JP3351290B2

JP3351290B2 - 金属管の液圧バルジ加工方法および装置

Info

Publication number: JP3351290B2
Application number: JP10851997A
Authority: JP
Inventors: 正康小嶋; 三郎井上
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-04-25
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 2002-11-25
Anticipated expiration: 2017-04-25
Also published as: CA2235853C; KR100263948B1; DE69817905T2; DE69817905D1; JPH10296347A; CA2235853A1; KR19980081631A; EP0873802B1; US5918494A; EP0873802A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属素管内に導入
した液体に圧力を負荷して金属管を異形に加工する液圧
バルジ加工方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属管の液圧バルジ加工は、素材となる
金属管（以下、素管という）に加工液を注入し、その圧
力（以下、内圧という）と管端からの軸押し力とを組み
合わせて付加することによって種々の断面形状の異形管
製品（以下、製品という）を得る加工方法である。

【０００３】図５は、素管と製品を示す図で、図５
（ａ）は素管１の縦断面図、図５（ｂ）は液圧バルジ加
工して得られた製品の部分断面図である。

【０００４】図５（ｂ）に示す製品は、その中央部の長
さＷ₁の領域は、外径Ｄの膨出部２a が形成されてお
り、その両側は素管と同一外径ｄの部分（以下、同径部
という）となっている。製品の全長Ｌ₁は、軸押しをお
こなうので素管の長さＬ₀よりも短くなる。

【０００５】図６は、製品２を得るための従来の液圧バ
ルジ加工用装置の加工部の工具の代表例を示す図であ
る。図６（ａ）は、長手方向断面図、図６（ｂ）は図６
（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。

【０００６】工具１５は、下金型３と上金型４からなる
金型と、左右の軸押し工具５、６とを備えている。これ
ら金型には素管ガイド溝３a 、４a とダイス穴３ｂ、４
ｂが設けられている。素管ガイド溝３a 、４a の内径ｄ
は素管１の外径と同一である。ダイス穴３ｂ、４ｂは製
品膨出部を形成する空間であり、その内郭形状は製品膨
出部の外郭形状と同一である。ダイス穴肩部３ｃ、４ｃ
には製品膨出部の付け根ｒと同一の丸みが加工されてい
る。下金型３のダイス穴３ｂの底部には加工後の製品の
ノックアウト工具１７が上下可動状態で収納されてい
る。軸押し工具５、６の外径は素管外径ｄと略々同一
で、後端部には後述する軸押しピストンと連結するため
のフランジ５Ｃ、６Ｃが設けられている。一方の軸押し
工具５には後述する加工液注入のための流路５ｂが、ま
た他方の軸押し工具６には素管内の空気を追い出すため
の流路６ｂが貫通して設けられている。

【０００７】図７は、上記工具１５を用いて素管に内圧
と軸押し力を負荷して液圧バルジ加工する場合の加工状
況を示す図で、図７（ａ) は、液圧バルジ加工直前の状
態を示す縦断面図で、同７（ｂ）は液圧バルジ加工終了
時点の状態を示す縦断面図である。

【０００８】先ず、下金型３に素管１をセットし、後述
する上部プレス装置に取り付けた上金型４を降下せし
め、所定の力で下金型３に押しつけ、左右方向から後述
する軸押し装置に取り付けた軸押し工具５、６を前進せ
しめ、素管１の両管端に軸押し工具端面５ａ、６ａを当
接してシールを行い、左側の軸押し工具５を貫通せしめ
た流路５ｂから加工液７を注入しながら右側の軸押し工
具６を貫通する流路６ｂから素管内の空気を押し出し、
流路６ｂの延長上を図示していないバルブで閉鎖して、
素管１の内部を加工液７で充満させる。このような状態
を示す図が図７（ａ）である。

【０００９】次に、左右方向から軸押し工具５、６を前
進せしめるとともに、図示していないポンプによって内
圧を徐々に増加し、材料をダイス穴３ｂ、４ｂ内に膨出
させて図７（ｂ）に示すように製品２とする。内圧を増
加させるのは、軸押しによってダイス穴３ｂ、４ｂに押
し込まれるにつれて徐々に加工硬化する材料を膨出させ
るためである。材料の強度と肉厚が大きい場合や膨出部
の肩部コーナ半径が小さい場合には必要な内圧は増加す
る。この後、内圧を低下させ、上金型４を上昇させ、つ
いで軸押し工具５、６を後退させて製品内の加工液を流
し出し、ノックアウト工具１７を上昇させて製品２を取
り出す。

【００１０】加工液７としては、防錆のため数％の油脂
分を水に分散させたエマルジョンが一般に用いられる。
次に、上記液圧バルジ加工を行うために従来より用いら
れている装置について説明する。

【００１１】図８は、従来の液圧バルジ加工装置を示す
図で、図８（ａ) は装置全体の正面図、同（ｂ) は軸押
し装置の断面図である。図８（ａ) に示すように、装置
全体は上部プレス装置２１と、軸押し装置２２、２３を
備えており、これらはベッド２４を共有している。上部
プレス装置２１は、前記ベッド２４にコラム２５で連結
されたフレーム２６と、このフレームに取り付けられた
加圧シリンダ２７と、該シリンダのラム２８と、該ラム
に取り付けられたラムヘッド２９からなる。下金型３は
前記ベッド２４に、上金型４は前記ラムヘッド２９に着
脱自在に装着されている。また、下金型３の直下には前
記ノックアウト工具１７を上下させるシリンダ１９が設
けられている。

