JPH11254052A - 流体成形方法 - Google Patents
流体成形方法Info
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- JPH11254052A JPH11254052A JP10365268A JP36526898A JPH11254052A JP H11254052 A JPH11254052 A JP H11254052A JP 10365268 A JP10365268 A JP 10365268A JP 36526898 A JP36526898 A JP 36526898A JP H11254052 A JPH11254052 A JP H11254052A
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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-
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温で安全に作動するために型の実質的な変
更を必要とせず、約３５０℃を越える高い温度で実施す
ることができる流体成形方法を提供する。 【解決手段】 変形可能な金属を有する細長い管状ブラ
ンクから部品を成形するためのハイドロフォーミング方
法であって、この方法は、変形可能な金属を有する細長
い管状ブランクを型内に置き、この管状ブランク両端部
をシールする工程と、このブランクを、３５０℃を越え
るがその金属の融点よりも小さな所定の変形温度に加熱
する工程と、前記シールされた管状ブランク内部にガス
を所定圧力まで供給し、前記金属を引き抜き／あるい引
き伸ばすことによって前記管状ブランクの変形を所定領
域で生じさせる工程とを有する。
更を必要とせず、約３５０℃を越える高い温度で実施す
ることができる流体成形方法を提供する。 【解決手段】 変形可能な金属を有する細長い管状ブラ
ンクから部品を成形するためのハイドロフォーミング方
法であって、この方法は、変形可能な金属を有する細長
い管状ブランクを型内に置き、この管状ブランク両端部
をシールする工程と、このブランクを、３５０℃を越え
るがその金属の融点よりも小さな所定の変形温度に加熱
する工程と、前記シールされた管状ブランク内部にガス
を所定圧力まで供給し、前記金属を引き抜き／あるい引
き伸ばすことによって前記管状ブランクの変形を所定領
域で生じさせる工程とを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は流体成形方法に関す
るものである。
るものである。
【０００２】本明細書において、「流体成形」という用
語は流体圧を加えることによって材料を通常は管状ブラ
ンク(blank)の形状に変形する一般的な方法に関し、こ
の流体は液体、気体、あるいは集まって流体として働く
固体粒子などの流動性固体であってもよい。
語は流体圧を加えることによって材料を通常は管状ブラ
ンク(blank)の形状に変形する一般的な方法に関し、こ
の流体は液体、気体、あるいは集まって流体として働く
固体粒子などの流動性固体であってもよい。
【０００３】加圧流体のような液体を用いる流体成形方
法は、ここではハイドロフォーミングと呼ばれている。
法は、ここではハイドロフォーミングと呼ばれている。
【０００４】本発明は特に、しかし排他的なものではな
いが、モーター車両の構成に用いるための金属の管状構
造部品を製造するための流体成形方法に関する。
いが、モーター車両の構成に用いるための金属の管状構
造部品を製造するための流体成形方法に関する。
【０００５】
【従来の技術】このような構造部品は、通常、完成した
管状部品の必要な形状をした型内に金属の管状ブランク
を置く工程、および前記型によって決められた形状に作
り上げるため、加圧液体をそのブランク内部に供給し外
方かつ放射状にそれを成形する工程を含むハイドロフォ
ーミング方法によって製造される。
管状部品の必要な形状をした型内に金属の管状ブランク
を置く工程、および前記型によって決められた形状に作
り上げるため、加圧液体をそのブランク内部に供給し外
方かつ放射状にそれを成形する工程を含むハイドロフォ
ーミング方法によって製造される。
【０００６】このハイドロフォーミング方法において
は、このブランクの材料が放射方向により大きく流れる
のを助けるため、加圧液体を加えると同時に、このブラ
ンクの軸方向両端部に、対向する軸方向圧縮力を加える
ことが知られている。しかしながら、この管状ブランク
と型との間の摩擦は、上記助けを、管状部品の両端の近
くに位置する領域に限定してしまう傾向がある。
は、このブランクの材料が放射方向により大きく流れる
のを助けるため、加圧液体を加えると同時に、このブラ
ンクの軸方向両端部に、対向する軸方向圧縮力を加える
ことが知られている。しかしながら、この管状ブランク
と型との間の摩擦は、上記助けを、管状部品の両端の近
くに位置する領域に限定してしまう傾向がある。
【０００７】高い温度でこのハイドロフォーミング方法
を実施すれば材料の流れを促進させることが認識されて
おり、また、高い温度でハイドロフォーミング方法を実
施するため、種々提案がなされている。
