JP4259075B2

JP4259075B2 - Method and apparatus for forming hydroforming material tube

Info

Publication number: JP4259075B2
Application number: JP2002273290A
Authority: JP
Inventors: 義明門間; 昌孝飯田; 浩貴戸高
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: JP2004106025A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイドロフォーミング用素材管及びその成形方法及び成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハイドロフォーミングにより自動車のフレーム等が成形されている。ハイドロフォーミングとは、曲げ加工等が施されたハイドロフォーミング用素材管を金型に装着して、素材管内部に液圧を供給することにより、所定の形状の管を成形する方法である。
【０００３】
そして、従来、このハイドロフォーミング用素材管は、曲げ加工が施された部分であっても断面形状を円形としていた。すなわち、断面形状を円形に維持したまま曲げ成形が行われていた。断面形状が円形のハイドロフォーミング用素材管の成形は、例えば、特開２０００−２１０７２１号公報に開示されたパイプの曲げ加工装置等により行われる。
【０００４】
また、ハイドロフォーミング用素材管として、断面形状が円形ではなく、管の外周側から押圧して断面形状が偏平化したものが、特開２００１−２０５３５０号公報に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２１０７２１号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−２０５３５０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ハイドロフォーミング用素材管を成形する際、断面形状を円形として、例えば管材の屈曲部の曲率半径を小さくすると、管材の屈曲部の内側（屈曲内側）に座屈が発生し、管材の屈曲部の外側（屈曲外側）に割れが発生するおそれがある。このような座屈や割れは、管材の直径に対する屈曲部の曲率半径が小さいほど発生しやすく、また、管材の直径に対する管材の肉厚が小さいほど発生しやすい。従って、管材の直径や管材の肉厚によっては、屈曲部の曲率半径が小さい素材管を成形することは困難であった。
【０００８】
また、特開２００１−２０５３５０号公報に開示されているハイドロフォーミング用素材管は、予備成形を不要または軽減するために偏平化したものであるため、このようなハイドロフォーミング用素材管であっても管材の屈曲部に上述と同様の問題が生じる。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、屈曲部の曲率半径をさらに小さくした場合であっても、管材の屈曲部に座屈や割れが発生することのないハイドロフォーミング用素材管の成形方法及び成形装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のハイドロフォーミング用素材管の成形方法により成形されるハイドロフォーミング用素材管は、直線状の管材を曲げ成形して形成される屈曲部を有するハイドロフォーミング用素材管において、前記屈曲部は、屈曲外側に前記管材の内部側へ凹ませた凹部が形成された管軸方向に垂直な断面形状からなる。
【００１１】
このように、屈曲部の管軸方向に垂直な断面形状の屈曲外側に凹部を形成したことにより、屈曲部に座屈や割れ等の発生を防止できる。これは、以下の理由による。まず、屈曲内側では、曲げ成形されることにより管軸方向に圧縮応力が発生すると共に、凹部の成形により周方向に引張応力が発生する。すなわち、屈曲内側の管軸方向に生じる圧縮ひずみを同一とした場合、管軸方向に発生する圧縮応力は小さくなる。このことは、凹部を形成しない場合に比べて、管軸方向に座屈の発生を防止することになる。また、屈曲外側では、凹部を形成しない場合に比べて、管軸方向に発生する引張ひずみを低減することができる。すなわち、屈曲外側に発生する割れを防止できる。
【００１２】
このように、屈曲部の曲率半径を小さくした場合であっても、座屈や割れの発生を防止できる。そして、屈曲部の曲率半径をより小さくすることができるため、ハイドロフォーミングにより成形される管形状の設計自由度が向上する。
【００１３】
また、管の肉厚を薄くした場合であっても、上記理由により座屈や割れの発生を防止できる。すなわち、管の軽量化を図ることができる。
【００１４】
なお、ハイドロフォーミング用素材管が凹部を有していたとしても、後工程のハイドロフォーミングにより所望の管形状に形成されるため、素材管の断面形状が円形でなく凹部を有していることは何ら問題ない。
【００１５】
また、凹部の深さは、屈曲部の位置に応じて異なるようにしてもよい。例えば、屈曲部の中心部分の凹部が最も深く形成され、その中心部分から離れるに従って凹部が浅く形成されるようにしてもよい。
【００１６】
そして、本発明のハイドロフォーミング用素材管の成形方法は、直線状の管材を曲げ成形して形成される屈曲部を有し、屈曲部の管軸方向に垂直な断面形状の屈曲外側に、管材の内部側へ凹ませた凹部を成形するハイドロフォーミング用素材管の成形方法において、ダイにより管材を支持した状態で、所定の曲率形状に形成され屈曲部の屈曲内側面を成形する成形面を有する内側ポンチを、ダイに対して所定方向に相対移動させることにより、管材を曲げ成形し屈曲部を形成する曲げ成形工程と、曲げ成形工程と同時に、内側ポンチの成形面に対向して配置され凹部を成形する成形面を有する外側ポンチを、内側ポンチに対して所定方向と反対方向に相対移動させることにより凹部を成形する凹部成形工程と、からなり、凹部の深さが、屈曲部の管軸方向の中心部分が最も深く、且つ、当該中心部分から離れるに従って浅いことを特徴とする。
