JP2015136700A - ハイドロフォーム加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工圧によるシール材への悪影響を軽減できるハイドロフォーム加工装置を提供する。【解決手段】金型２内にセットされた被加工物Ｗにおける加工不要部分の両側にシールリング７３，７５およびバックアップリング７４ａ，７４ｂ，７６ａ，７６ｂで成るシール材を配置する。被加工物Ｗにおける被加工部分である凹部３２，３３，４２，４３に対応した空間Ｃ１，Ｃ２に加工圧を作用させ、シール材同士の間の領域である加工不要部分に対応した空間Ｃ３に前記加工圧よりも低いサブ圧を作用させる。これにより、シール材に対する液体導入下流側に向かう方向の圧力と液体導入上流側に向かう方向の圧力との差圧を小さくし、シール材の耐久性への悪影響を軽減できる。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車用部品などの製造に使用されるハイドロフォーム加工装置に関する。

近年、例えば自動車用の排気系部品やサスペンション系部品などの製造に際して、ハイドロフォーム加工が行われている。このハイドロフォーム加工とは、図３に示すように、金属管などの中空部材で成る被加工物ａを成形型ｂにセットして型締めした後、被加工物ａの中空内部に液体を充填して（図中の矢印Ａを参照）加工圧を与える加工方法である。この加工圧により、被加工物ａが、成形型ｂの内面に沿って部分的に拡径し（図中の矢印Ｂで示す圧力によって拡径し）所定形状に成形される。

特許文献１および特許文献２には、被加工物の特定領域のみに加工圧を作用させるようにしたハイドロフォーム加工装置が開示されている。

具体的に、特許文献１では、被加工物における加工不要部分の内周側にマンドレルを挿入すると共に、このマンドレルの長手方向の両端部分の外周部にシール材（この特許文献１ではパッキンと称している）を設け、これらシール材を被加工物の内周面に当接させている。これにより、加工不要部分への前記液体の流れ込みを阻止して加工不要部分に加工圧が作用しないようにしている。

また、特許文献２では、被加工物の内部に挿入される内軸の内部に液体供給路を設けると共に、この内軸の外周面に、前記液体供給路に連通する加圧口を設けている。また、この加圧口の両側に、被加工物の内面に接触するシール材を設けている。これにより、被加工物の内面のうち、各シール材同士の間に位置する領域にのみ加工圧が作用するようにしている。

特開昭５５−４８４２９号公報 特開２００１−３２１８４１号公報

前述したようにシール材によって、加工圧が作用する領域と加工圧が作用しない領域とを区画する構成（被加工物における被加工部分と加工不要部分とをシール材によって仕切る構成）にあっては以下に述べる課題があった。

つまり、ハイドロフォーム加工時には、シール材の一方側（被加工物の軸心方向の一方側）に被加工部分が位置し、他方側に加工不要部分が位置することになる。そして、被加工部分には加工圧が作用しているのに対し、加工不要部分には加工圧は作用していない。このため、これらの差圧によって前記他方側（加工不要部分側）へのシール材の変形量が大きくなり、シール材の耐久性に悪影響を与えてしまう可能性がある。特に、剛性の高い被加工物を加工する場合には、高い加工圧が必要になるため、シール材の一方側から作用する圧力も極端に大きくなり、前記差圧が大きくなることに起因してシール材の耐久性への悪影響は顕著になる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加工圧によるシール材への悪影響を軽減できるハイドロフォーム加工装置を提供することにある。

−発明の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、被加工物における被加工部分と加工不要部分とをシール材によって仕切る構成において、加工不要部分にも圧力を作用させることにより、シール材の一方側（被加工部分側）の圧力と他方側（加工不要部分側）の圧力との差圧を小さくしている。

−解決手段−
具体的に、本発明は、金型内に設置した筒状の被加工物の内側に加工圧を作用させて前記被加工物を金型に沿った形状に成形するハイドロフォーム加工装置を前提とする。このハイドロフォーム加工装置に対し、前記被加工物の被加工部分と加工不要部分との間に位置するシール材を有する加圧抑制部材を備えさせ、前記シール材によって区画され且つ前記加工不要部分に臨む空間に、前記加工圧よりも低い圧力を作用させる構成としている。

