JP2017042814A - ハイドロフォーミング加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元的に屈曲形成された管素材に複数の膨出部を同時に形成し得るハイドロフォーミング加工装置を提供する。
【解決手段】三次元的に屈曲形成された管素材３を挟持する第１の金型１と第２の金型２を備える。第１及び第２の金型は夫々、管素材が嵌合するように三次元的に屈曲形成された第１のキャビティ１０を構成する凹部と、第１のキャビティから分岐し、膨出部に対応する筒状で膨出部の軸方向寸法より大の軸方向寸法を有する第２のキャビティ２０を構成する凹部を有し、第１及び第２の金型の型締方向に直交する平面（Ａ）に対し第２のキャビティの中心軸（Ｃ）が傾斜すると共に、当該平面に直交する面（Ｄ）に対し、第２のキャビティの奥底面２０ｓが、第１のキャビティ側の一方向のみに傾斜している。
【選択図】図５

Description

本発明は、ハイドロフォーミング加工装置に関し、特に、管素材の一部に筒状の膨出部を分岐形成するハイドロフォーミング加工装置に係る。

例えば、下記の特許文献１には、「自動車のエギゾーストマニホールドのような素材管の表面軸方向に対して斜め方向の張出部を持つ部品は、従来はハイドロフォーミングすることができなかった。すなわち、これまでのところ素材の肉を斜め方向の張出部に向けて誘導する技術がないため、金型の斜め張出部成形用のキャビティを素材の膨出によって埋めることができず、隙間が残ってしまうという問題があった」として、「素材管の表面軸方向に対して斜め方向の張出部を持つ部品を、金型形状通りにハイドロフォーミングすることができる方法を提供する」ことを目的とし、「素材管の表面軸方向に対して斜め奥方向に延びる斜め張出部成形用のキャビティを備えた金型の内部に素材管をセットしてハイドロフォーミングを開始し、素材管の表面が前記キャビティ内に張り出したとき、その張出部頂点が接する位置に設けられたカウンターを張出形状における部品切断面と平行に移動させ、素材肉流れを斜め奥方向に誘導しながらハイドロフォーミングする」方法が提案されている（特許文献１の段落〔０００５〕乃至〔０００７〕に記載）。

更に、上記特許文献１の段落〔００１８〕及び図７には、予め二次元的に屈曲形成された管素材を金型内に配置し、二箇所の膨出部を同一平面上で同時にハイドロフォーミングした後、成形品を金型から取り出し、中央部を切断するとともに各膨出部の先端壁を切除して、二つの分岐管を形成する方法が開示されている。この分岐管は、例えば、自動車の排気集合管（エキゾーストマニホールド）の構成部品として使用される。

特許第４０７７７３７号公報

前述の排気集合管に用いられる分岐管は三次元的に複雑に屈曲形成された形状である場合が多い。然しながら、上記特許文献１に記載のハイドロフォーミング方法においては、上下型の平面（割面）内で屈曲、膨出形成される二次元的な形状の管素材に適用し得るに留まる。このため、三次元的に屈曲形成された管素材に対し複数の膨出部を同時に分岐形成しようとすると、膨出部の一部が金型に対して負角となる状態があり得、その場合には成形品を金型から取り出し難くなるので、別途対策を講ずる必要があるが、そのような方法を簡素な金型構造で実現し得る装置が切望されている。

そこで、本発明は、三次元的に屈曲形成された管素材に複数の膨出部を同時に形成し得るハイドロフォーミング加工装置を提供することを課題とする。

上記の課題を達成するため、本発明は、三次元的に屈曲形成された管素材を挟持する第１の金型と第２の金型を備え、該第１及び第２の金型を接合した状態で前記管素材の内側に高圧流体を供給すると共に前記管素材の軸方向に圧縮荷重を付与し、前記管素材の一部に筒状の膨出部を分岐形成するハイドロフォーミング加工装置において、前記第１及び第２の金型は夫々、前記管素材が嵌合するように三次元的に屈曲形成された第１のキャビティを構成する凹部と、該第１のキャビティから分岐し、前記膨出部に対応する筒状で前記膨出部の軸方向寸法より大の軸方向寸法を有する第２のキャビティを構成する凹部を有し、前記第１及び第２の金型の型締方向に直交する平面に対し前記第２のキャビティの中心軸が傾斜すると共に、当該平面に直交する面に対し、前記第２のキャビティの奥底面が、前記第１のキャビティ側の一方向のみに傾斜するように構成するものである。

