JPWO2005080019A1 - ハイドロフォーム成形品、並びにハイドロフォーム加工方法およびそれに用いられる金型 - Google Patents

Abstract

本発明のハイドロフォーム加工方法によれば、ハイドロフォーム加工された膨出部にアスペクト比が３以上の長孔をピアシングする場合に、膨出工程とピアシング工程とからなるハイドロフォーム加工であっても、一連の加工工程内で可能とし、ミーリング等の煩雑な機械加工により孔明け加工を不要とし、しかも、良好な長孔形状を確保することができる。このため、本発明のハイドロフォーム成形品は、各種の孔明け加工が要求される自動車部品等に最適であり、本発明のハイドロフォーム加工用金型は、自動車部品等の加工用として広く適用することができる。

Description

本発明は、管状の金属素材の内部に供給された加工液体に圧力を負荷して膨出成形されたハイドロフォーム成形品、加工方法および金型に関し、さらに詳しくは、ハイドロフォーム加工の一連の工程内で膨出成形とともに、その膨出部に長孔をピアシング（孔明け）されたハイドロフォーム成形品、並びにハイドロフォーム加工方法およびそれに用いられる金型に関するものである。したがって、本発明が対象とするハイドロフォーム加工は、素材を膨出成形する膨出工程に限定されず、長孔を孔明けするピアシング工程を包含するものである。

通常、ハイドロフォーム加工では、素材となる金属管（以下、「金属素管」という）の内部に加工液体を供給し、この加工液体に圧力（以下、単に「内圧」という）を負荷し、金属素管を保持する金型に沿って膨出成形することにより、種々の複雑形状の管状製品を加工できる。このため、ハイドロフォーム加工は自動車部品の成形加工に広く利用されている。
このような自動車部品では、他の部品に取り付けるための孔や位置決めするための孔など各種の加工が行われることから、所定形状に成形加工されたのち、孔明け加工を施さなければならない場合がある。このような場合に、鋼板等のプレス成形品に孔明け加工を施す際には、工具としてダイスとポンチとを用いて、適宜、所定位置にピアシングすることができる。

ところが、ハイドロフォーム加工による成形品は管状に膨出成形されるため、管端近傍を除く、管内部の所定位置にダイスを配置するのが困難である。このため、鋼板等のプレス成形品での孔明け加工のように、ポンチとダイスを用いて、簡易に、孔明け加工を行うことができない。

そこで、従来から、ハイドロフォーム成形品にピアシングを行うため、内圧負荷を利用した種々の方法が提案されている。例えば、特開平６−２９２９２９号公報（段落［００３６］、［００３７］、図２１、図２２）では、管状フレーム部材に穴抜きする加工を行う場合に、ハイドロフォーム加工による膨出部の成形が完了すると、高い内圧を負荷した状態で、穴抜きパンチを管状体の膨出部に外側から内部に向かって打ち付けることにより、穴抜き加工を行う方法が提案されている（以下、「第１の従来方法」という）。

また、特開２００１−１８０１６号公報では、金型内面にダイス孔を設け、ダイス孔内にポンチをその先端面が金型内面と同一面を形成するように挿入して、金属素管を膨出成形し、内圧を負荷させたままでポンチを後退させて、ダイス孔内に形成される膨出部に内圧を負荷させて、ピアシングする方法が開示されている（以下、「第２の従来方法」という）。

提案された「第１、２の従来方法」によれば、ハイドロフォーム加工による膨出成形後に、内圧を負荷して膨出部にピアシングするので、一連の加工工程内で膨出成形および孔明け加工が可能になり、製造コストや作業性の観点からは所定の効果が期待できる。しかしながら、これらの効果が期待できるのも、ピアシングする対象が円または円に近似する形状である場合に限定される。

前述の通り、自動車部品等の加工において、各種の孔明け加工が要求されることから、ピアシングされる孔の形状は、円または円に近似する場合に限定されない。例えば、部品の取付位置や高さを調整するために設けられる孔は、締め付け治具と組み合わせて調整機能を発揮させるため、一般に長孔が用いられる。

ところが、従来の方法で長孔をピアシングしようとすると、パンチの打ち抜きにともなってたわみが発生し、打ち抜かれた長孔の形状が変形したり、長孔の全周が均一に剪断加工されず、部分的に切れ残りが生じることがある。
このため、ピアシングされた長孔の変形が著しかったり、長孔の部分周に切れ残りが発生すると、自動車部品として使用することができず、歩留まりを低下させることになる。このような加工不良の発生は、後述する図６に示すように、長孔のアスペクト比の影響を受けることになる。

