JP6665644B2 - 拡径管部品の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、拡径管部品の製造方法および製造装置に関する。

一般的に、自動車や自動二輪車の排気系部品には、拡管加工（口広げ加工）された部品が使用されている。これらは、溶接レス、コスト低減の観点から、一体成形とすることが望まれている。

一方で、例えば、金属管の端部に偏心かつ拡径させた先端部を有する等、特殊な形状が要請されている。

特殊な形状の拡管加工された部品として、所定の径を有する一般部と、筒体の先端に形成されるとともにこの一般部に対して所定の大きさに拡径され、一般部の軸方向に対して所定の交差角で偏心する軸方向を有する拡径部と、一般部と拡径部との間に形成されるとともに一般部から先端部に向かって所定の傾斜角に拡径する変化部とを軸方向へ並んで有する拡径管部品がある。

金属管を特殊な形状に加工する方法としては、特許文献１〜３に開示されるように、バルジ成形（ハイドロフォーミング）を行う成形方法が提案されている。

また、特許文献４〜６に開示されるように、回転する成形型に、管状の素材を加工ローラやへらで押し付けて成形する塑性加工の一手法であるスピニング加工が提案されている。

特開２０００−２２５４２２号公報 特開２００４−２６８０９６号公報 特開２０００−０４５７６７号公報 特開２０００−１９００３８号公報 特開２００３−０１０９３５号公報 特開２００９−０１８３４２号公報

しかし、バルジ成形やスピニング加工では、加工装置が大きく高価であることに加え、サイクルタイムが長く、生産性が低いという課題がある。加えて、端部の加工度が大きい成形品である上記拡径管部品は、成形品の肉厚にばらつきが生じ、割れやしわなどが発生し易いといった課題がある。特に、高強度の素材や、溶接管に対する加工では、端部の加工度が大きい上記拡径管部品を製造することは困難である。

このような状況から、端部加工度が大きい拡径管部品を、低コスト、低タクトタイムで高い生産性で製造できる製造方法および製造装置が求められている。

そこで、本発明は、上記拡径管部品の製造方法および製造装置を提供することにある。

本発明は以下に列記のとおりである。

（１）金属製の素材である筒体に加工を行って、所定の径を有する一般部と、前記筒体の先端に形成されるとともに前記一般部に対して所定の大きさに拡径され、前記一般部の軸方向に対して所定の交差角で偏心する軸方向を有する拡径部と、前記一般部と前記拡径部との間に形成されるとともに前記一般部から前記先端部に向かって所定の傾斜角に拡径する変化部とを軸方向へ並んで有する拡径管部品を製造する方法であって、
前記筒体の端部を、前記所定の交差角で偏心するように曲げ加工を行うことにより、前記筒体端部が偏心した第１の中間成形品を製造する偏心加工工程と、
拡管パンチを、前記第１の中間成形品の端部より、偏心した軸方向へ押し込んで前記第１の中間成形品の端部に同心拡管加工を行うことにより、第２の中間成形品を製造する少なくとも一つの同心拡管工程と、
前記変化部と前記拡径部との内面形状と合致する外面形状を有する偏心拡管パンチを、前記変化部と前記拡径部との外面形状と合致する内面形状を有する金型に設置された前記第２の中間成形品における前記同心拡管加工が行われた部分の偏心した軸方向へ押し込んで拡径管を製造する成形工程と
を含むことを特徴とする拡径管部品の製造方法。

（２）前記同心拡管工程は、前記変化部の前記傾斜角よりもパンチ半角が大きいとともに、前記筒体の内径よりも大きく、前記変化部の内径よりも小さい外径を有する同心拡管パンチを前記筒体の軸方向へ押し込むことにより、前記筒体を拡管率２５％以下で同心拡管加工する少なくとも一つの同心拡管工程からなることを特徴とする（１）項に記載された拡径管部品の製造方法。

本発明において「拡管率」とは、各工程における拡管加工前の拡管部の外径を基準にした拡大率をいう。すなわち、拡管率＝｛（各工程における拡管加工後の拡管部の外径−各工程における拡管加工前の拡管部の外径）／各工程における拡管加工前の拡管部の外径｝×１００（％）である。もしくは、各工程における拡管加工前の拡管部の外径をｄ_０とし、各工程における拡管加工後の拡管部の外径ｄ_１とした場合、拡管率＝{(ｄ_１−ｄ_０)／ｄ_０}×１００（％）である。

なお、同心拡管工程は、少なくとも一つ有すればよいが、最終製品の形状によっては、複数工程とすることもできる。例えば、同心拡管工程を三段階に分けて加工する場合は、下記のように成形することができる。