【００１２】また、図８（ｂ) に示すように軸押し装置
２２は、シリンダケース３０とピストン３１からなり、
ピストン先端部３１ｄに軸押し工具５がボルト締めなど
の方法で着脱自在に取り付けられている。ピストン３１
には軸押し工具流路５ｂと連絡する加工液流路３１Ｃが
設けられ、ピストン３１の後端に接続された中空棹３３
を経由して、図示していない外部ポンプと配管３２で連
絡されている。ピストン３１は、その外面３１ａとシリ
ンダフランジ３０ｂ、ピストンフランジ３１ｂとシリン
ダケース外筒３０ａ、中空棹３３とシリンダケース背面
板３０ｃが案内されてシリンダケース３０内を軸方向に
移動する。

【００１３】各案内部にはシール４０、４１、４２が設
けられ、後方圧力室５０にシリンダ内流路５１および配
管５２を経由して、図示していない外部ポンプにより所
定圧力の作動液を注入すれば、ピストン３１は前進し、
逆に前方圧力室６０にシリンダ内流路６１および配管６
２を経由して図示していない外部ポンプにより所定圧力
の作動液を注入すればピストン３１は後退する構造とな
っている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記の液圧バルジ加工
においては次のような問題がある。第１の問題は、軸押
しに関わる問題である。前述したように、液圧バルジ加
工においては軸押しと内圧とが重要な役割を果たしてい
るが、膨出加工による周長増加が大きい製品では軸押し
が特に重要となる。軸押しが不十分な状態で内圧を増加
させると膨出予定部の肉厚減少が進み、破裂が生じてし
まう。減肉を抑制するには、内圧を高める前に軸押しに
よって材料をダイス穴内に押し込み、複曲面の隆起部を
形成することによって破裂に対する抵抗を高めておく必
要がある。

【００１５】ところで、図７（ａ）で説明した液圧バル
ジ加工において軸押しを阻害する要因は、ダイス溝３
ａ、４ａと材料との摩擦と、ダイス穴肩Ｒ部３ｃ、４ｃ
の曲率に沿って材料をすべらせる際の摩擦と曲げ変形で
ある。前者については、摩擦係数およびダイス溝３ａ、
４ａに接する材料の長さｌ、後者については材料の強度
を一定とすれば、摩擦係数とダイス穴肩半径ｒ（ｒが小
さいほど軸押し抵抗大）が関係する。摩擦係数を減らす
ために、液圧バルジ加工用の金型は硬質の材料で製作
し、材料との摺動で損傷しにくくすると同時にダイス溝
およびダイス穴肩Ｒ部は滑らかに仕上げられる。また、
その状態を保つように研磨修正による保守を行うことが
必要である。

【００１６】さらに、材料と金型の焼き付きを起こりに
くくするために、素管１の外表面に潤滑被膜処理やペイ
ント塗装を施すなどの対策が行われることも多い。しか
しながら、これらの手段をとったとしても、ダイス溝に
接する材料の長さｌ[ 図７(ａ）参照] が大きい場合に
は、ダイス溝との接触面積が大きいのでダイス溝内の材
料全体を移動させるための摩擦抵抗が大きくなる。

【００１７】図９は、液圧バルジ加工時に発生する欠陥
の発生状況を示す縦断面図で、図９（ａ）は挫屈状態を
示し、同（ｂ）は管端部の厚肉化状況を示す。薄肉管の
場合には軸押し時に同径部で挫屈８が生じ易いので、炭
素鋼々管の場合、ｔ／ｄ= ０．０３（ｔ：素管肉厚）で
はｌ／ｄが２．０以上で、またt ／ｄ= ０．０２ではｌ
／ｄが１．５以上で軸押しが難しくなる。

【００１８】一方、厚肉管の場合には挫屈は生じにくい
が、ダイス肩Ｒ部３ｃ、４ｃでの曲げ抵抗の増加のため
に軸押しの抵抗が増加し、図９（ｂ) に示すように管端
近傍に素管の肉厚よりも厚い厚肉部９が形成されるため
に膨出が阻害される。したがって、所定形状の製品膨出
部２ａを形成するためには全軸押し量を大きく（すなわ
ち、素管長さを大きく）せざるを得ず、材料歩留が低下
してしまう。また、製品重量が増加するほか、場合によ
っては液圧バルジ加工後に厚肉部９を切削して所定の肉
厚に仕上げる必要が生ずる。

【００１９】液圧バルジ加工の第２の問題は、金型の製
作コストである。図７に示すように、下金型３、上金型
４は素管１の全長に、軸押し工具５、６の頭部を挿入す
るための余裕を加えた長さに製作する必要がある。前述
した管材料と金型の焼き付き対策として硬質の材料で製
作されることが多いので、材料費がかさむほか、ダイス
溝３ａ、４ａの加工に工数がかかる。また、下金型３、
上金型４には製品膨出部２ａの形状に合わせてダイス穴
３ｂ、４ｂを彫り込み加工し、表面をなめらかに仕上げ
る必要があり、加工費がかさむ。形状によっては切削加
工が困難な場合があり、高価な放電加工に頼らざるを得
ない。また、膨出部の寸法が異なる場合は、その寸法毎
にダイス穴の異なった金型を準備しなければならない。

【００２０】さらに、ダイス穴３ｂ、４ｂは製品を抜き
出せるような形状であることが前提となるので、製品膨
出部の形状によってはダイス穴３ｂ、４ｂだけでは成形
できない場合がある。