を実施すれば材料の流れを促進させることが認識されて
おり、また、高い温度でハイドロフォーミング方法を実
施するため、種々提案がなされている。
【０００８】以前のこれらの提案は特に処方された(for
mulated)液体の使用を必要としており、また、通常、型
が高温で安全に動作できるようにするために、型の構成
に実質的な改良を加えることを必要としている。
mulated)液体の使用を必要としており、また、通常、型
が高温で安全に動作できるようにするために、型の構成
に実質的な改良を加えることを必要としている。
【０００９】加えて、液体を加圧流体として用いる場合
に得られる最大温度には、実際上限界がある。一般に、
特に処方されたオイル状の液体を用いた場合、この最大
温度は約３５０℃である。
に得られる最大温度には、実際上限界がある。一般に、
特に処方されたオイル状の液体を用いた場合、この最大
温度は約３５０℃である。
【００１０】同様に、高い温度で動作する加圧流体とし
て、流動性固体を用いる流体成形方法が知られている
が、やはり型の構成が複雑となる。
て、流動性固体を用いる流体成形方法が知られている
が、やはり型の構成が複雑となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の一般的な目的
は、高温で安全に動作するために型の実質的な変更を必
要とせず、約３５０℃を越える高い温度で実施すること
ができる流体成形方法を提供することにある。
は、高温で安全に動作するために型の実質的な変更を必
要とせず、約３５０℃を越える高い温度で実施すること
ができる流体成形方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の一側面によれ
ば、変形可能な金属を有する細長い管状ブランクを型内
に置き、この管状ブランク両端部をシールする工程と、
このブランクを、３５０℃を越えるがその金属の融点よ
りも小さな所定の変形温度に加熱する工程と、前記シー
ルされた管状ブランク内部にガスを所定圧力まで供給
し、前記金属を引き抜き／あるい引き伸ばすことによっ
て前記管状ブランクの変形を所定領域で生じさせる工程
とを有する変形可能な金属を有する細長い管状ブランク
から部品を成形するためのハイドロフォーミング方法が
提供される。
ば、変形可能な金属を有する細長い管状ブランクを型内
に置き、この管状ブランク両端部をシールする工程と、
このブランクを、３５０℃を越えるがその金属の融点よ
りも小さな所定の変形温度に加熱する工程と、前記シー
ルされた管状ブランク内部にガスを所定圧力まで供給
し、前記金属を引き抜き／あるい引き伸ばすことによっ
て前記管状ブランクの変形を所定領域で生じさせる工程
とを有する変形可能な金属を有する細長い管状ブランク
から部品を成形するためのハイドロフォーミング方法が
提供される。
【００１３】通常、超塑性金属と呼ばれるいくつかの金
属は高温で、典型的には０．６〜０．７Ｔm（ここで、
Ｔmはこの金属の融点である）で、超塑性となる。この
ような金属が超塑性となる温度は、ここでは金属の超塑
性温度と呼ばれる。もしも、管状ブランクが超塑性金属
であるなら、前記変形温度はその金属の超塑性温度より
大きいように選ばれる。
属は高温で、典型的には０．６〜０．７Ｔm（ここで、
Ｔmはこの金属の融点である）で、超塑性となる。この
ような金属が超塑性となる温度は、ここでは金属の超塑
性温度と呼ばれる。もしも、管状ブランクが超塑性金属
であるなら、前記変形温度はその金属の超塑性温度より
大きいように選ばれる。
【００１４】前記方法はさらに、加圧ガスを供給すると
同時に、前記管状ブランクの軸方向両端部に軸方向圧縮
力を加える工程を有することが好ましい。
同時に、前記管状ブランクの軸方向両端部に軸方向圧縮
力を加える工程を有することが好ましい。
【００１５】好ましくは、この軸方向圧縮力は一対の液
圧ピストンによって軸方向両端部に加えられ、このピス
トンの排気量および印加される圧縮力は制御可能となっ
ている。
圧ピストンによって軸方向両端部に加えられ、このピス
トンの排気量および印加される圧縮力は制御可能となっ
ている。
【００１６】好ましくは、前記部品が成形される金属は
アルミニウムまたはマグネシウムの合金である。この場
合、前記金属の変形温度は、好ましくは４００〜６００
℃の範囲に、さらに好ましくは４２０〜５００℃の間に
ある。
アルミニウムまたはマグネシウムの合金である。この場
合、前記金属の変形温度は、好ましくは４００〜６００
℃の範囲に、さらに好ましくは４２０〜５００℃の間に
ある。
【００１７】５０００および６０００シリーズのアルミ
ニウム合金についての好適な温度は約４５０℃である。
ニウム合金についての好適な温度は約４５０℃である。
【００１８】本方法は、好ましくは、変形されたブラン
クに、引き続き２回目のハイドロフォーミング操作を行
う工程をさらに有する。この２回目のハイドロフォーミ
ング操作は、部品の最終寸法および形状にブランクを変
形するために、冷却流体、好ましくは液体を用いて行わ
れる。好ましくは、前記管状ブランクが作られる金属は
焼き入れされ得る。
クに、引き続き２回目のハイドロフォーミング操作を行
う工程をさらに有する。この２回目のハイドロフォーミ
ング操作は、部品の最終寸法および形状にブランクを変
