JP5783073B2 - ハイドロフォーム加工方法 - Google Patents
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素材管11は、その長さ方向の中央部分がキャビティ7内に位置するように金型1内に配置され、その素材管11の両端(管端部13A、13B)が金型1の素材管端部支持部位1A、1Bに支持されている。またその素材管11の管端部13A、13Bは、管内の空間を密閉するための管端封止部材15A、15Bによってシールされている。これらの管端封止部材15A、15Bは、単に素材管11を密閉するばかりでなく、素材管11をその軸線方向に沿って圧縮する(軸押しする)ための軸押し部材を兼ねており、その少なくとも一方は、図示しない油圧シリンダなどの軸押し駆動装置に連結されている。またこれらの管端封止部材15A、15Bのうち、一方の管端封止部材15Aには、素材管11内に加圧用液体、例えば水を導入して加圧するための導入路17が形成されており、他方の管端封止部材15Bには、素材管11内の空気を排除するための排出路19が、必要に応じて形成されている。
なお、排出路19を設けない場合は、素材管11とシール部材15A、15Bに間隙を持たせた状態で加圧用液体を導入し、この間隙から空気を十分に追い出した後、シール部材15A、15Bを管軸方向に移動して間隙を閉じる。
すなわち、
(1)中空管状をなす素材管を金型内に配置して、その素材管の両端部を、軸押し部材を兼ねる管端封止部材によりシールして、素材管の内側空間に液圧を加えるとともに、素材管の両端部からその軸線に沿った方向に加圧して、素材管を金型のキャビティ内面に沿った形状に成形するハイドロフォーム加工方法において、
前記管端封止部材として、外径が素材管の外径に等しい基体部と、その基体部から突出するとともに、少なくとも一部の領域の外径が素材管の管端部の内径より小さく、しかも最大外径が素材管の管端部の内径を超えない挿入用突出部と、前記基体部の外周面と挿入用突出部の外周面との間に形成された、前記素材管の軸線方向に対して直交する平面に沿う段差面とを有する段差面とを有する封止部材を用い、
素材管内に成形のための液圧を加える以前の段階で、前記管端封止部材の突出部を素材管の管端部内に挿入するとともに、前記段差面を素材管管端部の端面に当接させ、かつ素材管を、その管端部の外周面が金型の素材管端部支持部位の内面に接するように金型内に配置した状態で、管端封止部材を介して管端部の端面に軸線方向に沿う加圧力を与え、これにより、前記挿入用突出部の前記領域の外周面と素材管管端部の内周面との間の空間内において、素材管の管端部の少なくとも一部の肉厚の増大により素材管の管端部内周面の少なくとも一部が隆起するように、素材管管端部を塑性変形させ、その隆起部分を挿入用突出部の前記領域の外周面に密着させることによって管端部を封止した後、素材管内に成形のための液圧を加えるとともに、素材管に軸線方向に沿った加圧力を加えることを特徴とするハイドロフォーム加工方法、
(2)前記管端封止部材として、前記挿入用突出部の外径が、その挿入用突出部の基端部分から先端部分まで、素材管の管端部の内径より小さい均一な径とされたものを用いることを特徴とする(1)のハイドロフォーム加工方法、
(3)前記管端封止部材として、前記挿入用突出部の外径が、その挿入用突出部の先端部分では素材管の管端部の内径と実質的に同一の径とされるとともに、先端部分を除く基端部分では、素材管の管端部の内径より小さい径とされたものを用い、素材管の成型後に管端封止部材の挿入用突出部を素材管の管端部からその軸線方向に沿って引き抜くことにより、挿入用突出部の先端部分によって前記隆起部分に塑性変形もしくはせん断を与え、これにより管端部の内周面を実質的に面一にすることを特徴とする(1)のハイドロフォーム加工方法、
(4)前記管端封止部材として、前記挿入用突出部の外径が、その挿入用突出部の先端部分および基端部分では素材管の管端部の内径と実質的に同一の径とされるとともに、前記先端部分と基端部分の中間の部分では、素材管の管端部の内径より小さい径とされたものを用い、素材管の成型後に管端封止部材の挿入用突出部を素材管の管端部からその軸線方向に沿って引き抜くことにより、挿入用突出部の先端部分によって前記隆起部分に塑性変形もしくはせん断を与え、これにより管端部の内周面を実質的に面一にすることを特徴とする請求項1に記載のハイドロフォーム加工方法、
