JP2011016140A - Method of joining pipe to member to be joined - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車用部品、配管材等を製造する際に用いられるパイプと被接合部材との接合方法、パイプと被接合部材との接合装置、及びパイプと被接合部材との接合構造体に関する。 The present invention relates to a method for joining a pipe and a member to be joined, which is used when manufacturing automotive parts, piping materials, and the like, a joining device for a pipe and a member to be joined, and a joint structure of a pipe and a member to be joined. .
なお本明細書及び特許請求の範囲では、「アルミニウム」の語は、特に示さない限り、純アルミニウムとアルミニウム合金との双方を含む意味で用いる。 In the present specification and claims, the term “aluminum” is used to include both pure aluminum and aluminum alloys unless otherwise specified.
相互に重層され且つ接合された内パイプ及び外パイプからなる二重パイプを製造する方法として、特開昭58−25819号公報(特許文献1)、特開昭58−107225号公報(特許文献2)に記載された方法が知られている。この方法を簡単に説明すると次のとおりである。
As a method of manufacturing a double pipe composed of an inner pipe and an outer pipe which are laminated and joined to each other, JP-A-58-25819 (Patent Document 1), JP-A-58-107225 (
内パイプ及び外パイプを相互に重層した状態で、冷却された内パイプ内に充填された水を流過させることにより内パイプの温度を制御する。また、外パイプを加熱膨張させる。次いで、内外両パイプの温度差が所定の温度差に達したら、水の流過を停止する。そして、内パイプ内に水圧を印加することにより、内パイプを拡管し、これにより内パイプに外パイプを機械的に接合して二重パイプが製作される。 In the state where the inner pipe and the outer pipe are overlapped with each other, the temperature of the inner pipe is controlled by flowing water filled in the cooled inner pipe. Further, the outer pipe is heated and expanded. Next, when the temperature difference between the inner and outer pipes reaches a predetermined temperature difference, the water flow is stopped. Then, by applying water pressure in the inner pipe, the inner pipe is expanded, and thereby the outer pipe is mechanically joined to the inner pipe to produce a double pipe.
また、パイプにフランジ等の被接合部材を接合する方法として、例えば拡管接合工具を用いた拡管接合方法が知られている(例えば、特許文献3〜9参照)。この拡管接合方法を簡単に説明すると次のとおりである。
Further, as a method for joining a member to be joined such as a flange to a pipe, for example, a pipe expansion joining method using a pipe expansion joining tool is known (see, for example,
パイプを被接合部材に設けられた挿通孔内に挿通するとともに、パイプの中空部内に拡管接合工具を配置する。拡管接合工具は、中心部に楔孔部を有するとともに楔孔部を中心に周方向に複数個のダイセグメントに分割されたダイと、ダイの各ダイセグメントを半径外方向に移動させる楔部を有するマンドレルとを備えている。次いで、マンドレルの楔部をダイの楔孔部内に差し込むことにより、ダイの各ダイセグメントをパイプの半径外方向に移動させて、各ダイセグメントでパイプをその半径外方向に押圧する。この際、各ダイセグメントによるパイプへの押圧はパイプが塑性変形されるまで行う。これにより、パイプを拡管加工する。その結果、パイプに被接合部材が機械的に固定状態に拡管接合される。 The pipe is inserted into an insertion hole provided in the member to be joined, and a pipe expansion joining tool is disposed in the hollow portion of the pipe. The tube expansion joining tool includes a die having a wedge hole portion at the center and divided into a plurality of die segments in the circumferential direction around the wedge hole portion, and a wedge portion for moving each die segment of the die radially outward. And a mandrel having. Next, the mandrel wedge portion is inserted into the die wedge hole portion to move each die segment of the die radially outward of the pipe, and each die segment presses the pipe radially outward. At this time, the pressure on the pipe by each die segment is performed until the pipe is plastically deformed. Thereby, the pipe is expanded. As a result, the member to be joined is expanded and joined to the pipe in a mechanically fixed state.
しかしながら、上記2つの接合方法には次のような難点があった。 However, the above two joining methods have the following difficulties.
水圧で内パイプを拡管して接合を行う方法では、内パイプの接合予定部以外の部位が拡管されないように当該部位を拘束しなければならず、接合作業が面倒であった。さらに、この方法では、内パイプと外パイプとの接合強度が不足する虞があった。 In the method of joining by expanding the inner pipe with water pressure, the part must be restrained so that the part other than the planned joining part of the inner pipe is not expanded, and the joining work is troublesome. Furthermore, in this method, there is a possibility that the joint strength between the inner pipe and the outer pipe is insufficient.
拡管接合工具を用いて接合を行う方法では、パイプと被接合部材との接合強度が不足する虞があった。 In the method of joining using the pipe expansion joining tool, there is a possibility that the joining strength between the pipe and the member to be joined is insufficient.
本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、パイプと被接合部材との接合強度を高めることができ、更に接合を容易に行うことができるパイプを被接合部材との接合方法、該方法に用いられるパイプと被接合部材との接合装置、及び、パイプと被接合部材との接合構造体を提供するこにある。 The present invention has been made in view of the above-described technical background, and an object of the present invention is to increase the bonding strength between the pipe and the member to be bonded, and further to connect the pipe that can be easily bonded to the member to be bonded. A joining method of a pipe and a member to be joined used in the method, and a joining structure of a pipe and a member to be joined.
本発明は以下の手段を提供する。 The present invention provides the following means.
[1] アルミニウム製被接合部材に設けられた挿通孔内に挿通された冷却状態のアルミニウム製パイプを、その中空部内に配置された拡管接合工具によって拡管加工することにより、パイプに被接合部材を拡管接合する拡管接合工程を備え、
前記拡管接合工程では、パイプを拡管加工する途中で又は拡管加工した後で、パイプの温度を上昇させることにより、パイプに被接合部材を冷却嵌めすることを特徴とするパイプと被接合部材との接合方法。
[1] An aluminum pipe in a cooled state inserted through an insertion hole provided in the aluminum member to be joined is expanded by a tube expansion joining tool arranged in the hollow portion thereof, whereby the member to be joined to the pipe is obtained. It has a pipe expansion joining process for pipe expansion joining,
In the pipe expansion joining step, the pipe and the member to be joined are characterized by cooling and fitting the member to be joined to the pipe by raising the temperature of the pipe during or after the pipe expanding process. Joining method.