この特定事項により、被加工物の被加工部分と加工不要部分との間に位置しているシール材の一方側（被加工部分側）の圧力と、他方側（加工不要部分側）の圧力との差圧を小さくすることができる（他方側に圧力を作用させていない従来技術に比べて前記差圧を小さくすることができる）。このため、前記シール材の前記他方側への変形量を小さくできて、シール材の耐久性への悪影響を軽減できる。

本発明では、シール材によって区画され且つ加工不要部分に臨む空間に、加工圧よりも低い圧力を作用させている。これにより、シール材の加工不要部分側への変形量を小さく抑えることができ、シール材の耐久性への悪影響を軽減できる。

ハイドロフォーム加工装置の一部を示す加工前の状態を示す断面図である。 ハイドロフォーム加工装置の一部を示す加工時の状態を示す断面図である。 従来のハイドロフォーム加工装置を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、被加工物としての円筒形状の金属管の複数箇所に拡径部を成形するためのハイドロフォーム加工装置に本発明を適用した場合について説明する。

−ハイドロフォーム加工装置の構成−
図１は、本実施形態に係るハイドロフォーム加工装置１の一部を示す加工前の状態（被加工物Ｗをセットした状態）を示す断面図である。

この図１に示すように、ハイドロフォーム加工装置１は、金型２と、この金型２にセットされた被加工物Ｗの内部に供給する高圧の液体（水やオイル等）を発生させるための液圧供給装置９（図１では仮想線で示している）とを備えている。

金型２は、上型３、下型４および液圧供給ユニット５を備えている。以下、それぞれについて説明する。

上型３は、内側に形成された成形面３１の断面（軸心に対して直交する方向での断面）が半円弧形状となっており、この成形面３１によって略半円柱形状のキャビティを成形するものとなっている。また、上型３の成形面３１における軸心方向（図１の左右方向）の所定位置には、この成形面３１の周方向の全体に亘って外周側に凹陥されて成る凹部３２，３３が形成されている。

一方、下型４は前記上型３と対称な形状となっている。つまり、この下型４は、内側に形成された成形面４１の断面が半円弧形状となっており、この成形面４１によって略半円柱形状のキャビティを成形するものとなっている。また、下型４の成形面４１における軸心方向（図１の左右方向）の所定位置には、この成形面４１の周方向の全体に亘って外周側に凹陥されて成る凹部４２，４３が形成されている。

この下型４に形成されている凹部４２，４３と前記上型３に形成されている凹部３２，３３とは、金型２の軸線に沿う方向での位置が互いに一致している。ここでは、図１において左側に位置している凹部３２，４２を第１凹部３２，４２と呼び、この第１凹部３２，４２よりも右側（図１において右側）に位置している凹部３３，４３を第２凹部３３，４３と呼ぶこととする。つまり、第１凹部３２，４２によって周方向に延びる環状の凹部が形成され、また、第２凹部３３，４３によって周方向に延びる環状の凹部が形成されている。そして、後述するハイドロフォーム加工時には、被加工物Ｗの一部分が、これら第１凹部３２，４２および第２凹部３３，４３の形状に沿うように加工されて前記拡径部が形成されることになる。

次に、本実施形態の特徴とする部材である前記液圧供給ユニット５について説明する。この液圧供給ユニット５は、本発明でいう加圧抑制部材であって、金型２にセットされた被加工物Ｗの内部空間に配置され、前記液圧供給装置９から供給された高圧の液体を金型２の内部に導入するためのものである。

