JP4676594B2 - ハイドロフォーム加工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製の素材管を用いたハイドロフォーム加工法に関するものであり、特に断面丸型の素材管を断面角型の製品形状にまでハイドロフォーム加工する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハイドロフォーム加工法は、金型の内部にセットされた素材管を、内部に液体圧を加えながら軸押しすることにより膨らませ、金型の内部形状に沿った形状に成形する方法である。この加工法においては、素材管はまず分割式の金型内部にセットされ、型締めしたうえで軸押し工具を管端に当て、素材管の内面に液体圧を加えながら軸押しが行われる。
【０００３】
ところがこのハイドロフォーム加工において要求される製品形状の多くは断面角型であり、一方用いられる素材管は断面丸型である場合が多いのであるが、そのような場合にはその成形は容易でない。例えば仮に図６に示すように金型１の断面形状が正方形であり、素材管２の断面形状がこれに内接する円形である場合、素材管２を正方形にまでハイドロフォーム加工しようとしても、途中で角部に割れが発生してしまうことが多く、最終形状までの成形は容易でない。その理由は、素材を金型１の角部３まで変形させる際の変形度が、素材管２の持つ限界変形度を越えてしまうためであると考えられる。
【０００４】
そこで従来から、金型１の角部３に大きい角Ｒを付けて要求される変形度を緩和したり、金型１と素材管２との接触面の潤滑を工夫したり、素材自体をより変形し易いものにしたりするなどの様々な工夫がなされてきた。しかし潤滑面からのアプローチには限界があり、角Ｒや素材自体の変更は製品仕様により制限される要素が多いため、やはり限界がある。したがって、従来は丸型の素材管を断面角型になるまでハイドロフォーム加工することは、きわめて困難とされていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解決して、断面丸型の素材管を、角部に割れを生じさせることなく断面角型になるまでハイドロフォーム加工することができる方法を提供するためになされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、内面が角型の断面形状を有する分割式の金型の内部に丸型の断面形状を有する素材管をセットし、型締めしたうえ素材管の内面に液体圧を加えながら軸押しするハイドロフォーム加工法において、型締め時に押されるように型締め方向に細長く予加工された素材管を用い、型締めを開始して素材管の頂部を押さえると同時に素材管を次第に横方向に膨らませて金型の両側の内部側壁と接触させ、更に型締めを行うことにより素材管の頂部を押圧し、頂部と両側の接触点において摩擦力による拘束を受けたまま、金型の角部に向かって緩やかに折れ曲がるように変形させることにより、型締め状態における局所拡管率（接触点に挟まれた素材管の未接触部の周長Ｘと、それに対応する金型内面の周長Ｙとの比Ｙ/Ｘ）を、素材管の限界拡管率以下とするものである。
なお、予加工された素材管の断面形状が楕円形であることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施形態とともに更に詳細に説明する。
図１に示されるように、本発明においては断面円形の素材管２は前工程において断面が楕円形となるように縦長に細長く予加工されたうえ、図２に示すように分割式の金型１内にセットされる。金型１は内面が角型の断面形状を持つものであり、この実施例では型締め状態において一辺がＬの正方形状の断面形状を持つものである。素材管２は、予加工された楕円の長軸ａが型締め方向と一致するように金型１内にセットされる。
【０００８】
素材管２は、型締め時に押されるように長軸ａの長さがＬよりも長くなるように予加工しておくものとする。本発明は予加工された素材管２がある程度の楕円にならないと効果が出ず、またあまりに楕円にしすぎると却って型閉め時に座屈を誘発する。一般的に大きな効果が期待できるのは、楕円度（長径/端径の比）が１.２〜２.０の範囲である。
【０００９】
この状態から型締めを開始すると、素材管２の頂部４は押さえられそれと同時に素材管２は次第に横方向に膨らんで金型１の両側の内部側壁と接触するようになる。しかし更に型締めにより素材管２の頂部４が押圧されると、素材管２はそれ以上横方向に変形することができず、頂部４と両側の接触点５において摩擦力による拘束を受けたまま、図４に示すように、金型１の角部３に向かって緩やかに折れ曲がるように変形していく。図３は型締め完了状態を示すものであり、この図３の状態で型締めが完了するように、予加工の際の素材管２の長軸ａの長さを決定しておくものとする。
