JP2585974B2 - 管端の成形方法とこれに使用する成形型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、管端の成形方法及びこ
れに使用する成形型に関するもので、より詳しくは、金
属管の端部に、徐々に拡径する拡径部とその拡径部の先
端部に連続して徐々に縮径する縮径部を有する膨出部を
成形する方法及びその成形型に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンの排気管のジョイント部
或いはその他の金属管相互のジョイント部において、そ
のジョイント部の構造を図７に示すように構成したもの
がある。すなわち、図８に示すように、第１のパイプ１
０１の管端に断面山形の膨出部１０２を形成し、第２の
パイプ１０３の管端に拡径したフレア部１０４と、その
先端を縮径した短尺なフランジ部１０５とを形成し、上
記膨出部１０２とフレア部１０４とを、これらの間にガ
スケット１０６を介在して嵌合し、その外周部に断面山
形で周方向に２分割されたクランプ１０７を嵌合してこ
れをボルト及びナット等で締め付けることにより、膨出
部１０２，フレア部１０４及びクランプ１０７のテーパ
によって両パイプ１０１，１０３を相互に管軸方向へ締
め付けて連結するようにしたものがある（特開平５−３
３８９０号公報の図１）。

【０００３】そして、上記第２のパイプ１０３における
膨出部のフレア部１０４とフランジ部１０５を成形する
方法として、従来、次のような方法が採用されている。 従来の第１の成形方法（図４） 図４に示すようなφＡの直管からなる被成形管１０８
（素管）を用い、先ず（ｂ）に示すように、パイプ保持
型１１０に被成形管１０８を保持して、該管１０８の開
口端から管内へ拡げ型１１１を圧入し、該拡げ型１１１
と押え外型１１２とにより、φＢの拡径を有するフレア
部１１３と、その先端から管軸と平行するφＢの径を有
するフランジ成形部１１４を膨出成形する。次で（ｃ）
に示すように、上記フレア部１１３をパイプ保持型１１
５で保持し、絞り型１１６をパイプ保持型１１５側へ押
圧して、上記フランジ成形部１１４を、上記フレア部１
１３の上端を屈曲点として先端が管中心へ向って傾斜す
るように絞って、先端径がφＣに縮径されたフランジ部
１１７を成形する。

【０００４】従来の第２の成形方法（図５） 上記図４（ｂ）に示すようにフランジ成形部１１４を成
形した後、そのフランジ成形部１１４の外面に図５に示
すようにロール１１８を押圧して公転させ、図５に示す
ような先端径がφＣに縮径されたフランジ部１１７を形
成する。尚、φＡ，φＢ，φＣは上記と同径部を示す。

【０００５】従来の第３の成形方法（図６） 図６（ａ）に示すようにφＡの直管からなる被成形管１
０８を、テーパ型面１１９ａを有するパイプ保持型１１
９で保持し、該管の開口端にテーパ型面１２０ａを有す
る成形型１２０を図のように係合させて、該成形型１２
０を管軸方向に沿ってパイプ保持型１１９側へ加圧移動
する。これにより、管端が成形型１２０によって加圧さ
れて（ｂ），（ｃ）に示すように、両型面１１９ａと１
２０ａの中央を座屈点として被成形管１０８が座屈し、
フレア部１２１とフランジ成形部１２２が等辺山形状に
形成される。そして、フランジ成形部１２２を（ｄ）に
示すように必要な突出長にカッタ１２３で切断し、先端
径がφＣとなるフランジ部１２４を形成する。尚、φ
Ａ，φＢは上記と同径部を示す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の第１の成形
方法（図４）及び第２の成形方法（図５）においては、
フレア部１１３とフランジ成形部１１４を一旦、最終製
品状態におけるフランジ部１１７の先端径φＣよりも大
径のφＢまで拡管する必要があり、拡径率が過大にな
る。そのため、この拡管部における板厚の減少量が大き
くなって強度低下を招き、その後の二次加工時に該部が
破断しやすくなり、また、耐久性も低下するおそれがあ
る。

