JP4748861B2 - バルジ成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば断面円形の金属中空部材を拡管するとともに曲げ加工し、更に断面角型に成形するようなバルジ成形技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば自動車やバイクのフレームのように、その形状が二次元的、三次元的に変化する複雑形状の金属中空製品を断面円形の小径のパイプ素材からバルジ成形する際、曲げられた中空部材を軸押しして拡径しようとしても、軸押し効果が不充分で板厚が不均一になり、望んだ拡径率に成形することが出来ないため、例えば特開平８−１９２２３８号では、第１工程で拡径した後、第２工程で曲げ成形し、第３工程で断面形状を異形状に変化させるような技術を開示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、拡径した中空金属部材を曲げ成形するには、通常では特別な設備等を必要とするばかりでなく、曲げ精度に対する管理も難しくなり、生産効率を上げるのも困難であった。
また、曲げ成形した中空金属部材に対して、押し潰し圧を加えて断面形状を異形状に変化させようとする場合、曲げ方向と同じ方向から押し潰し成形すると、曲げによって形成された傾斜部位の材料が流動して、当該部位の板厚が局部的に減少し、所望の板厚が得られなくなるという問題もあった。
【０００４】
そこで本発明は、低圧で成形時間が短く、また、板厚減少等がなくて製品精度が良く、しかも安価な設備でバルジ成形が出来るようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、第１工程において、金属中空部材の内部に流体圧を加えることにより所定部位を拡径し、第２工程で、拡径された金属中空部材の内部に流体圧を加えた状態で所望の方向から押圧力を加えることにより当該箇所を曲げ成形し、第３工程では、曲げ成形された金属中空部材の内部に流体圧を加えた状態で、特定された投影線方向に対して直角方向に押し潰し圧を加えて断面形状を異形状に成形するようにし、第２工程の曲げ方向と、第３工程の押し潰し方向が交差するようにした。
【０００６】
このように中空内部に流体圧を加えた状態で押圧して曲げ成形した後、押し潰し圧を加えて断面異形状に成形するようにすれば、効率的に成形出来るとともに、安価な設備構成で成形可能となるが、曲げ方向と押し潰し方向を交差させることにより、曲げにより形成される傾斜部位の材料の流動が抑制され、当該部位の局部的な板厚減少を抑制出来る。
ここで、曲げ方向に交差する押し潰し方向としては、曲げ方向に一致せず、ある角度が生じる方向であり、曲げが一方向だけの場合は、なるべく曲げ方向から９０度位相が異なる方向が好ましい。また、曲げ方向が複数箇所で曲げ成形部品が三次元的に変化するような場合は、どの曲げ方向にも一致しない方向である。
【０００７】
尚、第３工程における押し潰し圧による成形は、例えば断面円形形状の曲げ成形部品を、周長がほぼ同一の断面角型形状の中空部品に成形するような加工であり、押し潰し圧を加えて成形することにより、内圧だけで成形することに較べて成形時間の短縮化が図られる。
【０００８】
また本発明では、第３工程の押し潰し方向を、第２工程で成形した金属中空部材を軸周りに回転させながら回転軸の横方向から金属中空部材に向けて光を照射した場合に、投影される金属中空部材の長手方向に沿った投影長さが最短になる投影線方向に対して直角方向であるようにした。
【００１０】
曲げ方向が複数方向で、三次元的に変化する形状の場合は、長手方向に沿った投影長さが最短になる投影線方向に対して直角方向に押し潰すので、曲げによる傾斜部位の材料流動の影響が一番少ない方向から押し潰すことになり、傾斜部位の板厚減少をより抑制することが出来る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は本発明のバルジ成形方法で成形するための装置構成の一例図、図２は第１工程の成形要領及び成形される拡径パイプ管の説明図、図３は第２工程の成形要領及び成形される曲げパイプ管の説明図、図４は第３工程の成形要領及び成形される角パイプ管の説明図、図５は第３工程の押し潰し方向の説明図、図６は本発明の効果を示す従来との比較図である。