形するために、冷却流体、好ましくは液体を用いて行わ
れる。好ましくは、前記管状ブランクが作られる金属は
焼き入れされ得る。
【００１９】前記２回目のハイドロフォーミング操作
は、変形されたブランクに、同一の型内で、かつ、前記
加圧ガスによる変形の後すぐに行ってもよい。
は、変形されたブランクに、同一の型内で、かつ、前記
加圧ガスによる変形の後すぐに行ってもよい。
【００２０】択一的であるが、この２回目のハイドロフ
ォーミング操作を異なる型内で行うこともできる。この
異なる型は前記１回目のハイドロフォーミング操作がな
された型と同一のものでもよいし、異なる形状のもので
もよい。
ォーミング操作を異なる型内で行うこともできる。この
異なる型は前記１回目のハイドロフォーミング操作がな
された型と同一のものでもよいし、異なる形状のもので
もよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の種々の側面は添付
図面に基づいて記述される。
図面に基づいて記述される。
【００２２】図１を参照すると、所望形状のキャビティ
１１を持つハイドロフォーミング・ダイ（型）１０が示
されている。適切な金属の管状ブランク１４がダイ１０
内に配置されている。
１１を持つハイドロフォーミング・ダイ（型）１０が示
されている。適切な金属の管状ブランク１４がダイ１０
内に配置されている。
【００２３】この金属は引き抜きグレード(drawing gra
de)の金属、すなわち、所望の形状に引き抜かれあるい
は引き伸ばされるための所望の降伏および延伸特性を示
す金属であることが好ましい。適切な金属としては５０
００あるいは６０００シリーズのアルミニウム合金が挙
げられる。
de)の金属、すなわち、所望の形状に引き抜かれあるい
は引き伸ばされるための所望の降伏および延伸特性を示
す金属であることが好ましい。適切な金属としては５０
００あるいは６０００シリーズのアルミニウム合金が挙
げられる。
【００２４】一対の液圧動力のピストン１８、１９が管
状ブランク１４の軸方向の両端に配置されている。各ピ
ストン１８、１９は、ブランク１４の軸方向の両端部と
接合するための接合ヘッド２０を持っている。
状ブランク１４の軸方向の両端に配置されている。各ピ
ストン１８、１９は、ブランク１４の軸方向の両端部と
接合するための接合ヘッド２０を持っている。
【００２５】接合ヘッド２０とブランク１４の軸方向の
両端部との接触はブランク１４内部を密閉するのに役立
つ。
両端部との接触はブランク１４内部を密閉するのに役立
つ。
【００２６】加圧され加熱されたガスのソース３０が設
けられている。このソース３０は、たとえば、ピストン
１９の接合ヘッド２０を貫通する導管３１を介して管状
ブランク１４の内部空間につながっている。導管３１に
沿ったガスの流れは、たとえばバルブ３２によって制御
される。
けられている。このソース３０は、たとえば、ピストン
１９の接合ヘッド２０を貫通する導管３１を介して管状
ブランク１４の内部空間につながっている。導管３１に
沿ったガスの流れは、たとえばバルブ３２によって制御
される。
【００２７】このガスは空気であることが好ましいが、
窒素、ヘリウム、あるいはアルゴンなどの他の適切なガ
スを用いることもできる。
窒素、ヘリウム、あるいはアルゴンなどの他の適切なガ
スを用いることもできる。
【００２８】操作する場合、管状ブランク１４は所定変
形温度に熱せられ、この金属がアルミニウムあるいはマ
グネシウム合金である場合には、好ましくは約８５バー
ルより小さな圧力となるよう、この管状ブランク内部に
ガスが供給される。この管が熱せられる変形温度は、ガ
スによって加えられる圧力がこの金属の管状ブランクの
変形を生じさせることを可能とするよう十分高く選択さ
れる。このガスの圧力と温度のパラメーターは、金属の
管状ブランクの引き抜きあるいは引き伸ばしの変形が比
較的短い時間で、すなわち、５分未満、典型的には約２
分未満の時間で生じるように高く選択されることが好ま
しい。
形温度に熱せられ、この金属がアルミニウムあるいはマ
グネシウム合金である場合には、好ましくは約８５バー
ルより小さな圧力となるよう、この管状ブランク内部に
ガスが供給される。この管が熱せられる変形温度は、ガ
スによって加えられる圧力がこの金属の管状ブランクの
変形を生じさせることを可能とするよう十分高く選択さ
れる。このガスの圧力と温度のパラメーターは、金属の
管状ブランクの引き抜きあるいは引き伸ばしの変形が比
較的短い時間で、すなわち、５分未満、典型的には約２
分未満の時間で生じるように高く選択されることが好ま
しい。
【００２９】約８５バールの上限は安全性の理由から選
択されている。したがって、たとえば、管状ブランクが
鋼のような他の金属でできているときには、より高いガ
ス圧を用い得ることは想像できるであろう。
択されている。したがって、たとえば、管状ブランクが
鋼のような他の金属でできているときには、より高いガ
ス圧を用い得ることは想像できるであろう。
【００３０】アルミニウムあるいはマグネシウム合金の
変形温度は、約３５０℃と溶融温度未満の温度の間にあ
るように選択される。もしも金属が超塑性金属であるな
ら、この変形温度はブランクが形成されるこの金属の塑
性温度よりも小さいことが好ましい。
