JP3642232B2

JP3642232B2 - Fluid pressure molding method, fluid pressure molding apparatus, and body member

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Publication number: JP3642232B2
Application number: JP18392099A
Authority: JP
Inventors: 井寛桜; 江伸史大; 坂順信早
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2019-06-29
Also published as: JP2001009529A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、パイプ状をなすワークの中空部に加工液を注入して液圧を加えながら、ダイおよびポンチによって車体用部材を成形するのに利用される液圧成形方法および液圧成形装置に関し、また、この液圧成形方法および液圧成形装置によって成形されるサイドルーフレールなどの車体用部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記した液圧成形方法としては、例えば、ハイドロフォームによって成形するためにパイプ状をなすワークに施す曲げ加工に続いて行われる予備加工があり、このハイドロフォーム予備加工では、低液圧をワークの中空部に加えながら型締めを行うことによって、ワークを大まかな部品形状に成形するようにしている。
【０００３】
また、他の液圧成形方法としては、バルジ加工方法がある。このバルジ加工方法において、型内にセットしたパイプ状をなすワークを軸方向に押し込みながら、液圧により拡管させて所定形状に成形するようにしており、このバルジ加工方法では、液圧成形中にワークを軸方向に押し込むので、拡管する際の肉厚減少が抑制されて、成形性が良好に保たれることとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した従来の液圧成形方法では、ハイドロフォーム予備加工の場合、拡管を前提にした液圧成形方法であるため、肉厚減少が生じて高強度板材やアルミニウム板材では割れが発生しやすいこと、ワークの中心から離れた部位で肉厚減少が生じる肉厚分布になること、といった問題があり、一方、バルジ加工方法の場合、ワークを軸方向に押し込む都合上、ワーク全体の肉厚増加には有効であるものの断面内の特定部位の肉厚を増加させることができないこと、成形品の重量軽減に寄与することができないこと、といった問題を有しており、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、上述した従来の課題に着目してなされたもので、高強度板材やアルミニウム板材を用いた場合であったとしても、割れを生じさせることなく成形することができ、加えて、断面内の特定部位の成形品肉厚を増加させることが可能であり、その結果、軽量化を実現したうえで、成形品の曲げ強度を増加させることができる液圧成形方法および液圧成形装置を提供すると共に、軽量でかつ曲げ強度に優れた車体用部材を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わる発明は、パイプ状をなすワークの中空部に加工液を注入して加圧しつつ、ダイおよびポンチによってワークを所定形状に成形する液圧成形方法において、少なくともワークのポンチ側に丸みを有するコーナー部が成形されるまでの間、拡管が生じない液圧｛（ワークの肉厚（ｍｍ）×降伏点応力（ＭＰａ）×０．６）ＭＰａの圧力｝を保ちつつ、断面が四角形以上の多角形状をなしかつ断面周長がワーク初期断面周長を越えない形状に成形して、少なくとも特定した一辺の成形品肉厚をワーク初期肉厚よりも増加させる構成としたことを特徴としており、この液圧成形方法の構成を上記した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００７】
本発明の請求項２に係わる液圧成形方法は、ポンチによって形成される辺と隣接する辺の肉厚をワーク初期肉厚よりも増加させる構成としている。
【０００８】
本発明の請求項３に係わる液圧成形装置は、請求項１および２に記載の液圧成形方法に用いる液圧成形装置であって、ダイと、両端がシールされた状態でダイに固定されるパイプ状をなすワークの中空部に対して加工液の注入排出を行う加工液供給部と、加工液供給部による加工液の注入によって中空部に液圧を加えたワークを押圧するポンチを備え、中空部の内圧が拡管を生じさせない液圧に保たれた状態のワークをポンチで押圧することで、断面が四角形以上の多角形状をなしかつ断面周長がワーク初期断面周長を越えない形状に成形し、少なくとも特定した一辺の成形品肉厚をワーク初期肉厚よりも増加可能とした構成としたことを特徴としており、この液圧成形装置の構成を上記した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００９】
本発明の請求項４に係わる液圧成形装置において、ポンチはダイのダイキャビティ内を移動してワークを押圧する構成とし、本発明の請求項５に係わる液圧成形装置において、ダイのダイキャビティは凹状をなし、ダイキャビティのポンチが摺接する縦壁と、ダイキャビティの底部との間に、ワークの肉厚よりも小さくかつワークの肉厚の１／１０よりも大きな段差を設けた構成としており、この場合、段差の大きさは、ワークの中空部に作用させる液圧の高さ、あるいは、ポンチに押圧されることによって上昇する中空部の内圧の高さと、加工液を排出して中空部の内圧を下げる速度とのバランスとを考慮して設定され、座屈を生じにくくするためにワークの肉厚よりも小さくし、そして、肉厚を効率よく増加させるためにワークの肉厚の１／１０よりも大きく設定している。
【００１０】
本発明の請求項６に係わる液圧成形装置において、ダイのダイキャビティは凹状をなし、ダイキャビティのポンチが摺接する縦壁と、ポンチの移動方向とがなす角度を０〜４５゜の範囲内に設定してある構成とし、本発明の請求項７に係わる液圧成形装置は、ダイのダイキャビティの縦壁と摺接するポンチのワーク押圧面の両端に、ワーク側に突出しかつダイキャビティの縦壁と略直角をなす張り出し部を設けた構成とし、本発明の請求項８に係わる液圧成形装置は、ワークを間にして対向配置した２個のポンチを備え、両ポンチ側に開口するダイのダイキャビティ内にセットしたワークを両側から押圧する構成としている。
【００１１】
本発明の請求項９に係わる車体用部材は、請求項３ないし８に記載の液圧成形装置によって成形された車体用部材であって、ポンチによって形成される辺に隣接してワーク初期肉厚よりも１．０３倍以上増加させた肉厚の辺を備えている構成としており、本発明の請求項１０に係わる車体用部材は、ポンチによって形成される辺の両端にワーク初期肉厚よりも１．１倍以上増加させた肉厚のコーナー部を備えている構成としている。