【０００７】更に、拡径率が大きく、板厚の減少が大き
いことは、フランジ成形部１１４の突出長Ｘが不均一に
なったり、このＸ範囲の表裏面が非平滑面になりやす
い。このようなことが生じると、図８に示すようなガス
ケット１０６を良好に保持することができない。そのた
め、この成形後において、仕上げ切削加工等の後工程が
膨出工程とは別途必要とし、作業性が悪く、コスト高に
なる問題がある。

【０００８】また、上記従来の第３の成形方法（図６）
においては、膨出成形後にフランジ成形部１２２の先端
部を必要長に切断する必要があり、その切断工程と、そ
の切断面の仕上切削等の工程が、膨出工程とは別途必要
になり、作業性が悪く、かつ廃材１２５もでて製造コス
ト高になる問題がある。更に、図６（ｂ）に示すように
被成形管の座屈は型に接していない部分Ｒから始まるた
め、この座屈部が型になつかず、座屈点がバラついて所
定の膨出形状ができないこともある。更に、図６（ｅ）
に示すように、膨出部の前後の谷折れ部イ，ロが極度に
座屈した場合には膨出部ハが異形になって所定の形状が
得られない問題もある。

【０００９】そこで、本発明は上記の各問題点を解消す
る管端の成形方法とその成形型を提供することを目的と
するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するために、第１の発明は、被成形管（１）の端部
に、徐々に拡径する径徐変部（５）とその先部に連続し
て最終膨出径よりも小径で管軸と平行する拡径筒部
（６）を成形する第１の工程と、上記拡径筒部（６）の
先端面を被成形管（１）側へ加圧して拡径筒部（６）を
外方へ山形状に座屈させる第２の工程とからなることを
特徴とする管端の成形方法である。

【００１１】第２の発明は、上記第２の工程において、
拡径筒部（６）の後部が、上記径徐変部（５）の外方へ
その径徐変部（５）と同一傾斜で延長してフレア部（１
０）を成形し、拡径筒部（６）の先部が、前記フレア部
（１０）の先端から屈曲縮径してフレア部（１０）より
短尺なフランジ部（９）を成形するように上記拡径筒部
（６）を座屈させたことを特徴とする管端の成形方法で
ある。

【００１２】第３の発明は、上記第１及び第２の発明に
おける第２の工程に使用する成形型で、被成形管（１）
の外周面を保持する保持穴（７ａ）を有するパイプ保持
型（７）と、被成形管の先部を膨出するための成形型
（８）とからなり、上記パイプ保持型（７）における保
持穴（７ａ）の前端にはラッパ状に拡開したフレア成形
面（７ｂ）を形成し、上記成形型（８）には、上記保持
穴（７ａ）に保持された被成形管（１）内に嵌合する第
１嵌合型面（８ｂ）と、該第１嵌合型面（８ｂ）の後部
に位置し、該第１嵌合型面（８ｂ）より大径でかつ被成
形管の最終膨出径より小径で被成形管の管軸方向に平行
に形成した第２嵌合型面（８ｅ）と、該第２嵌合型面
（８ｅ）の後部に位置し、被成形管（１）の先端が当接
する当接面（８ｆ）と、該当接面（８ｆ）から被成形管
方向へ傾斜して立上ったフランジ成形面（８ｇ）とを形
成してなることを特徴とする成形型である。

【００１３】第４の発明は、上記第３の発明における成
形型（８）において、第１嵌合型面（８ｂ）と第２嵌合
型面（８ｅ）との間に上記フレア成形面（７ｂ）と同方
向に傾斜する押型面（８ｄ）を形成したことを特徴とす
る成形型である。

