JP3939286B2 - フランジ付き管状部材の製造方法 - Google Patents
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Description
なお、電磁成形自体は、下記特許文献4〜7及び非特許文献1に記載されているように、公知技術である。
そして、この割れ発生の問題は、ファイバー組織を有するアルミニウム合金押出材の場合に特に深刻となる。ファイバー組織は押出方向に平行な粒界がほとんどであり、電磁成形等により投入される拡径の成形力は、その粒界を分断する(引き裂く)方向に作用するからである。また、ファイバー組織では一般に、押出方向に垂直な方向の伸びが小さいことも影響している。ファイバー組織を有するアルミニウム合金押出材は、周知の如く軸方向の圧壊性能に優れるため、バンパーステイとして利用価値が大きいのだが、拡径方向の成形性が等軸晶のものに比べて劣り、管端にフランジを成形するような場合、特に割れが発生しやすく、バンパーリインフォース及びサイドメンバーに連結するに十分な大きさのフランジを成形することがきわめて困難である。
電磁成形を利用すれば、このフランジ付き管状部材を一回の成形で容易に製造することができる。すなわち、管状のアルミニウム合金材からなる軸部材と、穴が形成されたアルミニウム合金からなる板状のフランジ部材を用意し、前記穴が前記軸部材の断面のほぼ中央に位置するように前記軸部材の端部に前記フランジ部材を位置決めし、電磁成形により前記フランジ部材の前記穴の周縁部を拡径するとともに、前記軸部材の端部近傍を外径側に環状に張り出させ、前記フランジ部材の拡径した部分を前記軸部材の内周面に密着させると同時に、そのカールした先端を前記軸部材の環状に張り出した箇所に嵌入させる。これにより、前記軸部材の端部に前記フランジ部材が接合される。
また、無理な拡径を行わなくて済むため、軸部材としてファイバー組織のアルミニウム合金押出材を使用することができ、これを例えばバンパーステイとして用いれば、優れた圧壊特性を有するようになる。
図1に示すバンパーステイは、管状のアルミニウム合金押出材からなる軸部材21と、軸部材21の両端部に接合されたフランジ部材22からなる。軸部材21にはその両端にフランジ部材22より外径の小さい端部フランジ23が一体的に形成され、軸方向端部近傍が小径部24となって径が最も小さく、それより軸方向内側が外径側に張り出して大径部25となっている。フランジ部材22には中央部に軸部材21が嵌挿される穴26とその穴26の縁に円筒状の穴フランジ27が形成されている。軸部材21はフランジ部材22の穴26に嵌挿され、端部フランジ23がフランジ部材22の外側の面に密着重合し、一方、張り出した大径部25の端25aが穴フランジ27の端部に当接し、結局、穴フランジ27は端部フランジ23と大径部25の間に挟持された形になっている。また、小径部26の外周面は穴フランジ27の内周面に密着している。
さらに、フランジ部材22にはほぼ端部フランジ23の厚みに相当する段差部28が形成され、内周側の低くなった箇所に端部フランジ23がちょうどはまり込むようになっている。従って、軸部材21の端部フランジ23の外側の面とフランジ部材22の外側の面のうち端部フランジ23と重合していない部分がほぼ面一(同じ高さ)となっている。
フランジ部材22は、図1に示すものと同じ形状であり、円形のブランク(板材)の中央に下穴を開けると同時に段差部28を環状に成形し、続いて下穴にバーリング加工を施して、円筒状の穴フランジ27を成形することにより製造できる。電磁成形に使用する管素材31は穴フランジ27の内径とほぼ同じかやや小さい外径のアルミニウム合金押出材からなる。
電磁成形に使用する金型32は、縦に分割された複数個の分割金型からなり、図2,3に示すように閉じたとき中央に貫通穴33が形成される。この貫通穴33は、金型32の軸方向両端近傍においてほぼ前記穴フランジ27の長さの範囲だけ小径とされ(小径部33a)、この小径部33aの内径は穴フランジ27がちょうどはまり込むように当該穴フランジ27の外径とほぼ同じとされ、小径部33aより軸方向内側の箇所ではそれより大径とされている(大径部33b)。また、金型32の両端面34には段差部34aが形成され、この端面34にフランジ部材22がちょうどはまり込むようになっている。
