JP5607560B2 - 金属部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属部品の製造方法に関し、詳しくは、複数の半割り筒部と、隣り合う半割り筒部間に設けたフランジを有する金属部品を一体的に製造する金属部品の製造方法に関する。

図１に示すような金属製の排気マニホールドの外殻１は、一対の半体である金属部品２，３をモナカ合せに接合して構成されている。この半体である金属部品２，３は、複数の半割り筒部４と、この隣り合う半割り筒部４，４間に設けられ、隣り合う半割り筒部４，４同士を連結するフランジ（平面連結部）５とを有し、半割り筒部４とフランジ５は曲がり部６で連結されている。また、半割り筒部４の先部には、図示しないエンジンへの締結部材に形成された孔部に嵌合するための半割りの接続部７が形成されている。

この金属部品２，３の製造方法として、次の製造方法が知られている。
（ａ）先ず、金属の平板を、金属部品形状の深さまで絞る絞り工程を行い、半割り筒部４と、フランジ５の基となる平面状のフランジ部を形成する。
（ｂ）次に、前記フランジ部の中央部を、その外形が所定の形状となるように切り抜く端切り工程を行う。
（ｃ）次に、フランジ部の一部を、切断すると共に、フランジ部に対して直角に曲げて切り曲げ部を形成する切り曲げ工程を行う。
（ｄ）次に、前記切り曲げ部を、フランジ５の付け合せ面（半割り筒部４の突出側と反対側面）と同一平面に沿って切り抜く寄せ端切り工程を行う。
これにより金属部品２，３を製造する（例えば、特許文献１参照）。

特公平７−３２９４４号公報

前記製造方法により製造された２つの金属部品２，３を、もなか状に前記フランジ５，５同士を重ね合わせて溶接するとともに、金属部品２，３の縁部同士を溶接して、排気マニホールドの外殻１を形成する。

しかし、前記従来の金属部品２，３においては、前記曲がり部６を、１回の絞り工程で成形するために、この曲がり部６における排気マニホールドの外殻１の内面側（以下において、曲がり部６の外側という）の半径Ｒ１（図１６参照）を小さくすると、曲がり部６の板厚が薄くなったり、この曲がり部６で割れが発生したりするために、半割り筒部４とフランジ５の曲がり部６を、その外側の半径Ｒ１を小さくして、直角に近づけることは困難であった。

また、この半割り筒部４とフランジ５の曲がり部６における外側の半径Ｒ１を大きくすると、金属部品２，３のフランジ５，５同士を重ね合わせた時に、図１６に示すように、フランジ５，５の両端部に三角状の大きな空隙８が形成されてしまう。この空隙８の幅Ｗ１が、溶接ワイヤ径の半分以上となる場合には、金属部品２，３同士を溶接する際に溶接不良が発生する虞がある。

そこで、本発明は、曲がり部の外側の半径を小さくして、溶接不良の発生を抑制できる金属部品の製造方法を提供することを目的とするものである。

前記の課題を解決するために、本発明に係る金属部品の製造方法は、複数の半割り筒部と、隣り合う半割り筒部間に設けた平面状のフランジと、前記半割り筒部とフランジとを連結する曲がり部を有する金属部品の製造方法において、
金属板を、フランジ形成部において最も深い部位が、前記フランジの最終位置よりも深くなるように絞って、曲面状の余肉部を形成する余肉部形成工程と、
前記余肉部を塑性変形させて、前記フランジの最終位置に位置する平面状の部分と、前記曲がり部を形成する絞り工程とを有することを特徴とするものである。

また、本発明に係る金属部品の製造方法において、前記絞り工程は、
前記余肉部を、前記フランジの最終位置よりも深く、かつ、前記余肉部形成工程において最も深く絞った位置よりも浅い位置まで絞って、平面状の予備フランジを形成する第１絞り工程と、
前記予備フランジを、前記フランジの最終位置まで突き出して、予備フランジの肉を、半割り筒部方向に向って塑性流動させて、前記平面状の部分と、前記曲がり部を形成する第２絞り工程とからなるとよい。

