JP4944322B2 - 中空部材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長手方向と直交する断面板厚が、その長手方向で異なる中空部材の製造方法、また、長手方向と直交する断面形状が、その長手方向で異なる中空部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、産業機器、輸送機器などでは、その構成部品として金属製の中空部材が使用され、たとえば、自動車では、そのボデーフレーム、ドアフレームなどのフレーム部材として広く使用されている。
【０００３】
ところで、近年、環境対策、リサイクル、省資源化、軽量化などの要請から、前記中空部材は、アルミ材などの軽量材料を使用する外、長手方向における板厚や断面形状を自由にコントロールでき、駄肉を削減した最適な板厚配分とした管状部材や長手方向に最適な断面形状をもつ中空部材の開発が望まれている。
【０００４】
たとえば、特開平１０−２３０３１８号公報には、ダイスとマンドレルとの併用により中空素材を押し出し成形し、該中空素材をバルジ成形して長手方向における異形断面の中空部材の製造方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の方法では、長手方向における板厚分布を最適にコントロールすることができないばかりでなく、中空部材を可変断面とするのに特別の押出し設備を必要として、設備が大掛かりになり、設備費が嵩み、生産性が悪く、実用化が難しいという問題がある。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、長手方向における板厚分布を最適とした中空部材を簡単に製造することができ、また、長手方向における断面形状が異なる中空部材を簡単に製造できるようにした、新規な中空部材の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本請求項１記載の発明は、長手方向と直交する断面形状が、その長手方向で異なる中空部材の製造方法であって、管状素材を、その管状素材の長手方向の一部が他部よりも高温となるような温度差をつけて加熱する加熱工程と、前記加熱工程で前記温度差をつけて加熱された管状素材を軸方向に引張って、長手方向と直交する方向の断面板厚が、その長手方向に変化した伸長管状素材を得る引張工程と、前記引張工程の終了後の前記伸長管状素材を金型のキャビティ内にセットし、該伸長管状素材に内圧を加えて熱間で拡管成形する拡管成形工程とを含み、前記加熱工程は、先ず、前記管状素材の長手方向の一部だけを、該一部と他部との間に前記温度差がつくように加熱する部分加熱工程と、その部分加熱工程の終了後で且つ前記引張工程の前に前記管状素材の長手方向の全体を、前記一部が他部よりも高温である状態を維持しつつ更に加熱する全体加熱工程とからなり、前記全体加熱工程により加熱された前記管状素材の温度は、その全体加熱工程後の前記引張工程で引張成形された前記伸長管状素材の温度が、前記拡管成形工程を実行可能な所定温度となるように設定され、前記引張工程で引張成形された前記伸長管状素材は、これが前記所定温度に保たれている間に、前記キャビティ内にセットされて前記拡管成形工程が行われることを特徴としており、かかる特徴によれば、長手方向における断面形状の異なる中空部材を簡単に製造することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、添付図面に例示した本発明の実施例に基づいて以下に具体的に説明する。
【０００９】