【００２１】図１０は、そのような製品の例を示し、図
１０（ａ) は製品７０の長手方向の断面図、同（ｂ) は
正面図である。製品膨出部の側面に凹み７０ｃが設けら
れているために、ダイス穴の内郭形状を製品膨出部７０
ａの外郭形状と同一にしたのでは製品の取り出しができ
ない。

【００２２】図１１は、図１０に示した形状の製品を加
工するのに必要な型の構造を示す縦断面図である。図１
１に示すように、先ず凹部７０ｃがない膨出部を成形
し、ついで下金型３−１、上金型４−１に内蔵した加圧
シリンダ７１によってポンチ７２を突き出して凹み７０
ｃを成形した後、ポンチ７２を後退させて製品７０を金
型から取り出さざるを得ない。金型の構造が複雑であ
り、製作コストがかさむ。本発明の課題は、上記第１お
よび第２の問題を解消することのできる金属管の液圧バ
ルジ加工方法および装置を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、１）素管
と工具間の摩擦抵抗を小さくし、軸押し時に発生する座
屈や厚肉管の場合に発生する管端厚肉化現象による材料
歩留まりの低下を防止すること、２）膨出加工時の管の
内圧を小さくすることにより膨出部の減肉を少なくして
素管の肉厚を薄くすること、３）金型の製作コストを低
減することに関し、種々実験、検討を重ねた結果、以下
のような知見を得た。

【００２４】ａ）管を膨出させるに際し、管の軸方向に
おける膨出予定長さよりも長い領域を予備膨出させる予
備加工をおこない、その後で予備膨出部を管の軸方向に
圧縮加工して製品膨出部に仕上げ加工することにより、
管の内圧が低い状態で加工が可能となり、それにより膨
出部の減肉を防止することができる。

【００２５】ｂ）そのような加工をおこなうには、従来
の金型のように、膨出部を成形するためのダイス穴を金
型に直接設けないで、金型に相当する軸押しホルダーの
貫通孔に、その両端から１対の円筒状の第２軸押し工具
を挿入、スライド可能とし、さらに第２軸押し工具内に
挿入された素管の両端から管を軸方向に圧縮するための
第１軸押し工具を設けた装置を用いればよく、第２軸押
し工具の先端間で膨出部形成すればよい。

【００２６】本発明は、このような知見に基づきなされ
たもので、その要旨は以下の通りである。（１）金属素管内の液体による内圧と、金属管の軸方向
圧縮とを組み合わせて金属管の一部を全周にわたり膨出
加工する液圧バルジ加工方法であって、金属管の軸方向
における膨出予定長さよりも長い領域を予備膨出させる
予備加工をおこない、次いで予備膨出部を金属管の軸方
向に圧縮加工して製品膨出部に仕上げ加工することを特
徴とする金属管の液圧バルジ加工方法。

【００２７】（２）貫通孔を備えた分割型の軸押し工
具ホルダーと、この軸押し工具ホルダーの貫通孔の両端
からそれぞれ挿入、スライド可能な一対の中空の第２軸
押し工具と、これら第２軸押し工具内に挿入された金属
素管の両端から金属素管を軸方向に圧縮するための第１
軸押し工具を備え、第１軸押し工具には金属素管内に加
工液を供給、加圧するための加工液流路が設けられてお
り、第１軸押し工具と第２軸押し工具とにはそれぞれ独
立して金属素管軸方向に進退させる軸押し工具進退手段
を備えていることを特徴とする金属管の液圧バルジ加工
装置。

【００２８】（３）軸押し工具進退手段が、第１軸押し
工具を金属素管の軸方向に進退させるための第１ピスト
ンと、第２軸押し工具を金属管の軸方向に進退させるた
めの円筒状の第２ピストンとを備えており、第１ピスト
ンは第２ピストンの円筒内に配置されていて、第１軸押
し工具の加工液流路に接続可能な加工液流路を有するこ
とを特徴とする複動軸押し装置である前記（２）記載の
液圧バルジ加工装置。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の液圧バルジ加工
装置（ただし、軸押し工具進退手段は図示せず）の例を
示した図で、図１（ａ) は長手方向断面図、図１（ｂ)
は図１（ａ)のＣ−Ｃ線断面図である。この装置では、
図５（ａ）に示すような素管を用い、同図（ｂ）に示す
異形管製品の加工ができる。

【００３０】図１で、液圧バルジ加工装置１５０は、下
部ホルダ８１、上部ホルダ８２からなる軸押し工具ホル
ダ８０と、第１軸押し工具８５、８６、第２軸押し工具
８３、８４および図示していない後述の軸押し工具進退
手段からなる。下部ホルダ、上部ホルダのガイド溝８１
ａ、８２ａでホルダ８０の貫通孔を形成し、このガイド
溝８１ａ、８２ａには円筒状一体品の第２軸押し工具８
３、８４がスライド可能な状態で挿入されている。

【００３１】ガイド溝８１ａ、８２ａの断面形状は製品
膨出部の断面形状と同一である。ガイド溝８１ａ、８２
ａの断面形状は長手方向に一定であり、切削によって容
易に加工することができる。第２軸押し工具８３、８４
の先端内周部８３d 、８４dには製品膨出部２ａの付け
根ｒ[ 図５（ｂ) 参照] と同一の丸みが加工されてお
り、後端部には後述する軸押し装置に接続固定するため
のフランジ８３ｂ、８４ｂが設けられている。

