JP3292215B2 - バルジ加工方法及びその装置並びにバルジ加工により作成される車両用フレーム材 - Google Patents

バルジ加工方法及びその装置並びにバルジ加工により作成される車両用フレーム材

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム又はアル
ミニウム合金からなる被加工材、例えば角管を素材とす
るバルジ加工方法及びその装置並びにバルジ加工により
作成される車両用フレーム材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車等車両におけるフレーム構造用構
造部材として、アルミニウム又はアルミニウム合金から
なるフレーム材を用いることが考えられてきており、近
時その軽量化が進む中で、ますます注目を集めている。
図7は、自動車車体のフレーム構造の斜視図であって、
符号70で示すいわゆるセンターピラーと称する構造部
材は、軸方向に断面の形状が変化している。そして、先
端部がルーフピラー80にT字形に結合される構造とな
っている。このような自動車のフレーム構造用に限ら
ず、軸方向に断面の形状を変化させた構造部材は、自動
2輪車その他の車両のフレーム構造に多く用いられる。
【0003】軸方向に断面の形状を変化させた角管を成
形する場合、従来の丸素管をバルジ成形する方法では、
(1)成形加工に高圧力を要する. (2)素管材料に大きな
伸び特性が必要. (3)完全な角部を有する角管を得にく
い.等の問題がある。そこでこれらの問題点を解決する
ものとして、断面角形の管材をバルジ成形する方法も考
えられる。
【0004】図8の (a)及び (b)は、この角管を被加工
材としてバルジ成形する従来の方法を説明するための装
置の横断面図及び縦断面図である。この例では、角管の
側壁(短辺)の管厚を変えることなく、上下壁(長辺)
のみを拡膨しようとするもので、被加工材としての角管
1をバルジ加工用の上下の金型2,3間に挟持し、角管
1の両端部に、シール口金4,4を配置する。そして、
角管1に、流体5を内蔵させて加工用内圧Pを加え、上
下の金型2,3間において、側壁の管厚は変化させず、
上下壁が上側の金型2,3の内壁2′,3′に沿って塑
性変形により伸びて拡膨することにより、軸方向に断面
の形状を変化させたバルジ成形品を得ようとするもので
ある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この場合、角管1は、
その側壁1bの管厚を変えず、上下壁1cのみが塑性変
形することにより拡膨して、角部1aが位置ずれするこ
となく、拡管されることが理想的状態である。ところ
が、加工されるべき角管1は、上下の金型2,3間にお
いて、加工当初又は直後から上下の金型2,3の内壁
2′,3′に接触している面と、遅れてこれに接触する
面(A) とがあるが、上記した従来の手段によるときは、
加工当初から接触している面や先に接触する面は、遅れ
て接触する面(A) に比べ金型との間の抵抗がきわめて大
きい。したがって、図9の (a)に示すように、側壁1b
が先に大きな変形を受け曲面状となり、角管1の角部1
aが引きずられ、同図の (b)に示すように、上下壁1c
の外面に筋状に現われる。そして、この角部1aに多大
な応力が発生し、成形が困難となる問題点があった。
【0006】金型と被加工材間に生じる摩擦に基づく変
形抵抗の差による加工上の不具合は角管の場合に限ら
ず、丸素管その他の管材に起きるものであるが、本発明
は、この問題を解決すると共に、バルジ加工されるべき
被加工材が角管の場合、その角部が位置ずれすることの
ないように拡膨し得るバルジ加工方法及びその装置を提
供し、併せてこのバルジ加工により作成される自動車等
の車両用フレーム材を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、被加工材をバルジ加工により拡開させ
るに当り、被加工材に加工用内圧を加え拡膨する過程に
おいて、被加工材のバルジ加工用金型への接触が遅れる
面(A) に背圧負荷用可動型を押し当て、この背圧負荷用
可動型により、面(A) に背圧を加えながら加工を施すバ
ルジ加工方法を構成し、また、被加工材をバルジ加工に
より拡開させる装置であって、被加工材に加工用内圧を
加える加圧手段と、被加工材の軸線方向に押圧力を加え
る押圧手段と、バルジ加工用金型と、前記被加工材とバ
ルジ加工用金型との間に介設される背圧負荷用可動型と
を具備するバルジ加工装置を構成し、さらに、被加工材
とバルジ加工用金型との間に介設される背圧負荷用可動
型により、被加工材に加工用内圧を加え拡膨する過程に
おいて、被加工材のバルジ加工用金型への接触が遅れる
面(A) に背圧を加えながら被加工材をバルジ加工して得
られる、軸方向に断面の形状を変化させた角管を用いた
車両用フレーム材を構成した。
【0008】
【作用】上記の手段により、被加工材のバルジ加工用金
型への接触が遅れる面(A) に、背圧が加えられながらバ
ルジ成形され、加工当初又は直後からバルジ加工用金型
に接触している面に比べ大きな摩擦による変形抵抗の差
がなくなる。
【0009】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面について詳細
に説明する。図1の (a)及び (b)は、本発明に係るバル
ジ加工方法を説明するための装置の横断面図及び縦断面
図である。被加工材としてのアルミニウム又はアルミニ
ウム合金を素材とする角管1は、バルジ加工用の上下の
金型2,3間に挟持され、角管1の両端部に、シール口
金4,4が配置される。角管1の内側から、流体(水.