【００１２】
本発明に係るバルジ成形方法は、例えば自動車やバイクのフレームのような複雑形状の製品を金属中空部材から成形する際、低圧で成形時間が短く、安価な設備で精度良く成形出来るようにされ、図１に示すような成形装置１を使用して、小径の丸パイプ管の所定部位を拡径した後、所望の箇所を曲げ成形し、次いで角パイプ管に押し潰し成形するようにされている。
【００１３】
すなわち、この成形装置１は、上型２と下型３を備えるとともに、この上型２と下型３の第１成形部４によって小径の丸パイプ素管の所定部位を拡径し、この第１成形部４で成形した拡径パイプ管Ｐ₁を第２成形部５で曲げ成形し、この第２成形部５で成形した曲げパイプ管Ｐ₂を第３成形部６で押し潰し成形することで、最終製品としての角パイプ管Ｐ₃を成形するようにしている。
【００１４】
第１成形部４は、図２にも示すように、上型２と下型３の型締めによって、丸パイプ素管Ｐ₀の径より大径の成形空間部が所定部位に画成されるようになっており、また、この成形空間部内にセットされる丸パイプ素管Ｐ₀の両端部近傍には、不図示の軸押し部材が配設されて丸パイプ素管Ｐ₀に軸圧縮荷重を加えることが出来るようにされるとともに、丸パイプ素管Ｐ₀を加熱する加熱手段７が設けられ、また、丸パイプ素管Ｐ₀内に流体圧を加えることが出来るようにされている。
【００１５】
そして、第１成形部４にセットした丸パイプ素管Ｐ₀を加熱手段７により加熱しつつ、パイプ内に流体圧を加えることにより、内圧によって丸パイプ素管Ｐ₀の所定部位を拡径させ、型２、３の成形空間部と同形の拡径パイプ管Ｐ₁を成形するようにしている。
【００１６】
また、第２成形部５は、図３に示すように、上型２と下型３の型締めによって拡径パイプ管Ｐ₁の所定部位を押圧して曲げパイプ管Ｐ₁を成形出来るようにされるとともに、押圧方向の側方は各型２、３から開放されており、また、拡径パイプ管Ｐ₁の内部に流体圧を加えることの出来る不図示の内部加圧機構が設けられている。
【００１７】
そして、型開き状態の第２成形部５に拡径パイプ管Ｐ₁をセットして、内部加圧機構によりパイプ内に流体圧を加えつつ、上型２と下型３を型締めすることにより、所定部位を押圧し、押圧部位が曲げ成形される曲げパイプ管Ｐ₂を成形するようにしている。
【００１８】
第３成形部６は、図４に示すように、上型２と下型３が曲げパイプ管Ｐ₂に押し潰し力をかけながら型締め状態に移行出来るようにされ、型締め状態でコーナ部が小アールで角型の成形空間部が画成されるようにしている。また、曲げパイプ管Ｐ₂の内部に流体圧を加えることの出来る不図示の内部加圧機構が設けられている。
【００１９】
そして、型開き状態の第３成形部６に曲げパイプ管Ｐ₂をセットし、内部加圧機構によりパイプ内に流体圧を加えつつ、上型２と下型３で押し潰し力をかけながら型締めすると、周長がほぼ同一の角パイプ管Ｐ₃が成形され、例えば内圧だけでコーナ部の小アールを形成することに較べて成形時間の短縮化が図られる。
【００２０】
ここで、第３成形部６で曲げパイプ管Ｐ₂に押し潰し力をかけて角パイプ管Ｐ₃を成形するにあたり、押し潰す際の方向について、図５に基づき説明する。
【００２１】
第２成形部５で拡径パイプ管Ｐ₁で成形した曲げパイプ管Ｐ₂に対し、第３成形部６で曲げ方向と同じ方向から押し潰し成形すると、図３に示すような曲げパイプ管Ｐ₂の傾斜部位ｔの材料が流動しやすくなり、同部の板厚減少が発生して肉厚が不均一になる。
このため、このような板厚減少を抑制するためには、曲げ方向に対して直角方向から押し潰し圧を加えて成形すれば良いが、曲げパイプ管Ｐ₂が複数方向に曲げられて三次元的に変化する形状である場合が問題になる。
【００２２】
そこで、本発明では、図５（ａ）に示すような曲げパイプ管Ｐ₂を回転軸Ｊまわりに回転させ、回転軸Ｊの横方向の光照射源Ｓから曲げパイプ管Ｐ₂に向けて光を照射して影を写し出し、この影の長手方向に沿った長さが最短になる投影線（光源と曲げパイプ管Ｐ₂と影を結ぶ線）方向に対して直角方向に押し潰し圧をかけて成形するようにしている。
【００２３】
