JP3676619B2 - 筒状部材の液圧穴抜き加工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒状部材の内部の流体圧力（以下「内液圧」ともいう。）と穴抜きパンチを利用した筒状部材の穴抜き加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＯ₂ 削減のための車体軽量化や強度向上のための車体補強を目的とした車体やシャーシ部品が求められている。こうした車体やシャーシ部品として、中空の筒状部材を内液圧成形した部品を適用する動きが高まってきている。これらの部品は、所定形状に内液圧成形された後、他の部品を取り付けるための穴や位置決めするための穴が加工される。しかし、最近、経済性や加工精度の向上に対する要請に基づいて、内液圧成形の一連の工程内で穴抜きを行う加工法が検討されている。
【０００３】
例えば、特開平６−２９２９２９号公報には、筒状部材の内部を流体で加圧し、穴抜きパンチを筒状部材の外側から内部に向かって打ち付けることにより、穴抜きする加工方法が開示されている。この方法によれば、穴抜きされた破断面の周辺には、ある程度のダレやバリが発生するという難点がある。また、図４に示すように、平面状の先端４２を有するパンチ４１を、内液圧Ｐを負荷しながら後退させ、その内液圧Ｐの負荷によって筒状部材４４を変形させて、筒状部材４４の外側に穴抜きする方法も開示されている（塑性と加工、Vol.39(No.453),p.1045〜1049,1998）。この方法によれば、穴抜きされた破断面４３の周辺には、一般にはダレが発生しにくいとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示したような平面状の先端４２を有するパンチ４１を用いて筒状部材４４の外側に向けて穴抜きする方法では、内液圧Ｐを相当大きくしなければ穴抜きを行うことができない。そのため、圧力発生装置及び加工設備が大型化して設備投資が大きくなり、スペース効率の低下やコストアップといった問題がある。また、穴抜きされる部分は、内液圧Ｐの負荷によって、筒状部材４４の外側にドーム状に膨らみながら破断するため、破断面４３の面粗度や穴径精度が低下するといった問題もある。
【０００５】
こうした問題を解決するため、本発明は、低い内液圧であっても筒状部材の外側に向けて容易に穴抜きすることができ、さらに、穴径や穴抜き位置が高精度であり且つ穴抜きされた部分が高品質になる筒状部材の液圧穴抜き加工方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の筒状部材の液圧穴抜き加工方法は、筒状部材の内部を流体で加圧し且つ穴抜きパンチを後退させることにより、前記筒状部材に穴抜き加工を行う加工方法において、外周部にシャーエッジが形成された前記穴抜きパンチを用いるとともに、当該穴抜きパンチを一旦前進させて前記筒状部材に押し込み、前記シャーエッジを前記筒状部材に食い込ませて貫通させない状態で止めた後、前記穴抜きパンチを後退させることにより穴抜きを行うことに特徴を有する。
【０００７】
この発明によれば、外周部にシャーエッジが形成された穴抜きパンチを、筒状部材の内側方向に一旦前進させて押し込んでいるので、押し込まれた筒状部材の外側には、穴抜きパンチのシャーエッジによって食い込み痕が形成される。その後、穴抜きパンチを筒状部材の外側方向に後退させるので、食い込み痕が形成された部分は、見かけ上の板厚が減少しているため、内液圧によるせん断力を受けて低い内液圧で容易に破断する。こうして破断した部分に表れる破断面は、食い込み痕が形成された部分はいわゆる純粋なせん断面であり、その他の部分はせん断力が集中した結果形成されたものであるので、穴抜きされた破断面の周辺にはダレの小さい品質に優れた穴が形成されると共に、穴径や穴抜き位置の精度に優れたものとなる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の筒状部材の液圧穴抜き加工方法において、前記穴抜きパンチの押し込み量Ｌと前記筒状部材の板厚ｔとの関係が、Ｌ＝０．７ｔ〜１．２ｔであることに特徴を有する。