油など)5による内圧を加える。
【0010】バルジ加工用の上下の金型2,3と、加工
用内圧により拡膨されるべき角管1の側壁1bとのスペ
ース6は、余裕をもって構成され、このスペース6に背
圧負荷用可動型8,8を介設する。この背圧負荷用可動
型8,8は、支点となる端部側をピン8a,8aにより
所定の範囲で回動可能に下型3に支持されており、ま
た、上下の金型2,3の外側であって、この例では、中
央部より左側寄りの位置に、この背圧負荷用可動型8,
8に背圧を加えるための油圧又は空気圧のシリンダ9,
9を有する。図2は、上記の装置によりバルジ成形され
つつある角管1を示す断面図であり、角管1におけるバ
ルジ加工用金型2,3への接触が遅れる面(A) に、背圧
負荷用可動型8,8を押し当て、加工面に背圧(W)を
加えながら加工を施すようにしている。
【0011】背圧負荷用可動型8,8の背圧の調整は、
シリンダ9,9の配管系に設けた例えばリリーフバルブ
等の圧力コントロール用バルブ10により行う。バルジ
加工用金型2,3でのバルジ成形中、シリンダ9,9が
加える荷重(W)により角管1の上下壁1cに加わる背
圧の大きさは、 (1)バルジ成形によって、角管1の上下
壁1cが拡げられるのを拘束することなく、かつ、 (2)
バルジ成形によって、角管1の側壁1bが拡膨し、角部
1aが破断するのを防ぐ程度の大きさとなるようにコン
トロールするものである。また、流体による内圧Pの昇
圧スピードも適宜にコントロールする。
【0012】図3の (a), (b)及び (c)は、本発明に係
るバルジ加工装置を用いて、バルジ成形を行う具体例を
示す図で、素管として同図 (a)に示すA6N01S−T
4アルミニウム合金の60mm×30mm角管( 2mmt),長さ
780mmを使用した。この素管を、背圧負荷用可動型を有
する上下のバルジ加工用金型の間に潤滑剤を介して挟持
し、その両端部にシール口金を配置する。シール口金の
両端部に押込力Fを加え、口金と素管間をシールする。
はじめに、左側の口金の排気口4aより排気しながら右
側の口金より流体(防食剤入りの水)を注入して素管内
を満たし、排気口4aを塞ぐ。次に、流体に対する加工
用内圧Pを徐々に昇圧させ、背圧負荷用可動型に背圧W
を加えながら流体に所定の加工用内圧Pを与えることに
より、素管にバルジ加工を施す。この場合に使用したバ
ルジ加工装置の最大内圧力Pは、400〜2000kgf/c
m2 、また、シリンダが加える荷重(W)により背圧負
荷用可動型を介して素管に加えられる背圧は平均して 1
00〜 500kgf/cm2 に設定してある。図3の (a)は、上
記により角管1からバルジ成形品20を得たものであっ
て、成形後寸法は、両端部寸法60mm×30mm角× 2mmt、
最大拡管部寸法 100mm×30mm角、両端部から最大拡管部
に至る長さ 520mm,80mm、全長 600mmのものである。同
図の(b)は、バルジ成形品20の両端部の形状寸法、同図
の(c)は、バルジ成形品20の最大拡管部の形状寸法を示
す。なお、角管1の角部1a(図1の (b)参照)の上下
壁1c面側への引きずられ現象は、完全に消失させるこ
とはできず、部分的に生じはしたが、前記背圧負荷がな
い場合に比べれば、ほとんど無視できる程度にすぎない
ものであった。
【0013】このようにして得られたバルジ成形品20
は、その最大拡管部の位置で切断され、一端部が60mm×
30mm角× 2mmt、他端部が 100mm×30mm角、長さ 520mm
の軸方向に断面の形状を変化させた角管として、例えば
図7に符号70で示すセンターピラーといった自動車用
フレーム材として用いられる。また、図4に示すよう
に、最大拡管部を基準にして、軸方向に対称となる形状
に加工したバルジ成形品30を、最大拡管部の位置で2