すなわち、曲げパイプ管Ｐ₂の投影の代表例が、例えば図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）であったとすれば、このうちでは、長手方向に沿った長さ（曲線を直線に伸ばして較べた長さ）が最短である図５（ｃ）の投影線に対して直角方向から押し潰し圧を加えれば、曲げによる影響が一番少ない方向から押し潰し成形することになる。
そして、実際には、曲げパイプ管Ｐ₂を少なくとも１８０度回転させて、そのうち最短の投影長さが得られる姿勢で曲げパイプ管Ｐ₂を固定し、その時の投影線方向に対して直角方向から押し潰し圧を加えて加工するようにする。
【００２４】
そして、このような方向から押し潰し圧を加えて加工することで、傾斜部位ｔの材料の流れが抑制されるようになり、板厚減少を抑制することが出来る。
【００２５】
以上のような要領により成形した角パイプ管Ｐ₃は、図６に示すように、例えば拡管率３０％程度で、従来の板厚減少率が３０％程度であったものを１０％程度の板厚減少率に抑制することが出来、また、拡管率５０％程度で、従来の板厚減少率４０％程度であったものを２０％程度の板厚減少率に抑制することが出来るようになった。
【００２６】
尚、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、熱間に限らず、冷間及び温間による成形にも適用できる。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
例えば最終成形品の形状等は例示である。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明に係るバルジ成形方法は、金属中空部材の内部に流体圧を加えることにより所定部位を拡径した後、拡径された金属中空部材の内部に流体圧を加えた状態で所望の方向から押圧力を加えることにより当該箇所を曲げ成形し、次いで、曲げ成形された金属中空部材の内部に流体圧を加えた状態で所望の方向から押し潰し圧を加えて断面形状を異形状に成形するようにするとともに、曲げ方向と押し潰し方向が交差するようにしたため、効率的に成形出来るとともに、安価な設備構成で成形可能となり、また曲げにより形成される傾斜部位の材料の流動が抑制され、当該部位の局部的な板厚減少を抑制出来る。
また、押し潰し方向として、曲げ成形した金属中空部材の側方から光を照射した場合に、投影される金属中空部材の長手方向に沿った投影長さが最短になる投影線方向に対して直角方向であるようにするので、複雑形状に曲げ成形される金属中空部材に対して、曲げの影響が一番少ない方向から押し潰すことになって、板厚減少を一層抑制することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバルジ成形方法で成形するための装置構成の一例図
【図２】第１工程の成形要領と成形される拡径パイプ管の説明図
【図３】第２工程の成形要領と成形される曲げパイプ管の説明図
【図４】第３工程の成形要領と成形される角パイプ管の説明図
【図５】第３工程の押し潰し方向の説明図
【図６】本発明の効果を示す従来との比較図
【符号の説明】
１…成形装置、４…第１成形部、５…第２成形部、６…第３成形部、Ｊ…回転軸、Ｓ…光照射源。

Claims (1)

1. 金属中空部材の内部に流体圧を加えることにより所定部位を拡径する第１工程と、この拡径された金属中空部材の内部に流体圧を加えた状態で所望の方向から押圧力を加えることにより当該箇所を曲げ成形する第２工程と、この曲げ成形された金属中空部材の内部に流体圧を加えた状態で、特定された投影線方向に対して直角方向に押し潰し圧を加えて断面形状を異形状に成形する第３工程からなり、前記第２工程の曲げ方向と、第３工程の押し潰し方向が交差するようにしたバルジ成形方法において、第２工程で成形した金属中空部材を軸周りに回転させながら回転軸の横方向から金属中空部材に向けて光を照射した場合に、投影される金属中空部材の長手方向に沿った投影長さが最短になる投影線方向を特定する工程を備えることを特徴とするバルジ成形方法。

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