JP7180527B2 - 差厚管の製造方法及び差厚管の製造装置 - Google Patents
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特許文献1の図1には、係止工程としごき加工工程とを有する差厚管の製造方法が開示されている。前記係止工程では、素管をダイス内に配置し、前記素管の長手方向への移動を規制した状態で、前記素管の一端部側よりプラグを押し込んで前記一端部側の外形を拡大させて前記ダイスに係止させる。続く前記しごき加工工程では、前記素管の前記規制を解く一方、前記素管の前記係止は維持したまま、前記プラグをさらに前記素管の他端部側に向かって押し込むことで、前記素管の外形を維持したまま内形を拡げるしごき加工を加えて薄肉部を形成する。
上記特許文献1に記載の製造方法によれば、差厚管を容易に製造できる。
(1)本発明の一態様に係る差厚管の製造方法は、中空筒状の素管より差厚管を製造する方法であって、前記素管をダイス内に配置し、前記素管の長手方向への移動を規制した状態で、前記素管の一端側よりプラグ本体をスリーブと共に押し込み、前記一端側の外形を拡大させた拡形部を形成し、前記拡形部を前記ダイスに係止させる係止工程と;前記素管の前記規制を解く一方で前記素管の前記係止は維持してかつ、前記拡形部の内面を、前記スリーブで支えた状態で、前記プラグ本体をさらに前記素管の他端側に向かって押し込み、前記素管の外形を維持したまま内形を拡げるしごき加工を行う、しごき加工工程と;を有する。
拡管率(%)=(拡管後の外径-素管外径)/素管外径×100・・・(式1)
図1に示すように、本実施形態における差厚管の製造方法は、中空円筒形状の素管Wをダイス10内に配置し、素管Wの一端部Waに拡形部を形成した後、素管Wの一端部Waより他端部Wbに向かってプラグ20を押し込むことで絞り加工を行う。
以下に詳細を説明するが、素管Wの長手方向に沿った一端部Wbに向かう方向を先端側と呼び、素管Wの長手方向に沿った他端部Waに向かう方向を後端側と呼ぶ場合がある。
まず、本実施形態に係る差厚管の製造装置について説明する。
本実施形態の差厚管の製造装置は、中空筒状の素管Wより差厚管Pを製造する装置である。図1(a)に示すように、差厚管の製造装置は、ダイス10と、プラグ20と、プラグ駆動部(駆動機構。不図示)と、制御部(不図示)と、を備える。
なお、上記の「素管Wの外径d1に対応する内径」とは、素管Wの外径d1に対し、中空小径部11a内外への素管Wの抜き差しが可能な程度の隙間寸法を加えた内径寸法を示す。
プラグ本体30は、素管Wの内径d2よりも小さい外径の先端面31aを有するテーパー先端部31と、素管Wの内径d2よりも大きくてかつダイス10の中空小径部11aの内径よりも小さい外径を有する大径部32と、大径部32の外径よりも小さな外径を有する小径基端部33と、大径部32及び小径基端部33間に設けられたテーパー部34と、を備える。
テーパー部34は、大径部32の後端に連なる円錐台形状をなしている。より具体的に言うと、テーパー部34は、大径部32の後端と同じでかつ軸線CLに沿って大径部32から離れるに従って縮径する円錐台形状をなしている。テーパー部34の先端側は、大径部32の外径寸法と同じ外径寸法を有している。
小径基端部33は、テーパー部34の後端に連なる円柱形状をなしている。より具体的に言うと、小径基端部33は、テーパー部34の後端と同じでかつ軸線CLに沿った各位置で一定の外径寸法を有している。小径基端部33の後端は、前記プラグ駆動部に接続されている。
スリーブ40の形状寸法としては、例えば自動車用部品への適用を想定した場合、外径として10~200mmφ、より好ましくは50~100mmφを例示することができる。また、スリーブ40の肉厚としては、その外径の3~50%を例示することができる。なお、本実施形態のスリーブ40では、後述する図6(a)に示す符号gに示す隙間寸法が0mmになっている。すなわち、しごき加工工程中は、素管Wの一端部Wa側の内周面に対してスリーブ40の外周面が合致する。
テーパー先端部31がテーパー凹部11cの位置に到達したか否かは、例えば、プラグ本体30の押し込みストローク量、または、プラグ本体30の押し込みに伴って増加する反力を測定し、この測定値を前記制御部で判断することにより管理できる。
なお、減肉率は、プラグ本体30の大径部32の外径とスリーブ40の外径とを変化させることによって調整可能である。
