JP4131332B2 - 液圧成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、液圧成形方法に関する。

従来の液圧成形においては、縁部が接合された２枚の板材からなる予備成形体を、上下に分割された成形金型（上型および下型）の内側に配置し、型締めした後に、予備成形体の内側に徐々に液圧を付加することで膨出させ、成形金型のキャビティに押圧して、成形している（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１６４９２４号公報

しかし、液圧成形によって得られる成形品において、上型のキャビティに相対する板材によって構成される外面の断面周長と、下型のキャビティに相対する板材によって構成される外面の断面周長とが異なる場合、シワ等の成形不具合が発生し、外観形状が悪化する問題を有する。

例えば、縁部が接合されているため、短い断面周長を有する外面を構成することとなる一方の板材における材料流入は、長い断面周長を有する外面を構成することとなる他方の板材における材料流入に追従する。そのため、前記一方の板材においては、大きな材料余りが生じ、シワあるいは座屈が発生する。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、良好な外観形状を有し、かつ断面周長が異なる成形品を得るための液圧成形方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、
重ね合わせた２枚の板材の縁部を接合してなる予備成形体を、成形金型の内側に配置し、前記予備成形体の内部に液圧を付与し、膨出変形させることで、断面周長が異なる成形品を得るための液圧成形方法であって、
前記成形金型は、成形品の断面周長が短い外面に対応するキャビティ面を有する第１型、および、成形品の断面周長が長い外面に対応するキャビティ面を有する第２型を有し、
前記第１型および前記第２型は、近接離間可能に設置されており、
前記板材は、圧力を付加した際の伸び量が異なり、
小さな伸び量を呈する一方の板材は、前記第１型の前記キャビティ面に相対して配置され、
大きな伸び量を呈する他方の板材は、前記第２型の前記キャビティ面に相対して配置されており、
前記第１型の前記キャビティ面に相対する前記一方の板材の膨出変形の完了後、前記第２型の前記キャビティ面に相対する前記他方の板材のみの膨出変形が継続する
ことを特徴とする液圧成形方法である。

上記のように構成した本発明によれば、小さな伸び量を呈する一方の板材は、成形品の断面周長が短い外面に対応するキャビティ面を有する第１型の前記キャビティ面に相対して配置され、成形品の断面周長が短い外面を構成することとなるため、縁部が接合されていても、大きな材料余りは生ぜず、シワあるいは座屈は発生しない。一方、大きな伸び量を呈する他方の板材は、第１型に対して近接離間可能に設置されかつ成形品の断面周長が長い外面に対応するキャビティ面を有する第２型の前記キャビティ面に相対して配置され、成形品の断面周長が長い外面を構成することとなるため、第１型の前記キャビティ面に相対する前記一方の板材の膨出変形の完了後、膨出変形が継続しても、破断や割れは発生しない。したがって、良好な外観形状を有し、かつ断面周長が異なる成形品を得るための液圧成形方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る成形品を説明するための斜視図である。成形品４０は、例えば、アスクル部品、ボディサイド部品、サスペンション部品等に利用される中空状構造体であり、軽量化と高剛性化とを両立させた自動車部品を提供するために適用される。

成形品４０は、断面形状が非対称であり、一方の板材によって構成される外面４６の断面周長は、上板（相対して配置される他方の板材）によって構成される外面４１の断面周長より短く、断面周長が異なっている。例えば、外面４６の断面周長を、外面４１の断面周長によって除した値（断面周長比）は、０．７５以下である。

図２は、本発明の実施の形態に係る予備成形体を説明するための平面図、図３は、図２に示される予備成形体の背面図、図４は、図２の線ＩＶ−ＩＶに関する断面図である。

成形品４０の素材である予備成形体３０は、重ね合わせた２枚の板材１０，２０を有する。板材１０，２０は、板厚が同一であるが、圧力を付加した際の伸び量が異なり、板材１０の伸び量は、板材２０の伸び量より大きい。