【００１７】
凹部を成形しながら曲げ成形を行うことにより、従来のように断面形状を円形に維持したまま曲げ成形を行う場合に比べて、屈曲部の曲率半径を小さくした場合であっても、上記理由により屈曲内側の座屈や屈曲外側の割れの発生を防止できる。
【００１８】
さらに、上述のように成形された素材管に後工程のハイドロフォーミングを行う場合にも変形させやすくなる。つまり、断面形状を元の円形に戻す場合やさらに拡大して例えば長方形にする場合等にも、座屈や割れの発生を防止できる。これは、凹部の形成により、管に発生するひずみの変化方向が変化したことによる。従って、ハイドロフォーミングにより成形する最終管形状の設計自由度も向上することになる。
【００１９】
また、本発明のハイドロフォーミング用素材管の成形方法は、さらに、曲げ成形工程および凹部成形工程の前に、外側ポンチを内側ポンチに対して所定方向と反対方向に相対移動させることにより、曲げ成形することなく凹部の最終深さより浅い第一凹部を成形する曲げ前凹部成形工程を有し、凹部成形工程は、外側ポンチを内側ポンチに対してさらに所定方向と反対方向に相対移動させることにより第一凹部の深さをさらに深くして凹部を成形するようにしてもよい。例えば、曲げ前凹部成形工程により成形される第一凹部の深さは、最終的に成形される凹部の深さのほぼ半分等とすることができる。このように、曲げ成形する前に、所定の深さの第一凹部を成形することにより、屈曲部の曲率半径をより小さくした場合であっても、座屈や割れの発生を防止することができる。
【００２０】
また、本発明のハイドロフォーミング用素材管の成形装置は、直線状の管材を曲げ成形して形成される屈曲部を有し、屈曲部の管軸方向に垂直な断面形状の屈曲外側に、管材の内部側へ凹ませた凹部を成形するハイドロフォーミング用素材管の成形装置において、所定の曲率形状に形成され屈曲部の屈曲内側面を成形する成形面を有する内側ポンチと、内側ポンチの成形面に対向して配置され屈曲部の管軸方向に垂直な断面形状の屈曲外側に管材の内部側へ凹ませた凹部を成形する外側ポンチと、外側ポンチの両端側に配置され管材の屈曲外側を支持するダイとを有し、内側ポンチをダイに対して所定方向に相対移動させて管材を曲げ成形すると同時に、外側ポンチを内側ポンチに対して所定方向と反対方向に相対移動させて凹部を成形し、凹部の深さが、屈曲部の管軸方向の中心部分が最も深く、且つ、当該中心部分から離れるに従って浅いことを特徴とする。
【００２１】
このような装置により、容易にかつ確実に、屈曲部の曲率半径のより小さなハイドロフォーミング用素材管を成形することができる。
さらに、本発明のハイドロフォーミング用素材管の成形装置において、外側ポンチを内側ポンチおよびダイに対して所定方向と反対方向へ相対移動させて凹部の最終深さより浅い第一凹部を成形し、内側ポンチをダイに対して所定方向に相対移動させて管材を曲げ成形すると同時に、外側ポンチを内側ポンチに対して所定方向と反対方向にさらに相対移動させて第一凹部の深さをさらに深くして凹部を成形するようにしてもよい。
このように、曲げ成形する前に、所定の深さの第一凹部を成形することにより、屈曲部の曲率半径をより小さくした場合であっても、座屈や割れの発生を防止することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態におけるハイドロフォーミング用素材管の成形装置を図１に示す。図１（ａ）は正面方向の断面図を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。なお、図１は、ハイドロフォーミング用素材管の成形完了の状態を示している。図１に示すように、成形装置１は、内側ポンチ２と、外側ポンチ３と、ダイ４と、内側ポンチ用シリンダ５とを備えている。
【００２３】
内側ポンチ２は、下面に素材管の屈曲部の屈曲内側面を所定の形状に成形する成形面２ａを有している。この成形面２ａの正面（Ｘ−Ｚ平面）方向の断面形状は、下側に所定の曲率の凸形状に形成されている。この凸形状に倣って管材を屈曲させる。また、成形面２ａの側面（Ｙ−Ｚ平面）方向の断面形状は、ほぼ円弧の凹形状に形成されている。この円弧の凹形状は、管の外周形状とほぼ一致した形状である。そして、内側ポンチ２の上部には、内側ポンチ用シリンダ５の軸部５ａの下端側が固定されている。内側ポンチ用シリンダ５は、上台６に固定されており、油圧により軸部５ａを上下（Ｚ軸）方向に移動可能としている。
【００２４】
外側ポンチ３は、内側ポンチ２の下方に、内側ポンチ２の成形面２ａに対向して下台７に固定されている。そして、この外側ポンチ３は、上面に素材管の屈曲部の屈曲外側を凹ませた凹部を成形するための成形面３ａを有している。この成形面３ａは、正面（Ｘ−Ｚ平面）方向の断面形状は、ほぼＸ軸に平行な直線状に形成されている。この外側ポンチ３の正面（Ｘ−Ｚ平面）方向の幅は、内側ポンチ２の正面（Ｘ−Ｚ平面）方向の幅より僅かに大きく形成されている。また、外側ポンチ３の成形面３ａの側面（Ｙ−Ｚ平面）方向の断面形状は、ほぼ円弧の凸形状に形成されている。この円弧の凸形状の直径は、管Ｗの直径より小さく形成されている。
【００２５】
そして、ダイ４は、外側ポンチ３のＸ軸方向の両端側であって、ダイ４の上側面４ａが外側ポンチ３の成形面３ａとほぼ同じ高さとなる位置に２箇所配設されている。また、それぞれのダイ４は、管を屈曲する方向、すなわちＹ軸まわりに回動自在に取付けられている。そして、このダイ４の上側面４ａは、ほぼ円弧の凹形状に形成されている。この円弧の凹形状は、管の外周形状とほぼ一致した形状である。
【００２６】