上記のハイドロフォーミング加工装置において、前記第２のキャビティの奥底面は、前記第２のキャビティの中心軸に直交する平面とするとよい。あるいは、前記第２のキャビティの奥底面は、前記第２のキャビティの中心軸を中心として、前記第１及び第２の金型の型締方向に平行な第１の平面と、前記第１のキャビティ側の一方向のみに傾斜する第２の平面とから成るものとしてもよい。

また、上記のハイドロフォーミング加工装置において、前記第２のキャビティの奥底面と同一の端面を有し、該端面が前記第２のキャビティの奥底面を構成する所定位置で保持されるストッパを備えたものとするとよい。更に、前記ストッパは、前記第１及び第２の金型の一方に対して移動可能に支持され、前記所定位置で固定されるように構成するとよい。

本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、本発明のハイドロフォーミング加工装置においては、第１及び第２の金型が夫々、管素材が嵌合するように三次元的に屈曲形成された第１のキャビティを構成する凹部と、該第１のキャビティから分岐し、膨出部に対応する筒状で膨出部の軸方向寸法より大の軸方向寸法を有する第２のキャビティを構成する凹部を有し、第１及び第２の金型の型締方向に直交する平面に対し第２のキャビティの中心軸が傾斜すると共に、当該平面に直交する面に対し、第２のキャビティの奥底面が、第１のキャビティ側の一方向のみに傾斜するように構成されており、膨出部が金型に対して負角となることはないので成形品を金型から容易に取り出すことができ、複数の膨出部を同時に形成することができる。

上記第２のキャビティの奥底面は、第２のキャビティの中心軸に直交する平面とすることができ、あるいは、第２のキャビティの中心軸を中心として、第１及び第２の金型の型締方向に平行な第１の平面と、第１のキャビティ側の一方向のみに傾斜する第２の平面とから成るものとすることができる。何れの場合も、加工後の膨出部が第１及び第２の金型に対して負角となることはなく、第１及び第２の金型の一方側に移動可能となるので、容易且つ適切に膨出部を形成することができる。

また、上記のハイドロフォーミング加工装置において、第２のキャビティの奥底面と同一の端面を有し、該端面が第２のキャビティの奥底面を構成する所定位置で保持されるストッパを備えたものとすることができ、更に、ストッパは、第１及び第２の金型の一方に対して移動可能に支持され、所定位置で固定されるように構成することができる。而して、加工対象の管素材のばらつきに影響されることなく、加工後の膨出部を所期の形状に調整することができ、容易且つ適切に膨出部を形成することができる。

本発明の一実施形態に係るハイドロフォーミング加工装置を構成する第１及び第２の金型等を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るハイドロフォーミング加工装置によって製造される管素材を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係るハイドロフォーミング加工装置によって製造される管素材を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るハイドロフォーミング加工装置によって製造される管素材を示す側面図である。 本発明の一実施形態における管素材の加工状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態に供されるストッパの正面図である。 本発明の一実施形態に供されるストッパの底面図である。 本発明の一実施形態に供されるストッパの側面図である。 本発明の他の実施形態における管素材の加工状態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に供されるストッパの正面図である。 本発明の他の実施形態に供されるストッパの底面図である。 本発明の他の実施形態に供されるストッパの側面図である。 本発明の更に他の実施形態に供されるストッパの正面図である。 本発明の更に他の実施形態に供されるストッパの底面図である。 本発明の更に他の実施形態に供されるストッパの側面図である。

以下、本発明の望ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１に、本発明の一実施形態に係るハイドロフォーミング加工装置を構成する第１及び第２の金型１、２、管素材３及びストッパ３０の組付状態を示している。本実施形態においては、パイプ曲げ加工装置（図示せず）によって予め三次元的に屈曲形成された管素材３が、上型を構成する第１の金型１と下型を構成する第２の金型２との間に挟持され、第１及び第２の金型１、２が接合された状態で管素材３の内側に高圧流体が供給されると共に管素材３の軸方向に圧縮荷重が付与されると、管素材３の一部に、図１に二点鎖線で示すように筒状の膨出部３ａ、３ａが分岐形成される。

本実施形態において加工対象とするワーク（管素材３）は円断面のステンレススティール管であるが、これに限らず楕円断面等の非真円断面や多角形断面の管を加工対象としてもよく、他の金属管を用いることとしてもよい。図２乃至図４はハイドロフォーミング加工後の管素材３を示すもので、筒状の膨出部３ａ、３ａが分岐形成された後、Ｚ−Ｚ線に沿って切断されて開口部が形成されると共に、Ｓ−Ｓ線に沿って切断されて二つの排気分岐管に分割される。尚、これらの排気分岐管は自動車のエキゾーストマニホールドに供される。