【００３２】第２軸押し工具の内郭部８３ｃ、８４ｃに
は、第１軸押し工具８５、８６がそれぞれ摺動可能な状
態で挿入されている。第２軸押し工具の内郭部８３ｃ、
８４ｃの断面形状は第１軸押し工具８５、８６の断面形
状にならったものであり、素管１の断面形状とほぼ同一
である。第１軸押し工具８５、８６は、加工液流路８５
ｃ、８６ｃおよび後述する複動軸押し装置に接続固定す
るためのフランジ８５ｂ、８６ｂを備えている。

【００３３】図２は、複動軸押し装置の一例を示す図
で、図２（ａ）は縦断面図、同（ｂ）は図２（ａ) の矢
印ｃ方向からの正面図である。この複動軸押し装置９０
は、図１における左側の第１軸押し工具８５および第２
軸押し工具８３を軸方向に進退させるための装置で、図
１における右側の第１軸押し工具８６および第２軸押し
工具８４も同様な構造の別の複動軸押し装置に取り付け
られる。

【００３４】複動軸押し装置９０は、シリンダケース１
００、第１ピストン９１、その外周に設けた円筒状の第
２ピストン９２を備えている。第１ピストン先端部９１
ｄには前記第１軸押し工具８５が、また第２ピストン先
端部９２ｄには前記第２軸押し工具８３がボルト締めな
どの方法で着脱自在に装着される。第１ピストン９１に
は、第１軸押し工具８５の加工液流路８５ｃと連絡する
加工液流路９１ｃが設けられ、第１ピストン９１の後端
に接続された中空棹９３を経由して、図示していない外
部加工液ポンプと配管１３０で連絡されている。第２ピ
ストンを円筒状にし、その内部に第１ピストンを設ける
ことにより、軸押し装置の形状寸法をが極めてコンパク
トにすることができる。

【００３５】シリンダケース１００は、二重構造で、ケ
ース外筒１００ａの内側に間隔を有してケース内筒１０
１を共通のケース背面板１００ｂを介して一体的に備え
ている。第１ピストン９１は、ケース内筒１０１の内側
に挿入されており、第１ピストン外面９１ａはケース内
筒フランジ１０１ｂで、また第１ピストンフランジ９１
ｂはケース内筒内面１０１ａでそれぞれシール１２０、
１２１を介して案内されており、液圧室１１０が形成さ
れている。液圧室１１０は、ケース内筒１０１に穿たれ
た作動液流路１０１ｄを経由して、図示しない外部作動
液ポンプと配管１３１で連絡されている。

【００３６】中空棹９３は、ケース背面板１００ｂとシ
ール１２４を介して案内され、第１ピストン９１とケー
ス背面板１００ｂの間には液圧室１１１が形成されてい
る。液圧室１１１は、ケース背面板１００ｂに穿たれた
作動液流路１０３ａを経由して図示していない外部作動
液ポンプと配管１３２で連絡されている。液圧室１１
０、１１１の作動液圧力が第１ピストン９１に作用する
ことによる軸方向押し力の大小関係で第１ピストン９１
は前進あるいは後退する。

【００３７】円筒状の第２ピストン９２は、ケース内筒
１０１とケース外筒１００ａの間に挿入されており、第
２ピストン内面９２ａはケース内筒外面１０１ｃで案内
され、第２ピストン外面９２ｂはケース外筒フランジ１
０２ｂで、また第２ピストンフランジ９２ｃはケース外
筒内面１０２ａでそれぞれシール１２２、１２３を介し
て案内され、液圧室１１３が形成されている。液圧室１
１３は、ケース外筒１００ａに穿たれた作動液流路１０
２ｃを経由して、図示していない外部作動液ポンプと配
管１３３で連絡されている。円筒状第２ピストン９２と
ケース背面板１００ｂの間には液圧室１１２が形成され
ている。

【００３８】液圧室１１２は、ケース背面板１０３に穿
たれた作動液流路１０３ｂを経由して図示していない外
部作動液ポンプと配管１３４で連絡されている。液圧室
１１２、１１３の作動液圧力が円筒状第２ピストン９２
に作用することによる軸方向押し力の大小関係で円筒状
第２ピストン９２は前進あるいは後退する。

【００３９】第１ピストン、第２ピストンを前進、後退
させる外部作動液ポンプは別であり、第１ピストン、第
２ピストンはそれぞれ独立して移動させることができ
る。もちろん、同時に移動させることも可能である。

【００４０】なお、図２に示した複動軸押し装置は一例
に過ぎず、前記第１軸押し工具および第２軸押し工具を
装着し、それぞれを独立して軸方向に進退させることが
できさえすれば他の形式のものであってもかまわない。
次に、本発明における液圧バルジ加工方法について説明
する。

【００４１】図３は、本発明の加工方法を説明するため
の液圧バルジ加工装置の部分図で、図３（ａ）は素管を
液圧バルジ加工装置にセットしている状態を示す図、同
（ｂ）は素管をセットして予備膨出加工する前の状態を
示す図、同（ｃ）は予備膨出加工を終了した状態を示す
図、および同（ｄ）は仕上げ加工を終了した状態を示す
図である。

【００４２】図３（ａ) に示すように、下部ホルダガイ
ド溝８１ａに案内された第２軸押し工具内郭部８４ｃに
素管１を挿入し、第１軸押し工具８６で位置決めする。
次いで、図３( ｂ) に示すように、左側の第２軸押し工
具８３を前進させて右側第２軸押し工具８４との間に製
品膨出部長さＷ₁よりも長いＷ₀のダイス穴空間２００
を形成し、さらに左側第１軸押し工具８５を前進させて
素管１の両端面に密接させてシールし、上部ホルダ８２
を降下させて下部ホルダ８１に押し付け、素管内に加工
液７を注入し予備膨出加工前の状態となる。Ｗ₀につい
ては後述する。