次に、上述のような構成からなる成形装置により直線状の管材を曲げ成形してハイドロフォーミング用素材管を成形する方法について図２を参照して説明する。図２（ａ）（ｃ）（ｅ）（ｇ）は、正面（Ｘ−Ｚ平面）方向の断面図である。図２（ｂ）（ｄ）（ｆ）（ｈ）は、側面（Ｙ−Ｚ平面）方向の断面図である。
【００２７】
まず、図２（ａ）（ｂ）に示すように、アルミニウム製の直線状の管材Ｗをダイ４の上側面４ａの上に載置する。この場合、管材Ｗは、外側ポンチ３の成形面３ａに接触している。そして、内側ポンチ用シリンダ５内の上方側に所定の油圧Ｐ１をかける。これにより、内側ポンチ用シリンダ５が駆動し、内側ポンチ２の成形面２ａが管材に接触する位置まで内側ポンチ２が下降する。
【００２８】
続いて、内側ポンチ用シリンダ５内の上方側にかける油圧をＰ１からＰ２まで上昇させる。これにより、図２（ｃ）（ｄ）に示すように、内側ポンチ用シリンダ５が駆動して内側ポンチ２が下降する。その結果、管材Ｗのうち内側ポンチ２に接触している部分、すなわち屈曲部の屈曲内側が内側ポンチ２の成形面２ａに倣って屈曲し始める。そして、管材Ｗの両端側が傾斜するのに伴って、ダイ４はそれぞれ回転して管材Ｗを確実に支持する。これに伴って、管材Ｗの屈曲部全体が屈曲し始める（曲げ成形工程）。さらに、管材Ｗのうち外側ポンチ３に接触している部分、すなわち屈曲部の屈曲外側は、外側ポンチ３の成形面３ａに倣って徐々に凹み、凹部が成形される（凹部成形工程）。
【００２９】
続いて、内側ポンチ用シリンダ５内の上方側にかける油圧をＰ２からＰ３まで上昇させる。これにより、図２（ｅ）（ｆ）に示すように、内側ポンチ２はさらに下降する。すなわち、管材Ｗはさらに屈曲し、ダイ４はさらに回転する。そして、管材Ｗの屈曲部の屈曲外側は、図２（ｆ）に示すように、より深い凹部が成形される。
【００３０】
続いて、内側ポンチ用シリンダ５内の上方側にかける油圧をＰ３からＰ４まで上昇させる。これにより、内側ポンチ２はさらに下降する。このようにして曲げ成形が完了した状態を、図２（ｇ）（ｈ）に示す。すなわち、管材Ｗの屈曲部の屈曲内側は、図２（ｇ）に示すように、内側ポンチ２の成形面２ａに倣って成形されている。また、管材Ｗの屈曲部の屈曲外側は、図２（ｈ）に示すように、凹部が成形されている。この凹部は、外側ポンチ３の成形面３ａに倣って成形されている。このようにして、直線状の管材Ｗからハイドロフォーミング用素材管を成形することができる。
【００３１】
上述のように、ハイドロフォーミング用素材管の屈曲部の屈曲外側に凹部を形成することにより、屈曲部の曲率半径をさらに小さくした場合であっても、屈曲部の屈曲内側では座屈の発生を防止することができ、屈曲部の屈曲外側では割れの発生を防止することができる。
【００３２】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態におけるハイドロフォーミング用素材管の成形装置を図３に示す。図３（ａ）は正面方向の断面図を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。なお、図１に示す第１実施形態における成形装置と同一の構成は同一符号を付し、説明を省略する。図３に示すように、成形装置１１は、内側ポンチ２と、外側ポンチ８と、ダイ４と、内側ポンチ用シリンダ５と、外側ポンチ用シリンダ９とを備えている。
【００３３】
外側ポンチ８は、内側ポンチ２の下方に、内側ポンチ２の成形面２ａに対向した位置に配設されている。そして、この外側ポンチ８は、上面に素材管の屈曲部の屈曲外側を凹ませた凹部を成形するための成形面８ａを有している。この成形面８ａは、正面（Ｘ−Ｚ平面）方向の断面形状は、ほぼＸ軸に平行な直線状に形成されている。この外側ポンチ８の正面（Ｘ−Ｚ平面）方向の幅は、内側ポンチ２の正面（Ｘ−Ｚ平面）方向の幅より僅かに大きく形成されている。また、外側ポンチ８の成形面８ａの側面（Ｙ−Ｚ平面）方向の断面形状は、ほぼ円弧の凸形状に形成されている。この円弧の凸形状の直径は、管Ｗの直径より小さく形成されている。この外側ポンチ８は、下台７に固定された外側ポンチ用シリンダ９に上下（Ｚ軸）方向に移動可能に支持されている。外側ポンチ用シリンダ９は、油圧により駆動する。
【００３４】
そして、ダイ４は、外側ポンチ３のＸ軸方向の両端側であって、ダイ４の上側面４ａが最下端に位置する場合の外側ポンチ３の成形面３ａとほぼ同じ高さとなる位置に２箇所配設されている。また、それぞれのダイ４は、管を屈曲する方向、すなわちＹ軸まわりに回動自在に取付けられている。そして、このダイ４の上側面４ａは、ほぼ円弧の凹形状に形成されている。この円弧の凹形状は、管の外周形状とほぼ一致した形状である。
【００３５】
次に、上述のような構成からなる成形装置により、直線状の管材Ｗを曲げ成形してハイドロフォーミング用素材管を成形する方法について図４を参照して説明する。図４（ａ）（ｃ）（ｅ）（ｇ）（ｉ）は、正面（Ｘ−Ｚ平面）方向の断面図である。図４（ｂ）（ｄ）（ｆ）（ｈ）（ｊ）は、側面（Ｙ−Ｚ平面）方向の断面図である。
【００３６】
まず、図４（ａ）（ｂ）に示すように、外側ポンチ用シリンダ９を駆動させて、外側ポンチ８を最下端に位置させる。そして、アルミニウム製の直線状の管材Ｗをダイ４の上側面４ａの上に載置する。この場合、管材Ｗは、外側ポンチ８の成形面８ａに接触している。そして、内側ポンチ用シリンダ５内の上方側に所定の油圧Ｐ１１をかける。これにより、内側ポンチ用シリンダ５が駆動して内側ポンチ２の成形面２ａが管材に接触する位置まで内側ポンチ２が下降する。
【００３７】
続いて、外側ポンチ用シリンダ９内の下方側へ所定の油圧Ｐ２１をかける。これにより、図４（ｃ）（ｄ）に示すように、外側ポンチ用シリンダ９が駆動して外側ポンチ８が上昇する。その後、図４（ｃ）（ｄ）に示す位置にて、外側ポンチ８は停止する。その結果、管材Ｗのうち外側ポンチ８に接触している部分、すなわち屈曲部の屈曲外側は、外側ポンチ８の成形面８ａに倣って徐々に凹み始め、所定の深さの凹部が成形される（曲げ前凹部成形工程）。例えば、ここで成形される凹部の所定の深さは、図４（ｃ）（ｄ）に示すように最終的に成形される凹部（図４（ｊ）参照）の深さに対して約４分の１としている。なお、この工程にて成形される凹部の深さは、外側ポンチ用シリンダ９内の下方側にかける油圧Ｐ１１を変化させることにより変化させることができる。例えば、最終的に成形される凹部の約半分とすることもできる。