【００１２】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わる液圧成形方法では、上記した構成としたから、ワークの素材に高強度板材やアルミニウム板材を採用した場合であったとしても、割れの発生を阻止し得ることとなり、加えて、断面内の特定した辺の成形品肉厚のみが増加することから、軽量でかつ高い曲げ強度の成形品が成形されることとなる。
【００１３】
本発明の請求項２に係わる液圧成形方法において、上記した構成としているので、例えば、サイドルーフレールなどの車体用部材を成形する際には、高い曲げ強度を得るために必要とされる部位の肉厚が確保されることとなる。
【００１４】
一方、本発明の請求項３に係わる液圧成形装置では、パイプ状をなすワークの中空部に加工液を注入して加圧しつつ、ダイおよびポンチによってワークを所定形状に成形するに際して、断面が四角形以上の多角形状をなしかつ断面周長がワーク初期断面周長を越えない形状にワークを成形するので、例え、ワークの素材に高強度板材やアルミニウム板材を用いても、割れが生じる恐れがないうえ、断面内の特定した辺の成形品肉厚のみを増加させ得るので、軽量でかつ高い曲げ強度の成形品が得られることとなる。
【００１５】
本発明の請求項４に係わる液圧成形装置では、ポンチによる圧縮力がワークに対して有効に働くこととなり、本発明の請求項５に係わる液圧成形装置では、短いポンチストロークで断面内の特定した辺の成形品肉厚が増加することとなる、すなわち、特定した辺の成形品肉厚の増加が効率よくなされることとなる。
【００１６】
本発明の請求項６および７に係わる液圧成形装置では、ダイのダイキャビティやポンチの押圧面の設計の自由度が広がることとなり、本発明の請求項８に係わる液圧成形装置では、コーナー部の肉厚減少および割れが生じることなく、断面内の特定した辺の成形品肉厚がより一層増加することとなり、加えて、この液圧成形装置によって、ワークのセット角度を変えて再び成形加工を行えば、断面が略正方形状をなす成形品も成形し得ることとなる。
【００１７】
本発明の請求項９および１０に係わる車体用部材は、いずれも高い曲げ強度が要求される部位に用い得ることとなる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わる液圧成形方法では、上記した構成としたから、ワークの素材に高強度板材やアルミニウム板材を用いた場合であったとしても、肉厚減少を抑えて割れのない製品を成形することができるのに加えて、断面内の特定した辺の成形品肉厚のみを増加させることが可能であり、その結果、軽量でかつ高い曲げ強度を有する製品を成形することができるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００１９】
本発明の請求項２に係わる液圧成形方法では、上記した構成としたため、例えば、サイドルーフレールなどの車体用部材を成形する際には、高い曲げ強度を得るために必要とされる部位の肉厚を確保することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００２０】
本発明の請求項３に係わる液圧成形装置では、上記した構成としているので、ワークの素材に高強度板材やアルミニウム板材を採用したとしても、割れを生じさせることなく成形することができ、加えて、断面内の特定した辺の成形品肉厚のみを増加させ得るので、軽量でかつ高い曲げ強度の製品を成形することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００２１】
本発明の請求項４に係わる液圧成形装置では、上記した構成としたため、ポンチによる圧縮力をワークに対して有効に作用させることができ、本発明の請求項５に係わる液圧成形装置では、上記した構成としていることから、短いポンチストロークで断面内の特定した辺の成形品肉厚を増加させることができ、すなわち、特定した辺の成形品肉厚を効率よく増加させることが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００２２】
本発明の請求項６および７に係わる液圧成形装置では、ダイのダイキャビティやポンチの押圧面の設計の自由度を広げることができ、本発明の請求項８に係わる液圧成形装置では、コーナー部の肉厚減少および割れを生じさせることなく、断面内の特定した辺の成形品肉厚をより一層増やすことが可能であり、加えて、この液圧成形装置によって、ワークのセット角度を変えて再び成形加工を行うことで、断面が略正方形状をなす製品をも成形することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００２３】
本発明の請求項９および１０に係わる車体用部材は、上記した構成としているので、いずれも軽量でかつ高い曲げ強度が要求される部位に用いることができるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００２５】
［第１実施例］
図１〜図６は、本発明の一実施例による液圧成形方法に用いる液圧成形装置、すなわち、本発明の一実施例による液圧成形装置を示しており、この実施例では本発明に係わる液圧成形方法および液圧成形装置により、サイドルーフレール（車体用部材）を成形する場合を示す。
【００２６】
図１および図２に示すように、この液圧成形装置１は、凹状をなすダイキャビティ２ａを有するダイ２と、パイプ状をなす肉厚２．２ｍｍのワーク（３７０ＭＰａ級の鋼材からなるワーク、本実施例ではＪＩＳＧ３４４５で規定されたＳＴＫＭ１１Ａの機械構造用炭素鋼鋼管）Ｗの両端をシールするシール治具３と、ワークＷの両端部をダイ２に挟み込み状態で固定する支持部４と、シール治具３でシールされたワークＷの中空部Ｗａに対して加工液の注入排出を行う加工液供給部５と、この加工液供給部５による加工液の注入によって中空部Ｗａに液圧Ｐを加えたワークＷを押圧するポンチ６を備えており、ダイキャビティ２ａは、図３にも示すように、互いに対向する縦壁２ｂと、底壁２ｃと、両壁２ｂ，２ｃ間に位置する斜壁２ｄを具備している。
【００２７】
この場合、ポンチ６は、ダイ２のダイキャビティ２ａ内を上下方向に移動してワークＷを押圧するようになっており、このポンチ６のダイキャビティ２ａの縦壁２ｂと摺接するワーク押圧面６ａの両端には、ワークＷ側に突出しかつダイキャビティ２ａの縦壁２ｂと略直角をなす張り出し部６ｂが設けてある。
【００２８】
この液圧成形装置１によりワークＷに対して液圧成形を施してサイドルーフレール（車体用部材）Ｓを製作する場合には、まず、ワークＷをダイ２のダイキャビティ２ａ内にセットして、支持部４によりワークＷの両端部をダイ２に挟み込み状態で固定する。
【００２９】