[2] 前記拡管接合工程では、パイプは該パイプを拡管加工する前は非冷却状態であり、パイプを拡管加工する途中で冷却状態の拡管接合工具がパイプの内周面に当接することにより、パイプを冷却状態にする請求項1記載のパイプと被接合部材との接合方法。
[2] In the pipe expansion joining step, the pipe is in an uncooled state before the pipe is expanded, and the pipe expansion joining tool in a cooled state comes into contact with the inner peripheral surface of the pipe while the pipe is expanded. The method for joining a pipe and a member to be joined according to
[3] 前記拡管接合工程では、被接合部材はパイプを拡管加工する前は加熱状態であり、パイプを拡管加工する途中で又は拡管加工した後で、パイプの温度を上昇させるとともに被接合部材の温度を低下させることにより、パイプに被接合部材を冷却嵌め及び焼き嵌めする請求項1又は2記載のパイプと被接合部材との接合方法。
[3] In the pipe expansion joining step, the member to be joined is in a heated state before the pipe is expanded, and the pipe temperature is increased while the pipe is expanded or after the pipe is expanded. The joining method of the pipe and to-be-joined member of
[4] 加熱状態のアルミニウム製被接合部材に設けられた挿通孔内に挿通されたアルミニウム製パイプを、その中空部内に配置された拡管接合工具によって拡管加工することにより、パイプに被接合部材を拡管接合する拡管接合工程を備え、
前記拡管接合工程では、パイプを拡管加工する途中で又は拡管加工した後で、被接合部材の温度を低下させることにより、パイプに被接合部材を焼き嵌めすることを特徴とする、パイプと被接合部材との接合方法。
[4] An aluminum pipe inserted into an insertion hole provided in a heated aluminum member to be joined is expanded by a tube expansion joining tool disposed in the hollow portion, whereby the member to be joined to the pipe is processed. It has a pipe expansion joining process for pipe expansion joining,
In the pipe expansion joining step, the pipe to be joined and the pipe to be joined are characterized by shrink-fitting the member to be joined to the pipe by lowering the temperature of the member to be joined during or after the pipe expansion process. Joining method with member.
[5] アルミニウム製被接合部材に設けられた挿通孔内に挿通されたアルミニウム製パイプの中空部内に配置されるとともに、パイプを拡管加工することによりパイプに被接合部材を拡管接合する拡管接合工具と、
パイプを冷却する冷却手段と、を備えていることを特徴とするパイプと被接合部材との接合装置。
[5] A tube expansion joining tool that is disposed in a hollow portion of an aluminum pipe inserted into an insertion hole provided in an aluminum member to be bonded, and expands and joins the member to be bonded to the pipe by expanding the pipe. When,
And a cooling means for cooling the pipe. A joining apparatus for joining a pipe and a member to be joined.
[6] 前記冷却手段は、拡管接合工具を冷却する工具冷却部を有するとともに、該工具冷却部により冷却された拡管接合工具がパイプを拡管加工する途中でパイプの内周面に当接することにより、パイプを冷却するものである請求項5記載のパイプと被接合部材との接合装置。 [6] The cooling means has a tool cooling part for cooling the pipe expansion joining tool, and the pipe expansion joining tool cooled by the tool cooling part comes into contact with the inner peripheral surface of the pipe in the course of pipe expansion processing. The apparatus for joining a pipe and a member to be joined according to claim 5, wherein the pipe is cooled.
[7] 被接合部材を加熱する加熱手段を備えている請求項5又は6に記載のパイプと被接合部材との接合装置。
[7] The apparatus for joining a pipe and a member to be joined according to
[8] アルミニウム製被接合部材に設けられた挿通孔内に挿通されたアルミニウム製パイプの中空部内に配置されるとともに、パイプを拡管加工することによりパイプに被接合部材を拡管接合する拡管接合工具と、
被接合部材を加熱する加熱手段と、を備えていることを特徴とするパイプと被接合部材との接合装置。
[8] A tube expansion joining tool that is disposed in a hollow portion of an aluminum pipe that is inserted into an insertion hole provided in the aluminum member to be joined and that expands and joins the member to be joined to the pipe by expanding the pipe. When,
And a heating means for heating the member to be joined.
[9] アルミニウム製被接合部材に設けられた挿通孔内にアルミニウム製パイプが挿通された状態で、パイプに被接合部材が拡管接合されるとともに冷却嵌めされていることを特徴とするパイプと被接合部材との接合構造体。 [9] A pipe and a to-be-coated member characterized in that the to-be-joined member is expanded and joined to the pipe while being cooled and fitted into the through-hole provided in the to-be-joined member made of aluminum. Bonding structure with bonding member.
[10] パイプに被接合部材が更に焼き嵌めされている請求項9記載のパイプと被接合部材との接合構造体。
[10] The joined structure of a pipe and a member to be joined according to
[11] アルミニウム製被接合部材に設けられた挿通孔内にアルミニウム製パイプが挿通された状態で、パイプに被接合部材が拡管接合されるとともに焼き嵌めされていることを特徴とするパイプと被接合部材との接合構造体。 [11] A pipe and a piece to be welded, in which the member to be joined is expanded and joined to the pipe in a state where the aluminum pipe is inserted into the insertion hole provided in the member to be joined made of aluminum. Bonding structure with bonding member.
本発明は以下の効果を奏する。 The present invention has the following effects.
[1]の発明によれば、拡管接合工程にてパイプに被接合部材が拡管接合されるとともに、更に、パイプに被接合部材が冷却嵌めされることから、パイプと被接合部材とは拡管加工による圧接力と更に冷却嵌めによる圧接力とで接合される。これにより、パイプと被接合部材との接合強度を高めることができる。 According to the invention of [1], since the member to be joined is expanded and joined to the pipe in the pipe expanding and joining process, and the member to be joined is further cooled and fitted to the pipe, the pipe and the member to be joined are expanded. It is joined by the pressure contact force due to and the pressure contact force due to the cooling fit. Thereby, the joint strength of a pipe and a to-be-joined member can be raised.