【００４３】ここで、素管１の両端近傍は第２軸押し工
具８３、８４で保持されているので、上下ホルダ８１、
８２の長さＬd は、図７における従来法の上下金型３、
４の長さよりも短くて済み、Ｗ₀よりも僅かに長ければ
よい。また、図７で示した従来法においては、材料の全
長に働く内圧による反力に打ち勝つ大きさの力で上下金
型を締め付けておく必要があるが、本発明の方法では筒
状の第２軸押し工具内の材料に作用する内圧は第２軸押
し工具で支えることができるので、上下ホルダを締め付
ける力は従来法における上下金型の締め付け力よりも小
さくて済む。すなわち、図８における上部加圧シリンダ
２７の加圧能力を小さくすることができる。

【００４４】図３（ｂ) 〜（ｃ) は加工の第１ステップ
の予備膨出加工工程を示す図である。図３（ｃ) は、長
さＷ₀のダイス穴空間２００の中に、製品膨出部２ａの
表面積と略々同一の表面積の予備膨出部（イ）を形成し
た状態を示す。

【００４５】この予備膨出加工する方法には２つの方法
がある。第１は、第１軸押し工具８５、８６で管端での
加工液のシールを保ったまま内圧を増加させて膨出させ
るＡ法である。膨出量は減肉が製品に許容される範囲に
とどめ、その条件で予備膨出部の表面積が確保されるよ
うにＷ₀を設定しておく。第２は、第１軸押し工具を前
進せしめて膨出させるＢ法である。この場合の内圧は、
第１軸押し工具による管端からの軸圧縮によって予備膨
出部に挫屈が生じない程度の大きさにとどめておく。第
１軸押し工具の前進量は、予備膨出部の表面積が確保で
きるように設定する。

【００４６】図３（ｂ) に示す第２軸押し工具８３、８
４内の材料長さｌ−１は図８（ａ)に示すダイス溝内の
材料長さｌよりも短いので、軸押し抵抗は図８の場合よ
りも小さく、前記した挫屈８や厚肉部９が生じにくい。

【００４７】Ａ法の長所は、予備膨出部を内圧で形成す
るので素管の長さが短くて済み、Ｂ法よりも材料歩留が
良いことである。予備膨出を内圧のみで行うので挫屈の
心配がなく、薄肉の素管に適していることは言うまでも
ない。一方、Ｂ法の長所は、予備膨出部の減肉がａ法よ
りも小さいことである。もちろん、Ａ法、Ｂ法を適宜組
み合わせても差し支えない。予備膨出工程の必要内圧は
素管の強度、加工硬化、肉厚、膨出量によって変化する
ので、加工液の内圧は第１軸押し工具の移動の有無ある
いは移動量とは独立して自在に制御できるようにしてお
く必要がある。

【００４８】図３（ｃ) 〜(d) は仕上げ加工ステップの
軸寄せ工程で、同(d) は、図３（ｃ) の状態から第１軸
押し工具８５、８６および第２軸押し工具８３、８４を
前進せしめ、所定寸法の膨出部２ａと同径部２ｂを有す
る製品が得られた状態を示す。

【００４９】この軸押し工程では、第１軸押し工具と第
２軸押し工具の移動速度は同一にすることが望ましい。
その第１の理由は、予備膨出部の表面積をそのまま製品
膨出部の表面積として活用するためである。第２の理由
は、第２軸押し工具内の材料に作用する軸圧縮力を小さ
くできるので挫屈の危険が小さいことである。第３の理
由は、材料と第２軸押し工具内面との摩擦摺動を減少す
ることによって材料表面の擦りきずを軽減することであ
る。

【００５０】図３(d) の後は、加工液７の圧力を低下さ
せてから左右の第２軸押し工具８３、８４を後退し、上
ホルダ８２を上昇させ、左右の第１軸押し工具８５、８
６を後退させて加工液を流出せしめ、製品２を取り出
す。なお、製品２のノックアウトは第２軸押し工具を後
退させる時点ですでに行われているので、図９のノック
アウトシリンダ１９は不要である。

【００５１】図４は、本発明の方法により図１０に示す
膨出部に凹部を有する製品の加工状態を示す長手方向断
面図である。同図に示すように第２軸押し工具８３、８
４の先端に突起７３を設けておけば、図１０に示したよ
うな製品であっても容易に加工をすることができる。ま
た、加工終了後も第２軸押し工具８３、８４を後退させ
ることにより製品を工具から容易に取り出すことができ
る。なお、本発明においては、第２軸押し工具の後退が
可能でさえあれば、如何ような膨出部端面形状にも対応
できることは言うまでもない。

【００５２】以上のような第１軸押し工具、第２軸押し
工具の動きは、図２に例を示すような第１ピストンおよ
び第２ピストンを備えた複動機構の軸押し装置を用いる
ことによって初めて可能であり、図８（ｂ) のようなピ
ストン１個の従来の軸押し装置では不可能である。

【００５３】

【実施例】

（実施例１）図５（ａ）に示す下記寸法の機械構造用炭
素鋼鋼管ＳＴＫＭ１２ａ（ＪＩＳＧ３４４５）を素管と
して用い、液圧バルジ加工により同図（ｂ）に示す形状
をした下記寸法の異形管を製造した。