図１は、自動車部品等にピアシングされる長孔の形状例を示す図である。図１（ａ）〜（ｃ）に示す形状は、自動車部品等に施工される長孔の例示であり、本発明が対象とする長孔を限定するものではない。このような長孔の形状特性を適切に示す指数としてアスペクト比があり、長孔の最小幅（短辺）ａおよび最大幅（長辺）ｂとしたとき、ｂ／ａで示される。
ハイドロフォーム加工におけるピアシングの難易はアスペクト比に依存しており、例えば、長孔のアスペクト比が３以上になると、前述の「第１、２の従来方法」では、孔明け加工が困難になる。以下に、「第１、２の従来方法」で長孔をピアシングする場合に発生する加工不良の状況を、ハイドロフォーム加工における断面挙動を示す図に基づいて説明する。

図２は、「第１の従来方法」によるアスペクト比が３以上の長孔をピアシングする場合の変形挙動を説明する図である。図２の左側に示すＸ−Ｘ矢視は、前記図１（ｄ）に示すＸ−Ｘ矢視に基づく正面断面図であり、同じく、右側に示すＹ−Ｙ矢視は、前記図１（ｄ）に示すＹ−Ｙ矢視に基づく正面断面図である。
図２（ａ）はハイドロフォーム加工で膨出成形した後の状態を示し、同（ｂ）はハイドロフォーム加工で膨出成形した後にポンチ３を少し前進させた状態を示し、同（ｃ）は前記（ｂ）における剪断加工部の要部拡大を示し、同（ｄ）はパンチ３を金属素管１の外側から内部に向かって打ち抜いた状態を示している。

図２（ａ）に示すように、金型２にはポンチ３が摺動可能なダイス孔４が設けられており、金属素管１は金型２の内面に収容され、金属素管１の内部には加工液体の内圧Ｐｉが負荷されている。
図２（ｂ）に示すように、ハイドロフォーム加工で膨出成形した後にポンチ３を少し前進させると、ポンチ３の先端面による剪断加工が行われる。しかし、図２（ｃ）に示すように、ポンチ３の前進と共に、Ｘ−Ｘ矢視によるＡ部ではせん断面を生じつつ剪断加工が進むが、Ｙ−Ｙ矢視によるＢ部では長孔の縁が大きくたわみ、剪断加工が進まない。

その後、図２（ｄ）に示すように、パンチ３の打ち抜きにともなって、Ａ部の剪断加工が完了したのち、Ｂ部の剪断加工が進行するが、Ｂ部に既に大きなたわみが発生しており、長孔のピアシング後にたわみが残存する。このため、著しく変形した長孔がピアシングされることになり、ハイドロフォーム加工による成形製品として採用することができない。

図３は、「第２の従来方法」によるアスペクト比が３以上の長孔をピアシングする場合の変形挙動を説明する図である。図２の場合と同様に、左側に示すＸ−Ｘ矢視は、前記図１（ｄ）に示すＸ−Ｘ矢視に基づく正面断面図であり、右側に示すＹ−Ｙ矢視は、前記図１（ｄ）に示すＹ−Ｙ矢視に基づく正面断面図である。
図３（ａ）はハイドロフォーム加工で膨出成形した後の状態を示し、同（ｂ）はハイドロフォーム加工で膨出成形した後にポンチ３を後退させ、ダイス孔４内に膨出部を形成した状態を示し、同（ｃ）は前記（ｂ）における剪断加工部の要部拡大を示し、同（ｄ）はダイス孔４内の膨出部に内圧Ｐｉを負荷させ、ピアシングした状態を示している。

図３（ｂ）に示すように、ハイドロフォーム加工で膨出成形した後にポンチ３を後退させると、ダイス孔３内に膨出部が形成される。この膨出部の形成初期においては、Ｘ−Ｘ矢視のＡ部（長孔の短辺断面）ではほとんど変形せず、Ｙ−Ｙ矢視のＢ部（長孔の長辺断面）で大きく膨出する。
図３（ｃ）は加工要部の剪断面Ｃを示すが、Ｘ−Ｘ矢視で示す短辺断面にはほとんど剪断面が生じず、Ｙ−Ｙ矢視で示す長辺断面で大きな剪断面が生じている。さらに、長孔の長辺で生じる剪断面は、長辺の中央部で最も大きく、端部になるほど小さくなる。

