JP4590956B2

JP4590956B2 - 液圧成形方法

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Publication number: JP4590956B2
Application number: JP2004205193A
Authority: JP
Inventors: 伸史大江
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2024-07-12
Also published as: JP2006026648A

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、重ね合わせた板材の周辺を接合してなる予備成形体を、成形金型の内側に配置し、型締めした後に、予備成形体の内部に液圧を付加することで膨出変形させて、成形品を得ている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−１６８８２７号公報

しかし、補強材を溶接し、成形品の強度および剛性を部分的に向上させる場合、溶接熱によって高温となった部位は、温度が低下する際に熱収縮を引き起こす。熱収縮は、成形品を歪ませる応力を発生させ、成形品の精度を低下させる問題を有する。また、溶接の際のスプリングバックの影響により形状が安定せず、溶接品質が低下したり、補強材と成形品との間に隙間が生じる虞もある。

一方、型などを使用することで、成形品の歪みを矯正することも可能であるが、生産性の低下や、製造コストの上昇を引き起こす。

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、強度および剛性が部分的に補強されかつ良好な精度を有する成形品を簡易に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、
周辺が接合された２枚の重ね合わせ板材を有する予備成形体が適用される液圧成形方法であって、
前記板材の少なくとも一方における、膨出変形の際において材料の流動が生じない非流動部位に位置している領域に、シート状の補強材を溶接した後において、前記予備成形体を、略平坦な底部と、型分割面の境界から延長する側面部と、前記側面部と前記底部との間の位置する屈曲した移行部と、を有するキャビティ面を備えた成形金型の内側に配置して型締めし、
前記予備成形体の内部に液圧を付加して膨出変形させ、前記シート状の補強材が溶接された領域を、前記キャビティ面の略平坦な前記底部と屈曲した前記移行部とに押圧する
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、予備成形体が有する板材の少なくとも一方に、補強材が溶接されているため、強度および剛性が部分的に補強された成形品が得られる。また、補強材の溶接によって引き起こされる熱収縮に起因する板材あるいは予備成形体の歪みは、予備成形体の膨出変形の際に矯正されるため、得られる成形品の精度に影響を及ぼさない。また、補強材はシート状であり、補強材が溶接されている領域（部位）は、キャビティ面の略平坦な底部と屈曲した移行部とに押圧される。つまり、補強材が溶接されている領域は、型分割面の境界から遠位にあり、材料の流動が生じない非流動部位に位置しているため、ほとんど変形せず、キャビティ面の略平坦な底部と屈曲した移行部とに向かって張り付くように押圧されるため、予備成形体の膨出変形に起因する補強材の剥離や皺の発生が抑制される。さらに、補強材は、成形前の板材の状態で溶接されるため、溶接の際にスプリングバックは生じず、溶接品質の低下や隙間の発生は抑制される。また、歪みを矯正するための独立した設備や工程を必要としないため、生産性の低下や、製造コストの上昇を引き起こさない。つまり、強度および剛性が部分的に補強されかつ良好な精度を有する成形品を簡易に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。本実施の形態に係る成形品５０は、補強材３０が溶接されかつ接合されたフランジ部５１を有する中空構造材であり、強度および剛性が部分的に補強されている。成形品５０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に適用され、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利用される。なお、符号３１および５２は、接合部を示している。

図２および図３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および背面図、図４は、図２の線ＩＶ−ＩＶに関する断面図である。

成形品５０の素材である予備成形体４０は、２枚の重ね合わせ板材１０，２０と、補強材３０とを有する。板材１０，２０および補強材３０は、例えば、熱延鋼板や冷延鋼板からなる。

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とを有し、周辺に接合部４１が配置されている。端部１１は、ドーム状部１２が形成されている。

板材２０は、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とを有し、接合部４１のために若干大きいサイズに設定されている。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。

補強材３０は、略矩形のシート状であり、板材１０の中央部１５に溶接により接合されており、板材１０，２０の合わせ面の逆側に位置する外面に位置している。補強材３０は、板材１０，２０の一方に溶接することに限定されず、目的とする強度および剛性を考慮し、板材１０，２０の双方に溶接することも可能である。補強材３０は、成形前の板材の状態で溶接されるため、溶接の際にスプリングバックは生じず、溶接品質の低下や隙間の発生は抑制される。