【０００９】
この発明によれば、穴抜きパンチの押し込み量Ｌと筒状部材の板厚ｔとの関係をＬ＝０．７ｔ〜１．２ｔとしたので、穴抜きパンチのシャーエッジによって筒状部材の外側に形成される食い込み痕は、低い内液圧で容易に穴抜きできる程度の深さを有し、尚且つ、穴抜きパンチを押し込んだだけでは穴抜きされない程度の深さを有している。その結果、穴抜きパンチを筒状部材の外側方向に後退させることによって、食い込み痕が形成された部分は、低い内液圧で容易に破断して穴抜き加工される。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の筒状部材の液圧穴抜き加工方法において、前記穴抜きパンチを所定位置まで一旦前進させた後、前記筒状部材の内部の流体の圧力と、前記穴抜きパンチの駆動手段の圧力との相対差により、前記穴抜きパンチを強制後退させることに特徴を有する。
【００１１】
この発明によれば、穴抜きパンチの後退を、筒状部材の内部の内液圧と穴抜きパンチの駆動手段の圧力との相対差によって行うので、穴抜きパンチの後退時に、穴抜きカスの部分が穴抜きパンチの先端に接触したまま穴抜き加工が行われる。従って、従来例のようなドーム状の膨らみが生じることなく、破断面はより純粋なせん断力が作用したまま穴抜きがおこなわれるため、穴径の精度やせん断面の面粗度が高いものとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の筒状部材の液圧穴抜き加工方法の一例を示す正面断面図である。図１においては、図１（ａ）から図１（ｃ）の順に加工される。本発明の筒状部材の液圧穴抜き加工方法は、外周部にシャーエッジ１３が形成された穴抜きパンチ１１を用いるとともに、筒状部材１４の内部を流体で加圧した状態で、穴抜きパンチ１１を一旦前進させて筒状部材１４に押し込み、貫通させない状態で止めた後、穴抜きパンチ１１を後退させることによって、筒状部材１４の穴抜きを行う方法である。
【００１４】
先ず、図１（ａ）に示すように、本発明の筒状部材の液圧穴抜き加工方法においては、外周部にシャーエッジ１３が形成された穴抜きパンチ１１が用いられる。この穴抜きパンチ１１は、筒状部材１４に穴開けすべき所定の部位に設置され、筒状部材１４の外側に設けられた成形型１６を摺動できるように設けられている。穴抜きパンチ１１を摺動させる駆動手段は、空気や流体による圧力制御、機械制御、またはバネ等の弾性体による圧力制御等に基づくものであってもよいが、通常は、空気や流体による圧力制御またはバネ等の弾性体による圧力制御に基づくものが適用されている。
【００１５】
筒状部材１４の内部は、所定の内液圧Ｐの流体で加圧される。流体としては、通常、水が用いられるが、一般的な液圧加工法に用いられている流体であれば特に限定されることはない。
【００１６】
次に、こうして準備された状態、すなわち筒状部材１４の内部が加圧された状態で、図１（ｂ）に示すように、穴抜きパンチ１１は、一旦筒状部材１４の内部側に前進し、筒状部材１４を外側から内部側に向かって押し込む。押し込まれた穴抜きパンチ１１は、筒状部材１４を貫通させない状態で止められる。こうして押し込まれた部分は、筒状部材１４の内部側に変形する。穴抜きパンチ１１には、筒状部材１４を押し込む側の先端１２の外周部にシャーエッジ１３が形成されているので、穴抜きパンチ１１を押し込むことによって、筒状部材１４の外側表面にシャーエッジ１３による食い込み痕が形成される。こうした食い込み痕の深さや形状は、穴抜きパンチ１１の押し込み量や、シャーエッジ１３の形状によって変化させることができる。
【００１７】