続いて、ワークＷの両端にシール治具３をそれぞれ挿入してシールした後、加工液供給部５からワークＷの中空部Ｗａに対して加工液の注入を行う。
【００３０】
次いで、ワークＷの中空部Ｗａの内圧Ｐを５０ＭＰａ（拡管を生じさせない液圧）に保ちつつ、図１（ｂ）に示すように、ポンチ６を下降させてそのワーク押圧面６ａでワークＷを押圧すると、図４に示すように、断面が変則六角形状をなすサイドルーフレールＳが成形されることとなる。
【００３１】
このとき、成形品であるサイドルーフレールＳの断面周長はワークＷの初期断面周長よりも減少している。一方、肉厚は、サイドルーフレールＳの底辺Ｓｃおよびその両端近傍を除いて増加しており、ポンチ６によって形成される横辺Ｓａと隣接する縦辺Ｓｂの成形品肉厚はワークＷの初期肉厚よりも約９％増加し、横辺Ｓａと縦辺Ｓｂとの間のコーナー部Ｓｅの成形品肉厚は２５％以上増加していると共に、縦辺Ｓｂと斜辺Ｓｄとの間の丸み部Ｓｆにおいても成形品肉厚は僅かながら増加している。
【００３２】
そこで、この液圧成形装置１により、肉厚２．０ｍｍの５９０ＭＰａ級の鋼材からなるワークに対しても上記と同じ成形を施したところ、縦辺Ｓｂと斜辺Ｓｄとの間の丸み部Ｓｆには肉厚の減少が発生せず、むしろ増加していたことから、伸びの少ない鋼管に対しても本発明に係わる液圧成形方法が有効であることが実証できた。
【００３３】
また、図５のグラフとともに示すように、切り出したサイドルーフレールＳの両端をＩ型鋼７に溶接し、５００ｍｍの間隔をおいて配置した支持部８，８間にセットして、中心をＲ５０の押し子９で変形させる静的な３点曲げ実験を行って、荷重とストロークの関係を調べたところ、図５のグラフに示す結果を得た。
【００３４】
図５のグラフに示すように、断面周長をワークＷの初期断面周長に合わせて成形した肉厚増加のない成形品と比べて、本発明に係わる液圧成形方法および液圧成形装置１により成形したサイドルーフレールＳが、最大曲げ荷重値において約６４％増加することが判り、この効果は、図６のグラフに示すように、縦辺Ｓｂの成形品肉厚増加が３％以上となったときに顕著である。
【００３５】
したがって、高強度板材やアルミニウム板材を用いて、割れのない、しかも、軽量でかつ高い曲げ強度の製品を成形し得ることが立証できた。
【００３６】
また、この液圧成形装置１では、ポンチ６がダイ２のダイキャビティ２ａ内を移動してワークＷを押圧するようにしているので、ポンチ６による圧縮力がワークＷに対して有効に働くこととなり、さらに、この液圧成形装置１では、ポンチ６のダイキャビティ２ａの縦壁２ｂと摺接するワーク押圧面６ａの両端に、ダイキャビティ２ａの縦壁２ｂと略直角をなす張り出し部６ｂを設けているので、ポンチ６の押圧面６ａの設計の自由度が広がることとなる。
【００３７】
そして、この液圧成形装置１を用いた液圧成形方法により成形されたサイドルーフレールＳは、ワークＷの初期肉厚よりも約９％厚みが増した縦辺Ｓｂを備えていると共に、横辺Ｓａと縦辺Ｓｂとの間にワークＷの初期肉厚よりも２５％以上厚みが増したコーナー部Ｓｅを備えていることから、サイドルーフレールＳに要求される高い曲げ強度をいずれも満足することとなる。
【００３８】
［第２実施例］
図７は本発明に係わる液圧成形装置の他の実施例を示している。
【００３９】
図７に部分的に示すように、この液圧成形装置２１では、凹状をなすダイキャビティ２２ａのポンチ６が摺接する縦壁２２ｂと、ダイキャビティ２２ａの底壁２２ｃとの間に、ワークＷの肉厚よりも小さくかつワークＷの肉厚の１／１０よりも大きな段差２２ｇを設けており、他の構成は先の実施例における液圧成形装置１と同じである。
【００４０】
この液圧成形装置２１では、段差２２ｂの大きさをワークＷの中空部Ｗａに作用させる液圧Ｐの高さ、あるいは、ポンチ６に押圧されることによって上昇する中空部Ｗａの内圧Ｐの高さと、加工液を排出して中空部Ｗａの内圧Ｐを下げる速度とのバランスとを考慮して設定してあるので、、成形時における座屈の発生がより一層少なく抑えれることとなり、加えて、短いポンチストロークで断面内の特定した辺の成形品肉厚が増加することとなる、すなわち、縦辺Ｓｂの肉厚の増加が効率よくなされることとなる。
【００４１】
［第３実施例］
図８は本発明に係わる液圧成形装置のさらに他の実施例を示している。
【００４２】
図８に部分的に示すように、この液圧成形装置３１では、凹状をなすダイキャビティ３２ａのポンチ６が摺接する縦壁３２ｂと、ポンチ６の移動方向とがなす角度θを０〜４５゜の範囲内に設定しており、他の構成は第１実施例における液圧成形装置１と同じである。
【００４３】
この液圧成形装置３１では、成形時にポンチ６とダイキャビティ３２ａの縦壁３２ｂとの間に生じる摩擦力が小さく抑えられて、圧縮力が広範囲に有効に作用することとなり、加えて、ダイ３２におけるダイキャビティ３２ａの設計の自由度を広げ得ることとなる。
【００４４】
ここで、ポンチ６の移動方向に対するダイキャビティ３２ａの縦壁３２ｂの角度θを変化させて、ワークＷの初期周長を３％縮めて成形した場合におけるサイドルーフレールＳの縦辺Ｓｂの肉厚増加比を測定したところ、図９のグラフに示す結果を得た。
【００４５】
図９のグラフに示すように、ポンチ６の移動方向に対するダイキャビティ３２ａの縦壁３２ｂの角度θが約５０゜を越えると、縦辺Ｓｂの肉厚増加比が３％を下回ることが実証できた。
【００４６】
［第４実施例］
図１０および図１１は本発明に係わる液圧成形装置のさらに他の実施例を示している。
【００４７】
図１０に示すように、この液圧成形装置４１では、パイプ状をなす肉厚２．２ｍｍのワーク（３７０ＭＰａ級の鋼材からなるワーク、本実施例においてもＪＩＳＧ３４４５で規定されたＳＴＫＭ１１Ａの機械構造用炭素鋼鋼管）Ｗを間にして上下に対向配置した２個のポンチ４６，４６を備え、両ポンチ４６，４６側に開口するダイ４２のダイキャビティ４２ａ内にセットしたワークＷを両側から押圧するようにしており、他の構成は第１実施例における液圧成形装置１と同じである。
【００４８】
この液圧成形装置４１により、第１実施例と同じようにしてワークＷに対して液圧成形を行って、断面が四角形状をなす製品ＳＡを成形したところ、図１１に示すように、製品ＳＡの断面周長はワークＷの初期断面周長よりも減少している。一方、製品ＳＡの縦辺ＳＡｂの成形品肉厚は、第１実施例の液圧成形装置１によって成形したサイドルーフレールＳの縦辺Ｓｂの成形品肉厚よりもさらに厚みが増しており、ワークＷの初期肉厚に対する増加量は約２０％に達している。また、コーナー部ＳＡｅの肉厚減少もなく、肉厚２．０ｍｍの５９０ＭＰａ級の鋼材からなるワークの場合も、割れを生じさせることなく成形することができた。
【００４９】
加えて、この液圧成形装置４１では、上記成形の後、製品ＳＡを９０゜回転させてセットし直して再び成形加工を行えば、断面が正方形状ないしは略正方形状をなす製品も成形し得ることとなる。
【００５０】
