JP4552473B2 - 座面形成装置および座面形成方法 - Google Patents

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本発明は、座面形成装置および座面形成方法に関する。
近年、自動車分野においては、鋼管を適用した液圧成形品を、アルミニウム押出し材を適用した液圧成形品に転換することで、部品数削減によるコスト削減や軽量化を図っている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2002−11530号公報
しかし、アルミニウム押出し材の全伸び特性は、鋼管に比べて良好ではない。例えば、STKM11A等の規格による鋼管は、約40%の全伸びが可能であるが、6N01−T5等の規格によるアルミニウム押出し材は、約12%の全伸びが可能であるのみである。
そのため、アルミニウム押出し材は、液圧成形後に座面を形成する場合、鋼管に比べてバーストし易く、座面形成が困難である問題を有している。
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、座面を有する液圧成形品をアルミニウム押出し材から容易に形成することが可能である座面形成装置および座面形成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請求項1に記載の発明は、
アルミニウム押出し材が内部に配置され、成形品の外形形状に対応するキャビティ面を有する金型と、
前記キャビティ面に形成される開口部と、
座面形成のため、前記開口部から前進自在に配置され、座面形状が形成された端面を有するオス型と、
前記金型によって型締めされた前記アルミニウム押出し材の内部空間成形媒体を供給することにより液圧を付与し、前記キャビティ面に合致する形状まで膨出変形させるための液圧付与手段と
前記液圧付与手段によって供給された前記成形媒体の前記内部空間からの排出量を調整することにより、前記アルミニウム押出し材の内部の液圧を、膨出変形が完了する最終液圧以下かつ、膨出変形した前記アルミニウム押出し材が前記オス型による座面形成における負荷によって変形しない液圧以上に制御するための液圧制御手段と、を有し、
前記内部の液圧が前記最終液圧に到達して膨出変形が完了すると、前記成形媒体の前記内部空間からの排出量が調整されることにより、前記内部の液圧が、前記最終液圧以下かつ、前記負荷によって変形しない液圧以上に制御された状態で、前記オス型は、前記開口部から前進し、前記端面に当接している前記アルミニウム押出し材の部位に押込まれ、せん断を伴って変形を引き起すことで、座面を形成し、その後、前記内部空間に残存する成形媒体が、排出される
ことを特徴とする座面形成装である。
上記目的を達成するための請求項に記載の発明は、
成形品の外形形状に対応し、かつ、座面形成のため、座面形状が形成された端面を有するオス型が前進自在に配置される開口部が形成されているキャビティ面を有する金型の内部に、アルミニウム押出し材を配置して型締めし、
前記金型によって型締めされた前記アルミニウム押出し材の内部空間成形媒体を供給することにより液圧を付与し、前記キャビティ面に合致する形状まで膨出変形させ、
前記アルミニウム押出し材の内部の液圧が最終液圧に到達して膨出変形が完了すると、前記成形媒体の前記内部空間からの排出量を調整することにより、前記内部の液圧を、前記最終液圧以下かつ、膨出変形した前記アルミニウム押出し材が前記オス型による座面形成における負荷によって変形しない液圧以上に制御した状態で、前記オス型を、前記開口部から前進させ、前記端面に当接している前記アルミニウム押出し材の部位に押込み、せん断を伴って変形を引き起すことで、座面を形成し、
その後、前記内部空間に残存する成形媒体を、排出する
ことを特徴とする座面形成方法である。
上記のように構成した本発明は以下の効果を奏する。
請求項1に記載の発明によれば、アルミニウム押出し材の内部の液圧が最終液圧に到達して膨出変形完了すると、前記内部の液圧が、最終液圧以下かつ、膨出変形したアルミニウム押出し材がオス型による座面形成における負荷によって変形しない液圧以上に制御された状態で、前記オス型は、キャビティ面に形成される開口部から前進し、前記オス型の端面に当接しているアルミニウム押出し材の部位に押込まれるため、当該部位に対し、材料を大きく伸ばすことのないように、せん断を伴って変形させ、座面を形成することが可能であり、座面形成の際における材料のバーストを抑制することができ、かつ、座面形成に必要とされる力を低減することができるため、設備コストの削減を図ることが可能である。つまり、座面を有する液圧成形品をアルミニウム押出し材から容易に形成することが可能である座面形成装置を提供することができる。