変形温度は、約３５０℃と溶融温度未満の温度の間にあ
るように選択される。もしも金属が超塑性金属であるな
ら、この変形温度はブランクが形成されるこの金属の塑
性温度よりも小さいことが好ましい。
【００３１】金属がアルミニウムもしくはマグネシウム
合金である場合において、この金属の変形温度は、４０
０から６００℃の範囲内、好ましくは４００から５００
℃の間、さらに好ましくは４２０から５００℃の間であ
るように選択されることが好ましい。５０００あるいは
６０００シリーズのアルミニウム合金についての好まし
い変形温度は約４５０℃である。
合金である場合において、この金属の変形温度は、４０
０から６００℃の範囲内、好ましくは４００から５００
℃の間、さらに好ましくは４２０から５００℃の間であ
るように選択されることが好ましい。５０００あるいは
６０００シリーズのアルミニウム合金についての好まし
い変形温度は約４５０℃である。
【００３２】金属がアルミニウムもしくはマグネシウム
合金である場合において用いられるガスの変形圧力は、
好ましくは３０から８０バールの間、より好ましくは３
０から４０バールの間である。５０００あるいは６００
０シリーズのアルミニウム合金についての好ましい変形
圧力は約３５バールである。
合金である場合において用いられるガスの変形圧力は、
好ましくは３０から８０バールの間、より好ましくは３
０から４０バールの間である。５０００あるいは６００
０シリーズのアルミニウム合金についての好ましい変形
圧力は約３５バールである。
【００３３】金属がＨＳＬＡ（すなわち、高強度低合
金）鋼である場合において、変形温度は約５００から７
２０℃の範囲内にあるように選択され、ガスの変形圧力
は約１００バールであることが好ましい。炭素マンガン
鋼等のフェライト／パーライト鋼については、この温度
は５００から７２０℃の範囲内あるいは約９００℃を超
えることが好ましい。
金）鋼である場合において、変形温度は約５００から７
２０℃の範囲内にあるように選択され、ガスの変形圧力
は約１００バールであることが好ましい。炭素マンガン
鋼等のフェライト／パーライト鋼については、この温度
は５００から７２０℃の範囲内あるいは約９００℃を超
えることが好ましい。
【００３４】ガスがソース３０から管状ブランク１４内
部に供給される間、ピストン１８および１９が、ブラン
ク１４の軸方向の両端部に所望の圧縮力を加えるように
動作することが好ましい。このピストン１８および１９
は、所望量の圧縮力を供給し、また、それぞれのアバッ
トメントヘッド２０の軸方向への移動を制限するように
制御される。
部に供給される間、ピストン１８および１９が、ブラン
ク１４の軸方向の両端部に所望の圧縮力を加えるように
動作することが好ましい。このピストン１８および１９
は、所望量の圧縮力を供給し、また、それぞれのアバッ
トメントヘッド２０の軸方向への移動を制限するように
制御される。
【００３５】圧力が加えられたガスとピストン１８およ
び１９との結合効果によってなされる変形操作の間、金
属ブランクは引き抜きあるいは引き伸ばし動作によって
放射方向に、かつ、外側に、ダイ１０の包囲壁に接触す
るように変形する。この変形プロセスの間にピストン１
８および１９が動かされる量は、この金属が所望の量の
壁厚を与える外方変形領域に充分に流動するのを確保で
きるように制御される。たとえば、この壁厚が、放射方
向の変形を受けない管状ブランクの残部とほぼ同じにな
るように維持されるようにすることができる、すなわ
ち、壁厚が薄くなることが防止される。もしもピストン
１８および１９によって十分な圧縮力が与えられれば、
放射方向に変形された領域の壁厚を変形されない部分と
比べて増加させることができる。
び１９との結合効果によってなされる変形操作の間、金
属ブランクは引き抜きあるいは引き伸ばし動作によって
放射方向に、かつ、外側に、ダイ１０の包囲壁に接触す
るように変形する。この変形プロセスの間にピストン１
８および１９が動かされる量は、この金属が所望の量の
壁厚を与える外方変形領域に充分に流動するのを確保で
きるように制御される。たとえば、この壁厚が、放射方
向の変形を受けない管状ブランクの残部とほぼ同じにな
るように維持されるようにすることができる、すなわ
ち、壁厚が薄くなることが防止される。もしもピストン
１８および１９によって十分な圧縮力が与えられれば、
放射方向に変形された領域の壁厚を変形されない部分と
比べて増加させることができる。
【００３６】この変形操作が終了すると、ソース３０か
らのガスの供給は止められる。
らのガスの供給は止められる。
【００３７】本発明の方法による利点は、ピストン１８
および１９によって与えられた軸方向の機械的圧力を用
いることによって、管状ブランク１４の長さ方向に沿っ
た中央領域での管状ブランク１４の放射方向の変形を補
助することができることにある。
および１９によって与えられた軸方向の機械的圧力を用
いることによって、管状ブランク１４の長さ方向に沿っ
た中央領域での管状ブランク１４の放射方向の変形を補
助することができることにある。
【００３８】これは、管状ブランク１４とダイ１０との
間の摩擦が、この変形圧力媒体ガスを本発明によって規
定された圧力で用いると実質的に減少するために可能と
なる。