にある。
したがって本発明によれば、複雑な形状の中空成形品を確実かつ安定して製造できるため、自動車・建設機械など、複雑な形状の成形部品が要求される分野でその工業的意義は大きい。
S1=(D3−D2)/2
となる。
なお以下の説明では、素材管11の両端の管端部13A、13Bのうち、主として一方の管端部13Aの封止についてのみ説明するが、他方の管端部13Bの封止も同時に行なうのが通常であり、その管端部13Bの封止についての図示および説明は省略する。
例えば、管端封止時における管端封止部材11における挿入用突出部22の外周面と素材管11の管端部13A(13B)の内周面との間のクリアランス32の寸法S1(mm)と、素材管11の管端部13A(13B)の厚みT(mm)とは、
0≦S1≦0.2×T・・・・・・(1)
の条件を満たすことが好ましい。
但し、挿入用突出部22における基端から先端までの全領域の最大外径は、素材管の管端部の内径を超えないように設定することはもちろんである。
その後、素材管内への液圧付与および軸押しを行なって、素材管を成形した後、管端封止部材15Aを軸線方向に引き抜く際には、図2Cに示すように、先端部分22Aの後端(先端部分22Aと基端側の部分22Bとの境界の段差部分22C)が、隆起部分34を通過する際にその隆起部分34にせん断力を与えて、隆起部分34を削り取ることができる。したがって管端封止部材を抜き取った状態では、管端部13Aの内周面は、隆起部分34が存在しない面一な面となる。そのため、成形後の中空製品として、隆起部分が製品の使用の障害や機能の低下などの原因となることを防止できる。
S2=(D3−D4)/2
と表わされるが、このクリアランスの寸法S2は、要求される管端部内周面の面精度にもよるが、通常は
0≦S2≦0.1×T・・・・・・(2)
の条件を満たすことが望ましい。
その後、素材管内への液圧付与および軸押しを行なって、素材管を成形した後、管端封止部材15Aを軸線方向に引き抜く過程では、図4Cに示すように、先端部分22Aの後端(先端部分22Aと中間部分22Dとの境界の段差部分22C)が隆起部分34を通過する際に、その隆起部分34にせん断力を与えて、隆起部分34を削り取ることができる。したがって管端封止部材15Aを抜き取った状態では、管端部13Aの内周面は、隆起部分34が存在しない面一な面となる。
5.0×S1≦L≦10.0×S1・・・・・・(3)
の条件を満たすことが望ましい。
式(3)において、挿入用突出部22の中間部分22Dの軸方向長さLが、10.0×S1より大きくなれば、材料の隆起部分34の範囲が小さく限定されないため、シール性の向上効果や引き抜き荷重の低減効果が少なくなる。一方、挿入用突出部22の中間部分22Dの軸方向長さLが、5.0×S1よりも小さくなれば、材料をクリアランス32内で十分な高さに隆起させることが困難となり、隆起部分34が挿入用突出部22の中間部分22Dの外周面に充分に密着しないおそれがあり、その結果、シールが不十分となるおそれがある。
S3=D3−D5
で定まる寸法S3(mm)が、
0≦S3≦0.5・・・・・・(4)
を満たすように定めることが望ましい。
この実施例1は、第1の実施形態に対応するものである。
ハイドロフォーム加工装置としては、その全体構成が図6に示すような装置を用いた。素材管としては、管端部の外径D0が190.7mm、肉厚Tが7.0mm、内径D3が176.7mmの、機械構造用炭素鋼鋼管:STKM13Bからなる中空管を用いた。一方管端封止部材としては、図1Aに示すような形状で、基体部の外径D1が190.7mm、挿入用突出部の外径D2が175.7mm、挿入用突出部の軸方向長さが25.0mmの寸法のダイス鋼:SKD61製のものを用いた。したがって、クリアランスの寸法S1は0.5mmとなる。
このような管端封止部材の挿入用突出部を素材管の両端に挿入して、金型にセットし、型締めを行なってから、管端封止部材に軸線方向に、1500kNの加圧力を加えて、管端部を、その外周面を拘束しながら軸線方向に沿って押圧した。これによって管端部の内周側が隆起するように塑性変形させ、その隆起部分を管端封止部材の挿入用突出部の外周面に密着させた。
