JP2524896B2 - 中空の一体金属要素の製造方法 - Google Patents
中空の一体金属要素の製造方法Info
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- B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
- B21D26/033—Deforming tubular bodies
- B21D26/043—Means for controlling the axial pusher
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は中空の一体金属要素の製
造方法に関し、特に、銅または銅合金製の、原子核加速
器の共鳴空洞部用の、高度に曲った側壁を有する中空の
一体金属要素の製造方法に関する。ここに、また以下
に、「一体要素」の語はいかなる種類の結合部も有せず
一体に形成された要素を意味するものである。
造方法に関し、特に、銅または銅合金製の、原子核加速
器の共鳴空洞部用の、高度に曲った側壁を有する中空の
一体金属要素の製造方法に関する。ここに、また以下
に、「一体要素」の語はいかなる種類の結合部も有せず
一体に形成された要素を意味するものである。
【０００２】
【従来の技術】高精度で且つ高表面仕上げがされた所望
の中空要素の製造方法として、従来から種々の技術的手
段が知られており、そのあるものは高度に複雑な原子核
加速器の共鳴空洞部を製造する方法である。例えば、多
数の実質的に楕円体または放物体のセルからなる共鳴空
洞部にあっては、その両端部がセルの軸線と同軸状の円
筒状のマウスまたは「アイリス」に連結した多数の楕円
体または放物体のセルからなっている。現在各セルは２
つのボール形状をした半体のセルから形成されており、
これら半体のセルは銅または銅合金シートを引抜きそし
てセル軸線に直交し前述のアイリスを通る最大直径線に
沿って互いに溶接されている。
の中空要素の製造方法として、従来から種々の技術的手
段が知られており、そのあるものは高度に複雑な原子核
加速器の共鳴空洞部を製造する方法である。例えば、多
数の実質的に楕円体または放物体のセルからなる共鳴空
洞部にあっては、その両端部がセルの軸線と同軸状の円
筒状のマウスまたは「アイリス」に連結した多数の楕円
体または放物体のセルからなっている。現在各セルは２
つのボール形状をした半体のセルから形成されており、
これら半体のセルは銅または銅合金シートを引抜きそし
てセル軸線に直交し前述のアイリスを通る最大直径線に
沿って互いに溶接されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】寸法精度を高めそして
表面仕上げを最適（気泡、割れ目、含有物、酸化物等を
含まない）とするため、２つの半体セルを、例えば電子
線ビームまたは同様の、非常に複雑な装置を用いて溶接
せねばならない。それらを用いたとしてもやはりある種
の問題が残っている。高度の精密さで且つ表面仕上げの
中空要素を製造するために用いられているように、引抜
いた半体セルを電子線ビーム溶接し、または同様の方法
を含む公知の方法を適用することは、製造コストが高
く、製造欠陥を十分になくすことができず、従って非常
に高度に複雑な製造方法となり、また主として溶接設備
の採用により著しく大きなスペースを必要とする。
表面仕上げを最適（気泡、割れ目、含有物、酸化物等を
含まない）とするため、２つの半体セルを、例えば電子
線ビームまたは同様の、非常に複雑な装置を用いて溶接
せねばならない。それらを用いたとしてもやはりある種
の問題が残っている。高度の精密さで且つ表面仕上げの
中空要素を製造するために用いられているように、引抜
いた半体セルを電子線ビーム溶接し、または同様の方法
を含む公知の方法を適用することは、製造コストが高
く、製造欠陥を十分になくすことができず、従って非常
に高度に複雑な製造方法となり、また主として溶接設備
の採用により著しく大きなスペースを必要とする。
【０００４】
【発明の目的】本発明の目的は、所与の形状でありしか
も最適な精密さで且つ表面仕上げされた中空要素を製造
する方法を提供することであり、その方法は簡単で経済
的であって、非常に僅かなスペースの機械のみを用いて
実施できる。特に、本発明は如何なる種類の接続部も有
さず、従って、溶接を必要としない中空の一体要素の製
造方法を提供することを目的とする。
も最適な精密さで且つ表面仕上げされた中空要素を製造
する方法を提供することであり、その方法は簡単で経済
的であって、非常に僅かなスペースの機械のみを用いて
実施できる。特に、本発明は如何なる種類の接続部も有
さず、従って、溶接を必要としない中空の一体要素の製
造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述した目的に鑑み、本
発明によれば、互いに接触状態に閉じたときに、仕上っ
た一体金属要素と同じ輪郭の空洞部を画定するよう設計
された２つの金型の間に所定長さの筒状のパイプを置
き、一対の対向したピストンを流体洩れのないよう密封
しつつ前記パイプの両端部に着座させて、該パイプの内
側に所与の内部流体圧力を直接に作用させ、該内部流体
圧力と同時に前記パイプの両端部に軸方向圧力を作用さ
せて該パイプを永久変形させ且つ半径方向に拡開させる
ようにした、中空の一体金属要素の製造方法において、
それぞれ所与の形状の輪郭を有し且つそれぞれの寸法が
異なる複数個のインサートを準備し、該複数個のインサ
ートのうちの一つを選択して前記金型間に設置し、前記
内部流体圧力および前記軸方向圧力を作用させて、前記
設置した一つのインサートに沿って前記パイプを変形さ
せる変形工程を行い、前記金型間に設置するインサート
を前記複数個のインサートのうちの別のものに交換して
前記変形工程を行う工程を少なくとも１回行い、次い
で、前記パイプを、前記複数個のインサートの何れも用
いずに、前記金型間に直接に挿入して、前記内部流体圧
力のみを該パイプに作用させるとともに前記ピストンに
作用する軸方向圧力を該内部流体圧力とのみ釣合わせ
て、前記パイプを前記金型に沿って変形させる最終工程