本発明に係わる液圧成形方法および液圧成形装置ならびに車体用部材の詳細な構成は上記した実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる液圧成形方法および液圧成形装置の一実施例を示す断面説明図（ａ）および成形時における断面説明図（ｂ）である。
【図２】図１に示した液圧成形装置の全体斜視説明図である。
【図３】図１における液圧成形装置のダイおよびポンチの断面説明図である。
【図４】図１に示した液圧成形装置により成形されたサイドルーフレールの断面説明図である。
【図５】サイドルーフレールに対して行った３点曲げ実験により得られた荷重とストロークとの関係を示すグラフである。
【図６】３点曲げ実験における最大曲げ荷重とサイドルーフレールの縦辺の肉厚比との関係を示すグラフである。
【図７】本発明に係わる液圧成形装置の他の実施例を示すダイのダイキャビティの斜視説明図である。
【図８】本発明に係わる液圧成形装置のさらに他の実施例を示すダイのダイキャビティの部分断面説明図である。
【図９】ポンチの移動方向に対するダイキャビティの縦壁の角度とサイドルーフレールの縦辺の肉厚増加比との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明に係わる液圧成形装置のさらに他の実施例を示す断面説明図（ａ）および成形時における断面説明図（ｂ）である。
【図１１】図１０に示した液圧成形装置により成形された製品の断面説明図である。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１液圧成形装置
２，２２，３２，４２ダイ
２ａ，２２ａ，３２ａ，４２ａダイキャビティ
５加工液供給部
６，４６ポンチ
６ａポンチのワーク押圧面
６ｂ張り出し部
２２ｇ段差
３２ｂダイキャビティの縦壁
Ｐ液圧
Ｓサイドルーフレール（車体用部材）
Ｓａポンチによって形成される辺
Ｓｂ縦辺（ポンチによって形成される辺と隣接する辺）
Ｓｅコーナー部
Ｗワーク
Ｗａ中空部
θ ダイキャビティの縦壁とポンチの移動方向とがなす角度[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to, for example, a hydraulic molding method and a hydraulic molding that are used to mold a vehicle body member with a die and a punch while injecting a machining fluid into a hollow portion of a pipe-shaped workpiece and applying a hydraulic pressure. The present invention also relates to an apparatus, and also relates to a member for a vehicle body such as a side roof rail formed by the hydraulic forming method and the hydraulic forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as the above-described hydraulic forming method, for example, there is a preliminary processing performed subsequent to a bending process performed on a pipe-shaped workpiece for forming by hydroforming. In this hydroforming preliminary processing, a low hydraulic pressure is used. By clamping the mold while adding to the hollow part of the work, the work is formed into a rough part shape.
[0003]
As another hydraulic forming method, there is a bulge processing method. In this bulge processing method, the pipe-shaped workpiece set in the mold is pushed in the axial direction, and is expanded into a predetermined shape by hydraulic pressure. In this bulge processing method, Since the work is pushed in the axial direction, a reduction in wall thickness when the pipe is expanded is suppressed, and the moldability is kept good.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional hydraulic forming method described above, in the case of hydroforming preliminary processing, since it is a hydraulic forming method on the premise of pipe expansion, the thickness is reduced and cracking is likely to occur in high-strength plate materials and aluminum plate materials. However, in the case of the bulge processing method, the thickness of the entire workpiece increases due to the fact that the workpiece is pushed in the axial direction. Although it is effective, there is a problem that the thickness of a specific part in the cross section cannot be increased and the weight of the molded product cannot be reduced.To solve these problems Has become a conventional problem.