分割することにより、同一部材を2本まとめて作成する
ことができる。図5の (a)及び (b)は、下壁の両側にフ
ィン40′を形成したホロー形材40及び下壁の両側に
フィン50′を形成し隔壁50″を有するホロー形材5
0を示し、いずれも上記の実施例に示すバルジ加工を適
用して好適なものである。
【0014】図6は、素管となる角管を曲げ加工した後
にバルジ加工した例で、同図の (a)はバルジ成形品60
の正面図、 (b)はその側面図、 (c)は上端面図、 (d)は
下端面図、 (e)はA−A断面図である。このように、バ
ルジ加工前に曲げ加工が施されてもよいが、バルジ成形
後に曲げ加工をしてもよい。この場合、同図の (e)に示
すような断面構造とするときは、背圧負荷用可動型に段
差を設け、部分的凹部を形成するものである。このよう
に、自動車車体の形状に倣って軸方向に2次元的あるい
は3次元的に曲がって構成されたバルジ成形品は、その
軽量の特徴を活かし、自動車用フレーム材として、適宜
使用される。
【0015】図10は、図3の (a), (b)及び (c)に示
す素管となる角管1の一方の対向壁101,101のみ
に、軸に直交する方向の伸び変形を期待し、他方の対向
壁102,102には伸びを生じさせない拡管に好適な
バルジ加工装置の具体例である。背圧負荷用可動金型8
における角管1と当接する面(図1の (b)参照)に、複
数の凸部8bを形成して凹凸面とし、伸びを予定しない
側の壁(102)面と背圧負荷用可動金型8間を噛み合
わせる形状としておき、この側に位置する対向壁10
2,102の変形を拘束させつつ成形を行う。これによ
り、角管1の他方の対向壁102,102には伸びを生
じさせることなく、一方の対向壁101,101のみを
変形させ拡管することが可能となる。
【0016】なお、上記の実施例は、角管1の一方の対
向壁101,101のみを拡膨しようとしたものである
が、併せて他方の対向壁102,102を若干拡膨しよ
うとする場合にも適用できる。この場合も、当然、遅れ
てバルジ加工用金型に接触する側の面に背圧負荷用可動
型を配設する。
【0017】また、上記の実施例においては、背圧負荷
用可動型は、バルジ加工用金型に対して回動可能に構成
され、バルジ加工用金型の外側に配設したシリンダによ
り背圧が負荷されるものについて示したが、この方式に
限定されるものではなく、被加工材のバルジ加工用金型
への接触が遅れる面に背圧を加え得るものであれば、他
の手段を採用して差し支えない。例えば、可撓性の袋状
部材を利用して、この袋状部材に液圧を加え背圧とする
ものでもよい。
【0018】
【発明の効果】上記の構成からなる本発明によれば、被
加工材のバルジ加工用金型への接触が遅れる面に背圧を
加えながらバルジ加工を施すので、加工当初又は先に接
触している面に比べ大きな抵抗の差がなく、加工中に角
管の角部がひきずられる恐れが少ない。したがって、バ
ルジ加工されるべき角管を、その角部が位置ずれするこ
となく拡膨させることができ、また外観良好に成形でき
る。このバルジ加工により作成された軸方向に断面の形
状を変化させた角管は、自動車等の車両用フレーム材と
して用いる等有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)及び (b)は、本発明に係るバルジ加工方法
を説明するための装置の横断面図及び縦断面図である。
【図2】本発明の方法によりバルジ成形されつつある角
管を示す断面図である。
【図3】(a), (b), (c)及び (d)は、本発明に係るバ
ルジ加工装置を用いて、バルジ成形を行う具体例を示す
形状図である。
【図4】本発明の方法により得たバルジ成形品の一例を
示す斜視図である。