そのため、図３（ｄ）に示すように、長孔はいずれかの長辺断面（Ｙ−Ｙ矢視のＢ部）で剪断加工が完了するが、その時点では他の長辺および短辺でほとんど剪断加工が進行しない。このため、長孔の長辺で剪断加工が完了しても、長孔の全周が剪断加工されることにならず、部分的に切れ残りが生じることになる。
このような長孔での切れ残りの発生は、長孔の形状特性を示すアスペクト比が大きくなるほど発生しやすくなる。特に、アスペクト比３以上の長孔をピアシングする場合には、切れ残りが多発し、ハイドロフォーム成形品の歩留まりが極端に低下することになる。

上述の通り、アスペクト比が３以上の長孔をピアシングする場合には、「第１の従来方法」では、パンチの打ち抜きにともなって、大きなたわみが残存するため、著しく変形した長孔が加工されることになる。また、「第２の従来方法」では、長孔の全周を均一に剪断することができず、部分的に切れ残りが生じることになる。
したがって、アスペクト比が３以上の長孔を備える自動車部品等を加工する場合には、ハイドロフォーム加工によって膨出成形された成形品を製造（膨出工程）したのち、一般的な機械加工により孔明け加工（ピアシング工程）を行うことが必要になる。このため、ハイドロフォーム加工を一連の工程内で対応することができず、ミーリング等の煩雑な機械加工方法を採用しなければならず、製造コストの高騰とともに効率的な生産を阻害する要因になる。

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、ハイドロフォーム加工によりアスペクト比が３以上の長孔をピアシングする場合に、膨出工程とピアシング工程とからなるハイドロフォーム加工であっても、一連の加工工程内で可能とし、しかも良好な長孔形状を確保することができる、ハイドロフォーム成形品、並びにハイドロフォーム加工方法およびそれに用いられる金型を提供することを目的としている。

本発明者は、上記の課題を解決するため、種々の検討を重ねた結果、前記「第２の従来方法」において、ダイス孔に相当する部位における、金属素管の長手方向の剛性を高めることにより、長孔全周での部分的な切れ残りを解消できることに着目した。
具体的には、孔明け用ポンチの先端面に長手方向の凹部を形成しておき、ハイドロフォーム加工時に、この凹部に沿って金属素管を膨出させ、凸部（リブ）を構成することによって、金属素管のうちダイス孔に対向する部位の長手方向の剛性を高めることができる。

これにより、ハイドロフォーム後に孔明け用ポンチを後退させてピアシング加工を行う際に、前記図３（ｂ）〜（ｄ）に示すように、長孔の長辺中央部のみが先行して膨出するのを防止し、長孔の長辺全域のみならず、長孔全周に亘ってほぼ均一に膨出させつつ、剪断加工を進行させることができ、部分的な切れ残りの発生を防止し、しかも良好な形状の長孔をピアシングできることを知見した。
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記（１）、（２）のハイドロフォーム成形品、（３）のハイドロフォーム加工方法および（４）のハイドロフォーム加工用金型を要旨としている。

（１）内部に供給された加工液体に負荷された圧力によって、アスペクト比が３以上の長孔がピアシングされたことを特徴とするハイドロフォーム成形品である。
（２）内部に供給された加工液体に負荷された圧力によって、膨出成形され、次いでアスペクト比が３以上の長孔がピアシングされたことを特徴とするハイドロフォーム成形品である。

（３）金属素管を孔明け用ポンチが摺動可能なダイス孔を設けた一対の金型に保持し、内部に供給した加工液体に圧力を負荷しつつ、アスペクト比が３以上の長孔をピアシングするハイドロフォーム加工方法であって、前記ダイス孔の開口面はアスペクト比が３以上とし、前記孔明け用ポンチの先端面には長手方向に凹部を形成しており、前記孔明け用ポンチを、その先端面が前記金型のキャビティー面と同一面を形成する位置に摺動させ、前記金属素管の内部に液圧を負荷し、前記金型のキャビティー面および孔明け用ポンチの先端面に沿って膨出成形させ、次いで、前記孔明け用ポンチを後退させて、前記長孔をピアシングすることを特徴とするハイドロフォーム加工方法である。

（４）上記（３）に記載の金属素管にアスペクト比が３以上の長孔をピアシングするハイドロフォーム加工方法に用いられる金型であって、孔明け用ポンチが摺動可能なダイス孔が設けられ、前記ダイス孔の開口面はアスペクト比が３以上であり、前記孔明け用ポンチの先端面には長手方向に凹部を形成していることを特徴とするハイドロフォーム加工用金型である。