を行うことを特徴とする中空の一体金属要素の製造方法
が提供される。
発明によれば、互いに接触状態に閉じたときに、仕上っ
た一体金属要素と同じ輪郭の空洞部を画定するよう設計
された２つの金型の間に所定長さの筒状のパイプを置
き、一対の対向したピストンを流体洩れのないよう密封
しつつ前記パイプの両端部に着座させて、該パイプの内
側に所与の内部流体圧力を直接に作用させ、該内部流体
圧力と同時に前記パイプの両端部に軸方向圧力を作用さ
せて該パイプを永久変形させ且つ半径方向に拡開させる
ようにした、中空の一体金属要素の製造方法において、
それぞれ所与の形状の輪郭を有し且つそれぞれの寸法が
異なる複数個のインサートを準備し、該複数個のインサ
ートのうちの一つを選択して前記金型間に設置し、前記
内部流体圧力および前記軸方向圧力を作用させて、前記
設置した一つのインサートに沿って前記パイプを変形さ
せる変形工程を行い、前記金型間に設置するインサート
を前記複数個のインサートのうちの別のものに交換して
前記変形工程を行う工程を少なくとも１回行い、次い
で、前記パイプを、前記複数個のインサートの何れも用
いずに、前記金型間に直接に挿入して、前記内部流体圧
力のみを該パイプに作用させるとともに前記ピストンに
作用する軸方向圧力を該内部流体圧力とのみ釣合わせ
て、前記パイプを前記金型に沿って変形させる最終工程
を行うことを特徴とする中空の一体金属要素の製造方法
が提供される。
【０００６】
【実施例】本発明の限定的でない２つの実施例を添付図
面を参照して以下に説明する。図１は本発明の方法を用
いて製造された中空の一体要素の斜視図、図２は図１に
示す要素を製造するための半加工状態を示す一部断面と
した正面図、図３は本発明による方法を示す概略断面
図、図４から図７は本発明に係る方法の種々の工程を示
す断面図、図８は本発明による方法の第一実施例の一層
詳細な断面図、図９は本発明の方法の第二実施例の一層
詳細な断面図である。
面を参照して以下に説明する。図１は本発明の方法を用
いて製造された中空の一体要素の斜視図、図２は図１に
示す要素を製造するための半加工状態を示す一部断面と
した正面図、図３は本発明による方法を示す概略断面
図、図４から図７は本発明に係る方法の種々の工程を示
す断面図、図８は本発明による方法の第一実施例の一層
詳細な断面図、図９は本発明の方法の第二実施例の一層
詳細な断面図である。
【０００７】図１および図２を参照して、本発明の方法
は如何なる形状および寸法の中空の一体要素を、例え
ば、押出し、転造または引抜きにより製造された、金
属、特に、銅または銅合金製の、所与の長さの真直ぐな
一体形の（すなわち、如何なる種類の接続も有してな
い）パイプ２から製造する方法に関する。なお、仕上っ
た中空要素に表面仕上げ（例えば、パイプの機械仕上げ
に引続くもの）が適用し得るものである限り、本発明方
法を溶接パイプを用いて実施することを排除するもので
はない。特に、本発明方法を、原子核加速器用共鳴空洞
部を製造するためのセルからなる要素１の製造について
説明する。このセルは２つの対向する同軸状の、実質的
に円柱状のマウスまたはアイリス３、４を有しており、
これらマウスまたはアイリス３、４の間に環状の凸状部
分５が形成されており、凸状部分５は高度に曲った側壁
を有し、回転体形状、例えば放物体または楕円体形状を
しており、その軸線はマウス３および４を貫通してい
る。本発明の方法は勿論いかなる形状の中空要素の製造
に採用してもよい。
は如何なる形状および寸法の中空の一体要素を、例え
ば、押出し、転造または引抜きにより製造された、金
属、特に、銅または銅合金製の、所与の長さの真直ぐな
一体形の（すなわち、如何なる種類の接続も有してな
い）パイプ２から製造する方法に関する。なお、仕上っ
た中空要素に表面仕上げ（例えば、パイプの機械仕上げ
に引続くもの）が適用し得るものである限り、本発明方
法を溶接パイプを用いて実施することを排除するもので
はない。特に、本発明方法を、原子核加速器用共鳴空洞
部を製造するためのセルからなる要素１の製造について
説明する。このセルは２つの対向する同軸状の、実質的
に円柱状のマウスまたはアイリス３、４を有しており、
これらマウスまたはアイリス３、４の間に環状の凸状部
分５が形成されており、凸状部分５は高度に曲った側壁
を有し、回転体形状、例えば放物体または楕円体形状を
しており、その軸線はマウス３および４を貫通してい
る。本発明の方法は勿論いかなる形状の中空要素の製造
に採用してもよい。
【０００８】図３を参照して、所与の形状の中空要素１
は、所定長さのパイプ２（以下単に「パイプ」２とい
う）から作る。このパイプは、市販のパイプを所定寸法
に切断（そしてできるならば更に機械加工し）して造っ
ている。このパイプ２は永久変形されて、パイプ２を形
成しているメタルを再分配することにより拡開され、そ
して、それに伴い長さが短縮される。本発明によれば、
このことは、いかなる公知のプレス（図示せず）および
可変圧Ｐの加圧流体源、例えば公知のポンプ（またはハ
イドローリックアクュムレイター）（図示せず）を用い
てもよく、そして公知の流体成型技術（ハイドロフォー
ミング技術）により行われる。前述のプレスは２つの金
型９、１０を具備し、両金型９、１０は互いに対向して
おり、そして所与の凹部１１を有している。そして２つ
の対向したピストン１２、１４が、図示した実施例にお
いては、互いに同軸状に配置されている。金型９、１０
は一方が他方の上に載った状態に閉じることが可能であ
り（図３）、その近接し対向する凹部１１によって仕上
った要素１の輪郭と実質的に同じ輪郭を有する内部空洞
１５が形成される。
は、所定長さのパイプ２（以下単に「パイプ」２とい
う）から作る。このパイプは、市販のパイプを所定寸法
に切断（そしてできるならば更に機械加工し）して造っ
ている。このパイプ２は永久変形されて、パイプ２を形
成しているメタルを再分配することにより拡開され、そ
して、それに伴い長さが短縮される。本発明によれば、
このことは、いかなる公知のプレス（図示せず）および
可変圧Ｐの加圧流体源、例えば公知のポンプ（またはハ
イドローリックアクュムレイター）（図示せず）を用い
てもよく、そして公知の流体成型技術（ハイドロフォー
ミング技術）により行われる。前述のプレスは２つの金