以上のようにして両端を封止した素材管内に、加圧用液体として水を充填し、その後、加圧力3500kNにて軸押ししながら、素材管内の加圧用液体に50MPaの圧力を加え、ハイドロフォーム加工を行った。
液圧付加・軸押しの過程では、管端封止部材の個所からの加圧用液体の漏洩はなく、確実に封止されていることが確認された。また、成形後の成形品を調べたところ、金型のキャビティ内面に沿った形状に精確に加工されていることが確認された。さらに、管端部の外周面の外観についても、特に凹凸や皺の発生もなく、良好な外観品質を有していることが確認された。
この実施例2は、第2の実施形態に対応するものであり、ハイドロフォーム加工装置としては、実施例1と同様に全体構成が図6に示すような装置を用い、素材管としては、実施例1と同様のものを用いた。
一方管端封止部材としては、図2A、図3に示すような形状で、基体部の外径D1が190.7mm、挿入用突出部の先端部部分の外径D4が176.5mm、基端側の部分22Bの外径D2が175.7mmで、その外径D2を有する基端側の部分22Bの軸方向長さが30.0mmの寸法のダイス鋼:SKD61製のものを用いた。したがって、クリアランスの寸法S1は0.5mm、素材管管端部内周面と挿入用凸部の先端部分外周面との間のクリアランス寸法S2は0.1mmとなる。
このような管端封止部材の挿入用突出部を素材管の両端に挿入して、金型にセットし、型締めを行なってから、管端封止部材に軸線方向に、1500kNの加圧力を加えて、管端部を、その外周面を拘束しながら軸線方向に沿って押圧した。これによって管端部の内周側が隆起するように塑性変形させ、その隆起部分を管端封止部材の挿入用突出部の基端側部分22Bの外周面に密着させた。
以上のようにして両端を封止した素材管内に、加圧用液体として水を充填し、その後、加圧力3500kNにて軸押ししながら、素材管内の加圧用液体に50MPaの圧力を加え、ハイドロフォーム加工を行った。その後、引き抜き荷重1000kNにて、管端封止部材を素材管管端部から引き抜いた。
液圧付加・軸押しの過程では、管端封止部材の個所からの加圧用液体の漏洩はなく、確実に封止されていることが確認された。また、成形後の成形品を調べたところ、金型のキャビティ内面に沿った形状に精確に加工されていることが確認された。さらに、管端部の内周面は、隆起部分が確実に削り取られて、凹凸のない一様な面となっていることが確認された。さらに、外周面の外観についても、特に凹凸や皺の発生もなく、良好な外観品質を有していることが確認された。
この実施例3は、第3の実施形態に対応するものであり、ハイドロフォーム加工装置としては、実施例1と同様に全体構成が図6に示すような装置を用い、素材管としては、実施例1と同様のものを用いた。
一方管端封止部材としては、図4A、図5に示すような形状で、基体部の外径D1が190.7mm、挿入用突出部の先端部部分22Aの外径D4が176.5mm、中間部分22Dの外径D2が175.7mm、基端部分22Eの外径D5が176.5mm、中間部分22Dの軸方向長さLが32.0mmの寸法のダイス鋼:SKD61製のものを用いた。したがって、素材管管端部内周面と挿入用凸部の中間部分22Dとの間のクリアランスの寸法S1は0.5mm、素材管管端部内周面と挿入用凸部の先端部分22Aの外周面との間のクリアランス寸法S2は0.1mm、素材管管端部内周面と挿入用凸部の基端部分22Eの外周面との間のクリアランス寸法S3は0.1mmとなる。
このような管端封止部材の挿入用突出部を素材管の両端に挿入して、金型にセットし、型締めを行なってから、管端封止部材に軸線方向に、1200kNの加圧力を加えて、管端部を、その外周面を拘束しながら軸線方向に沿って押圧した。これによって管端部の内周側が隆起するように塑性変形させ、その隆起部分を管端封止部材の挿入用突出部の中間部分22Dの外周面に密着させた。
以上のようにして両端を封止した素材管内に、加圧用液体として水を充填し、その後、加圧力3500kNにて軸押ししながら、素材管内の加圧用液体に50MPaの圧力を加え、ハイドロフォーム加工を行った。その後、引き抜き荷重700kNにて、管端封止部材を素材管管端部から引き抜いた。