まず、図１〜４を参照して、本発明の第１実施例について説明する。図１は、本発明製造方法により製造された中空部材の斜視図、図２は、管状素材から中空部材を製造する製造工程を示す図、図３は、管状素材の引張成形工程を示す図、図４は、拡管（バルジ）成形装置の断面図である。
【００１０】
この第１実施例では、アルミ合金製の、長手方向に同じ断面板厚であり、かつ等径の管状素材Ｐａから長手方向における断面板厚を可変に制御したのち、拡管（バルジ）成形により、略同じ断面板厚の、拡管成形部位を有する中空部材を製造する場合であり、この製造方法は、具体的には、
(1) 管状素材Ｐａの部分通電加熱工程
(2) 管状素材Ｐａの全体通電加熱工程
(3) 管状素材Ｐａの引張成形工程
(4) 引張成形後の伸長管状素材Ｐｂの拡管（バルジ）成形工程
とよりなり、以下に、これらの工程について順に説明する。
【００１１】
〔(1) 管状素材Ｐａの部分通電加熱工程〕（図３(1) 参照）
長手方向に同じ断面板厚で、同じ断面形状の、アルミ合金製の管状素材Ｐａは、加熱手段、たとえば通電加熱手段ＨＥによりその長手方向に部分的に加熱される。すなわち、管状素材Ｐａの両端部には、通電加熱手段ＨＥの＋極部３０と−極部３１とが導電接続され、また管状素材Ｐａの中間部の外周面には、電流迂回手段ＢＰが配設される。この電流迂回手段ＢＰは、管状素材Ｐａの長手方向の中間部分に、その長手方向に間隔をあけてアルミ合金よりも電気抵抗の小さい２つの低抵抗電導体（たとえば銅体）３２，３３を、そこを取り巻くように電導接続し、それらの低抵抗電導体３２，３３を導線３４により相互に接続して構成される。
【００１２】
前記管状素材Ｐａには、それを軸方向に引張する引張手段ＰＬが設けられる。この引張手段ＰＬは、管状素材Ｐａの一端に固定される固定部材３５と、その他端に固定される可動部材３６と、この可動部材３６に連結される引張アクチュエータ、すなわち引張シリンダ３７とより構成されており、この引張シリンダ３７の収縮作動によれば、管状素材Ｐａはその長手方向に引張される。
【００１３】
前記通電加熱手段ＨＥを通電稼働すれば、電流は管状素材Ｐａより、電流迂回手段ＢＰを経て再び管状素材Ｐａへと流れる。すなわち電流は、２つの低抵抗電導体３２、３３が、アルミ合金製の管状素材Ｐａよりも電気抵抗値が小さいことにより図３(1) の矢印ａに示すように、２つの低抵抗電導体３２，３３間に対応する管状素材Ｐａの中空部位Ｎを迂回して該管状素材Ｐａを流れる。したがって、管状素材Ｐａは、その長手方向の両側部位Ｓ、Ｓが加熱されて、その中間部位Ｎに比べ相対的に発熱量が大きくなる。
【００１４】
なお、この部分通電加熱工程では、管状素材Ｐａの引張手段ＰＬは作動しない。
【００１５】
〔(2) 管状素材の全体通電加熱工程〕（図３(2) 参照）
前工程にて、管状素材Ｐａの部分加熱により、その両側部位Ｓ，Ｓが、その中間部位Ｎよりも高温に加熱されたところで、通電加熱手段ＨＥの作動を継続しながら、電流迂回手段ＢＰの、２つの低抵抗電導体３２，３３を管状素材Ｐａから分離させる。これにより、通電加熱手段ＨＥの＋極部３０と−極部３１とは、管状素材Ｐａを全長を通して通電状態となり、電流は図３(2) の矢印ｂに示すように、管状素材Ｐａを流れ、該管状素材Ｐａをその全長に亘って通電加熱する。したがって、前記２つの工程により、管状素材Ｐａは、その左右両側部位Ｓ，Ｓが高温、たとえばその管状素材Ｐａの再結晶温度（５００°Ｃ）以上に加熱され、一方、管状素材Ｐａの中間部位Ｎは、それら左右両側部位Ｓ，Ｓよりも低温に加熱される。
【００１６】
なお、この全体通電加熱工程でも管状素材Ｐａの引張手段は作動しない。
【００１７】
〔(3) 管状素材Ｐａの引張成形工程〕（図３(3) 参照）