間の摩擦が、この変形圧力媒体ガスを本発明によって規
定された圧力で用いると実質的に減少するために可能と
なる。
【００３９】これは図３（ａ）および（ｂ）のグラフに
概略的に示されている。両グラフ（ａ）、（ｂ）におい
て、破線は本発明によって変形される管状ブランクを表
わし、実線は加圧媒体として液体が用いられる従来のハ
イドロフォーミング・プロセスによって変形される管状
ブランクを表わしている。これらのプロセスにおいて、
液体の圧力は典型的には４００〜２０００バールであ
り、６０００バール程度に高くすることもできる。
概略的に示されている。両グラフ（ａ）、（ｂ）におい
て、破線は本発明によって変形される管状ブランクを表
わし、実線は加圧媒体として液体が用いられる従来のハ
イドロフォーミング・プロセスによって変形される管状
ブランクを表わしている。これらのプロセスにおいて、
液体の圧力は典型的には４００〜２０００バールであ
り、６０００バール程度に高くすることもできる。
【００４０】部品軸に沿った中間点は垂線Ｍによって示
されている。図３（ａ）のグラフにおいては、部品軸に
沿った長さに対する摩擦ロスのプロットが示されてい
る。
されている。図３（ａ）のグラフにおいては、部品軸に
沿った長さに対する摩擦ロスのプロットが示されてい
る。
【００４１】図３（ａ）から分かるように、管状ブラン
ク１４の長さに沿った摩擦ロスは、本発明の方法によっ
て得られる摩擦ロスと比べ、液体を用いる従来のハイド
ロフォーミング・プロセスの方が実質的に高い。
ク１４の長さに沿った摩擦ロスは、本発明の方法によっ
て得られる摩擦ロスと比べ、液体を用いる従来のハイド
ロフォーミング・プロセスの方が実質的に高い。
【００４２】図３（ｂ）のグラフには、ピストン１８，
１９の加えられた軸方向圧縮力によってもたらされる、
部品軸に沿った長さに対する材料の流れのプロットが示
されている。
１９の加えられた軸方向圧縮力によってもたらされる、
部品軸に沿った長さに対する材料の流れのプロットが示
されている。
【００４３】液体を用いる従来のハイドロフォーミング
・プロセスにより得られる摩擦ロスの結果としては、部
品に沿った中間点Ｍの近くで利用可能な流れはほとんど
ないかまったくないのに対し、本発明では、利用可能な
かなりの量の材料の流れがあることが分かるであろう。
・プロセスにより得られる摩擦ロスの結果としては、部
品に沿った中間点Ｍの近くで利用可能な流れはほとんど
ないかまったくないのに対し、本発明では、利用可能な
かなりの量の材料の流れがあることが分かるであろう。
【００４４】軸方向に印加された力によって生じる材料
の流れの有効性が増加することによって、本発明のプロ
セスによって達成される、管状ブランク１４の中央領域
における放射方向の変形を、加圧流体として液体を用い
る従来のハイドロフォーミング・プロセスによって得ら
れる場合と比べてより大きくすることができる。
の流れの有効性が増加することによって、本発明のプロ
セスによって達成される、管状ブランク１４の中央領域
における放射方向の変形を、加圧流体として液体を用い
る従来のハイドロフォーミング・プロセスによって得ら
れる場合と比べてより大きくすることができる。
【００４５】管状ブランクが引き抜きあるいは引き伸ば
し変形されている間の材料の流れが図４および５に示さ
れている。
し変形されている間の材料の流れが図４および５に示さ
れている。
【００４６】図４において、軸方向圧縮力は矢印ＡＣで
示されており、これは加圧ガスにより内部に加えられた
圧力とともに、ブランク１４を領域１１４内における放
射方向かつ外側方向に変形させる。この変形は材料に流
れを生じさせるとともに、ブランク１４の領域１１４お
よびその他の壁厚を薄くしあるいは厚くする。
示されており、これは加圧ガスにより内部に加えられた
圧力とともに、ブランク１４を領域１１４内における放
射方向かつ外側方向に変形させる。この変形は材料に流
れを生じさせるとともに、ブランク１４の領域１１４お
よびその他の壁厚を薄くしあるいは厚くする。
【００４７】この点に関し、ゾーンZ１においては軸方
向圧縮ＡＣが一軸圧縮を生じ、これによって潜在的に壁
を厚くする効果を生じる。
向圧縮ＡＣが一軸圧縮を生じ、これによって潜在的に壁
を厚くする効果を生じる。
【００４８】ゾーンZ２において、材料は円周方向への
伸びを受けるとともに、印加された軸方向の圧縮ＡＣに
よって半径方向への材料供給がもたらされる。これは潜
在的に材料を薄くする能力を持つ。
伸びを受けるとともに、印加された軸方向の圧縮ＡＣに
よって半径方向への材料供給がもたらされる。これは潜
在的に材料を薄くする能力を持つ。
【００４９】ゾーンZ３において、連続的な軸方向圧縮
ＡＣは、材料がその半径方向の限界位置に達した後、潜
在的に材料を厚くする能力を持つ。
ＡＣは、材料がその半径方向の限界位置に達した後、潜
在的に材料を厚くする能力を持つ。
【００５０】典型的な例では、約７０ｍｍの直径および
２〜５ｍｍの壁厚のチューブの場合、ピストン１８，１
９により加えられる軸方向力は約５トンより小さい。こ
の力は、圧縮ガスによってピストンに加えられる反軸方
向力より大きい。
２〜５ｍｍの壁厚のチューブの場合、ピストン１８，１
９により加えられる軸方向力は約５トンより小さい。こ
の力は、圧縮ガスによってピストンに加えられる反軸方