続いて、電磁成形用通電コイル体35を管素材31の内部に挿入し、図示しない衝撃電流発生装置に高電圧で蓄荷電されている電気エネルギーを投入すると、管素材31に磁気反発力が生じて管素材31は瞬間的に拡径し、フランジ部材22から突出した端部は大きく拡開してフランジ部材22に打ち当たり、貫通穴33の小径部33aに対応する箇所では穴フランジ27の内面に押し付けられ、さらに貫通穴33の大径部33bでは当該貫通穴33の内面に打ち当たる。なお、電磁成形用通電コイル体35は、電気絶縁体内に成形用コイルが埋め込まれたものである。
このバンパーステイでは、管素材31の拡径に伴い、穴フランジ27に成形後の軸部材21(その小径部24)が押し付けられ、同時に軸部材21(その端部フランジ23と大径部25)によりフランジ部材22の穴フランジ27が軸方向に挟持された形となるため、フランジ部材22は軸部材21の両端にしっかりと接合される。穴フランジ27があることにより軸部材21との接触面積が広く、この点も接合強度の向上に寄与する。そして、フランジ部材22がバンパーステイとして十分な外径を有し、一方、軸部材21の端部フランジ23の外径を余り大きく拡径する必要がないので、電磁成形時の割れの発生を防止することができ、また、ファイバー組織を有するアルミニウム合金押出材の使用も十分可能である。
この電磁成形により成形される軸部材21(管素材31)は、導電率が高く強い磁気反発力が得られるアルミニウム合金押出材からなるが、フランジ部材22は実質的に変形させていないので、アルミニウム合金板でも鋼板からなるものでもよい。バーリング加工のしやすさからいえば鋼板の方が望ましい。フランジ部材22として鋼板を用いる場合、アルミニウム合金である軸部材21と接触することに伴う電食を防止するため、少なくとも軸部材21と接触する側にアルミめっきなど、電食防止用の表面処理を行うことが望ましい。
また、鋼板は強度が高く、導電性が低く電磁成形による拡張力もほとんど加わらないため、鋼板製のフランジ部材22が管素材31が拡径する際の拡張力を受け止めるだけの強度を有し、かつその成形時においてフランジ部材22が位置ずれ等を起こすことのないように位置決めを確実に行えるのであれば、金型32を用いることなく電磁成形を行うこともできる。
図4に示すバンパーステイは、実質的に図1に示すバンパーステイと同じであるが、軸部材21とフランジ部材22をより強固に接合するため、軸部材21とフランジ部材22を溶接したものである。溶接箇所36は、端部フランジ23の外周縁である。溶接箇所36が軸部材21の軸部37(図1の小径部24及び大径部25に相当)から外径方向に離れているので、熱影響による材料特性の低下が軸部37に及ばず、予期しないエネルギー吸収特性の低下も防止できる。
図5に示すバンパーステイの製造に当たっては、仮想線で示すように、大径部38に対応する箇所に管状の凹部39aが形成された電磁成形用金型39を使用すればよい。管素材はこの凹部39aにおいて、電磁成形時に加わる拡張力に応じて自由に拡径(張り出し変形)する。
図6に、仮想線で電磁成形用金型42及び軸部材21を成型するための管素材31を示す。
このフランジ付き管状部材において、軸部材51はフランジ部材22の穴26に嵌挿され、端部フランジ52がフランジ部材22の外側の面に密着重合し、軸部53の外周面が穴フランジ27の内周面に密着している。フランジ部材22にはほぼ端部フランジ52の厚みに相当する段差部28が形成され、内周側の低くなった箇所に端部フランジ52がちょうどはまり込み、端部フランジ52の外周縁が溶接箇所54となり、これにより軸部材51とフランジ部材22が接合されている。また、軸部材51の端部フランジ52の外側の面とフランジ部材22の外側の面のうち端部フランジ52と重合していない部分がほぼ面一となっている。