このとき、穴抜きパンチ１１の押し込み量Ｌは、筒状部材１４の板厚ｔとの関係において、Ｌ＝０．７ｔ〜１．２ｔであることが好ましい。この範囲内で押し込むと、穴抜きパンチ１１のシャーエッジ１３によって筒状部材１４の外側に形成される食い込み痕は、低い内液圧Ｐで容易に穴抜きできる程度の深さで形成され、尚且つ、穴抜きパンチ１１を押し込んだだけでは穴抜きされない程度の深さとなる。その結果、穴抜きパンチ１１を筒状部材１４の外側方向に後退させることによって、食い込み痕が形成された部分は、見かけ上の板厚が減少しているため、低い内液圧Ｐで容易に破断して穴抜き加工される。こうして破断した部分に表れる破断面１７は、食い込み痕が形成された部分はいわゆる純粋なせん断面であり、その他の部分はせん断力が集中した結果形成されたものであるので、穴抜きされた破断面１７の周辺にはダレが極めて小さく品質に優れた穴が形成されると共に、穴径や穴抜き位置の精度に優れたものとなる。
【００１８】
穴抜きパンチ１１の押し込み量Ｌが０．７ｔ未満の関係では、筒状部材１４内に極めて高い内液圧Ｐを与えなければ穴抜きを行うことができない。また、穴抜きパンチ１１の押し込み量Ｌが１．２ｔを超える関係では、穴抜きパンチ１１の押し込みによって筒状部材１４が内側に変形して、そのまま筒状部材１４の内側方向に穴抜きが行われてしまう。このとき、穴抜きされた破断面１７の周辺には、ダレが生じやすい。従って、穴抜きパンチ１１の押し込み量Ｌと筒状部材１４の板厚ｔとの関係をＬ＝０．７ｔ〜１．２ｔに限定することが好ましい。なお、押し込み量Ｌは、筒状部材１４に当接している成形型１６と筒状部材１４の接触面を基準とし、その面からの押し込み深さで規定される。
【００１９】
また、穴抜きパンチの先端の形状を適宜変化させることができる。図２は、穴抜きパンチの先端の形状を示す正面断面図である。図２（ａ）に示す穴抜きパンチ２１は、図１に示した穴抜きパンチ１１と同じ形状のものである。穴抜きパンチ２１には、筒状部材に食い込み痕を形成するために、その先端の外周にシャーエッジ２７が形成され、さらに、逃げ面２４が形成されていることが好ましい。逃げ面２４は、穴抜きパンチ２１のシャーエッジ２７が筒状部材の外側面上に食い込んだときに、穴抜きされる部分が逃げる空間を形成し、穴抜きパンチ２１の先端から凹んだ形態で形成されている。形成された逃げ面２４の形状は特に限定されず、図２（ａ）に示すような平らな逃げ面２４であっても、図２（ｂ）に示すような円弧状の逃げ面２５であってもよい。しかし、逃げ面２４、２５の深さｄと筒状部材１４の板厚ｔとの関係が、ｄ＝０．５ｔ〜２．０ｔの範囲内であることが好ましい。逃げ面２４、２５の深さｄの範囲を、この範囲にすることによって、食い込み痕が形成された部分の穴抜きを正確に行うことができるので、穴抜きされた破断面１７の周辺のダレは極めて小さく、穴径精度が向上して穴抜き部分の品質が向上する。逃げ面２４、２５の深さｄが０．５ｔ未満の関係では、筒状部材１４の外側表面に十分な深さで食い込み痕を形成することができず、その部分で正確に穴抜き加工することができない。また、逃げ面２４、２５の深さｄが２．０ｔを超える関係では、筒状部材１４の穴抜き部分は、内液圧Ｐによって、例えば図２（ｂ）に示すような円弧状の逃げ面に沿ってドーム状に大きく膨らんだ後に破断することになるので、食い込み痕にせん断力が集中しにくくなって破断面が大きくなり、穴抜き精度や品質が低下する。従って、逃げ面２４、２５の深さｄと筒状部材１４の板厚ｔとの関係をｄ＝０．５ｔ〜２．０ｔに限定することが好ましい。この範囲内であれば、逃げ面２４、２５の形状は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、平面、凹面、凸面等、何れの形状であってもよい。なお、逃げ面２４、２５、２６の深さｄは、穴抜きパンチ２１、２２、２３の先端を基準とした深さで規定される。
【００２０】