向力より大きい。
【００５１】変形プロセスは高温で起こるため、ダイ１
０によって決められた形状となっている変形後のブラン
ク１１４は、冷却したときに縮む可能性がある。
０によって決められた形状となっている変形後のブラン
ク１１４は、冷却したときに縮む可能性がある。
【００５２】本発明によれば、冷却された変形後のブラ
ンク１１４を完成部品の所望形状および所望寸法にする
ようさらに変形するために、引き続いてハイドロフォー
ミング操作が実施可能であることは理解されるであろ
う。これは図２に図示されている。
ンク１１４を完成部品の所望形状および所望寸法にする
ようさらに変形するために、引き続いてハイドロフォー
ミング操作が実施可能であることは理解されるであろ
う。これは図２に図示されている。
【００５３】図２において、変形後のブランク１１４が
冷却の過程で収縮し、まだダイ１０の内部にあることが
想定される。冷却液のソース５０は、ブランチライン１
３１から導管３１を介して変形後のブランク１１４の内
部に都合よく連絡するように設けられている。また、ブ
ランチライン１３１に沿って液体の流れをコントロール
するためにバルブ１３４が設けられている。
冷却の過程で収縮し、まだダイ１０の内部にあることが
想定される。冷却液のソース５０は、ブランチライン１
３１から導管３１を介して変形後のブランク１１４の内
部に都合よく連絡するように設けられている。また、ブ
ランチライン１３１に沿って液体の流れをコントロール
するためにバルブ１３４が設けられている。
【００５４】冷却液は圧力の下で変形後のブランク１１
４内部に供給され、それによって冷却されるべき変形後
のブランク１１４をダイ１０によって決められる所望の
形状および寸法に形成させる。この冷却液の温度は１０
〜８０℃の間が好ましく、さらに好ましくは約２０℃で
ある。
４内部に供給され、それによって冷却されるべき変形後
のブランク１１４をダイ１０によって決められる所望の
形状および寸法に形成させる。この冷却液の温度は１０
〜８０℃の間が好ましく、さらに好ましくは約２０℃で
ある。
【００５５】冷却液を加える前に、変形ブランク１１４
の内部を、ブランク１１４を冷却する冷却流体を用いて
パージしてもよい。しかしながら、冷却加圧液体それ自
身を、部分的あるいは単独で、この冷却流体として機能
させることもできる。
の内部を、ブランク１１４を冷却する冷却流体を用いて
パージしてもよい。しかしながら、冷却加圧液体それ自
身を、部分的あるいは単独で、この冷却流体として機能
させることもできる。
【００５６】変形ブランクをこのダイ１０から除去し、
異なるダイに入れ、この中で次のハイドロフォーミング
操作を実施してもよいことは正しく認識されるべきであ
る。この異なるダイは、ダイ１０と同一あるいは異なる
内部形状を持つようにすることができる。
異なるダイに入れ、この中で次のハイドロフォーミング
操作を実施してもよいことは正しく認識されるべきであ
る。この異なるダイは、ダイ１０と同一あるいは異なる
内部形状を持つようにすることができる。
【００５７】前記次のハイドロフォーミング操作は変形
後のブランク１１４を冷間成形することによって硬化を
もたらすように用いてもよい。
後のブランク１１４を冷間成形することによって硬化を
もたらすように用いてもよい。
【００５８】この点に関し、前記次のハイドロフォーミ
ング操作がなされるダイ・キャビティのサイズは、前記
次のハイドロフォーミング操作中における変形ブランク
１１４の伸び量が冷間成形による硬化の所望量に到達す
るのに十分大きいことを確保するため、所望量だけ前記
変形ブランクよりも大きなサイズとなるよう選択され得
る。好ましくは、前記次のハイドロフォーミング操作中
における変形ブランク１１４の金属にもたらされる伸び
量は約５〜１５％が好ましく、さらに好ましくは約１０
〜１５％である。
ング操作がなされるダイ・キャビティのサイズは、前記
次のハイドロフォーミング操作中における変形ブランク
１１４の伸び量が冷間成形による硬化の所望量に到達す
るのに十分大きいことを確保するため、所望量だけ前記
変形ブランクよりも大きなサイズとなるよう選択され得
る。好ましくは、前記次のハイドロフォーミング操作中
における変形ブランク１１４の金属にもたらされる伸び
量は約５〜１５％が好ましく、さらに好ましくは約１０
〜１５％である。
【００５９】本発明による低圧でのガスの使用は、流体
成形方法のためのサイクルタイムが比較的短いことに利
点がある。これは、加圧ガスが低い熱容量を有してお
り、このためガスは急速に加熱、冷却されるために起こ
る。このように、このダイは、液体あるいは流動性固体
等の、より高い熱容量を持つ加熱流体を用いる方法と比
べて、前記変形ブランクを除去するために、より短い時
間経過後早く開けることができる。
成形方法のためのサイクルタイムが比較的短いことに利
点がある。これは、加圧ガスが低い熱容量を有してお
り、このためガスは急速に加熱、冷却されるために起こ
る。このように、このダイは、液体あるいは流動性固体
等の、より高い熱容量を持つ加熱流体を用いる方法と比
べて、前記変形ブランクを除去するために、より短い時
間経過後早く開けることができる。
【００６０】上記実施の形態において加圧ガスは高温に
