JP4009129B2 - ハイドロフォーム加工方法 - Google Patents

ハイドロフォーム加工方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4009129B2
JP4009129B2 JP2002100318A JP2002100318A JP4009129B2 JP 4009129 B2 JP4009129 B2 JP 4009129B2 JP 2002100318 A JP2002100318 A JP 2002100318A JP 2002100318 A JP2002100318 A JP 2002100318A JP 4009129 B2 JP4009129 B2 JP 4009129B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydroforming
mold
metal tube
pipe
tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002100318A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2003290845A (ja
Inventor
正昭 水村
幸久 栗山
逸朗 弘重
浩一 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP2002100318A priority Critical patent/JP4009129B2/ja
Publication of JP2003290845A publication Critical patent/JP2003290845A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4009129B2 publication Critical patent/JP4009129B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

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、欧米では数年前から既に実車に採用され、国内でも1999年から実車への適用も開始した。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。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ハイドロフォーム加工とプレス加工を比較した際、技術的にハイドロフォーム加工の方が優れる点の一つに、大変形が可能であるということが挙げられる。図1にハイドロフォーム加工(●印)とプレス加工(□印)において発生する歪状態図を示す。一般にプレス加工では、等2軸引張状態から平面歪状態を経て単軸引張状態までの領域で変形が行われる。等2軸引張状態とは、X方向の引張歪がX方向と直角方向の引張歪と等しく働く状態をいい、平面歪状態とは、X方向の歪が0で、X方向と直角方向の引張歪のみ働く状態をいい、単軸引張状態とは、X方向の引張応力が0で、X方向と直角方向の引張応力のみ働く状態をいう。従って、プレス加工では材料の成形限界から見ると変形能が少ない領域での変形となり、特に平面歪状態で歪が進行すると破断しやすい。それに対し、ハイドロフォーム加工では内圧を負荷すると同時に軸押しを負荷するため、材料に剪断変形を与えることが可能になり、歪の状態も単軸引張から純粋剪断状態の領域で変形が進行する。純粋剪断状態とは、X方向の圧縮歪がX方向と直角方向の引張歪と等しく働く状態をいう。従って、材料の成形限界から見ると、変形能が非常に広い領域での加工となるため、その結果、大変形が可能になる。すなわち言い換えると、ハイドロフォーム加工で大変形の加工を実現するためには、いかに純粋剪断側に歪の状態をもっていくかにかかっていると言っても過言ではない。
【0004】
純粋剪断側で変形させるには、単純に軸押しを積極的に負荷させることが効果的であることは言うまでもない。しかし、単純に軸押しを増加させると当然座屈という問題が発生する。この座屈を防止するには内圧を高めることが効果的であるが、内圧を高めると言うことは、歪状態が剪断側から平面歪側に移動することを意味するため、破断しやすくなる。従って、図2のように金型がない自由バルジにおいては、座屈を起こさないためには単軸引張状態よりも平面歪側でしか成形できない(森ら:塑性と加工 vol.29 no.325(1988) p.131より抜粋)。
【0005】
それでは前述の図1のようなT−成形(ハイドロフォーム加工)で剪断変形が実現できていた理由は、金型の拘束による効果のためである。周囲に金型が存在するため、自由バルジの場合よりも座屈を抑制することが可能になる。また、金型があるため自由バルジの場合よりも内圧を高圧にすることが可能になり、それによって更に金型との密着が高まり、座屈抑制に効果がある。このようにT−成形においては、金型の存在ゆえに座屈を抑えながら剪断変形を実現することができるため、大変形が可能になる。
【0006】