また、差厚管Pの中間部111eおよび他端部分111fに対する加工量が大きいので、中間部111eおよび他端部分111fは加工硬化により強度が比較的高くなっている。
そのため、摩擦力F1と摩擦力F2とのバランスが適切になるように、両者間の摩擦係数差を調整する必要がある。具体的には、素管Wの外周面とダイス10の内周面との間における潤滑剤と、素管Wの内周面とプラグ本体30の外周面との間における潤滑剤とを互いに別物にして、摩擦力F2が摩擦力F1を上回らないようにする。
すなわち、図1(c)に示すように、しごき加工工程では、素管Wの一端部Wa側から係止部1e1の後端位置P1までのl2(mm)の部分と、前記l1(mm)の部分とを合算したLx(mm)の範囲における内周面を、スリーブ40の外周面によって支える。言い換えると、素管Wの一端部Wa側からテーパー凹部11cの後端位置P1までの間であるl2(mm)の部分と、後端位置P1からプラグ本体30の押し込み方向に沿った50mm以下の位置までのl1(mm)の部分との双方に重なる位置に、前記留置機構がスリーブ40を留置する。好ましい場合は、0~50mm、より好ましくは、0~10mmである。
また、「減肉量」は、素管Wの肉厚から減肉部の肉厚を差し引いた寸法(図6の(a)及び(b)に示す符号r)と規定した。
・使用解析ソフト:Abaqus/Explicit
・軸対称として仮定
・ダイスの内周面と素管の外周面との間の摩擦係数をμDとし、さらにμD=0.25に固定
・プラグの外周面及び素管の内周面間の摩擦係数と、スリーブの外周面及び素管の内周面間の摩擦係数とのそれぞれを、等しくμPと規定
・摩擦係数μPと摩擦係数μD間の摩擦係数差△μを、△μ=μD-μPと規定
・素管素材:440MPa級鋼管
・素管形状:外径60.5mmの円管で肉厚が1.8mm
・差厚管形状:肉厚1.8mmを0.9mmに減肉。拡管部の拡管量は3%とする
図7では、紙面右下に向かうほど条件が厳しくなる傾向にあるが、滑り無く加工できる範囲が、比較例である図7(a)の場合よりも発明例である図7(b)の方が広がっていることが確認された。
図8(a)に示す比較例に比べて、図8(b)に示す発明例では、必要とされる加工力が大幅に低減されていることが確認された。また、発明例では、工具と鋼管の隙間を減肉量で除算した無次元値に左右されることなく、加工力が一定であった。
例えば上記実施形態では、スリーブ40をダイス10内に固定して留置するための機構として、前記プラグ駆動部を前記制御部により停止させる構成としたが、これに代えて、図9に示すプラグ20Aを採用してもよい。このプラグ20Aのスリーブ40Aは、前記スリーブ40と比べて、唾状の係止部43Aをその後端位置に備えた点のみが異なっている。一方、プラグ本体30は上述の構成と同じである。このプラグ20Aによれば、スリーブ40の軸線CLに沿った位置が適切な停止位置に至ったときに係止部43Aがダイス10に対して係止し、それ以上のスリーブ40の進行を止めるように位置固定することができる。この構成によれば、より簡単な構成でスリーブ40を適切な位置に固定することができる。
クロスメンバー、サスペンションアーム、サスペンションメンバーなどのフレーム部材では、他部品の取り付け部分に特に肉厚が要求されるケースが多い為、本発明の各実施形態における差厚管を用いれば、必要な箇所のみを厚肉化した軽量な構造を採用することができる。また、これらの部品において、その厚肉部を所定の形状に成形する後加工の際に、プレス加工や曲げ加工が施される場合がある。この場合、加工が施される部分が厚肉かつ低強度であると加工しやすいため、本発明の各実施形態における差厚管を好適に用いることができる。
ペリメーターは、車体前部のフレーム部材であり、前面衝突時の荷重伝達経路となる部材であるが、衝突時に屈曲し易い曲がり形状部などを厚肉部とすることで、より軽量化できる。また、厚肉部を曲げ加工する際には、この厚肉部が低強度であると加工しやすいため、本発明の各実施形態における差厚管を好適に用いることができる。
ドライブシャフトは、管端の差厚部にスプライン加工を行う場合があり、この部分が厚肉かつ低強度であると加工がしやすいため、本発明の各実施形態における差厚管を好適に用いることができる。
1e1 テーパー部
10 ダイス
11b 中空大径部(拡形凹部)
11c テーパー凹部
30 プラグ本体
35 逃げ部
40 スリーブ