その上、パイプと被接合部材はいずれもアルミニウム製なので、冷却による脆化が生じない。そのため、パイプと被接合部材との接合強度を強固に維持することができる。 In addition, since the pipe and the member to be joined are both made of aluminum, embrittlement due to cooling does not occur. Therefore, the bonding strength between the pipe and the member to be bonded can be maintained firmly.
もとより、パイプの接合予定部以外の部位が拡管されないように当該部位を拘束する必要がないので、接合を容易に行うことができる。 Of course, since it is not necessary to constrain the part other than the part to be joined of the pipe so that the pipe is not expanded, joining can be easily performed.
さらに、従来の水圧を利用した接合方法では、パイプ内に水が充填されるまで拡管を行うことができないが、本発明ではそのような時間が不要であるため、接合時間を短縮することができる。 Furthermore, in the conventional joining method using water pressure, the pipe cannot be expanded until the pipe is filled with water. However, in the present invention, such time is not necessary, so that the joining time can be shortened. .
[2]の発明では、パイプを拡管加工する途中で冷却状態の拡管接合工具がパイプの内周面に当接することにより、パイプを冷却状態にするので、パイプの拡管加工予定部だけを局部的に冷却状態にすることができる。そのため、パイプ全体を冷却する必要がなく、冷却に要するコストや時間を低減することができる。 In the invention of [2], since the pipe expansion joining tool in the cooled state is brought into contact with the inner peripheral surface of the pipe while the pipe is being expanded, the pipe is brought into the cooled state. Can be cooled down. Therefore, it is not necessary to cool the entire pipe, and the cost and time required for cooling can be reduced.
[3]の発明では、パイプに被接合部材を冷却嵌め及び焼き嵌めをするので、パイプと被接合部材とは拡管加工による圧接力と、冷却嵌めによる圧接力と、更に焼き嵌めによる圧接力とで接合される。これにより、パイプと被接合部材との接合強度を更に高めることができる。 In the invention of [3], since the member to be joined is cooled and shrink-fitted on the pipe, the pipe and the member to be joined are pressed by a pipe expanding process, pressed by a cooling fit, and further pressed by a shrink fit. Are joined together. Thereby, the joint strength of a pipe and a to-be-joined member can further be raised.
[4]の発明によれば、拡管接合工程にてパイプに被接合部材が拡管接合されるとともに、更に、パイプに被接合部材が焼き嵌めされることから、パイプと被接合部材とは拡管加工による圧接力と更に焼き嵌めによる圧接力とで接合される。ここで、拡管接合工程では、パイプを拡管加工する途中で、拡管接合工具がパイプの内周面に当接するとともにパイプの外周面が被接合部材の挿通孔の内周面に当接するので、被接合部材の熱が被接合部材からパイプを伝導して拡管接合工具へ逃げる。そのため、パイプが高温になり難い。したがって、パイプに被接合部材を強固に焼き嵌めすることができる。 According to the invention of [4], since the member to be joined is expanded and joined to the pipe in the pipe expansion joining step, and further, the member to be joined is shrink-fitted to the pipe, the pipe and the member to be joined are expanded. It is joined by the pressure contact force due to and the pressure contact force due to shrink fitting. Here, in the pipe expansion joining process, the pipe expansion joining tool abuts on the inner peripheral surface of the pipe and the outer peripheral surface of the pipe abuts on the inner peripheral surface of the insertion hole of the member to be joined during pipe expansion processing. The heat of the joining member is conducted from the member to be joined through the pipe and escapes to the tube expansion joining tool. Therefore, it is difficult for the pipe to become hot. Therefore, the member to be joined can be firmly shrink-fitted into the pipe.
もとより、パイプの接合予定部以外の部位が拡管されないように当該部位を拘束する必要がないので、接合を容易に行うことができる。 Of course, since it is not necessary to constrain the part other than the part to be joined of the pipe so that the pipe is not expanded, joining can be easily performed.
さらに、従来の水圧を利用した接合方法では、パイプ内に水が充填されるまで拡管を行うことができないが、本発明ではそのような時間が不要であるため、接合時間を短縮することができる。 Furthermore, in the conventional joining method using water pressure, the pipe cannot be expanded until the pipe is filled with water. However, in the present invention, such time is not necessary, so that the joining time can be shortened. .
[5]〜[8]の発明によれは、それぞれ上記[1]〜[4]の発明に係るパイプと被接合部材との接合方法に好適に用いられるパイプと被接合部材との接合装置を提供できる。 According to the inventions [5] to [8], there is provided a joining device for a pipe and a member to be joined that is preferably used in the joining method of the pipe and the member to be joined according to the inventions [1] to [4]. Can be provided.
[9]の発明によれば、接合強度が高いパイプと被接合部材との接合構造体を提供できる。 According to the invention of [9], it is possible to provide a joined structure of a pipe having a high joining strength and a member to be joined.
[10]の発明によれば、接合強度が極めて高いパイプと被接合部材との接合構造体を提供できる。 According to the invention of [10], it is possible to provide a joined structure of a pipe and a member to be joined having extremely high joining strength.
[11]の発明によれば、接合強度が高いパイプと被接合部材との接合構造体を提供できる。 According to the invention of [11], it is possible to provide a joined structure of a pipe having a high joining strength and a member to be joined.
次に、本発明の幾つかの実施形態について図面を参照して以下に説明する。 Next, several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1〜図7は、本発明の第1実施形態について説明する図である。図3において、40は、第1実施形態に係る接合装置である。 1-7 is a figure explaining 1st Embodiment of this invention. In FIG. 3, 40 is a joining apparatus according to the first embodiment.