請求項に記載の発明によれば、アルミニウム押出し材の内部の液圧が最終液圧に到達して膨出変形完了すると、前記内部の液圧を、最終液圧以下かつ、膨出変形したアルミニウム押出し材がオス型による座面形成における負荷によって変形しない液圧以上に制御した状態で、前記オス型を、キャビティ面に形成される開口部から前進させ、前記オス型の端面に当接しているアルミニウム押出し材の部位に押込むため、当該部位に対し、材料を大きく伸ばすことのないように、せん断を伴って変形させ、座面が形成されることにより、座面形成の際における材料のバーストが抑制され、かつ、座面形成に必要とされる力が低減されるため、設備コストの削減が図られる。つまり、座面を有する液圧成形品をアルミニウム押出し材から容易に形成することが可能である座面形成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液圧成形品を説明するための斜視図、図2は、本発明の実施の形態に係る液圧成形品を説明するための断面図である。
本実施の形態に係るアルミニウム押出し材10は、予備成形後に液圧成形が適用されることで、長手方向に関して屈曲した中空状の液圧成形品20を形成する。液圧成形品20は、例えば、自動車部品であり、図1に示されるように、レインフォースフロントピラー、レインフォースセンターピラー、シルインナーピラー等のピラー部材や、レールルーフサイドインナー等のインナー部材である。
液圧成形品20は、略平坦な底面を有する凹部から構成される座面30を有する。座面30は、例えば、別体部品を取付けるための位置決め基準面として適用される。別体部品は、例えば、ピラー部品やインナー部品である。なお、座面30は、略平坦な底面を有する凹部から構成されることに限定されない。
図3は、本発明の実施の形態に係る座面形成装置を説明するための断面図、図4は、本発明の実施の形態に係るアルミニウム押出し材を説明するための断面図である。
座面形成装置50は、液圧成形装置を兼用しており、液圧成形用金型60、液圧付与手段81、座面形成手段90および液圧制御手段(不図示)を有する。金型60は、内部に配置されるアルミニウム押出し材10を挟み込んで型締めするための上型61および下型71からなる。上型61および下型71は、近接離間可能であり、液圧成形品20の外形形状に対応するキャビティ面62,72が形成されている。
アルミニウム押出し材10は、上型61および下型71による型締めの際に、キャビティ面62,72によって押圧されて変形し、液圧成形品20の長手方向形状に対応する予備成形が施される。予備成形は、必要に応じて独立した工程として、アルミニウム押出し材10を上型61および下型71に配置する前に、適宜実施することも可能である。
アルミニウム押出し材10は、略四角形状の断面を有し、4つのコーナー部Cとコーナー部間を延長する4つのサイド面13とを有する。サイド面13は、長手方向に沿って延長しかつ内側に向かって突出するくぼみ部15を有し、くぼみ部15を有しない場合に比べて外周長が長くなっている。くぼみ部15は、液圧成形する際に液圧を付加することで膨出変形する部位(膨出部位)に対応している。
つまり、くぼみ部15の存在によりアルミニウム押出し材10の外周長が長くなっているため、膨出部位において必要とされる伸び量は、くぼみ部15を有しない場合に比べて小さくなる。そのため、アルミニウム押出し材10の全伸び特性は、比較的良好でないが、液圧成形の際のバーストを抑制することが可能である。なお、くぼみ部15は、全てのサイド面13に形成することに限定されず、必要に応じて、くぼみ部を形成するサイド面を適宜選択することも可能である。
液圧成形の際のバーストを確実に抑制するためには、くぼみ部15を有するサイド面13の外周長を、液圧成形によってサイド面13が当接するキャビティ面62,72の内周長と略一致させることが好ましい。