さらに、図２（ｃ）に示すように、深さｄの逃げ面２６の中央部に、高さｈの突起２８を穴抜きパンチ２３の先端方向に設けることによって、穴抜きした後の穴抜きカス１５を容易に穴抜きパンチ２３の先端から除去することができ、穴抜き加工を連続して多数行う場合に特に有利となる。この時、突起２８の高さｈと筒状部材の板厚ｔとの関係は、ｈ＝０．５ｔ〜２．０ｔであることが上述の効果を発揮するために好ましい。さらに、突起２８の高さｈの上限は、逃げ面２６の深さｄ以下、すなわちｈ≦ｄの関係とすることが好ましい。こうした関係にすることによって、穴抜き後のカスを、穴抜きパンチ２３の先端から容易に除去することができる。なお、突起２８の高さｈは、逃げ面２６の最も深いところを基準として、そこから先端方法に突出した頂点までの高さで規定される。この場合においても、逃げ面２６の深さｄと筒状部材１４の板厚ｔとの関係は、上述した関係と同じである。
【００２１】
なお、穴抜きする穴形状は、丸穴、角穴、異形穴の何れの形状でもよく、求める形状に適合した穴抜きパンチを用いることができる。
【００２２】
最後に、図１（ｃ）に示すように、穴抜きパンチ１１が筒状部材１４の内部側から外側に向かって後退させることにより穴抜きが行われる。食い込み痕が形成された部分には、筒状部材１４の内液圧Ｐによるせん断力が集中するので、その食い込み痕を起点として容易に破断する。その結果、従来のような高い内液圧が必要ではなく、低い内液圧でも容易に穴抜き加工することができる。破断された部分の形状は、穴抜きパンチ１１の外周部のシャーエッジ１３と同じ形状となる。こうして穴抜き加工された筒状部材は、食い込み痕が形成された部分にせん断力が集中して破断するので、穴抜きされた破断面１７の周辺に発生するダレは極めて小さい。そのため、穴抜き加工された穴径精度の向上や穴の位置精度の向上が達成される。
【００２３】
このとき、上述した穴抜きパンチ１１の後退を、内液圧Ｐと穴抜きパンチ１１の駆動手段の圧力Ｐｃとで制御して行うことができる。図３は、筒状部材１４の内部の内液圧Ｐと穴抜きパンチ１１の駆動手段の圧力Ｐｃとの相対差によって後退する穴抜きパンチ１１の態様を示す正面断面図である。穴抜きパンチ１１の駆動手段によって、図１（ｂ）に示すような位置まで穴抜きパンチ１１を押し込んだ後、その穴抜きパンチ１１を後退させる手段としては、（ｉ）内液圧Ｐを増圧し、穴抜きパンチ１１の駆動手段の圧力Ｐｃよりも大きくする、（ｉｉ）穴抜きパンチ１１の駆動手段の圧力Ｐｃを減圧し、内液圧Ｐよりも小さくする、（ｉｉｉ）内液圧Ｐの増圧と穴抜きパンチ１１の駆動手段の圧力Ｐｃの減圧を同時に行い、内液圧Ｐを穴抜きパンチ１１の駆動手段の圧力Ｐｃよりも大きくする、ことの三つの態様で行うことができる。これら何れの態様で行うかは、内液圧Ｐの制御のしやすさや、穴抜きパンチ１１の駆動手段の圧力Ｐｃの制御のしやすさ、さらに、実際に使用する設備能力や性能等を考慮して適宜設定されるものであり、特に限定するものではない。
【００２４】
穴抜きパンチ１１の後退を、筒状部材１４の内部の内液圧Ｐと穴抜きパンチ１１の駆動手段の圧力Ｐｃとの相対差で行うことによって、穴抜きパンチ１１の後退時に、穴抜きカス１５の部分が穴抜きパンチ１１の先端１２に接触したまま穴抜き加工が行われる。従って、従来例のようなドーム状の膨らみが生じることなく（図４を参照。）、破断面１７はより純粋なせん断力が作用したまま穴抜きがおこなわれるため、穴径の精度やせん断面の面粗度が高いものとなる。
【００２５】
内液圧Ｐと、穴抜きパンチ１１の駆動手段の圧力Ｐｃとの相対圧力差Ｐｒ、すなわちＰｒ＝Ｐ−Ｐｃの大きさは、筒状部材１４の材質や板厚ｔ、筒状部材１４に形成された食い込み痕の形状や深さ、穴抜きパンチ１１の大きさや形状、内液圧Ｐと穴抜きパンチ１１の駆動手段の圧力Ｐｃの絶対値、設定する穴抜きパンチの後退速さ、等々によって異なるので、これらを考慮して適宜最適な大きさが設定される。
【００２６】