前記同心拡管工程が、第１の同心拡管工程、第２の同心拡管工程、第３の同心拡管工程からなり、
前記筒体の端部を、前記所定の交差角で偏心するように曲げ加工を行うことにより、前記筒体端部が偏心した第１の中間成形品を製造する偏心加工工程と、
前記変化部の前記傾斜角よりもパンチ半角が大きいとともに前記筒体の内径よりも大きく、前記変化部の内径よりも小さい外径を有する第１の同心拡管パンチを前記筒体の軸方向へ押し込むことにより、前記筒体を拡管率２５％以下で拡管加工して、第２ａの中間成形品を製造する第１の同心拡管工程と、
前記傾斜角よりもパンチ半角が大きいとともに前記第２ａの中間成形品の軸方向端部における内径よりも大きく、前記変化部の内径よりも小さい外径を有する第２の拡管パンチを前記第２ａの中間成形品の軸方向へ前記第１の同心拡管パンチの手前位置まで押し込むことにより、前記第２ａの中間成形品を拡管率２５％以下で拡管加工して、第２ｂの中間成形品を製造する第２の同心拡管工程と、
前記傾斜角よりもパンチ半角が大きいとともに前記第２ｂの中間成形品の軸方向端部における内径よりも大きく、前記変化部の内径よりも小さい外径を有する第３の拡管パンチを前記第２ｂの中間成形品の軸方向へ前記第２の同心拡管パンチの手前位置まで押し込むことにより、前記第２ｂの中間成形品を拡管率２５％以下で拡管加工して、第２ｃの中間成形品を製造する第３の同心拡管工程と、
前記変化部と前記拡径部との内面形状と合致する外面形状を有する偏心拡管パンチを、前記変化部と前記拡径部との外面形状と合致する内面形状を有する金型に設置された前記第２ｃの中間成形品における前記同心拡管加工が行われた部分の偏心した軸方向へ押し込んで拡径管を製造する成形工程と
を含むことを特徴とする拡径管部品の製造方法を含むことを特徴とする（１）項に記載された拡径管部品の製造方法。

また、第１の同心拡管パンチ、第２の同心拡管パンチ、第３の同心拡管パンチのパンチ半角を同じとすることも、本発明で好ましく用いられる態様の一つである。

（３）前記拡径部の先端に形成される減肉部を切断する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された拡径管部品の製造方法。

（４）前記筒体は溶接管であることを特徴とする（１）項から（３）項までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造方法。

本発明において、「減肉部」とは、拡径加工前の素管（本発明においては筒体ともいう）の肉厚と、最終製品である拡径管部品の肉厚を比較した場合の、肉厚減少部をいう。減肉率＝｛（拡径加工前の肉厚−拡径加工後の肉厚）／拡径加工前の肉厚｝×１００（％）である。もしくは、口広げ成形前の素材鋼管の肉厚をｔ_０とし、端部口広げ鋼管の軸方向端部における口広げ成形後の肉厚をｔ_１とした場合に、減肉率＝{(ｔ_０−ｔ_１)／ｔ_０}×１００（％）である。減肉率が正に大きくなるほどより減肉していることを表す。

（５）前記素材が、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有することを特徴とする（１）項から（４）項までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造方法。

（６）前記拡径管部品が自動車または自動二輪車のエンジン排気系マフラーまたは触媒ケースであることを特徴とする（１）項から（５）項までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造方法。

（７）金属製の素材である筒体に加工を行って、所定の径を有する一般部と、前記筒体の先端に形成されるとともに前記一般部に対して所定の大きさに拡径され、前記一般部の軸方向に対して所定の交差角で偏心する軸方向を有する拡径部と、前記一般部と前記拡径部との間に形成されるとともに前記一般部から前記先端部に向かって所定の傾斜角に拡径する変化部とを軸方向へ並んで有する拡径管部品を製造する装置であって、
前記筒体の端部を、所定の交差角で偏心するように曲げ加工して、前記筒体端部が偏心した第１の中間成形品を製造する曲げ加工手段と、
前記第１の中間成形品の端部より、偏心した軸方向へ押し込み、前記第１の中間成形品の端部を同心拡管加工して、第２の中間成形品を製造する少なくとも一つの拡管パンチと、
前記変化部と前記先端部との内面形状と合致する外面形状を有し、前記第２の中間成形品の端部より、前記第２の中間成形品における前記同心拡管加工が行われた部分の偏心した軸方向へ押し込み、拡径管部品を製造する偏心拡管パンチと、
前記拡径管部品の外面形状に一致する内面形状を有する金型と、
を備えることを特徴とする拡径管部品の製造装置。

（８）前記同心拡管パンチは、前記変化部の前記傾斜角よりもパンチ半角が大きいとともに前記筒体の内径よりも大きく、前記変化部の内径よりも小さい外径を有し、前記筒体の偏心した軸方向へ押し込まれることにより、前記筒体を拡管率２５％以下で拡管加工することを特徴とする（７）項に記載された拡径管部品の製造装置。

なお、同心拡管パンチは、少なくとも一つ有すればよく、最終製品形状によっては、複数の同心拡管パンチを有することもできる。例えば、同心拡管パンチを三つ有して加工する場合は、下記のような製造装置とすることができる。