以下、液圧供給ユニット５の具体構成について説明する。以下では、図１に現れている部分のみの構成について説明する。

この液圧供給ユニット５には、その軸心に沿って第１シール部６、第２シール部７、および、第３シール部８が設けられている。これらシール部６，７，８同士の間には所定間隔が設けられている。具体的には、金型２にセットされた被加工物Ｗの内部空間に液圧供給ユニット５が配置された状態において、第１シール部６と第２シール部７との間の空間が前記第１凹部３２，４２に対向している。以下、この空間を第１加工圧作用空間Ｃ１と呼ぶ。また、第２シール部７と第３シール部８との間の空間が前記第２凹部３３，４３に対向している。以下、この空間を第２加工圧作用空間Ｃ２と呼ぶ。

以下、各シール部６，７，８について具体的に説明する。ここでは、図１における左側（前記液圧供給装置９から液体が導入される側）を液体導入上流側と呼び、図１における右側を液体導入下流側と呼ぶこととする。

前記第１シール部６は、前記第２シール部７および第３シール部８よりも液体導入上流側に位置している。また、この第１シール部６における液体導入上流側の端縁部は、前記上型３の内周面および下型４の内周面に当接することで金型２内の空間を閉塞する円柱部６１として構成されている。また、この第１シール部６の外周囲における軸心方向の中央部分には、その他の部分よりも小径とされたシール材装着溝６２が全周囲に亘って形成されている。このシール材装着溝６２には、シールリング６３およびバックアップリング６４が装着されている。シールリング６３はシール材装着溝６２内における液体導入下流側に、バックアップリング６４はシール材装着溝６２内における液体導入上流側にそれぞれ位置している。また、シールリング６３は、その内周面がシール材装着溝６２の底面に当接し、外周面が被加工物Ｗの内周面に当接する形状となっている。また、バックアップリング６４は、その外周面が被加工物Ｗの内周面に当接する形状となっている。

なお、この第１シール部６におけるシール材装着溝６２よりも液体導入上流側の内径寸法は被加工物Ｗの内径寸法に略一致しており、前記円柱部６１と共に被加工物Ｗを位置決めしている。

そして、この第１シール部６の内部には、その軸線方向に沿って延びるサブ液圧供給路６５が形成されている。このサブ液圧供給路６５は、第１シール部６の液体導入上流側の端部から液体導入下流側の端部に亘って貫通している。

前記第２シール部７は、前記第１シール部６と第３シール部８との間に位置している。また、この第２シール部７の外周囲における軸心方向に亘る２箇所には、その他の部分よりも小径とされたシール材装着溝７１，７２が全周囲に亘って形成されている。ここでは、この第２シール部７において液体導入上流側に位置するシール材装着溝７１を第１シール材装着溝と呼び、液体導入下流側に位置するシール材装着溝７２を第２シール材装着溝と呼ぶこととする。第１シール材装着溝７１には、第１シールリング７３および一対の第１バックアップリング７４ａ，７４ｂが装着されている。これら第１シールリング７３および一対の第１バックアップリング７４ａ，７４ｂによって本発明でいうシール材が構成されている。同様に、第２シール材装着溝７２には、第２シールリング７５および一対の第２バックアップリング７６ａ，７６ｂが装着されている。これら第２シールリング７５および一対の第２バックアップリング７６ａ，７６ｂによっても本発明でいうシール材が構成されている。

各シールリング７３，７５は、それぞれシール材装着溝７１，７２の内部における軸線方向の略中央に位置している。また、各バックアップリング７４ａ，７４ｂ、７６ａ，７６ｂは、シールリング７３，７５の液体導入上流側および液体導入下流側にそれぞれ位置し、シールリング７３，７５に接触している。つまり、各シールリング７３，７５は、一対のバックアップリング７４ａ，７４ｂ、７６ａ，７６ｂの間に挟持されている。また、各シールリング７３，７５は、その内周面がシール材装着溝７１，７２の底面に当接し、外周面が被加工物Ｗの内周面に当接する形状となっている。また、バックアップリング７４ａ，７４ｂ、７６ａ，７６ｂは、その外周面が被加工物Ｗの内周面に当接する形状となっている。