【００３８】
続いて、外側ポンチ用シリンダ９の下方側からの油圧Ｐ２１は維持した状態で、内側ポンチ用シリンダ５内の上方側にかける油圧をＰ１１からＰ１２まで上昇させる。これにより、図４（ｅ）（ｆ）に示すように、内側ポンチ用シリンダ５が駆動して内側ポンチ２が下降する。なお、内側ポンチ用シリンダ５にかけられる油圧Ｐ１２は、外側ポンチ用シリンダ９にかけられている油圧Ｐ２１より小さい。その結果、管材Ｗのうち内側ポンチ２に接触している部分、すなわち屈曲部の屈曲内側は、内側ポンチ２の成形面２ａに倣って屈曲し始める。そして、管材Ｗの両端側が傾斜するのに伴って、ダイ４はそれぞれ回転して管材Ｗを確実に支持する。これに伴って、管材Ｗの屈曲部全体が屈曲し始める（曲げ成形工程）。さらに、外側ポンチ８は停止した状態が維持され、管材Ｗのうち外側ポンチ８に接触している部分、すなわち屈曲部の屈曲外側は、外側ポンチ３の成形面３ａに倣ってさらに凹み、より深い凹部を成形する（凹部成形工程）。
【００３９】
続いて、外側ポンチ用シリンダ９内の下方側からの油圧Ｐ２１は維持した状態で、内側ポンチ用シリンダ５内の上方側にかける油圧をＰ１２からＰ１３まで上昇させる。なお、内側ポンチ用シリンダ５にかけられる油圧Ｐ１３は、外側ポンチ用シリンダ９にかけられている油圧Ｐ２１とほぼ同一である。この場合、外側ポンチ８は停止した状態を維持したまま、内側ポンチ２がさらに下降する。この状態を図４（ｇ）（ｈ）に示す。すなわち、管材Ｗはさらに屈曲し、ダイ４はさらに回転する。そして、管材Ｗの屈曲部の屈曲外側は、図４（ｈ）に示すように、より深い凹部が成形される。この凹部は、外側ポンチ８の成形面８ａに倣って成形されている。
【００４０】
続いて、外側ポンチ用シリンダ９内の下方側からの油圧Ｐ２１は維持した状態で、内側ポンチ用シリンダ５内の上方側にかける油圧をＰ１３からＰ１４まで上昇させる。ここで、内側ポンチ用シリンダ５にかけられている油圧Ｐ１４は、外側ポンチ用シリンダ９にかけられている油圧Ｐ２１より大きくなる。これにより、内側ポンチ２と同時に外側ポンチ８が下降する。すなわち、内側ポンチ２と外側ポンチとの相対位置は変化しない。このようにして曲げ成形が完了した状態を図４（ｉ）（ｊ）に示す。すなわち、管材Ｗの屈曲部の屈曲内側は、図４（ｉ）に示すように、内側ポンチ２の成形面２ａに倣って成形されている。このようにして、直線状の管材Ｗからハイドロフォーミング用素材管を成形することができる。
【００４１】
上述のように、ハイドロフォーミング用素材管の屈曲部の屈曲外側に凹部を形成することにより、屈曲部の曲率半径をさらに小さくした場合であっても、屈曲部の屈曲内側では座屈の発生を防止することができ、屈曲部の屈曲外側では割れの発生を防止することができる。さらに、第１実施形態における成形方法により成形する場合に比べると、第２実施形態における成形方法により成形する場合は、屈曲部の屈曲内側での座屈の発生をより防止でき、屈曲部の屈曲外側での割れの発生をより防止することができる。
【００４２】
（他の実施形態）
なお、外側ポンチ３、８の成形面３ａ、８ａは、正面（Ｘ−Ｚ平面）方向の断面形状は、ほぼＸ軸に平行な直線状に形成されているが、曲線状に形成してもよい。
【００４３】
また、上述の実施形態では、内側ポンチ２を上下移動させることにより素材管を成形したが、これに限られるものではない。例えば、特開２０００−２１０７２１号公報に開示された曲げ成形方法を用いてもよいし、特開２００１−２０５３５０号公報に開示された曲げ成形方法を用いてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
本発明のハイドロフォーミング用素材管の成形方法及び成形装置によれば、屈曲部の曲率半径をさらに小さくした場合であっても、管材の屈曲部に座屈や割れが発生することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態におけるハイドロフォーミング用素材管の成形装置を示す図である。
【図２】第１実施形態におけるハイドロフォーミング用素材管の成形方法を示す図である。
【図３】第２実施形態におけるハイドロフォーミング用素材管の成形装置を示す図である。
【図４】第２実施形態におけるハイドロフォーミング用素材管の成形方法を示す図である。
【符号の説明】
２・・・内側ポンチ
３、８・・・外側ポンチ
４・・・ダイ
５・・・内側ポンチ用シリンダ
６・・・上台
７・・・下台
９・・・外側ポンチ用シリンダ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydroforming material tube, a forming method thereof, and a forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
In recent years, automobile frames and the like have been molded by hydroforming. Hydroforming is a method of forming a pipe having a predetermined shape by attaching a hydroforming material pipe subjected to bending or the like to a mold and supplying hydraulic pressure to the inside of the material pipe.