また、前記予備フランジの形成位置は、前記フランジの最終位置に対して、前記金属板の板厚以下分だけ深いとよい。

また、前記第２絞り工程の前に、
前記予備フランジを所定形状に切り抜く端切り工程と、
前記予備フランジの両側部の一部を、該予備フランジに対して直角となるように、切断しながら曲折して切り曲げ部を形成する切り曲げ工程を有し、
前記第２絞り工程の後に、
前記切り曲げ部を、前記平面状の部分における前記半割り筒部と反対側の面と同一平面に切り抜く寄せ端切り工程を有するとよい。

本発明は、上記構成により、曲面状の余肉部を形成し、この余肉部を突き上げて平面状の部分と曲がり部を形成することにより、余肉部の余肉（材料）を曲がり部方向に塑性流動させて、曲がり部に集めることができるため、前記従来技術のように、平板を一度の絞り工程で形成した曲がり部と比較して、曲がり部の外側の半径を小さくすることができる。これにより、金属部品のフランジ同士を重ね合わせた時に、フランジの両端部に三角状の空隙を、前記従来技術のものよりも小さくでき、曲がり部同士の溶接における溶接不良を低減することができる。

本発明の金属部品の製造方法を適用する金属部品の１例を示す斜視図。 本発明の実施例１における余肉部形成工程を説明する図。 図２の状態から絞り加工により余肉部を形成した後の図。 本発明の実施例１における絞り工程を説明する図。 本発明の実施例１における端切り工程を説明する図。 本発明の実施例１における切り曲げ工程を説明する図。 本発明の実施例１における切り曲げ工程を説明するための斜視図。 本発明の実施例１における寄せ端切り工程を説明する図。 本発明の実施例１の製造方法で製造した２つの金属部品をモナカ合せした状態を示す図。 本発明の実施例２における第１絞り工程を説明する図。 本発明の実施例２における端切り工程を説明する図。 本発明の実施例２における切り曲げ工程を説明する図。 本発明の実施例２における第２絞り工程を説明する図。 本発明の実施例２における寄せ端切り工程を説明する図。 本発明の実施例２の製造方法で製造した２つの金属部品をモナカ合せした状態を示す図。 従来の製造方法で製造した２つの金属部品をモナカ合せした状態を示す図。

本発明を実施するための形態を図に示す実施例に基づいて説明する。
［実施例１］
図１乃至図９は本発明の実施例１を示す。

エンジンの排気管等の金属管の合流部、例えば、図１に示すような金属製の排気マニホールドの外殻１は、２つの金属部品２，３をモナカ合せして構成されている。なお、前記金属製の排気マニホールドの外殻１は複雑な曲面形状をしているため、図１では、その複雑な曲面形状を表現するために、実際には表れない面同士の境界線を付加して示している。

この２つの金属部品２，３は、図１に示すように、複数の半割り筒部４と、隣り合う半割り筒部４，４間に設けたフランジ５を有し、半割り筒部４とフランジ５は曲がり部６で連結されている。また、前記各半割り筒部４の先部には、図１に示すように、図示しないエンジンへの締結部材に形成された孔部に嵌合する接続部７が形成され、この隣り合う接続部７，７間には前記フランジ５と曲がり部６は形成されていない。なお、半割り筒部４の数は、エンジンの気筒数等に応じて任意に設定し複数であればよい。フランジ５の数も、半割り筒部４の数に応じて任意に設定する。

本発明の金属部品の製造方法は、前記金属部品２，３のように、複数の半割り筒部４と、隣り合う半割り筒部４，４間に設けたフランジ５を一体的に形成されている金属部品であれば、任意の金属部品に適用することができる。なお、以下において、金属部品２，３の製造工程における金属部品２，３同士の合せ面側を下側、その反対側を上側として説明し、図２〜８は、その上側を上方、下側を下方となるように図示して示す。

次に、前記金属部品２，３の製造方法について説明する。金属部品２，３における半割り筒部４とフランジ５と曲がり部６は、形状は異なるが同じ製造方法を用いて製造することができる。