図1及び2において、50は、第1実施形態の接合装置40を用いてパイプ1に被接合部材6が接合されて製作された接合構造体である。
1 and 2,
パイプ1は、例えば、自動車のステアリングサポートビーム、ステアリングコラムホルダ、マフラ、フレーム、プロペラシャフト、サスペンションアーム、その他の自動車部品に用いられるか、あるいは配管材に用いられるものである。
The
パイプ1は真直なものであり、その外周面1a及び内周面1bの断面形状はいずれも円形状である。さらに、パイプ1はその軸方向(即ち長さ方向)に延びた断面円形状の中空部2を有している。パイプ1の内径、外径及び肉厚は、いずれもパイプ1の軸方向において一定に設定されている。
The
パイプ1はアルミニウム製である。本発明では、アルミニウムは熱処理型合金と非熱処理型合金のいずれであっても良く、本実施形態では例えば熱処理型合金であるとする。さらに本発明では、パイプ1は、押出材、引抜材又は圧延材からなるものであっても良いし、その他の方法により製作されたものであっても良い。
The
被接合部材6は、例えば、他の部材(図示せず)に取り付けられるフランジとして又はブラケットとして用いられるものである。この被接合部材6は、比較的厚肉の板状であり、詳述すると円環板状である。被接合部材6の外周部には、他の部材に取り付けられる取付け部として、ボルト挿通孔等の締結具挿通孔9が設けられている。ただし本発明では、被接合部材6は、フランジやブラケットとして用いられるものであることに限定されるものではなく、その他に、例えば、ステイを有するものであっても良い。
The
被接合部材6はアルミニウム製である。本発明では、アルミニウムは熱処理型合金と非熱処理型合金のいずれであっても良く、本実施形態では例えば熱処理型合金であるとする。さらに本発明では、被接合部材6は、押出材、引抜材又は圧延材からなるものであっても良いし、その他の方法により製作されたものであっても良い。
The
被接合部材6の中央部には、パイプ1が挿通される挿通孔7が貫通して設けられている。この挿通孔7の断面形状は、パイプ1の外周面1aの断面形状に対応した形状であり、即ち円形状である。
An
パイプ1の長さは例えば50〜2000mmの範囲内に設定され、その内径は例えば20〜400mmの範囲内に設定され、その肉厚は例えば0.5〜15mmの範囲内に設定されている。
The length of the
ただし本発明では、パイプ1の各寸法は、上記の範囲内であることに限定されるものではなく、パイプ1の使用目的に応じて様々に設定されるものである。
However, in the present invention, the dimensions of the
被接合部材6の外径は例えば30〜500mmの範囲内に設定されている。被接合部材6の挿通孔7の直径は、拡管加工される前の状態のパイプ1の外径よりも例えば0.1〜3mm大きく設定されている。これにより、パイプ1が挿通孔7内に遊挿状に挿通されうるものとなされている。被接合部材6の挿通孔7の内周面8のパイプ軸方向に沿う長さを、内周面8の幅とするとき、内周面8の幅は、例えば2〜50mmの範囲内に設定されている。
The outer diameter of the
ただし本発明では、被接合部材6の各部位の各寸法は、上記の範囲内であることに限定されるものではなく、被接合部材6の使用目的に応じて様々に設定されるものである。
However, in this invention, each dimension of each site | part of the to-
この接合構造体50において、パイプ1が被接合部材6の挿通孔7内に挿通された状態で、パイプ1に被接合部材6が拡管接合されるとともに冷却嵌めされている。
In this joined
この接合構造体50の構成について詳述すると、次のとおりである。
The configuration of the
図2に示すように、パイプ1の挿通孔7内への挿通部分3は、拡管加工されることで、挿通部分3の外周面が被接合部材6の挿通孔7の内周面8に圧接するようにパイプ1の半径外方向に膨出した状態に塑性変形されている。そして、この拡管加工時に蓄積された被接合部材6の弾性復元力によって、被接合部材6にはパイプ1の半径内方向の力が常時作用されている。さらに、パイプ1に被接合部材6が冷却嵌めされている。したがって、パイプ1に被接合部材6が非常に強固に接合されている。
As shown in FIG. 2, the
さらに、パイプ1の全長さ領域のうちパイプ1の挿通部分3の軸方向両側近傍部分4、4は、拡管加工されることで、それぞれ、パイプ1の半径外方向に局部的に膨出した状態に塑性変形されている。そのため、各近傍部分4に断面円弧状の抜止め用膨出部Sがパイプ1の周方向に延びて形成されている。被接合部材6は、両膨出部S、Sの間にパイプ1の軸方向に挟まれた状態で、パイプ1に接合されている。したがって、両膨出部S、Sによって、パイプ1に対する被接合部材6の抜け強度が高められている。膨出部Sの膨出量は例えば0.5〜10mmである。膨出部Sの幅は例えば1〜30mmである。
Furthermore, the axially both
なお本発明では、膨出部Sの断面形状は円弧状であることに限定されるものではなく、その他に、三角形状、四角形状などであっても良い。さらに、膨出部Sの膨出量及び幅は、上記の範囲内であることに限定されるものではない。 In the present invention, the cross-sectional shape of the bulging portion S is not limited to an arc shape, but may be a triangular shape, a quadrangular shape, or the like. Furthermore, the bulging amount and the width of the bulging portion S are not limited to being within the above range.