前記同心拡管パンチが、第１の同心拡管パンチ、第２の同心拡管パンチ、第３の同心拡管パンチからなり、
前記筒体の端部を、所定の交差角で偏心するように曲げ加工して、前記筒体端部が偏心した第１の中間成形品を製造する曲げ加工手段と、
前記傾斜角よりもパンチ半角が大きいとともに前記筒体の内径よりも大きく、前記変化部の内径よりも小さい外径を有し、前記筒体の軸方向へ押し込まれることにより、前記筒体を拡管率２５％以下で拡管加工して、第２ａの中間成形品を製造する第１の同心拡管パンチと、
前記傾斜角よりもパンチ半角が大きいとともに前記第２ａの中間成形品の軸方向端部における内径よりも大きく、前記変化部の内径よりも小さい外径を有し、前記第２ａの中間成形品の軸方向へ前記第１の同心拡管パンチの手前位置まで押し込まれることにより、前記第２ａの中間成形品を拡管率２５％以下で拡管加工して、第２ｂの中間成形品を製造する第２の拡管パンチと、
前記傾斜角よりもパンチ半角が大きいとともに前記第２ｂの中間成形品の軸方向端部における内径よりも大きく、前記変化部の内径よりも小さい外径を有し、前記第２ｂの中間成形品の軸方向へ前記第２の同心拡管パンチの手前位置まで押し込まれることにより、前記第２ｂの中間成形品を拡管率２５％以下で拡管加工して、第２ｃの中間成形品を製造する第３の拡管パンチと、
前記変化部と前記先端部との内面形状と合致する外面形状を有し、前記第２の中間成形品の端部より、前記第２の中間成形品における前記同心拡管加工が行われた部分の偏心した軸方向へ押し込み、拡径管部品を製造する偏心拡管パンチと、
前記拡径管部品の外面形状に一致する内面形状を有する金型と、
を備えることを特徴とする（７）項または（８）項に記載された拡径管部品の製造装置。

また、第１の拡管パンチ、第２の拡管パンチ、第３の拡管パンチのパンチ半角を同じとすることも好ましい。

（９）前記拡径部の先端に形成される減肉部を切断する切断手段をさらに備えることを特徴とする（７）項または（８）項に記載された拡径管部品の製造装置。

（１０）前記素材が溶接管であることを特徴とする（７）項から（９）項までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造装置。

（１１）前記素材は、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有することを特徴とする（７）項から（１０）項までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造装置。

（１２）前記拡径管部品が自動車または自動二輪車のエンジン排気系マフラーまたは触媒ケースであることを特徴とする（７）項から（１１）項までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造装置。

本発明によれば、所定の径を有する一般部と、筒体の先端に形成されるとともに一般部に対して所定の大きさに拡径され、一般部の軸方向に対して所定の交差角で偏心する軸方向を有する拡径部と、一般部と拡径部との間に形成されるとともに一般部から先端部に向かって所定の傾斜角に拡径する変化部とを軸方向へ並んで有する拡径管部品を、低コスト、低タクトタイムで高い生産性で製造できる。

図１は、拡径管部品の一例を示す断面図である。 図２は、本発明により製造される拡径管部品の好ましい製造工程の一例を示す説明図である。 図３は、本発明により製造された拡径管部品の減肉率を示すコンター図であり、図３（ａ）は拡径管部品の正面図、図３（ｂ）は拡径管部品の上面図、図３（ｃ）は拡径管部品の下面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。

１．拡径管部品Ｐ３
図１は、本発明により製造される拡径管部品Ｐ３の一例を示す説明図である。

図１に示すように、本発明により製造される拡径管部品Ｐ３は、所定の径を有する一般部Ｐ３１、変化部Ｐ３２および拡径部Ｐ３３を軸方向へ並んで有する。

拡径部Ｐ３３は、筒体の先端に形成されるとともに一般部Ｐ３１に対して所定の大きさに拡径され、一般部Ｐ３１の軸方向に対して所定の交差角θで偏心する軸方向を有する。

交差角θは５〜３０°の範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば、拡径管部品Ｐ３の減肉部の形成が抑制され、製品破断が抑えられ、歩留りの低下が大幅に抑えられる。

交差角θが５°未満であれば、本発明の目的である端部加工度が大きい拡径管部品を得るものではなくなり、従来の技術で製造できるため、本発明を適用する意味がない。一方、交差角θが３０°を超えると、場合によっては加工途中で割れが発生するか、あるいは割れが発生しなくとも十分な寸法精度を有する拡径管部品Ｐ３を製造できない。

変化部Ｐ３２は、一般部Ｐ３１と拡径部Ｐ３３との間に形成されるとともに一般部Ｐ３１から拡径部Ｐ３３に向かって所定の傾斜角（α１，α２）に拡径される。変化部の傾斜角は、拡径管部品Ｐ３の周方向に一定ではなくなるため、図１では、拡径管部品Ｐ３の断面図により、傾斜角α１，α２を示す。

また、傾斜角α１，α２は、素材からの最終的な拡管率が１００％以下となるように設定することが好ましい。この範囲内であれば、拡径管部品Ｐ３の減肉部の形成が抑制され、製品破断を抑えることができ、歩留り低下を大幅に抑えることができる。

２．本発明に係る製造装置
図２は、本発明により製造される拡径管部品の好ましい製造工程の一例を示す説明図である。

本発明に係る製造装置は、曲げ加工手段１と、同心拡管パンチ２と、偏心拡管パンチ３と、金型４とを備える。

（２−１）曲げ加工手段１
本発明に係る製造装置は、筒体Ｐの端部を、所定の交差角で偏心するように曲げ加工して、筒体Ｐの端部を偏心させることにより、第１の中間成形品Ｐ１を製造する曲げ加工手段１を備える。