【００５４】[素管] 外径（ｄ）：８９．１ｍｍ肉厚（ｔ）：２．０ｍｍ長さ（Ｌ₀）：５１０ｍｍ（重量：２．２ｋｇ） [異形管] 膨出部外径（Ｄ）：１７０ｍｍ同径部外径（ｄ）：８９．１ｍｍ膨出部長さ（Ｗ₁）：１００ｍｍ膨出部付け根ｒ（ｒ１）：２０ｍｍ膨出部肩半径ｒ（ｒ２）：１０ｍｍ異形管全長（Ｌ₁）：３４０ｍｍ製品に要求される最小肉厚は、膨出部２ａが１．５ｍ
ｍ、同径部外径２ｂが２．０ｍｍである。

【００５５】液圧バルジ加工装置として、図１および図
２に示した装置を用いた。各工具の寸法は以下の通りで
ある。軸押しホルダー貫通孔内径（Ｄ）：１７０ｍｍ軸押しホルダーの貫通孔（ガイド溝）（８１ａ、８２ａ）長さ（Ｌｄ）：３００ｍｍ軸押しホルダ（８２、８１）外径：８９．１ｍｍ第１軸押し工具（８５、８６）外径（Ｄ）と内径（ｄ）：１７０ｍｍ、８９．１ｍｍ第２軸押し工具（８３、８４）先端内周部丸み半径（ｒ₁）：２０ｍｍ図２に示す第１軸押し工具を進退させる第１ピストン９
１および第２軸押し工具を進退させる第２ピストン９２
の最大押し力と最大ストロークは、両者とも下記の通り
であった。

【００５６】最大押し力：５０Ｔｏｎ最大ストローク：１５０ｍｍ上記の素管と装置を用い、図３（ｂ）に示す予備膨出加
工長さＷ₀が２７０ｍｍとなるように第２軸押し工具を
位置決めしたのち、第１軸押し工具を素管々端に密接し
てシールし、上下ホルダを５０Ｔｏｎで締め付け、素管
内にエマルジョン加工液を注入し、その圧力を２００ｂ
ａｒに高めてダイス穴空間２００内のワーク外径を約１
０３ｍｍに予備膨出した。

【００５７】予備膨出部の最小肉厚は１．７ｍｍであっ
た。この後、内圧を２００ｂａｒに保ったまま左右から
第１軸押し工具および第２軸押し工具を毎秒２０ｍｍの
速度で同時に前進させ、最終的に図３（ｄ）に示すＬ₁
＝３４０ｍｍ、Ｗ₁＝１００ｍｍの位置で第１軸押し工
具および第２軸押し工具を停止し、前記寸法の膨出部を
有する製品を得た。

【００５８】膨出部２ａの頂部肩半径ｒ₂は目標寸法の
１０ｍｍが得られた。左右第１ピストンの最大押し力は
約２３Ｔｏｎ、左右第２ピストンの最大押し力は約３３
Ｔｏｎであった。製品膨出部の最小肉厚は１．７ｍｍ
で、製品同径部の最小肉厚は２．０ｍｍで、要求される
最小肉厚を満足した。

【００５９】これに対し、下記寸法の機械構造用炭素鋼
鋼管ＳＴＫＭ１２ａ（ＪＩＳＧ３４４５）を素管として
用い、従来の液圧バルジ加工をおこなった。素管の肉厚
は、上記本発明例で用いた素管と同一肉厚では、図９
（ａ）に示したような挫屈が発生するため、挫屈防止の
ため厚くした。

【００６０】[素管] 外径（ｄ）：８９．１ｍｍ肉厚（ｔ）：３．２ｍｍ長さ（Ｌ₀）：５５０ｍｍ（重量：３．７ｋｇ）液圧バルジ加工装置として、図６に示す工具に図８
（ｂ）に示した軸押し装置装着した液圧バルジ加工装置
を用いた。各工具の寸法は以下の通りである。

【００６１】ダイス溝３ａ、４ａの内径（ｄ）：８９．１ｍｍダイス穴（３ｂ、４ｂ）内径（Ｄ）＝１７０ｍｍ長さ( Ｗ₁)＝１００ｍｍ肩半径( ｒ₁）＝２０ｍｍ上下金型（４、３）長さ（Ｌｄ）＝６００ｍｍ軸押し装置のピストン３１の最大押し力は１５０Ｔｏ
ｎ、最大ストロークは１５０ｍｍであった。

【００６２】上記素管および装置とを用い、図７（ａ）
に示すように素管をセットし、軸押し装置（図８、２
２、２３）に装着した外径ｄ＝８９．１ｍｍの軸押し工
具５、６で素管々端をシールし、上下金型を加圧シリン
ダ２７によって７００Ｔｏｎで締め付け、素管内にエマ
ルジョン加工液７を注入した後、左右から軸押し工具を
毎秒２０ｍｍの速度で前進させながら内圧を徐々に上昇
させてダイス穴内に材料を膨出せしめ、図７（ｂ）に示
すＬ₁＝３４０ｍｍの位置で軸押し工具を停止し、外径
Ｄ＝１７０ｍｍ、長さＷ₁＝１００ｍｍの膨出部２ａを
有する異形管製品を得た。

【００６３】製品膨出部の最小肉厚は２．６ｍｍで、頂
部肩半径ｒ２を目標寸法の１０ｍｍに仕上げるのに必要
な内圧は２０００ｂａｒであった。また、左右軸押し装
置ピストン３１の押し力は最大１２５Ｔｏｎが必要であ
った。