[0005]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made by paying attention to the above-described conventional problems, and even if a high-strength plate or aluminum plate is used, it can be formed without causing cracks, It is possible to increase the thickness of a molded product at a specific part in the interior, and as a result, a hydraulic molding method and a hydraulic molding device capable of increasing the bending strength of the molded product while realizing weight reduction. An object of the present invention is to provide a vehicle body member that is lightweight and excellent in bending strength.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 of the present invention is a hydraulic forming method for forming a workpiece into a predetermined shape by a die and a punch while injecting a working fluid into a hollow portion of a pipe-shaped workpiece and pressurizing it. While the rounded corner portion is formed on the punch side, the fluid pressure ((work thickness (mm) × yield point stress (MPa) × 0.6) MPa) is maintained so that pipe expansion does not occur. In addition, the cross-section is formed into a polygonal shape having a quadrangle or more and the cross-section circumference is formed into a shape that does not exceed the work initial cross-section circumference, so that the thickness of the molded product on at least one specified side is increased more than the work initial wall thickness. The configuration of this hydraulic forming method is a means for solving the above-described conventional problems.
[0007]
In the hydraulic forming method according to claim 2 of the present invention, the thickness of the side adjacent to the side formed by the punch is increased more than the initial thickness of the workpiece.
[0008]
A hydroforming apparatus according to claim 3 of the present invention is a hydroforming apparatus used in the hydroforming method according to claims 1 and 2, and is fixed to the die in a state where both ends are sealed. A machining fluid supply part that injects and discharges the machining liquid to and from the hollow part of the pipe-shaped workpiece, and a punch that presses the workpiece that has been subjected to liquid pressure applied to the hollow part by the machining liquid injection by the machining liquid supply part. By pressing the work in a state where the internal pressure of the hollow part is maintained at a hydraulic pressure that does not cause expansion of the tube, the cross-section has a polygonal shape that is equal to or greater than a quadrangle, and the cross-sectional circumference does not exceed the initial cross-sectional circumference In order to solve the conventional problems described above, the configuration of this hydraulic forming apparatus is characterized in that the thickness of the molded product at least on one side specified can be increased from the initial thickness of the workpiece. As a means of.
[0009]
In the hydraulic forming apparatus according to claim 4 of the present invention, the punch moves in the die cavity of the die and presses the workpiece, and in the hydraulic forming apparatus according to claim 5 of the present invention, the die cavity of the die Has a concave shape, and a step is provided between the vertical wall where the punch of the die cavity comes into sliding contact with the bottom of the die cavity and smaller than the thickness of the workpiece and larger than 1/10 of the thickness of the workpiece. In this case, the size of the step is determined by the height of the hydraulic pressure that acts on the hollow portion of the workpiece, or the height of the internal pressure of the hollow portion that rises when pressed by the punch, and the processing liquid is discharged and hollowed. It is set in consideration of the balance with the speed to reduce the internal pressure of the part, it is made smaller than the workpiece thickness in order to make buckling less likely to occur, and the thickness of the workpiece is increased in order to increase the thickness efficiently. It is set to be larger than a / 10.
[0010]
In the hydroforming apparatus according to claim 6 of the present invention, the die cavity of the die has a concave shape, and the angle formed by the vertical wall in which the punch of the die cavity is in sliding contact with the moving direction of the punch is in the range of 0 to 45 °. The hydraulic forming apparatus according to claim 7 of the present invention projects to the workpiece side at both ends of the workpiece pressing surface of the punch that is in sliding contact with the vertical wall of the die cavity of the die and the vertical direction of the die cavity. The hydraulic forming apparatus according to claim 8 of the present invention is provided with two punches arranged opposite to each other with a workpiece interposed therebetween, and a die that opens to both punch sides. The work set in the die cavity is pressed from both sides.
[0011]
A vehicle body member according to claim 9 of the present invention is a vehicle body member formed by the hydraulic forming apparatus according to any one of claims 3 to 8, wherein the workpiece initial wall thickness is adjacent to a side formed by the punch. The vehicle body member according to claim 10 of the present invention has a thickness side increased by 1.03 times or more than the workpiece initial wall thickness at both ends of the side formed by the punch. It is set as the structure provided with the corner part of the wall thickness increased 1.1 times or more.
[0012]
[Effects of the Invention]
In the hydraulic forming method according to claim 1 of the present invention, since it has the above-described configuration, even if a high-strength plate or aluminum plate is used as the workpiece material, the occurrence of cracks can be prevented. In addition, since only the thickness of the molded product at the specified side in the cross section is increased, a molded product having a light weight and high bending strength is formed.
[0013]
In the hydraulic forming method according to claim 2 of the present invention, since the above-described configuration is adopted, for example, when a vehicle body member such as a side roof rail is formed, a portion required for obtaining a high bending strength is obtained. Wall thickness will be secured.
[0014]
On the other hand, in the hydraulic forming apparatus according to claim 3 of the present invention, when the workpiece is formed into a predetermined shape with a die and a punch while injecting the processing liquid into the hollow portion of the pipe-shaped workpiece and pressurizing it, the cross section is reduced. Since the workpiece is formed into a polygonal shape that is more than a quadrangle and the cross-sectional circumference does not exceed the initial cross-sectional circumference of the work, cracking may occur even if a high-strength plate or aluminum plate is used as the workpiece material. Moreover, since only the thickness of the molded product at the specified side in the cross section can be increased, a molded product having a light weight and high bending strength can be obtained.