前記工程で、管状素材Ｐａは、その左右両側部位Ｓ，Ｓと、それらの中間部位Ｎが所定の温度差をもって加熱された状態となり、ここで前記引張手段ＰＬの作動により、管状素材Ｐａには、その軸方向に所定の張力を与える。これにより、管状素材Ｐａは軸方向に伸長するが、高温に加熱された左右両端部位Ｓ，Ｓは、変形抵抗が小さいので速く伸びて伸び量が大きくなるのに対し、それよりも低温に加熱された中間部位Ｎは、それよりも可変抵抗が大きいので遅く伸びてその伸び量が小さくなり、その結果、図２、（ｂ）に示すように、軸方向に伸ばされた伸長管状素材Ｐｂの断面板厚は、その中空部位Ｎが厚く、すなわち１．２５ｔであり、その左右両側部位Ｓ，Ｓの断面板厚は、中空部位Ｎよりも薄く、すなわちｔとなる。よって、伸長管状素材Ｐｂは、その軸方向における断面板厚が可変制御される。
【００１８】
〔(4) 引張成形後の伸長管状素材Ｐｂの拡管成形（バルジ成形）工程〕（図４参照）
前工程で軸方向に伸長された伸長管状素材Ｐｂは、適宜の搬送手段により拡管成形（バルジ成形）装置へ搬送される。
【００１９】
図４に示すように、拡管成形（バルジ成形）装置の金型Ｍは、基台１上に固設される固定金型、すなわち下金型２と、それらの固定金型に対する可動金型、すなわち上金型３とよりなり、該金型Ｍ上には昇降シリンダ４が連結され、該昇降シリンダ４の伸縮作動により、上金型３が昇降作動される。
【００２０】
前記金型Ｍは、前記工程にて軸方向に伸長され、未だ加熱状態（約５００°Ｃ）に保持されている伸長管状素材Ｐｂの再結晶温度以上での熱間拡管成形（熱間バルジ成形）をするための拡管成形型であり、この金型Ｍは図示しない加熱手段により、約５００°Ｃに加熱される。
【００２１】
前記下金型２の上面には、伸長管状素材Ｐｂの下側半部を成形するための下型成形面２ｍが形成され、また上金型３の下面には、伸長管状素材Ｐｂの上側半部を成形するための上型成形面３ｍが形成され、金型Ｍを型締めしたとき、それらの成形面２ｍ、３ｍによりキャビティ５が形成される。金型Ｍの左右両側には、伸長管状素材Ｐｂの両端部を固定するためのホールド手段Ｈが設けられる。このホールド手段Ｈは、金型Ｍの左右に左右ホルダ６，７を備えており、これらのホルダ６，７は、金型Ｍに対して進退移動が可能であり、基台１上に設けたガイド８，９上をアクチュエータ１０，１１の作動により移動制御される。そして左右ホルダ６，７の前進により、伸長管状素材Ｐｂの両端部は、左右ホルダ６，７の支持孔６ａ，７ａに嵌合、固定される。
【００２２】
また、金型Ｍの左右両側には、そこにセットされた伸長管状素材Ｐｂを軸方向から押圧するための押圧手段ＰＵが設けられる。この押圧手段ＰＵは、左右押圧シリンダ１２，１３を有しており、これらの押圧シリンダ１２，１３のロッド部１２ｒ，１３ｒの先部に固定される押圧部材１６，１７は、前記左右ホルダ６，７の支持孔６ａ，６ｂ内に進退自在に嵌入されており、左右押圧シリンダ１２，１３の伸長作動によれば、押圧部材１６，１７の先端が、伸長管状素材Ｐｂの両端にそれぞれ係合し、引き続く押圧部材１６，１７の前進作動により、伸長管状素材Ｐｂをその両端から軸方向に押圧することができる。
【００２３】
左右の押圧部材１６，１７と支持孔６ａ，７ａ間、およびこれらの支持孔６ａ，７ａと伸長管状素材Ｐｂの両端部外周面間には、それぞれシール手段ＳとしてのＯリング１９，２０が設けられ、これらのＯリング１９，２０は、押圧部材１６，１７が伸長管状素材Ｐｂに係合したとき、該伸長管状素材Ｐｂと、ホルダ６，７および押圧部材１６，１７間を流体密にシールすることができる。
【００２４】