【００１０】
このようにして型締めが完了すると、次に定法により素材管２は軸押し工具により内面に液体圧を加えながら軸押しされ、金型１の内部形状に一致するまでハイドロフォーム加工される。このハイドロフォーム加工中においては、図４の型締め状態Ａから変形がスタートすることとなる。これに対して素材管２が円形のままであると、図５に示すように型締めとともに金型１の上下左右の内面との接触長さが広がるが、それらの中間部分は比較的フラットな状態を保ったままとなり、ハイドロフォーム加工は図５の型締め状態Ｂから変形がスタートすることとなる。
【００１１】
このハイドロフォーム加工のスタート時点における局所拡管率（接触点に挟まれた素材管の未接触部の周長Ｘと、それに対応する金型内面の周長Ｙとの比Ｙ/Ｘとして定義される値）を見ると、図５の型締め状態Ｂでは未接触部のみに観点を絞って局所的な拡管率を計算すると１.２２となったのに対して、図４の型締め状態Ａでは未接触部がほとんどないために１.１８となった。
【００１２】
一般的には炭素鋼管の限界拡管率は１.２０程度であることが多く、この場合には従来法に基づくＢの状態からのハイドロフォームが割れを発生させるのに対して、本発明に基づくＡの状態からのハイドロフォームによって良好に成形を完遂させることができる。なお参考までに、予め金型に収まるような円形状の素材管断面(図６あるいは図５のＣ)については、１/４周長＝２πＬ/４＝1.５７Ｌであり、かつ金型の１/４内周長＝２Ｌであるので、局所的な拡管率は２Ｌ/1.５７Ｌ＝１.２７となり論外となる。
【００１３】
このように、本発明にしたがって型締め時に押されるように型締め方向に細長く予加工された素材管２を用い、型締め完了時点において金型１の角部３に向かって素材管２を張り出させておけば、ハイドロフォーム加工開始時点における局所拡管率を従来よりも小さくすることができる。その結果、ハイドロフォーム加工工程中において割れが発生することを確実に防止することが可能となる。
【００１４】
なお、ここで用いられた局所拡管率という概念は本発明者によって新たに提案されたものであり、金型と素材管との接触点にはさまれた局部的な区間のみの拡管率を考慮する点において、従来にはなかった設計概念である。
【００１５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のハイドロフォーム加工法は、型締め時に押されるように型締め方向に細長く予加工された素材管を用いることにより、型締め完了時点において金型の角部に向かって素材管を張り出させるようにしたもので、これによってハイドロフォーム加工工程中において割れが発生することを防止することが可能となる。このため従来は加工できなかった角張った製品形状をも成形することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】素材管の予加工工程を示す断面図である。
【図２】予加工された素材管を金型にセットした状態を示す断面図である。
【図３】型締めした状態を示す断面図である。
【図４】金型の角部における素材管の変形状態を示す線図である。
【図５】素材管が円形断面あるいは円形に近い断面である場合の、金型の角部における変形状態を示す線図である。
【図６】従来技術を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 金型
２ 素材管
３ 角部
４ 頂部
５ 側方の接触点

Claims (2)

1. 内面が角型の断面形状を有する分割式の金型の内部に丸型の断面形状を有する素材管をセットし、型締めしたうえ素材管の内面に液体圧を加えながら軸押しするハイドロフォーム加工法において、型締め時に押されるように型締め方向に細長く予加工された素材管を用い、型締めを開始して素材管の頂部を押さえると同時に素材管を次第に横方向に膨らませて金型の両側の内部側壁と接触させ、更に型締めを行うことにより素材管の頂部を押圧し、頂部と両側の接触点において摩擦力による拘束を受けたまま、金型の角部に向かって緩やかに折れ曲がるように変形させることにより、型締め状態における局所拡管率（接触点に挟まれた素材管の未接触部の周長Ｘと、それに対応する金型内面の周長Ｙとの比Ｙ/Ｘ）を、素材管の限界拡管率以下とすることを特徴とするハイドロフォーム加工法。
2. 予加工された素材管の断面形状が楕円形である請求項１記載のハイドロフォーム加工法。

Images