またT−成形以外にも、剪断変形させやすい形状として図3のような例がある。しかし、これらの例に共通していることは、何れもある1つの面上で拡管或いは枝管張出しをしているという点である。例えば、長方形拡管の例では、素管をYZ平面上でY方向にのみ拡管しており、Z方向には拡管していない。
【0007】
上記に対し、図4の例では、拡管する方向が1つの面上だけに制限されていない。例えば正方形拡管や半球拡管の例では素管をYZ平面上で、Y方向に拡管するだけでなくZ方向にも拡管している。このような例では、素管の一部が金型に接触するまでは、自由バルジと同じ状態になるため、座屈を起こさずに剪断変形を実現することができなくなり、その結果、拡管率は大きくできなかった。
【0008】
本発明は、上述のように、面内で拡管する方向が一方向に制限されない形状の部品をハイドロフォームによって加工すること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)金属管を分割した金型に装着し、型締めした後で、前記金属管に内圧と管軸方向押し込み力を負荷するハイドロフォーム加工方法において、第1ハイドロフォーム工程で前記金属管断面の一方向に前記金属管を拡管させて周長を増加させた後で、第2ハイドロフォーム工程で前記金属管断面において前記一方向と直角方向に前記金属管を拡管させて、更に周長を増加させることを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
(2)前記第1ハイドロフォーム工程で金属管を金属管断面の一方向に拡管させた後で、前記第2ハイドロフォーム工程で最終製品形状の金型に装着し、前記金属管断面において前記一方向と直角方向に金属管を拡管することを特徴とする請求項1記載のハイドロフォーム加工方法。
(3)金属管を分割した金型に装着し、型締めした後で、前記金属管に内圧と管軸方向押し込み力を負荷するハイドロフォーム加工方法において、第1ハイドロフォーム工程で前記金属管断面の一方向に前記金属管を拡管させて周長を増加させた後で、第2ハイドロフォーム工程で前記金属管断面において前記一方向と直角方向に金属管を拡管させて、更に周長を増加させ中間製品とし、第3ハイドロフォーム工程でその中間製品を最終製品形状の金型に装着し、ハイドロフォーム加工することを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
【0010】
【発明の実施の形態】
図5は正方形拡管の例であるが、この例を用いて本発明の詳細を説明する。まず、金属管1を下金型2に装着し、上金型3を閉める。この時、金型2、3の空洞部の形状は、金属管1の径に対して、水平方向にのみ拡管させて周長が増加するような形状にし、垂直方向には拡管されないような形状にしておく。次に、セットされた管1の内部に内圧を負荷すると同時に左右の端部を軸押しパンチ4、5で管軸方向に押し込み、中間製品6の形状まで仕上げる。このように、垂直方向に拡管しないように水平方向のみ拡管すると、材料に剪断変形を負荷することが可能になり、大きな拡管率まで成形できる。ここまでを、第1ハイドロフォーム工程とする。
【0011】
次に、中間製品6を第1ハイドロフォーム金型2、3から取り出し、最終製品形状に対応する別の下金型7に装着し、別の上金型8を閉める。この時、金型7、8の空洞部の形状は、中間製品6の形状に対して、垂直方向にのみ拡管させて、更に周長が増加するような形状にし、水平方向には拡管されないような形状にしておく。次に、セットされた中間製品6の内部に内圧を負荷すると同時に左右の端部を軸押しパンチ9、10で管軸方向に押し込み、最終製品11の形状まで仕上げる。この第2ハイドロフォーム工程では、水平方向に拡管しないように垂直方向のみ拡管しているため、やはり第1ハイドロフォーム工程と同様に、材料に剪断変形を負荷することが可能になり、大きな拡管率まで成形できる。この結果、最終的には、管1に対して水平方向および垂直方向とも拡管された最終製品11が完成させる。
【0012】
上記の例では、第1ハイドロフォーム工程で水平方向に拡管し、第2ハイドロフォーム工程で垂直方向に拡管したが、当然その逆でも構わなく、すなわち、第1ハイドロフォーム工程で垂直方向、第2ハイドロフォーム工程で水平方向に拡管しても、本発明の効果を同様に得ることができる。
また、第1ハイドロフォーム工程で成形した中間製品を第2ハイドロフォーム工程にセットする際に、同じ向きに入れる必要はなく、例えば90°傾けた方向で中間製品をセットしても良い。この場合、第2ハイドロフォーム工程の金型空洞部の方向は、第1ハイドロフォーム工程の金型空洞部の方向と同じになる。
【0013】
また、成形中のバーストや座屈を防ぎ拡管率を上げる方法に図6のようなカウンターパンチや管軸方向に可動する可動金型等がある(SchulerのMetal Forming Handbookより抜粋)が、それらの方法を各ハイドロフォーム工程に使用すると、各工程における拡管率を更に上げることが可能になり、最終的な拡管率も更に向上できる。
【0014】
図7の例は、第1ハイドロフォーム工程でカウンターパンチ12、13を、第2ハイドロフォーム工程で可動金型14、15、16、17を使用した例である。