金型Ｍ１の左右両側には、伸長管状素材Ｐｂ内を加圧するための圧縮エア供給手段Ａが設けられる。この圧縮エア供給手段Ａは、圧縮エア供給源２２から圧縮エア回路２３および押圧部材１６，１７に穿設したエア導入路２４を経て、伸長管状素材Ｐｂの密閉の中空部に圧縮エアを圧送するように構成されている。
【００２５】
前工程にて伸長成形され、未だ加熱状態（約５００°Ｃ）にある伸長管状素材Ｐｂは、同じく約５００°Ｃに加熱された金型Ｍ内に投入してそこにセットしてから、型締めシリンダすなわち昇降シリンダ４の作動により、該第１の金型Ｍ１の型締めを行う。伸長管状素材Ｐｂの両端部を左右ホルダ６，７の前進により固定したのち、押圧シリンダ１２，１３を伸長作動すれば、そのロッド部１２ａ，１３ａが管状素材ＰａＰａを軸方向に押し込み、軸押しを行いながら、圧縮エア源２２から圧縮エア供給路２３、エア導入路２４を経て管状素材ＰａＰａ内に、加圧エアを圧送して、該伸長管状素材Ｐｂに内圧を加えれば、伸長管状素材Ｐｂは、キャビティ５の上、下成形面３ｍ，２ｍになじむように熱間拡管成形（熱間バルジ成形）される。
【００２６】
拡管成形後の、伸長管状素材Ｐｂは、左右ホルダ６，７の後退後の、金型Ｍの型開きにより、そこから取り出されて、図２（ｃ）に示す、拡管成形管（バルジ成形管）Ｐｃが得られる。しかして、この拡管成形管Ｐｃは、その中空部位Ｎの径大部と、そこから左右に続く、左右両側部Ｓ，Ｓの先細りの左右截頭円錐部と、それらから続く未拡管成形（未バルジ成形部）の左右端部Ｅ，Ｅとを有する形状に成形されるが、前記左右端部Ｅ，Ｅは、それらを切断して、最終の成形品すなわち中空部材Ｐを得る（図１参照）。
【００２７】
ところで、前記(1) 〜(3) の部分加熱、全体加熱および引張工程を経た伸長管状素材Ｐｂは、図２（ｂ）に示すように、左右両側端部位Ｓ，Ｓの断面板厚がｔであり、またその中間部位Ｎの断面板厚がそれよりも厚い１．２５ｔであり、この伸長管状素材Ｐｂは、前記(4) の拡管成形（バルジ成形）により、図２（ｃ）に示すように、その中間部位Ｎが、左右両側端部位Ｓ，Ｓよりも径方向に伸びて径大に拡管成形されることにより、拡管成形後の拡管成形管Ｐｃは、図２（ｃ）に示すように、その全長に亘り略同じ板厚ｔとすることができ、その結果、左右端部Ｅ，Ｅを切断した拡管成形後の最終成形品、すなわち中空部材Ｐは、拡管成形により断面形状を変更したにも拘らず、その全長にわたり略等しい断面板厚ｔとす拡管成形管Ｐｃを得ることができる。そして、この第１実施例によれば、従来の拡管成形（バルジ成形）方法の欠点であるバルジ成形部の断面薄肉化が解消される。
【００２８】
つぎに図５を参照して本発明の第２実施例について説明する。
【００２９】
図５は、管状素材から中空部材を製造する製造工程を示す図であり、図５（ａ）に示すよう加工前に管状素材Ｐａは、長手方向の板厚が、全長にわたり一定の１．５ｔである。
【００３０】
図５（ｂ）に示すように、前記管状素材Ｐａは、前記第１実施例と同じ、部分通電加熱工程および全体通電加熱工程により、長手方向の部分加熱温度をコントロールし、また引張成形工程の引張力をコントロールすることにより、中間部位Ｎの板厚が１．５ｔであり、その左右両側部位Ｓ，Ｓの板厚がｔである伸長管状素材Ｐｂを得ることができる。
【００３１】
図５（ｃ）に示すように、前記伸長管状素材Ｐｂは、前記第１実施例と同じ(4) 拡管成形（バルジ成形）を経ることにより、その中間部位Ｎが径大に拡管成形され、その断面板厚１．２５ｔであり、その左右両側部位Ｓ，Ｓの板厚ｔよりも厚い拡管成形管Ｐｃを得ることができる。
【００３２】
そして、拡管成形後の拡管成形管Ｐｃは、前記第１実施例と同じく、その両端部Ｅ，Ｅを切断することにより、最終成形品であり中空部材Ｐ（図１参照）を得る。