[0003]
Conventionally, this hydroforming material tube has a circular cross-sectional shape even in a bent portion. That is, bending is performed while maintaining a circular cross-sectional shape. The hydroforming material pipe having a circular cross-sectional shape is formed by, for example, a pipe bending apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-210721.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-205350 discloses a hydroforming material tube that is not circular in cross section but is flattened by pressing from the outer peripheral side of the tube.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-210721
[Patent Document 2]
JP 2001-205350 A
[Problems to be solved by the invention]
However, when forming a hydroforming material tube, if the cross-sectional shape is circular, for example, if the radius of curvature of the bent portion of the pipe material is reduced, buckling occurs inside the bent portion of the pipe material (inner side of the bent portion), and the pipe material is bent. There is a risk of cracking on the outside (bending outside) of the part. Such buckling and cracking are more likely to occur as the radius of curvature of the bent portion with respect to the diameter of the pipe material is smaller, and as the wall thickness of the pipe material relative to the diameter of the pipe material is smaller. Therefore, depending on the diameter of the pipe material and the thickness of the pipe material, it has been difficult to form a material pipe having a small curvature radius of the bent portion.
[0008]
In addition, the hydroforming material pipe disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-205350 is flattened in order to eliminate or reduce pre-forming, so even such a hydroforming material pipe is used. The same problem as described above occurs in the bent portion of the tube material.
[0009]
The present invention has been made in view of such circumstances, and even when the radius of curvature of the bent portion is further reduced, hydroforming that does not cause buckling or cracking in the bent portion of the pipe material. An object of the present invention is to provide a forming method and forming apparatus for a material pipe .
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The hydroforming material pipe formed by the hydroforming material pipe forming method of the present invention is a hydroforming material pipe having a bent part formed by bending a linear pipe material, wherein the bent part is: It consists of a cross-sectional shape perpendicular to the tube axis direction in which a concave portion that is recessed toward the inside of the tube material is formed on the bent outer side .
[0011]
In this way, by forming the concave portion on the outer side of the bent portion having a cross-sectional shape perpendicular to the tube axis direction of the bent portion, it is possible to prevent the bent portion from being buckled or cracked. This is due to the following reason. First, on the inner side of the bend, compressive stress is generated in the tube axis direction by bending, and tensile stress is generated in the circumferential direction by forming the recess. That is, when the compressive strain generated in the tube axis direction inside the bend is the same, the compressive stress generated in the tube axis direction is reduced. This prevents the occurrence of buckling in the tube axis direction compared to the case where no recess is formed. In addition, the tensile strain generated in the tube axis direction can be reduced on the outer side of the bent as compared with the case where the concave portion is not formed. That is, the crack which generate | occur | produces on the bending outer side can be prevented.
[0012]
Thus, even when the curvature radius of the bent portion is reduced, the occurrence of buckling and cracking can be prevented. And since the curvature radius of a bending part can be made smaller, the design freedom of the pipe shape shape | molded by hydroforming improves.
[0013]
Moreover, even when the thickness of the tube is reduced, the occurrence of buckling or cracking can be prevented for the above reason. That is, the weight of the tube can be reduced.
[0014]
In addition, even if the material tube for hydroforming has a recess, it is formed into a desired tube shape by subsequent hydroforming, so the cross-sectional shape of the material tube is not circular but has a recess. There is no problem.
[0015]
Moreover, you may make it the depth of a recessed part differ according to the position of a bending part. For example, the concave portion at the central portion of the bent portion may be formed deepest, and the concave portion may be formed shallower as the distance from the central portion increases.
[0016]
The molding method of hydroforming for material pipe of the present invention, have a bent portion formed by bending a straight tube, the bending outside of the cross-sectional shape perpendicular to the tube axis direction of the bend, the pipe member In a method of forming a material tube for hydroforming that forms a recess recessed to the inner side of the tube, the tube has a forming surface that is formed in a predetermined curvature shape and forms a bent inner surface of the bent portion while the tube material is supported by a die. The inner punch is moved relative to the die in a predetermined direction to bend the tube material to form a bent portion, and at the same time as the bending step, the concave portion is arranged facing the molding surface of the inner punch. the outer punch having a forming surface for shaping and a recess forming step of forming the recess by relatively moving in a direction opposite to the predetermined direction with respect to the inner punch made, the depth of the recess, the bending It is the deepest central portion in the tube axis direction, and is characterized in that shallow with distance from the central portion.
[0017]
Even if the curvature radius of the bent portion is reduced by performing bending while forming the recess, compared to the conventional case where bending is performed while maintaining the circular cross-sectional shape, It is possible to prevent occurrence of buckling inside the bend and cracking outside the bend.
[0018]
Furthermore, it becomes easy to deform | transform also when performing the hydroforming of a post process to the raw material pipe | tube shape | molded as mentioned above. That is, buckling and cracking can be prevented even when the cross-sectional shape is restored to the original circular shape or when the cross-sectional shape is further enlarged to be a rectangular shape, for example. This is because the direction of change in strain generated in the tube has changed due to the formation of the recess. Accordingly, the degree of freedom in designing the final tube shape formed by hydroforming is also improved.
[0019]
The hydroforming material pipe forming method according to the present invention further comprises bending the outer punch relative to the inner punch in a direction opposite to a predetermined direction before the bending step and the recess forming step. a shallow first concave than the final depth of the recesses have a curved front recess forming step of forming without recess forming step, first by relatively moving the outer punch in the opposite direction to a further predetermined direction with respect to the inner punch You may make it shape | mold a recessed part by making the depth of one recessed part deeper . For example, the depth of the first recessed portion formed by the pre-bending recessed portion forming step can be approximately half the depth of the finally formed recessed portion. As described above, by forming the first concave portion having a predetermined depth before bending, even if the radius of curvature of the bent portion is made smaller, occurrence of buckling and cracking can be prevented. it can.