そして、この第２シール部７の内部には、サブ液圧供給路７７が形成されている。このサブ液圧供給路７７は、前記第１シール材装着溝７１の内周側に位置し且つ軸線方向に沿って延びた後、前記第１シール材装着溝７１と前記第２シール材装着溝７２との間の領域（シール材装着溝が形成されていない領域）に開放するように半径方向に延びている。つまり、このサブ液圧供給路７７は、前記第１シール材装着溝７１に装着されている第１シールリング７３および第１バックアップリング７４ａ，７４ｂよりも液体導入下流側で、且つ前記第２シール材装着溝７２に装着されている第２シールリング７５および第２バックアップリング７６ａ，７６ｂよりも液体導入上流側の領域に開放している。この領域は、前記凹部３２，３３，４２，４３が形成されていない領域である。つまり、後述するハイドロフォーム加工時における加工対象とはならない加工不要部分となる領域である。以下、このサブ液圧供給路７７が開放している空間をサブ液圧作用空間Ｃ３と呼ぶ。つまり、このサブ液圧作用空間Ｃ３は加工不要部分に臨んだ空間として設けられている。

そして、前記第１シール部６に形成されているサブ液圧供給路６５と、第２シール部７に形成されているサブ液圧供給路７７とは、サブ液圧供給管５２によって連通している。このため、第１シール部６のサブ液圧供給路６５に液体が供給された場合には、その液体は、このサブ液圧供給路６５からサブ液圧供給管５２を経た後、第２シール部７に形成されているサブ液圧供給路７７に導入されることになる。そして、この液体の圧力は、サブ液圧供給路７７の開放部分である前記サブ液圧作用空間Ｃ３に供給されるようになっている。

前記第３シール部８は、前記第１シール部６および第２シール部７よりも液体導入下流側に位置している。また、この第３シール部８の外周囲における軸心方向の中央部分には、その他の部分よりも小径とされたシール材装着溝８２が全周囲に亘って形成されている。このシール材装着溝８２には、シールリング８３およびバックアップリング８４が装着されている。シールリング８３はシール材装着溝８２内における液体導入上流側に、バックアップリング８４はシール材装着溝８２内における液体導入下流側にそれぞれ位置している。また、シールリング８３は、その内周面がシール材装着溝８２の底面に当接し、外周面が被加工物Ｗの内周面に当接する形状となっている。また、バックアップリング８４は、その外周面が被加工物Ｗの内周面に当接する形状となっている。

また、前記液圧供給ユニット５における前記第１シール部６および前記第２シール部７の内周側であって、前記各サブ液圧供給路６５，７７よりも内周側にはメイン液圧供給路５１が形成されている。このメイン液圧供給路５１は、液体導入上流側の端部が前記第１シール部６の円柱部６１を貫通して開放している。また、このメイン液圧供給路５１は、前記第１シール部６と第２シール部７との間の空間である前記第１加工圧作用空間Ｃ１に連通している。また、このメイン液圧供給路５１は、前記第２シール部７と第３シール部８との間の空間である前記第２加工圧作用空間Ｃ２にも連通している。

前記液圧供給装置９は、被加工物Ｗを加工するための高圧の液圧（加工圧）、および、この加工圧よりも低圧の液圧（サブ液圧）を発生する装置として構成されている。そして、この液圧供給装置９は、加工圧を供給するメイン配管９１と、サブ液圧を供給するサブ配管９２とを備え、メイン配管９１が前記メイン液圧供給路５１に接続され、サブ配管９２が前記サブ液圧供給路６５に接続されている。

前記液圧供給装置９によって生成された各液圧のうち、加工圧は、被加工物Ｗを所定形状に塑性変形させるために必要な圧力として実験などによって設定される。また、サブ液圧は、被加工物Ｗを塑性変形させない程度の圧力として実験などによって設定される。例えば、前記加工圧の７０％程度の圧力に設定される。この値はこれに限定されるものではない。