43A 係止部(留置機構、係止部)
P 差厚管
W 素管
Wa 一端
Wb 他端
Claims (14)
- 中空筒状の素管より差厚管を製造する方法であって、
前記素管をダイス内に配置し、前記素管の長手方向への移動を規制した状態で、前記素管の一端側よりプラグ本体をスリーブと共に押し込み、前記一端側の外形を拡大させた拡形部を形成し、前記拡形部を前記ダイスに係止させる係止工程と;
前記素管の前記規制を解く一方で前記素管の前記係止は維持してかつ、前記拡形部の内面を、前記スリーブで支えた状態で、
前記プラグ本体をさらに前記素管の他端側に向かって押し込み、前記素管の外形を維持したまま内形を拡げるしごき加工を行う、しごき加工工程と;
を有することを特徴とする、差厚管の製造方法。 - 前記係止工程で、前記拡形部に、前記プラグ本体の押し込み方向に向かって外形が先細りとなるテーパー部が形成され;
前記しごき加工工程で、少なくとも、前記素管の前記一端側より前記テーパー部の前記押し込み方向に沿った後端位置までの範囲における前記拡形部の内面を、前記スリーブにより支える;
ことを特徴とする、請求項1に記載の差厚管の製造方法。 - 前記しごき加工工程で、前記スリーブによって前記拡形部の内面を支える際の前記範囲が、前記後端位置より前記押し込み方向に沿って50mm以下の位置までである
ことを特徴とする、請求項2に記載の差厚管の製造方法。 - 前記しごき加工工程で、前記スリーブを、前記ダイスに係止させて位置固定する
ことを特徴とする、請求項1~3の何れか1項に記載の差厚管の製造方法。 - 前記素管及び前記差厚管が共に円管であり;
前記素管の外径寸法をD1(mm)、前記拡形部の外径寸法をD2(mm)として、下記式1で示される拡径量EXが0.1%~50%である;
ことを特徴とする、請求項1~4の何れか1項に記載の差厚管の製造方法。
Ex(%)=(D2-D1)/D1×100・・・(式1) - 前記しごき加工工程後の、前記差厚管の減肉部における減肉率が10%~90%の範囲内である
ことを特徴とする、請求項5に記載の差厚管の製造方法。 - 前記素管としてシームレス鋼管を用いることを特徴とする、請求項1~6の何れか一項に記載の差厚管の製造方法。
- 中空筒状の素管より差厚管を製造する装置であって、
前記素管を収容するとともに前記素管の外形よりも大きな拡形凹部を含む収容部を有するダイスと;
前記収容部内の前記素管の一端側に対して挿抜されるプラグ本体及びスリーブと;
前記プラグ本体及び前記スリーブの挿抜を行う駆動機構と;
前記スリーブを前記拡形凹部内に留める留置機構と;
を備えることを特徴とする、差厚管の製造装置。 - 前記プラグ本体が、前記プラグ本体の先端部よりも外形の小さい逃げ部を前記先端部よりも後端側の位置に有し;
前記逃げ部を被覆可能に、前記スリーブが前記プラグ本体に対して外挿されている;
ことを特徴とする、請求項8に記載の差厚管の製造装置。 - 前記拡形凹部の、前記プラグ本体の押し込み方向に沿った先端側に、前記押し込み方向に向かって内形が先細りとなるテーパー凹部が形成され;
前記留置機構が、少なくとも、前記素管の前記一端側より前記テーパー凹部の前記押し込み方向に沿った後端位置までを含む範囲に重なる位置に、前記スリーブを留置する;
ことを特徴とする、請求項8または9に記載の差厚管の製造装置。 - 前記素管の前記一端側から前記拡形凹部の前記後端位置までの間と、前記後端位置から前記プラグ本体の押し込み方向に沿った50mm以下の位置までの間とに重なる位置に、前記留置機構が前記スリーブを留置する
ことを特徴とする、請求項10に記載の差厚管の製造装置。 - 前記留置機構が、前記スリーブに設けられて前記ダイスに係止する係止部である
ことを特徴とする、請求項8~11の何れか1項に記載の差厚管の製造装置。 - 前記留置機構が、前記スリーブの挿抜停止位置を前記駆動機構に指示する制御部である;
ことを特徴とする、請求項8~11の何れか1項に記載の差厚管の製造装置。 - 前記プラグ本体の押し込み方向に垂直な断面で見た場合、
前記収容部の形状が、円形、楕円形、矩形、線対称形状、のうちの何れかであり、
前記プラグ本体の形状が、円形、楕円形、矩形、線対称形状、のうちの何れかである
ことを特徴とする、請求項8~13の何れか1項に記載の差厚管の製造装置。
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