液圧付加・軸押しの過程では、管端封止部材の個所からの加圧用液体の漏洩はなく、確実に封止されていることが確認された。ここで、実施例3では、管端封止部材に対する加圧力を実施例2の場合よりも小さくしたが、それにもにもかかわらず、実施例2の場合と同等の良好なシール性が得られることが確認された。
また、管端封止部材を引き抜く際の引き抜き荷重を実施例2の場合よりも小さくしたが、実施例2の場合と同様に、支障なく管端封止部材を引き抜くことができた。
また、成形後の成形品を調べたところ、金型のキャビティ内面に沿った形状に精確に加工されていることが確認された。さらに、管端部の内周面は、隆起部分が確実に削り取られて、凹凸のない一様な面となっていることが確認された。さらに、外周面の外観についても、特に凹凸や皺の発生もなく、良好な外観品質を有していることが確認された。
1A、1B 素材管端部支持部位
11 素材管
13A、13B 管端部
15A、15B 管端封止部材
20 基体部
22 挿入用突出部
22A 挿入用突出部の先端部分
22B 挿入用突出部の先端部分よりも基端側の部分
22D 挿入用突出部の中間部分
22E 挿入用突出部の基端部分
26 段差面
32 クリアランス
34 隆起部分
Claims (4)
- 中空管状をなす素材管を金型内に配置して、その素材管の両端部を、軸押し部材を兼ねる管端封止部材によりシールして、素材管の内側空間に液圧を加えるとともに、素材管の両端部からその軸線に沿った方向に加圧して、素材管を金型のキャビティ内面に沿った形状に成形するハイドロフォーム加工方法において、
前記管端封止部材として、外径が素材管の外径に等しい基体部と、その基体部から突出するとともに、少なくとも一部の領域の外径が素材管の管端部の内径より小さく、しかも最大外径が素材管の管端部の内径を超えない挿入用突出部と、前記基体部の外周面と挿入用突出部の外周面との間に形成された、前記素材管の軸線方向に対して直交する平面に沿う段差面とを有する封止部材を用い、
素材管内に成形のための液圧を加える以前の段階で、前記管端封止部材の突出部を素材管の管端部内に挿入するとともに、前記段差面を素材管管端部の端面に当接させ、かつ素材管を、その管端部の外周面が金型の素材管端部支持部位の内面に接するように金型内に配置した状態で、管端封止部材を介して管端部の端面に軸線方向に沿う加圧力を与え、これにより、前記挿入用突出部の前記領域の外周面と素材管管端部の内周面との間の空間内において、素材管の管端部の少なくとも一部の肉厚の増大により素材管の管端部の内周面の少なくとも一部が隆起するように、素材管管端部を塑性変形させ、その隆起部分を挿入用突出部の前記領域の外周面に密着させることによって管端部を封止した後、素材管内に成形のための液圧を加えるとともに、素材管に軸線方向に沿った加圧力を加えることを特徴とするハイドロフォーム加工方法。 - 前記管端封止部材として、前記挿入用突出部の外径が、その挿入用突出部の基端部分から先端部分まで、素材管の管端部の内径より小さい均一な径とされたものを用いることを特徴とする請求項1に記載のハイドロフォーム加工方法。
- 前記管端封止部材として、前記挿入用突出部の外径が、その挿入用突出部の先端部分では素材管の管端部の内径と実質的に同一の径とされるとともに、先端部分を除く基端部分では、素材管の管端部の内径より小さい径とされたものを用い、素材管の成型後に管端封止部材の挿入用突出部を素材管の管端部からその軸線方向に沿って引き抜くことにより、挿入用突出部の先端部分によって前記隆起部分に塑性変形もしくはせん断を与え、これにより管端部の内周面を実質的に面一にすることを特徴とする請求項1に記載のハイドロフォーム加工方法。
- 前記管端封止部材として、前記挿入用突出部の外径が、その挿入用突出部の先端部分および基端部分では素材管の管端部の内径と実質的に同一の径とされるとともに、前記先端部分と基端部分の中間の部分では、素材管の管端部の内径より小さい径とされたものを用い、素材管の成型後に管端封止部材の挿入用突出部を素材管の管端部からその軸線方向に沿って引き抜くことにより、挿入用突出部の先端部分によって前記隆起部分に塑性変形もしくはせん断を与え、これにより管端部の内周面を実質的に面一にすることを特徴とする請求項1に記載のハイドロフォーム加工方法。
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