−ハイドロフォーム加工−
次に、上述したハイドロフォーム加工装置１を使用したハイドロフォーム加工について説明する。

このハイドロフォーム加工では、図１に示すように、金型２内に被加工物Ｗがセットされた状態で行われる。先ず、被加工物Ｗを下型４に載置し、この被加工物Ｗの内部空間に液圧供給ユニット５を配置した状態で、被加工物Ｗの上側に上型３を載置して型締めした状態にする。

その後、前記液圧供給装置９のメイン配管９１からメイン液圧供給路５１に向けて所定の加工圧に設定された高圧の液体が供給されると共に、液圧供給装置９のサブ配管９２からサブ液圧供給路６５に向けて前記加工圧よりも低圧（サブ液圧）に設定された液体が供給される。

前記加工圧とされた液体は、メイン液圧供給路５１を経て第１加工圧作用空間Ｃ１および第２加工圧作用空間Ｃ２に供給される。

第１加工圧作用空間Ｃ１は前記第１凹部３２，４２に対応しているため、図２に示すように、被加工物Ｗのうち前記第１凹部３２，４２に対向した部分が、この第１凹部３２，４２の形状に沿って拡径する。これにより、被加工物Ｗの外周面の一部が拡径部Ｗ１として形成される。この際、第１加工圧作用空間Ｃ１に供給された液体の圧力（加工圧）は、前記第２シール部７の第１シール材装着溝７１に装着されている第１シールリング７３および第１バックアップリング７４ａ，７４ｂにも作用している。この加工圧の作用方向は液体導入下流側に向かう方向である。

同様に、前記第２加工圧作用空間Ｃ２は前記第２凹部３３，４３に対応しているため、図２に示すように、被加工物Ｗのうち前記第２凹部３３，４３に対向した部分が、この第２凹部３３，４３の形状に沿って拡径する。これにより、被加工物Ｗの外周面の一部が拡径部Ｗ２として形成される。この際、第２加工圧作用空間Ｃ２に供給された液体の圧力（加工圧）は、前記第２シール部７の第２シール材装着溝７２に装着されている第２シールリング７５および第２バックアップリング７６ａ，７６ｂにも作用している。この加工圧の作用方向は液体導入上流側に向かう方向である。

一方、前記液圧供給装置９のサブ配管９２からサブ液圧供給路６５に向けて供給された液体は、このサブ液圧供給路６５、前記サブ液圧供給管５２、および、前記サブ液圧供給路７７を経てサブ液圧作用空間Ｃ３に供給される。

サブ液圧作用空間Ｃ３は、前述した如く、前記第１シール材装着溝７１に装着されている第１シールリング７３および第１バックアップリング７４ａ，７４ｂよりも液体導入下流側で、且つ前記第２シール材装着溝７２に装着されている第２シールリング７５および第２バックアップリング７６ａ，７６ｂよりも液体導入上流側の領域である。このため、このサブ液圧作用空間Ｃ３に供給された液体のサブ液圧は、前記第２シール部７の第１シール材装着溝７１に装着されている第１シールリング７３および第１バックアップリング７４ａ，７４ｂにも作用している。このサブ液圧の作用方向は液体導入上流側に向かう方向である。また、このサブ液圧作用空間Ｃ３に供給された液体のサブ液圧は、前記第２シール部７の第２シール材装着溝７２に装着されている第２シールリング７５および第２バックアップリング７６ａ，７６ｂにも作用している。このサブ液圧の作用方向は液体導入下流側に向かう方向である。

このように、前記第２シール部７の第１シール材装着溝７１に装着されている第１シールリング７３および第１バックアップリング７４ａ，７４ｂに対しては、液体導入下流側に向かう方向の加工圧および液体導入上流側に向かう方向のサブ液圧が作用している。このため、これら第１シールリング７３および第１バックアップリング７４ａ，７４ｂに対する液体導入下流側に向かう方向の圧力と液体導入上流側に向かう方向の圧力との差圧を小さくすることができる。このため、これら第１シールリング７３および第１バックアップリング７４ａ，７４ｂにおける液体導入下流側に向かう方向の変形量を小さくできて、これら第１シールリング７３および第１バックアップリング７４ａ，７４ｂの耐久性への悪影響を軽減できる。

