカットした形状の芯金を下型と上型間に挿入し、端管を１工程で略いちょう型断面にプレス加工する従来工法では、Ｖ字状の先端アール部をできるだけ小さいアールに加工しようとすると、材料の局部伸びによる割れが発生する虞があるという問題がある。

本発明の解決しようとする課題は、材料の局部伸びによる割れの発生を防止し、略いちょう型断面におけるＶ字状の先端アール部を小さいアールに加工することができる端管の潰し加工方法を提供することにある。

上記課題を解決するため請求項１記載の端管の潰し加工方法は、端管をその略いちょう型断面における略Ｖ字状部の両直線成形部の周長を最終形状の周長よりそれぞれ引き伸ばす第１プレス加工工程と、第１プレス加工工程で加工された端管を最終形状の略いちょう型断面に加工する第２プレス加工工程と、
からなることを特徴とする手段とした。

また、請求項３記載の端管略いちょう型断面潰し加工治具は、第１工程で用いられる第１治具と第２工程で用いられる第２治具とからなり、第１治具は、端管の略上側半円部にほぼ沿った上側凸加工面と略いちょう型断面におけるＶ字状の左右両辺の中間部がそれぞれ内側へ窪んだ下側凸加工面を備えた第１芯金と、端管の略上側半円部にほぼ沿った上側凹加工面を備えた第１上型と、略いちょう型断面におけるＶ字状の左右両辺の中間部がそれぞれ外側へ膨らんだ下側凹加工面を備えた第１下型と、から成り、第２治具は、第１治具で加工された端管を最終形状の略いちょう型断面に加工する第２芯金と、第２上型と、第２下型と、から成り、第２芯金は、第１治具で加工された端管内に挿入可能で、最終形状の略いちょう型断面における下側のＶ字状に沿った下側凸加工面と最終形状の略いちょう型断面の上面円弧にほぼ沿った円弧状の上側凸加工面とを有し、第２上型は、最終形状の略いちょう型断面の上面円弧に沿った円弧状の上側凹加工面を有し、第２下型は、最終形状の略いちょう型断面における下側のＶ字状に沿った下側凹加工面を有することを特徴とする手段とした。

本発明の端管の潰し加工方法では、上述のように、端管を最終形状の略いちょう型断面に加工する第２プレス加工工程の前に、第１プレス加工工程で、端管をその略いちょう型断面における略Ｖ字状部の両直線成形部の周長を最終形状の周長よりそれぞれ引き伸ばすようにした。
これにより、第２プレス加工工程において第１プレス加工工程で引き伸ばされた部分を直線に戻すことで、材料の局部伸びによる割れの発生を防止し、略いちょう型断面におけるＶ字状の先端アール部を小さいアールに加工することができる。
また、第１プレス加工工程において全体の周長を伸ばすわけではなく局部的に周長を伸ばす為、略いちょう型断面におけるＶ字状の先端アール部とは別部位での余肉による問題発生がない。

本発明の端管略いちょう型断面潰し加工治具では、上述のように、第１治具は、端管の略上側半円部にほぼ沿った上側凸加工面と略いちょう型断面におけるＶ字状の左右両辺の中間部がそれぞれ内側へ窪んだ下側凸加工面を備えた第１芯金と、端管の略上側半円部にほぼ沿った上側凹加工面を備えた第１上型と、略いちょう型断面におけるＶ字状の左右両辺の中間部がそれぞれ外側へ膨らんだ下側凹加工面を備えた第１下型と、から成る構成とした。
その結果、第１治具による端管の略下側半円部のプレス加工時に、第１芯金の略いちょう型断面におけるＶ字状の左右両辺の中間部がそれぞれ内側へ窪んだ下側凸加工面と、第１下型の略いちょう型断面におけるＶ字状の左右両辺の中間部がそれぞれ外側へ膨らんだ下側凹加工面との間に挟持される際に略いちょう型断面における略Ｖ字状部の両直線成形部の周長を最終形状の周長よりそれぞれ引き伸ばすことができる。
そして、第２治具によるプレス加工時に、引き伸ばされた部分を直線に戻すことで、材料の局部伸びによる割れの発生を防止し、略いちょう型断面におけるＶ字状の先端アール部を小さいアールに加工することができる。