型９、１０を具備し、両金型９、１０は互いに対向して
おり、そして所与の凹部１１を有している。そして２つ
の対向したピストン１２、１４が、図示した実施例にお
いては、互いに同軸状に配置されている。金型９、１０
は一方が他方の上に載った状態に閉じることが可能であ
り（図３）、その近接し対向する凹部１１によって仕上
った要素１の輪郭と実質的に同じ輪郭を有する内部空洞
１５が形成される。
【０００９】本発明によれば、パイプ２は金型９、１０
間に置かれ、パイプ２の両端１６、１８はピストン１
２、１４と流体密封状態で協動する。ピストン１２、１
４には段部が形成されており、該段部はパイプ２の両端
１２、１６と接触してパイプ２に対してそれぞれ軸方向
段部として作用する．次いで、所与の流体圧Ｐがパイプ
２の内部に（例えば、その内部に加圧流体をパイプによ
り供給して）作用され、そして同時に、所与の軸方向圧
力Ｆがピストン１２、１４によって端部１６、１８に加
えられ、パイプ２を軸方向に圧縮する。図３において、
流体圧力Ｐは小さな黒矢印により示されており、そして
軸方向圧力Ｆは白抜き矢印によって示されている。本発
明の他の特徴として、ピストン１２、１４に付与される
軸方向圧力Ｆは、パイプ２内の流体圧力Ｐによりピスト
ン１２、１４に反対方向に作用する圧力よりも大きくな
っており、この変形工程を通じて、パイプ２に作用する
軸方向圧力Ｆおよびパイプの内部に作用する流体圧力Ｐ
は１を越える所定の比となり、従って永久的にパイプ２
を短縮するように選定されている。
間に置かれ、パイプ２の両端１６、１８はピストン１
２、１４と流体密封状態で協動する。ピストン１２、１
４には段部が形成されており、該段部はパイプ２の両端
１２、１６と接触してパイプ２に対してそれぞれ軸方向
段部として作用する．次いで、所与の流体圧Ｐがパイプ
２の内部に（例えば、その内部に加圧流体をパイプによ
り供給して）作用され、そして同時に、所与の軸方向圧
力Ｆがピストン１２、１４によって端部１６、１８に加
えられ、パイプ２を軸方向に圧縮する。図３において、
流体圧力Ｐは小さな黒矢印により示されており、そして
軸方向圧力Ｆは白抜き矢印によって示されている。本発
明の他の特徴として、ピストン１２、１４に付与される
軸方向圧力Ｆは、パイプ２内の流体圧力Ｐによりピスト
ン１２、１４に反対方向に作用する圧力よりも大きくな
っており、この変形工程を通じて、パイプ２に作用する
軸方向圧力Ｆおよびパイプの内部に作用する流体圧力Ｐ
は１を越える所定の比となり、従って永久的にパイプ２
を短縮するように選定されている。
【００１０】流体圧力Ｐおよび軸方向圧力Ｆは組み合わ
さってパイプ２の側面を外側に膨らませ永久変形させて
凸状部５を作る。両圧力ＰおよびＦが増加されるに従
い、凸状部５はどんどん大きくなり、パイプ２はそれが
凹部１１の内壁面に接触するまで序々に拡開し、パイプ
２は凹部１１の内壁面に対して押圧されて空洞１５の形
状および輪郭を正確に転写する。流体圧力Ｐが除去さ
れ、そして金型９、１０が分離されると、空洞１５と厳
密に同じ形状をした中空の一体要素が製造される。
さってパイプ２の側面を外側に膨らませ永久変形させて
凸状部５を作る。両圧力ＰおよびＦが増加されるに従
い、凸状部５はどんどん大きくなり、パイプ２はそれが
凹部１１の内壁面に接触するまで序々に拡開し、パイプ
２は凹部１１の内壁面に対して押圧されて空洞１５の形
状および輪郭を正確に転写する。流体圧力Ｐが除去さ
れ、そして金型９、１０が分離されると、空洞１５と厳
密に同じ形状をした中空の一体要素が製造される。
【００１１】本出願人により行われたテストによれば、
現在のハイドロフォーミング技術（すなわち金型９、１
０間のパイプ２の内部に流体圧力Ｐのみを付与するも
の）を用いると、パイプ２は予め部分的に側壁を薄くす
る（ピンチングする）ことなしには、要素に通常要求さ
れる形状となるように十分に変形させることができず、
上述のピンチングによりパイプ２に線状の欠陥が生じ
る。一方、本発明による方法（適宜組合わせた軸方向圧
力および内部流体圧力）によれば、ピンチングの発生を
遅らせつつパイプ２を著しく変形できる。本発明の他の
特徴として、上述のように（膨らましおよび軸方向圧力
の組合わせで）永久変形させることにより、全工程で、
パイプ２を約２００％（大雑把にその初期の直径の３倍
まで）拡開してもよく、ここに各工程においては環状凸
状部５を次々に大きくして、パイプ２の軸方向長さを減
少させる。
現在のハイドロフォーミング技術（すなわち金型９、１
０間のパイプ２の内部に流体圧力Ｐのみを付与するも
の）を用いると、パイプ２は予め部分的に側壁を薄くす
る（ピンチングする）ことなしには、要素に通常要求さ
れる形状となるように十分に変形させることができず、
上述のピンチングによりパイプ２に線状の欠陥が生じ
る。一方、本発明による方法（適宜組合わせた軸方向圧
力および内部流体圧力）によれば、ピンチングの発生を
遅らせつつパイプ２を著しく変形できる。本発明の他の
特徴として、上述のように（膨らましおよび軸方向圧力
の組合わせで）永久変形させることにより、全工程で、
パイプ２を約２００％（大雑把にその初期の直径の３倍
まで）拡開してもよく、ここに各工程においては環状凸
状部５を次々に大きくして、パイプ２の軸方向長さを減
少させる。
【００１２】本発明によれば上述の工程は、パイプ２に
軸方向圧Ｆおよび内部流体圧Ｐを同時に作用させて、そ
してパイプ２の変形を案内させるための複数の環状イン
サート２０を図４から６に示すように金型９、１０間に
順次選択して挿入して行われる。図示した実施例におい
て、これらインサートは符号２０ａ、２０ｂ、２０ｃで
示す３つであり、各インサートは２０ａから２０ｃへ、
内側の曲った輪郭（中心からの半径方向の距離）が順次
増加しており、金型９、１０の壁に押圧されて最終的に
モールドされる最終工程に先立つ変形工程おいては、パ
イプ２がインサート２０ａ、２０ｂ、２０ｃの内側面に
押圧されて部分的にモールドされる。各部分的な半径方
向変形工程とその次の工程との間において、パイプ２は
再結晶化焼鈍を受ける。この焼鈍は、変形されたパイプ
２の材質に応じて、公知の方法により行われ、冷間塑性