次に、第1実施形態の接合装置40の構成について以下に説明する。
Next, the structure of the joining
図3に示すように、この接合装置40は、拡管接合工具10、冷却手段20などを備えている。
As shown in FIG. 3, the joining
拡管接合工具10は、ダイ11、マンドレル16等を備えている。
The pipe
図3及び4に示すように、ダイ11は、略円柱状のものである。したがって、ダイ11の横断面形状は略円形状である。さらに、ダイ11は例えば工具鋼や超硬合金製である。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
ダイ11の中心部には楔孔部15がダイ11の中心軸と同軸に且つダイ11の軸方向に貫通して設けられている。楔孔部15は、円錐状又は多角錐状であり、第1実施形態では多角錐状であり、詳述すると正四角錐状である。したがって、楔孔部15の横断面形状は正四角形状である(図4参照)。
A
さらに、図4に示すように、ダイ11は、楔孔部15を中心に周方向に均等に複数個のダイセグメント12に分割されている。第1実施形態では、ダイ11の分割数は4個である。また、ダイ11の各ダイセグメント12は互いに同一構成である。
Further, as shown in FIG. 4, the
図3に示すように、マンドレル16は、ダイ11の楔孔部15に対応する楔部17を有している。楔部17は、例えば工具鋼や超硬合金製であり、マンドレル16の先端部に先細り状に一体形成されている。楔部17は、円錐状又は多角錐状であり、第1実施形態では多角錐状であり、詳述すると正四角錐状である。したがって、楔部17の横断面形状は正四角形状である。楔部17のテーパ角は、ダイ11の楔孔部15のテーパ角と等しく設定されており、例えば1〜30°の範囲内に設定されている。ただし本発明では、楔部17及び楔孔部15のテーパ角は上記の範囲内であることに限定されるものではない。
As shown in FIG. 3, the
マンドレル16の基端部には、楔部17をダイ11の楔孔部15内に差し込む方向にマンドレル16を移動させるマンドレル駆動部19が接続されている。第1実施形態では、マンドレル駆動部19は、マンドレル16をその軸方向に押圧することで楔部17を楔孔部15に対して差込み方向に移動させるものであり、その駆動源として油圧シリンダ(図示せず)を有している。
Connected to the base end of the
マンドレル16は、パイプ1の中空部2内に配置されたダイ11の楔孔部15内に楔部17を差し込みことにより、ダイ11の各ダイセグメント12をパイプ1の半径外方向に移動させるものである。
The
マンドレル駆動部19は、楔部17の楔孔部15内への差込み量、即ち油圧シリンダの駆動ロッドの押圧ストローク量を制御する制御部(図示せず)を有している。パイプ1の半径外方向へのダイセグメント12の移動量は、マンドレル駆動部19の制御部によって駆動ロッドの押圧ストローク量を制御することにより、調節される。
The
ダイ11の各ダイセグメント12は、マンドレル16の楔部17によってパイプ1の半径外方向に移動されることにより、パイプ1の挿通部分3及び両近傍部分4、4を半径外方向に押圧し、これによりこれらの部分3、4、4を塑性変形させて拡管加工するものである。
Each die
図3に示すように、ダイセグメント12の押圧面(即ち、各ダイセグメント12のパイプ内周面1b側に向いた外面)には、ダイ11の周方向に延びた2個の押圧凸部13、13が互いにダイ11の軸方向に離間して形成されている。押圧凸部13の断面形状は円弧状である。さらに、ダイセグメント12の押圧面における両第1押圧凸部13、13の間に押圧部14が形成されている。
As shown in FIG. 3, two pressing
両押圧凸部13、13は、拡管加工時にパイプ1の挿通部分3の両側近傍部分4、4をパイプ1の半径外方向に押圧するものであり、その形状及び寸法は互いに等しく設定されている。
Both pressing
押圧部14は、拡管加工時にパイプ1の挿通部分3をパイプ1の半径外方向に押圧するものである。
The
冷却手段20は、拡管接合工具10のダイ11の各ダイセグメント12を冷却する工具冷却部21を有している。そして、冷却手段20は、工具冷却部21によって各ダイセグメント12を予め冷却しておき、パイプ1を拡管加工する途中で該冷却された各ダイセグメント12がパイプ1の内周面1bに当接することで、パイプ1の熱を各ダイセグメント12に伝導させて吸収し、これによりパイプ1を冷却するものである。すなわち、この冷却手段20は、パイプ1を直接冷却する方式のものではなく、拡管接合工具10の各ダイセグメント12を介してパイプ1を冷却する方式のものである。ただし本発明では、冷却手段20はパイプ1を直接冷却する方式のものを排除するものではない。
The cooling means 20 includes a
各ダイセグメント12の内部には、ダイセグメント12を冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体流通路がU字状に延びて設けられている。図3〜6中の矢印Yは、冷却媒体の流れ方向を示している。
Inside each die
工具冷却部21は、冷却媒体供給槽22と冷却媒体回収槽23を有している。冷却媒体供給槽22と各ダイセグメント12の冷却媒体流通路28の入口部28aとは、冷却媒体供給管24を介して連結されている。冷却媒体回収槽23と各ダイセグメント12の冷却媒体流通路28の出口部28bとは、冷却媒体排出管25を介して連結されている。そして、この工具冷却部21は、冷却媒体供給槽22からの冷却媒体が供給管24を通って冷却媒体流通路28の入口部28aから冷却媒体流通路28内に供給され、その後、冷却媒体流通路28の出口部28bから排出管25を通って冷却媒体回収槽23に回収されるように構成されている。このように冷却媒体を冷却媒体流通路28内に流通させることにより、ダイセグメント12が冷却される。冷却媒体供給管24には開閉バルブ26が介設されている。さらに、このバルブ26は、冷却媒体の供給量を調節する機能も有しており、すなわち流量調節バルブとしても機能している。
The
冷却媒体は、冷却液や冷却ガス等が用いられ、具体的には、液体空気、液体窒素、冷却エアーからなる冷却媒体が用いられる。 As the cooling medium, a cooling liquid, a cooling gas, or the like is used. Specifically, a cooling medium made of liquid air, liquid nitrogen, or cooling air is used.