以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。

まず、実施例１の端管の潰し加工方法で用いる端管略いちょう型断面潰し加工治具を図面に基づいて説明する。
なお、実施例１では、４気筒エンジンのエキゾーストマニホールドで、略いちょう型断面に潰し加工された４本の端管を円形に集合した集合管に挿入接続させる場合について説明する。

図１は実施例１の端管略いちょう型断面潰し加工治具を構成する第１治具示す正面図、図２は同第２治具を示す正面図、図３は加工前の端管を示す正面図、図４は加工後の端管を示す正面図、図５は端管の集合状態を示す正面図である。

この端管略いちょう型断面潰し加工治具は、第１プレス加工工程で用いられる第１治具１と第２プレス加工工程で用いられる第２治具２とから成る。

第１治具１は、図１に示すように、第１芯金４と、第１上型５と、第１下型６とから成る。

第１芯金４は、図３に示す円形のエキゾーストマニホールドの端管３ａの略上側半円部にほぼ沿った上側凸加工面４１と略いちょう型断面におけるＶ字状の左右両辺４２ａ、４２ａの中間部がそれぞれ内側へ窪んだ下側凸加工面４２を備えている。
第１上型５は、端管３ａの略上側半円部にほぼ沿った上側凹加工面５１を備えている。

第１下型６は、略いちょう型断面におけるＶ字状の左右両辺６１ａ、６１ａの中間部がそれぞれ外側へ膨らんだ下側凹加工面６１を備えている。

第２治具２は、図２に示すように、第２芯金７と、第２上型８と、第２下型９とから成る。
第２芯金７は、第１治具１で加工された端管３ｂを、図４に示す最終形状の略いちょう型断面に加工するもので、第１治具で加工された端管３ｂ内に挿入可能で、最終形状の略いちょう型断面端管３ｃ略上側半縁部にほぼ沿った上側凸加工面７１と最終形状の略いちょう型断面端管３ｃにおける下側Ｖ字状に沿った左右両辺７２ａ、７２ａから成る下側凸加工面７２を備えた
第２上型８は、最終形状の略いちょう型断面端管３ｃ略上側半縁部にほぼ沿った上側凹加工面８１を備えている。
第２下型９は、最終形状の略いちょう型断面端管３ｃにおける下側のＶ字状に沿った左右両辺９１ａ、９１ａから成る下側凹加工面９１を備えている
なお、実施例１では、各Ｖ字の角度は９０°に設定される。

次に、上記実施例１の端管略いちょう型断面潰し加工治具を用いた端管の潰し加工方法を図面に基づいて説明する。

図６は第１プレス加工工程を示す説明図、図７は第２プレス加工工程を示す説明図である。

第１プレス加工工程は、端管３をその略いちょう型断面における略Ｖ字状部の両直線成形部の周長を最終形状の周長よりそれぞれ引き伸ばす工程であり、第１治具１が用いられる。
即ち、まず、図６（イ）に示すように、第１下型６の上に、プレス成形加工方向（上下方向）の動きをフリーとするフローティング構造の第１芯金４を挿入した端管３ａをセットし、その上に第１上型５をセットする。
次に、この状態で第１上型５を第１下型６へ向けて可動させると、端管３を潰し始め、その潰しに連動して第１新金４もプレス成形加工方向（下方）に可動する。
この押し潰しの際に、第１下型６におけるそれぞれ外側へ膨らんだ左右両辺６１ａ、６１ａの膨らみ部が、第１芯金４におけるそれぞれ内側へ窪んだ左右両辺４２ａ、４２ａの窪み部内に押し込まれることで該部分の板材が周方向に引き伸ばされる。
そして、第１上型６が第１下型５に当接する下死点Ｏまで下降した時点で、図６（ロ）に示すように、端管３ａが第１芯金４の外径に沿った形状の端管３ｂにプレス成形される。