【００１４】

【作用】請求項１及び２記載の発明においては、座屈に
より膨出成形する以前において予め被成形管（１）を筒
状に拡径する場合に、その拡径筒部（６）の直径が最終
膨出径より小さくてよい。そのため、該拡径筒部（６）
の拡径率を従来の図４及び図５に示す成形方法に比べて
小さくすることができる。このように拡径率が小さいこ
とは、拡径筒部（６）の成形時における該部の板厚の減
少を少なくできる。このことは、図１（ｂ）に示す拡径
筒部（６）の突出長Ｘ′が全周に亘って均一になると共
にその表裏面も平滑面になる。

【００１５】請求項３記載の成形型を使用する場合に
は、予め成形した拡径筒部（６）を有する管（１）をパ
イプ保持型（７）で保持し、その拡径筒部（６）の開口
側から管（１）内へ成形型（８）を加圧移動させる。こ
れにより、拡径筒部（６）の管端が当接面（８ｆ）によ
って加圧され、第２嵌合型面（８ｅ）の存在により、そ
の拡径筒部（６）は外方へ座屈する。この座屈時におい
ては、その拡径筒部（６）におけるフレア成形面（７
ｂ）と当接する折曲点Ｒ′を座屈の始まり点として座屈
し、かつ該フレア成形面（７ｂ）とフランジ成形面（８
ｇ）になついて整形され、長尺なフレア部１０と短尺な
フランジ部（９）とからなる山形の膨出部が所定形状に
正確に形成される。

【００１６】請求項４記載の成形型を使用した場合に
は、フレア成形面（７ｂ）と押型面（８ｄ）により径徐
変部（５）が強固に保持され、膨出部の形状をより一層
正確かつ確実に形成できる。

【００１７】

【実施例】次に図１に示す本発明の実施例について説明
する。図１（ａ）は本発明によって端部に膨出部を成形
しようとする金属製の被成形管を示す。この被成形管１
は円筒管で、その外径をφＡとする。

【００１８】第１の成形工程として、先ず上記の被成形
管１の膨出しようとする側における膨出部以外の部分を
図１（ｂ）に示すように、周方向に割型とした第１のパ
イプ保持型（外型）２の保持穴２ａで保持する。該保持
穴２ａの前端縁にはラッパ状に開口したテーパ面からな
る第１型面２ｂが全周に亘って形成されている。この第
１型面２ｂの前端の拡開径は、最終的に膨出成形される
フレア部の外径より小径に形成されており、その径をφ
Ｄとする。

【００１９】次で、上記のように保持されて第１のパイ
プ保持型２（管軸方向へは不動に設置されている）から
突出した被成形管（以下単に管ともいう）１の外周面に
外型３を配置し、拡げ型４を管１の開口端から管１内に
圧入する。この外型３の第２の型面３ａは上記φＤと同
径で管軸に平行に形成されている。また拡げ型４の第３
の型面４ａは、上記φＤより管１の板厚寸法を差し引い
た外径φＥに形成されている。更に該拡げ型４の先端部
は、上記第１型面２ｂのテーパ角と同角で同方向のテー
パ面からなる第４型面４ｂが形成されて先細状に形成さ
れている。この拡げ型４の管１内への圧入により、管１
の先部が拡開され、図１（ｂ）に示すように、管１の外
径φＡより型面２ｂ，４ｂに沿って漸次拡径する径徐変
部５と、管１の外径φＡより大径の外径φＤを有すると
共に管軸と平行する平面を有する拡径筒部６が形成され
る。

【００２０】次に、上記第１の工程によって成形された
管１を、図１（ｃ）に示す成形型を使用して、第２の成
形工程である膨出成形を行う。この成形に使用する型
は、管軸方向へは不動に設置された第２のパイプ保持型
７と管軸方向へ移動可能な成形型８とからなる。

