JP2020025983A - Pipe member caulking joining method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、互いに径の異なる管部材同士を電磁成形により接合する管部材のかしめ接合方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of caulking pipe members for joining pipe members having different diameters by electromagnetic molding.
自動車の構造部品は、コストや溶接等の施工性の観点から鋼部材が多く用いられている。しかし、近年における燃費の向上の要求から、鋼材の一部を軽量な部材で置き換えることが行われており、パネル部材の他、フレーム部材にもそのような軽量化部材を適用することが検討されている。 2. Description of the Related Art Steel members are often used as structural parts of automobiles from the viewpoint of cost and workability such as welding. However, in recent years, due to the demand for improved fuel efficiency, a part of the steel material has been replaced with a lightweight member, and the application of such a lightweight member to a frame member as well as a panel member has been studied. ing.
また、軽量化部材として管部材も用いられ、互いに径の異なる管部材同士を管端部で高強度に接合する工法が望まれている。例えば、特許文献1には、鋼材ではあるが、小径管と大径管とを同軸に重ね合わせ、その重ね合わせ部分に内圧をかけて一体的に拡径してかしめる方法が開示されている。また、特許文献2には、電磁成形によりアルミニウム合金や鋼材を一体的に拡径させる方法が開示されている。 Further, a pipe member is also used as a lightening member, and a method of joining pipe members having different diameters to each other with high strength at a pipe end is desired. For example, Patent Literature 1 discloses a method in which a small-diameter pipe and a large-diameter pipe, which are made of steel, are coaxially overlapped with each other, and internal pressure is applied to the overlapped portion to integrally expand the diameter and caulk. . Patent Document 2 discloses a method of integrally expanding the diameter of an aluminum alloy or a steel material by electromagnetic forming.
しかしながら、特許文献1の拡管技術においては、図11の(A)に示すように、内側の管部材41の電磁拡管によって、内側の管部材41及び外側の管部材43が共に拡管した後、図11の(B)に示すように双方の管部材41,43にスプリングバック差が生じ、部分的に密着していない隙間領域45を生じる。この隙間領域45は、管部材同士の接合強度を低下させ、ガタつきやかしめ不良の原因になる。また、特許文献2の拡管技術においても同様に、拡管後のスプリングバック差が生じ得る。さらに、管部材の周方向に関する接合強度が低く、ねじり等の耐荷重性が低下することがあった。
However, in the pipe expansion technology of Patent Document 1, as shown in FIG. 11A, after the
本発明は、拡管後のスプリングバック差によって生じるかしめ部の隙間を抑制し、ねじり強度を向上できる管部材のかしめ接合方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for caulking a pipe member, which can suppress a gap of a caulked portion caused by a springback difference after pipe expansion and improve torsional strength.
本発明は下記の構成からなる。
第1管部材と該第1管部材よりも小径の第2管部材を準備する工程と、
前記第1管部材よりも大径の孔部が形成された成形治具を準備する工程と、
前記第1管部材の管内に前記第2管部材を挿入して、前記第1管部材と前記第2管部材との重なり部を形成し、前記成形治具の前記孔部の径方向内側に前記重なり部を配置して、前記第1管部材の前記重なり部側の管端を前記孔部から軸方向外側に突出させる工程と、
軸方向長さが前記重なり部よりも長い導体巻き回し部を有するコイルを、前記第2管部材の管内における前記重なり部の軸方向位置に挿入する工程と、
前記コイルに通電して前記第2管部材を電磁拡管させ、前記第1管部材と前記第2管部材を同時に拡径させた膨張部を形成し、且つ前記膨張部の最大径部よりも前記成形治具側で、前記第1管部材の管端を前記第2管部材の斜面に沿って拡径させる工程と、
を備える管部材のかしめ接合方法。
The present invention has the following configurations.
Preparing a first pipe member and a second pipe member smaller in diameter than the first pipe member;
A step of preparing a forming jig in which a hole having a larger diameter than the first pipe member is formed;
The second pipe member is inserted into the pipe of the first pipe member to form an overlapping portion between the first pipe member and the second pipe member, and is formed radially inward of the hole of the molding jig. A step of disposing the overlapping portion and projecting a pipe end of the first pipe member on the overlapping portion side outwardly in the axial direction from the hole;
Inserting a coil having a conductor winding portion having an axial length longer than the overlapping portion at an axial position of the overlapping portion in the pipe of the second pipe member;
The coil is energized to electromagnetically expand the second pipe member to form an expanded portion in which the first pipe member and the second pipe member are simultaneously expanded, and the expansion portion is larger than the largest diameter portion of the expansion portion. A step of expanding the pipe end of the first pipe member along the slope of the second pipe member on the forming jig side;
A method for caulking a pipe member comprising:
本発明の管部材のかしめ接合方法によれば、拡管後のスプリングバック差によって生じるかしめ部の隙間を抑制し、ねじり強度を向上できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the crimping | joining method of the pipe member of this invention, the clearance gap of the crimping part produced by the springback difference after pipe expansion can be suppressed, and torsional strength can be improved.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
ここでは、互いに径が異なり、軸方向垂直断面が円形の第1管部材と第2管部材とを成形治具の内側で電磁成形により拡管させ、各部材を相互にかしめて接合する、管部材のかしめ接合方法を説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Here, a first pipe member and a second pipe member having different diameters and circular axial vertical cross sections are expanded by electromagnetic forming inside a forming jig, and the respective members are caulked and joined together. The method of caulking will be described.