曲げ加工手段１は、特に限定されず、周知の方法を用いることができる。

例えば、図２（ａ）に示すように、金型（上型）４ａと金型（下型）４ｂとを用いたプレス成形を好ましく例示することができる。

（２−２）同心拡管パンチ２
図２（ｂ）に示すように、同心拡管パンチ２は、第１の中間成形品Ｐ１の端部より、偏心した軸方向へ押し込まれ、第１の中間成形品Ｐ１の端部に同心拡管加工を行うことにより、第２の中間成形品Ｐ２を製造する。

同心拡管パンチ２は、筒体Ｐの内径よりも大きく、変化部Ｐ３２の内径よりも小さい外径ｄを有することが好ましい。

また、同心拡管パンチ２は、本発明において製造される所望の拡径管部品の変化部Ｐ３２における所定の傾斜角αよりも大きな傾斜角β（以下、「パンチ半角β」という）となる傾斜部２１を、筒体圧入側先端に有することが好ましい。ここで、傾斜角αとは変化部Ｐ３２の断面周方向の各位置における平均値を指す。

パンチ半角βは傾斜角αの大きさや変化部Ｐ３２の長さによって適宜調整することができる。例えば、パンチ半角βは、傾斜角αよりも大きい角度であって、３０°〜６０°の範囲であることが好ましい。パンチ半角βが３０°未満であると、金属材の押し込み不足となり変化部Ｐ３２における割れが生じ易く、傾斜角βが大きくなるにつれ、パンチの押圧による荷重が大き過ぎて座屈を生じ易く、傾斜角βが６０°を超えると、拡管加工孔側の端部が外側に巻き込まれるようなカーリング変形が生じるため好ましくない。

一つの同心拡管パンチ１による拡管率は２５％以下が好ましく、さらに好ましくは２０〜２５％の範囲である。

以上の説明では、同心拡管パンチ２を一つ有する場合を例にとったが、同心拡管パンチは少なくとも一つ有すればよく、最終製品形状によっては、複数の同心拡管パンチを有することもできる。例えば、同心拡管パンチを三つ有する場合を、図２（ｂ）〜図２（ｄ）を例にとって説明する。

図２（ｂ）〜図２（ｄ）に示すように、同心拡管パンチ２は、第１の同心拡管パンチ２ａ、第２の同心拡管パンチ２ｂ、第３の同心拡管パンチ２ｃの３つを備える。

（２−３）第１の同心拡管パンチ２ａ
図２（ｂ）に示すように、第１の同心拡管パンチ２ａは、本発明において製造される所望の拡径管部品の変化部Ｐ３２における所定の傾斜角αよりも大きなパンチ半角β１となる傾斜部２１ａを筒体圧入側先端に有する。また、第１の同心拡管パンチ２ａは、筒体Ｐの内径よりも大きく、変化部Ｐ３２の内径よりも小さい外径ｄ１を有する。

第１の同心拡管パンチ２ａは、筒体Ｐの拡管加工孔側の端部から筒体Ｐの軸方向へ押し込まれることにより、筒体Ｐを拡管加工して、第２ａの中間成形品Ｐ２ａを製造する。

第１の同心拡管パンチ２ａによる筒体Ｐからの拡管率は好ましくは２５％以下であり、さらに好ましくは２０〜２５％の範囲である。

（２−４）第２の同心拡管パンチ２ｂ
図２（ｃ）に示すように、第２の同心拡管パンチ２ｂは、本発明において製造される所望の拡径管部品の変化部Ｐ３２における所定の傾斜角αよりも大きなパンチ半角β２となる傾斜部２１ｂを第２ａの中間成形品Ｐ２ａ圧入側先端に有する。また、第２の同心拡管パンチ２ｂは、第２ａの中間成形品Ｐ２ａの内径よりも大きく、変化部Ｐ３２の内径よりも小さい外径ｄ２を有する。

第２の同心拡管パンチ２ｂは、第２ａの中間成形品Ｐ２ａの拡管加工孔側の端部から第２ａの中間成形品Ｐ２ａの軸方向へ第１の同心拡管パンチ２ａの押し込み位置の手前まで押し込まれることにより、第２ａの中間成形品Ｐ２ａを拡管加工して、第２ｂの中間成形品Ｐ１ｂを製造する。

第２の同心拡管パンチ２ｂによる第２ａの中間成形品Ｐ２ａからの拡管率は好ましくは２５％以下であり、さらに好ましくは２０〜２５％の範囲である。

（２−５）第３の同心拡管パンチ２ｃ
図２（ｄ）に示すように、第３の同心拡管パンチ２ｃは、本発明において製造される所望の拡径管部品の変化部Ｐ３２における所定の傾斜角αよりも大きなパンチ半角β３となる傾斜部２１ｃを第２ｂの中間成形品Ｐ２ｂ圧入側先端に有する。また、第３の同心拡管パンチ２ｃは、第２ｂの中間成形品Ｐ２ｂの内径よりも大きく、変化部Ｐ３２の内径よりも小さい外径ｄ３を有する。

