JP6944469B2

JP6944469B2 - 金属プレートのバーリング加工方法

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Publication number: JP6944469B2
Application number: JP2018559622A
Authority: JP
Inventors: 高瀬　正明; 正明高瀬
Original assignee: T.RAD CO., L T D.
Current assignee: T.RAD CO., L T D.
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2021-10-06
Anticipated expiration: 2037-12-20
Also published as: US11156413B2; WO2018124254A1; US20190301818A1; JPWO2018124254A1

Description

本発明は、車両等における熱交換器用のヘッダープレートなどの金属プレートにバーリングを加工する方法に関する。

一般的な熱交換器は、冷却水などの流体の入口側タンクと出口側タンクの間にコア部を設けて構成される。コア部は積層された複数の偏平チューブとそれらの間に配置された複数のフィンを有し、各偏平チューブの両端部は各タンクのヘッダープレートに形成したバーリング付きの偏平孔に挿入した状態でろう付固定される。通常、ヘッダープレート、偏平チューブおよびフィンはアルミ材等の金属プレートを加工して作られる。
ヘッダープレートの偏平孔は、通常プレス加工により形成される。具体的には、偏平な空隙部を形成したダイ（基礎工具）の表面に上方から金属プレートの一方の面を接するように配置し、その状態で金属プレートの他方の面からバーリング加工用の偏平なパンチ（パンチ工具）の先端部を前記空隙部に向かって押圧（プレス）することにより、金属プレートにバーリング付き偏平孔が加工される。
しかしプレス加工でバーリング付き偏平孔を加工する際には、偏平孔の曲率半径が小さい長径方向の両先端部に比較的大きな応力が生じるので、該部分におけるバーリング部分にひび割れ等の部分損傷を起こす確率が高い。図１１にそのようなひび割れ現象が生じた例を示す。図１１の例では、金属プレート１にプレス加工で形成した偏平孔２の周縁全体に同一高さのバーリング３が形成されているが、その長径方向の先端部の一方にひび割れ部４が発生している。このようなひび割れ部４が生じると、部品どうしのろう付品質が安定せず、製品の耐久性能も安定しない。更に該部分から流体が漏洩する等の不良現象を引き起こすことがある。
特許文献１には上記問題を解決する方法が開示されている。図１２は特許文献１に開示されたバーリング加工方法を説明する参考図である。この加工方法は、先ず図１２（Ａ）のように、金属プレート１の偏平孔２が形成される領域の長径方向の両端部分に予め偏平チューブの厚み（肉厚）より小さい径の下孔５をそれぞれ形成する。各下孔５は図１２（Ｂ）に示すように小孔形成用のパンチ６で穿孔する。次に図１２（Ｃ）に示すように、両下孔５に挟まれた部分をバーリング加工用のパンチ７でプレス加工し、バーリング３付きの偏平孔２を加工する。
なお１２図（Ｄ）には、金属プレート１であるヘッダープレート８の両端部にタンク本体９の縁部を固定してタンク１０を形成し、バーリング３が形成された偏平孔２に偏平チューブ１１の先端部が挿入された状態が示されている。
特許文献１の方法によれば、下孔５を形成した金属プレート１部分の金属が予め取り除かれているので、プレス加工すると偏平孔２の長径方向の両端部に形成されるバーリング３の高さは、前記取り除かれた金属量に応じてそれ以外のバーリング３の部分より若干低く形成される。そのためプレス加工に際して該部分に生じる応力がそれに応じ幾分減少し、図１１に示すようなひび割れ現象も回避されると予想される。

特許第３８２２９５８号公報

しかし特許文献１の方法は、下孔５の径が偏平チューブ１１の厚みより小さい範囲に制限されるので、偏平チューブ１１を挿入する偏平孔２が大きい場合、またはバーリング３の高さを高くするような場合、偏平孔２の長径方向の両端のバーリング３の高さが僅少になってしまう。そのため偏平孔の両端部におけるひび割れ回避効果も限界がある。
そこで本発明は、このような従来のひび割れ回避方法における問題を解決した新しいバーリング加工方法を提供するものである。