穴抜きパンチ１１の圧力Ｐｃを制御する駆動手段としては、空気圧制御、液圧制御またはバネ等の弾性体による圧力制御など何れの手段であってもよい。バネ等の弾性体で穴抜きパンチ１１の圧力を制御する場合には、機械制御、空気圧制御または液圧制御と組み合わせて制御することもできる。
【００２７】
なお、本発明で用いられる筒状部材は、通常アルミニウム合金が用いられるが、合金の種類は特に限定されるものではない。また、本発明の穴抜き加工方法は、一般的に用いられている内液圧加工方法に適用することができる。従って、その条件、すなわち流体の種類や内液圧は内液圧成形加工装置の一般的な条件の範囲内で行われる。例えば、内液圧としては、約５００〜１５００気圧の圧力範囲で行われる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の筒状部材の液圧穴抜き加工方法によれば、外周部にシャーエッジが形成された穴抜きパンチを、筒状部材の内側方向に一旦前進させて押し込んでいるので、押し込まれた筒状部材の外側には、穴抜きパンチのシャーエッジによって食い込み痕が形成される。その後、穴抜きパンチを筒状部材の外側方向に後退させるので、食い込み痕が形成された部分は、内液圧によるせん断力を受けて低い内液圧で容易に破断する。こうして破断した部分に表れる破断面は、食い込み痕が形成された部分はいわゆる純粋なせん断面であり、その他の部分はせん断力が集中した結果形成されたものであるので、穴抜きされた破断面の周辺に発生するダレは極めて小さく品質に優れた穴が形成される。従って、低い内液圧であっても筒状部材の外側に向けて容易に穴抜きすることができ、さらに、穴径や穴抜き位置が高精度で、高品質な穴抜き部分を有する車体やシャーシ部材を得ることができる。
【００２９】
本発明の穴抜き加工方法を採用することによって、パイプ状の中空筒状部材を内液圧成形法によって成形加工する際に、成形加工と穴抜き加工を、内液圧成形加工の一連の工程内で同時に行うことができる。その結果、経済性にも優れた車体やシャーシ部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の筒状部材の液圧穴抜き加工方法の一例を示す正面断面図である。
【図２】本発明の用いられる穴抜きパンチの先端形状を示す正面断面図である。
【図３】筒状部材の内部の内液圧と穴抜きパンチの駆動手段の圧力との相対差によって後退する穴抜きパンチの態様を示す正面断面図である。
【図４】従来の筒状部材の液圧穴抜き加工方法の一例を示す正面断面図である。
【符号の説明】
１１、２１、２２、２３、４１ 穴抜きパンチ
１２、４２ 先端
１３、２７ シャーエッジ
１４、４４ 筒状部材
１５ 穴抜きカス
１６、４６ 成形型
１７、４３ 破断面
２４、２５、２６ 逃げ面
２８ 突起
Ｐ 内液圧
ｄ 逃げ面の深さ
ｈ 逃げ面の高さ

Claims (3)

1. 筒状部材の内部を流体で加圧し且つ穴抜きパンチを後退させることにより、前記筒状部材に穴抜き加工を行う加工方法において、
   外周部にシャーエッジが形成された前記穴抜きパンチを用いるとともに、当該穴抜きパンチを一旦前進させて前記筒状部材に押し込み、前記シャーエッジを前記筒状部材に食い込ませて貫通させない状態で止めた後、前記穴抜きパンチを後退させることにより穴抜きを行うことを特徴とする筒状部材の液圧穴抜き加工方法。
2. 前記穴抜きパンチの押し込み量Ｌと前記筒状部材の板厚ｔとの関係が、Ｌ＝０．７ｔ〜１．２ｔであることを特徴とする請求項１に記載の筒状部材の液圧穴抜き加工方法。
3. 前記穴抜きパンチを所定位置まで一旦前進させた後、前記筒状部材の内部の流体の圧力と、前記穴抜きパンチの駆動手段の圧力との相対差により、前記穴抜きパンチを強制後退させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の筒状部材の液圧穴抜き加工方法。

Images