第３の同心拡管パンチ２ｃは、第２ｂの中間成形品Ｐ２ｂの拡管加工孔側の端部から第２ｂの中間成形品Ｐ２ｂの軸方向へ前記第２の同心拡管パンチの押し込み位置の手前まで押し込まれることにより、第２ｂの中間成形品Ｐ２ｂを拡管加工して、第２ｃの中間成形品Ｐ２ｃを製造する。

第３の同心拡管パンチ２ｃによる第２ｂの中間成形品Ｐ２ｂからの拡管率は好ましくは２５％以下であり、さらに好ましくは２０〜２５％の範囲である。

パンチ半角β１、β２、β３は傾斜角αの大きさや変化部Ｐ３２の長さによって適宜調整することができる。例えば、パンチ半角β３は、傾斜角αよりも大きい角度であって、３０°〜６０°の範囲であることが好ましい。パンチ半角β２が３０°未満であると、金属材の押し込み不足となり変化部における割れが生じ易く、パンチ半角β２が大きくなるにつれ、パンチの押圧による荷重が大き過ぎて座屈を生じ易く、パンチ半角β２が６０°を超えると、拡管加工孔側の端部が外側に巻き込まれるようなカーリング変形が生じるため好ましくない。

各拡管パンチ２ａ〜２ｃのパンチ半角β１〜β３の関係としては、特に限定されるものではない。所望の拡径管部品変化部の形状に合わせて適宜設定できるものである。例えば、β１＝β２＝β３でもよいし、β１＜β２＜β３でもよいし、β１＜β２＞β３でもよい。

偏心拡管パンチ２、金型４については、上述のものを使用できる。

以上のように複数の同心拡管パンチを用いることで、所望の形状に成形された拡径管部品の変化部Ｐ３２、拡管部Ｐ３３における減肉率を減少させることができるため好ましい。

曲げ加工手段、成形パンチ、金型については、上述のものと同様のものを用いることができる。

（２−６）偏心拡管パンチ３
図２（ｅ）に示すように、偏心拡管パンチ３は、変化部Ｐ３２と拡径部Ｐ３３との内面形状と合致する外面形状を有する。偏心拡管パンチ３は、第２の中間成形品Ｐ２の端部より、第２の中間成形品Ｐ２における同心拡管加工が行われた部分の偏心した軸方向へ押し込まれ、拡径管部品Ｐ３を製造する。

また、図２における偏心拡管パンチ３は一体成形されたものが示されているが、本発明における成形パンチ３はこれに限定されるわけではなく、変化部Ｐ３２の形状によっては複数に分割されていてもよい。

（２−７）金型４
金型４は、拡径管部品Ｐ３の外面形状に一致する内面形状を有する。金型４は、第２の中間成形品Ｐ２の同心拡管加工が行われていない部分を内部に配置でき、偏心拡管パンチ３の押圧によって変化部Ｐ３２と拡径部Ｐ３３を成形できれば、その態様は特に限定されない。

例えば、図２においては、金型４が上型４ａ、４ｃ、下型４ｂに分かれている態様を示したが、本発明はこの態様に限定されるものではなく、一体であっても、さらに複数に分割されていてもよい。

図２（ａ）〜（ｅ）に示すように、金型４が上型４ａ、４ｃ、下型４ｂを備える場合は、同心拡管パンチによる同心拡管加工後、上型４ａと下型４ｂの内部に配置された第２の中間成形品Ｐ２に上型４ｃがさらに設置され、その後または上型４ｃの設置と同時に、偏心拡管パンチ３による押圧が行われる。

また、図２に示すように、金型４を、一般部Ｐ３１の上側を固定する金型４ａ、一般部Ｐ３１，変形部Ｐ３２，拡径部Ｐ３３の下側を固定する金型４ｂ、変形部Ｐ３２，拡径部Ｐ３３の上側を固定する金型４ｃの３つの金型で形成するように設けた場合、金型４ａ、金型４ｃの移動のみで、第１の中間成形品Ｐ１の設置から拡径管部品Ｐ３の製造まで行えるため、好ましい。

具体的には、第１の中間成形品Ｐ１を金型４ｂに設置した後、金型４ａを設置して第１の中間成形品Ｐ１を固定し、前述の同心拡管パンチ２で同心拡管加工を行った後、金型４ｃを設置し、その後、偏心拡管パンチ３を用いて成形することができる。

さらにまた、図２（ａ）〜（ｅ）に示すように、金型の一方の端部の形状を曲げ加工手段に対応する形状とし、別の一方の端部の形状を拡管パンチ２，３の押し込みによる成形加工手段に対応する形状として、金型１ａ、金型１ｂと、後に詳述する金型４ａ、金型４ｂとを、同じ金型として用いることは、金型製作費用を抑える点において、さらに好ましい態様である。この場合、図２（ｂ）〜（ｅ）に示すように、同心拡管パンチ２、偏心拡管パンチ３による加工を行う前段で第１の中間成形品Ｐ１を掴み換えればよい。