変形により発生した歪み硬化および内部応力を除去する
ためのものである。更に、最終的な形状を得るまでに必
要な部分的変形工程の数を最小とするために、すなわち
各工程において、一様厚さ（およびパイプ破損を防ぎ）
でしかも可能な最大量の変形を行うために、各環状イン
サート２０は、赤道線（すなわち対称軸に直交する中央
面上に位置してインサート２０の外周を囲む線）に沿っ
て、金型９、１０の内向きに（すなわち、対称軸に向い
て）凸状となった輪郭２１を具備している。内向き凸状
輪郭２１は、パイプ２に、凸状部５として、内側方向に
湾曲した中央環状部を形成する。両側の軸端部において
インサート２０は内側に凹んだ輪郭２２を具備してお
り、輪郭２２は凸状輪郭２１の近傍に位置し凸状輪郭２
１に繋がっている。パイプ２に形成された凸状部５は、
各部分変形工程においては、図４、図５および図６にお
いて示すようにインサート２０ａ、２０ｂ、２０ｃによ
りそれぞれ空洞部１５内に画定される空洞部形状２４、
２５、２６を呈している。
軸方向圧Ｆおよび内部流体圧Ｐを同時に作用させて、そ
してパイプ２の変形を案内させるための複数の環状イン
サート２０を図４から６に示すように金型９、１０間に
順次選択して挿入して行われる。図示した実施例におい
て、これらインサートは符号２０ａ、２０ｂ、２０ｃで
示す３つであり、各インサートは２０ａから２０ｃへ、
内側の曲った輪郭（中心からの半径方向の距離）が順次
増加しており、金型９、１０の壁に押圧されて最終的に
モールドされる最終工程に先立つ変形工程おいては、パ
イプ２がインサート２０ａ、２０ｂ、２０ｃの内側面に
押圧されて部分的にモールドされる。各部分的な半径方
向変形工程とその次の工程との間において、パイプ２は
再結晶化焼鈍を受ける。この焼鈍は、変形されたパイプ
２の材質に応じて、公知の方法により行われ、冷間塑性
変形により発生した歪み硬化および内部応力を除去する
ためのものである。更に、最終的な形状を得るまでに必
要な部分的変形工程の数を最小とするために、すなわち
各工程において、一様厚さ（およびパイプ破損を防ぎ）
でしかも可能な最大量の変形を行うために、各環状イン
サート２０は、赤道線（すなわち対称軸に直交する中央
面上に位置してインサート２０の外周を囲む線）に沿っ
て、金型９、１０の内向きに（すなわち、対称軸に向い
て）凸状となった輪郭２１を具備している。内向き凸状
輪郭２１は、パイプ２に、凸状部５として、内側方向に
湾曲した中央環状部を形成する。両側の軸端部において
インサート２０は内側に凹んだ輪郭２２を具備してお
り、輪郭２２は凸状輪郭２１の近傍に位置し凸状輪郭２
１に繋がっている。パイプ２に形成された凸状部５は、
各部分変形工程においては、図４、図５および図６にお
いて示すようにインサート２０ａ、２０ｂ、２０ｃによ
りそれぞれ空洞部１５内に画定される空洞部形状２４、
２５、２６を呈している。
【００１３】図８に詳細に示す第１の方法においては、
各工程においてパイプ２を金型９、１０の間に置いて永
久的に変形させる。ここで金型９、１０は一方が他方の
上に載置されロックされ、それぞれプレス（図示せず）
の対応する部材３０に支持されており、両支持部材３０
はボルト３１により互いに締着されている。
各工程においてパイプ２を金型９、１０の間に置いて永
久的に変形させる。ここで金型９、１０は一方が他方の
上に載置されロックされ、それぞれプレス（図示せず）
の対応する部材３０に支持されており、両支持部材３０
はボルト３１により互いに締着されている。
【００１４】パイプ２の両端部１６、１８は、それぞれ
対応する孔４０を通って金型９、１０から突出してお
り、対応する両端部１６、１８の内部に挿入されたピス
トン１２、１４とそれぞれ協動し且つ外側は半径方向の
拡大を防止している部材３０と協動する。ピストン１
２、１４はそれぞれ外側密封リング４１を具備してお
り、密封リング４１は両端部１６、１８の内側表面と協
動して流体密封状態にパイプ２を密封している。ピスト
ン１２、１４は、更にそれぞれ環状肩部４２および貫通
孔４４を有している。環状肩部４２にパイプ２の両端部
１６、１８のエッジが係合している。貫通孔４４はピス
トン１２、１４に形成された通路であり、パイプ２の内
部に加圧流体を供給する。
対応する孔４０を通って金型９、１０から突出してお
り、対応する両端部１６、１８の内部に挿入されたピス
トン１２、１４とそれぞれ協動し且つ外側は半径方向の
拡大を防止している部材３０と協動する。ピストン１
２、１４はそれぞれ外側密封リング４１を具備してお
り、密封リング４１は両端部１６、１８の内側表面と協
動して流体密封状態にパイプ２を密封している。ピスト
ン１２、１４は、更にそれぞれ環状肩部４２および貫通
孔４４を有している。環状肩部４２にパイプ２の両端部
１６、１８のエッジが係合している。貫通孔４４はピス
トン１２、１４に形成された通路であり、パイプ２の内
部に加圧流体を供給する。
【００１５】インサート２０を金型９、１０の内部に挿
入した後で、ピストン１２、１４を同時に互いに向けて
移動させてパイプ２を変形させ、そして同時に加圧流
体、例えば油または水、をパイプ２の内部にピストン１
２、１４の一方または双方を通して（貫通孔４４を通じ
て）供給してパイプ２にピストン１２、１４により作用
する軸方向圧力Ｆおよびパイプ２の内部に供給された加
圧流体により作用される内部圧力Ｐの双方を作用させ
る。パイプ２がまだ変形されておらず円筒状形状をして
いる第１段階においては、金型９、１０にインサート２
０ａが載置されており、第１段階の終りにおいて、そし
てパイプ２内部の加圧流体を（例えば孔４４の一方また
は双方を通じて）抜き出した後に、インサート２０ａに
より画定された空洞部２４と同じ形状の凸状部５を有す
る長さが短くなったパイプ２からなる中間製品が得られ
る。
入した後で、ピストン１２、１４を同時に互いに向けて
移動させてパイプ２を変形させ、そして同時に加圧流
体、例えば油または水、をパイプ２の内部にピストン１
２、１４の一方または双方を通して（貫通孔４４を通じ
て）供給してパイプ２にピストン１２、１４により作用
する軸方向圧力Ｆおよびパイプ２の内部に供給された加
圧流体により作用される内部圧力Ｐの双方を作用させ
る。パイプ２がまだ変形されておらず円筒状形状をして
