JP3972006B2

JP3972006B2 - ハイドロフォーム加工方法及びハイドロフォーム加工用金型

Info

Publication number: JP3972006B2
Application number: JP2003051067A
Authority: JP
Inventors: 正昭水村; 亨吉田; 敬之助井口; 幸久栗山; 尚桑田; 秀彦金子
Original assignee: Nippon Steel Corp; Press Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Press Kogyo Co Ltd
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: JP2004255445A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用の排気系部品やサスペンション系部品等の製造に用いられるもので、金属管を分割した金型に入れ、当該金型を型締めした後、金属管内に内圧と管軸方向の押し力を負荷することにより所定形状に成形するハイドロフォーム加工方法及びハイドロフォーム加工用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年ハイドロフォーム技術は、部品数削減によるコスト削減や軽量化等の手段の一つとして自動車分野で注目を浴びており、国内でも１９９９年から実車への適用を開始した。それ以降、ハイドロフォーム加工の適用部品は年々増加し、その市場規模は大幅に拡大してきた。
ハイドロフォーム適用部品が拡大するに連れ、その部品形状はより複雑になってきたが、それを解決する手段の一つとして金型を可動する方法がある。例えば、特許文献１や特許文献２がその例である。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２９６３４７号公報
【特許文献２】
特開２００１−９５２８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
自動車部品にハイドロフォームを用いる場合、断面にコーナを有する多角形であることが多い。このコーナのＲ形状がシャープに形成されていないと、図１（ｃ）に示すように他部材と結合する際、同図（ａ）に比べコーナ部近傍に溶接肉盛りを多くする必要が発生したり、同図（ｄ）に示すように同図（ｂ）に示す正常なボルト締結ができなくなる等の不都合が生じる。また断面係数が低下する分、部品の剛性も落ちるという問題が発生する。従って、自動車用部品に使用される場合は、断面のコーナＲを所定の大きさまで小さくすることが必要不可欠である。
【０００５】
一般に、ハイドロフォームでコーナＲを小さくするためには、最終的な内圧を高める方法が採られる。しかし、内圧によって形成されるコーナＲ［mm］は、材料の強度と肉厚によって決まり、例えば、吉田ら（IDDRG2000-21^st(2000),p43）は、次式を提案している。
Ｒ＝１．４７σ_f×ｔ／ｐ， σ_f＝（σ_y＋２σ_B）／３（１）
（ｔ：肉厚［mm］，ｐ：内圧［MPa］，σ_y：降伏応力［MPa］，σ_B：引張強さ［MPa］）
【０００６】
従って、厚肉の場合や高強度材の場合は、かなりの高圧まで昇圧しないとコーナＲはシャープにならないが、ハイドロフォームの設備上や安全上から、あまり高圧までは上げられない。また、高圧になると、ハイドロフォーム特有の問題である加工中のバーストという問題もあるため、その点からも昇圧には限界がある。上記のような理由から、ハイドロフォームの操業では最大圧力２００MPa程度が一般的である。すると内圧のみでコーナＲを成形しようとすると、（１）式から物理的に限界が生じる。例えば厚肉（例t＝２．８mm）、高強度（例σ_f＝７００MPa）の材料で２００MPaでハイドロフォーム加工すると、（１）式からＲ＝１４．４mmとなり、かなり大きくなってしまう。
また、コーナＲは内圧以外に軸押しによってもシャープになる。しかし、当然、軸押しが効くような部品形状しか利用できず、長尺部品や曲げが存在するような部品では、軸押しによる材料流入が見込めないため、コーナＲをシャープにできない。