【００３３】
以上の第１，２実施例より明らかなように、本発明にかかる中空部材の製造方法によれば、長手方向における断面板厚を可変制御して、駄肉を削除した、中空部材を簡単に製造することでき、さらに長手方向における断面板厚を可変制御し、かつその長手方向における断面形状の異なる中空部材を簡単、容易に製造することができる。
【００３４】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はその実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で種々の実施例が可能である。
【００３５】
たとえば、前記実施例では、本発明の成形方法をアルミ合金製の中空部材に実施した場合について説明したが、これを他の金属製中空部材の製造にも実施できることは勿論であり、この場合に管状部材の材質などに応じて、管状素材および金型の加熱温度がコントロールされる。また、この実施例では、管状素材に内圧を加える圧縮性流体にエアを用いているが、他の流体を用いてもよい。さらに前記実施例では、伸長管状素材を熱間拡管成形しているが、これを冷間拡管成形してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、長手方向における断面形状の異なる中空部材を簡単に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明製造方法により製造された中空部材の斜視図（第１実施例）
【図２】 管状素材から中空部材を製造する製造工程を示す図（第１実施例）
【図３】 管状素材の引張成形工程を示す図（第１実施例）
【図４】 拡管（バルジ）成形装置の断面図（第１実施例）
【図５】 管状素材Ｐａから中空部材を製造する製造工程を示す図（第２実施例）
【符号の説明】
Ｐａ・・・・・・・・・管状素材
Ｐｂ・・・・・・・・・伸長管状素材
Ｍ・・・・・・・・・・金型
５・・・・・・・・・・キャビテイ

Claims (1)

1. 長手方向と直交する断面形状が、その長手方向で異なる中空部材の製造方法であって、
   管状素材（Ｐａ）を、その管状素材（Ｐａ）の長手方向の一部が他部よりも高温となるような温度差をつけて加熱する加熱工程と、
   前記加熱工程で前記温度差をつけて加熱された管状素材（Ｐａ）を軸方向に引張って、長手方向と直交する方向の断面板厚が、その長手方向に変化した伸長管状素材（Ｐｂ）を得る引張工程と、
   前記引張工程の終了後の前記伸長管状素材（Ｐｂ）を金型（Ｍ）のキャビティ（５）内にセットし、該伸長管状素材（Ｐｂ）に内圧を加えて熱間で拡管成形する拡管成形工程とを含み、
   前記加熱工程は、先ず、前記管状素材（Ｐａ）の長手方向の一部だけを、該一部と他部との間に前記温度差がつくように加熱する部分加熱工程と、その部分加熱工程の終了後で且つ前記引張工程の前に前記管状素材（Ｐａ）の長手方向の全体を、前記一部が他部よりも高温である状態を維持しつつ更に加熱する全体加熱工程とからなり、
   前記全体加熱工程により加熱された前記管状素材（Ｐａ）の温度は、その全体加熱工程後の前記引張工程で引張成形された前記伸長管状素材（Ｐｂ）の温度が、前記拡管成形工程を実行可能な所定温度となるように設定され、
   前記引張工程で引張成形された前記伸長管状素材（Ｐｂ）は、これが前記所定温度に保たれている間に、前記キャビティ（５）内にセットされて前記拡管成形工程が行われることを特徴とする、中空部材の製造方法。

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