本発明の製造装置は、拡径管部品Ｐ３の拡径部Ｐ３３の先端に形成される減肉部を切断する切断手段をさらに備えてもよい。

図３は、本発明により製造された拡径管部品Ｐ３の減肉率を示すコンター図であり、図３（ａ）は拡径管部品Ｐ３の正面図、図３（ｂ）は拡径管部品Ｐ３の上面図、図３（ｃ）は拡径管部品Ｐ３の下面図である。図３（ａ）〜図３（ｃ）では、減肉率の正の値が大きいほど減肉が大きいことを示す。

例えば、図３に示された拡径管部品Ｐ３の先端部には減肉の程度が大きい部分（減肉率１０〜２０％）が存在するが、この部分は切断し、拡径管部品Ｐ３の減肉部を無くすことができる。切断手段としては、周知の方法を用いることができ、特に限定されるものではない。

素材となる筒体Ｐが管長手方向に直線状に伸びる溶接部を持つ溶接管である場合は、筒体Ｐを金型４にセットする際に、溶接管を、拡径管部品Ｐ３の変形部Ｐ３２における断面の中心点となる位置に最も近い周方向部分に溶接部が位置するように設置することが、拡径加工時の破断を抑制することができるため、好ましい。言い換えると、プレス曲げを説明した図２（ａ）において、上金型４ａと下金型４ｂが合わさる境目に、溶接部が位置するようにすることが、拡径加工時の破断を抑制することができるため、好ましい。

金型やパンチの押圧は、既存の手段を用いることができ、例えば、油圧シリンダー、ガスシリンダー、ばねやゴムなどの加圧機構が挙げられる。

以上、曲げ加工手段１と、同心拡管パンチ２と、偏心拡管パンチ３と、金型４とを備えてなる形態を説明したが、最終製品（拡径管部品Ｐ３）の形状によっては、同心拡管パンチ１の他に、さらに別の外径を有する同心拡管パンチを適宜追加してもよい。

３．本発明に係る製造方法
本発明に係る製造方法は、偏心加工工程と、同心拡管工程と、偏心拡管工程とを含む。

（３−１）偏心加工工程
図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、偏心加工工程では、筒体Ｐの端部を、所定の交差角で偏心するように曲げ加工を行うことにより、筒体端部が偏心した第１の中間成形品を製造する。

（３−２）同心拡管工程
図２（ｂ）に示すように、同心拡管工程では、第１の中間成形品Ｐ１の端部より、偏心した軸方向へ同心拡管パンチを押し込んで第１の中間成形品Ｐ１の端部に同心拡管加工を行うことにより、第２の中間成形品を製造する。

所望の変化部Ｐ３２の形状に成形する偏心拡管工程の前段に、筒体Ｐを断面周方向へ均一に拡管する同心拡管工程を備えることで、変化部Ｐ３２の形状が断面周方向において異なる形状であっても、変化部Ｐ３２断面周方向における肉厚の減肉を抑制することができるため、好ましい。

同心拡管工程では、素管である筒体Ｐの内径よりも大きく、変化部Ｐ３２の内径よりも小さい外径を有する同心拡管パンチ１を用いて、筒体Ｐに同心拡管加工を行うことが好ましい。

また、本発明において製造される所望の拡径管部品の変化部Ｐ３２における所定の傾斜角αよりも大きな傾斜角β（以下、「パンチ半角β」という）となる傾斜部１１を、筒体圧入側先端に有する同心拡管パンチを用いることが好ましい。ここで、傾斜角αとは、変化部Ｐ３２断面周方向における各傾斜角の平均値を指す。

同心拡管工程における金属材の押し込み量は、傾斜角αの大きさや変化部Ｐ３２の長さに対して、パンチ半角βを調整することによって、適宜調整することができる。金属材の押し込み不足となる場合は、変化部における割れが生じ易く、押し込み量が増大になると、パンチの押圧による荷重が大き過ぎて座屈を生じ易く、さらに押し込み量が増えると、拡管加工孔側の端部が外側に巻き込まれるようなカーリング変形が生じるため、パンチ半角βは、傾斜角αよりも大きい角度であって、３０°〜６０°の範囲であることが好ましい。

一つの同心拡管工程における拡管率は２５％以下が好ましく、さらに好ましくは２０〜２５％の範囲である。

（３−３）偏心拡管工程
図２（ｅ）に示すように、偏心拡管工程では、変化部Ｐ３２と拡径部Ｐ３３との内面形状と合致する外面形状を有する偏心拡管パンチ３と、変化部Ｐ３２と拡径部Ｐ３３との外面形状と合致する内面形状を有する金型４とを用いる。

金型４の内部に設置された第２の中間成形品Ｐ２における同心拡管加工が行われた部分の偏心した軸方向へ、偏心拡管パンチ３を押し込んで拡径管部品Ｐ３を製造する。

なお、用いる金型４や偏心拡管パンチ３が、複数に分割されている場合、各偏心拡管パンチの押し込みは、数段階にわけてもよい。

また、本発明の製造方法は、拡径管部品Ｐ３の拡径部Ｐ３３の先端に形成される減肉部を切断する切断工程をさらに含んでもよい。例えば、図４に示された拡径管部品の先端部には、減肉部が示されるが、点線において切断し、拡径管部品の減肉部を切除することができる。