[0020]
Further, the molding apparatus of hydroforming for material pipe of the present invention, have a bent portion formed by bending a straight tube, the bending outside of the cross-sectional shape perpendicular to the tube axis direction of the bend, the pipe member In an apparatus for forming a material tube for hydroforming that forms a recess recessed to the inside of the inner punch, an inner punch having a molding surface that is formed in a predetermined curvature and that forms a bent inner surface of the bent portion, and a molding surface of the inner punch An outer punch that forms a recess recessed toward the inner side of the pipe material on the outer side of the bent portion having a cross-sectional shape perpendicular to the tube axis direction of the bent portion, and an outer bent side of the pipe material that is disposed on both ends of the outer punch. A die is supported, and the inner punch is moved relative to the die in a predetermined direction to bend the tube material. At the same time, the outer punch is moved relative to the inner punch in a direction opposite to the predetermined direction to form a recess. and, The depth of the section is, the tube axis direction central portion of the bent portion deepest, and, and wherein the shallow with distance from the central portion.
[0021]
With such an apparatus, it is possible to easily and reliably form a hydroforming material tube having a smaller curvature radius of the bent portion.
Furthermore, in the hydroforming material tube forming apparatus of the present invention, the outer punch is moved relative to the inner punch and the die in the direction opposite to the predetermined direction to form the first recess shallower than the final depth of the recess, and the inner punch Is bent relative to the die in a predetermined direction, and at the same time, the outer punch is further moved relative to the inner punch in a direction opposite to the predetermined direction to further increase the depth of the first recess. You may make it shape | mold.
As described above, by forming the first concave portion having a predetermined depth before bending, even if the radius of curvature of the bent portion is made smaller, occurrence of buckling and cracking can be prevented. it can.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments.
(First embodiment)
FIG. 1 shows a hydroforming material pipe forming apparatus according to the first embodiment. Fig.1 (a) shows sectional drawing of a front direction, FIG.1 (b) shows AA sectional drawing of Fig.1 (a). FIG. 1 shows a state in which the forming of the material tube for hydroforming is completed. As shown in FIG. 1, the molding apparatus 1 includes an inner punch 2, an outer punch 3, a die 4, and an inner punch cylinder 5.
[0023]
The inner punch 2 has a molding surface 2a for molding a bent inner surface of a bent portion of the material tube into a predetermined shape on the lower surface. The cross-sectional shape in the front (XZ plane) direction of the molding surface 2a is formed in a convex shape with a predetermined curvature on the lower side. The pipe material is bent following this convex shape. Further, the cross-sectional shape in the side surface (YZ plane) direction of the molding surface 2a is formed in a substantially arc-shaped concave shape. The concave shape of the circular arc is a shape that substantially matches the outer peripheral shape of the tube. The lower end side of the shaft portion 5 a of the inner punch cylinder 5 is fixed to the upper portion of the inner punch 2. The inner punch cylinder 5 is fixed to the upper base 6, and the shaft portion 5a can be moved in the vertical (Z-axis) direction by hydraulic pressure.
[0024]
The outer punch 3 is fixed to the lower base 7 below the inner punch 2 so as to face the molding surface 2 a of the inner punch 2. And this outer side punch 3 has the shaping | molding surface 3a for shape | molding the recessed part which dented the bending outer side of the bending part of the raw material pipe | tube on the upper surface. The molding surface 3a has a cross-sectional shape in the front (XZ plane) direction that is substantially a straight line parallel to the X axis. The width of the outer punch 3 in the front (XZ plane) direction is slightly larger than the width of the inner punch 2 in the front (XZ plane) direction. The cross-sectional shape in the side surface (YZ plane) direction of the molding surface 3a of the outer punch 3 is formed in a substantially arc-shaped convex shape. The diameter of the convex shape of the arc is smaller than the diameter of the tube W.
[0025]
The die 4 is disposed at two locations on both ends in the X-axis direction of the outer punch 3 and at a position where the upper side surface 4 a of the die 4 is substantially the same height as the molding surface 3 a of the outer punch 3. Each die 4 is attached so as to be rotatable in the direction of bending the tube, that is, around the Y axis. The upper side surface 4a of the die 4 is formed in a substantially circular concave shape. The concave shape of the circular arc is a shape that substantially matches the outer peripheral shape of the tube.
[0026]
Next, a method of forming a hydroforming material pipe by bending a straight pipe with the forming apparatus having the above-described configuration will be described with reference to FIG. 2A, 2C, 2E, and 2G are cross-sectional views in the front (XZ plane) direction. 2B, 2D, 2F, and 2H are cross-sectional views in the side surface (YZ plane) direction.
[0027]
First, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), an aluminum linear tube W is placed on the upper side surface 4 a of the die 4. In this case, the pipe material W is in contact with the molding surface 3 a of the outer punch 3. Then, a predetermined hydraulic pressure P <b> 1 is applied to the upper side in the inner punch cylinder 5. Thereby, the inner punch cylinder 5 is driven, and the inner punch 2 is lowered to a position where the molding surface 2a of the inner punch 2 contacts the pipe material.
[0028]
Subsequently, the hydraulic pressure applied to the upper side in the inner punch cylinder 5 is increased from P1 to P2. Thereby, as shown in FIGS. 2C and 2D, the inner punch cylinder 5 is driven and the inner punch 2 is lowered. As a result, a portion of the pipe material W that is in contact with the inner punch 2, that is, a bent inner side of the bent portion starts to bend following the molding surface 2 a of the inner punch 2. Then, as the both end sides of the tube material W are inclined, the dies 4 rotate to support the tube material W reliably. Along with this, the entire bent portion of the tube material W starts to bend (bending molding process). Further, the portion of the tube material W that is in contact with the outer punch 3, that is, the bent outer side of the bent portion, is gradually recessed along the molding surface 3 a of the outer punch 3 to form a recess (recess forming step).