<電磁成形時の各部材の配置>
図1は電磁成形前の第1管部材、第2管部材、電磁成形コイル、及び成形治具の配置を説明する断面図である。図中のZ方向は垂直方向、X,Y方向は水平方向であり、X方向は第1管部材11と第2管部材13の軸方向である。Y方向はX方向とZ方向に直交する方向である。
<Arrangement of each member during electromagnetic molding>
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the arrangement of a first tube member, a second tube member, an electromagnetic molding coil, and a molding jig before electromagnetic molding. In the figure, the Z direction is a vertical direction, the X and Y directions are horizontal directions, and the X direction is an axial direction of the
第1管部材11には、一方の軸端21から、第1管部材11よりも小径な第2管部材13の一方の軸端14が挿入される。これにより、第1管部材11と第2管部材13とが径方向に重なり合った重なり部15が形成される。
One
重なり部15の外周には成形治具17が配置される。成形治具17は第1管部材11よりも大径の孔部17aが形成されている。
A
第2管部材13の管内には、電磁成形用のコイル19が配置される。図1に示すコイル19は、導体が巻き回されたコイル本体である導体巻き回し部を表している。このコイル19は、例えば不図示の支持棒にコイル本体を取り付け、支持棒と共に第2管部材13の管内に挿入することで、第2管部材13の管内で軸方向に位置決めされる。コイル19の配置形態はこれに限らず、成形治具17と軸方向に関して一体に位置決めされる不図示の支持機構を備える構成等、他の形態であってもよい。
A
また、第1管部材11と第2管部材13とは、重なり部15から軸方向に所定距離を隔てた位置に配置された不図示の支持部材によって、それぞれ同心に支持される。
Further, the
<第1管部材>
第1管部材11の成形前の素管は、円管に限らず、断面が正方形又は長方形の四角管、断面が六角形の六角管、断面が八角形の八角管であってもよく、押出や板材の溶接により製造できる。第1管部材11の断面形状が円形である場合には、第2管部材も同様に円形断面にする等、互いに相似形状にして成形することが好ましいが、相似でない異形断面同士を組み合わせてもよい。
<First pipe member>
The raw tube of the
第1管部材11の材質は、鋼材(普通鋼、高張力鋼)、アルミニウム合金(JIS6000系、7000系等)、樹脂等、適宜選択可能である。
The material of the
<第2管部材>
第2管部材13の成形前の素管は、第1管部材11と同様であり、円管に限らず、断面が正方形又は長方形の四角管、断面が六角形の六角管、断面が八角形の八角管であってもよく、押出や板材の溶接により製造できる。また、押出材の場合は、内径側に突出するリブ等を設けてもよい。第2管部材13の材質は、電磁拡管が可能なアルミニウム合金(JIS6000系、7000系等)が好適な材料として挙げられる。第1管部材と第2管部材とは同じ材質であってもよく、互いに異なる材質であってもよい。
<Second pipe member>
The raw tube of the
<成形治具>
成形治具17は、電磁成形時にコイル19からの励起磁界により第2管部材13にローレンツ力が発生した際の、第1管部材11及び第2管部材13からの押し当て力を受け止める剛性を有する。本構成の成形治部17は板材で構成され、その材質としては、鋼(例えばSS400等)、アルミ押出材、アルミ鋳物、樹脂射出成形材等が好適な材料として挙げられる。
<Molding jig>
The
<コイル>
コイル19は、絶縁性樹脂に導体素線を巻き回して形成され、導体素線の周りを絶縁性樹脂で更に取り囲んだ構造を有する。コイル19は、不図示の支持体の先端に固着される。支持体の内部には導体が配線され、コイル19が外部の電源部に接続される。コイル19と支持体とを有する棒状のコイルユニットは、手動又は公知のリニア移動機構等により、第2管部材13の管内に挿入され、所望の配置位置に位置決め固定される。
<Coil>
The
<各部の寸法>
第1管部材11の外径をφDout、内径をφdout、第2管部材13の外径をφDin、内径をφdinとし、成形治具17の孔部17aの内径をφdpとし、コイル19の外径をφDcとする。各径は、φdp>φDout、φdout>φDin、φdin>φDcの関係を有する。また、各部材はそれぞれ同心に配置され、それぞれ周方向に沿って略一定の径方向隙間を有する。
<Dimensions of each part>
The outer diameter of the
また、コイル19のコイル軸方向(X方向)長さをLc、重なり部15の軸方向長さをLk、成形治具17の軸方向幅(板厚)をWとする。第1管部材11の重なり部15側の管端21は、成形治具17の孔部17aから軸方向外側に突出させている。管端21が、成形治具17の端面(開口面17b)から軸方向外側に向けた突出長さをSとする。各寸法はLc>Lk>W+S>Wの関係を有する。成形治具17の軸方向幅Wは、第1管部材11,第2管部材13の径にもよるが、例えば30〜50mm程度に設定される。また、管端21の突出長さSは、成形治具17の軸方向幅Wが40mmの場合で、5mm程度に設定される。
Further, the length of the