作業性および補強材３０の溶接による影響を考慮すると、板材１０，２０の周辺は、補強材３０を溶接した後において接合することが好ましい。しかし、必要に応じて、板材１０，２０の周辺を接合した後において、補強材３０を溶接することも可能である。

補強材３０の溶接方法は、特に限定されず、プラズマアーク溶接やレーザ溶接による貫通溶接や隅肉溶接あるいは抵抗溶接を適用することが可能である。また、フィラーワイヤを適宜使用することも可能である。なお、板材１０，２０の周辺の接合方法は、特に限定されず、接着や溶接を適用することが可能である。さらに、補強材３０の溶接方法と同一とすることも可能である。

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。

本発明の実施の形態に係る液圧成形装置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４０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７１，８１は、目的とする成形品５０の外形に対応した形状を有する。押圧部７５，８５は、型締めによって予備成形体４０の外周を把持する部位である。

上型７０のキャビティ面７１は、型分割面の境界から延長する側面部７２と、略平坦な底部７４と、側面部７２と底部７４との間の位置する屈曲した移行部７３とを有する。底部７４は、キャビティ面７１の中央部に位置し、板材１０の中央部１５に溶接された補強材３０と相対する。

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４０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のキャビティ面８１は、上型７０のキャビティ面７１と同様に、型分割面の境界から延長する側面部８２と、略平坦な底部８４と、側面部８２と底部８４との間の位置する屈曲した移行部８３とを有する。なお、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、予備成形体４０の内部に液圧を付与して膨出させるために使用され、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。

ノズル部９１は、予備成形体４０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。

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。したがって、ノズル部９１を開口部２２に挿入し、予備成形体４０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を経由して、予備成形体４０の内部に導入することが可能である。予備成形体４０の内部に液圧を付与して膨出させるための成形媒体は、例えば、水である。

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に続く、成形初期を説明するための断面図、図１０は、図９に続く、成形中期を説明するための断面図、図１１は、図１０に続く、成形後期を説明するための断面図である。

まず、周辺が接合された２枚の重ね合わせ板材１０，２０と、板材１０に予め溶接された補強材３０とを有する予備成形体４０が、下型８０に配置される。この際、板材２０に形成されている開口部２２を、液圧供給手段９０のノズル部９１のドーム状部９２に位置決めし、ドーム状部９２を、板材１０のドーム状部１２に嵌合する。これにより、ドーム状部９２の注入口９３は、板材１０と板材２０との間に位置合せされ、予備成形体４０の内部と流路９８とが連通する。

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８参照）。この際、板材１０のドーム状部１２は、上型７０の押圧部７５に位置する凹部７６の先端部７６Ａに嵌合され、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確保される。

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を経由して、予備成形体４０の内部に導入し、液圧を付与することで、キャビティ面７１，８１の内部に位置している予備成形体４０の部位を膨出変形させる（図９および図１０参照）。

この際、型分割面の境界の近傍に位置する部位は、材料の流動を伴いながら大きく変形していく。また、上型７０および下型８０の押圧部７５，８５によって把持されている予備成形体４０の部位が、キャビティ面７１，８１に向かって移動することで、材料流入を引き起こす。そのため、板厚の減少が過度に進行し、材料が破断したり、接合部４１に亀裂が発生すること等が抑制される。

一方、補強材３０が溶接されている部位は、キャビティ面７１の底部７４に押圧される領域に位置している。つまり、補強材３０が溶接されている部位は、型分割面の境界から遠位にあり、材料の流動が生じない非流動部位に位置しているため、ほとんど変形せず、キャビティ面７１の底部７４に向かって張り付くように押圧される。したがって、予備成形体４０の膨出変形に起因する補強材３０の剥離や皺の発生が抑制される。

さらに、補強材３０の溶接によって引き起こされる熱収縮に起因する板材１０，２０あるいは予備成形体４０の歪みは、予備成形体４０の膨出変形の際に矯正されるため、得られる成形品の精度に影響を及ぼさない。