本発明のハイドロフォーム加工方法およびハイドロフォーム加工用金型においては、前記孔明け用ポンチの先端面に形成された凹部深さＨｇが、金属素管の膨出部の肉厚ｔとした場合に、下記（１）式の関係を満足するのが望ましい。
０．１ｔ＜Ｈｇ＜３ｔ ・・・ （１）
同様に、前記孔明け用ポンチの先端面に形成された凹部幅Ｗｇが、ポンチ幅Ｗｐとした場合に、下記（２）式の関係を満足するのが望ましい。
０．４＜Ｗｇ／Ｗｐ＜０．９５ ・・・ （２）

本発明のハイドロフォーム加工方法によれば、ハイドロフォーム加工された膨出部にアスペクト比が３以上の長孔をピアシングする場合であっても、ハイドロフォーム加工の一連の工程内で長孔のピアシングを可能とし、ミーリング等の煩雑な機械加工により孔明け加工を不要として、しかも、良好な長孔形状を確保することができる。
したがって、本発明のハイドロフォーム成形品は、各種の孔明け加工が要求される自動車部品等に最適であり、本発明のハイドロフォーム加工用金型は、自動車部品等の加工用として広く適用することができる。

図１は、自動車部品等にピアシングされる長孔の形状例を示す図である。
図２は、「第１の従来方法」によるアスペクト比が３以上の長孔をピアシングする場合の変形挙動を説明する図である。
図３は、「第２の従来方法」によるアスペクト比が３以上の長孔をピアシングする場合の変形挙動を説明する図である。
図４は、本発明で用いるポンチの先端面の形状を説明する図であり、（ａ）〜（ｃ）の３種の形状例を示している。
図５は、本発明方法による、前記図４（ａ）に示すポンチ３を用いて長孔をピアシングする場合の変形挙動を説明する図である。
図６は、ハイドロフォーム加工後にピアシングする場合における、アスペクト比と不良率との関係を示す図である。
図７は、ハイドロフォーム加工後にピアシングする場合に、凹部幅の比率（Ｗｇ／Ｗｐ）変動にともなう不良率とポンチ刃先の破損度との関係を示す図である。
図８は、実施例でハイドロフォーム加工した成形品の形状を示す図であり、（ａ）は正面断面図を示し、（ｂ）は側面図を示している。

本発明は、ハイドロフォーム加工によって金属素管を膨出成形し、さらにアスペクト比が３以上の長孔がピアシングされた成形品、並びにハイドロフォーム加工方法およびそれに用いられる金型に関するものであり、孔明け用ポンチ（以下、単に「ポンチ」という）の先端面の長手方向に凹部を形成していることを特徴としている。

図４は、本発明で用いるポンチの先端面の形状を説明する図であり、（ａ）〜（ｃ）の３種の形状例を示している。図４（ａ）に示すポンチ３では、ポンチ幅Ｗｐ、凹部幅Ｗｇおよび凹部深さＨｇとし、先端面の長手方向のすべてに凹部３ｇを有する形状を構成している。このような構成により、ピアシング加工に際し、長孔の周辺を均一に剪断加工することができる。

図４（ｂ）に示すポンチ３は、長手方向の両端を除いて凹部３ｇを有する形状であり、ハイドロフォーム加工時に金属素管が金型面を滑るときに、ダイス孔のエッジに金属素管が接触して、金属素管に表面疵や割れが発生することを防止できる。
図４（ｃ）に示すポンチ３は、図４（ａ）に示すポンチ３と同様に、先端面の長手方向のすべてに凹部３ｇを有する形状であり、他の凹部形状を例示するものである。
ポンチ３の刃部は、特にその材質および形状について限定しないが、ポンチ３の耐久性のために、シャープエッジとならないようにして、凹部３ｇから滑らかに連続する形状にするのが望ましい。

図５は、本発明方法による、前記図４（ａ）に示すポンチ３を用いて長孔をピアシングする場合の変形挙動を説明する図である。図５の左側に示すＸ−Ｘ矢視は、前記図１（ｄ）に示すＸ−Ｘ矢視に基づく正面断面図であり、同じく、右側に示すＹ−Ｙ矢視は、前記図１（ｄ）に示すＹ−Ｙ矢視に基づく正面断面図である。
図５（ａ）はハイドロフォーム加工で膨出成形した後の状態を示し、同（ｂ）はハイドロフォーム加工で膨出成形した後にポンチ３を後退させ、ダイス孔４内に膨出部を形成し剪断加工が進行した状態を示し、同（ｃ）は前記（ｂ）における剪断加工部の要部拡大を示し、同（ｄ）はダイス孔４内の膨出部に内圧Ｐｉを負荷させ、ピアシングした状態を示している。