第２プレス加工工程は、第１プレス加工工程で加工された端管３ｂを最終形状の略いちょう型断面に加工する工程であり、第２治具２が用いられる。
即ち、図７（イ）に示すように、第２下型９の上に、プレス成形加工方向（上下方向）の動きをフリーとするフローティング構造の第２芯金７を挿入した端管３ｂをセットし、その上に第２上型８をセットする。
なお、この状態では、端管３ｂにおける引き伸ばされた両辺３１、３１の周方向両端縁部側の突出部ｂ１、ｂ２が第２下型９の下側凹加工面９１における左右両辺９１ａ、９１ａにそれぞれ当接し、中間部の内側へ窪んだ部分ｂ３が第２芯金７の下側凸加工面７２における左右両辺７２ａ、７２ａにそれぞれ当接した状態になっている。
次に、この状態で第２上型８を第２下型９へ向けて可動させると、まず、図７（ロ）に示すように、端管３ｂの略上側半円部の頂部ｂ４が第２上型８の上側凹加工面７１に強く当接して押し潰されて行く。
このため、この頂部ｂ４が第２上型８の上側凹加工面７１の当接点に固定される第１の加工定点となる。
それと同時に、左右両辺３１、３１の上側突出部ｂ１、ｂ１が第２下型９の下側凹加工面９１における左右両辺９１ａ、９１ａにそれぞれ強く押し付けられる。
これにより、この上側突出部ｂ１、ｂ１が左右両辺９１ａ、９１ａの当接点に固定される第２の加工定点となる。
この状態から第２上型８をさらに可動させると、図７（ハ）に示すように、端管３ｂの略上側半縁部の幅方向両端部が幅方向外側へそれぞれ膨らんで、略いちょう型断面の上側円弧部の両端アール部Ｒ２、Ｒ２が成形される。

また、端管３ｂにおける下側突出部ｂ２、ｂ２と内側へ窪んだ部分ｂ３、ｂ３が第２芯金７におけるＶ字状下側凸加工面７２と第２下型９におけるＶ字状の下部凹加工面９１との間で平らに加工される際に、それぞれ下部凹加工面９１のＶ字状先端方向に押し出される。
そして、この押し出された部分が第２芯金７における下側凸加工面７２のＶ字状先端部７２ｂと第２下型９における下側凹加工面９１のＶ字状溝部９１ｂとの間で略いちょう型断面における小さなアールのＶ字状先端アール部Ｒ１が成形される。

以上のように略いちょう型断面に加工された端管３ｃを、図５に示すように、まず、円形に束ね合わせて、この十字状の合わせ部を溶接する。
次に、端管３ｃ同士の外側合わせ部に形成される４箇所のＶ溝Ｖ１に沿ってそれぞれ溶接して接合することにより、溶接ビードでＶ溝Ｖ１が埋められた状態になる。
次に、これを集合管１０に挿入し、円周溶接を行なうことにより、４本の端管３ｃを隙間無く集合管１０に接続させることができる。

次に、この実施例１の作用を説明する。
<端管の加工性について>
第１プレス加工工程で、端管３ａをその略いちょう型断面における略Ｖ字状部の両直線成形部の周長を最終形状の周長よりそれぞれ引き伸ばされるので、最終形状の略いちょう型断面に加工する第２プレス加工工程において材料の局部伸びによる割れの発生が防止され、略いちょう型断面におけるＶ字状の先端アール部Ｒ１を小さいアールに加工することができる。

<エキゾーストマニホールドの品質の安定化について>
略いちょう型断面におけるＶ字状の先端アール部Ｒ１を小さくできるので、十字状の合わせ部の溶接工程での品質が安定化する。

次に、この実施例１の効果を請求項１〜３に対応する（１）〜（３）と共に説明する。

（１）実施例１の端管の潰し加工方法では、上述のように、円形の端管３ａを最終形状の略いちょう型断面に加工する第２プレス加工工程の前に、第１プレス加工工程で、端管３ａをその略いちょう型断面における略Ｖ字状部の両直線成形部の周長を最終形状の周長よりそれぞれ引き伸ばすようにした。
これにより、第２プレス加工工程において第１プレス加工工程で引き伸ばされた両辺３１、３１部分を直線に戻すことで、材料の局部伸びによる割れの発生を防止し、略いちょう型断面におけるＶ字状の先端アール部Ｒ１を小さいアールに加工することができる。従って、十字状の合わせ部の溶接工程での品質を安定化させることができる。
また、第１プレス加工工程において全体の周長を伸ばすわけではなく局部的に周長を伸ばす為、略いちょう型断面におけるＶ字状の先端アール部Ｒ１とは別部位での余肉による問題発生がない。