【００２１】第２のパイプ保持型７は、周方向の割型に
なっており、上記管１における径徐変部５と拡径筒部６
以外の部分を保持する保持穴７ａが形成されている。ま
た該保持穴７ａの前端縁にはラッパ状に開口したテーパ
面からなるフレア成形面７ｂが全周に亘って形成されて
いる。該フレア成形面７ｂのテーパ角は上記第１のパイ
プ保持型２における第１型面２ｂのテーパ角と同角に設
定されている。更に該フレア成形面７ｂの前端の拡径φ
Ｆは上記φＤよりも大径で、最終的に膨出成形されるフ
レア部の外径φＦ′より若干大径に形成されている。

【００２２】成形型８の先端部には、管１における素管
部（保持穴７ａで保持される部分）の内面にいっぱいに
嵌合する小径部８ａが突出形成されており、その小径部
８ａの外周面は管軸と平行する平面の第１嵌合型面８ｂ
に形成され、先端外周部には管に嵌入しやすいように面
取り部８ｃが形成されている。

【００２３】該小径部８ａの第１嵌合型面８ｂの後部に
は、後方へ漸次拡径するテーパ状の押型面８ｄが形成さ
れている。該押型面８ｄの傾斜角は、上記フレア成形面
７ｂと同角同方向に形成されている。

【００２４】上記押圧面８ｄの後部には拡径部が形成さ
れ、その外周が第２嵌合型面８ｅに形成されている。該
第２嵌合型面８ｅは、上記第３型面４ａと同径の径φＥ
で管軸と平行に形成されている。また、該第２嵌合型面
８ｅの管軸方向の長さは、図１（ｅ）に示すように、押
型面８ｄがフレア部１０（径徐変部５）に当接した膨出
成形時に拡径筒部６が所望の山形形状に座屈するよう
に、直線状の拡径筒部６の長さより短尺に形成されてい
る。

【００２５】上記第２嵌合型面８ｅの後端には外方へ立
上った当接面８ｆが全周に亘って形成されている。該当
接面８ｆの立上り角度αは、図２に示すように、後述す
るフランジ成形面８ｇに対して９０°の角度に設定され
ている。また該当接面８ｆの管軸方向の長さは管１の板
厚寸法と同等に形成されている。

【００２６】上記当接面８ｆの外周部には、上記第２の
パイプ保持型７の方向へ傾斜して立上ったフランジ成形
面８ｇが全周に亘って形成されている。該フランジ成形
面８ｇの鉛直線に対する傾斜角は、上記第２のパイプ保
持型７におけるフレア成形面７ｂと同角に形成されてい
る。更に該フランジ成形面８ｇの前端の拡開径は、上記
フレア成形面７ｂの前端拡開径と同径のφＦに形成され
ている。

【００２７】上記の型を用いて、先ず上記図１（ｂ）で
成形された管１を第２のパイプ保持型７で図１（ｃ）の
ように保持する。次で、成形型８を、管１における拡径
筒部６内へ、その開口端側から図１（ｃ）のように嵌入
して、管軸方向に沿って第２のパイプ保持型７側方向
（矢印Ａ方向）へ加圧移動させる。

【００２８】この加圧移動により、図１（ｄ）に示すよ
うに、管１における径徐変部５が第２のパイプ保持型７
におけるフレア成形面７ｂに傾斜姿勢に当接保持された
状態で管端面６ａが当接面８ｆによって径徐変部５方向
へ押圧される。これにより、拡径筒部６は、第２嵌合型
面８ｅの存在により管の直径方向の内側への座屈が拘束
されて外側へ座屈し、その座屈は、フレア成形面７ｂと
当接する折曲点Ｒ′を座屈の始まり点として座屈する。

【００２９】そして更に成形型８を加圧移動させると、
座屈点がフレア成形面７ｂに沿って移動して拡径筒部６
が更に外側へ座屈し、拡径筒部６の後部が径徐変部５の
外側へフレア成形面７ｂになつきながら延長する。そし
て、図１（ｅ）に示すように第２のパイプ保持型７の前
面と成形型８の前面が相互に当接したときには、拡径筒
部６におけるフレア部を形成しない残部がフランジ成形
面８ｇに沿って屈曲されてフランジ部９が形成される。