さらにまた、素材となる筒体Ｐが溶接管である場合は、筒体Ｐを金型４にセットする際に、該溶接管を、所望の形状を備える拡径管部品Ｐ３の変形部Ｐ３２における断面の中心点となる位置より最も近い周方向部分に溶接部が位置するように設置することが、拡径加工時の破断を抑制することができるため、好ましい。

以上は、１つの同心拡管工程、偏心拡管工程からなる製造方法を説明したが、拡径管部品の形状によっては、別の外径を有する同心拡管パンチによるさらなる同心拡管工程を追加してもよい。

以下に、同心拡管工程が、第１の同心拡管工程、第２の同心拡管工程、第３の同心拡管工程の３つからなる同心拡管工程について説明する。

（３−４）第１の同心拡管工程
図２（ｂ）に示すように、第１の拡管工程では、本発明において製造される所望の拡径管部品Ｐ３の変化部Ｐ３２の傾斜角αよりもパンチ半角β１が大きいとともに筒体Ｐの内径よりも大きく、変化部Ｐ３２の内径よりも小さい外径ｄ１を有する第１の同心拡管パンチ２ａを用いる。第１の中間成形品Ｐ１の端部側から、筒体Ｐの軸方向へ、第１の同心拡管パンチ２ａを押し込むことにより、第１の中間成形品Ｐ１の端部を拡管加工して、第２ａの中間成形品Ｐ２ａを製造する。

第１の拡管工程における拡管加工の拡管率は好ましくは２５％以下であり、さらに好ましくは２０〜２５％の範囲である。

（３−５）第２の同心拡管工程
図２（ｃ）に示すように、第２の拡管工程では、本発明において製造される所望の拡径管部品の変化部Ｐ３２における所定の傾斜角αよりもパンチ半角β２が大きいとともに筒体Ｐの内径よりも大きく、変化部Ｐ３２の内径よりも小さい外径ｄ２を有する第２の同心拡管パンチ２ｂを用いる。第２ａの中間成形品Ｐ２ａの拡管加工孔側の端部から第２ａの中間成形品Ｐ２ａの軸方向へ、第１の同心拡管工程による第１の同心拡管パンチの押し込み位置の手前まで第２の拡管パンチ２ｂを押し込むことにより、第２ａの中間成形品Ｐ１ａを拡管加工して、第２ｂの中間成形品Ｐ２ｂを製造する。

第２の同心拡管工程における拡管加工の拡管率は好ましくは２５％以下であり、さらに好ましくは２０〜２５％の範囲である。

（３−６）第３の同心拡管工程
図２（ｄ）に示すように、第３の拡管工程では、本発明において製造される所望の拡径管部品の変化部Ｐ３２における所定の傾斜角αよりもパンチ半角β３が大きいとともに筒体Ｐの内径よりも大きく、変化部Ｐ３２の内径よりも小さい外径ｄ３を有する第３の同心拡管パンチ２ｃを用いる。第２ｂの中間成形品Ｐ２ｂの拡管加工孔側の端部から第２ｂの中間成形品Ｐ２ｂの軸方向へ、第２の同心拡管工程による第２の同心拡管パンチの押し込み位置の手前まで第３の拡管パンチ２ｃを押し込むことにより、第２ｂの中間成形品Ｐ２ｂを拡管加工して、第１ｃの中間成形品Ｐ１ｃを製造する。

第３の同心拡管工程における拡管加工の拡管率は好ましくは２５％以下であり、さらに好ましくは２０〜２５％の範囲である。

同心拡管を複数回行うことで、素管に対する最終製品の拡管率が大きい拡径管部品を製造する際に、変化部や拡径部の肉厚の減少を抑制することができるため、好ましい。

４．本発明に用いられる金属材
本発明は、例えば、
（ａ）口広げ成形前素材鋼管の平均肉厚をｔ_０とし、外径をＤとした場合に、比（ｔ_０／Ｄ）が０．００５〜０．３の範囲、かつｔ_０＝０．５〜３０ｍｍ、Ｄ＝１５〜７００ｍｍの範囲で、
（ｂ）口広げ成形前の素材鋼管の肉厚をｔ_０とし、端部口広げ鋼管の軸方向端部における口広げ成形後の肉厚をｔ_１とした場合の減肉率「{(ｔ_０−ｔ_１)／ｔ_０}×１００（％）」が０〜４０で、
（ｃ）端部口広げ鋼管の軸方向端部への口広げ成形した拡径部分の長さＬ（ｍｍ）が０Ｄ〜１０Ｄの範囲で、
（ｄ）端部口広げ鋼管の加工硬化係数（歪み効果指数）ｎ値は０．００５〜０．４の範囲で、
（ｅ）端部口広げ鋼管の深絞り性を表す特性値であるｒ値は０．３〜４．０の範囲で、それぞれ適用することができる。特に、口広げ成形においては、ｎ値は小さすぎると成形荷重が大きくなるため座屈し易くなり、一方、ｒ値は小さすぎると材料が流入し難くなるため成形性に劣る（成形できる拡管率が低下する）。