いる第１段階においては、金型９、１０にインサート２
０ａが載置されており、第１段階の終りにおいて、そし
てパイプ２内部の加圧流体を（例えば孔４４の一方また
は双方を通じて）抜き出した後に、インサート２０ａに
より画定された空洞部２４と同じ形状の凸状部５を有す
る長さが短くなったパイプ２からなる中間製品が得られ
る。
【００１６】焼鈍後に、前記中間製品（パイプ２）に同
様な方法によって第２工程を受けさせる。今回はインサ
ート２０ｂが金型９、１０の内部に用いられる。空洞部
２５は空洞部２４に比較して広くなっており異なる輪郭
を具備しており、パイプ２の凸状部５は更に拡開されそ
して空洞部２５の形状を転写するように再度モールドさ
れる。最後に、再度焼鈍した後に、金型９、１０内部に
インサート２０ｃを載置して変形が行われ、そして最終
焼鈍が行われ、パイプ２はその凸状部５が今や空洞部２
６と同じ形状を呈する。このパイプ２を金型９、１０の
間に直接に置き、そして最終（第４回）の永久変形工程
を受けさせる。この工程においては内部流体圧力Ｐのみ
が加えられ、軸方向圧力Ｆはパイプ２を短縮することな
く内部流体圧力Ｐと釣合うようなレベルの圧力に保たれ
る。この第４工程の終りにおいて、凸状部５は空洞部１
５と同じ形状を呈し、すなわち図示した限定的でない実
施例においては、凸状部５の中央部の内側への湾曲はな
くなっている（これは比較的少量の変形を行うようにす
ることにより上記第４工程によって行える）。従って、
この第４工程の終りにおいて、両端部１６、１８を所定
寸法に切断した後に、所望の形状および寸法であって、
その表面仕上げが良好であり何らの結合部もない、中空
の一体要素１が得られる。
様な方法によって第２工程を受けさせる。今回はインサ
ート２０ｂが金型９、１０の内部に用いられる。空洞部
２５は空洞部２４に比較して広くなっており異なる輪郭
を具備しており、パイプ２の凸状部５は更に拡開されそ
して空洞部２５の形状を転写するように再度モールドさ
れる。最後に、再度焼鈍した後に、金型９、１０内部に
インサート２０ｃを載置して変形が行われ、そして最終
焼鈍が行われ、パイプ２はその凸状部５が今や空洞部２
６と同じ形状を呈する。このパイプ２を金型９、１０の
間に直接に置き、そして最終（第４回）の永久変形工程
を受けさせる。この工程においては内部流体圧力Ｐのみ
が加えられ、軸方向圧力Ｆはパイプ２を短縮することな
く内部流体圧力Ｐと釣合うようなレベルの圧力に保たれ
る。この第４工程の終りにおいて、凸状部５は空洞部１
５と同じ形状を呈し、すなわち図示した限定的でない実
施例においては、凸状部５の中央部の内側への湾曲はな
くなっている（これは比較的少量の変形を行うようにす
ることにより上記第４工程によって行える）。従って、
この第４工程の終りにおいて、両端部１６、１８を所定
寸法に切断した後に、所望の形状および寸法であって、
その表面仕上げが良好であり何らの結合部もない、中空
の一体要素１が得られる。
【００１７】他の方法によれば、パイプ２は図９に示す
固定部を用いて変形され、この固定部は図８の固定部と
実質的に類似しており、図９の固定部の各要素のうち図
８に示すものと同様または類似のものについては同様の
符号を用いて示している。この場合に、しかしながら、
金型９、１０は近傍のピストン１２、１４と実質的に一
体的に保持されており、開いている金型により変形が開
始される。特に、ピストン１４は固定されており、通路
４４を具備しており、そして金型１０を支持部材３０に
より一体的に支持している。一方、ピストン１２は軸方
向に移動可能であり、第２の通路４４を具備しており、
機械的またはその他の制御方法の何れかの、公知の方法
（図示せず）により、可動部材５０に支持された金型に
連結している。
固定部を用いて変形され、この固定部は図８の固定部と
実質的に類似しており、図９の固定部の各要素のうち図
８に示すものと同様または類似のものについては同様の
符号を用いて示している。この場合に、しかしながら、
金型９、１０は近傍のピストン１２、１４と実質的に一
体的に保持されており、開いている金型により変形が開
始される。特に、ピストン１４は固定されており、通路
４４を具備しており、そして金型１０を支持部材３０に
より一体的に支持している。一方、ピストン１２は軸方
向に移動可能であり、第２の通路４４を具備しており、
機械的またはその他の制御方法の何れかの、公知の方法
（図示せず）により、可動部材５０に支持された金型に
連結している。
【００１８】パイプ２を開いた金型９、１０間に置き、
その両端１６、１８を金型９、１０の貫通孔４０に流体
密封状態に挿入し軸方向肩部４２をピストン１４に係合
させている。端部１６、１８は軸方向肩部４２および密
封リング４１と協動してそして外部においては支持部材
３０および半径方向部材５０と協動し、これらは前述の
場合におけると同様に、パイプ２の永久変形中の両端部
の少なくとも一部が半径方向に拡開することを防止し、
このようにしてピストン１２、１４の効果的な密封が達
成される。
その両端１６、１８を金型９、１０の貫通孔４０に流体
密封状態に挿入し軸方向肩部４２をピストン１４に係合
させている。端部１６、１８は軸方向肩部４２および密
封リング４１と協動してそして外部においては支持部材
３０および半径方向部材５０と協動し、これらは前述の
場合におけると同様に、パイプ２の永久変形中の両端部
の少なくとも一部が半径方向に拡開することを防止し、
このようにしてピストン１２、１４の効果的な密封が達
成される。
【００１９】図９の方法によれば、インサート２０は必
然的に２つの環状半体に分けられており、この環状半体
はそれぞれ環状モールドにより画定されそしてそれぞれ
金型９、１０の内部に、例えばねじ（図示せず）等によ
り、一体的に装着されている。図９に示すように、この
図９においてはインサート２０を形成しているモールド
は破線で示されており、変形されていない円筒状パイプ
２は開いた金型９、１０の間に置かれ、各環状モールド
６０は金型９、１０間にそしてパイプ２のまわりに一体
的に装着されている。図示した実施例においては、環状
モールド６０は対称であり、そして接合したときにイン
サート２０ａを形成するようにされている。