図５（ａ）に示すように、金属素管１は内圧Ｐｉの負荷によるハイドロフォーム加工により、金型２のキャビティー面に沿って膨出成形され、同時にポンチ３の先端面に形成された凹部に沿って成形される。このように、凹部に沿って金属素管を膨出させることによって、金属素管１のダイス孔４に対向する部位の長手方向の剛性を高めることができる。
このとき、ポンチ３の後方は、図示しないシリンダによって保持されており、ハイドロフォーム加工中には、ポンチ３は摺動することなく所定位置に固定される。シリンダによってポンチ３が保持される荷重Ｆは、ハイドロフォーム加工にともなって摺動することがないように、下記（３）式を満足する必要がある。
Ｆ＞Ａ・Ｐｍａｘ ・・・ （３）
ただし、Ａ：ダイス孔の断面積
Ｐｍａｘ：ハイドロフォーム加工時の最大内圧

次いで、図５（ｂ）に示すように、膨出成形された金属素管１に内圧Ｐｉを負荷させつつ、ポンチ３を後退させ、ダイス孔４内に生じる金属素管１の膨出部に負荷される内圧Ｐｉにより、長孔を剪断加工しピアシングする。
このとき、金属素管１の膨出部にはポンチ３の先端面に形成された凹部に沿って、長手方向に凸部が形成されているため、膨出部の全体にわたり剛性が高くなっている。このため、図５（ｃ）に示すように、金属素管１のダイス孔４に対向する部位が均一にダイス孔４内に膨出するようになるので、長孔の全周において剪断面がほぼ一様に形成され、均一に剪断加工が進行する。

そして、最終的には、図５（ｄ）に示すように、長孔の全周のうち、最も剪断加工が進行した部位で亀裂が貫通するが、他の部位でも同レベルの剪断加工が進行しているため、部分的に切れ残りを発生することなく、長孔の全周が剪断加工されてピアシングが完了する。
金属素管に内圧を負荷して孔明け加工を行うためには、ハイドロフォーム加工後のピアシングにおいて、内圧Ｐｉは下記（４）式の条件を満たす必要がある。
Ｐｉ＞Ｓ・ｔ・ｋ／Ａ ・・・ （４）
ただし、Ｓ：ダイス孔の周長、 Ａ：ダイス孔の面積、
ｔ：加工部における金属素管の肉厚、 ｋ：剪断抵抗

図５に示す構成では、ダイス５を金型２内に設けているが、ダイス５を設けることを必須としない。これは、金型２自体が硬質であるため、特にダイス５を新たに設けなくとも、金型２にダイス孔４を直接設けることによりダイス５の機能を発揮させることができるからである。
したがって、本発明で規定するダイス孔は、長孔をピアシングするために設けられ、その寸法を特定するものであるが、金型２に直接設けてもよく、金型２内に設けたダイス５に配してもよい。

ダイス５を設けない場合には、摩耗によりダイス孔４が変形すると、金型２全体を取り替えなければならないので、簡単に取り替えのできるダイス５を金型２に設けることが望ましい。
なお、図５に示す構成では、１組のダイス孔４および摺動可能なポンチ３を示しているが、これらの形状や個数は、対象とする成形製品の仕様によって決定される。

前述の通り、本発明が採用するポンチの先端面に凹部を形成することを特徴とするものであるが、この凹部の形状に関し望ましい範囲があり、以下、これについて説明する。
図６は、ハイドロフォーム加工後にピアシングする場合における、アスペクト比と不良率との関係を示す図である。ここで、「不良」の対象としたのは、ピアシング後に剪断加工カスの一部が切れ残り、加工された長孔の一部に切れ残りが付着した場合である。

図６中では、ポンチ先端面に形成された凹部深さＨｇを、金属素管の膨出部の肉厚ｔと関係で示しており、従来のポンチを用いた場合（Ｈｇ＝０）、加工されるアスペクト比が３を超えるようになると、不良率が著しく悪化し、さらにアスペクト比が５を超えると、ほとんど良好な長孔をピアシングすることができない。
本発明で規定するポンチを用いた場合、例えば、凹部深さＨｇが０．１ｔでは、アスペクト比が９以下であると、不良率は２０％程度までに低減し、凹部深さＨｇが０．２ｔでは、アスペクト比に拘わらず、不良率は１０％以下に低減し、さらに、凹部深さＨｇが０．５ｔでは、不良率はほぼ０（ゼロ）となる。