素材鋼管の鋼種は本発明で特に限定されるものではない。

本発明に用いられる金属材は特に限定されないが、ステンレス鋼や高張力鋼のような、強度の高い金属材であっても、好ましく用いることができる。

また、素材は引張強度５９０ＭＰａ以上であっても好ましく用いることができる。

本発明によれば、このような強度が高い素材であっても、座屈や割れなしで拡径管部品を製造することができる。

さらにまた、本発明は、素材が溶接管であっても好ましく用いることができる。

本発明によれば、素材が溶接管であっても、溶接部近傍や、素材周方向溶接部反対側で極端な減肉や破断を抑えることができ、歩留りの低下を大幅に抑えて拡径管部品を製造することができる。

本発明によって製造された拡径管部品は、自動車または自動二輪車の触媒ケース、自動車燃料注入用の給油管等として好ましく使用することができる。

１：曲げ加工手段
２：同心拡管パンチ
３：偏心拡管パンチ
４：金型

Claims (12)

1. 金属製の素材である筒体に加工を行って、所定の径を有する一般部と、前記筒体の先端に形成されるとともに前記一般部に対して所定の大きさに拡径され、前記一般部の軸方向に対して所定の交差角で偏心する軸方向を有する拡径部と、前記一般部と前記拡径部との間に形成されるとともに前記一般部から前記拡径部に向かって所定の傾斜角に拡径する変化部とを軸方向へ並んで有する拡径管部品を製造する方法であって、
   前記筒体の端部を、前記所定の交差角で偏心するように曲げ加工を行うことにより、前記筒体端部が偏心した第１の中間成形品を製造する偏心加工工程と、
   同心拡管パンチを、前記第１の中間成形品の前記偏心した端部より、当該偏心した端部の軸方向へ押し込んで前記第１の中間成形品の端部に同心拡管加工を行うことにより、第２の中間成形品を製造する少なくとも一つの同心拡管工程と、
   前記変化部と前記拡径部との内面形状と合致する外面形状を有する偏心拡管パンチを、前記変化部と前記拡径部との外面形状と合致する内面形状を有する金型に設置された前記第２の中間成形品における前記同心拡管加工が行われた部分の偏心した軸方向へ押し込んで前記変形部および前記拡径部を成形することによって拡径管部品を製造する成形工程と
   を含むことを特徴とする拡径管部品の製造方法。
2. 前記同心拡管工程は、前記変化部の前記傾斜角よりもパンチ半角が大きいとともに、前記筒体の内径よりも大きく、前記変化部の内径よりも小さい外径を有する前記同心拡管パンチを前記第１の中間成形品の前記偏心した端部の前記軸方向へ押し込むことにより、前記第１の中間成形品を拡管率２５％以下で同心拡管加工する少なくとも一つの同心拡管工程からなることを特徴とする請求項１に記載された拡径管部品の製造方法。
3. 前記拡径部の先端に形成される減肉部を切断する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された拡径管部品の製造方法。
4. 前記筒体は溶接管であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造方法。
5. 前記素材が、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造方法。
6. 前記拡径管部品が自動車または自動二輪車のエンジン排気系マフラーまたは触媒ケースであることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造方法。
7. 金属製の素材である筒体に加工を行って、所定の径を有する一般部と、前記筒体の先端に形成されるとともに前記一般部に対して所定の大きさに拡径され、前記一般部の軸方向に対して所定の交差角で偏心する軸方向を有する拡径部と、前記一般部と前記拡径部との間に形成されるとともに前記一般部から前記拡径部に向かって所定の傾斜角に拡径する変化部とを軸方向へ並んで有する拡径管部品を製造する装置であって、
   前記筒体の端部を、所定の交差角で偏心するように曲げ加工して、前記筒体端部が偏心した第１の中間成形品を製造する曲げ加工手段と、
   前記第１の中間成形品の前記偏心した端部より、当該偏心した端部の軸方向へ押し込み、前記第１の中間成形品の端部を同心拡管加工して、第２の中間成形品を製造する少なくとも一つの同心拡管パンチと、
   前記変化部と前記拡径部との内面形状と合致する外面形状を有し、前記第２の中間成形品の端部より、前記第２の中間成形品における前記同心拡管加工が行われた部分の偏心した軸方向へ押し込み、前記変形部および前記拡径部を成形することによって拡径管部品を製造する偏心拡管パンチと、
   前記拡径管部品の外面形状に一致する内面形状を有する金型と、
   を備えることを特徴とする拡径管部品の製造装置。
8. 前記同心拡管パンチは、前記変化部の前記傾斜角よりもパンチ半角が大きいとともに前記筒体の内径よりも大きく、前記変化部の内径よりも小さい外径を有し、前記第１の中間成形品の前記偏心した端部の前記軸方向へ押し込まれることにより、前記第１の中間成形品を拡管率２５％以下で拡管加工することを特徴とする請求項７に記載された拡径管部品の製造装置。
9. 前記拡径部の先端に形成される減肉部を切断する切断手段をさらに備えることを特徴とする請求項７または請求項８に記載された拡径管部品の製造装置。
10. 前記素材が溶接管であることを特徴とする請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造装置。
11. 前記素材は、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有することを特徴とする請求項７から請求項１０までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造装置。
12. 前記拡径管部品が自動車または自動二輪車のエンジン排気系マフラーまたは触媒ケースであることを特徴とする請求項７から請求項１１までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造装置。