なお本発明では、拡管接合工具10のダイ11の各ダイセグメント12にノズルから冷却エアーを吹き付けることにより、各ダイセグメント12を冷却しても良い。
In the present invention, each die
次に、上記接合装置40を用いたパイプ1と被接合部材6との接合方法について以下に説明する。なお、接合は常温の雰囲気下で行われるものとする。
Next, the joining method of the
図3に示すように、パイプ1を被接合部材6の挿通孔7内に挿通する。このときのパイプ1の温度と被接合部材6の温度はいずれも常温である。また、冷却手段20の工具冷却部21の開閉バルブ26を開けることで冷却媒体供給槽22から冷却媒体を拡管接合工具10のダイ11の各ダイセグメント12に供給し(即ち、冷却媒体を冷却媒体流通路28内に流通させ)、これにより各ダイセグメント12を冷却する。冷却媒体によるダイセグメント12の望ましい冷却温度は後述する。
As shown in FIG. 3, the
そして、パイプ1の中空部2内における被接合部材6に対応する位置に、拡管接合工具10のダイ11を配置する。この状態において、ダイ11は、その中心軸がパイプ1の中心軸Zと一致するように配置される。さらに、拡管接合工具10のマンドレル16を、その楔部17の中心軸がパイプ1の中心軸Zと一致するように配置する。
And the die | dye 11 of the pipe
次いで、マンドレル駆動部19を動作させることでマンドレル16の楔部17をダイ11の楔孔部15内に差し込む。これにより、図5に示すように、ダイ11の各ダイセグメント12がパイプ1の半径外方向に移動されてパイプ1の内周面1bに当接する。すると、各ダイセグメント12(詳述すると各ダイセグメント12の押圧凸部13)とパイプ1の内周面1bとの接触部からパイプ1の熱が各ダイセグメント12に伝導吸収される。その結果、パイプ1が各ダイセグメント12との接触部及びその近傍において局部的に冷却される。パイプ1が局部的に冷却される部位は、パイプ1の拡管加工予定部、即ち、挿通部分3及び両近傍部分4、4とほぼ一致する。パイプ1は、ダイセグメント12の温度と略同じ温度に冷却される。パイプ1の望ましい冷却温度は後述する。こうしてパイプ1が冷却されることにより、パイプ1の外径が減少する。
Subsequently, the
このようにパイプ1を冷却した状態で、引き続きマンドレル16の楔部17を楔孔部15内に差し込むことにより、パイプ1の挿通部分3の外周面が被接合部材6の挿通孔7の内周面8に圧接するようにダイ11の各ダイセグメント12でパイプ1を半径外方向に押圧する。押圧は、パイプ1の挿通部分3及び両近傍部分4、4が塑性変形されるまで行う。これにより、図6に示すように、パイプ1が拡管加工され、その結果、パイプ1に被接合部材6が拡管接合される[拡管接合工程]。
With the
その後、パイプ1の拡管加工を終了するため、マンドレル16の楔部17をダイ11の楔孔部15内から抜出する。すると、図7に示すように、各ダイセグメント12がパイプ1の内周面1bから離れてパイプ1の内周面1bに対して非接触になる。すなわち、パイプ1の拡管加工が終了すると同時にパイプ1の冷却が停止される。その後、開閉バルブ26を閉じることにより、冷却媒体の供給を停止し、これにより各ダイセグメント12の冷却を停止する。
Thereafter, the
すると、パイプ1の温度が常温になるように徐々に高くなり、これに伴いパイプ1の外径が徐々に増加する。これにより、パイプ1と被接合部材6との圧接力が増加する。そして、パイプ1の温度が常温に戻ることにより、パイプ1に被接合部材6がしっかりと冷却嵌めされる。なお本発明では、パイプ1の温度が常温に戻るのに要する時間を短縮するため、パイプ1の温度が常温になるように任意の加熱装置によりパイプ1を加熱しても良い。
Then, the temperature of the
この接合方法では、拡管加工時において、パイプ1の挿通部分3は、各ダイセグメント12の押圧部14によってパイプ1の半径外方向に膨出した状態に押圧されて塑性変形される。パイプ1の挿通部分3の両側近傍部分4、4は、各ダイセグメント12の両押圧凸部13、13によってパイプ1の半径外方向に膨出した状態に押圧されて塑性変形される。これにより、当該各近傍部分4に断面円弧状の膨出部Sがパイプ1の周方向に延びて形成される。
In this joining method, at the time of pipe expansion processing, the
この接合方法において、パイプ1と被接合部材6との温度差が100℃以上になるように、パイプ1を冷却するのが望ましい。こうすることにより、冷却嵌めの締め代が約0.1mm以上になり、これにより冷却嵌めによる接合力の向上を確実に図ることができる。具体的にパイプ1の冷却温度を例示すると、パイプ1の冷却温度は−70〜−20℃の範囲内に設定される。また、ダイセグメント12の冷却温度は、パイプ1の冷却温度と略同じ温度に設定される。
In this joining method, it is desirable to cool the
上記の接合方法では、パイプ1の拡管加工を終了するのと同時にパイプ1の冷却を停止している。しかるに本発明では、その他に、パイプ1を拡管加工する途中でパイプ1の冷却を停止しても良い。その冷却停止方法としては、ダイ11の各ダイセグメント12がパイプ1の内周面1bに当接した直後に冷却媒体のダイセグメント12への供給を停止することで、パイプ1の冷却を停止することが例示される。
In the above joining method, the cooling of the
上記第1実施形態の接合方法には次の利点がある。 The joining method of the first embodiment has the following advantages.