このフランジ付き管状部材においても、図4に示すバンパーステイと同様に、溶接箇所54が軸部材51の軸部53から外径方向に離れているので、熱影響による材料特性の低下が軸部53に及ばない利点がある。
続いて先に説明したと同様の手順で電磁成形すると、管素材58は瞬間的に拡径し、フランジ部材22から突出した端部は大きく拡開してフランジ部材22に打ち当たり、金型56の貫通穴内部では、穴フランジ27の内周面及び前記貫通穴に押し付けられる。
なお、端部フランジ52の成形は、プレス成形(プレス拡管)を利用して行うこともできる。また、端部フランジ52の成形後に軸部材51をフランジ部材22に嵌挿してもよいし、管素材58をフランジ部材22に嵌挿後に端部フランジを成形してもよい。
なお、図8には、電磁成形用金型67及び管素材68を仮想線で示している。
管素材76は円筒形のアルミニウム合金押出材からなり、フランジ素材77は中央部に穴78(穴74より小さい径の穴)が開けられたアルミニウム合金板からなり、フランジ素材77の一方の面が管素材76の端面に当接し、穴78が管素材76の断面の中心に位置している。また、フランジ素材77の穴78の縁部近傍は管素材76側に傾斜している。
電磁成形に使用する金型は主金型81と押さえ金型82からなる。主金型81は縦に分割された複数個の分割金型からなり、図10に示すように閉じたとき中央に貫通穴83が形成され、この貫通穴83の端部近傍に環状の凹部83aが形成されている。貫通穴83の内径は凹部83aを除いて管素材76の外径とほぼ同じとされている。押さえ金型82にも中央に貫通穴84が形成されている。
このフランジ付き管状部材では、軸部材71もフランジ部材72も、余り大きく拡径する必要がないので、電磁成形時の割れの発生を防止することができ、また、軸部材71としてファイバー組織を有するアルミニウム合金押出材の使用も十分可能である。
22,62,72 フランジ部材
23,41,63 端部フランジ
25,38,65 大径部(張り出し部)
26,66、74 穴
27 穴フランジ
28 段差部
31,58、68、76 管素材
32,39,42,56,67,81,82 電磁成形用金型
35,86 電磁成形用コイル体
36,54 溶接箇所
73 張り出し部
75 カール部
77 フランジ素材
78 穴
Claims (2)
- 縦に分割された複数個の分割金型からなり閉じたとき中央部に貫通穴が形成される金型を閉じてその一方又は両方の端面に、穴とその穴の縁に筒状の穴フランジが形成された板状のフランジ部材を、前記穴フランジを前記貫通穴内にはめ入れてセットし、管状のアルミニウム合金材からなる軸部材を前記金型の貫通穴に通し、かつ前記フランジ部材の穴に嵌挿して、その先端を前記穴から軸方向外側に所定距離突出させ、電磁成形により前記軸部材を拡径し、これにより、前記軸部材を前記穴フランジの内周面に密着させると同時に、前記軸部材の前記穴から突出していた箇所を拡開して前記フランジ部材に密着重合させ、かつ前記穴フランジより軸方向内側では前記軸部材の少なくとも前記穴フランジの近傍を外径方向に張り出させ、前記軸部材の端部に前記フランジ部材を接合することを特徴とするフランジ付き管状部材の製造方法。
- 縦に分割された複数個の分割金型からなり閉じたとき中央部に貫通穴が形成される金型を閉じてその一方又は両方の端面に、穴が形成された板状のフランジ部材をセットし、管状のアルミニウム合金材からなる軸部材を前記金型の貫通穴に通し、かつ前記フランジ部材の穴に嵌挿して、その先端を前記フランジ部材の穴から軸方向外側に所定距離突出させ、電磁成形により前記軸部材を拡径し、これにより、前記軸部材を前記フランジ部材の穴の内縁に密着させると同時に、前記軸部材の前記穴から突出していた箇所を拡開して前記フランジ部材に密着重合させ、かつ前記フランジ部材より軸方向内側では前記軸部材の少なくとも前記フランジ部材の近傍を外径方向に張り出させ、前記軸部材の端部に前記フランジ部材を接合することを特徴とするフランジ付き管状部材の製造方法。
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