然的に２つの環状半体に分けられており、この環状半体
はそれぞれ環状モールドにより画定されそしてそれぞれ
金型９、１０の内部に、例えばねじ（図示せず）等によ
り、一体的に装着されている。図９に示すように、この
図９においてはインサート２０を形成しているモールド
は破線で示されており、変形されていない円筒状パイプ
２は開いた金型９、１０の間に置かれ、各環状モールド
６０は金型９、１０間にそしてパイプ２のまわりに一体
的に装着されている。図示した実施例においては、環状
モールド６０は対称であり、そして接合したときにイン
サート２０ａを形成するようにされている。
【００２０】ピストン１４および一体的金型１０は静止
状態に保持されており、ピストン１２および金型９は一
緒に同量だけ同速度でピストン１４および金型１０に向
けて移動され、一方、同時に加圧流体（やはり水または
油）がパイプ２の内部に少なくともピストン１２または
１４の何れかに沿って（通路４４を通って）供給され
る。これによりパイプ２は変形され、パイプ２の中央部
の金型９、１０により囲まれていない部分は膨らみ出
し、そして、同時に、金型９、１０が序々に塞がれる。
金型９、１０が重なっていくにつれて、パイプ２はそれ
が十分にモールド６０に接触するまで膨らみ、ピストン
１２が下方に移動するにつれて、モールド６０によりパ
イプ２は序々にモールドされる。ピストン１２が停止し
たとき、すなわちパイプ２内が最大圧力に達したとき、
空洞部２４と同じ形状を有しそして接合したモールド６
０により画定されている空洞部を内部に囲い込み、そし
て凸状部５を形成する。この凸状部５は、ピストン１
２、１４（ピストン１２のみが作動しているが、同じ圧
力Ｆが反対方向にピストン１４によって作用している）
により作用される軸方向圧力およびパイプ２内に供給さ
れた流体により作用する内部流体圧力Ｐの組合わせから
なる膨脹作用により形成される。凸状部５は従ってあた
かもパイプ２が前述した方法において閉じられた金型内
において変形されたのと全く同様な方法によって空洞部
２４の形状を呈する。
状態に保持されており、ピストン１２および金型９は一
緒に同量だけ同速度でピストン１４および金型１０に向
けて移動され、一方、同時に加圧流体（やはり水または
油）がパイプ２の内部に少なくともピストン１２または
１４の何れかに沿って（通路４４を通って）供給され
る。これによりパイプ２は変形され、パイプ２の中央部
の金型９、１０により囲まれていない部分は膨らみ出
し、そして、同時に、金型９、１０が序々に塞がれる。
金型９、１０が重なっていくにつれて、パイプ２はそれ
が十分にモールド６０に接触するまで膨らみ、ピストン
１２が下方に移動するにつれて、モールド６０によりパ
イプ２は序々にモールドされる。ピストン１２が停止し
たとき、すなわちパイプ２内が最大圧力に達したとき、
空洞部２４と同じ形状を有しそして接合したモールド６
０により画定されている空洞部を内部に囲い込み、そし
て凸状部５を形成する。この凸状部５は、ピストン１
２、１４（ピストン１２のみが作動しているが、同じ圧
力Ｆが反対方向にピストン１４によって作用している）
により作用される軸方向圧力およびパイプ２内に供給さ
れた流体により作用する内部流体圧力Ｐの組合わせから
なる膨脹作用により形成される。凸状部５は従ってあた
かもパイプ２が前述した方法において閉じられた金型内
において変形されたのと全く同様な方法によって空洞部
２４の形状を呈する。
【００２１】このようにして得られた中間製品（パイプ
２）は次いで焼鈍され、そして更に２つの永久変形およ
び中間焼鈍工程が上述のように開けた金型により再度行
われる。しかしこの場合には、モールド６１が第２工程
に、そしてモールド６２が第３工程に用いられ、モール
ド６１および６２は、それぞれ接合したときには、イン
サート２０ｂおよび２０ｃの形状となり、第２工程にお
ける空洞２５と同じ形状および第３工程における空洞２
６と同じ形状を有する凸状部５を形成するように形成さ
れている。最後に、モールド６２を取外した後、パイプ
２は閉じられた金型９、１０間に直接置かれ、そして加
圧流体がパイプ２内に供給されて閉じられた金型９、１
０により画定される空洞部と同じ形状を有し従って所望
の形状および形を有する、仕上り中空要素１と同じ形状
を有する凸状部５を形成する。
２）は次いで焼鈍され、そして更に２つの永久変形およ
び中間焼鈍工程が上述のように開けた金型により再度行
われる。しかしこの場合には、モールド６１が第２工程
に、そしてモールド６２が第３工程に用いられ、モール
ド６１および６２は、それぞれ接合したときには、イン
サート２０ｂおよび２０ｃの形状となり、第２工程にお
ける空洞２５と同じ形状および第３工程における空洞２
６と同じ形状を有する凸状部５を形成するように形成さ
れている。最後に、モールド６２を取外した後、パイプ
２は閉じられた金型９、１０間に直接置かれ、そして加
圧流体がパイプ２内に供給されて閉じられた金型９、１
０により画定される空洞部と同じ形状を有し従って所望
の形状および形を有する、仕上り中空要素１と同じ形状
を有する凸状部５を形成する。
【００２２】極めて純粋な高品質の銅、例えば、ＥＴ
Ｐ、ＤＬＰ、ＤＨＰ、ＯＦまたは同等物、を用いた最良
の結果によれば、図８および図９を参照して上述した２
つ方法の何れを用いたかに拘らず、パイプを次のように
拡開するように実施することが好ましい。すなわちイン
サート２０を用いた第１工程において４５％、インサー
ト２０を用いた第２工程において３５％、そしてインサ
ート２０を用いた第３工程において２３％、そしてイン
サート２０を用いず且つ軸方向圧力を用いない第４また
は最終工程において２５％である。
Ｐ、ＤＬＰ、ＤＨＰ、ＯＦまたは同等物、を用いた最良
の結果によれば、図８および図９を参照して上述した２
つ方法の何れを用いたかに拘らず、パイプを次のように
拡開するように実施することが好ましい。すなわちイン
サート２０を用いた第１工程において４５％、インサー
ト２０を用いた第２工程において３５％、そしてインサ
ート２０を用いた第３工程において２３％、そしてイン
サート２０を用いず且つ軸方向圧力を用いない第４また
は最終工程において２５％である。
【００２３】
【発明の効果】本発明による方法の効果は上述の記載か