同様に、前記第２シール部７の第２シール材装着溝７２に装着されている第２シールリング７５および第２バックアップリング７６ａ，７６ｂに対しては、液体導入上流側に向かう方向の加工圧および液体導入下流側に向かう方向のサブ液圧が作用している。このため、これら第２シールリング７５および第２バックアップリング７６ａ，７６ｂに対する液体導入上流側に向かう方向の圧力と液体導入下流側に向かう方向の圧力との差圧を小さくすることができる。このため、これら第２シールリング７５および第２バックアップリング７６ａ，７６ｂにおける液体導入上流側に向かう方向の変形量を小さくできて、これら第２シールリング７５および第２バックアップリング７６ａ，７６ｂの耐久性への悪影響を軽減できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、シールリング７３，７５およびバックアップリング７４ａ，７４ｂ，７６ａ，７６ｂに対する液体導入下流側に向かう方向の圧力と液体導入上流側に向かう方向の圧力との差圧を小さくすることで、これらシールリング７３，７５およびバックアップリング７４ａ，７４ｂ，７６ａ，７６ｂの耐久性への悪影響を軽減でき、その結果、シールリング７３，７５およびバックアップリング７４ａ，７４ｂ，７６ａ，７６ｂの性能の維持および長寿命化を図ることができる。

また、本実施形態では、第２シール部７の第１シール材装着溝７１に装着されている第１シールリング７３の液体導入上流側だけでなく液体導入下流側にも第１バックアップリング７４ｂを配置している。また、第２シール部７の第２シール材装着溝７２に装着されている第２シールリング７５の液体導入下流側だけでなく液体導入上流側にも第２バックアップリング７６ａを配置している。これにより、仮に、前記サブ液圧作用空間Ｃ３のみに液圧（サブ液圧）が作用した場合（加工圧が作用することなくサブ液圧が作用した場合）であっても、シール性が十分に確保されることになる。

−他の実施形態−
以上説明した実施形態は、円筒形状の金属管を被加工物Ｗとしたハイドロフォーム加工装置１に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、断面多角形状の筒体を被加工物としたハイドロフォーム加工装置に対しても適用が可能である。

また、前記実施形態では、加工圧およびサブ液圧が１つの液圧供給装置９から液圧供給ユニット５に供給される構成としていた。本発明はこれに限らず、加工圧およびサブ液圧がそれぞれ個別の液圧供給装置で生成され、それぞれが液圧供給ユニット５に供給される構成であってもよい。

また、前記実施形態では、被加工物Ｗの被加工部分と加工不要部分とを仕切るシール材を、シールリング７３，７５およびバックアップリング７４ａ，７４ｂ，７６ａ，７６ｂによって構成していた。本発明はこれに限らず、シールリングのみによってシール材を構成したものに対しても適用が可能である。

本発明は、中空の被加工物の中空内部に液体による加工圧を与えて被加工物を成形型の内面に沿った形状に成形するハイドロフォーム加工装置に適用可能である。

１ ハイドロフォーム加工装置
２ 金型
５ 液圧供給ユニット（加圧抑制部材）
７３ 第１シールリング（シール材）
７４ａ，７４ｂ 第１バックアップリング（シール材）
７５ 第２シールリング（シール材）
７６ａ，７６ｂ 第２バックアップリング（シール材）
Ｃ１ 第１加工圧作用空間
Ｃ２ 第２加工圧作用空間
Ｃ３ サブ液圧作用空間（加工不要部分に臨む空間）
Ｗ 被加工物

Claims (1)

1. 金型内に設置した筒状の被加工物の内側に加工圧を作用させて前記被加工物を金型に沿った形状に成形するハイドロフォーム加工装置において、
   前記被加工物の被加工部分と加工不要部分との間に位置するシール材を有する加圧抑制部材を備え、前記シール材によって区画され且つ前記加工不要部分に臨む空間に、前記加工圧よりも低い圧力を作用させる構成となっていることを特徴とするハイドロフォーム加工装置。

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