[0015]
In the hydraulic forming apparatus according to the fourth aspect of the present invention, the compressive force by the punch works effectively on the workpiece, and in the hydraulic forming apparatus according to the fifth aspect of the present invention, the punching force is reduced within the cross section with a short punch stroke. The thickness of the molded product on the specified side is increased, that is, the thickness of the molded product on the specified side is efficiently increased.
[0016]
In the hydroforming apparatus according to claims 6 and 7 of the present invention, the degree of freedom in designing the die cavity of the die and the pressing surface of the punch is widened. The thickness of the molded product at the specified side in the cross section is further increased without reducing the thickness of the part and causing cracks. In addition, this hydraulic forming device changes the workpiece set angle and re-forms. If the processing is performed, a molded product having a substantially square cross section can be formed.
[0017]
Any of the vehicle body members according to claims 9 and 10 of the present invention can be used in a portion where high bending strength is required.
[0018]
【The invention's effect】
In the hydraulic forming method according to claim 1 of the present invention, since it is configured as described above, even if a high-strength plate or aluminum plate is used as the workpiece material, the thickness reduction is suppressed and there is no crack. In addition to being able to mold the product, it is possible to increase only the thickness of the molded part at the specified side in the cross section, so that it is possible to mold a product that is lightweight and has high bending strength The remarkable effect that it is possible is brought about.
[0019]
In the hydraulic forming method according to claim 2 of the present invention, since it has the above-described configuration, for example, when molding a vehicle body member such as a side roof rail, the portion of the meat required for obtaining high bending strength is obtained. A remarkably excellent effect that the thickness can be secured is brought about.
[0020]
Since the hydraulic forming apparatus according to claim 3 of the present invention has the above-described configuration, even if a high-strength plate or aluminum plate is adopted as the workpiece material, it can be formed without causing cracks. Thus, since only the thickness of the molded product at the specified side in the cross section can be increased, it is possible to produce a light and high bending strength product.
[0021]
Since the hydraulic forming apparatus according to claim 4 of the present invention has the above-described configuration, the compressive force by the punch can be effectively applied to the workpiece. In the hydraulic forming apparatus according to claim 5 of the present invention, Because of the configuration described above, it is possible to increase the thickness of the molded product at the specified side in the cross section with a short punch stroke, that is, it is possible to efficiently increase the thickness of the molded product at the specified side. There is a markedly superior effect.
[0022]
In the hydroforming apparatus according to claims 6 and 7 of the present invention, the degree of freedom in designing the die cavity of the die and the pressing surface of the punch can be expanded. In the hydroforming apparatus according to claim 8 of the present invention, It is possible to further increase the thickness of the molded product at the specified side in the cross section without causing a reduction in thickness and cracking at the corners. By changing and performing the molding process again, it is possible to produce a remarkably excellent effect that it is possible to mold a product having a substantially square cross section.
[0023]
Since the vehicle body member according to the ninth and tenth aspects of the present invention has the above-described configuration, it is possible to provide a remarkably excellent effect that both can be used for a portion that is lightweight and requires high bending strength.
[0024]
【Example】
The present invention will be described below with reference to the drawings.
[0025]
[First embodiment]
1 to 6 show a hydraulic forming apparatus used in a hydraulic forming method according to an embodiment of the present invention, that is, a hydraulic forming apparatus according to an embodiment of the present invention. The case where a side roof rail (vehicle body member) is formed by the related hydraulic forming method and hydraulic forming apparatus will be described.
[0026]
As shown in FIGS. 1 and 2, the hydroforming apparatus 1 includes a die 2 having a concave die cavity 2a, a pipe-shaped workpiece having a thickness of 2.2 mm (a workpiece made of a 370 MPa class steel material, In this embodiment, a sealing jig 3 for sealing both ends of STKM11A machine structural carbon steel pipe (W) defined by JIS G 3445, and a support 4 for fixing both ends of the workpiece W in a state of being sandwiched between the dies 2, The machining fluid supply unit 5 that injects and discharges the machining fluid to and from the hollow portion Wa of the workpiece W sealed by the sealing jig 3, and the hydraulic pressure is applied to the hollow portion Wa by the machining fluid injection by the machining fluid supply unit 5. As shown in FIG. 3, the die cavity 2a is provided between the vertical wall 2b, the bottom wall 2c, and both walls 2b, 2c facing each other. The sloping wall 2d It is Bei.
[0027]
In this case, the punch 6 moves up and down in the die cavity 2a of the die 2 to press the workpiece W, and the workpiece pressing surface 6a that is in sliding contact with the vertical wall 2b of the die cavity 2a of the punch 6 is used. At both ends, projecting portions 6b projecting toward the workpiece W and substantially perpendicular to the vertical wall 2b of the die cavity 2a are provided.
[0028]
When the side roof rail (vehicle body member) S is manufactured by performing hydraulic forming on the workpiece W by the hydraulic forming apparatus 1, first, the workpiece W is set in the die cavity 2a of the die 2, Both ends of the workpiece W are fixed in a state of being sandwiched between the dies 2 by the support portion 4.
[0029]
Subsequently, after the sealing jig 3 is inserted and sealed at both ends of the workpiece W, the machining fluid is injected into the hollow portion Wa of the workpiece W from the machining fluid supply unit 5.
[0030]
Next, while maintaining the internal pressure P of the hollow portion Wa of the workpiece W at 50 MPa (fluid pressure that does not cause tube expansion), as shown in FIG. 1B, the punch 6 is lowered and the workpiece W is moved by the workpiece pressing surface 6a. When pressed, as shown in FIG. 4, the side roof rail S whose cross section has an irregular hexagonal shape is formed.
[0031]
At this time, cross-sectional circumference of Sa id roof rail S a molded article is reduced from the initial cross-sectional circumference of the workpiece W. On the other hand, the thickness of the side roof rail S is increased except for the bottom side Sc and the vicinity of both ends thereof, and the thickness of the molded product on the vertical side Sb adjacent to the horizontal side Sa formed by the punch 6 is the initial thickness of the workpiece W. The thickness of the molded product of the corner portion Se between the horizontal side Sa and the vertical side Sb is increased by about 25% or more, and the rounded portion between the vertical side Sb and the hypotenuse Sd is increased by about 9%. Also in Sf, the thickness of the molded product is slightly increased.