【０００７】
このように困難な形状のハイドロフォーム部品を成形する際には、上述のように可動金型を使用する例もあるが、前記特許文献１は管軸方向への材料流入を良くする方法であり、特許文献２は内圧負荷前に材料をある所定の箇所に流入させるために可動金型を金型内面に押し込む方法であり、いずれもコーナＲを小さくするということへの効果は小さい。
【０００８】
本発明は、上述のように、従来の内圧と軸押しだけの成形や、従来の可動金型による成形では困難なコーナＲを小さく成形するハイドロフォーム加工を可能にしたハイドロフォーム加工方法及びハイドロフォーム用金型を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
係る課題を解決するため、本発明の要旨とするところは下記の通りである。
（１）コーナ部に分割金型を有する金型に管を装着し、分割した金型を型締めし、前記分割金型を後退させたまま、管内部の内圧と管軸方向の押し力を負荷して当該管を変形させ、次いで前記管内部に内圧を負荷しながら前記分割金型を前記金型の内面と同一位置まで前進させることを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
（２）コーナ部に分割金型を有する金型に管を装着し、分割した金型を型締めし、前記分割金型を前記金型の内面と同一位置まで前進させた後、管内部の内圧と管軸方向の押し力を負荷して前記分割金型を後退させながら当該管を変形させ、次いで前記管内部に内圧を負荷しながら前記分割金型を前記金型の内面と同一位置まで前進させることを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
（３）管を変形させ、分割金型を前進させた後、更に管内部の内圧を負荷することを特徴とする請求項１又は２記載のハイドロフォーム加工方法。
（４）管を金型に装着した状態で、分割した金型を型締めし、当該管を変形させるためのハイドロフォーム加工用金型において、金型のコーナ部に前記金型の内面の位置より後退自在で前記管を押込んで変形させる分割金型を有すると共に、前記分割金型は前記金型の内面の位置まで前進自在であることを特徴とするハイドロフォーム加工用金型。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図２は、軸方向断面を蒲鉾型に拡管するハイドロフォーム加工で、下側の２箇所のコーナをシャープに成形する必要のある例である。この例を用いて本発明の詳細を説明する。
下金型３のコーナ部に、上下方向に可動な分割金型４、５（以下カウンタパンチと称す）を組み込んである。このカウンタパンチ４、５は、まず下方に引いた状態に設置しておき、下側に空間部６、７を設けておく。その状態で、金属管１を下金型３に装着し、上金型２を閉める（図２（ａ））。
次に金属管１内部に内圧を負荷し、拡管させる。その際、管軸方向に軸押しを加えながら内圧を負荷する場合もある。そして図２（ｂ）のように、下側の空間部６、７に余肉部８、９が流れ込むまで拡管する。この時点では下側のコーナ１０、１１におけるＲは、まだ小さくなっていない。
最後に、図２（ｃ）のように、内圧を負荷したままカウンタパンチ４、５を最終部品形状の位置まで強制的に上昇させる。これによって、（ｂ）の時点の余肉部８、９がコーナに流入し、コーナ１０、１１におけるＲが小さくなる。
また、この後に更に内圧を上昇させてコーナＲを更に小さくしてもよい。これは、高圧を負荷したくても金属管がバーストしてしまうような場合（例えば金型との摩擦が大きく、材料がコーナに流入し難い場合）に有効な方法である。
【００１１】
また、図２（ｂ）の時点では必然的に拡管率が大きくなるため、バースト等の不良を起こし易い。そこで、図３（ａ）のように、初期の時点ではカウンタパンチ４、５を上昇させておき、内圧（及び軸押し）によって金属管１が拡管され、図３（ｂ）〜（ｃ）のように当該カウンタパンチ４、５に接触してから徐々にカウンタパンチ４、５を後退させていくとバースト等の不良が起き難い。その後の要領は図２と同様である。
【００１２】