液圧成形の際の最終液圧は、キャビティ面のコーナー部に沿った形状に、コーナー部Cを変形させるために必要な液圧に対応している。したがって、コーナー部Cの形状を、キャビティ面のコーナー部に沿った形状と略一致するように予め設定することで、最終液圧を低下させることが可能である。さらに、くぼみ部15は、全てのサイド面13に形成することに限定されず、必要に応じて、くぼみ部を形成するサイド面を適宜選択することも可能である。
液圧付与手段81は、上型61および下型71によって型締めされたアルミニウム押出し材10の内部に液圧を付与し、キャビティ面62,72に合致する形状まで膨出変形させるための手段であり、軸押しポンチ82および軸押しポンチ82に連結される軸押しシリンダ85を有する。
軸押しポンチ82は、アルミニウム押出し材10の端面開口部11に挿入され、アルミニウム押出し材10の内部空間を密閉するための突出部83を有する。また、軸押しポンチ82は、成形媒体を供給するための高圧ポンプから延長する配管系86に連結され、成形媒体をアルミニウム押出し材10に供給するための供給路84が形成されている。成形媒体は、例えば水である。
図5は、図3に示される座面形成装置の金型のキャビティ面に形成される開口部を説明するための断面図、図6は、図3に示される座面形成装置の座面形成手段を説明するための断面図、図7は、図6の要部拡大図、図8は、座面形状を説明するための要部拡大断面図である。
座面形成手段90は、キャビティ面62に形成される開口部64から前進自在に配置されオス型91と、オス型91の駆動手段95とを有する。開口部64は、オス型91によってサイド面13に座面30を形成し得る位置に、配置される。
オス型91は、例えば、ピアスポンチからなり、座面形状が形成された端面92を有する。座面30は、略平坦な底面を有する凹部であるため、オス型91の端面92は、略平坦形状に形成されている。駆動手段95は、例えば、液圧シリンダからなる。
オス型91は、液圧成形後(膨出変形の完了後)において、開口部64から前進し、端面92に当接しているアルミニウム押出し材10の部位(当接部位)23に押込まれ、せん断を伴って変形を引き起すことで、座面30を形成する。したがって、座面30の略平坦な底面を取り囲む壁部31は、半切断によって形成されるせん断部である(図8参照)。
つまり、座面30は、材料を大きく伸ばすことのないように、せん断を伴って変形させて、形成されるため、アルミニウム押出し材10の全伸び特性は、比較的良好でないが、液圧成形後の座面形成の際における材料のバーストを抑制することが可能である。なお、本実施の形態においては、アルミニウム押出し材10の当接部位23は、膨出部位25(図5参照)に対応している。
座面30が形成されるサイド面13におけるくぼみ部15の突出量は、座面30が形成されないサイド面13におけるくぼみ部15の突出量より大きいことが好ましい。この場合、液圧成形の際における座面30が形成されることになるサイド面13の板厚減少をさらに抑制することが可能であるため、液圧成形後において、座面30を容易に形成することができる。
液圧制御手段は、例えば、成形媒体を供給するための高圧ポンプから延長する配管系86に配置されるバルブ手段と、液圧検出手段とを有する。液圧制御手段は、成形媒体の供給停止後において、液圧成形品20の内部空間に存在する成形媒体の排出量を調整することで、オス型91によって座面30を形成する際におけるアルミニウム押出し材10の内部の液圧Pを、最終液圧Pmax以下かつ、オス型91による座面形成における負荷によってアルミニウム押出し材10が変形しない液圧以上に制御する。
この場合、座面形成に必要とされる力を低減することができるため、座面形成手段90の設備コストの削減を図ることが可能である。なお、最終液圧Pmaxは、アルミニウム押出し材10の材質や、液圧成形品20のコーナー部の形状などの条件に応じて設定され、例えば、20〜400MPaである。
以上のように、本実施の形態は、座面を有する液圧成形品をアルミニウム押出し材から容易に形成することが可能である座面形成装置を提供することができる。
次に、座面形成装置50を適用したアルミニウム押出し材10の座面形成方法を説明する。図9は、金型に対するアルミニウム押出し材のセットを説明するための断面図、図10は、図9に続く、予備成形および形締めを説明するための断面図、図11は、図10に続く、液圧注入を説明するための断面図、図12は、図11に続く、膨出変形の完了を説明するための断面図、図13は、図12に続く、座面形成を説明するための断面図である。