コイル19の導体巻き回し部の軸方向長さLcと、成形治具17の軸方向幅Wと、の比Lc/Wの下限値は、好ましくは1.0、より好ましくは1.2、更に好ましくは1.5である。また、比Lc/Wの上限値は、好ましくは3、より好ましくは2.8、更に好ましくは2.5である。これによれば、コイル19(導体巻き回し部)が、成形治具17の軸方向幅W以上の範囲に配置されるため、第1管部材11と第2管部材13の成形治具17の両脇側で、確実に膨張部(図4の27,29参照)を形成できる。
The lower limit of the ratio Lc / W of the axial length Lc of the conductor winding portion of the
コイル19の巻き回し部の軸方向中心位置Ocと、重なり部15の軸方向長さLkの中心位置と、成形治具17の軸方向幅Wの中心位置とは、それぞれX方向に関して同じ位置に配置される。
The center position Oc of the winding portion of the
[第1構成例]
第1構成例の成形治具17のように、成形治具17が一枚の板材である場合は、電磁成形後に第1管部材11と第2管部材13と一体になる。
[First configuration example]
When the forming
<成形治具の形状>
図2は第1構成例の成形治具17の外観斜視図である。
本構成の成形治具17は孔部17aが形成された板状部材であって、孔部17aの開口面17b,17cに、水平断面で円弧状に窪んだ一対の凹部23a,26bが形成されていることが好ましい。凹部23a,23bは、孔部17aの少なくとも一部を含んで形成され、図2にはZ方向に連続する円弧溝として示している。各凹部23a,23bの円弧の曲率中心は、図2に示すように孔部17aの中心軸と一致していてもよく、一致していなくてもよい。また、各凹部23a,23bが互いにY方向にずれて形成されていてもよい。
<Shape of molding jig>
FIG. 2 is an external perspective view of the
The forming
成形治具17に凹部23a,23bを形成した場合、孔部17aの内周面においては、成形治具17の軸方向幅Wが、孔部17aの円周位置に応じて異なる幅となる。即ち、孔部17aのY方向両端の内周面における軸方向幅W1よりも、孔部17aのZ方向両端の内周面における軸方向幅W2が小さい(W1>W2)。この場合、孔部17aの内周面では、周方向に沿って軸方向幅がW1〜W2の間で連続的に変化する。
When the
<電磁成形方法>
図3は図1に示す第1管部材11と第2管部材13の重なり部15を電磁成形した様子を示す平面図である。
<Electromagnetic molding method>
FIG. 3 is a plan view showing a state where the overlapping
第2管部材13の管内にコイル19を挿入し、コイル19の通電により第2管部材13を電磁拡管する。コイル19には、不図示の電源部から、例えば16kJ程度のエネルギーが瞬間的に投入され、コイル19に対面する第2管部材13に渦電流が励起される。この渦電流によって第2管部材13に径方向外側へ向かうローレンツ力が発生し、このローレンツ力によって第2管部材13が拡管される。
The
第2管部材13が拡管すると、第2管部材13の拡管変形に追従して第2管部材13の外周に配置される第1管部材11が径方向外側に向けて拡管する。第1管部材11の外周面は、成形治具17の孔部17aの内周面に当接して拡管が抑制され、第1管部材11の両脇部では更に拡管が進む。これにより、第1管部材11と第2管部材13の重なり部15には、成形治具17の孔部17aを挟んだ両脇側の、コイル19の軸方向長さLcと重なる領域において、径方向外側に膨出した膨張部27,29が形成される。
When the
膨張部27,29は、電磁成形により第1管部材11と第2管部材13とが同時に変形して形成され、互いの接合面が密着した状態で成形治具17にかしめられる。これにより、第1管部材11と、第2管部材13と、成形治具17とが一体にされた接合構造体が得られる。
The
なお、成形治具17が、複数の金型をボルト等の締結部材により分解可能な割り型である場合には、成形治具17を電磁成形後に第1管部材11と第2管部材13から取り外しすることができる。その場合、電磁成形後に複数の金型を分解することで、第1管部材11と第2管部材13とが一体に接合された接合構造体が得られる。このような割り型としては、複数の金型を組み合わせた際に、第1管部材11より大径の孔部が形成されるものであればよい。また、複数の金型同士の間には、周方向隙間が設けられていてもよい。その場合、各金型の第1管部材11と対面する部位が、第1管部材11よりも大径の仮想円に外接するように配置されていればよい。
When the forming
図4は電磁成形後に成形治具17を除去した第1管部材11と第2管部材13との接合体を示す概略斜視図である。
図示例のように、第1管部材11と第2管部材13との接合体には、膨張部27,29が形成され、各膨張部27,29の内側で第1管部材11と第2管部材13とがかしめ固定される。
FIG. 4 is a schematic perspective view showing a joined body of the
As shown in the illustrated example,
<電磁成形の効果>
次に、上記した第1管部材11と第2管部材13との電磁成形による効果を説明する。
図5の(A)〜(C)は電磁成形によって第1管部材11と第2管部材13が成形治具17の孔部17aの端部において、径方向外側に向けて変形する様子を段階的に示す工程説明図である。
<Effects of electromagnetic molding>
Next, the effect of the electromagnetic forming of the