ら明らかであろう。特に、本発明方法によれば、従来は
パイプを損傷する危険なしには製造できなかった一体中
空要素を、パイプを永久的に変形して形成することがで
き、また高度に側壁が曲った中空要素を製造するために
高度に変形（大雑把に２００％）させることもできる。
ら明らかであろう。特に、本発明方法によれば、従来は
パイプを損傷する危険なしには製造できなかった一体中
空要素を、パイプを永久的に変形して形成することがで
き、また高度に側壁が曲った中空要素を製造するために
高度に変形（大雑把に２００％）させることもできる。
【００２４】本発明の方法を用いることにより、すなわ
ち中間工程において赤道線に沿って凸形状の輪郭を有す
るインサートを用いることによって、上述の結果が極め
て少数の工程（３ないし４）により得られ、従って製造
時間を減少でき、そして良好な表面仕上げ状態となる。
一方、現在のハイドロフォーミング方法を用いた場合に
は、同様な変形は多数の中間工程（６から８）を必要と
し、従って劣った表面仕上げ状態となり製造コストが一
層高くなり加工時間が増加し、更に各工程において部分
的に仕上げられた部分の焼鈍を必要とし悪化する。
ち中間工程において赤道線に沿って凸形状の輪郭を有す
るインサートを用いることによって、上述の結果が極め
て少数の工程（３ないし４）により得られ、従って製造
時間を減少でき、そして良好な表面仕上げ状態となる。
一方、現在のハイドロフォーミング方法を用いた場合に
は、同様な変形は多数の中間工程（６から８）を必要と
し、従って劣った表面仕上げ状態となり製造コストが一
層高くなり加工時間が増加し、更に各工程において部分
的に仕上げられた部分の焼鈍を必要とし悪化する。
【００２５】図８の方法は２つの対向する方向に摺動す
るピストンを必要とするが、図９に示す本発明の改良方
法においては標準の単動ピストンプレスを用いており、
従って経済的理由から一層好ましいものである。更に、
のみならず、図８の方法は、仕上げ部分を金型から取外
すために、２部分から形成されたインサート２０、すな
わち６０、６１、６２のような環状モールドを接合した
インサート、を必要とするであろう。
るピストンを必要とするが、図９に示す本発明の改良方
法においては標準の単動ピストンプレスを用いており、
従って経済的理由から一層好ましいものである。更に、
のみならず、図８の方法は、仕上げ部分を金型から取外
すために、２部分から形成されたインサート２０、すな
わち６０、６１、６２のような環状モールドを接合した
インサート、を必要とするであろう。
【００２６】当業者にとって上述した方法の変更および
上述し且つ図示した方法を本特許請求の範囲に記載した
本発明の技術的範囲から逸脱することなく変更すること
は容易に行われることである。例えば技術的理由によ
り、インサート２０、すなわちモールド６０、６１およ
び６２は金型９、１０と一体に形成されていてもよく、
この場合には、金型９、１０の複数対がそれぞれ異なる
インサートの形状をしており選択的にプレスに取付けら
れることになる。
上述し且つ図示した方法を本特許請求の範囲に記載した
本発明の技術的範囲から逸脱することなく変更すること
は容易に行われることである。例えば技術的理由によ
り、インサート２０、すなわちモールド６０、６１およ
び６２は金型９、１０と一体に形成されていてもよく、
この場合には、金型９、１０の複数対がそれぞれ異なる
インサートの形状をしており選択的にプレスに取付けら
れることになる。
【図１】本発明の方法を用いて製造された中空の一体要
素の斜視図。
素の斜視図。
【図２】本発明の図１に示す要素を製造するための半加
工状態を示す一部断面とした正面図。
工状態を示す一部断面とした正面図。
【図３】本発明による方法を示す概略断面図。
【図４】本発明に係る方法の種々の工程を示す断面図。
【図５】本発明に係る方法の種々の工程を示す断面図。
【図６】本発明に係る方法の種々の工程を示す断面図。
【図７】本発明に係る方法の種々の工程を示す断面図。
【図８】本発明による方法の第一実施例の一層詳細な断
面図。
面図。
【図９】本発明の方法の第二実施例の一層詳細な断面
図。
図。
１ 中空要素 ２ 筒状パイプ ５ 環状凸部 ９ 金型 １０ 金型 １２ ピストン １４ ピストン ２０ インサート ６０ 環状モールド ６１ 環状モールド ６２ 環状モールド Ｐ 内側流体圧 Ｆ 軸方向圧力
Claims (7)
- 【請求項１】 互いに接触状態に閉じたときに、仕上っ
た一体金属要素（１）と同じ輪郭の空洞部を画定するよ
う設計された２つの金型（９、１０）の間に所定長さの
筒状のパイプ（２）を置き、 一対の対向したピストン（１２、１４）を流体洩れのな
いよう密封しつつ前記パイプ（２）の両端部に着座させ
て、 該パイプ（２）の内側に所与の内部流体圧力（Ｐ）を直
接に作用させ、 該内部流体圧力（Ｐ）と同時に前記パイプ（２）の両端
部に軸方向圧力（Ｆ）を作用させて該パイプ（２）を永
久変形させ且つ半径方向に拡開させるようにした、中空
の一体金属要素（１）の製造方法において、 それぞれ所与の形状の輪郭を有し且つそれぞれの寸法が
異なる複数個のインサート（２０）を準備し、 該複数個のインサート（２０）のうちの一つを選択して
前記金型（９、１０）間に設置し、前記内部流体圧力
（Ｐ）および前記軸方向圧力（Ｆ）を作用させて、前記
設置した一つのインサートに沿って前記パイプ（２）を
変形させる変形工程を行い、 前記金型（９、１０）間に設置するインサートを前記複
数個のインサート（２０）のうちの別のものに交換して
前記変形工程を行う工程を少なくとも１回行い、次い
で、 前記パイプ（２）を、前記複数個のインサート（２０）
の何れも用いずに、前記金型（９、１０）間に直接に挿
入して、前記内部流体圧力（Ｐ）のみを該パイプ（２）
に作用させるとともに前記ピストンに作用する軸方向圧
力を該内部流体圧力とのみ釣合わせて、前記パイプ
（２）を前記金型（９、１０）に沿って変形させる最終
工程を行うことを特徴とする中空の一体金属要素（１）
の製造方法。 - 【請求項２】 前記変形工程の一つとそれに引き続く次
の変形工程との間で、前記パイプ（２）を焼鈍すること
を特徴とする請求項１記載の中空の一体金属要素（１）