加熱され、管状ブランク１４を変形温度まで加熱するた
めに用いられ得る。
加熱され、管状ブランク１４を変形温度まで加熱するた
めに用いられ得る。
【００６１】前記管状ブランク１４を前記加圧ガス以外
の加熱手段によって加熱するようにしてもよいことは予
期されるべきである。
の加熱手段によって加熱するようにしてもよいことは予
期されるべきである。
【００６２】たとえば、ダイ１０は、管状ブランクを加
熱するために、電気ヒーターあるいは加熱された流体に
よって加熱され得る。
熱するために、電気ヒーターあるいは加熱された流体に
よって加熱され得る。
【００６３】前記管状ブランク１４は、択一的である
が、セラミックス等の電気的熱絶縁材料が並べられたキ
ャビティを持つダイ１０内に置かれることもできるし、
また、電気誘導等の加熱手段によって直接加熱されるこ
ともできる。
が、セラミックス等の電気的熱絶縁材料が並べられたキ
ャビティを持つダイ１０内に置かれることもできるし、
また、電気誘導等の加熱手段によって直接加熱されるこ
ともできる。
【００６４】絶縁されたダイの使用は、このダイが前記
次の冷却ハイドロフォーミング操作を行うために、ほと
んどあるいはまったく冷却を必要としないため、有益で
ある。
次の冷却ハイドロフォーミング操作を行うために、ほと
んどあるいはまったく冷却を必要としないため、有益で
ある。
【００６５】前記の例示された他の手段によって加熱さ
れる管状ブランクに供給される加圧ガスは、熱いあるい
は冷たい状態で供給することができる。もしも冷たいガ
スが供給された場合、このガスは、その低い熱容量のた
めにほとんど冷却効果を持たない。
れる管状ブランクに供給される加圧ガスは、熱いあるい
は冷たい状態で供給することができる。もしも冷たいガ
スが供給された場合、このガスは、その低い熱容量のた
めにほとんど冷却効果を持たない。
【００６６】さらに他の選択肢として、管状ブランク内
に加圧ガスを発生させることが挙げられる。これについ
ては、ブランク１４がダイ１０内で変形温度まで加熱さ
れシールされることが予期されるべきである。この管状
ブランク１４の内部には水が注入され蒸気を発生させ
る。このチューブ１４内部に注入された水の量は、所望
の変形圧力の蒸気を発生させるのに十分であるように選
ばれる。
に加圧ガスを発生させることが挙げられる。これについ
ては、ブランク１４がダイ１０内で変形温度まで加熱さ
れシールされることが予期されるべきである。この管状
ブランク１４の内部には水が注入され蒸気を発生させ
る。このチューブ１４内部に注入された水の量は、所望
の変形圧力の蒸気を発生させるのに十分であるように選
ばれる。
【図１】本発明の方法による第１の流体成形操作を示す
概略図である。
概略図である。
【図２】図１に示される操作に続く２回目のハイドロフ
ォーミング操作を示す概略図である。
ォーミング操作を示す概略図である。
【図３】２つのグラフを示しており、図３（ａ）、
（ｂ）は、それぞれ管状部品に沿う摩擦に基づくロスお
よび有効な材料の流れを比較するものである。
（ｂ）は、それぞれ管状部品に沿う摩擦に基づくロスお
よび有効な材料の流れを比較するものである。
【図４】本発明による流体成形方法が施される管状ブラ
ンクの概略斜視図である。
ンクの概略斜視図である。
【図５】図４に示される管状ブランクの一部の概略断面
図である。
図である。
１０ ダイ １１ キャビティ １４ 管状ブランク １６ 内部 １８、１９ ピストン ２０ 接合ヘッド ３０ ソース ３１ 導管 ３２、１３４ バルブ ５０ ソース １３１ ブランチライン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アレクサンダー マーク ダフ イギリス シュロプシャー ティーエフ１ ４アールイー， テルフォード， ヘイ ドリイ， ピー．オー．ボックス 83， ヘイドリイ キャスル ワークス， ジー ケイエヌ サンキイ リミテッド， エン ジニアリング プロダクツ デビジョン内
Claims (19)
- 【請求項１】 変形可能な金属を有する細長い管状ブラ
ンクを型内に置き、この管状ブランク両端部をシールす
る工程と、 このブランクを、３５０℃を越えるがその金属の融点よ
りも小さな所定の変形温度に加熱する工程と、 前記シールされた管状ブランク内部にガスを所定圧力ま
で供給し、前記金属を引き抜き／あるい引き伸ばすこと
によって前記管状ブランクの変形を所定領域で生じさせ
る工程とを有する変形可能な金属を有する細長い管状ブ
ランクから部品を成形するためのハイドロフォーミング
方法。 - 【請求項２】 前記方法はさらに、加圧ガスの供給と同
時に、前記管状ブランクの軸方向両端部に軸方向の圧縮
力を加える工程を有する請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記ガスの変形圧力は、前記軸方向圧縮
力の印加による前記変形された領域の壁の厚さの制御を
可能とするため、前記管状ブランクと型との間の摩擦ロ
スを重大なほどには増加させない請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 前記軸方向圧力は、前記変形された領域
の壁の厚さが薄くなるのを防ぐために十分大きい請求項