[0029]
Subsequently, the hydraulic pressure applied to the upper side in the inner punch cylinder 5 is increased from P2 to P3. Thereby, as shown to FIG.2 (e) (f), the inner side punch 2 further falls. That is, the pipe W is further bent and the die 4 is further rotated. And the deeper recessed part is shape | molded in the bending outer side of the bending part of the pipe material W, as shown in FIG.2 (f).
[0030]
Subsequently, the hydraulic pressure applied to the upper side in the inner punch cylinder 5 is increased from P3 to P4. As a result, the inner punch 2 is further lowered. The state where the bending has been completed in this way is shown in FIGS. That is, the bent inner side of the bent portion of the tube material W is molded following the molding surface 2a of the inner punch 2 as shown in FIG. Moreover, as shown in FIG.2 (h), the recessed part is shape | molded in the bending outer side of the bending part of the pipe material W. FIG. This recess is formed following the forming surface 3 a of the outer punch 3. In this manner, a hydroforming material pipe can be formed from the straight pipe W.
[0031]
As described above, even if the radius of curvature of the bent portion is further reduced by forming a concave portion on the bent outer side of the bent portion of the hydroforming material tube, buckling occurs on the inner side of the bent portion. It is possible to prevent the occurrence of cracks on the outer side of the bent portion.
[0032]
(Second Embodiment)
Next, FIG. 3 shows a hydroforming material pipe forming apparatus according to the second embodiment. 3A shows a sectional view in the front direction, and FIG. 3B shows an AA sectional view in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as the shaping | molding apparatus in 1st Embodiment shown in FIG. 1, and description is abbreviate | omitted. As shown in FIG. 3, the molding apparatus 11 includes an inner punch 2, an outer punch 8, a die 4, an inner punch cylinder 5, and an outer punch cylinder 9.
[0033]
The outer punch 8 is disposed below the inner punch 2 at a position facing the molding surface 2 a of the inner punch 2. And this outer side punch 8 has the shaping | molding surface 8a for shape | molding the recessed part which dented the bending outer side of the bending part of the raw material pipe | tube on the upper surface. The molding surface 8a has a cross-sectional shape in the front (XZ plane) direction that is a straight line substantially parallel to the X axis. The width of the outer punch 8 in the front (XZ plane) direction is slightly larger than the width of the inner punch 2 in the front (XZ plane) direction. The cross-sectional shape in the side surface (YZ plane) direction of the molding surface 8a of the outer punch 8 is formed in a substantially arc-shaped convex shape. The diameter of the convex shape of the arc is smaller than the diameter of the tube W. The outer punch 8 is supported by an outer punch cylinder 9 fixed to the lower base 7 so as to be movable in the vertical (Z-axis) direction. The outer punch cylinder 9 is driven by hydraulic pressure.
[0034]
The die 4 is located at both ends in the X-axis direction of the outer punch 3 and at a position that is substantially the same height as the molding surface 3a of the outer punch 3 when the upper side surface 4a of the die 4 is positioned at the lowermost end. It is arranged in places. Each die 4 is attached so as to be rotatable in the direction of bending the tube, that is, around the Y axis. The upper side surface 4a of the die 4 is formed in a substantially circular concave shape. The concave shape of the circular arc is a shape that substantially matches the outer peripheral shape of the tube.
[0035]
Next, a method for forming a hydroforming material pipe by bending a straight pipe W using the forming apparatus having the above-described configuration will be described with reference to FIG. 4A, 4C, 4E, 4G, and 4I are cross-sectional views in the front (XZ plane) direction. 4B, 4D, 4F, 4H, and 6J are cross-sectional views in the side surface (YZ plane) direction.
[0036]
First, as shown in FIGS. 4A and 4B, the outer punch cylinder 9 is driven to position the outer punch 8 at the lowermost end. Then, an aluminum straight tube W is placed on the upper side surface 4 a of the die 4. In this case, the pipe material W is in contact with the molding surface 8 a of the outer punch 8. Then, a predetermined hydraulic pressure P <b> 11 is applied to the upper side in the inner punch cylinder 5. As a result, the inner punch cylinder 5 is driven to lower the inner punch 2 to a position where the molding surface 2a of the inner punch 2 contacts the pipe material.
[0037]
Subsequently, a predetermined hydraulic pressure P21 is applied to the lower side in the outer punch cylinder 9. As a result, as shown in FIGS. 4C and 4D, the outer punch cylinder 9 is driven and the outer punch 8 is raised. Thereafter, the outer punch 8 stops at the position shown in FIGS. As a result, the portion of the tubular material W that is in contact with the outer punch 8, that is, the bent outer side of the bent portion, gradually begins to be recessed following the molding surface 8 a of the outer punch 8, and a recess having a predetermined depth is formed. (Pre-bending recess forming step). For example, the predetermined depth of the recessed portion formed here is about 4 with respect to the depth of the finally formed recessed portion (see FIG. 4 (j)) as shown in FIGS. It is a fraction. The depth of the recess formed in this step can be changed by changing the hydraulic pressure P11 applied to the lower side in the outer punch cylinder 9. For example, it may be about half of the concave portion finally formed.
[0038]
Subsequently, with the hydraulic pressure P21 from the lower side of the outer punch cylinder 9 maintained, the hydraulic pressure applied to the upper side in the inner punch cylinder 5 is increased from P11 to P12. As a result, as shown in FIGS. 4E and 4F, the inner punch cylinder 5 is driven and the inner punch 2 is lowered. The hydraulic pressure P12 applied to the inner punch cylinder 5 is smaller than the hydraulic pressure P21 applied to the outer punch cylinder 9. As a result, the portion of the tube material W that is in contact with the inner punch 2, that is, the bent inner side of the bent portion, begins to bend following the molding surface 2 a of the inner punch 2. Then, as the both end sides of the tube material W are inclined, the dies 4 rotate to support the tube material W reliably. Along with this, the entire bent portion of the tube material W starts to bend (bending molding process). Further, the outer punch 8 is maintained in a stopped state, and the portion of the pipe material W that is in contact with the outer punch 8, that is, the bent outer side of the bent portion, is further recessed and deeper along the molding surface 3 a of the outer punch 3. A recess is formed (recess forming step).