FIGS. 5A to 5C show a state in which the
図5の(A)に示すように、電磁成形の開始直後には、第2管部材13に作用するローレンツ力によって、第2管部材13が拡管して第1管部材11の内周面に衝突し、更に第2管部材13の拡管によって、第1管部材11の外周面が成形治具17の孔部17aの内周面に押し当てられる。
As shown in FIG. 5A, immediately after the start of the electromagnetic molding, the
さらに、図5の(B)に示すように、第2管部材13は、成形治具17に支持されない部分((B)の右側部分)がローレンツ力によって拡管される。これに伴い、第1管部材11の管端21から成形治具17までの間の突出部31は、第2管部材13の拡管によって、第2管部材13に密着しながら径方向外側に押し広げられる。このとき、第1管部材11の管端21は、膨張部39の最大径部よりも成形治具17側で第2管部材13の斜面33の途中に位置し、斜面33に沿って変形する。
Further, as shown in FIG. 5B, a portion of the
そして、電磁成形の完了後には、図5の(C)に示すように、第1管部材11の突出部31と第2管部材13のスプリングバック量Δθ1,Δθ2は、略等しくなり、第1管部材11と第2管部材13との間に隙間が生じることがない。具体的には、管端21は、突出部31の弾性復元力によって第2管部材13側(径方向内側)に付勢され、管端21と斜面33とは常に密着するようになる。
Then, after the completion of the electromagnetic molding, as shown in FIG. 5 (C), the springback amounts Δθ1 and Δθ2 of the projecting
図6は第1管部材11の管端21を成形治具17の孔部17aから突出させない従来の第1管部材11Aの電磁拡管の様子を示す参考図である。
図6に示す場合には、第2管部材13の電磁成形後のスプリングバック量Δθが、図5の(C)に示すスプリングバック量Δθ2よりも大きい。これは、第1管部材11Aの突出部31が存在しない分、第2管部材13の曲げ剛性が小さくなり、第2管部材13の電磁拡管時の変形量が大きくなることで、スプリングバック量Δθも大きくなるためである。
FIG. 6 is a reference view showing the state of electromagnetic expansion of a conventional
In the case shown in FIG. 6, the springback amount Δθ of the
図6に示す場合には、スプリングバック後の第1管部材11Aの管端21部分で、第1管部材11Aと第2管部材13との間に隙間が生じやすくなり、この隙間は、周方向にもバラつきを生じる。その結果、ガタつきや、かしめ不良の発生を招くことになる。
In the case shown in FIG. 6, a gap is easily formed between the
一方、図5の(C)に示すように、成形治具17の角部となる第1管部材11の内周面と第2管部材13の外周面との間に、スプリングバック差による隙間が生じにくく、管端21での密着性が全周にわたって向上して、良好なかしめ接合形態となる。
On the other hand, as shown in FIG. 5C, a gap due to a springback difference is formed between the inner peripheral surface of the
また、図2,図3に示すように、成形治具17の孔部17aの周方向に沿った少なくとも一部に、成形治具17の板厚が変化する部位を設けた場合、拡管時における第1管部材11と成形治具17の孔部17aとの当接領域は、図4にドットパターンで示す当接領域Aとなる。この当接領域Aは、円周方向に異なる軸方向幅(図2に示すW1,W2(W1<W2)参照)を有する。したがって、当接領域Aの幅広の部分と幅狭の部分とでは、第1管部材11と第2管部材13の拡径の変形パターンが異なり、周方向に沿って拡径する度合いが変化する。つまり、この場合の電磁成形では、真円のまま拡管するのではなく、楕円状等の周方向に局部的に大きく拡管する変形が生じる。図4に示す場合は、軸方向幅W1を含む周方向領域では、軸方向幅W2を含む周方向領域よりも大径に拡管する。
As shown in FIGS. 2 and 3, when at least a portion of the forming
このように、拡管後の第1管部材11と第2管部材13との重なり部15において、周方向に拡管径が大径となる部位と小径となる部位が混在すると、この大径と小径になった部材がアンカーとなって、第1管部材11と第2管部材13との間の、周方向の耐荷重性を向上させる。よって、この電磁成形によれば、かしめ接合形態を良好に保ちつつ、ねじり強度も向上できる。
As described above, in the overlapping
図7はコイルへの入力エネルギーと、電磁成形により得られた接合構造体の強度との関係を、電磁拡管時の成形治具の軸方向幅W毎に示したグラフである。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the input energy to the coil and the strength of the joined structure obtained by electromagnetic forming for each axial width W of the forming jig at the time of electromagnetic expansion.