本発明の第１の発明は、ダイ１２の平面に対して垂直な内周面を有し、その平面に水平な横断面内周が偏平な形状の空隙部１３を形成したダイ１２の表面に、金属プレート１の一方の面を配置し、ダイ１２の平面に対して垂直な外周面を有するバーリング加工用の偏平なパンチ７を、金属プレート１の他方の面から前記空隙部１３に向かって押圧することにより、金属プレート１にバーリングを加工する方法であって、
前記パンチ７は、前記平面に平行な断面が偏平に形成され、
パンチ７が金属プレート１を介して空隙部１３に押圧される状態において、そのパンチ７の前記断面の長手方向の両端の位置で、パンチの押圧方向に平行な一対の垂直な外側面と、それに対向するダイ１２の空隙部１３の内側面との間隙が、前記断面の幅方向の両端の位置で、パンチの押圧方向に平行な外側面と、それに対向するダイ１２の空隙部１３の内側面との間隙より、小さく設定したことを特徴とする（請求項１）。
本発明の第２の発明は、ダイ１２の平面に対して垂直な内周面を有し、その平面に水平な横断面内周が偏平な形状の空隙部１３を形成したダイ１２の表面に、予め予備偏平孔１ａを形成した金属プレート１の一方の面を配置し、ダイ１２の平面に対して垂直な外周面を有するバーリング加工用のパンチ７を、金属プレート１の他方の面から前記予備偏平孔１ａを通して、前記空隙部１３に向かって押圧することにより、金属プレート１にバーリングを加工する方法であって、
前記パンチ７は、前記平面に平行な断面が偏平に形成され、
パンチ７が金属プレート１を介して空隙部１３に押圧される状態において、パンチ７の前記断面の長手方向の両端位置で、一対の垂直な外側面と、それに対向するダイ１２の空隙部１３の内側面との間隙が、パンチ７の前記断面の幅方向の外側面と、それに対向するダイ１２の空隙部１３の内側面との間隙より小さく設定されていることを特徴とする（請求項２）。
本発明の第３の発明は、金属プレートが熱交換器用のヘッダープレートであることを特徴とする（請求項３）。

第１の発明は、パンチの前記断面の長手方向の両端の位置で、パンチの押圧方向に平行な一対の垂直な外側面と、それに対向するダイの空隙部の内側面との間隙が、前記断面の幅方向の両端の位置で、パンチの押圧方向に平行な外側面と、それに対向するダイの空隙部の内側面との間隙より小さく設定したことを特徴とする。
バーリング加工用のパンチを前記空隙部に向かって押圧して挿入することによって形成されるバーリング高さは、これらの間隙値に概ね比例するので、長径方向の端部のバーリング高さは、短径方向のそれより低くなる。
結果として、プレスによるバーリングの長手方向の両端の応力集中が軽減される。
なお、上記隙間をゼロにすることにより、当該部分のバーリング高さをゼロにすることもできる。
さらに第１の発明では、特許文献１のような金属プレートに予め下孔５を形成する必要がなく、または金属プレートに予備偏平孔を予め形成しておくこともないので、工程が簡単であり、操作性も良い。そして偏平孔の大きさや、その周縁のバーリング高さに依らず、自由度が高く、広く適用可能で且つ簡便にバーリング加工することが可能になる。なお予備偏平孔を設けないこの第１の発明は、偏平孔をそれほど大きくする必要がない場合や、高いバーリングを必要としない場合に適している。
第２の発明は、第１の発明に比べて、バーリング加工に先だって金属プレートに予め予備偏平孔を形成する点が第１の発明と異なる。
このように構成した第２の発明は、予備偏平孔を予め形成しておくことにより、比較的大きな偏平孔を形成する場合や、高いバーリングを形成する場合においても、金属プレートにおける偏平孔およびバーリングの形成をスムーズに且つ正確に行うことが出来る。
上記第１の発明または第２の発明を、熱交換器用のヘッダープレートのチューブ挿通孔に適用することにより、偏平チューブとヘッダープレートとのろう付の安定性が向上すると共に、接合強度が高まる。

図１は本発明のバーリング加工方法の１例を説明する部分斜視図。
図２は図１の平面図。
図３は金属プレート１の予備穿孔工程の部分拡大側断面図（Ａ）と、図１におけるバーリング加工工程を示す部分拡大側断面図（Ｂ）。
図４は本発明によりバーリング加工した金属プレートの部分拡大側断面図。
図５は本発明によりバーリング加工したヘッダープレートの部分拡大斜視図。
図６は図５のＶＩ−ＶＩ矢視断面図。
図７は本発明によりバーリング加工した図６とは別のヘッダープレート８の部分断面図。
図８は本発明によりバーリング加工した、さらに別のヘッダープレートを用いた熱交換器の部分拡大斜視図。
図９は図８のＩＸ−ＩＸ矢視断面図。
図１０は図９のＸ−Ｘ矢視断面図。
図１１はバーリング部分にひび割れを起こした例を示す部分斜視図。
図１２は従来のバーリング加工方法を説明する図。