本実施形態においては、図１及び図５に示すように、第１及び第２の金型１、２は夫々、（図１の管素材３が嵌合するように）三次元的に屈曲形成された第１のキャビティ１０を構成する樋状の凹部１１、１２と、第１のキャビティ１０から分岐し、膨出部３ａに対応する筒状で膨出部３ａの軸方向寸法より大の軸方向寸法を有する第２のキャビティ２０を構成する樋状の凹部２１、２２を有する。本実施形態における第１及び第２の金型１、２の接合面は、第１及び第２の金型１、２によって管素材３を挟持する方向、即ち型締方向（図５の上下方向）に対して直交する平面（Ａ）に対応している。尚、第１及び第２の金型１、２を縦置きとした場合には型締方向は左右方向となる。

更に、図５に示すように、第１及び第２の金型１、２の型締方向に対して直交する平面（Ａ）に対し第２のキャビティ２０の中心軸（Ｃ）が傾斜すると共に、当該平面（Ａ）に直交する面（Ｄ）に対し、第２のキャビティ２０の奥底面２０ｓが第１のキャビティ１０側の一方向のみに傾斜するように形成されている。図５の態様では、第２のキャビティ２０の奥底面２０ｓは、第２のキャビティ２０の中心軸（Ｃ）に対して直交する平面（Ｂ）によって構成されている。即ち、図５に示すように、第２のキャビティ２０の中心軸（Ｃ）が上記平面（Ａ）に対し角度αを以って傾斜している場合には、第２のキャビティ２０の奥底面２０ｓ（平面（Ｂ）に対応）は、上記平面（Ａ）に直交する面（Ｄ）に対し角度αを以って傾斜している。従って、第２のキャビティ２０の奥底面２０ｓは中心軸（Ｃ）を中心とする対称断面となっている。

本実施形態においては、図１及び図５に示す円柱状のストッパ３０が配設される。このストッパ３０は、第２のキャビティ２０の奥底面２０ｓと同一の端面３０ｓを有し、この端面３０ｓが奥底面２０ｓを構成する所定位置で、第１の金型１（上型）に保持される。例えば、ストッパ３０は、上記平面（Ａ）と平行に移動可能に第１の金型１に支持され、図５に示すように適切な厚さのシム板４０を介して所定位置で固定されるように構成することができる。

上記のストッパ３０は、例えば図６乃至図８に示すように形成され、径方向に貫通する長孔３１、及びその開口部を包含して開口する長穴３２が穿設される。長穴３２及び長孔３１にはボルト３３が挿通され、このボルト３３によってストッパ３０が第１の金型１（上型）に固定されるように構成される。即ち、ストッパ３０は第１の金型１（上型）に対して移動可能に保持され、所望の位置でボルト３３によって第１の金型１に固定される。而して、（必要に応じてシム板４０と共に）ボルト３３によって端面３０ｓ（奥底面２０ｓ）の位置調整が行われ、管素材３のばらつきによる膨出部３ａの成形不良を防止することができる。尚、第２のキャビティ２０内における奥底面２０ｓの位置を調整する必要がない場合には、ストッパ３０に対応する部分を第１の金型１（上型）に一体的に形成することとしてもよい。

而して、第１及び第２の金型１、２、ストッパ３０及びシム４０が図５に示すように配置され、管素材３の内側に高圧流体が供給されると、図５の（イ）に破線で示すように管素材３の一部が膨出し、図５の（ロ）に破線で示すように、第２のキャビティ２０の奥底面２０ｓ、即ち、ストッパ３０の端面３０ｓに至るまで均一に膨出し、図２乃至図４に示す膨出部３ａが形成される。このように加工された後、第２の金型２から分離される第１の金型１に対し、成形後の膨出部３ａが負角となることはないので、第１及び第２の金型１、２から容易に成形品（膨出部３ａが形成された管素材３）を取り出すことができる。

図９乃至図１２は他の実施形態を示すもので、第２のキャビティ２０の奥底面は、図９に示すように、第２のキャビティ２０の中心軸（Ｃ）を中心として、第１及び第２の金型１、２の型締方向（図９の上下方向）に平行な第１の平面２０ｓｄと、第１のキャビティ１０側の一方向のみに傾斜する第２の平面２０ｓｅで構成されている。例えば、図９に示すように、第１及び第２の金型１、２の型締方向に対して直交する平面（Ａ）に対し第２のキャビティ２０の中心軸（Ｃ）が角度βを以って傾斜している場合には、第２のキャビティ２０の奥底面は、上記平面（Ａ）に直交する面（Ｄ）に対応する第１の平面２０ｓｄと、上記平面（Ａ）に直交する面（Ｄ）に対し角度γ（＝２β）を以って第１のキャビティ１０側の一方向のみに傾斜する面（Ｅ）に対応する第２の平面２０ｓｅで構成される。従って、図９に示す第２のキャビティ２０の奥底面も、第１のキャビティ１０側の一方向のみに傾斜しており、第２のキャビティ２０の中心軸（Ｃ）を中心とする対称断面となっている。