図7によると、成形治具の軸方向幅Wが40mmの場合、最大引張強度が9kN程度であるが、軸方向幅Wを30mm、20mmと狭くするほど、最大引張強度が向上する。特に、軸方向幅Wを40mmから30mmに変更した際に顕著な強度向上が認められた。 According to FIG. 7, when the axial width W of the forming jig is 40 mm, the maximum tensile strength is about 9 kN. However, as the axial width W is reduced to 30 mm or 20 mm, the maximum tensile strength is improved. In particular, when the axial width W was changed from 40 mm to 30 mm, a remarkable improvement in strength was observed.
[第2構成例]
図8は第2構成例の成形治具17Aの概略断面図である。
第2構成例の成形治具17Aは、第1管部材11の径方向外側に配置される複数(本構成では4つ)の押し当て部51と、複数の押し当て部51を第1管部材11の径方向に移動自在に支持するブロック支持体53と、を備える割り型構造の治具である。
[Second configuration example]
FIG. 8 is a schematic sectional view of a forming
The forming
ブロック支持体53は、不図示のベースに固定される基台部55と、基台部55と一体に形成された下側支持部57と、下側支持部57に不図示のボルト等の締結部材によって固定される上側支持部59とを有する。ブロック支持体53には、下側支持部57に上側支持部59を固定した際に、下側支持部57の凹部57aと上側支持部59の凹部59aによって孔部53aが形成される。第1管部材11及び第2管部材13は、この孔部53aの径方向内側に配置され、不図示の管部材支持機構によって互いに同心となるように、径方向位置が調整される。
The block support 53 includes a base 55 fixed to a base (not shown), a lower support 57 formed integrally with the
押し当て部51は、支持軸61と、接触ブロック63とを備える。支持軸61は、下側支持部57と上側支持部59に、それぞれ孔部53aの径方向に沿って移動自在に支持される。接触ブロック63の径方向内側には、第1管部材11の外周面に対峙する当接面63aを有する。当接面63aは、軸方向(第1管部材11の軸方向)の垂直断面が第1管部材11の外周面に沿った円弧状に形成されることが好ましいが、平面や他の曲率の曲面であってもよい。
The
下側支持部57及び上側支持部59の接触ブロック63の両脇側には、それぞれ一対のピン穴65,67が形成される。各ピン穴65,67には、ピン67が挿入される。ピン67は、接触ブロック63の径方向移動をガイドする。
A pair of pin holes 65 and 67 are formed on both sides of the
支持軸61は、不図示の押し込み機構に接続され、押し込み機構の駆動によって径方向への進退動作が可能になっている。この押し込み機構としては、油圧シリンダ、ねじ等を用いた機械式の加圧機構等、適宜のものを使用できる。押し込み機構は、接触ブロック63を径方向に駆動して、接触ブロック63の当接面63aが第1管部材11の外周面と同芯になるように配置させる。
The
図8には、押し当て部51が、第1管部材11の中心軸Oを中心として、円周方向に90°間隔で配置されているが、これに限らない。例えば、押し当て部51を円周方向に120°間隔で配置した構成、180°間隔で配置した構成等、他の構成であってもよい。
In FIG. 8, the
<電磁成形方法>
上記構成の成形治具17Aを用いて電磁成形を実施する場合、前述した第1構成例と同様に、第2管部材13の管内にコイル19(図1参照)を挿入し、コイル19の通電により第2管部材13を電磁拡管する。第2管部材13が拡管されると、第2管部材13の拡管変形に追従して第1管部材11が径方向外側に向けて拡径される。これにより、第1管部材11と第2管部材13とが共に径方向外側に膨出した膨張部が形成される。
<Electromagnetic molding method>
When performing electromagnetic forming using the forming
そして、成形治部17Aの場合、接触ブロック63同士の間で、周方向に隙間が形成されるため、この隙間に第1管部材11及び第2管部材13が径方向外側に突出した膨張部が形成される。これにより、管部材同士のねじり強度を向上できる。
In the case of the
第2構成例の成形治具17Aを用いて第1管部材と第2管部材とを電磁成形した結果を以下に説明する。
The result of electromagnetically forming the first and second pipe members using the forming
図9は図8に示す接触ブロック63、第1管部材11、第2管部材13の配置位置を模式的に示す説明図である。
ここで、接触ブロック63の当接面63aと第1管部材11の外周面との間の径方向距離をL1とし、第1管部材11の内周面と第2管部材13の外周面との間の径方向距離をL2とする。
FIG. 9 is an explanatory diagram schematically showing the arrangement positions of the
Here, the radial distance between the
径方向距離L1,L2と、電磁拡管する際の入力エネルギーを変更した実験例1〜6の成形条件を表1に示す。 Table 1 shows the molding conditions of Experimental Examples 1 to 6 in which the radial distances L1 and L2 and the input energy for electromagnetic expansion were changed.
使用した第1管部材、第2管部材の諸元は次のとおりである。
・第1管部材
材質:A6063−T5
形状:円管パイプ状
厚さ:2.0 [mm]
・第2管部材
材質:A6063−T5
形状:円管パイプ状
厚さ:2.0 [mm]
The specifications of the used first and second pipe members are as follows.
・ First pipe member Material: A6063-T5
Shape: circular pipe Thickness: 2.0 [mm]
・ Second pipe member Material: A6063-T5
Shape: circular pipe Thickness: 2.0 [mm]
表1に示すように、実験例1では、電磁成形前の径方向距離L1を1.0[mm]、径方向距離L2を1.5[mm]とし、入力エネルギーを12.8[kJ]、14.5[kJ]、16.2[kJ]の3種類として、それぞれ電磁成形を実施した。これにより、第1管部材と第2管部材に膨張部を形成した接合体を得た。なお、接触ブロックの第1管部材と当接する当接面の軸方向幅Wは30[mm]とした。同様に、実験例2〜6の各条件でも電磁成形を実施して膨張部を有する接合体を得た。 As shown in Table 1, in Experimental Example 1, the radial distance L1 before electromagnetic forming was 1.0 [mm], the radial distance L2 was 1.5 [mm], and the input energy was 12.8 [kJ]. , 14.5 [kJ] and 16.2 [kJ], respectively, were subjected to electromagnetic molding. As a result, a joined body in which the first tube member and the second tube member had the expanded portion was obtained. The axial width W of the contact surface of the contact block that comes into contact with the first pipe member was 30 [mm]. Similarly, under each condition of Experimental Examples 2 to 6, electromagnetic molding was performed to obtain a joined body having an expanded portion.
ここで、実験例1〜4では、電磁成形前に接触ブロックと第1管部材との間に隙間を設けている。実験例5では、電磁成形前に接触ブロックによって第1管部材を径方向内側へ変形させており、接触ブロックと第1管部材との当接位置において、第1管部材と第2管部材との間の隙間を無くしている。また、実験例6では、電磁成形前に接触ブロックによって第1管部材及び第2管部材を共に、径方向内側へ変形させている。 Here, in Experimental Examples 1 to 4, a gap is provided between the contact block and the first pipe member before the electromagnetic forming. In Experimental Example 5, the first pipe member was deformed radially inward by the contact block before the electromagnetic molding, and the first pipe member and the second pipe member were deformed at the contact position between the contact block and the first pipe member. The gap between them has been eliminated. In Experimental Example 6, both the first tube member and the second tube member were deformed radially inward by the contact block before the electromagnetic forming.
次に、第1管部材と第2管部材とに膨張部を形成した接合体を、軸方向に引張る引張試験を実施し、得られる応力―ひずみ線図から引張ピーク荷重を求めた。その結果を図10と表1に示す。 Next, a tensile test was performed on the joined body in which the first pipe member and the second pipe member each had an expanded portion formed in the axial direction, and a tensile peak load was determined from the obtained stress-strain diagram. The results are shown in FIG.
実験例1〜4の引張ピーク荷重は、最大でも実験例3の24.780[kJ]であったが、実験例5,6では、いずれも27[kJ]を超える引張ピーク荷重が得られた。特に、第1管部材と第2管部材との間の径方向距離L2を小さくすることで、顕著な引張ピーク荷重の増加が認められた。 The maximum tensile peak load of Experimental Examples 1 to 4 was 24.780 [kJ] of Experimental Example 3, but in Experimental Examples 5 and 6, the tensile peak load exceeded 27 [kJ] in all cases. . In particular, when the radial distance L2 between the first pipe member and the second pipe member was reduced, a remarkable increase in the tensile peak load was observed.
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and a person skilled in the art can modify and apply the configuration based on the combination of the components of the embodiment with each other, the description in the specification, and the well-known technology. The present invention is also intended to be included in the scope for which protection is sought.
以上のとおり、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) 第1管部材と該第1管部材よりも小径の第2管部材を準備する工程と、
前記第1管部材よりも大径の孔部が形成された成形治具を準備する工程と、
前記第1管部材の管内に前記第2管部材を挿入して、前記第1管部材と前記第2管部材との重なり部を形成し、前記成形治具の前記孔部の径方向内側に前記重なり部を配置して、前記第1管部材の前記重なり部側の管端を前記孔部から軸方向外側に突出させる工程と、
軸方向長さが前記重なり部よりも長い導体巻き回し部を有するコイルを、前記第2管部材の管内における前記重なり部の軸方向位置に挿入する工程と、
前記コイルに通電して前記第2管部材を電磁拡管させ、前記第1管部材と前記第2管部材を同時に拡径させた膨張部を形成し、且つ前記膨張部の最大径部よりも前記成形治具側で、前記第1管部材の管端を前記第2管部材の斜面に沿って拡径させる工程と、
を備える管部材のかしめ接合方法。
この管部材のかしめ接合方法によれば、電磁成形により第2管部材を電磁拡管し、第1管部材を拡径させた際に、第1管部材の管端が第2管部材の膨張部の斜面に沿って形成される。これにより、第1管部材と第2管部材との間に隙間が生じず、ガタつきやかしめ不良の発生を防止でき、管部材同士の接合強度が向上する。
As described above, the following items are disclosed in this specification.
(1) preparing a first pipe member and a second pipe member smaller in diameter than the first pipe member;
A step of preparing a forming jig in which a hole having a larger diameter than the first pipe member is formed;
The second pipe member is inserted into the pipe of the first pipe member to form an overlapping portion between the first pipe member and the second pipe member, and is formed radially inward of the hole of the molding jig. A step of disposing the overlapping portion and projecting a pipe end of the first pipe member on the overlapping portion side outwardly in the axial direction from the hole;
Inserting a coil having a conductor winding portion having an axial length longer than the overlapping portion at an axial position of the overlapping portion in the pipe of the second pipe member;
The coil is energized to electromagnetically expand the second pipe member to form an expanded portion in which the first pipe member and the second pipe member are simultaneously expanded, and the expansion portion is larger than the largest diameter portion of the expansion portion. A step of expanding the pipe end of the first pipe member along the slope of the second pipe member on the forming jig side;
A method for caulking a pipe member comprising:
According to the method of caulking and joining the pipe members, when the second pipe member is electromagnetically expanded by electromagnetic forming and the diameter of the first pipe member is expanded, the pipe end of the first pipe member is inflated by the expanded portion of the second pipe member. Is formed along the slope. As a result, no gap is formed between the first pipe member and the second pipe member, and it is possible to prevent rattling and poor crimping, thereby improving the joining strength between the pipe members.
(2) 前記孔部の周方向に沿った少なくとも一部に、前記孔部の内周面における軸方向幅が変化する部位を設ける(1)に記載の管部材のかしめ接合方法。
この管部材のかしめ接合方法によれば、電磁拡管した拡管部は、周方向に拡管径が大径となる部位と小径となる部位が混在し、第1管部材と第2管部材との間で周方向の耐荷重性を高められる。これにより、管部材同士のねじり強度が向上する。
(2) The method of caulking a pipe member according to (1), wherein at least a part of the hole along the circumferential direction is provided with a portion on the inner peripheral surface of the hole where the axial width changes.
According to the method of caulking and joining the pipe members, the expanded portion of the electromagnetic expanded tube has a portion in which the expanded diameter is large and a portion in which the expanded diameter is mixed in the circumferential direction. It is possible to increase the load resistance in the circumferential direction between them. Thereby, the torsional strength between the pipe members is improved.
(3) 前記成形治具は、前記第1管部材よりも大径の仮想円に外接する複数の押し当て部を有し、前記複数の押し当て部を、前記仮想円の周方向に沿って互いに離間して配置する(1)に記載の管部材のかしめ接合方法。
この管部材のかしめ接合方法によれば、第2管部材の電磁拡管時に、周方向に隙間を有する分割ブロックに第1管部材が押し当てられる。すると、第1管部材の分割ブロックと当接する位置では、当接後の拡管が抑制され、第1部材の分割ブロックに当接しない位置では、分割ブロックの内周面よりも径方向外側に向けて拡管される。よって、第1管部材と第2管部材には、周方向に沿って、拡管量が小さい部位(分割ブロック配置位置)と拡管量が大きい部位(分割ブロック非配置位置)とが交互に形成される。これにより、第1管部材と第2管部材との間で周方向の耐荷重性が高められる。これにより、管部材同士のねじり強度が向上する。
(3) The forming jig includes a plurality of pressing portions circumscribing a virtual circle having a diameter larger than that of the first pipe member, and the plurality of pressing portions are formed along a circumferential direction of the virtual circle. The method of caulking a pipe member according to (1), wherein the pipe members are spaced apart from each other.
According to the method of caulking the pipe members, the first pipe member is pressed against the divided block having a circumferential gap when the second pipe member is electromagnetically expanded. Then, at the position where the first pipe member comes into contact with the divided block, expansion of the pipe after the contact is suppressed, and at the position where the first member does not come into contact with the divided block, the pipe is directed radially outward from the inner peripheral surface of the divided block. It is expanded. Therefore, in the first pipe member and the second pipe member, portions having a small expansion amount (division block arrangement positions) and portions having a large expansion amount (division block non-position positions) are alternately formed along the circumferential direction. You. Thereby, the load resistance in the circumferential direction between the first pipe member and the second pipe member is enhanced. Thereby, the torsional strength between the pipe members is improved.
(4)前記コイルの通電前に、前記成形治具に支持された前記押し当て部を径方向内側に押し込み、前記第1管部材を径方向内側に変形させる(3)に記載の管部材のかしめ接合方法。
この管部材のかしめ接合方法によれば、電磁成形前に第1管部材を径方向内側に変形させることで、第1管部材と第2管部材と間の距離が短くなり、第2管部材の電磁拡管による第1管部材の変形代が増加して、双方の接合強度が更に向上する。
(4) Before the coil is energized, the pressing portion supported by the forming jig is pushed inward in the radial direction to deform the first tube member inward in the radial direction. Caulking method.
According to the tube member caulking method, the distance between the first tube member and the second tube member is reduced by deforming the first tube member radially inward before electromagnetic forming, and the second tube member is formed. The deformation allowance of the first pipe member due to the electromagnetic expansion described above increases, and the joining strength between the two further improves.