【００３０】このような座屈成形時において、当接面８
ｆが上記のようにフランジ成形面８ｇに対して９０°の
角度で後傾状態に形成されているため、拡径筒部６の座
屈時に管端面６ａが図２の矢印Ｅ方向へ傾動することに
対して当接面８ｆが支障にならず、拡径筒部６の座屈が
良好に行われる。また、座屈終期においては、管端面６
ａの全面が当接面８ｆに平行して当接するため、拡径筒
部６をフレア形成面７ｂとフランジ成形面８ｇになつか
せるように押圧でき、拡径筒部６を所定の形状に座屈さ
せることができる。

【００３１】これにより、図１（ｅ）及び図３に示すよ
うな、上記径徐変部５より長いフレア部１０と、これよ
り短いフランジ部９を有し、かつ上記予め成形した拡径
筒部６の径φＤよりも膨出した外径φＦ′を有する断面
山形状の膨出部が成形される。この径φＦ′は上記フレ
ア成形面７ｂ及びフランジ成形面８ｇの前端拡開径φＦ
より若干短い径となる。

【００３２】また、上記当接面８ｆによる拡径筒部６の
端面加圧により次のような作用もなす。管１が平板を巻
いてその両接合端相互を電縫溶接したものである場合に
は、図７に示すように端部を拡管、絞り加工した場合
に、溶接ビードＢの前端に、管端面Ｃより突出する突出
部Ｄが形成されることがある。このような場合、上記の
ように当接面８ｆによる拡径筒部６の端面加圧によっ
て、その加圧力が上記の突出部Ｄに集中し、該突出部Ｄ
が押し潰されて他の管端面Ｃと同一の平坦面となる。し
たがって、膨出部の成形後に突出部Ｄを切削除去する加
工が不要になる。

【００３３】尚、図１（ａ）に示す被成形管１は、説明
を分りやすくするために直管としたが、このような直管
状ではなく、図３に示すように、素管部１ａから若干拡
径し、該拡径部１ｂの先部に、上記のようなフレア部１
０とフランジ部９からなる膨出部を成形する場合に本発
明を適用してもよい。

【００３４】また、上記被成形管１の素管の材質、径、
板厚は所望のものを使用するが、１例としてＳＵＳ４０
９ＬＴ−Ｅ、φ３８．１、板厚１．２ｍｍの素管を使用
した。そして、この素管を上記の成形方法で図３に示す
ような形状に成形した結果、所定の形状に良好に座屈成
形することができた。

【００３５】上記実施例における拡げ型４及び成形型８
の加圧移動手段は図示しないが、油圧シリンダ装置等の
周知の駆動装置を用いる。また、パイプ保持型２，７及
び外型３は周方向への割型として開閉するようにし、管
１の着脱を容易にすると共に、これらの開閉手段は油圧
シリンダ装置等の周知の駆動装置を用いる。

【００３６】尚、上記の第１の工程における拡径筒部６
の成形は、上記実施例における拡げ型４等を使用する方
法以外の方法でもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上のように請求項１及び請求項２記載
の発明によれば、座屈による膨出成形する前加工におけ
る拡径筒部の成形時において、その拡径筒部の拡径率を
従来の拡径率に比べて小さくすることができる。このこ
とは、拡径筒部の成形時に該部の肉厚減少による強度低
下を招くことを抑制でき、その後のフレア部及びフラン
ジ部の膨出加工等の二次加工時における該部での破断を
防止し、また、耐久性の向上を図ることができる。更
に、拡径筒部の拡径率が小さく肉厚減少が小さいこと
は、拡径筒部の全周におけるその突出長の均一化、表裏
面の平滑化を図ることができ、その後の端面の表裏面の
仕上げ切削等の後工程が不要になり、製造が容易で製造
コストの低減を図ることができる。