板材１０は、比較的伸び特性に優れる冷間圧延鋼板からなる。冷間圧延鋼板は、例えば、ＪＩＳ−Ｇ−３１４１に規定される深絞り用のＳＰＣＥであり、伸びが４２％以上かつ引張強さ［Ｎ／ｍｍ^２］が２７０以上である。

板材２０は、比較的安価である熱間圧延軟鋼板からなる。熱間圧延軟鋼板は、例えば、ＪＩＳ−Ｇ−３１３１に規定される深絞り用のＳＰＨＥであり、伸びが３５％以上かつ引張強さ［Ｎ／ｍｍ^２］が２７０以上である。

板材１０，２０の機械的性質などの物性は、断面周長比を考慮して選定される。例えば、断面周長比が０．６である場合、伸びが５０％かつ引張強さ［Ｎ／ｍｍ^２］が２７０である冷間圧延鋼板を、板材１０として適用し、伸びが３０％かつ引張強さ［Ｎ／ｍｍ^２］が３７０である熱間圧延軟鋼板を、板材２０として適用することが可能である。

板材１０，２０の縁部は、すみ肉溶接によって形成された接合部３２を有する。接合部３２の形成方式は、密閉性が確保され、かつ液圧成形性に悪影響を及ぼさなければ、特に限定されず、例えば、レーザー溶接、アーク溶接、あるいは、接着剤を適用することも可能である。

板材１０は、成形品４０における長い断面周長を有する外面４１を構成することとなる。板材１０は、中央部１５と、中央部１５を挟んで位置する端部１１，１６とを有する。一方の端部１１は、ドーム状部１２が形成されている。

板材２０は、成形品４０における短い断面周長を有する外面４６を構成することとなる。板材２０は、板材１０より大きいサイズを有し、かつ板材１０と相似形であり、板材１０の中央部１５と相対する中央部２５と、板材１０の端部１１，１６と相対する端部２１，２６とを有する。端部２１は、ドーム状部１２と位置合わされた開口部２２を有する。

図５は、本発明の実施の形態に係る液圧成形装置を説明するための断面図、図６は、図５に示される液圧成形装置の上型を説明するための平面図、図７は、図５に示される液圧成形装置の下型を説明するための平面図である。

液圧成形装置６０は、成形金型（上型７０および下型８０）および液圧供給手段９０を有する。

上型７０および下型８０は、近接離間可能に設置され、予備成形体３０が内側に配置されて、型締めされる。上型７０および下型８０は、キャビティ面７１，８１と、押圧部７５，８５とを有する。キャビティ面７１は、成形品の断面周長が長い外面４１に対応し、大きな伸び量を呈する板材１０が相対して配置される。

キャビティ面８１は、成形品の断面周長が短い外面４６に対応し、小さな伸び量を呈する板材２０が相対して配置される。押圧部７５，８５は、型締めによって予備成形体３０の外周を把持する部位である。

上型７０の押圧部７５は、キャビティ面７１から延長する凹部７６と、凹部７６の先端部７６Ａを取り囲むように配置される円弧状溝７７，７８とを有する。先端部７６Ａは、予備成形体３０のドーム状部１２を縦方向に２分割して得られる部位の外形形状に対応する断面形状を有する。円弧状溝７７，７８の中心は、先端部７６Ａの中央である。下型８０の押圧部８５は、ノズル部９１が配置される略矩形の凹部８６を有する。

液圧供給手段９０は、例えば、増圧シリンダを利用する圧力発生装置や、成形媒体源が連結されており、液圧回路９９に連結される流路９８とノズル部９１とを有する。流路９８は、下型８０の内部を延長し、ノズル部９１に達している。成形媒体は、例えば、水である。

ノズル部９１は、予備成形体３０のドーム状部１２の内面に対応するドーム状部９２と、ドーム状部９２を取り囲むように配置される環状凸部９４，９５とを有する。環状凸部９４，９５は、上型７０の押圧部７５の円弧状溝７７，７８と位置合せされている。