の製造方法。 - 【請求項３】 前記変形工程において用いるインサート
（２０）が、その軸方向の中央部に金型（９、１０）の
内側に突出した凸状の輪郭（２１）を具備していること
を特徴とする請求項１または２に記載の中空の一体金属
要素（１）の製造方法。 - 【請求項４】 一方が他方の上に固定された前記金型
（９、１０）間に前記パイプ（２）を置き、前記ピスト
ン（１２、１４）を同時に互いに相手方に向けて移動さ
せ、該ピストン（１２、１４）の少なくとも１つを通し
て前記パイプ（２）に加圧流体を供給することを特徴と
する請求項１から３の何れか１項に記載の中空の一体金
属要素の製造方法。 - 【請求項５】 前記パイプ（２）を開位置の前記金型
（９、１０）間に置き、前記金型の一方（１０）を前記
ピストンの一方（１４）とともに静止状態に保ち、他方
の金型（９）を他方のピストン（１２）とともに同時に
同量だけ前記一方のピストン（１４）に向けて移動させ
て前記金型（９、１０）を閉じるとともに加圧流体を前
記ピストン（１２、１４）の少なくとも一方を通して前
記パイプ（２）に供給することを特徴とする請求項１か
ら３の何れか１項に記載の中空の一体金属要素の製造方
法。 - 【請求項６】 前記インサート（２０）を半体の環状モ
ールド（６０、６１、６２）から構成し、該環状モール
ド（６０、６１、６２）を前記各金型（９、１０）の内
側に且つ前記パイプ（２）のまわりに一体的に装着する
ことを特徴とする請求項４または５に記載の中空の一体
金属要素の製造方法。 - 【請求項７】 前記パイプ（２）が極めて純粋な銅から
つくられており、前記インサート（２０）を用いて前記
パイプ（２）を順次４５％、３５％および２３％拡開す
るように３回永久変形させ、次いでインサート（２０）
を用いずに前記パイプ（２）を２５％拡開することを特
徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の中空の一
体金属要素の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT67080A IT1240233B (it) | 1990-02-02 | 1990-02-02 | Procedimento per la realizzazione di elementi monolitici cavi in materiale metallico |
| IT67080-A/90 | 1990-02-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0739965A JPH0739965A (ja) | 1995-02-10 |
| JP2524896B2 true JP2524896B2 (ja) | 1996-08-14 |
Family
ID=11299410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3032300A Expired - Lifetime JP2524896B2 (ja) | 1990-02-02 | 1991-02-01 | 中空の一体金属要素の製造方法 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5097689A (ja) |
| EP (1) | EP0439764B1 (ja) |
| JP (1) | JP2524896B2 (ja) |
| AT (1) | ATE104181T1 (ja) |
| DE (1) | DE69008150T2 (ja) |
| DK (1) | DK0439764T3 (ja) |
| ES (1) | ES2055285T3 (ja) |
| FI (1) | FI910507A (ja) |
| IT (1) | IT1240233B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104646480A (zh) * | 2015-03-02 | 2015-05-27 | 安徽工业大学 | 一种轻合金变径管成形的方法及装置 |
Families Citing this family (37)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5890387A (en) † | 1989-08-24 | 1999-04-06 | Aquaform Inc. | Apparatus and method for forming and hydropiercing a tubular frame member |
| DE4103082A1 (de) * | 1991-02-01 | 1992-08-27 | Eichelberg & Co Gmbh H D | Verfahren zum hydrostatischen umformen von hohlkoerpern aus kaltumformbarem metall und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
| US5214948A (en) * | 1991-12-18 | 1993-06-01 | The Boeing Company | Forming metal parts using superplastic metal alloys and axial compression |
| US5396786A (en) * | 1993-03-15 | 1995-03-14 | Mueller Industries, Inc. | Machine and method for manufacturing crossover fittings |
| US5388440A (en) * | 1993-07-21 | 1995-02-14 | Folmer; Carroll W. | Method for forming large 360 degree sheet metal shapes using longitudinal end loading |
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