製造に際し、所定の大きさと所定の厚みを有する金属板１０を用意する。該金属板１０は、金属であれば任意の材質の金属板を用いることができるが、排気マニホールドの外殻１に用いる金属部品２，３を製造する場合には、ステンレス、インコネル、ハステロイ等の耐熱性を有する金属を用いることが好ましい。本実施例においては、ステンレス製の板厚２．５ｍｍの平板状の金属板を用いた。

（余肉部形成工程）
先ず、図２に示すように、前記金属板１０を、第１のパンチ１１と第１のダイ１２との間に介在させた後に、図３に示すように、この金属板１０を第１のパンチ１１と第１のダイ１２を用いて絞り加工を行い、複数の半割り筒部４と、隣り合う半割り筒部４，４間に全体的に下方へ湾曲する曲面状の余肉部１３とを一体的に形成する。該余肉部１３の最も深く絞った位置の下面１３ａは、図３に示すように、フランジ５の最終（製品）の下面５ｃ（図４参照）の位置（以下において、最終位置という）Ｐ１よりも深く、すなわち、フランジ５の最終位置Ｐ１よりも半割り筒部４と反対側方向に位置するように形成する。

フランジ５の最終位置Ｐ１と、最も深く絞った位置の下面１３ａとの間隔ｄ１は、金属板１０の材質、板厚、半割り筒部４、フランジ５の形状等により任意に設定する。

（絞り工程）
次に、図４に示すように、第２のパンチ１５と第２のダイ１６とを用いて絞り加工を行い、前記余肉部１３を、その下面が、フランジ５の最終位置Ｐ１と同位置となるまで突き上げて平面状のフランジ部５ａと、曲がり部６を形成する。このときの曲がり部６の曲率は、金属板１０の材質、板厚、半割り筒部４、フランジ５の形状等により任意に設定する。

（端切り工程）
次に、図５に示すように、固定切刃１７の上に、前記絞り工程で成形した中間品を載置し、その上部よりパッド１８で前記中間品を押えた状態で、可動切刃２０を前記中間品の上方から降下させて、フランジ部５ａの中央部を、所定形状に切り抜く。図５における５ｄは、切り抜かれたスクラップを示す。

（切り曲げ工程）
次に、図６に示すように、固定切刃２１の上に、前記端切り工程で成形した中間品を載置し、その上部よりパッド２２で前記中間品を押えた状態で、可動式の切り曲げ刃２３を降下させて切り曲げる。この切り曲げの際に、フランジ部５ａの両側部に位置し、図７において点線で示すように、接続部７となる部分７ａ，７ａ間に位置するフランジ部の一部５ｂと、その後方のフランジ部の本体部５ｅとの間２４において切断するとともに、フランジ部の一部５ｂをフランジ部の本体部５ｅに対して下方に直角に曲げて、切曲げ部２６を形成するとともに、フランジ５を形成する。

（寄せ端切り工程）
次に、図８に示すように、固定切刃２８の上に、前記切り曲げ工程で成形した中間品を載置して、可動切刃２９を、フランジ５の下面５ｃと同一平面に沿って、切曲げ部２６方向に移動させ、切曲げ部２６をフランジ５の下面５ｃと同一平面に沿って切り抜く。これにより、接続部７とその接合面７ｂが形成される。図８における２６ａは、切断された切曲げ部を示す。

上記製造工程を経ることにより、前記金属部品２，３を得ることができる。
本発明の製造方法は、曲面状の余肉部１３を形成し、この余肉部１３を突き上げてフランジ部５ａと曲がり部６を形成したことにより、余肉部１３の余肉（材料）を、絞り工程において曲がり部６方向に塑性流動させて、曲がり部６に集めることができる。そのため、本発明の曲がり部６は、前記従来技術の平板を一度の絞り工程で形成した曲がり部と比較して、曲がり部６の板厚を厚くすることができ、曲がり部６の外側の半径Ｒ２を、従来技術の外側の半径Ｒ１ものよりも小さくすることができる。これにより、図９に示すように、金属部品２，３のフランジ５，５同士を重ね合わせた時に、フランジ５，５の両端部に形成される三角状の空隙８を、従来技術のものよりも小さくでき、金属部品２，３同士の溶接の際の溶接不良を低減することができる。