環状凸部９４，９５のサイズは、円弧状溝７７，７８のサイズより小さく、板材１０，２０の厚みを考慮して設定されている。円弧状溝７７，７８および環状凸部９４，９５は、必要に応じて、適宜省略することも可能である。

ドーム状部９２は、板材２０の開口部２２に挿入自在であり、また、流路９８と連通している注入口９３を有する。ノズル部９１を開口部２２に挿入し、予備成形体３０のドーム状部１２に配置する場合、液圧回路９９から供給される成形媒体は、ノズル部９１および開口部２２を経由して、予備成形体３０の内部に導入される。そのため、成形媒体は、予備成形体３０の内部に液圧を付与し、予備成形体３０を膨出変形させることが可能である。

次に、本発明の実施の形態に係る液圧成形方法を説明する。図８は、型締めを説明するための断面図、図９は、図８の線ＩＸ−ＩＸに関する断面図、図１０は、図８に続く、成形初期を説明するための断面図、図１１は、図１０に続く、成形中期を説明するための断面図、図１２は、図１１に続く、成形後期を説明するための断面図である。

まず、予備成形体３０が、下型８０に配置される。この際、短い断面周長を有する外面４６を構成することとなる板材２０を、キャビティ面８１に相対するように配置し、板材２０の開口部２２を、液圧供給手段９０のノズル部９１のドーム状部９２に位置決めする。

その後、待機位置に退避していた上型７０が降下し、下型８０に近接することで、上型７０および下型８０が型締めされる（図８および図９参照）。この際、長い断面周長を有する外面４１を構成することとなる板材１０を、キャビティ面７１に相対するように配置し、板材１０のドーム状部１２を、上型７０の押圧部７５に位置する凹部７６の先端部７６Ａに嵌合させる。また、ドーム状部１２の近傍部位は、上型７０の押圧部７５における円弧状溝７７，７８と、下型８０の凹部８６に配置されるノズル部９１における環状凸部９４，９５とによって把持される。これにより、ドーム状部１２の近傍部位には、屈曲した部位が環状に形成され、導入される成形媒体に対するシール性が向上する。

液圧供給手段９０は、液圧回路９９から供給される成形媒体を、ノズル部９１および開口部２２を経由して、予備成形体３０の内部に導入し、液圧を付与する。その結果、予備成形体３０は、膨出変形する（図１０参照）。なお、板材１０は、大きな伸び量を呈し、伸び特性に優れているため、板材２０に比べて、膨出変形が迅速に進行する。

そして、断面周長が短いキャビティ面８１に相対する板材２０の膨出変形の完了後（図１１参照）、断面周長が長いキャビティ面７１に相対する板材１０のみの膨出変形が継続する。この際、板材２０は、成形品の断面周長が短い外面４６を構成するが、小さな伸び量を呈するため、縁部が接合されていても、材料余りによるシワあるいは座屈は発生せず、外面４６の良好な外観形状が確保される。一方、板材１０は、長い断面周長を有する外面４１を構成するが、伸び特性に優れているため、破断や割れは発生せず、外面４１の良好な外観形状が確保される。

予備成形体３０の内部が最終液圧Ｐｍａｘに到達すると、成形媒体の供給が停止され、所定時間保持されることで、予備成形体３０（板材１０）の膨出が完了する（図１２参照）。そして、除圧した後、上型７０を上昇させて型開し、成形品を取り出し、切断などのトリミングが施される。

以上のように、本発明の実施の形態は、良好な外観形状を有し、かつ断面周長が異なる成形品を得るための液圧成形方法を提供することができる。

なお、伸び量は、引張強さと対応関係を有する。例えば、引張強さが大きい板材は、小さい伸び量を呈し、引張強さが小さい板材は、大きい伸び量を呈する。したがって、板材１０，２０の選択の際に、引張強さを考慮することも好ましい。また、板材２０の開口部２２および液圧供給手段９０のノズル部９１を、適宜複数とすることも可能である。