次に、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明のバーリング加工方法の１例を示す部分斜視図であり、図２は図１の平面図である。
図１及び図２において、金属プレート１には平断面が偏平である予備偏平孔１ａが予め形成されており、その長径の寸法がＬ_３、短径の寸法がｄと表示されている。
バーリング加工用のパンチ７は、一例として、その押圧方向に直交する断面がレーストラック状のものを採用することができる。即ち、その断面が対向する一対の平行部分とその両端間をつなぐ一対の円弧部分を有する。そのレーストラック状の長手方向に沿う軸の寸法がＬ_１と表示され、また、パンチ７の幅方向の寸法がＤと表示されている。パンチ７の下端面は弧状でなくてもよい。なお、パンチ７の長手方向に沿う軸の寸法Ｌ_１は、予備偏平孔１ａの長径の寸法Ｌ_３と同一である。パンチ７の幅方向に沿う軸の寸法Ｄは、金属プレート１の予備偏平孔１ａの短径の寸法ｄより大きい。
ダイ１２はバーリング加工用の基礎台として一般に使用されているもので、全体が硬質な鉄材などによりブロック状に形成され、その上面から内部に向かって、空隙部１３が形成されている。本実施形態の空隙部１３は長方形の孔であり、４つの内側面はダイ１２の上面から下方に向かって垂直に延長している。空隙部１３の長径の寸法がＬ_２と表示されており、前記パンチ７の長手方向に沿う軸の寸法Ｌ_１および予備偏平孔１ａの長径の寸法Ｌ_３と同一寸法である。また、空隙部１３の短径の寸法がＤａと表示されている。
本実施形態では、空隙部１３の長径の寸法Ｌ_２とパンチ７の長手方向に沿う軸の寸法Ｌ_１が互いに同一に設定されている。しかし、図２に示すように、空隙部１３の短径の寸法Ｄａはパンチ７の幅方向に沿う軸の寸法Ｄより大きい値に設定されている。従って、パンチ７の長手方向の外側面と、空隙部１３の長径方向の内側面との間隙（Ｌ_２−Ｌ_１＝０）の値が、パンチ７の幅方向の外側面と、空隙部１３の短径方向の内側面との間隙（Ｄａ−Ｄ＞０）の値より小さく設定されている。
次に、図３を基に、図１に示す本実施形態におけるバーリング加工方法を説明する。図３（Ａ）は、金属プレート１に予備偏平孔１ａを穿孔加工している状態を示す部分拡大側断面図である。予備偏平孔１ａの穿孔加工は、例えば、金属プレート１の片面をダイ１２ａの上面に配置した状態で穿孔パンチ１４ａ等を矢印方向に押圧することにより行われ、図３（Ａ）には穿孔した際に空隙内に落下した金属プレート１の細片１ｂを参考までに示してある。
図３（Ｂ）は、図１に示すパンチ７を用いてバーリング加工している状態を示す部分拡大側断面図である。パンチ７は押圧方向に直交する断面が偏平なレーストラック状で、その長手方向および幅方向の両端には、それぞれ互いに平行な平坦な２つの側面を有する。なお、各側面の下端部はそれぞれ、面取り加工されている。
本実施形態では、空隙部１３における長径の寸法Ｌ_２とパンチ７における長手方向に沿う軸の寸法Ｌ_１が同一に設定されている。すなわち、パンチ７の長手方向の外側面と空隙部１３の長径方向の内側面との間隙が実質ゼロになる。そのため、パンチ７が空隙部１３に押し込まれた際に、金属プレート１には空隙部１３の長径の両端において曲げ起こされる部分が無いので、結果として、該部分には実質的にバーリングは形成されない。
空隙部１３の長径の両端部に位置する金属プレート１部分にも比較的低いバーリング３を形成する必要がある場合には、空隙部１３における長径の寸法Ｌ_２をパンチ７における長手方向に沿う軸の寸法Ｌ_１より若干長く設定すればよい。
図４はダイ１２上に配置された状態の金属プレート１をバーリング加工した状態を示す部分拡大側断面図で、上記のような間隙の設定変更により、空隙部１３の長径の両端部に位置する金属プレート１部分に比較的低いバーリング３を形成した例である。なお、図４は空隙部１３の短径方向から見た側断面図で、該部分の高いバーリング３の両端部は円弧状の低いバーリング３に連なっている。
図５は、図４のようにバーリング加工したヘッダープレート８（金属プレート１）の部分拡大斜視図であり、図６は図５のＶＩ−ＶＩ矢視断面図である。図６にはヘッダープレート８の両端部に点線で示すタンク本体９の縁部を固定してタンク１０を形成した状態が示され、且つ偏平孔２に偏平チューブ１１の先端部を挿入した状態が合わせて示されている。
図７は、パンチ７の横断面形状を略矩形とし、且つパンチ７の長手方向の外側面と空隙部１３の長径方向の内側面との間隙を実質ゼロに設定した形態で、バーリング加工したヘッダープレート８の部分断面図である。図７は図６に準じて示されているが、金属プレート１における短径方向の高いバーリング３の両端部は、金属プレート１の平面に垂直な面を形成している。この場合、空隙部１３の長径方向の両端部には、バーリング３が実質的に形成されていないことが示されている。
図８は、本発明によりバーリング加工した他の実施例のヘッダープレート８を装着した熱交換器１６の部分拡大斜視図、図９は図８のＩＸ−ＩＸ矢視断面図、図１０は図９のＸ−Ｘ矢視断面図である。
この例は、ヘッダープレート８の横断面が円弧状に形成されたものである。そのヘッダープレート８に横断面円弧状のタンク本体９を固定してタンク１０が形成され、コア部１４は積層された複数の偏平チューブ１１とそれらの間に配置されたフィン１５で形成されている。そして、この断面円弧状のヘッダープレート８にバーリング部が形成されている。その開口端面からのバーリング部の高さは、その両端が低く、中間が高く形成されている。
そして、これら各部材により熱交換器１６が構成される。
なお、図９には、図８には示されていないコア部１４の一方の端部に固定された端蓋およびコアサポート１７が参考までに示されている。
なお、上記の説明では、金属プレート１に予め、予備偏平孔１ａを形成した例を説明したが、それを省略してもよい（請求項１）。