まず、上型61を上昇させることで下型71から離間させ、アルミニウム押出し材10を、上型61および下型71のキャビティ面62,72の間にセットする(図9参照)。
その後、上型61を降下させ、上型61および下型71によって、アルミニウム押出し材10を挟み込んで型締めする(図10参照)。この際、アルミニウム押出し材10は、キャビティ面62,72によって押圧されて変形し、液圧成形品の長手方向形状に対応する予備成形が施される。
そして、軸押しシリンダ85を作動させ、軸押しポンチ82を金型側に押し込める(図11参照)。アルミニウム押出し材10の開口端部11は、軸押しポンチ82の突出部83により拡張されると共に、上型61および下型71によって規制される。そのため、アルミニウム押出し材10の開口端部11は、軸押しポンチ82に密着して、気密性が確保される。
その後、高圧ポンプを作動させて成形媒体の供給を開始する。成形媒体は、配管系86および供給路84を経由して、アルミニウム押出し材10の内部に供給される。
成形媒体の供給を継続し液圧Pが上昇することにより、アルミニウム押出し材10は徐々に膨出変形する(図11参照)。
そして、最終液圧Pmaxに到達した後、所定時間保持される。これによって、アルミニウム押出し材10は、液圧成形品の外形形状に対応するキャビティ面62,72に合致した形状まで膨出成形され、液圧成形が完了する(図12参照)。この際、アルミニウム押出し材10の膨出部位25は、くぼみ部によって外周長が長くなっているため、膨出による伸び量は、くぼみ部を有しない場合に比べて小さく、バーストが抑制される。
液圧成形の完了後、高圧ポンプを停止し、例えば、膨出変形したアルミニウム押出し材10の内部空間に存在する成形媒体を一部排出することで、液圧Pを、最終液圧Pmax以下かつ、オス型91による座面形成における負荷によってアルミニウム押出し材10が変形しない液圧以上に制御する。
そして、座面形状が形成された端面を有するオス型91を、キャビティ面62に形成される開口部64から前進させ、アルミニウム押出し材10の当接部位23に押込み、せん断を伴って変形を引き起すことで、座面30を形成する(図7および図13参照)。
座面30の略平坦な底面を取り囲む壁部31は、半切断によって形成されるせん断部である(図8参照)。つまり、座面30は、材料を大きく伸ばすことのないように、せん断を伴って変形させて、形成されるため、アルミニウム押出し材10の全伸び特性は、比較的良好でないが、液圧成形後の座面形成の際における材料のバーストが抑制される。
オス型91の押込み量は、座面30を形成するために0以上、かつ穿孔を避けるために座面30が形成される当接部位23の板厚以下であることが必要である。なお、座面30の近傍における強度を確保するためには、オス型91の押込み量は、座面30が形成される当接部位23の板厚の2分の1以下であることが好ましい。
オス型91による座面形成は、複数箇所を同時に実行したり、順次実行することも可能である。座面形成を順次実行する場合、座面形成を完了したオス型91の位置を固定するためのロック機構を設けることが好ましい。
座面形成の終了後、液圧成形品20の内部空間に残存する成形媒体を排出し、型開きされ、液圧成形品20が取り出される。
以上のように、本実施の形態は、座面を有する液圧成形品をアルミニウム押出し材から容易に形成することが可能である座面形成方法を提供することができる。
図14〜16は、本発明の実施の形態に係るアルミニウム押出し材の変形例1〜3を説明するための断面図である。
アルミニウム押出し材の断面は、略四角形状に限定されず、他の多角形状を適用することが可能である。例えば、略三角形状の断面を有するアルミニウム押出し材110(図14参照)や、略六角形状の断面を有するアルミニウム押出し材210(図15参照)を適用することが可能である。また、アルミニウム押出し材は、長手方向に沿って延長する内部リブ218(図15参照)を有したり、外周面から突出しかつ長手方向に沿って延長する外部リブを有することも可能である。さらに、アルミニウム押出し材は、くぼみ部を有しないアルミニウム押出し材310(図16参照)を適用することも可能である。