図１３は、本発明の実施の形態の変形例を説明するための断面図である。

本変形例においては、圧力を付加した際の伸び量は、板厚の差異に基づいて変更される。つまり、成形品の断面周長が短い外面を構成することとなる板材２０の板厚Ｄ_２０は、成形品の断面周長が長い外面を構成することとなる板材１０の板厚Ｄ_１０より大きな値を有するように設定されており、板材２０は、板材１０に比べて小さな伸び量を呈する。

したがって、良好な外観形状を有し、かつ断面周長が異なる成形品を得ることができる。なお、板材１０，２０の板厚Ｄ_１０，Ｄ_２０は、例えば、板材１０，２０の機械的性質や、目的とする成形品の断面周長比を考慮して、適宜設定することが好ましい。また、板厚の代わりに調質条件を変更することで、圧力を付加した際の伸び量を異ならせることも可能である。

図１４は、本発明の実施の形態の別の変形例を説明するための断面図である。本変形例は、予備成形体の形状および液圧供給手段が、概して異なっている。

予備成形体１３０は、２枚の重ね合わせ板材１１０，１２０の端面によって形成される非接合部１３４を有する。非接合部１３４は、略円錐状に予備成形されており、外側端面に、円状の開口部が配置され、内側先端部１３５が、予備成形体１３０の内部に連通している。なお、非接合部１３４は、端面全面に渡って配置される形態に限定されず、部分的に配置することも可能である。

板材１１０は、板材１２０に比べて大きな伸び量を呈し、上型１７０のキャビティ面１７１に相対して配置される。キャビティ面１７１は、成形品の断面周長が長い外面に対応する。板材１２０は、板材１１０に比べて小さい伸び量を呈し、下型１８０のキャビティ面１８１に相対して配置される。キャビティ面１８１は、成形品の断面周長が短い外面に対応する。

液圧供給手段１９０は、液圧回路１９９に連結される流路１９８と、軸押しポンチ１９１と、軸押しシリンダ１９７とを有する。軸押しポンチ１９１は、上型１７０および下型１８０の側面に配置され、軸押しシリンダ１９７に連結されている。軸押しポンチ１９１は、ノズル部１９２を有する。

ノズル部１９２は、流路１９８と連通している注入口１９３を有し、かつ、非接合部１３４の形状と対応する略円錐状を呈している。軸押しシリンダ１９７は、軸押しポンチ１９１を、金型（上型１７０および下型１８０）側に向かって進退自在に支持している。軸押しシリンダ１９７の駆動源は、例えば、油圧あるいは空圧である。

予備成形体１３０の非接合部１３４は、その開口部にノズル部１９２が挿入されると、拡径すると共に、上型１７０および下型１８０により当該拡径が規制される。その結果、非接合部１３４は、ノズル部１９２に密着して、気密性が確保される。

ノズル部１９２の注入口１９３は、予備成形体１３０の内部に連通している内側先端部１３５と位置合せされる。そのため、液圧回路１９９から供給される成形媒体が、流路１９８および注入口１９３に導入されると、当該成形媒体は、非接合部１３４および内側先端部１３５を通過して、予備成形体１３０の内部に注入される。

そのため、液圧供給手段１９０は、予備成形体１３０の内部に液圧を付与して膨出変形させことが可能である。この際、小さな伸び量を呈する板材１２０は、成形品の断面周長が短い外面を構成することとなるため、大きな材料余りは生ぜず、シワあるいは座屈は発生しない。一方、大きな伸び量を呈する板材１１０は、成形品の断面周長が長い外面を構成することとなるため、破断や割れは発生しない。したがって、良好な外観形状を有し、かつ断面周長が異なる成形品を得ることができる。

以上のように、予備成形体の形状および液圧成形装置は、多様なタイプを適用することが可能である。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。

例えば、予備成形体を構成する各板材は、単一の板素材からなるものに限定されず、例えば、複数の板素材を接合してなるテーラードブランク材を、適用することも可能である。また、圧力を付加した際の伸び量の差異は、材種や板厚あるいは調質条件などを適宜組み合わせることによって生じさせることも可能である。