また図5の例では、第1ハイドロフォーム工程と第2ハイドロフォーム工程とで別々の金型を用いて加工したが、これを同一金型20、21内で加工した例が図8である。一対の金型20、21は金属管1が拡管可能な空洞部を水平方向に有し、空洞部に対応する拡管方向と直角方向(上下方向)に、成形初期の金属管外面から最終形状の金属管外面まで位置制御自在な可動金型24、25を有する。このようにすると、金型機構は複雑になるが、金型数が削減できてコスト的には有利である。
また、一体型金型においても図6の例のようなカウンターパンチや可動金型を併用すると、より大きな拡管率まで成形可能になり有利な成形となる。
【0015】
上述のいずれの例も、水平方向に拡管している際には垂直方向の拡管を制限しており、また垂直方向に拡管している際には水平方向の拡管を制限しているため、どうしても最終製品形状は単純な形状になってしまう場合が多い。そこで、自動車部品のように複雑な形状に仕上げるには更にもう一工程加えると有効である。すなわち、上述の第1・第2ハイドロフォーム工程(或いは一体型金型による加工工程)によって最終製品相当の拡管率まで管を拡管し、中間製品26とした後で、最終部品形状の金型に装着し、形状のみ整えるような第3ハイドロフォーム加工を行う(図9参照)。当該方法により複雑形状でかつ拡管率の大きな部品のハイドロフォーム加工も可能になる。中間製品26の成形は第1、第2ハイドロフォーム工程を同一の金型で実施しても良い。
金属管として、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。
【0016】
【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。図10に示すように、加工する製品形状としては、正方形に拡管する形状で、正方形の1辺の長さを150mm、コーナーRは8mm、拡管部の管軸方向長さを100mmとした。
【0017】
まず、第1ハイドロフォーム工程において、水平方向に拡管し中間製品を得た。その際、軸押し量は、左右とも50mmで内圧は最大30MPaで成形した。この第1ハイドロフォーム工程により、素管径に対して約2.1倍に拡管された。
次に、上記で成形された中間製品を最終製品形状となる第2ハイドロフォーム金型に装着し、垂直方向に拡管した。その際、軸押し量は、左右とも40mmで内圧は最大36MPaで成形した。この第2ハイドロフォーム工程により、素管径に対して約2.9倍に拡管された。
【0018】
また、比較のため、本発明のような方法でない従来方法でも成形を行った。すなわち、第1ハイドロフォーム工程を省略し、素管を、第2ハイドロフォーム工程の金型に直接挿入して成形した。その結果、軸押しと内圧をどんなに調整しても、拡管箇所の金型まで接触することもなく、バーストあるいは座屈が生じて成形ができなかった。
【0019】
【発明の効果】
本発明により、従来バーストや座屈がネックとなり加工できなかった大拡管率のハイドロフォーム加工が可能になり、その結果ハイドロフォーム適用部品の範囲が拡大する。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】プレス加工とハイドロフォーム加工における歪状態の説明図。
【図2】自由バルジ加工における成形限界の説明図。
【図3】剪断変形に適した場合のハイドロフォーム形状例の説明図。
【図4】剪断変形が困難な場合のハイドロフォーム形状例の説明図。
【図5】本発明のハイドロフォーム加工方法例の説明図。
【図6】カウンターパンチと可動金型の説明図。
【図7】本発明のハイドロフォーム加工方法にカウンターパンチや可動金型を併用した場合の説明図。
【図8】本発明の一体型金型を用いたハイドロフォーム加工方法例の説明図。
【図9】本発明の第3ハイドロフォーム工程を追加したハイドロフォーム加工方法例の説明図。
【図10】本発明の実施例の説明図。
【符号の説明】
1 金属管
2 第1ハイドロフォーム工程下金型
3 第1ハイドロフォーム工程上金型
4 第1ハイドロフォーム工程左軸押しパンチ
5 第1ハイドロフォーム工程右軸押しパンチ
6 第1ハイドロフォーム工程後の中間製品
7 第2ハイドロフォーム工程下金型
8 第2ハイドロフォーム工程上金型
9 第2ハイドロフォーム工程左軸押しパンチ
10 第2ハイドロフォーム工程右軸押しパンチ
11 最終製品
12 第1ハイドロフォーム工程前側カウンターパンチ
13 第1ハイドロフォーム工程後側カウンターパンチ
14 第2ハイドロフォーム工程左下側可動金型
15 第2ハイドロフォーム工程右下側可動金型
16 第2ハイドロフォーム工程左上側可動金型
17 第2ハイドロフォーム工程右上側可動金型
18 第2ハイドロフォーム工程左側金型軸押し工具
19 第2ハイドロフォーム工程右側金型軸押し工具
20 第1第2工程一体型下金型
21 第1第2工程一体型上金型
22 第1第2工程一体型左軸押しパンチ
23 第1第2工程一体型右軸押しパンチ
24 第1第2工程一体型前側カウンターパンチ(可動金型)
25 第1第2工程一体型前側カウンターパンチ(可動金型)
26 第2ハイドロフォーム工程後の中間製品
27 第3ハイドロフォーム工程下金型
28 第3ハイドロフォーム工程上金型
29 第3ハイドロフォーム工程左軸押しパンチ
30 第3ハイドロフォーム工程右軸押しパンチ