【００６４】以上のように、本発明の液圧バルジ加工方
法および液圧バルジ加工装置を用いることにより、素管
重量を約４０％減少させることが可能となった他、最高
内圧を１／１０に、型締め力を１／１４に大幅に減少さ
せることができるなど、バルジ加工装置の必要能力を低
下し得ることが確認できた。

【００６５】（実施例２）図５（ａ）に示す下記寸法の
機械構造用炭素鋼鋼管ＳＴＫＭ１２ａ（ＪＩＳＧ３４４
５）を素管として用い、液圧バルジ加工により実施例１
と同じ寸法の異形管を製造した。

【００６６】[素管] 外径（ｄ）：８９．１ｍｍ肉厚（ｔ）：２．０ｍｍ長さ（Ｌ₀）：５１０ｍｍ（重量：３．１ｋｇ）液圧バルジ加工装置は、上記実施例１と同じ装置を用い
た。

【００６７】図３（ｂ）に示す予備膨出加工長さＷ₀が
２７０ｍｍとなるように第２軸押し工具を位置決めした
のち、第１軸押し工具で素管々端をシールし、上下ホル
ダを７５Ｔｏｎで締め付け、素管内にエマルジョン加工
液を注入し、その圧力を３００ｂａｒまで徐々に高めな
がら左右第１軸押し工具を２０ｍｍ前進させてダイス穴
空間２００内のワーク外径を約１０３ｍｍに予備膨出し
た。予備膨出部の最小肉厚は２．４ｍｍであった。

【００６８】この後、内圧を３００ｂａｒに保ったまま
左右から第１軸押し工具および第２軸押し工具を毎秒２
０ｍｍの速度で同時に前進させ、最終的に図３（ｄ）に
示すＬ₁＝３４０ｍｍ、Ｗ₁＝１００ｍｍの位置で第１
軸押し工具および第２軸押し工具を停止し、外径Ｄ＝１
７０ｍｍ、長さＷ₁＝１００ｍｍの膨出部２ａを有する
製品を得た。

【００６９】膨出部２ａの頂部肩半径ｒ２は目標寸法の
１０ｍｍが得られた。左右第１ピストンの最大押し力は
約３２Ｔｏｎ、左右第２ピストンの最大押し力は約５０
Ｔｏｎであった。製品膨出部２ａの最小肉厚は２．４ｍ
ｍで、製品に要求される最小肉厚を満足した。また、製
品同径部２ｂの肉厚は２．６ｍｍから２．８ｍｍの範囲
であり、公差を満足した。

【００７０】また、従来法として実施例１と同じ鋼種、
寸法の素管を用い、上限の型の長さが５７０ｍｍである
以外は実施例１の従来法に用いたのと同じ液圧バルジ加
工装置を用いて、加工条件も同じにして異形管を製造し
た。

【００７１】製品膨出部の最小肉厚は２．６ｍｍで、頂
部肩半径ｒ２を目標寸法の１０ｍｍに仕上げるのに必要
な内圧は２０００ｂａｒであった。また、左右軸押し装
置ピストン３１の押し力は最大１２５Ｔｏｎが必要であ
った。製品同径部２ｂの肉厚は３．５ｍｍから４．０ｍ
ｍの範囲にあり、製品公差を越えているために切削加工
で仕上げる必要が生じた。

【００７２】以上のように、本発明の液圧バルジ加工方
法および液圧バルジ加工装置を用いることにより、素管
重量を約１８％減少させることが可能となった他、製品
同径部の仕上げ切削加工を省略することが可能となっ
た。また、最高内圧を１／６〜１／７に、型締め力を約
１／９に大幅に減少させることができるなど、バルジ加
工装置の必要能力を低下し得ることが確認できた。

【００７３】

【発明の効果】本発明の方法および装置による効果とし
て次の５つを挙げることができる。

【００７４】第１の効果は、従来法に比較して材料と工
具の間の摩擦力が低下することである。その結果とし
て、軸押しの際の挫屈が抑制され、薄肉管の液圧バルジ
加工が容易になる。厚肉管の場合においても、製品同径
部の増肉が抑制されるので材料歩留が向上し、切削仕上
げ加工も不要となる。また、材料と工具の摺動に起因す
る製品表面の焼き付きも大幅に軽減され、材料の潤滑処
理の省略や工具の保守が容易となる。

【００７５】第２の効果は、予備膨出を行うことによ
り、次の第２ステップで第２軸押し工具の先頭部で材料
を左右からはさみつけ、膨出部の軸寄せを確実に行うこ
とができることである。すなわち、予備膨出部にはじめ
から軸圧縮力が有効に作用し、これによって膨出部の周
長増加が効率的に得られることである。

【００７６】第３の効果は、必要内圧の低下である。す
なわち、空間容積が固定されたダイス穴に材料を沿わせ
ながら隆起させる図８の従来法と比較して、ダイス穴空
間が広い段階での予備膨出はより低圧で行うことが可能
である。また、軸寄せ工程においても、製品膨出部は第
２軸押し工具によって成形されるので、その内圧は従来
法よりも低くて済む。

【００７７】内圧の低下は膨出部の減肉率の低下につな
がり、素管肉厚を小さくすることも可能である。さら
に、高価でかつ保守費用がかさむ超高圧の加工液ポンプ
が不要となるので設備コスト低減も可能となる。