（２）また、実施例１の略いちょう型断面潰し加工治具では、上述のように、第１プレス加工工程で用いられる第１治具１は、端管３ａの略上側半円部にほぼ沿った上側凸加工面４１と略いちょう型断面におけるＶ字状の左右両辺４２ａ、４２ａの中間部がそれぞれ内側へ窪んだ下側凸加工面４２を備えた第１芯金４と、端管３ａの略上側半円部にほぼ沿った上側凹加工面５１を備えた第１上型５と、略いちょう型断面におけるＶ字状の左右両辺６１ａ、６１ａの中間部がそれぞれ外側へ膨らんだ下側凹加工面６１を備えた第１下型６と、から成る構成とした。
その結果、第１治具１による端管３ａの略下側半円部のプレス加工時に、第１芯金４の略いちょう型断面におけるＶ字状の左右両辺４２ａ、４２ａの中間部がそれぞれ内側へ窪んだ下側凸加工面４２と、第１下型６の略いちょう型断面におけるＶ字状の左右両辺６１ａ、６１ａの中間部がそれぞれ外側へ膨らんだ下側凹加工面６１との間に挟持される際に略いちょう型断面における略Ｖ字状部の両直線成形部の周長を最終形状の周長よりそれぞれ引き伸ばすことができる。
また、第２プレス加工工程でもちいられる第２治具２は、第１治具で加工された端管３ｂ内に挿入可能で、最終形状の略いちょう型断面における下側のＶ字状に沿った下側凸加工面と最終形状の略いちょう型断面の上面円弧にほぼ沿った円弧状の上側凸加工面とを有する第２芯金と、最終形状の略いちょう型断面の上面円弧に沿った円弧状の上側凹加工面を有する第２上型と、最終形状の略いちょう型断面におけるＶ字状の下側凹加工面を有する第２下型と、から成る構成とした。

（３）そして、この第２治具２を用いた第２プレス加工工程時に、第１プレス加工工程で形成された端管３ｂにおける上側半円部と下側の略Ｖ字状の左右両辺との間の両上側突出部ｂ１、ｂ１を第２下型９における下側凹加工面６１におけるＶ字状の左右両辺９１Ｂｂ、９１ｂの当接部に対し固定する加工定点とし、該両加工定点を固定点としてその上側と下側をそれぞれ独立して略いちょう型断面に加工するようにしたことで、引き伸ばされた両辺３１、３１部分をそれぞれ下部凹加工面９１のＶ字状先端方向に向けて押し出して直線に戻すことができる。これにより、材料の局部伸びによる割れの発生が確実に防止され、略いちょう型断面におけるＶ字状の先端アール部Ｒ１を小さいアールに加工することができる。

なお、図８は、加工前の端管として板厚１．５の端管を用いたシミュレーション結果を示すもので、縦軸に成形後Ｒ１部における板外アールを示し、横軸に周長伸縮率％を示している。
このシミュレーション結果に示すように、周長伸縮率が０％である従来工法では成形後Ｒ１部の板外アールが約３．２５であったのに対し、実施例工法では、第１プレス加工工程にて最終形状に対して周長伸縮率が約２．３％周長を伸ばしたときの第２プレス加工工程でＲ１部の板外アールが約１．６になり、第１プレス加工工程にて最終形状に対して周長伸縮率が約３．５％周長を伸ばしたときの第２プレス加工工程で成形後Ｒ１部の板外アールが約１．３４にまで小さくすることができた。

以上本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

例えば、実施例では、４気筒エンジンのエキゾーストマニホールドで、略いちょう型断面に潰し加工された４本の端管を円形に集合した集合管に挿入接続させる場合について説明したが、３本以上であればその本数は任意である。

実施例１の端管略いちょう型断面潰し加工治具を構成する第１治具示す正面図である。実施例１の端管略いちょう型断面潰し加工治具を構成する第２治具示す正面図である。加工前の端管を示す正面図である。加工後の端管を示す正面図である。端管の集合状態を示す正面図である。第１プレス加工工程を示す説明図である。第２プレス加工工程を示す説明図である。シミュレーション結果を示すグラフである。

符号の説明

１第１治具
２第２治具
３ａ加工前の端管
３ｂ第１治具で加工された端管
３ｃ最終形状の略いちょう型断面端管
３１引き伸ばされた両辺
４第１芯金
４１上側凸加工面
４２下型凸加工面
４２ａＶ字状の左右両辺
５第１上型
５１上側凹加工面
６第１下型
６１下側凹加工面
６１ａＶ字状の左右両辺
７第２芯金
７１上側凸加工面
７２下側凸加工面
７２ａＶ字状の左右両辺
７２ｂＶ字状の先端部
８第２上型
８１上側凹加工面
９第２下型
９１下側凹加工面
９１ａＶ字状の左右両辺
９１ｂＶ字状溝部
１０集合管
ｂ１上側突出部
ｂ２下側突出部
ｂ３内側に窪んだ部分
ｂ４上側半円部の頂部
Ｒ１Ｖ字状先端アール部
Ｒ２上側円弧部の両端アール部
Ｖ１Ｖ溝

Claims

芯金を挿入した端管を下型と上型間で略いちょう型断面にプレス加工する端管の潰し加工方法であって、
前記端管を略いちょう型断面における略Ｖ字状部の両直線成形部の周長を最終形状の周長よりそれぞれ引き伸ばす第１プレス加工工程と、
前記第１プレス加工工程で加工された端管を最終形状の略いちょう型断面に加工する第２プレス加工工程と、
から成ることを特徴とする端管の潰し加工方法。
請求項１に記載の端管の潰し加工方法において、
前記第１プレス加工工程では、
前記端管の略上側半円部にほぼ沿った上側凸加工面と略いちょう型断面におけるＶ字状の左右両辺の中間部がそれぞれ内側へ窪んだ下側凸加工面を備えた第１芯金と、
前記端管の略上側半円部にほぼ沿った上側凹加工面を備えた第１上型と、
略いちょう型断面におけるＶ字状の左右両辺の中間部がそれぞれ外側へ膨らんだ下側凹加工面を備えた第１下型と、から成る第１治具が用いられ、
前記第２プレス加工工程では、
前記第１治具で加工された端管内に挿入可能で、最終形状の略いちょう型断面における下側のＶ字状に沿った下側凸加工面と最終形状の略いちょう型断面の上面円弧にほぼ沿った円弧状の上側凸加工面とを有する第２芯金と、最終形状の略いちょう型断面の上面円弧に沿った円弧状の上側凹加工面を有する第２上型と、最終形状の略いちょう型断面における下側のＶ字状に沿った下側凹加工面を有する第２下型と、から成る第２治具が用いられ、
前記第２プレス加工工程では、
前記第１プレス加工工程で形成された端管における上側半円部と下側の略Ｖ字状の左右両辺との間の両突出部を前記第２下型における下側凹加工面の当接部に対し固定する加工定点とし、該両加工定点を固定点としてその上側と下側をそれぞれ独立して略いちょう型断面に加工するようにしたことを特徴とする端管の潰し加工方法。
芯金を挿入した端管を下型と上型間で略いちょう型断面にプレス加工する端管略いちょう型断面潰し加工治具であって、
第１プレス加工工程で用いられる第１治具と第２プレス加工工程で用いられる第２治具とからなり、
前記第１治具は、
前記端管の略上側半円部にほぼ沿った上側凸加工面と略いちょう型断面におけるＶ字状の左右両辺の中間部がそれぞれ内側へ窪んだ下側凸加工面を備えた第１芯金と、
前記端管の略上側半円部にほぼ沿った上側凹加工面を備えた第１上型と、
略いちょう型断面におけるＶ字状の左右両辺の中間部がそれぞれ外側へ膨らんだ下側凹加工面を備えた第１下型と、
から成り、
前記第２治具は、前記第１治具で加工された端管を最終形状の略いちょう型断面に加工する第２芯金と、第２上型と、第２下型と、から成り、
前記第２芯金は、前記第１治具で加工された端管内に挿入可能で、最終形状の略いちょう型断面における下側のＶ字状に沿った下側凸加工面と最終形状の略いちょう型断面の上面円弧にほぼ沿った円弧状の上側凸加工面とを有し、
前記第２上型は、最終形状の略いちょう型断面の上面円弧に沿った円弧状の上側凹加工面を有し、
前記第２下型は、最終形状の略いちょう型断面におけるＶ字状の下側凹加工面を有することを特徴とする端管略いちょう型断面潰し加工治具。