［実施例２］
前記実施例１においては、曲がり部６を成形した後に、フランジ部５ａの一部を、切り曲げ工程により切り曲げるため、前記空隙８を小さくするために曲がり部６の外側の半径Ｒ２を小さくすると、切り曲げ工程により、曲げた部分の外側に、ショックラインが発生する虞がある。

そこで、本実施例２は、前記実施例１の余肉部形成工程の後に、余肉部１３を、最も深く絞った位置よりも浅く、かつ、フランジ５の最終位置Ｐ１よりも深く絞る第１絞り工程を行って予備フランジを成形した後に、前記実施例１と同様に、端切り工程と、切り曲げ工程を行い、その後に、前記予備フランジをフランジ５の最終位置Ｐ１まで突き上げる第２絞り工程を行うことにより、前記ショックラインの発生を抑制したものである。

次に、本実施例２における金属部品の製造方法について、図１０〜１５により詳しく述べる。
前記実施例１と同様の金属板１０を用い、本実施例においては、板厚ｔが２．５ｍｍのステンレス製の平板を用いた。

（余肉部形成工程）
先ず、図２，３に示すように、前記実施例１と同様に、前記金属板１０を、第１のパンチ１１と第１のダイ１２を用いて絞り加工を行い、複数の半割り筒部４と、隣り合う半割り筒部４，４間に全体的に下方へ湾曲する曲面状の余肉部１３とを一体的に形成する。該余肉部１３の最も深く絞った位置の下面１３ａは、図３に示すように、フランジ５の最終位置Ｐ１よりも深くなるように形成する。

フランジ５の最終位置Ｐ１と、最も深く絞った位置の下面１３ａとの間隔ｄ１は、金属板１０の材質、板厚ｔ、半割り筒部４、フランジ５の形状等により任意に設定するもので、本実施例においては、この間隔ｄ１は６ｍｍに設定した。

（第１絞り工程）
次に、図１０に示すように、第３のダイ３１と第３のパンチ３２とを用いて絞り加工を行い、前記余肉部１３を、その下面３５ｂが、フランジ５の最終位置Ｐ１よりも深く、かつ、最も深く絞った位置よりも浅い位置に平面状の予備フランジ３５が位置するように絞り加工を行って、予備フランジ３５と、その予備フランジ３５と半割り筒部４との間の予備曲がり部３６を形成する。

この予備フランジ３５の下面３５ｂの位置Ｐ２と、フランジ５の最終位置Ｐ１との間隔ｄ２は、前記間隔ｄ１よりも小さければよく任意に設定するが、間隔ｄ２は、金属板１０の板厚ｔよりも小さく、０よりも大きいことが好ましい。この間隔ｄ２を、金属板１０の板厚ｔよりも大きくすると第２絞り工程において、予備フランジ３５を突き上げる際に肉が余ってフランジ５の平面度が悪化する虞がある。本実施例においては、間隔ｄ２を、１．５ｍｍに設定した。

また、前記予備曲がり部３６の外側の半径Ｒ３は、最終の曲がり部６の外側の半径Ｒ４（図１５参照）よりも大きく設定し、本実施例においては、Ｒ３を５．５ｍｍに設定した。

（端切り工程）
次に、図１１に示すように、前記実施例１と略同様に、固定切刃３７の上に、前記絞り工程で成形した中間品を載置し、その上部よりパッド３８で前記中間品を押えた状態で、可動切刃４０を前記中間品の上方から降下させて、予備フランジ３５の中央部を、所定形状に切り抜く。図１１における３５ｄは、切り抜かれたスクラップを示す。