拡管接合工程にてパイプ1に被接合部材6が拡管接合されるとともに、更に、パイプ1に被接合部材6が冷却嵌めされることから、パイプ1と被接合部材6とは拡管加工による圧接力と更に冷却嵌めによる圧接力とで接合される。これにより、パイプ1と被接合部材6との接合強度を高めることができる。
While the member to be joined 6 is expanded and joined to the
その上、パイプ1と被接合部材6はいずれもアルミニウム製なので、冷却による脆化が生じない。そのため、パイプ1と被接合部材6との接合強度を強固に維持することができる。
In addition, since the
もとより、パイプ1の接合予定部以外の部位が拡管されないように当該部位を拘束する必要がないので、接合を容易に行うことができる。
Of course, since it is not necessary to restrain the site | part so that site | parts other than the joining plan part of the
さらに、従来の水圧を利用した接合方法では、パイプ1内に水が充填されるまで拡管を行うことができないが、本発明ではそのような時間が不要であるため、接合時間を短縮することができる。
Furthermore, in the conventional joining method using water pressure, the
さらに、パイプ1を直接冷却しないで、パイプ1を拡管加工する途中で冷却状態の各ダイセグメント12がパイプ1の内周面1bに当接することにより、パイプ1を冷却状態にするので、パイプ1の拡管加工予定部(3、4、4)だけを局部的に冷却状態にすることができる。そのため、パイプ全体を冷却する必要がなく、冷却に要するコストや時間を低減することができる。
Furthermore, the
ただし本発明は、パイプ1全体やパイプ1の拡管加工予定部を直接冷却することを排除するものではない。パイプ1全体やパイプ1の拡管加工予定部を直接冷却する方法としては、パイプ1全体やパイプ1の拡管加工予定部にノズルから冷却エアーを吹き付けて冷却する方法が例示される。
However, the present invention does not exclude direct cooling of the
図8及び9は、本発明の第2実施形態について説明する図である。これらの図には、上記第1実施形態と同じ部分に同一の符号を付している。 8 and 9 are diagrams illustrating a second embodiment of the present invention. In these drawings, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
第2実施形態では、接合装置40は、拡管接合工具10と、冷却手段20と、更に被接合部材6を加熱する加熱手段30とを備えている。
In 2nd Embodiment, the joining
加熱手段30は、発熱部32と、該発熱部32に発熱用電気を供給する電源31とを備えている。発熱部32は、被接合部材6に取り付けられるか又は被接合部材6の近傍に配置されるものであり、本実施形態では被接合部材6の外周部に取り付けられている。発熱部32は、電気発熱線(図示せず)を内蔵している。加熱手段30は、電源31の電力を発熱部32(即ち電気発熱線)に供給して該発熱部32を発熱させることにより、被接合部材6を発熱部32から加熱するように構成されている。
The heating means 30 includes a
また、発熱部32は電源31に給電線33を介して電気的に接続されている。この給電線33には、電源31から発熱部32への通電をON又はOFFにするON/OFFスイッチ34が設けられている。電源31は、発熱部32への給電量を調節する調節機能(図示せず)を有している。
In addition, the
加熱手段30により加熱される前の状態の被接合部材6の挿通孔7の内径は、拡管加工される前の状態のパイプ1の外径に対して例えば0.1〜0.5mm大きく設定されている。
The inner diameter of the
次に、上記接合装置40を用いたパイプ1と被接合部材6との接合方法について、上記第1実施形態とは異なる点を中心に以下に説明する。なお、接合は常温の雰囲気下で行われるものとする。
Next, a method of joining the
第2実施形態では、図8に示すように、パイプ1を拡管加工する前に、加熱手段30の発熱部32に電源31から電気を供給することにより、被接合部材6を発熱部32によって予め加熱した状態にしておく。これにより、被接合部材6の挿通孔7の内径が増大する。被接合部材6の望ましい加熱温度は後述する。
In the second embodiment, as shown in FIG. 8, before the
この状態で、上記第1実施形態の接合方法と同様にパイプ1を拡管加工する。
In this state, the
その後、パイプ1の拡管加工を終了するため、マンドレル16の楔部17をダイ11の楔孔部15内から抜出する。すると、図9に示すように、各ダイセグメント12がパイプ1の内周面1bから離れてパイプ1の内周面1bに対して非接触になる。すなわち、パイプ1の拡管加工が終了すると同時にパイプ1の冷却が停止される。その後、開閉バルブ26を閉じることにより、冷却媒体の供給を停止し、これにより各ダイセグメント12の冷却を停止する。
Thereafter, the
すると、パイプ1の温度が常温になるように徐々に高くなり、これに伴いパイプ1の外径が徐々に増加する。これにより、パイプ1と被接合部材6との圧接力が増加する。そして、パイプ1の温度が常温に戻ることにより、パイプ1に被接合部材6がしっかりと冷却嵌めされる。
Then, the temperature of the
さらに、パイプ1の拡管加工を終了するのと同時又はその後で加熱手段30のスイッチ34をOFFにすることにより、発熱部32への給電を停止し、これにより被接合部材6の加熱を停止する。
Further, the power supply to the
すると、被接合部材6の温度が常温になるように徐々に低くなり、これに伴い被接合部材6の挿通孔7の直径が減少する。これにより、パイプ1と被接合部材6との圧接力が増加する。そして、被接合部材6の温度が常温に戻ることにより、パイプ1に被接合部材6がしっかりと焼き嵌めされる。
Then, the temperature of the
この接合方法において、パイプ1と被接合部材6との温度差が100℃以上になるように、パイプ1を冷却するとともに被接合部材6を加熱するのが望ましい。特に、被接合部材6が熱処理型アルミニウム合金製である場合には、被接合部材6の温度が熱処理型アルミニウム合金の熱処理温度未満になるように被接合部材6を加熱することが、被接合部材自体の強度を維持することができ、ひいてはパイプ1と被接合部材6との接合強度を維持できる点で望ましい。こうすることにより、冷却嵌めの締め代と焼き嵌めの締め代との合計量が約0.1mm以上になり、これにより、冷却嵌め及び焼き嵌めによる接合力の向上を確実に図ることができる。具体的に被接合部材6の加熱温度を例示すると、被接合部材6が熱処理型アルミニウム合金製である場合には、被接合部材6の加熱温度は100〜250℃の範囲内に設定され、また、被接合部材6が非熱処理型アルミニウム合金製である場合には、被接合部材6の加熱温度は100〜400℃の範囲内に設定される。
In this joining method, it is desirable that the
上記の接合方法では、パイプ1の拡管加工を終了するのと同時又はその後で被接合部材6の加熱を停止している。しかるに本発明では、その他に、パイプ1を拡管加工する途中で被接合部材6の加熱を停止しても良い。その加熱停止方法としては、ダイ11の各ダイセグメント12がパイプ1の内周面1bに当接した後で発熱部32への給電を停止することで、被接合部材6の加熱を停止することが例示される。
In the above joining method, the heating of the joined
上記第2実施形態の接合方法により接合されて製作された接合構造体50は、パイプ1に被接合部材6が拡管接合されるとともに冷却嵌め及び焼き嵌めされている。したがって、パイプ1と被接合部材6との接合強度は極めて高い。
In the joined
上記第2実施形態の接合方法には、上記第1実施形態の接合方法における利点の他に更に次の利点がある。 The bonding method of the second embodiment has the following advantages in addition to the advantages of the bonding method of the first embodiment.
パイプ1に被接合部材6を冷却嵌め及び焼き嵌めをするので、パイプ1と被接合部材6とは拡管加工による圧接力と、冷却嵌めによる圧接力と、更に焼き嵌めによる圧接力とで接合される。これにより、パイプ1と被接合部材6との接合強度を更に高めることができる。
Since the member to be joined 6 is cooled and shrink-fitted to the
而して、本発明は、上記第1及び第2実施形態に限定されるものではなく、様々に変更可能である。 Thus, the present invention is not limited to the first and second embodiments, and can be variously changed.