本発明の実施の形態に係る成形品を説明するための斜視図である。 本発明の実施の形態に係る予備成形体を説明するための平面図である。 図２に示される予備成形体の背面図である。 図２の線ＩＶ−ＩＶに関する断面図である。 本発明の実施の形態に係る液圧成形装置を説明するための断面図である。 図５に示される液圧成形装置の上型を説明するための平面図である。 図５に示される液圧成形装置の下型を説明するための平面図である。 本発明の実施の形態に係る液圧成形方法を説明するための断面図であり、型締めを示している。 図８の線ＩＸ−ＩＸに関する断面図である。 図８に続く、成形初期を説明するための断面図である。 図１０に続く、成形中期を説明するための断面図である。 図１１に続く、成形後期を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態の変形例を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態の別の変形例を説明するための断面図である。

符号の説明

１０・・板材、
１１，１６・・端部、
１２・・ドーム状部、
１５・・中央部、
２０・・板材、
２１，２６・・端部、
２２・・開口部、
２５・・中央部、
３０・・予備成形体、
３２・・接合部、
４０・・成形品、
４１，４６・・外面、
５０・・液圧成形装置、
７０・・上型、
７１・・キャビティ面、
７５・・押圧部、
７６・・凹部、
７６Ａ・・先端部、
７７，７８・・円弧状溝、
８０・・下型、
８１・・キャビティ面、
８５・・押圧部、
８６・・凹部、
９０・・液圧供給手段、
９１・・ノズル部、
９２・・ドーム状部、
９３・・注入口、
９４，９５・・環状凸部、
９８・・流路、
９９・・液圧回路、
１１０，１２０・・板材、
１３０・・予備成形体、
１３４・・非接合部、
１３５・・内側先端部、
１７０・・上型、
１７１・・キャビティ面、
１８０・・下型、
１８１・・キャビティ面、
１９０・・液圧供給手段、
１９１・・ポンチ、
１９２・・ノズル部、
１９３・・注入口、
１９７・・シリンダ、
１９８・・流路、
１９９・・液圧回路、
Ｄ_１０，Ｄ_２０・・板厚、
Ｐｍａｘ・・最終液圧。

Claims (7)

1. 重ね合わせた２枚の板材の縁部を接合してなる予備成形体を、成形金型の内側に配置し、前記予備成形体の内部に液圧を付与し、膨出変形させることで、断面周長が異なる成形品を得るための液圧成形方法であって、
   前記成形金型は、成形品の断面周長が短い外面に対応するキャビティ面を有する第１型、および、成形品の断面周長が長い外面に対応するキャビティ面を有する第２型を有し、
   前記第１型および前記第２型は、近接離間可能に設置されており、
   前記板材は、圧力を付加した際の伸び量が異なり、
   小さな伸び量を呈する一方の板材は、前記第１型の前記キャビティ面に相対して配置され、
   大きな伸び量を呈する他方の板材は、前記第２型の前記キャビティ面に相対して配置されており、
   前記第１型の前記キャビティ面に相対する前記一方の板材の膨出変形の完了後、前記第２型の前記キャビティ面に相対する前記他方の板材のみの膨出変形が継続する
   ことを特徴とする液圧成形方法。
2. 前記板材は、材質が異なることを特徴とする請求項１に記載の液圧成形方法。
3. 前記板材は、板厚が異なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液圧成形方法。
4. 前記一方の板材の引張強さは、前記他方の板材の引張強さより大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液圧成形方法。
5. 前記一方の板材は、熱間圧延軟鋼板からなり、前記他方の板材は、冷間圧延鋼板からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液圧成形方法。
6. 前記板材のいずれか一方に形成される開口部に、ノズル部を挿入し、成形媒体を内部に導入することによって液圧を付与することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液圧成形方法。
7. 前記一方および他方の前記板材の端面によって形成される開口部に、ノズル部を挿入し、成形媒体を内部に導入することによって液圧を付与することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液圧成形方法。

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