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、液圧成形品は、ピラー部材やインナー部材に限定されず、他の自動車部品に適用することが可能である。液圧成形品が有する座面は、別体部品の位置決め基準面に加え、例えば、別体部品を直接接合(例えば、溶接)するための取付け部位として利用することも可能である。また、アルミニウム押出し材は、予備成形が施されるものに限定されない。さらに、座面形成手段の配置位置および設置数は、特に限定されず、必要に応じて、適宜設定することが可能である。
本発明の実施の形態に係る液圧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液圧成形品を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る座面形成装置を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係るアルミニウム押出し材を説明するための断面図である。 図3に示される座面形成装置の金型のキャビティ面に形成される開口部を説明するための断面図である。 図3に示される座面形成装置の座面形成手段を説明するための断面図である。 図6の要部拡大図である。 座面形状を説明するための要部拡大断面図である。 本発明の実施の形態に係る座面形成方法を説明するための断面図であり、金型に対するアルミニウム押出し材のセットを示している。 図9に続く、予備成形および形締めを説明するための断面図である。 図10に続く、液圧注入を説明するための断面図である。 図11に続く、膨出変形の完了を説明するための断面図である。 図12に続く、座面形成を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係るアルミニウム押出し材の変形例1を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係るアルミニウム押出し材の変形例2を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係るアルミニウム押出し材の変形例3を説明するための断面図である。
符号の説明
10・・アルミニウム押出し材、
11・・端面開口部、
13・・サイド面、
15・・くぼみ部部、
20・・液圧成形品、
23・・当接部位、
25・・膨出部位、
30・・座面、
31・・壁部、
50・・座面形成装置、
60・・液圧成形用金型、
61・・上型、
62・・キャビティ面、
64・・開口部、
71・・下型、
72・・キャビティ面、
81・・液圧付与手段、
82・・ポンチ、
83・・突出部、
84・・供給路、
85・・シリンダ、
86・・配管系、
90・・座面形成手段、
91・・オス型、
92・・端面、
95・・駆動手段、
110・・アルミニウム押出し材、
210・・アルミニウム押出し材、
218・・内部リブ、
310・・アルミニウム押出し材、
・・コーナー部、
P・・液圧、
Pmax・・最終液圧。

Claims (15)

  1. アルミニウム押出し材が内部に配置され、成形品の外形形状に対応するキャビティ面を有する金型と、
    前記キャビティ面に形成される開口部と、
    座面形成のため、前記開口部から前進自在に配置され、座面形状が形成された端面を有するオス型と、
    前記金型によって型締めされた前記アルミニウム押出し材の内部空間成形媒体を供給することにより液圧を付与し、前記キャビティ面に合致する形状まで膨出変形させるための液圧付与手段と
    前記液圧付与手段によって供給された前記成形媒体の、前記内部空間からの排出量を調整することにより、前記アルミニウム押出し材の内部の液圧を、膨出変形が完了する最終液圧以下かつ、膨出変形した前記アルミニウム押出し材が前記オス型による座面形成における負荷によって変形しない液圧以上に制御するための液圧制御手段と、を有し、
    前記内部の液圧が前記最終液圧に到達して膨出変形が完了すると、前記成形媒体の前記内部空間からの排出量が調整されることにより、前記内部の液圧が、前記最終液圧以下かつ、前記負荷によって変形しない液圧以上に制御された状態で、前記オス型は、前記開口部から前進し、前記端面に当接している前記アルミニウム押出し材の部位に押込まれ、せん断を伴って変形を引き起すことで、座面を形成し、その後、前記内部空間に残存する成形媒体が、排出される
    ことを特徴とする座面形成装置。
  2. 前記オス型は、ピアスポンチからなることを特徴とする請求項1に記載の座面形成装置。