【００７８】第４の効果は、金型費の低減である。前述
したように、第２軸押し工具を使用することによって上
下金型の長さを短くできるので、金型の製作費が低下す
る。第２軸押し工具は素管径が同一の製品の金型に共通
して使用することができるので経済的である。また、製
品膨出部を形作るダイス穴空間をホルダと左右の第２軸
押し工具で形成するので、図７に示す従来の金型のよう
なダイス穴を加工する必要がなく、金型製作費が少なく
て済む。

【００７９】第５の効果は、図１０に示すような膨出部
端面に凹部７０ｃを有する製品７０であっても、図４で
示したように第２軸押し工具８３、８４の先端部に突起
７３を設けておくことにより簡単に加工することができ
る。加工終了後は第２軸押し工具を後退させるので、製
品の取り出しも全く問題ない。

【００８０】このように、本発明の液圧バルジ加工方法
および液圧バルジ加工装置によれば、管材料の軸圧縮に
おける挫屈が抑制されるので従来よりも薄肉の製品を加
工することができる。また、加工液の圧力が小さくて済
むので膨出部の減肉も小さくなる。すなわち、従来法よ
りも薄肉の素管を使用できるので材料歩留が向上し、材
料費を低減できる。さらに、製品同径部の内径の仕上げ
加工を省略することもできる。材料と工具の摺動が減る
ので、工具保守費用が低減する効果もある。設備面で
は、液圧バルジ加工装置の上部加圧シリンダ締め付け力
の低下、加工液ポンプ最高圧力の低下、金型費の低下な
どがもたらされる。以上のように、本発明は管の液圧バ
ルジ加工のコストダウンに大いなる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液圧バルジ加工装置（ただし、軸押し
工具の進退手段は図示せず）の図で、図１（ａ) は長手
方向断面図、図１（ｂ) は図１（ａ) のＣ−Ｃ線断面図
である。

【図２】複動軸押し装置を示す図で、図２（ａ）は縦断
面図、同（ｂ）は図２（ａ) の矢印Ｃ方向からの正面図
である。

【図３】本発明の加工方法を説明するための液圧バルジ
加工装置の部分図で、図３（ａ）は素管を液圧バルジ加
工装置にセットしている状態を示す図、同（ｂ）は素管
をセットして予備膨出加工する前の状態を示す図、同
（ｃ）は予備膨出加工を終了した状態を示す図、および
同（ｄ）は仕上げ加工を終了した状態を示す図であ
る。

【図４】膨出部端面に凹みを有する製品に本発明を適用
する場合の説明図である。

【図５】素管と製品を示す図で、図５（ａ）は素管１の
縦断面図、図５（ｂ）はを液圧バルジ加工して得た製品
の部分断面図である。

【図６】従来の液圧バルジ加工用工具の代表例を示す図
である。図６（ａ）は、長手方向断面図、同６（ｂ）は
同６（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。

【図７】素管に内圧と軸押し力を付加して液圧バルジ加
工する場合の加工状況を示す縦断面図である。図７
（ａ) は、液圧バルジ加工直前の状態を示す縦断面図
で、同（ｂ）は液圧バルジ加工終了時点の状態を示す縦
断面を示す。

【図８】液圧バルジ加工装置を示す図で、図８（ａ) は
装置全体の正面図、同（ｂ) は軸押し装置の断面図であ
る。

【図９】液圧バルジ加工時に発生する欠陥の発生状況を
示す縦断面図で、図１０（ａ）は、挫屈状態を示し、同
（ｂ）は管端部の厚肉化状況を示す。

【図１０】異形管の製品の例を示し、図１０（ａ) は製
品長手方向の断面図、同（ｂ) は正面図である。

【図１１】従来のバルジ加工に用いる型の構造を示す縦
断面図である。

【符号の説明】

２製品８３、８４第２軸押し工具２ａ製品膨出部８５、８６第１軸押し工具３下金型８５ｃ、８６ｃ加工液流路３ｂ、４ｂダイス穴９０軸押し工具進退装置４上金型９１第１ピストン５、６軸押し工具９２円筒状第２ピストン８０軸押しホルダ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属素管内の液体による内圧と、金属管の
軸方向圧縮とを組み合わせて金属管の一部を全周にわた
り膨出加工する液圧バルジ加工方法であって、金属管の
軸方向における膨出予定長さよりも長い領域を予備膨出
させる予備加工をおこない、次いで予備膨出部を金属管
の軸方向に圧縮加工して製品膨出部に仕上げ加工するこ
とを特徴とする金属管の液圧バルジ加工方法。
【請求項２】貫通孔を備えた分割型の軸押し工具ホル
ダーと、この軸押し工具ホルダーの貫通孔の両端からそ
れぞれ挿入、スライド可能な一対の中空の第２軸押し工
具と、これら第２軸押し工具内に挿入された金属素管の
両端から金属素管を軸方向に圧縮するための第１軸押し
工具を備え、第１軸押し工具には金属素管内に加工液を
供給、加圧するための加工液流路が設けられており、第
１軸押し工具と第２軸押し工具とにはそれぞれ独立して
金属素管軸方向に進退させる軸押し工具進退手段を備え
ていることを特徴とする金属管の液圧バルジ加工装置。
【請求項３】軸押し工具進退手段が、第１軸押し工具
を金属素管の軸方向に進退させるための第１ピストン
と、第２軸押し工具を金属管の軸方向に進退させるため
の円筒状の第２ピストンとを備えており、第１ピストン
は第２ピストンの円筒内に配置されていて、第１軸押し
工具の加工液流路に接続可能な加工液流路を有すること
を特徴とする複動軸押し装置である請求項２記載の液圧
バルジ加工装置。