凹部深さＨｇが浅すぎると、金属素管が凹部に沿って膨出する高さが小さくなり、ダイス孔（長孔）の長辺に対向する、金属素管の部位での剛性を上げる効果が小さくなる。このため、凹部深さＨｇを０．１ｔ以上にするのが望ましい。一方、凹部深さＨｇが深すぎると、金属素管が凹部に沿って膨出する際に割れを発生する場合があるので、凹部深さＨｇを３．０ｔ以下にするのが望ましい。
すなわち、凹部深さＨｇは、加工部における金属素管の肉厚ｔとの関係で、下記（１ａ）式の条件を満足するのが望ましい。
０．１ｔ＜Ｈｇ＜３ｔ ・・・ （１ａ）

アスペクト比に拘わらず、不良率は１０％以下に低減できることから、凹部深さＨｇは、加工部における金属素管の肉厚ｔとの関係で、下記（１ｂ）式の条件を満足するのがさらに望ましい。
０．２ｔ＜Ｈｇ＜３ｔ ・・・ （１ｂ）
最も望ましくは、不良の発生をほぼ防止できるので、凹部深さＨｇは、加工部における金属素管の肉厚ｔとの関係で、下記（１ｃ）式の条件を満足することである。
０．５ｔ＜Ｈｇ＜３ｔ ・・・ （１ｃ）

次に、凹部幅に関しては、凹部幅Ｗｇがポンチ幅Ｗｐに対して大きくなるほど、金属素管が凹部に沿って膨出し易くなるので望ましい。さらに、凹部幅Ｗｇが大きくなると、膨出により形成された凸部が剪断加工が行われる部位に近づくことにより拘束を強め、剪断加工の局所的な進行を抑制することができる。

図７は、ハイドロフォーム加工後にピアシングする場合に、凹部幅の比率（Ｗｇ／Ｗｐ）変動にともなう不良率とポンチ刃先の破損度との関係を示す図である。前記図６の場合と同様に、「不良」の対象としたのは、ピアシング後に剪断加工カスの一部が切れ残り、加工された長孔の一部に切れ残りが付着した場合である。さらに、「ポンチ刃先の破損度」とは、１００００回試験した後のポンチ刃先の破損程度を５段階に区分して評価した結果であり、０は破損無しを示し、その数値が大きくなるほど破損の程度が顕著であることを示す。

定性的には、凹部幅Ｗｇがポンチ幅Ｗｐに対して大きくなるほど、剛性を高めることができ、さらに剪断加工が行われる部位の拘束を強めることができる。定量的には、図７に示す結果から、Ｗｇ／Ｗｐを０．４以上にするのが望ましい。
一方、凹部幅Ｗｇが大きくなり過ぎると、ポンチ刃先が薄肉となって強度が低下し、破損し易くなり、Ｗｇ／Ｗｐが０．９５を超えると、ポンチの破損度が顕著になる。
すなわち、凹部幅ＷｇＨｇは、ポンチ幅Ｗｐとの関係で、下記（２）式の条件を満足するのが望ましい。
０．４＜Ｗｇ／Ｗｐ＜０．９５ ・・・ （２）

以下に、本発明のハイドロフォーム加工方法による効果を、具体的な実施例に基づいて説明する。
(本発明例)
金属素管として、外径：６０．５ｍｍ、肉厚：２ｍｍ、長さ：８００ｍｍの機械構造用炭素鋼管ＳＴＫＭ１１Ａ（ＪＩＳ Ｇ３４４５）を供試材とした。この金属素管の降伏強さは３３０ＭＰａ、引張強さは４４０ＭＰａであった。

図８は、実施例でハイドロフォーム加工した成形品の形状を示す図であり、（ａ）は正面断面図を示し、（ｂ）は側面図を示している。
上記の金属素管に、前記図５で示した構成からなるハイドロフォーム加工を施して、図８に示す形状の成型品６を膨出成形した後、長孔７をピアシングした。成形品６の寸法は、高さＨ：４６ｍｍ、幅Ｗ：７５ｍｍ、長さＬ：７６０ｍｍおよび端部外径Ｄ：６０．５ｍｍとした。
さらに、ハイドロフォーム加工に使用したポンチは、前記図４（ａ）に示す形状として、最大幅ａ：３０ｍｍ、最小幅ｂ：８ｍｍ、凹部幅Ｗｇ：６ｍｍおよび凹部深さＨｇ：２ｍｍとした。