本実施形態のストッパ３０も、上記第２のキャビティ２０の奥底面（第１の平面２０ｓｄ及び第２の平面２０ｓｅ）と同一の端面３０ｓｄ及び３０ｓｅを有し、例えば図１０乃至図１２に示すように形成される。尚、図１０乃至図１２に関し、図６乃至図８に記載の符合と実質的に同じ部分については同じ符合を付して説明は省略する。而して、第１及び第２の金型１、２、ストッパ３０及びシム４０が図９に示すように配置され、管素材３の内側に高圧流体が供給されると、図９の（イ）に破線で示すように管素材３の一部が膨出し、図９の（ロ）に破線で示すように、第２のキャビティ２０の奥底面（第１の平面２０ｓｄ及び第２の平面２０ｓｅ）、即ち、ストッパ３０の端面３０ｓｄ及び３０ｓｅに至るまで均一に膨出し、適切な形状の膨出部３ａが形成される。而して、前述の実施形態と同様、ハイドロフォーミング加工後に第２の金型２から分離される第１の金型１に対し、成形後の膨出部３ａが負角となることはないので、第１及び第２の金型１、２から容易に成形品（膨出部３ａが形成された管素材３）を取り出すことができる。

図１３乃至図１５はストッパ３０の更に他の態様を示すもので、上記第２のキャビティ２０の奥底面（第１の平面２０ｓｄ及び第２の平面２０ｓｅ）と同一の端面３０ｓｄ及び３０ｓｅを有するが、図１３に示すように本体部３０ｘの中心軸Ｘ−Ｘが前述の平面（Ａ）に対し所定角度傾斜している。例えば、第２のキャビティ２０の中心軸の傾斜に即して本体部３０ｘの中心軸Ｘ−Ｘが傾斜するように形成される。尚、その他の構成は図１０乃至図１２に記載の構成と同様であるので実質的に同じ部材には同一の符合を付して説明を省略する。

１ 第１の金型
２ 第２の金型
３ 管素材
３ａ 膨出部
１０ 第１のキャビティ
１１、１２ 凹部
２０ 第２のキャビティ
２０ｓ 奥底面
２１、２２ 凹部
３０ ストッパ
４０ シム

Claims (5)

1. 三次元的に屈曲形成された管素材を挟持する第１の金型と第２の金型を備え、該第１及び第２の金型を接合した状態で前記管素材の内側に高圧流体を供給すると共に前記管素材の軸方向に圧縮荷重を付与し、前記管素材の一部に筒状の膨出部を分岐形成するハイドロフォーミング加工装置において、前記第１及び第２の金型は夫々、前記管素材が嵌合するように三次元的に屈曲形成された第１のキャビティを構成する凹部と、該第１のキャビティから分岐し、前記膨出部に対応する筒状で前記膨出部の軸方向寸法より大の軸方向寸法を有する第２のキャビティを構成する凹部を有し、前記第１及び第２の金型の型締方向に直交する平面に対し前記第２のキャビティの中心軸が傾斜すると共に、当該平面に直交する面に対し、前記第２のキャビティの奥底面が、前記第１のキャビティ側の一方向のみに傾斜することを特徴とするハイドロフォーミング加工装置。
2. 前記第２のキャビティの奥底面は、前記第２のキャビティの中心軸に直交する平面であることを特徴とする請求項１記載のハイドロフォーミング加工装置。
3. 前記第２のキャビティの奥底面は、前記第２のキャビティの中心軸を中心として、前記第１及び第２の金型の型締方向に平行な第１の平面と、前記第１のキャビティ側の一方向のみに傾斜する第２の平面とから成ることを特徴とする請求項１記載のハイドロフォーミング加工装置。
4. 前記第２のキャビティの奥底面と同一の端面を有し、該端面が前記第２のキャビティの奥底面を構成する所定位置で保持されるストッパを備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の筒状体のハイドロフォーミング加工装置。
5. 前記ストッパは、前記第１及び第２の金型の一方に対して移動可能に支持され、前記所定位置で固定されることを特徴とする請求項４記載のハイドロフォーミング加工装置。

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