２または３記載の方法。 - 【請求項５】 前記軸方向圧縮力は、前記変形された領
域の壁の厚さを厚くするのに十分大きい請求項４記載の
方法。 - 【請求項６】 前記部品が成形される金属はアルミニウ
ムもしくはマグネシウムの合金であり、前記金属ブラン
クの変形温度が好ましくは４００〜６００℃の範囲に、
さらに好ましくは４００〜５００℃の間にある、請求項
１〜５のいずれかに記載の方法。 - 【請求項７】 前記ガスの変形圧力が約８５バールより
小さいように選択される請求項１〜６のいずれかに記載
の方法。 - 【請求項８】 前記部品が成形される金属は鋼であり、
前記金属ブランクの変形温度は５００〜７２０℃の間に
ある、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。 - 【請求項９】 前記ガスの変形圧力が約１００バールよ
り小さい請求項１〜６および８のいずれかに記載の方
法。 - 【請求項１０】 前記加圧ガスが空気、窒素、アルゴ
ン、あるいはヘリウムであり、これは遠隔の加圧ガス源
から前記金属ブランクに供給される、請求項１〜９のい
ずれかに記載の方法。 - 【請求項１１】 前記加圧ガスが蒸気であり、この蒸気
は、前記変形温度に熱せられているときに、前記金属ブ
ランクによって規定されるキャビティ内に水を射出する
ことによって作られる、請求項１〜９のいずれかに記載
の方法。 - 【請求項１２】 前記金属は超塑性金属であり、前記変
形温度は前記金属の超塑性温度より大きいように選択さ
れる請求項１記載の方法。 - 【請求項１３】 前記管状金属ブランクの変形を生じさ
せるために、加圧ガスが約５分間より少ない時間の間供
給される、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１４】 前記ブランクを部品の最終寸法および
形状に変形するために、冷たい流体を用いる２回目のハ
イドロフォーミング操作を前記変形されたブランクに行
う工程をさらに有する、請求項１〜１３のいずれかに記
載の方法。 - 【請求項１５】 前記冷たい流体が液体である請求項１
４記載の方法。 - 【請求項１６】 前記２回目のハイドロフォーミング操
作は、同一の型内の変形されたブランクに、前記加圧ガ
スによる変形の後すぐになされる請求項１４または１５
記載の方法。 - 【請求項１７】 前記２回目のハイドロフォーミング操
作は、前記加圧ガスによる変形が生じる型とは異なる型
内でなされ、この異なる型は前記１回目のハイドロフォ
ーミング操作がなされる型と同一あるいは異なる形状を
有する請求項１４または１５記載の方法。 - 【請求項１８】 前記２回目のハイドロフォーミング操
作は、十分な引き伸ばしを生じさせ冷却成形により前記
金属を焼き入れするために、前記変形されたブランクに
なされる請求項１４〜１７のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１９】 前記引き伸ばしの量が５〜１５％の間
である請求項１８記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GBGB9727063.1A GB9727063D0 (en) | 1997-12-23 | 1997-12-23 | A hydroforming process |
| GB9727063.1 | 1997-12-23 | ||
| US09/219,051 US6067831A (en) | 1997-12-23 | 1998-12-23 | Hydroforming process |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11254052A true JPH11254052A (ja) | 1999-09-21 |
Family
ID=26312825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10365268A Pending JPH11254052A (ja) | 1997-12-23 | 1998-12-22 | 流体成形方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6067831A (ja) |
| EP (1) | EP0930109B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11254052A (ja) |
| GB (1) | GB9727063D0 (ja) |
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| JP2019171427A (ja) * | 2018-03-28 | 2019-10-10 | 住友重機械工業株式会社 | 成形装置 |
| WO2024089990A1 (ja) * | 2022-10-28 | 2024-05-02 | 住友重機械工業株式会社 | 成形装置 |
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|---|---|---|---|---|
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