(5) 前記コイルの通電前に、前記押し当て部を、前記第2管部材が径方向内側に変形するまで更に押し込む(4)に記載の管部材のかしめ接合方法。
この管部材のかしめ接合方法によれば、第2管部材の電磁拡管による拡管力が第1管部材に直接伝播されるため、第1管部材と第2管部材の膨出量が増大し、双方の接合強度が更に向上する。
(5) The method according to (4), wherein the pressing portion is further pushed in before the coil is energized until the second tube member is deformed radially inward.
According to this caulking method of the pipe members, since the expanding force of the second pipe member due to the electromagnetic expansion is directly transmitted to the first pipe member, the swelling amount of the first pipe member and the second pipe member increases, The joining strength of both is further improved.
(6) 前記コイルの前記導体巻き回し部の軸方向長さLcと、前記孔部の内周面における軸方向幅Wとの比Lc/Wを1〜3にする(1)に記載の管部材のかしめ接合方法。
この管部材のかしめ接合方法によれば、コイルが、成形治具の軸方向幅以上の範囲に配置されるため、第1管部材と第2管部材の成形治具の両脇側で、確実に膨張部を形成できる。
(6) The tube according to (1), wherein a ratio Lc / W of an axial length Lc of the conductor winding portion of the coil to an axial width W on an inner peripheral surface of the hole portion is set to 1 to 3. The method of caulking members.
According to the method of caulking and joining the pipe members, the coil is arranged in a range not less than the axial width of the forming jig. An inflatable portion can be formed at the bottom.
(7) 前記第1管部材と前記第2管部材の少なくとも一方は、T1調質されたアルミニウム合金である(1)〜(6)のいずれか1つに記載の管部材のかしめ接合方法。
この管部材のかしめ接合方法によれば、管部材の高温加工から冷却後、自然時効させることで、強度を向上できる。
(7) The method according to any one of (1) to (6), wherein at least one of the first pipe member and the second pipe member is a T1 tempered aluminum alloy.
According to the method of caulking a pipe member, the strength can be improved by natural aging after cooling from high-temperature processing of the pipe member.
(8) 前記第1管部材と前記第2管部材は、熱処理型のアルミニウム合金であり、
前記電磁拡管後にT5調質を行う(1)〜(6)のいずれか1つに記載の管部材のかしめ接合方法。
この管部材のかしめ接合方法によれば、溶体化処理後に自然時効させることで、残留応力が低減され、接合強度が向上した管部材が得られる。
(8) The first tube member and the second tube member are heat-treated aluminum alloys,
The method according to any one of (1) to (6), wherein T5 tempering is performed after the electromagnetic expansion.
According to the tube member caulking method, a natural member is aged after the solution treatment, thereby reducing residual stress and obtaining a tube member having improved joint strength.
11 第1管部材
13 第2管部材
15 重なり部
17,17A 成形治具
17a 孔部
17b,17c 開口面
19 コイル
21 管端
23a,23b 凹部
27 膨張部
29 膨張部
31 突出部
33 斜面
51 押し当て部
53 ブロック支持体
53a 孔部
11
Claims (8)
前記第1管部材よりも大径の孔部が形成された成形治具を準備する工程と、
前記第1管部材の管内に前記第2管部材を挿入して、前記第1管部材と前記第2管部材との重なり部を形成し、前記成形治具の前記孔部の径方向内側に前記重なり部を配置して、前記第1管部材の前記重なり部側の管端を前記孔部から軸方向外側に突出させる工程と、
軸方向長さが前記重なり部よりも長い導体巻き回し部を有するコイルを、前記第2管部材の管内における前記重なり部の軸方向位置に挿入する工程と、
前記コイルに通電して前記第2管部材を電磁拡管させ、前記第1管部材と前記第2管部材を同時に拡径させた膨張部を形成し、且つ前記膨張部の最大径部よりも前記成形治具側で、前記第1管部材の管端を前記第2管部材の斜面に沿って拡径させる工程と、
を備える管部材のかしめ接合方法。 Preparing a first pipe member and a second pipe member smaller in diameter than the first pipe member;
A step of preparing a forming jig in which a hole having a larger diameter than the first pipe member is formed;
The second pipe member is inserted into the pipe of the first pipe member to form an overlapping portion between the first pipe member and the second pipe member, and is formed radially inward of the hole of the molding jig. A step of disposing the overlapping portion and projecting a pipe end of the first pipe member on the overlapping portion side outwardly in the axial direction from the hole;
Inserting a coil having a conductor winding portion having an axial length longer than the overlapping portion at an axial position of the overlapping portion in the pipe of the second pipe member;
The coil is energized to electromagnetically expand the second pipe member to form an expanded portion in which the first pipe member and the second pipe member are simultaneously expanded, and the expansion portion is larger than the largest diameter portion of the expansion portion. A step of expanding the pipe end of the first pipe member along the slope of the second pipe member on the forming jig side;
A method for caulking a pipe member comprising:
前記電磁拡管後にT5調質を行う請求項1〜6のいずれか1項に記載の管部材のかしめ接合方法。 The first tube member and the second tube member are heat-treated aluminum alloys,
The method of caulking a pipe member according to claim 1, wherein T5 tempering is performed after the electromagnetic expansion.
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