【００３８】更に予め拡径筒部を成形し、その径より外
方へ座屈膨出させるので、前記図５に示す従来のものに
比べて座屈量が少なくなり、所定の形状が容易かつ確実
に成形でき、かつ、従来のような膨出後の切断工程、仕
上げ工程等の後工程が不要になり、製造が容易で製造コ
ストの低減を図ることができる。

【００３９】請求項３記載の発明によれば、上記のよう
な座屈による膨出成形を容易かつ正確に行うことができ
る成形型を提供できる。更に請求項４記載の発明によれ
ば、押型面を有することにより、膨出部を所定の形状
に、より一層正確、確実に成形できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）〜（ｅ）は本発明の成形工程を示す各
断面図。

【図２】 当接面８ｆの形状を示す拡大断面図。

【図３】 本発明により成形された管を示す上半面を切
断した側面図。

【図４】 （ａ）〜（ｃ）は従来の成形工程の第１例を
示す各断面図。

【図５】 従来の成形方法の第２例を示す断面図。

【図６】 （ａ）〜（ｅ）は従来の成形工程の第３例を
示す各断面図。

【図７】 被成形管における溶接ビード部の突出部を示
す側面図。

【図８】 本発明により膨出成形された管の使用例を示
す側断面図。

【符号の説明】

１…被成形管 ２…第１のパイプ保持型 ３…外型 ４
…拡げ型 ５…径徐変部 ６…拡径筒部 ７…第２のパ
イプ保持型 ７ａ…保持穴 ７ｂ…フレア成形面 ８…
成形型 ８ｂ…第１嵌合型面 ８ｄ…押型面 ８ｅ…第
２嵌合型面 ８ｆ…当接面 ８ｇ…フランジ成型面 ９
…フランジ部 １０…フレア部

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被成形管（１）の端部に、徐々に拡径す
   る径徐変部（５）とその先部に連続して最終膨出径より
   も小径で管軸と平行する拡径筒部（６）を成形する第１
   の工程と、上記拡径筒部（６）の先端面を被成形管
   （１）側へ加圧して拡径筒部（６）を外方へ山形状に座
   屈させる第２の工程からなることを特徴とする管端の成
   形方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の第２の工程において、拡
   径筒部（６）の後部が、上記径徐変部（５）の外方へそ
   の径徐変部（５）と同一傾斜で延長してフレア部（１
   ０）を成形し、拡径筒部（６）の先部が、前記フレア部
   （１０）の先端から屈曲縮径してフレア部（１０）より
   短尺なフランジ部（９）を成形するように上記拡径筒部
   （６）を座屈させたことを特徴とする管端の成形方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２における第２の工程に使
   用する成形型であって、被成形管（１）の外周面を保持
   する保持穴（７ａ）を有するパイプ保持型（７）と、被
   成形管の先部を膨出するための成形型（８）とからな
   り、上記パイプ保持型（７）における保持穴（７ａ）の
   前端にはラッパ状に拡開したフレア成形面（７ｂ）を形
   成し、上記成形型（８）には、上記保持穴（７ａ）に保
   持された被成形管（１）内に嵌合する第１嵌合型面（８
   ｂ）と、該第１嵌合型面（８ｂ）の後部に位置し、該第
   １嵌合型面（８ｂ）より大径でかつ被成形管の最終膨出
   径より小径で被成形管の管軸方向に平行に形成した第２
   嵌合型面（８ｅ）と、該第２嵌合型面（８ｅ）の後部に
   位置し、被成形管（１）の先端が当接する当接面（８
   ｆ）と、該当接面（８ｆ）から被成形管方向へ傾斜して
   立上ったフランジ成形面（８ｇ）とを形成してなること
   を特徴とする成形型。
4. 【請求項４】 請求項３における第１嵌合型面（８ｂ）
   と第２嵌合型面（８ｅ）との間に上記フレア成形面（７
   ｂ）と同方向に傾斜する押型面（８ｄ）を形成したこと
   を特徴とする成形型。