本発明は、車両、建設機械等における熱交換器用のヘッダープレートなどの金属プレートをバーリング加工するために利用できる。

１金属プレート
１ａ予備偏平孔
１ｂ細片
２偏平孔
３バーリング
４ひび割れ部
５下孔
６パンチ
７パンチ
８ヘッダープレート
９タンク本体
１０タンク
１１偏平チューブ
１２ダイ
１２ａダイ
１３空隙部
１４コア部
１４ａ穿孔パンチ
１５フィン
１６熱交換器
１７コアサポート

Claims

ダイ（１２）の平面に対して垂直な内周面を有し、その平面に水平な横断面内周が偏平な形状の空隙部（１３）を形成したダイ（１２）の表面に、金属プレート（１）の一方の面を配置し、ダイ（１２）の平面に対して垂直な外周面を有するバーリング加工用の偏平なパンチ（７）を、金属プレート（１）の他方の面から前記空隙部（１３）に向かって押圧することにより、金属プレート（１）にバーリングを加工する方法であって、
前記パンチ（７）は、前記平面に平行な断面が偏平に形成され、
パンチ（７）が金属プレート（１）を介して空隙部（１３）に押圧される状態において、そのパンチ（７）の前記断面の長手方向の両端の位置で、パンチの押圧方向に平行な一対の垂直な外側面と、それに対向するダイ（１２）の空隙部（１３）の内側面との間隙が、前記断面の幅方向の両端の位置で、パンチの押圧方向に平行な外側面と、それに対向するダイ（１２）の空隙部（１３）の内側面との間隙より、小さく設定したことを特徴とする金属プレートのバーリング加工方法。
ダイ（１２）の平面に対して垂直な内周面を有し、その平面に水平な横断面内周が偏平な形状の空隙部（１３）を形成したダイ（１２）の表面に、予め予備偏平孔（１ａ）を形成した金属プレート（１）の一方の面を配置し、ダイ（１２）の平面に対して垂直な外周面を有するバーリング加工用のパンチ（７）を、金属プレート（１）の他方の面から前記予備偏平孔（１ａ）を通して、前記空隙部（１３）に向かって押圧することにより、金属プレート（１）にバーリングを加工する方法であって、
前記パンチ（７）は、前記平面に平行な断面が偏平に形成され、
パンチ（７）が金属プレート（１）を介して空隙部（１３）に押圧される状態において、パンチ（７）の前記断面の長手方向の両端位置で、一対の垂直な外側面と、それに対向するダイ（１２）の空隙部（１３）の内側面との間隙が、パンチ（７）の前記断面の幅方向の外側面と、それに対向するダイ（１２）の空隙部（１３）の内側面との間隙より小さく設定されていることを特徴とする金属プレートのバーリング加工方法。
金属プレート（１）が熱交換器（１６）用のヘッダープレート（８）であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属プレートのバーリング加工方法。