【図5】(a)及び (b)は、本発明の方法によりバルジ加
工された形材の一例を示す斜視図である。
【図6】(a), (b), (c), (d)及び (e)は、曲げ加工
を行った後に本発明の方法によりバルジ加工を施した成
形品の一例を示す説明図である。
【図7】自動車車体のスペースフレームの斜視図であ
る。
【図8】(a)及び (b)は、角管をバルジ成形する従来の
方法を説明するための装置の横断面図及び縦断面図であ
る。
【図9】(a)及び (b)は、従来の方法により得たバルジ
成形品の一例を示す斜視図及び断面図である。
【図10】本発明の方法によりバルジ加工を施す好適な
一例を示す装置の一部断面図である。
【符号の説明】
1 …角管 1a …角部 1b …側壁 1c …上下壁 2,3 …バルジ加工用金型 4 …シール口金 5 …流体 6 …スペース 8 …背圧負荷用可動型 9 …シリンダ 10 …コントロールバルブ 20 …バルジ成形品 30 …バルジ成形品 40 …ホロー形材 50 …ホロー形材 60 …バルジ成形品 70 …センターピラー 80 …ルーフピラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々本 隆 静岡県庵原郡蒲原町蒲原1丁目34番1号 株式会社日軽技研内 (72)発明者 杉山 敬一 静岡県庵原郡蒲原町蒲原1丁目34番1号 株式会社日軽技研内 (56)参考文献 特開 昭57−165134(JP,A) 特開 昭59−73132(JP,A) 特開 平6−226339(JP,A) 実開 平5−84420(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21D 26/02 B21D 53/88

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被加工材をバルジ加工により拡開させる
    に当り、被加工材に加工用内圧を加え拡膨する過程にお
    いて、被加工材のバルジ加工用金型への接触が遅れる面
    (A) に背圧負荷用可動型を押し当て、この背圧負荷用可
    動型により、面(A) に背圧を加えながら加工を施すバル
    ジ加工方法。
  2. 【請求項2】 被加工材をバルジ加工により拡開させる
    装置であって、被加工材に加工用内圧を加える加圧手段
    と、被加工材の軸線方向に押圧力を加える押圧手段と、
    バルジ加工用金型と、前記被加工材とバルジ加工用金型
    との間に介設される背圧負荷用可動型とを具備するバル
    ジ加工装置。
  3. 【請求項3】 前記背圧負荷用可動型は、バルジ加工用
    金型に対して回動可能に構成され、バルジ加工用金型の
    外側に配設したシリンダにより背圧が負荷されるもので
    ある請求項2に記載のバルジ加工装置。
  4. 【請求項4】 被加工材とバルジ加工用金型との間に介
    設される背圧負荷用可動型により、被加工材に加工用内
    圧を加え拡膨する過程において、被加工材のバルジ加工
    用金型への接触が遅れる面(A) に背圧を加えながら被加
    工材をバルジ加工して得られる、軸方向に断面の形状を
    変化させた角管を用いた車両用フレーム材。
  5. 【請求項5】 前記軸方向に断面の形状を変化させた角
    管は、中央部が膨らむようにバルジ成形した角管を2分
    割して得たものである請求項4に記載の車両用フレーム
    材。
  6. 【請求項6】 曲げ加工が施された角管にバルジ加工を
    施し、軸方向に断面の形状を変化させた請求項4又は請
    求項5に記載の車両用フレーム材。
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