予備成形体４０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４０の膨出が完了する（図１１参照）。そして、除圧した後、上型７０を上昇させて型開し、切断などのトリミングが施されることで、良好な精度を有する成形品が得られる。したがって、歪みを矯正するための独立した設備や工程を必要としないため、生産性の低下や、製造コストの上昇を引き起こさない。

なお、補強材３０は、膨出変形の際においてキャビティ面７１の底部７４に押圧されることで、補強材３０が溶接されている領域を、板材１０，２０の合わせ面に向かって陥没させ、凹部を形成する。補強材３０は、凹部に埋没するため、補強材３０の表面と、補強材３０に隣接する部位（凹部に隣接する部位）の表面は、略同一平面上に位置する。したがって、例えば、ブラケット等の他部品を取付ける際において、補強材３０の存在による干渉が、抑制される。

以上のように、本実施の形態は、強度および剛性が部分的に補強されかつ良好な精度を有する成形品を簡易に得るための液圧成形方法を提供することができる。

次に、図１２〜図１５を参照し、本発明の実施の形態に係る変形例１〜４を説明する。
補強材３０が溶接される部位は、特に限定されないが、膨出変形の際において材料の流動が生じない非流動部位に位置していることが好ましい。成形金型のキャビティ面における移行部に押圧される板材の部位は、底部に押圧される部位と同様に、材料の流動が生じない非流動部位に位置している。したがって、図１２の断面図に示されるように、キャビティ面における移行部および底部に押圧されることになる領域に、補強材３０を予め溶接することも可能である。

また、補強材３０の設置数および形状は、必要に応じて適宜設定可能である、例えば、図１３の平面図に示されるように、複数配置することも可能である。

さらに、補強材３０が溶接される面は、板材の合わせ面の逆側に位置する外面に限定されず、図１４の断面図に示されるように、板材の合わせ面に位置する内面とすることも可能である。

また、補強材３０と相対する成形金型のキャビティ面に、補強材３０の形状に対応する凹部を形成する場合、図１４の断面図に示されるように、補強材３０の表面と、補強材３０に隣接する部位の表面とが同一平面上にない成形品を得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、板材および補強材は、同一材質から構成されることに限定されず、板材を良好な成形性を有する材質から構成し、補強材を良好な強度および剛性を有する材質から構成す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に続く、成形初期を説明するための断面図である。図９に続く、成形中期を説明するための断面図である。図１０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に係る変形例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変形例２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変形例３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変形例４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・・補強材、
３１・・接合部、
４０・・予備成形体、
４１・・接合部、
５０・・成形品、
５１・・フランジ部、
５２・・接合部、
６０・・液圧成形装置、
７０・・上型、
７１・・キャビティ面、
７２・・側面部、
７３・・移行部、
７４・・底部、
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、
８２・・側面部、
８３・・移行部、
８４・・底部、
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、
Ｐｍａｘ・・最終液圧。

Claims

周辺が接合された２枚の重ね合わせ板材を有する予備成形体が適用される液圧成形方法であって、
前記板材の少なくとも一方における、膨出変形の際において材料の流動が生じない非流動部位に位置している領域に、シート状の補強材を溶接した後において、前記予備成形体を、略平坦な底部と、型分割面の境界から延長する側面部と、前記側面部と前記底部との間の位置する屈曲した移行部と、を有するキャビティ面を備えた成形金型の内側に配置して型締めし、
前記予備成形体の内部に液圧を付加して膨出変形させ、前記シート状の補強材が溶接された領域を、前記キャビティ面の略平坦な前記底部と屈曲した前記移行部とに押圧する
ことを特徴とする液圧成形方法。
前記板材の周辺は、前記補強材を溶接した後で、接合されることを特徴とする請求項１に記載の液圧成形方法。
前記キャビティ面の略平坦な底部は、前記キャビティ面の中央部に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液圧成形方法。
前記補強材は、前記成形金型のキャビティ面の前記底部と前記移行部とに押圧されることで、前記板材に埋没することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液圧成形方法。
前記補強材と相対する前記成形金型のキャビティ面は、前記補強材の形状に対応する凹部を有することを特徴とする請求項４に記載の液圧成形方法。
前記板材および前記補強材は、異なった材質からな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。