[0032]
Therefore, when the same forming as described above is performed on a workpiece made of a 590 MPa class steel material having a thickness of 2.0 mm by this hydraulic forming device 1, a rounded portion Sf between the vertical side Sb and the hypotenuse Sd is formed. Since the wall thickness did not decrease but increased, it was proved that the hydroforming method according to the present invention is effective even for a steel pipe having a small elongation.
[0033]
Further, as shown together with the graph of FIG. 5, both ends of the cut-out side roof rail S are welded to the I-shaped steel 7 and set between the support portions 8 and 8 arranged at an interval of 500 mm, and the center is pushed by R50. A static three-point bending experiment in which the element 9 was deformed was conducted to examine the relationship between the load and the stroke, and the result shown in the graph of FIG. 5 was obtained.
[0034]
As shown in the graph of FIG. 5, compared with a molded product that does not increase in wall thickness, the hydraulic pressure forming method and the hydraulic pressure forming apparatus 1 according to the present invention are compared with the molded product that is formed with the cross-sectional peripheral length matching the initial cross-sectional peripheral length of the work W It can be seen that the side roof rail S formed by the process increases by about 64% at the maximum bending load value. This effect is obtained by increasing the thickness of the molded product on the vertical side Sb by 3% or more as shown in the graph of FIG. It is remarkable when.
[0035]
Therefore, it has been proved that a high-strength plate or aluminum plate can be used to form a product that is not cracked and that is lightweight and has high bending strength.
[0036]
Moreover, in this hydraulic forming apparatus 1, since the punch 6 moves in the die cavity 2a of the die 2 and presses the workpiece W, the compressive force by the punch 6 works effectively on the workpiece W. Furthermore, in this hydraulic forming apparatus 1, overhang portions 6b that are substantially perpendicular to the vertical wall 2b of the die cavity 2a are provided at both ends of the work pressing surface 6a that is in sliding contact with the vertical wall 2b of the die cavity 2a of the punch 6. Therefore, the degree of freedom in designing the pressing surface 6a of the punch 6 is expanded.
[0037]
And the side roof rail S shape | molded by the hydraulic forming method using this hydraulic forming apparatus 1 is provided with the vertical side Sb about 9% thicker than the initial thickness of the workpiece | work W, and a horizontal side Since the corner Se is 25% or more thicker than the initial thickness of the workpiece W between Sa and the vertical side Sb, the high bending strength required for the side roof rail S must be satisfied. It becomes.
[0038]
[Second Embodiment]
FIG. 7 shows another embodiment of the hydroforming apparatus according to the present invention.
[0039]
As shown partially in FIG. 7, in this hydraulic forming apparatus 21, the workpiece W is placed between the vertical wall 22b in which the punch 6 of the concave die cavity 22a is in sliding contact with the bottom wall 22c of the die cavity 22a. A step 22g smaller than the wall thickness and larger than 1/10 of the wall thickness of the workpiece W is provided, and the other configuration is the same as that of the hydraulic forming apparatus 1 in the previous embodiment.
[0040]
In this hydraulic forming device 21, the height of the step 22 b acts on the hollow portion Wa of the workpiece W, or the height of the internal pressure P of the hollow portion Wa that rises when pressed by the punch 6. And the balance with the speed at which the working fluid is discharged and the internal pressure P of the hollow portion Wa is lowered, the occurrence of buckling during molding can be further reduced. The thickness of the molded product at the specified side in the cross section is increased with a short punch stroke, that is, the thickness of the vertical side Sb is efficiently increased.
[0041]
[Third embodiment]
FIG. 8 shows still another embodiment of the hydroforming apparatus according to the present invention.
[0042]
As shown in part in FIG. 8, in this hydroforming apparatus 31, the angle θ formed by the vertical wall 32 b slidably in contact with the punch 6 of the concave die cavity 32 a and the moving direction of the punch 6 is 0 to 45 °. The other configuration is the same as that of the hydraulic forming apparatus 1 in the first embodiment.
[0043]
In the hydroforming apparatus 31, the frictional force generated between the punch 6 and the vertical wall 32b of the die cavity 32a during molding is suppressed to be small, and the compressive force acts effectively over a wide range. The degree of freedom in designing the die cavity 32a can be expanded.
[0044]
Here, when the angle θ of the vertical wall 32b of the die cavity 32a with respect to the moving direction of the punch 6 is changed and the initial circumferential length of the work W is reduced by 3%, the thickness of the vertical side Sb of the side roof rail S is increased. When the ratio was measured, the results shown in the graph of FIG. 9 were obtained.
[0045]
As shown in the graph of FIG. 9, when the angle θ of the vertical wall 32b of the die cavity 32a with respect to the moving direction of the punch 6 exceeds about 50 °, it can be demonstrated that the thickness increase ratio of the vertical side Sb is less than 3%. It was.
[0046]
[Fourth embodiment]
10 and 11 show still another embodiment of the hydroforming apparatus according to the present invention.
[0047]
As shown in FIG. 10, in this hydraulic forming apparatus 41, a pipe-shaped workpiece having a thickness of 2.2 mm (a workpiece made of a 370 MPa grade steel material, also in this embodiment, an STKM 11A machine defined by JIS G 3445) (Structural carbon steel pipe) W is provided with two punches 46, 46 facing each other in the vertical direction, and the workpiece W set in the die cavity 42a of the die 42 opened on both punches 46, 46 side is viewed from both sides. The other structure is the same as that of the hydraulic forming apparatus 1 in the first embodiment.