例えば、上記第2実施形態では、パイプ1と被接合部材6は、拡管加工による圧接力と冷却嵌めによる圧接力と焼き嵌めとによる圧接力とによって接合されている。しかるに本発明では、パイプ1と被接合部材6は、冷却嵌めによる圧接力ではなく、拡管加工による圧接力と焼き嵌めによる圧接力とによって接合されていても良い。この場合におけるパイプ1と被接合部材6との接合は、次のように行われる。なお、以下の方法は上記第2実施形態の一変形例である。
For example, in the said 2nd Embodiment, the
すなわち、パイプ1と被接合部材6との接合は、各ダイセグメント12の冷却を行わないこと以外は上記第2実施形態の接合方法に従って行われる。
That is, the joining of the
この変形例によれば、拡管接合工程にてパイプ1に被接合部材6が拡管接合されるとともに、更に、パイプ1に被接合部材6が焼き嵌めされる。そのため、パイプ1と被接合部材6とは、拡管加工による圧接力と更に焼き嵌めによる圧接力とで接合される。ここで、拡管接合工程では、パイプ1を拡管加工する途中で、各ダイセグメント12がパイプ1の内周面1bに当接するとともにパイプ1の外周面1aが被接合部材6の挿通孔7の内周面8に当接するので、被接合部材6の熱が被接合部材6からパイプ1を伝導して各ダイセグメント12へ逃げる。そのため、パイプ1が高温になり難い。したがって、パイプ1に被接合部材6を強固に焼き嵌めすることができる。そのため、パイプ1と被接合部材6との接合強度を高めることができる。
According to this modification, the member to be bonded 6 is expanded and joined to the
またこの変形例では、各ダイセグメント12の冷却を行わないので、接合装置40は必ずしも冷却手段20を備える必要はない。
Moreover, in this modification, since each die
さらに、本発明は、上記第1及び第2実施形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々に変更可能である。 Furthermore, the present invention is not limited to the first and second embodiments and modifications described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
また、上記実施形態では、パイプ1は断面円形状のものであるが、本発明ではパイプ1は断面四角形や六角形などの多角形状のものであっても良い。この場合には、パイプ1の周方向の荷重に対するパイプ1と被接合部材6との接合強度、即ちパイプ1と被接合部材6との捻り強度を高めることができる。
In the above embodiment, the
さらに本発明では、パイプ1は、その中空部2内に該中空部を複数個の中空区画室に区画するパイプ軸方向に延びた仕切り壁部がパイプ1と一体に形成されたもの、即ち仕切り壁部付きパイプであっても良い。
Further, in the present invention, the
本発明は、例えば、自動車のステアリングサポートビーム、ステアリングコラムホルダ、マフラ、フレーム、プロペラシャフト、サスペンションアーム、カムシャフト、その他の自動車部品を製作する際に用いられ、あるいは、自動車以外の製品として、例えば配管材を製作する際に用いられる、パイプと被接合部材との接合方法、前記接合方法に用いられる接合装置、及び、パイプと被接合部材との接合構造体に利用可能である。 The present invention is used, for example, when manufacturing a steering support beam, a steering column holder, a muffler, a frame, a propeller shaft, a suspension arm, a camshaft, and other automobile parts of an automobile, or as a product other than an automobile, for example, The present invention can be used for a method of joining a pipe and a member to be joined, a joining device used for the joining method, and a joint structure of a pipe and a member to be used, which are used when manufacturing a piping material.
1:パイプ
2:パイプの中空部
6:被接合部材
7:挿通孔
8:挿通孔の内周面
10:拡管接合工具
11:ダイ
12:ダイセグメント
16:マンドレル
20:冷却手段
21:工具冷却部
28:冷却媒体流通路
30:加熱手段
32:発熱部
40:接合工具
50:接合構造体
Y:冷却媒体の流れ方向
1: pipe 2: hollow part 6: member to be joined 7: insertion hole 8: inner
Claims (11)
前記拡管接合工程では、パイプを拡管加工する途中で又は拡管加工した後で、パイプの温度を上昇させることにより、パイプに被接合部材を冷却嵌めすることを特徴とするパイプと被接合部材との接合方法。 The pipe to be joined is expanded and joined to the pipe by expanding the cooled aluminum pipe inserted into the insertion hole provided in the aluminum to-be-joined member with a pipe-expansion joining tool disposed in the hollow portion. It has a pipe expansion joining process,
In the pipe expansion joining step, the pipe and the member to be joined are characterized by cooling and fitting the member to be joined to the pipe by raising the temperature of the pipe during or after the pipe expanding process. Joining method.
前記拡管接合工程では、パイプを拡管加工する途中で又は拡管加工した後で、被接合部材の温度を低下させることにより、パイプに被接合部材を焼き嵌めすることを特徴とする、パイプと被接合部材との接合方法。 The pipe to be joined is expanded and joined to the pipe by expanding the aluminum pipe inserted into the insertion hole provided in the heated aluminum joined member with a pipe expansion joining tool disposed in the hollow portion. It has a pipe expansion joining process,
In the pipe expansion joining step, the pipe to be joined and the pipe to be joined are characterized by shrink-fitting the member to be joined to the pipe by lowering the temperature of the member to be joined during or after the pipe expansion process. Joining method with member.
パイプを冷却する冷却手段と、を備えていることを特徴とするパイプと被接合部材との接合装置。 A pipe expansion joining tool that is disposed in a hollow portion of an aluminum pipe inserted into an insertion hole provided in the aluminum member to be joined, and expands and joins the member to be joined to the pipe by expanding the pipe; and
And a cooling means for cooling the pipe. A joining apparatus for joining a pipe and a member to be joined.
被接合部材を加熱する加熱手段と、を備えていることを特徴とするパイプと被接合部材との接合装置。 A pipe expansion joining tool that is disposed in a hollow portion of an aluminum pipe inserted into an insertion hole provided in the aluminum member to be joined, and expands and joins the member to be joined to the pipe by expanding the pipe; and
And a heating means for heating the member to be joined.
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