Claims (3)

  1. 金属管を分割した金型に装着し、型締めした後で、前記金属管に内圧と管軸方向押し込み力を負荷するハイドロフォーム加工方法において、第1ハイドロフォーム工程で前記金属管断面の一方向に前記金属管を拡管させて周長を増加させた後で、第2ハイドロフォーム工程で前記金属管断面において前記一方向と直角方向に前記金属管を拡管させて、更に周長を増加させることを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
  2. 前記第1ハイドロフォーム工程で金属管を金属管断面の一方向に拡管させた後で、前記第2ハイドロフォーム工程で最終製品形状の金型に装着し、前記金属管断面において前記一方向と直角方向に金属管を拡管することを特徴とする請求項1記載のハイドロフォーム加工方法。
  3. 金属管を分割した金型に装着し、型締めした後で、前記金属管に内圧と管軸方向押し込み力を負荷するハイドロフォーム加工方法において、第1ハイドロフォーム工程で前記金属管断面の一方向に前記金属管を拡管させて周長を増加させた後で、第2ハイドロフォーム工程で前記金属管断面において前記一方向と直角方向に金属管を拡管させて、更に周長を増加させ中間製品とし、第3ハイドロフォーム工程でその中間製品を最終製品形状の金型に装着し、ハイドロフォーム加工することを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
JP2002100318A 2002-04-02 2002-04-02 ハイドロフォーム加工方法 Expired - Fee Related JP4009129B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002100318A JP4009129B2 (ja) 2002-04-02 2002-04-02 ハイドロフォーム加工方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002100318A JP4009129B2 (ja) 2002-04-02 2002-04-02 ハイドロフォーム加工方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003290845A JP2003290845A (ja) 2003-10-14
JP4009129B2 true JP4009129B2 (ja) 2007-11-14

Family

ID=29241322

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002100318A Expired - Fee Related JP4009129B2 (ja) 2002-04-02 2002-04-02 ハイドロフォーム加工方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4009129B2 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4610405B2 (ja) * 2005-04-22 2011-01-12 プレス工業株式会社 ハイドロフォーム方法およびその装置
KR100958151B1 (ko) * 2006-12-22 2010-05-18 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 벌지성형 방법과 장치
EP2143508B1 (en) 2007-04-18 2016-11-30 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Method of hydroforming work
FI122600B (fi) * 2009-03-27 2012-04-13 Metso Paper Inc Virtausputki kuiturainakoneen perälaatikon turbulenssigeneraattoria varten ja menetelmä virtausputken valmistamiseksi kuiturainakoneen perälaatikon turbulenssigeneraattoria varten sekä kuiturainakoneen perälaatikon turbulenssigeneraattori
JP5466419B2 (ja) * 2009-04-03 2014-04-09 株式会社 クニテック 自動車用一体型アクスルハウジング及びその製造方法
BR112012019550B1 (pt) * 2010-02-04 2020-05-26 Nippon Steel Corporation Método de hidroformação e dispositivo de hidroformação.

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003290845A (ja) 2003-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5009363B2 (ja) ハイドロフォーム加工方法
JP2005530617A (ja) 缶蓋シェルを作る方法および装置
JP4009129B2 (ja) ハイドロフォーム加工方法
KR101216789B1 (ko) 하이드로폼 가공품
JP2001162330A (ja) 面積の大きな金属薄板部材を製作する方法
JPH09327723A (ja) 金属管の増肉加工方法
RU2671028C1 (ru) Штампованное изделие и способ получения и линия производственного оборудования для получения штампованного изделия
JPH08168814A (ja) Al合金製自動車構造用中空部材の製造方法
JP4133465B2 (ja) ハイドロフォーム加工方法
JP3972006B2 (ja) 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
JP5182426B2 (ja) ハイドロフォーム成形方法及びハイドロフォーム成形装置
JP5641702B2 (ja) 鋼管の拡管成形方法および拡管成形装置
JP2007130664A (ja) ハイドロフォーム加工用成形型及び加工方法
JP2003211236A (ja) ハイドロフォ−ム加工方法
JP3968047B2 (ja) ハイドロフォーム加工用金型及びハイドロフォーム加工方法
JP2003154407A (ja) ハイドロフォーミング用アルミニウム押出材およびその製造方法
JP4035073B2 (ja) ハイドロフォーム加工用金型及びハイドロフォーム加工方法
JP2001009528A (ja) 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
JP3308503B2 (ja) 中間絞り管の製造方法
JPH04258339A (ja) フランジ部材の塑性加工方法
JPH11179436A (ja) 三次元曲げ加工方法
JPH057943A (ja) 金属板材の深絞り加工方法
JP3450076B2 (ja) 車体構造用筒状部材の製造方法
JP2003290844A (ja) 成形性の優れたハイドロフォーム加工方法
JP2002011530A (ja) アルミ押出し材のハイドロフォーム加工方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040902

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060822

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061018

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070227

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070427

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070828

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070831

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100907

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4009129

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100907

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100907

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110907

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120907

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120907

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130907

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130907

Year of fee payment: 6

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130907

Year of fee payment: 6

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130907

Year of fee payment: 6

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees