JP4592162B2

JP4592162B2 - 金属管の段差部の成形方法

Info

Publication number: JP4592162B2
Application number: JP2000234153A
Authority: JP
Inventors: 雄士陣内
Original assignee: Sango Co Ltd
Current assignee: Sango Co Ltd
Priority date: 2000-08-02
Filing date: 2000-08-02
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2020-08-02
Also published as: JP2002045935A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属管の段差部とその成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用プロペラシャフトにおいては、安全性の要求から、衝突時に軸方向へ過大荷重が作用した場合に座屈するか折れ曲がるように、図５に示すように、プロペラシャフト１０１に予め段差部１０２を設けておく場合がある。このような段差部１０２を設けたものとして、例えば特開平７―４４２３号公報に記載のものがある。このような段差部１０２は、中空の金属管からなる原管１０３の端部を縮径し、該縮径部１０４と原管１０３部との間にテーパ部１０５を設けて、該テーパ部１０５により形成されている。
【０００３】
また、前記のプロペラシャフト以外の金属製の中空管においても、その金属管の端部に前記のようなテーパ部と該テーパ部の先に原管部より小径の直管部（縮管部）を形成する場合がある。
【０００４】
前記のように、金属管の端部を縮径してテーパ部とその先に直管状の縮径部を塑性加工する方法として、一般に金型による口絞り工法が用いられている。
【０００５】
この加工方法は、図６に示すように、入口部が加工管２０１の直径と略同等径で内側が縮径するテーパ面（円錐面）２０２からなる加工孔２０３を有するダイス２０４を使用し、加工孔２０３内へ加工管２０１が押し込まれるようにダイス２０４と加工管２０１を軸方向へ相対移動させて、加工管２０１の端部を絞って縮径する冷間塑性加工方法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の縮径加工方法によると、縮管率（絞り率）が２０〜２８％まで可能とされているが、実際にその縮管率を実現するには、複数回に分けて少しずつ縮径工程を繰り返さなければならず、場合によってはその複数の縮径工程の間において熱処理を施して材料の加工硬化を緩和させなければならない。
【０００７】
また、テーパ部の軸芯に対するテーパ角も３０度ほどが形成できる限度であり、これ以上の急な角度を望むと座屈等の変形を招き、その成形が困難になる。
【０００８】
そのため、例えば一般的な鋼管（ＳＴＫＭ材、直径７５ｍｍ、板厚１．６ｍｍ）の端部にテーパ角３０度のテーパ部と、そのテーパ部の先に原管に対する縮管率が２５％の直管状の縮径部を形成したい場合には、先ず第１工程として図６に示すようなテーパ面２０２の角度θ₁が約１５度に形成されているとともに縮管率が約１３％に設定された第１のダイス２０４を使用して縮管を行い、次で第２工程としてテーパ面２０２の角度が約３０度に形成されているとともに、前記第１工程で形成された縮径部に対して約１２％の縮管率に設定された第２のダイスを使用して縮管を行い、所期の形状の管を得るようにしている。
【０００９】
前記の各工程での縮管率の設定およびテーパ角の設定は、各工程における管での成形荷重が素材の座屈荷重より小さくなるようにして座屈を防ぐためであり、この工法を踏襲する限り、実際の成形においては、この程度の縮管率（２５％）とテーパ角（３０度）の両立が限界であるという問題があった。
【００１０】
したがって、大きな（急な）テーパ角、例えば６０度のテーパ角を望めば、縮管率をせいぜい５〜６％に設定するのが限界であった。
【００１１】
また、無理な成形、すなわち過大な軸押し荷重によって、テーパ部に隣接する原管部が部分的に外側へ膨出されてしまい、製品の機能を阻害する問題もあった。
【００１２】
以上のことから、冷間塑性加工により成形される段差部において、工程の中間に熱処理を行わずに、縮管率が３０％程度で、かつテーパ角が３０度以上の縮径が容易に実現できる金属管の段差部の成形方法が待たれていた。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記の課題を解決するために、請求項１記載の第１の発明は、金属管にテーパ部とそれに連続する縮径部とを、複数回の絞り工程にて形成する金属管の段差部の成形方法であって、
各絞り工程で形成される各テーパ部の管軸方向への実長を略一定に設定するとともに、
各絞り工程で形成される各テーパ部のテーパ角を漸増し、かつ、各絞り工程で形成される各縮径部の径を漸減していくことを特徴とする金属管の段差部の成形方法である。
【００１５】
前記第１の発明においては、各絞り工程においてテーパ部の管軸方向への実長を略等しくして順次絞り加工するため、すなわちテーパ部の実長を略変化させることなく絞り加工するため、テーパ部と、テーパ部の原管部及び縮径部との境界部の座屈が防止される。したがって、各絞り工程におけるテーパ部のテーパ角とその実長を規定するだけで、容易に高テーパ角と高縮径率を高形状精度で実現できる。
【００１６】
請求項２記載の第２の発明は、前記第１の発明において、マンドレルを内装するダイスの加工孔内へ金属管の端部を挿入し、これらを相対的に押し込むことで前記各絞り工程を行う金属管の段差部の成形方法である。
【００１７】
本発明においては、従来のダイスによる絞り加工方法を用いて、そのダイスの加工孔の形状を変更するのみで前記第１の発明の絞り加工を実現できる。
【００１８】
請求項３記載の第３の発明は、前記第１の発明において、金属管の端部あるいは端部以外の部分において、スピニング加工により前記の各絞り工程を行う金属管の段差部の成形方法である。
【００１９】
本発明においては、スピニング加工により、金属管の端部あるいは端部以外の金属管の途中において、テーパ部と縮径部を形成する場合に、そのテーパ部と縮径部をスピニング加工で前記の各絞り工程を行うことにより、金属管の端部のみならず途中の縮径加工においても、容易に高テーパ角と高縮径率を高形状精度で実現できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１乃至図４に示す実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は本発明の段差部の成形方法により形成された金属管の１例を示す側断面図で、該金属管１は中空管で、原管部２の両端部に絞り加工されたテーパ部３ａ，３ｂを有し、更に該テーパ部３ａ，３ｂの軸方向における外側に絞り加工された縮径部４ａ，４ｂを有する。この絞り加工された部分が段差部３０である。
【００２２】
なお、実施例として図１に示す完成形状の金属管は、その原管２の直径が７５ｍｍで、その縮径部４ａ，４ｂの原管部２に対する縮管率が約２０％で、テーパ部３ａ，３ｂの管軸に対するテーパ角度θ₃が６０度のものである。
【００２３】
このような原管径が７５ｍｍで、縮管率が約２０％で、テーパ角度が６０度の完成形状を例として本発明の金属管の段差部とその成形方法を図２及び図３により説明する。なお、図２及び図３は、前記図１に示す金属管１の左側のテーパ部３ａと縮径部４ａの成形工程を示す。
【００２４】
先ず、第１の工程として、図２（ａ）に示すように、ダイス軸芯Ｘに対するテーパ角θ₄が３０度で、かつダイス軸芯Ｘを含む平面上での軸芯方向への所定の長さＬを有するテーパ加工面１１と、該テーパ加工面１１の奥部に形成した縮管率約１２％程度の縮径加工面１２とからなる加工孔１３ａを有する第１のダイス１３を使用して、直径が７５ｍｍの金属管（原管）１の端部を前記第１のダイス１３の加工孔１３ａ内に押し込んで金属管１の端部を絞り加工する。この押し込みは、図２（ａ）において、金属管１を固定しておいて第１のダイス１３をプレス機などの適宜駆動手段で図の右側へ移動してもよく、また、逆に第１のダイス１３を固定しておいて金属管１をプレス機などの適宜駆動手段により図の左側へ移動してもよく、更に、金属管１と第１のダイス１３の前記の動きを、双方同時に行ってもよい。要は第１のダイス１３と金属管１が相対的に押し込み方向へ移動して絞り加工を行うようにすればよい。
【００２５】
前記の第１の工程により、金属管１の端部は図３の右側に示すように、金属管１の管軸Ｘを含む平面上での断面において、原管部２の点αから、管軸Ｘに対して３０度のテーパ角θ₄で漸次縮径する実長Ｌを有するテーパ部Ａと、該テーパ部Ａの先部の点β₁から縮管率約１２％程度の直管状の縮径部ａが一連に絞り形成され、図２（ｂ）の右側に示すような金属管１ａに形成される。
【００２６】
この第１の工程は、テーパ角が３０度で、縮管率が約１２％程度であるため、従来通り無理のない絞り加工が行える。
【００２７】
なお、前記ダイス１３内には、図２（ａ）に示すようにマンドレル４０ａが定位置に内装されており、前記の絞り加工が正確に行えるようになっている。このマンドレル４０ａは定位置に固定してもよく、また、周知の可動式マンドレル（ダブルアクション式）を適宜用いてもよい。
【００２８】
次に、第２の工程として、前記第１の工程で絞り加工された金属管１ａの端部を更に絞り加工する。
【００２９】
この第２の工程で使用するダイスは、図２（ｂ）に示すように、ダイス軸芯Ｘに対するテーパ角θ₅を４５度に設定し、かつダイス軸芯Ｘを含む平面上での軸芯方向の長さＬを前記第１のダイス１３のテーパ加工面１１の長さＬと略等しい長さに設定したテーパ加工面１４と、該テーパ加工面１４の奥部に形成された縮管率（原管径に対する縮管率）約１６％の縮径加工面１５とからなる加工孔１６ａを有する第２のダイス１６を使用する。
【００３０】
また、ダイス１６内には、前記と同様にマンドレル４０ｂが定位置に設けられ、絞り加工が正確に行われるようになっている。このマンドレル４０ｂは前記のように固定式でも可動式でもよい。
【００３１】
そして、この第２のダイス１６およびマンドレル４０ｂと前記第１の工程で絞り加工された金属管１ａとを、前記第１の工程と同様に相対的に押し込み、第２の工程を行う。
【００３２】
この第２の工程により、前記の金属管１ａにおけるテーパ部Ａは、図２（ｃ）の右側及び図３の右側に示すように、金属管１ｂの管軸Ｘを含む平面上での断面において、前記第１の工程で加工されたテーパ部Ａにおける原管部２との境界点αから、管軸Ｘに対して４５度のテーパ角θ₅で漸次縮径し、かつ前記テーパ部Ａの管軸方向の実長（境界点αからβ₁までの最端距離）Ｌと略等しい長さＬを有するテーパ部Ｂに絞り加工され、また、前記縮径部ａは、テーパ部Ｂの先部の点β₂から縮管率（原管径に対する縮管率）約１６％の縮径部ｂに絞り加工される。
【００３３】
つまり、第１の工程で形成されたテーパ部Ａと縮径部ａとの境界点β₁が、図３の右側で示すように、テーパ部Ａと原管２との境界点αを中心とする円γ上に乗りながらβ₂まで絞り加工され、テーパ部Ａの実長Ｌが略変化することなく縮径される。このように、縮管に伴うテーパ部長さの変化がないことにより、テーパ部Ｂ及びその境界点α、β₂における座屈の発生が防止される。
【００３４】
この第２の工程におけるテーパ部の絞り工程をそのテーパ部の全周面でみると、テーパ部の面積が変化するため、テーパ部自体の肉流れ（塑性流動）が生じる。しかし、軸押し荷重の影響を受けて最も座屈する原因となるテーパ部の実長Ｌの変化をなくしたことにより、座屈を阻止することができる。
【００３５】
この第２の工程により、図２（ｃ）の右側に示すような金属管１ｂが形成される。
【００３６】
次に、第３の工程として、前記第２の工程で絞り加工された金属管１ｂの端部を更に絞り加工する。
【００３７】
この第３の工程で使用するダイスは、図２（ｃ）に示すように、ダイス軸芯Ｘに対するテーパ角θ₆が６０度で、かつダイス軸芯を含む平面上での軸芯方向への長さＬが前記第１及び第２のダイス１３，１６のテーパ加工面１１，１４の長さＬと略等しい長さＬを有するテーパ加工面１７と、該テーパ加工面１７の奥部に形成された縮管率（原管径に対する縮管率）が約２０％程度の縮径加工面１８とからなる加工孔１９ａを有する第３のダイス１９を使用する。
【００３８】
また、ダイス１９内には、前記と同様にマンドレル４０ｃが定位置に設けられ、絞り加工が正確に行われるようになっている。このマンドレル４０ｃは前記のように固定式でも可動式でもよい。
【００３９】
そして、この第３のダイス１９およびマンドレル４０ｃと前記第２の工程で絞り加工された金属管１ｂとを、前記第１の工程と同様に相対的に押し込み、第３の工程を行う。
【００４０】
この第３の工程により、前記金属管１ｃにおけるテーパ部Ｂは、図２（ｄ）及び図３の右側に示すように、金属管１ｃの管軸Ｘを含む平面上での断面において、前記第２の工程で加工されたテーパ部Ｂにおける原管２との境界点αから、管軸Ｘに対して６０度のテーパ角θ₆で漸次縮径し、かつ前記テーパ部Ｂの管軸方向の実長（境界点αからβ₂までの最端距離）Ｌと略等しい長さＬを有するテーパ部Ｃに絞り加工され、また、前記縮径部ｂは、テーパ部Ｃの先部の点β₃から縮管率（原管径に対する縮管率）約２０％の縮径部ｃに絞り加工される。
【００４１】
つまり、第２の工程で形成されたテーパ部Ｂと縮径部ｂとの境界点β₂が、図３の右側で示すように、テーパ部Ｂと原管２との境界点αを中心とする円γ上に乗りながらβ₃まで絞られ、テーパ部Ｂの実長Ｌが略変化することなく縮径される。このように縮管に伴うテーパ部長さの変化がないことにより、前記第２の工程と同様にテーパ部Ｃ及びその境界点α、β₃における座屈の発生が防止される。
【００４２】
この第３の工程により、図２（ｄ）に示すような段差部３０を有する金属管１ｃが形成される。
【００４３】
前記のような複数回の絞り工程を設定することにより、従来加工法では不可能であった約２０％の縮管率でかつ、約６０度のテーパ角を有する金属管を、熱処理をすることなく容易に得ることができる。
【００４４】
更に、テーパ部のテーパ形状が正確に成形されるため、該テーパ部に隣接する原管部と縮径部も正確に成形される。更に、マンドレルを内装したダイスで絞り成形するので、より正確な成形が行える。
【００４５】
なお、図２及び図３において、実際には金属管における前記α部とβ部にそれぞれ図１に示すようなアールがつくが、特にβ部はダイスの加工孔のβ部のアールがそのまま転写される。この転写性も、前記のような工法によってテーパ部の実長が変化しないため、正確に行われる。
【００４６】
なお、前記の第１工程および第２工程のテーパ角および縮管率は前記の値に限るものではなく、第３工程でのテーパ角および縮径率が得やすい値に夫々所望に設定するものである。
【００４７】
また、前記の第３工程で形成された金属管１ｃを、更にテーパ加工面のテーパ角が大きく、かつ縮径加工面の直径が小さいダイスとマンドレルで順次絞り加工し、すなわち４工程以上で絞り加工することにより、７５度あるいは究極的には９０度のテーパ角で、かつ縮径部の縮管率も大きい金属管を得ることができる。
【００４８】
更に、金属管の材料やダイスおよびマンドレルと金属管の相対移動技術によっては、前記の工程を２工程に減らすことも可能であるし、テーパ角が６０度であっても４工程以上必要な場合もあるが、それは適宜最適条件を選択すればよい。
【００４９】
また、前記実施例は、ダイスとマンドレルを使用して金属管の端部に段差部３０を成形する例を示したが、ダイスとマンドレルを使用することなくスピニング加工で金属管の端部を前記の工程によって縮管加工して段差部３０を成形してもよい。
【００５０】
すなわち、前記金属管のテーパ部Ａ，Ｂ，Ｃを、そのα点を中心として軸方向の実長Ｌを略等しく保ちつつスピニングローラで絞り、かつ縮径部ａ，ｂ，ｃもスピニングローラで同時に縮径してもよい。
【００５１】
このようなスピニング加工による縮管によっても前記と同様の作用、効果が得られる。
【００５２】
なお、このスピニング加工においては、周方向に等間隔に複数個配置されたスピニングローラが、加工部位の周囲を、加工部位の軸芯を中心として公転圧接する方式にするとよい。
【００５３】
前記実施例は金属管の端部にテーパ部と縮径部を形成する例であるが、図４に示すように、スピニングローラ２０によって金属管１の中間部（一般部）にテーパ部３ａ，３ｂと縮径部４ａを形成する場合に、これを前記本発明による複数の絞り工程を用いて形成してもよい。
【００５４】
なお、本発明の段差部およびその成形方法は、前記のような自動車用プロペラシャフトに適用できるは勿論、その他の自動車用マフラー、触媒コンバータ、容器など、あらゆる中空状の金属管にも適用できるものである。
【００５５】
【発明の効果】
以上のようであるから、本発明によれば、各絞り工程におけるテーパ部のテーパ角とその実長を規定するだけで、容易に高テーパ角と高縮径率で、高形状精度の段差部が得られる。
【００５６】
請求項３記載の発明によれば、従来のダイスによる絞り加工の型設定を変更するだけで、前記の効果を実現できる。
【００５７】
請求項４記載の発明によれば、金属管の端部のみならず途中においても前記と同様の効果を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により成形された金属管の例を示す側断面図。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の絞り工程を示す各側断面図。
【図３】本発明の絞り工程を示す説明図。
【図４】本発明をスピニング加工で行う場合の例を示す金属管の側断面図。
【図５】テーパ部と縮径部を有するプロペラシャフトを示す図。
【図６】従来のダイスによる絞り工程を示す側断面図。
【符号の説明】
１，１ａ〜１ｃ金属管
２原管部
Ａ，Ｂ，Ｃテーパ部
ａ，ｂ，ｃ縮径部
Ｌテーパ部の実長

Claims

金属管にテーパ部とそれに連続する縮径部とを、複数回の絞り工程にて形成する金属管の段差部の成形方法であって、
各絞り工程で形成される各テーパ部の管軸方向への実長を略一定に設定するとともに、
各絞り工程で形成される各テーパ部のテーパ角を漸増し、かつ、各絞り工程で形成される各縮径部の径を漸減していくことを特徴とする金属管の段差部の成形方法。
マンドレルを内装するダイスの加工孔内へ金属管の端部を挿入し、これらを相対的に押し込むことで前記各絞り工程を行う請求項１記載の金属管の段差部の成形方法。
金属管の端部あるいは端部以外の部分において、スピニング加工により前記の各絞り工程を行う請求項１記載の金属管の段差部の成形方法。