[0039]
Subsequently, with the hydraulic pressure P21 from the lower side in the outer punch cylinder 9 maintained, the hydraulic pressure applied to the upper side in the inner punch cylinder 5 is increased from P12 to P13. The hydraulic pressure P13 applied to the inner punch cylinder 5 is substantially the same as the hydraulic pressure P21 applied to the outer punch cylinder 9. In this case, the inner punch 2 is further lowered while the outer punch 8 is kept stopped. This state is shown in FIGS. That is, the pipe W is further bent and the die 4 is further rotated. And the deeper recessed part is shape | molded in the bending outer side of the bending part of the pipe material W, as shown in FIG.4 (h). This recess is formed following the forming surface 8 a of the outer punch 8.
[0040]
Subsequently, while maintaining the hydraulic pressure P21 from the lower side in the outer punch cylinder 9, the hydraulic pressure applied to the upper side in the inner punch cylinder 5 is increased from P13 to P14. Here, the hydraulic pressure P14 applied to the inner punch cylinder 5 is larger than the hydraulic pressure P21 applied to the outer punch cylinder 9. As a result, the outer punch 8 is lowered simultaneously with the inner punch 2. That is, the relative position between the inner punch 2 and the outer punch does not change. The state where the bending is completed in this way is shown in FIGS. That is, the bent inner side of the bent portion of the tube material W is formed following the forming surface 2a of the inner punch 2 as shown in FIG. In this manner, a hydroforming material pipe can be formed from the straight pipe W.
[0041]
As described above, even if the radius of curvature of the bent portion is further reduced by forming a concave portion on the outer side of the bent portion of the material tube for hydroforming, buckling occurs on the inner side of the bent portion. It is possible to prevent the occurrence of cracks on the outer side of the bent portion. Furthermore, compared to the case of forming by the forming method in the first embodiment, when forming by the forming method in the second embodiment, it is possible to further prevent the occurrence of buckling inside the bent portion and to bend the bent portion. The occurrence of cracks on the outside can be further prevented.
[0042]
(Other embodiments)
The molding surfaces 3a and 8a of the outer punches 3 and 8 have a cross-sectional shape in the front (XZ plane) direction that is formed in a straight line substantially parallel to the X axis. Good.
[0043]
Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the raw material pipe | tube was shape | molded by moving the inner side punch 2 up and down, it is not restricted to this. For example, the bending method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-210721 may be used, or the bending method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-205350 may be used.
[0044]
【The invention's effect】
According to the forming method and the forming apparatus of the hydroforming material pipe of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of buckling or cracking in the bent portion of the pipe material even when the radius of curvature of the bent portion is further reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a forming apparatus for a hydroforming material pipe in a first embodiment.
FIG. 2 is a view showing a method for forming a hydroforming material pipe in the first embodiment.
FIG. 3 is a view showing a forming apparatus for a hydroforming material pipe in a second embodiment.
FIG. 4 is a view showing a method of forming a material tube for hydroforming in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
2 ... Inner punches 3 and 8 ... Outer punch 4 ... Die 5 ... Inner punch cylinder 6 ... Upper base 7 ... Lower base 9 ... Outer punch cylinder

Claims

Have a bent portion formed by bending a straight tube, the bending outside of the cross-sectional shape perpendicular to the tube axis direction of the bent portion, hydroforming to shape a recess recessed into the inner side of the pipe member In the material tube forming method,
With the tube supported by the die, the inner punch having a molding surface that is formed in a predetermined curvature shape and that forms the bent inner surface of the bent portion is moved relative to the die in a predetermined direction. A bending process for forming a bent portion by bending a pipe;
Simultaneously with the bending process , an outer punch having a molding surface that is disposed opposite to the molding surface of the inner punch and molds the recess is moved relative to the inner punch in a direction opposite to the predetermined direction. a recess forming step of forming the recess by,
Consists of
A method for forming a material tube for hydroforming , wherein the depth of the concave portion is deepest at a central portion in the tube axis direction of the bent portion and becomes shallower as the distance from the central portion increases .

Furthermore, before the bending molding step and the recess molding step , the outer punch is moved relative to the inner punch in a direction opposite to the predetermined direction, thereby being shallower than the final depth of the recess without bending. have a bend before recess forming step of forming a first recess,
The recess forming step further includes forming the recess by further increasing the depth of the first recess by moving the outer punch relative to the inner punch in a direction opposite to the predetermined direction. The method for forming a material tube for hydroforming according to claim 1 .

Have a bent portion formed by bending a straight tube, the bending outside of the cross-sectional shape perpendicular to the tube axis direction of the bent portion, hydroforming to shape a recess recessed into the inner side of the pipe member In material pipe forming equipment,
An inner punch having a molding surface formed into a predetermined curvature shape and molding a bent inner surface of the bent portion;
An outer punch for forming a recess recessed toward the inner side of the tube material on the outer side of the bent portion having a cross-sectional shape perpendicular to the tube axis direction of the bent portion and disposed opposite to the forming surface of the inner punch;
A die that is disposed on both ends of the outer punch and supports the bent outer side of the pipe material;
The inner punch is moved relative to the die in a predetermined direction to bend the tube material. At the same time, the outer punch is moved relative to the inner punch in a direction opposite to the predetermined direction to form the recess. ,
An apparatus for forming a material tube for hydroforming, characterized in that the depth of the concave portion is deepest at a central portion in the tube axis direction of the bent portion and becomes shallower as the distance from the central portion increases .

The outer punch is moved relative to the inner punch and the die in a direction opposite to the predetermined direction to form a first recess shallower than a final depth of the recess,
The inner punch is moved relative to the die in the predetermined direction to bend the tube material. At the same time, the outer punch is further moved relative to the inner punch in a direction opposite to the predetermined direction . The hydroforming material pipe forming apparatus according to claim 3, wherein the recess is formed by further increasing the depth of the recess .