[0048]
With this hydraulic pressure forming device 41, the workpiece W was subjected to hydraulic pressure molding in the same manner as in the first embodiment, and a product SA having a square cross section was formed. As shown in FIG. The sectional circumferential length of SA is smaller than the initial sectional circumferential length of the workpiece W. On the other hand, the thickness of the molded product on the vertical side SAb of the product SA is further increased than the thickness of the molded product on the vertical side Sb of the side roof rail S formed by the hydraulic forming apparatus 1 of the first embodiment. The increase of W with respect to the initial thickness has reached about 20%. Further, there was no reduction in the thickness of the corner portion SAe, and even in the case of a workpiece made of a 590 MPa class steel material having a thickness of 2.0 mm, it was possible to form without causing cracks.
[0049]
In addition, in this hydraulic forming apparatus 41, if the product SA is rotated by 90 ° and set again after the above molding, a product having a square or substantially square cross section can be molded. It will be.
[0050]
The detailed configurations of the hydraulic forming method, the hydraulic forming apparatus, and the vehicle body member according to the present invention are not limited to the above-described embodiments.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view (a) showing an embodiment of a hydraulic forming method and a hydraulic forming apparatus according to the present invention and a cross-sectional explanatory view (b) at the time of forming.
2 is an overall perspective view of the hydraulic forming apparatus shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of a die and a punch of the hydraulic forming apparatus in FIG.
4 is a cross-sectional explanatory view of a side roof rail formed by the hydraulic forming apparatus shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a load and a stroke obtained by a three-point bending experiment performed on a side roof rail.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the maximum bending load and the thickness ratio of the vertical side of the side roof rail in a three-point bending experiment.
FIG. 7 is a perspective explanatory view of a die cavity of a die showing another embodiment of the hydroforming apparatus according to the present invention.
FIG. 8 is a partial cross-sectional explanatory view of a die cavity of a die showing still another embodiment of the hydraulic forming apparatus according to the present invention.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the angle of the vertical wall of the die cavity with respect to the movement direction of the punch and the thickness increase ratio of the vertical side of the side roof rail.
FIG. 10 is a cross-sectional explanatory view (a) showing still another embodiment of the hydraulic forming apparatus according to the present invention and a cross-sectional explanatory view (b) during molding.
11 is an explanatory cross-sectional view of a product molded by the hydraulic molding apparatus shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1, 21, 31, 41 Hydraulic forming device 2, 22, 32, 42 Die 2a, 22a, 32a, 42a Die cavity 5 Work fluid supply unit 6, 46 Punch 6a Punch work pressing surface 6b Overhang portion 22g Step 32b Die Cavity vertical wall P Hydraulic pressure S Side roof rail (vehicle body member)
Side Sb formed by Sa punch Vertical side (side adjacent to side formed by punch)
Se Corner part W Work Wa Hollow part θ Angle formed by the vertical wall of the die cavity and the moving direction of the punch

Claims

In a hydraulic forming method in which a workpiece is molded into a predetermined shape by a die and a punch while injecting a working fluid into a hollow portion of a pipe-shaped workpiece and pressurizing, a corner portion having a roundness is formed at least on the punch side of the workpiece. Until then, forming a polygonal shape with a cross-section of a quadrangle or more and a cross-sectional circumference that does not exceed the initial cross-section circumference of the workpiece, while maintaining a hydraulic pressure that does not cause pipe expansion, and at least a specified one-side molded product hydroforming method characterized by increasing than the thickness workpiece initial thickness.

The hydraulic forming method according to claim 1, wherein the thickness of the side adjacent to the side formed by the punch is increased more than the initial thickness of the workpiece.

It is a hydraulic forming apparatus used for the hydraulic forming method of Claim 1 and 2, Comprising: Work fluid with respect to the hollow part of the pipe | tube-like workpiece | work which makes a die | dye and the both ends sealed in the state sealed. And a punch that presses the workpiece with fluid pressure applied to the hollow portion by injecting the processing fluid from the machining fluid supply portion, and the internal pressure of the hollow portion is maintained at a fluid pressure that does not cause pipe expansion. a sauce state workpiece by pressing with a punch, and molded into a shape in cross-section forms a more polygonal square and cross the circumferential length does not exceed the workpiece initial sectional circumference, the molded article thickness of one side and at least a specific A hydraulic forming device characterized in that it can be increased beyond the initial thickness of the workpiece.

The hydraulic forming apparatus according to claim 3, wherein the punch moves in the die cavity of the die and presses the workpiece.

The die cavity of the die is concave, and there is a step smaller than the workpiece thickness and greater than 1/10 of the workpiece thickness between the vertical wall where the punch of the die cavity slides and the bottom of the die cavity. The hydraulic forming apparatus according to claim 3 or 4 provided.

The liquid according to claim 3 or 4, wherein the die cavity of the die has a concave shape, and an angle formed by a vertical wall with which the punch of the die cavity is slidably contacted and a moving direction of the punch is set in a range of 0 to 45 °. Pressure forming device.

7. The projecting portion according to claim 3, wherein projecting portions projecting toward the workpiece and substantially perpendicular to the vertical wall of the die cavity are provided at both ends of the workpiece pressing surface of the punch that is in sliding contact with the vertical wall of the die cavity of the die. Hydraulic forming device.

The hydraulic pressure according to any one of claims 3, 4 and 7, comprising two punches arranged opposite to each other with the workpiece interposed therebetween, and pressing the workpiece set in the die cavity of the die opened to both punch sides from both sides. Molding equipment.

A member for a vehicle body formed by the hydraulic forming device according to claim 3, wherein the thickness is increased by 1.03 times or more from the initial thickness of the workpiece adjacent to the side formed by the punch. A vehicle body member comprising a side.

The vehicle body member according to claim 9, further comprising a corner portion having a thickness increased by 1.1 times or more than an initial workpiece thickness at both ends of a side formed by the punch.