前記図８に示す成形品６の形状に成形した後、内圧を１９０ＭＰａに保持し、ポンチを後退させて、長辺：３０ｍｍ、短辺：８ｍｍ（アスペクト比３．７５）の長孔７をピアシングした。
長孔をピアシングする試験を１００００回実施したが、いずれの場合にも剪断加工カスが切れ残ることなく、かつ良好な形状の長孔をピアシングすることができた。

（比較例）
本発明例と同じ金属素管を用いて、前記図３で示した構成からなるハイドロフォーム加工を施して、図８に示す形状の成型品６を膨出成形した後、長孔７をピアシングした。しかし、ハイドロフォーム加工に使用したポンチは、最大幅ａ：３０ｍｍおよび最小幅ｂ：８ｍｍとしたが、凹部深さＨｇ：０ｍｍとして、凹部は設けなかった。
前記図８に示す成形品６の形状に成形した後、内圧を１９０ＭＰａに保持し、ポンチを後退させて、本発明例と同じ寸法の長孔７をピアシングする試験を１００００回実施した。実験結果は、良好に長孔をピアシングできたのは１％のみで、残りは全て剪断加工カスが部分的に付着する不良が発生した。

産業上の利用の可能性

本発明のハイドロフォーム加工方法によれば、ハイドロフォーム加工された膨出部にアスペクト比が３以上の長孔をピアシングする場合に、膨出工程とピアシング工程とからなるハイドロフォーム加工であっても、一連の加工工程内で可能とし、ミーリング等の煩雑な機械加工により孔明け加工を不要とし、しかも、良好な長孔形状を確保することができる。このため、本発明のハイドロフォーム成形品は、各種の孔明け加工が要求される自動車部品等に最適であり、本発明のハイドロフォーム加工用金型は、自動車部品等の加工用として広く適用することができるので、本発明は、自動車のみならず、その他産業機械の部品加工用として広く採用される。

【０００６】
にアスペクト比が３以上の長孔をピアシングする場合であっても、ハイドロフォーム加


６／１

【０００６】
［００２０］（１）内部に供給された加工液体に負荷された圧力によって、アスペクト比が３以上であり、製品外面にたわみ（ダレ）や切れ残りのない長孔がピアシングされたことを特徴とするハイドロフォーム成形品である。
（２）内部に供給された加工液体に負荷された圧力によって、膨出成形され、次いでアスペクト比が３以上であり、製品外面にたわみ（ダレ）や切れ残りのない長孔がピアシングされたことを特徴とするハイドロフォーム成形品である。
［００２１］（３）金属素管を孔明け用ポンチが摺動可能なダイス孔を設けた一対の金型に保持し、内部に供給した加工液体に圧力を負荷しつつ、アスペクト比が３以上の長孔をピアシングするハイドロフォーム加工方法であって、前記ダイス孔の開口面はアスペクト比が３以上とし、前記孔明け用ポンチの先端面には長手方向に凹部を形成しており、前記孔明け用ポンチを、その先端面が前記金型のキャビティー面と同一面を形成する位置に摺動させ、前記金属素管の内部に液圧を負荷し、前記金型のキャビティー面および孔明け用ポンチの先端面に沿って膨出成形させ、前記金属素管の前記ダイス孔に対向する部位の剛性を高め、次いで、前記孔明け用ポンチを後退させて、前記長孔をピアシングすることを特徴とするハイドロフォーム加工方法である。
［００２２］（４）上記（３）に記載の金属素管にアスペクト比が３以上の長孔をピアシングするハイドロフォーム加工方法に用いられる金型であって、孔明け用ポンチが摺動可能なダイス孔が設けられ、前記ダイス孔の開口面はアスペクト比が３以上であり、前記孔明け用ポンチの先端面には長手方向に凹部を形成し、前記ダイス孔に対向する金属素管の部位の剛性を高めていることを特徴とするハイドロフォーム加工用金型である。
［００２３］ 本発明のハイドロフォーム加工方法およびハイドロフォーム加工用金型においては、前記孔明け用ポンチの先端面に形成された凹部深さＨｇが、金属素管の膨出部の肉厚ｔとした場合に、下記（１）式の関係を満足するのが望ましい。
０．１ｔ＜Ｈｇ＜３ｔ ・・・ （１）
同様に、前記孔明け用ポンチの先端面に形成された凹部幅Ｗｇが、ポンチ幅Ｗｐとした場合に、下記（２）式の関係を満足するのが望ましい。
０．４＜Ｗｇ／Ｗｐ＜０．９５ ・・・ （２）
［００２４］ 本発明のハイドロフォーム加工方法によれば、ハイドロフォーム加工された膨出部