（切り曲げ工程）
次に、図１２に示すように、前記実施例１と略同様に、固定切刃４１の上に、前記端切り工程で成形した中間品を載置し、その上部よりパッド４２で前記中間品を押えた状態で、可動式の切り曲げ刃４３を降下させて切り曲げる。この切り曲げの際に、予備フランジ３５の両側部に位置し、接続部７となる部分７ａ，７ａ間に位置する予備フランジ３５の一部と、その後方の予備フランジ３５の本体部との間（図７に示す符号２４と同様の場所）において切断するとともに、予備フランジ３５の一部を、予備フランジ３５の本体部に対して下方に直角に曲げて、切曲げ部４６を形成する。

（第２絞り工程）
次に、図１３に示すように、前記切り曲げ工程で成形した中間品を第４のダイ４７上に載置し、第４のダイ４７と第４のパンチ４８とを用いて、予備フランジ３５を、その下面３５ｂが、フランジ５の最終位置Ｐ１と同位置となるまで突き出し（突き上げ）て、フランジ５と曲がり部６を形成する。

この工程により、予備フランジ３５の肉が、予備曲がり部３６，３６に向って塑性流動し、曲がり部６を形成するため、曲がり部６の外側の半径Ｒ４は、予備曲がり部３６の外側の半径Ｒ３よりも小さくなる。この曲がり部６の外側の半径Ｒ４は、予備曲がり部３６の外側の半径Ｒ３よりも小さければよく任意に設定する。本実施２においては、曲がり部６の外側の半径Ｒ４を３．０ｍｍ、曲がり部６の内側の半径Ｒ５を１．５ｍｍに設定しても良好に金属部品２，３を形成できた。このように、本実施例２においては、曲がり部６の外側の半径Ｒ４（＝３．０ｍｍ）を、曲がり部６の内側の半径Ｒ５（１．５ｍｍ）＋金属板１０の板厚ｔ（＝２．５ｍｍ）よりも小さくでき、本実施例２の曲がり部６の外側の半径Ｒ４は、前記実施例１の曲がり部の外側の半径Ｒ２よりもさらに小さくすることができる。

（寄せ端切り工程）
次に、図１４に示すように、前記実施例１と同様に、固定切刃２８の上に、前記切り曲げ工程で成形した中間品を載置して、可動切刃２９を、フランジ５の下面５ｃと同一平面に沿って、切曲げ部４６方向に移動させ、切曲げ部４６をフランジ５の下面５ｃと同一平面に沿って切り抜く。これにより、接続部７とその接合面７ｂが形成される。図１４における４６ａは、切断された切曲げ部を示す。

上記製造工程を経ることにより、前記金属部品２，３を得ることができる。
本実施例２においても、前記実施例１と同様の作用、効果を奏することができる。

更に、本実施例２においては、曲面状の余肉部１３を形成し、この余肉部１３をフランジ５の最終位置Ｐ１よりも深く、かつ、余肉部１３よりも浅く絞って平面状の予備フランジ３５を形成した後に、この予備フランジ３５を突き上げて曲がり部６を形成したことにより、前記実施例１よりも更に、余肉が曲がり部６に向って塑性流動しやすくなり、最終の曲がり部６の外側の半径Ｒ４を、前記実施例１の外側の半径Ｒ２よりも小さくできるため、曲がり部６を直角に近づけることができる。これにより、フランジ５，５の両端部に形成される三角状の空隙８を、図１５に示すように、前記実施例１のものよりも小さくでき、金属部品２，３同士の溶接の際の溶接不良を一層低減することができる。

前記実施例１においては、曲がり部６の外側の半径Ｒ２＝曲がり部６の内側の半径＋金属板１０の板厚ｔで、この曲がり部６の内側の半径は、金属板１０の板厚ｔ以上となるため、金属板１０の板厚ｔが２．５ｍｍの場合には、曲がり部６の外側の半径Ｒ２は、５．０ｍｍ以上となる。