上記の例は下金型にカウンタパンチを設置した例であるが、図４（ａ）のように上金型にカウンタパンチを有する構造でも同様の効果が得られる。また図４（ｂ）にように上下両方の金型にカウンタパンチを有しても良い。その他、図４（ｃ）のようにカウンタパンチが水平に可動する場合や、図４（ｄ）のようにコーナ角度が９０°でない場合にも同様の効果が得られる。
なお、本発明における金属管としては、鋼管、ステンレス管、アルミニウム管、チタン管等を使用できる。
【００１３】
【実施例】
下記に本発明の実施例を示す。
素管は、外径６３．５mm、板厚２．３mm、長さ５００mm、材質JIS規格STKM11A（機械構造用炭素鋼鋼管）を用いた。加工する製品形状としては、長方形に拡管する形状で、長方形の辺の長さを９５mm及び６３．５mmとし、拡管部の管軸方向長さを１００mmとした。またコーナＲの大きさは６mmを目標とした。図５に本実施例の断面形状推移を示すが、以後、本図を用いて本実施例を説明する。
【００１４】
上下両方の金型のコーナ４箇所に幅２５mmのカウンタパンチを配し、まず１０mm引いた状態にしておく。その状態で素管を下金型に装着し、上金型を閉める（図５（ａ））。その後、内圧を３５０bar負荷した状態で両管端を５０mm軸押しする。すると、コーナ部のカウンタパンチを引いた空間に素管が流入した形状となる。ただし、この時点では、コーナＲはまだ目標の６mmに達しておらず、１６mm程度である（図５（ｂ））。その後、内圧を保持したままコーナ４箇所のカウンタパンチを上昇すると、コーナＲは目標の６mmにまで成形できた。
【００１５】
比較のため、同素材で同形状の部品をコーナ部のカウンタパンチのない従来金型で成形しようとすると、最終的に高圧まで昇圧しても、約１０００barでバーストし、コーナＲも１３mmまでしか小さくできなかった。
【００１６】
【発明の効果】
本発明により、従来のハイドロフォームでは成形できなかったコーナＲの小さい部品の成形が可能になり、ハイドロフォーム適用範囲を拡大することができる。それにより、冒頭に述べたような自動車部品のコスト削減や軽量化の効果に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コーナＲが大きいハイドロフォーム部品における課題の説明図。
【図２】本発明のうち、請求項１のハイドロフォーム加工方法の説明図。
【図３】本発明のうち、請求項２のハイドロフォーム加工方法の説明図。
【図４】本発明に有効な断面形状及び金型構造の例。
【図５】本発明の実施例の説明図。
【符号の説明】
１……金属管
２……ハイドロフォーム上金型
３……ハイドロフォーム下金型
４……カウンタパンチ１
５……カウンタパンチ２
６……コーナ部の空間部１
７……コーナ部の空間部２
８……コーナ部の空間部に流入した材料の余肉部１
９……コーナ部の空間部に流入した材料の余肉部２
１０……コーナ部１
１１……コーナ部２

Claims

コーナ部に分割金型を有する金型に管を装着し、分割した金型を型締めし、前記分割金型を後退させたまま、管内部の内圧と管軸方向の押し力を負荷して当該管を変形させ、次いで前記管内部に内圧を負荷しながら前記分割金型を前記金型の内面と同一位置まで前進させることを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
コーナ部に分割金型を有する金型に管を装着し、分割した金型を型締めし、前記分割金型を前記金型の内面と同一位置まで前進させた後、管内部の内圧と管軸方向の押し力を負荷して前記分割金型を後退させながら当該管を変形させ、次いで前記管内部に内圧を負荷しながら前記分割金型を前記金型の内面と同一位置まで前進させることを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
管を変形させ、分割金型を前進させた後、更に管内部の内圧を負荷することを特徴とする請求項１又は２記載のハイドロフォーム加工方法。
管を金型に装着した状態で、分割した金型を型締めし、当該管を変形させるためのハイドロフォーム加工用金型において、金型のコーナ部に前記金型の内面の位置より後退自在で前記管を押込んで変形させる分割金型を有すると共に、前記分割金型は前記金型の内面の位置まで前進自在であることを特徴とするハイドロフォーム加工用金型。