６

図３（ｂ）に示すように、ハイドロフォーム加工で膨出成形した後にポンチ３を後退させると、ダイス孔４内に膨出部が形成される。この膨出部の形成初期においては、Ｘ−Ｘ矢視のＡ部（長孔の短辺断面）ではほとんど変形せず、Ｙ−Ｙ矢視のＢ部（長孔の長辺断面）で大きく膨出する。
図３（ｃ）は加工要部の剪断面Ｃを示すが、Ｘ−Ｘ矢視で示す短辺断面にはほとんど剪断面が生じず、Ｙ−Ｙ矢視で示す長辺断面で大きな剪断面が生じている。さらに、長孔の長辺で生じる剪断面は、長辺の中央部で最も大きく、端部になるほど小さくなる。

定性的には、凹部幅Ｗｇがポンチ幅Ｗｐに対して大きくなるほど、剛性を高めることができ、さらに剪断加工が行われる部位の拘束を強めることができる。定量的には、図７に示す結果から、Ｗｇ／Ｗｐを０．４以上にするのが望ましい。
一方、凹部幅Ｗｇが大きくなり過ぎると、ポンチ刃先が薄肉となって強度が低下し、破損し易くなり、Ｗｇ／Ｗｐが０．９５を超えると、ポンチの破損度が顕著になる。
すなわち、凹部幅Ｗｇは、ポンチ幅Ｗｐと関係で、下記（２）式の条件を満足するのが望ましい。
０．４＜Ｗｇ／Ｗｐ＜０．９５ ・・・ （２）

【図７】

Claims (8)

1. 内部に供給された加工液体に負荷された圧力によって、アスペクト比が３以上の長孔がピアシングされたことを特徴とするハイドロフォーム成形品。
2. 内部に供給された加工液体に負荷された圧力によって、膨出成形され、次いでアスペクト比が３以上の長孔がピアシングされたことを特徴とするハイドロフォーム成形品。
3. 金属素管を孔明け用ポンチが摺動可能なダイス孔を設けた一対の金型に保持し、内部に供給した加工液体に圧力を負荷しつつ、アスペクト比が３以上の長孔をピアシングするハイドロフォーム加工方法であって、
   前記ダイス孔の開口面はアスペクト比が３以上とし、前記孔明け用ポンチの先端面には長手方向に凹部を形成しており、
   前記孔明け用ポンチを、その先端面が前記金型のキャビティー面と同一面を形成する位置に摺動させ、
   前記金属素管の内部に液圧を負荷し、前記金型のキャビティー面および孔明け用ポンチの先端面に沿って膨出成形させ、
   次いで、前記孔明け用ポンチを後退させて、前記長孔をピアシングすることを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
4. 前記孔明け用ポンチの先端面に形成された凹部深さＨｇが、前記金属素管の膨出部の肉厚ｔとした場合に、下記（１）式の関係を満足することを特徴とする請求項３に記載のハイドロフォーム加工方法。
   ０．１ｔ＜Ｈｇ＜３ｔ ・・・ （１）
5. 前記孔明け用ポンチの先端面に形成された凹部幅Ｗｇが、ポンチ幅Ｗｐとした場合に、下記（２）式の関係を満足することを特徴とする請求項３に記載のハイドロフォーム加工方法。
   ０．４＜Ｗｇ／Ｗｐ＜０．９５ ・・・ （２）
6. 請求項３に記載の金属素管にアスペクト比が３以上の長孔をピアシングするハイドロフォーム加工方法に用いられる金型であって、
   孔明け用ポンチが摺動可能なダイス孔が設けられ、
   前記ダイス孔の開口面はアスペクト比が３以上であり、
   前記孔明け用ポンチの先端面には長手方向に凹部を形成していることを特徴とするハイドロフォーム加工用金型。
7. 前記孔明け用ポンチの先端面に形成された凹部深さＨｇが、前記金属素管の膨出部の肉厚ｔとした場合に、下記（１）式の関係を満足することを特徴とする請求項６に記載のハイドロフォーム加工用金型。
   ０．１ｔ＜Ｈｇ＜３ｔ ・・・ （１）
8. 前記孔明け用ポンチの先端面に形成された凹部幅Ｗｇが、ポンチ幅Ｗｐとした場合に、下記（２）式の関係を満足することを特徴とする請求項６に記載のハイドロフォーム加工用金型。
   ０．４＜Ｗｇ／Ｗｐ＜０．９５ ・・・ （２）

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