  3. 前記座面は、略平坦な底面を有する凹部であり、前記オス型の端面は、略平坦形状に形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の座面形成装置。
  4. 前記アルミニウム押出し材は、コーナー部と前記コーナー部間を延長するサイド面とを有する多角形状の断面を有し、前記サイド面は、長手方向に沿って延長しかつ内側に向かって突出するくぼみ部を有し、前記くぼみ部は、液圧を付加することで膨出変形する部位に対応しており、
    前記キャビティ面に形成される開口部は、前記オス型によって前記サイド面に前記座面を形成し得る位置に、配置されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の座面形成装置。
  5. 前記座面が形成されるサイド面におけるくぼみ部の突出量は、前記座面が形成されないサイド面におけるくぼみ部の突出量より大きいことを特徴とする請求項4に記載の座面形成装置。
  6. 前記成形品は、自動車のピラー部材であり、前記座面は、別体のピラー部品を取付けるための位置決め基準面として適用されることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の座面形成装置。
  7. 前記成形品は、自動車のインナー部材であり、前記座面は、別体のインナー部品を取付けるための位置決め基準面として適用されることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の座面形成装置。
  8. 成形品の外形形状に対応し、かつ、座面形成のため、座面形状が形成された端面を有するオス型が前進自在に配置される開口部が形成されているキャビティ面を有する金型の内部に、アルミニウム押出し材を配置して型締めし、
    前記金型によって型締めされた前記アルミニウム押出し材の内部空間成形媒体を供給することにより液圧を付与し、前記キャビティ面に合致する形状まで膨出変形させ、
    前記アルミニウム押出し材の内部の液圧が最終液圧に到達して膨出変形が完了すると、前記成形媒体の前記内部空間からの排出量を調整することにより、前記内部の液圧を、前記最終液圧以下かつ、膨出変形した前記アルミニウム押出し材が前記オス型による座面形成における負荷によって変形しない液圧以上に制御した状態で、前記オス型を、前記開口部から前進させ、前記端面に当接している前記アルミニウム押出し材の部位に押込み、せん断を伴って変形を引き起すことで、座面を形成し、
    その後、前記内部空間に残存する成形媒体を、排出する
    ことを特徴とする座面形成方法。
  9. 前記オス型は、ピアスポンチからなることを特徴とする請求項に記載の座面形成方法。
  10. 前記座面は、略平坦な底面を有する凹部であり、前記オス型の端面は、略平坦形状に形成されていることを特徴とする請求項又は請求項に記載の座面形成方法。
  11. 前記オス型の押込み量は、前記座面が形成される部位の板厚の2分の1以下かつ0以上であることを特徴とする請求項10のいずれか1項に記載の座面形成方法。
  12. 前記アルミニウム押出し材は、コーナー部と前記コーナー部間を延長するサイド面とを有する多角形状の断面を有し、前記サイド面は、長手方向に沿って延長しかつ内側に向かって突出するくぼみ部を有し、前記くぼみ部は、液圧を付加することで膨出変形する部位に対応しており、
    前記キャビティ面に形成される開口部は、前記オス型によって前記サイド面に前記座面を形成し得る位置に、配置されることを特徴とする請求項11のいずれか1項に記載の座面形成方法。
  13. 前記座面が形成されるサイド面のくぼみ部における突出量は、前記座面が形成されないサイド面のくぼみ部における突出量より大きいことを特徴とする請求項12に記載の座面形成方法。
  14. 前記成形品は、自動車のピラー部材であり、前記座面は、別体のピラー部品を取付けるための位置決め基準面として適用されることを特徴とする請求項13のいずれか1項に記載の座面形成方法。
  15. 前記成形品は、自動車のインナー部材であり、前記座面は、別体のインナー部品を取付けるための位置決め基準面として適用されることを特徴とする請求項13のいずれか1項に記載の座面形成方法。
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