それに対し、本実施例２の製造方法を用いると、上述のように、曲がり部６の外側の半径Ｒ４を３．０ｍｍとすることができ、曲がり部６の外側の半径Ｒ４（＝３．０ｍｍ）＜曲がり部６の内側の半径Ｒ５（１．５ｍｍ）＋金属板１０の板厚ｔ（＝２．５ｍｍ）とすることができる。したがって、図１５に示すように、金属部品２，３のフランジ５，５同士を重ね合わせたときに、フランジ５，５の両端部に形成される三角状の隙間８を、実施例１のものよりも小さくでき、金属部品２，３同士の溶接の際の溶接不良をより一層低減することができる。

また、予備曲がり部３６の外側の半径Ｒ３を、曲がり部６の半径Ｒ４よりも大きく形成して、この予備フランジ３５の一部を、切り曲げて切曲げ部４６を形成し、その後に、第２絞り工程を行って、曲がり部６を形成するため、切り曲げした部分の境界部外側に、強加工によって生じるショックラインが発生することを抑制でき、金属部品２，３の強度の低下を抑制できる。

なお、前記実施例２においては、前記第２絞り工程において、予備フランジ３５の端部３５ａを拘束せずに絞り加工を行ったが、第４のダイ４７の一部を延長して予備フランジ３５の端部３５ａを拘束して絞り加工を行っても良い。これにより、より予備フランジ３５の肉を、予備曲がり部３６，３６に向って塑性流動させ、予備曲がり部３６に余肉を集めることができる。

［実施例３］
前記実施例１，２においては、接続部７を形成するために、端切り工程と、切り曲げ工程と、寄せ端切り工程を行ったが、特開２００５−３６７２４号公報に記載の排気マニホールドのように、接続部７を用いず半割り筒部４の先縁部とフランジ５の先縁部とが揃った金属部品２，３を用い、その半割り筒部４，４内に他の金属管を嵌合させて結合する場合には、前記実施例１，２における端切り工程と、切り曲げ工程と、寄せ端切り工程を行わずに、金属部品２，３を製造しても良い。

本実施例３においても、前記実施例１，２と同様の作用、効果を奏することができる。

２，３ 金属部品
４ 半割り筒部
５ フランジ
６ 曲がり部
１０ 金属板
１３ 余肉部
３５ 予備フランジ
２６，４６ 切り曲げ部
Ｐ１ フランジの最終位置

Claims (4)

1. 複数の半割り筒部と、隣り合う半割り筒部間に設けた平面状のフランジと、前記半割り筒部とフランジとを連結する曲がり部を有する金属部品の製造方法において、
   金属板を、フランジ形成部において最も深い部位が、前記フランジの最終位置よりも深くなるように絞って、曲面状の余肉部を形成する余肉部形成工程と、
   前記余肉部を塑性変形させて、前記フランジの最終位置に位置する平面状の部分と、前記曲がり部を形成する絞り工程とを有することを特徴とする金属部品の製造方法。
2. 前記絞り工程は、
   前記余肉部を、前記フランジの最終位置よりも深く、かつ、前記余肉部形成工程において最も深く絞った位置よりも浅い位置まで絞って、平面状の予備フランジを形成する第１絞り工程と、
   前記予備フランジを、前記フランジの最終位置まで突き出して、予備フランジの肉を、半割り筒部方向に向って塑性流動させて、前記平面状の部分と、前記曲がり部を形成する第２絞り工程とからなることを特徴とする請求項１記載の金属部品の製造方法。
3. 前記予備フランジの形成位置は、前記フランジの最終位置に対して、前記金属板の板厚以下分だけ深いことを特徴とする請求項２記載の金属部品の製造方法。
4. 前記第２絞り工程の前に、
   前記予備フランジを所定形状に切り抜く端切り工程と、
   前記予備フランジの両側部の一部を、該予備フランジに対して直角となるように、切断しながら曲折して切り曲げ部を形成する切り曲げ工程を有し、
   前記第２絞り工程の後に、
   前記切り曲げ部を、前記平面状の部分における前記半割り筒部と反対側の面と同一平面に切り抜く寄せ端切り工程を有することを特徴とする請求項２又は３記載の金属部品の製造方法。
   

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