WO2008130055A1 - ハイドロフォーム加工方法 - Google Patents

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tube
shape
intermediate product
product
hydroforming
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Masaaki Mizumura
Yukihisa Kuriyama
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Nippon Steel Corporation
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    • B21D39/08—Tube expanders
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    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/88—Making other particular articles other parts for vehicles, e.g. cowlings, mudguards

Definitions

  • the present invention relates to a method for processing a metal pipe, which is bright and used for manufacturing an exhaust system part, a suspension system part, a body system part and the like for automobiles.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2002-100318 discloses a method of expanding the tube in a direction perpendicular to this direction after expanding the tube in a certain direction. By using this method, it is possible to obtain a wide-mouthed foam molded product that is expanded not only in one direction but also as a whole.
  • pipe expansion to a simple rectangular cross-section can be easily applied, but in the case of a complicated cross-sectional shape, a hy- droform process is required to complete a more detailed shape, and a total of three processes of hy- droform processing are required. I need it.
  • the present invention provides a method for processing a high-form molded article having a large tube expansion rate and a complicated shape in two processes.
  • a method is provided for obtaining a molded product in the case where the expansion rate of the bent portion, which has been difficult in the past, is large.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and the gist thereof is as follows.
  • a hydroforming method in which a metal pipe is mounted on a divided mold, and after the mold is clamped, an internal pressure and a pushing force in the axial direction are applied to the metal pipe.
  • the metal tube is expanded in one direction of the cross section of the metal tube, and the entire expanded portion in the tube axis direction has a peripheral length of 90% to 100% of the peripheral length of the product shape, and in the one direction
  • the intermediate product is made higher than the product height in at least a part of the tube axis direction
  • the height of the intermediate product in the one direction is increased in all or part of the tube axis direction in the second-hide mouth forming process.
  • a hydroforming method characterized by forming into the final product shape while reducing the thickness.
  • radius of curvature is substantially equal means that the radius of curvature of the cross section of the intermediate product is in the range of 90 to 110% with respect to the radius of curvature of the raw pipe (metal pipe).
  • Figure 1 shows an illustration of the progress in the hydroform technology field.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of a method for designing an intermediate product shape based on the product shape in the present invention.
  • (A) shows a cross-sectional shape
  • (b) shows a side shape.
  • Fig. 3 is a diagram showing the circumference of the final product and the circumference of the intermediate product in the design of the shape of the intermediate product in Fig. 2.
  • FIG. 4 is an explanatory view of a method for designing an intermediate product shape based on the product shape in the present invention.
  • (A) shows the cross-sectional shape
  • (b) shows the side shape.
  • FIGS. 5 (a), (b), and (c) are explanatory views of the first and the first form steps in the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing an explanatory diagram of the second hy- droform process in the present invention.
  • FIGS. 7 (a) and 7 (b) are diagrams showing an explanatory diagram of the first-side opening process for adding to various shapes of intermediate products in the present invention.
  • FIG. 8 is an explanatory view of the processing method of the present invention in the case of including bending.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of the processing method of the present invention including the bending processing following FIG.
  • FIG. 10 is an explanatory view of the processing method of the present invention in the case of including the bending processing following FIG.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of designing an intermediate product shape based on the product shape.
  • (A) shows the cross-sectional shape, and (b) shows the side shape.
  • Fig. 12 is a diagram showing the circumference of the final product and the circumference of the shape of the intermediate product in the design of the shape of the intermediate product in Fig. 11.
  • FIG. 13 is an explanatory view of a method for designing an intermediate product shape based on the product shape in the present invention.
  • (A) shows a cross-sectional shape
  • (b) shows a side shape.
  • FIG. 14 is an explanatory view of an embodiment of the first and second hydroforming steps and the second hydroforming step.
  • FIG. 15 is an explanatory view of an embodiment of the hydroforming process following FIG.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of designing an intermediate product shape based on the product shape in the case of a shape including bending.
  • (A) shows the cross-sectional shape, and (b) shows the side shape.
  • Fig. 17 is a diagram showing the peripheral length of the final product shape and the peripheral length of the intermediate product shape in Fig. 16 in designing the shape of the intermediate product Fig. 18 includes bending Intermediate product based on product shape in case of shape It is a figure which shows explanatory drawing of another Example which designs a shape. (A) shows the cross-sectional shape, and (b) shows the side shape.
  • FIG. 19 is an illustration of an example of each process when bending is included.
  • FIG. 20 is an illustration of an example of each step following the step shown in FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • Figures 2 (a) and (b) show the side view (X-Y plane), top view (X-Z plane), and cross-sectional views (Y-Z plane) of the final product shape.
  • the range from section A—A to section G and G cannot be expanded to a complex shape as shown in the figure.
  • the pipe in the form of a high-mouthed foam, the pipe is expanded into a complex shape by the internal pressure inside the pipe and the shaft being pushed in from both pipe ends, but in both the Y direction and the Z direction as in this shape.
  • Forming is extremely difficult when expanding pipes, especially when materials with low formability (materials with low n-value, r-value, elongation, etc.) are difficult with shapes with large expansion ratios and cannot be formed. There is also.
  • the pipe expansion rate has been gradually increased by dividing the processing process into a plurality of processes. For example, if you want to expand the tube from the circumference La of the raw tube to the circumference Lc of the final product shape, set the circumference Lb of the intermediate product shape to a value about halfway between La and Lc (for example, (La + Lc) / 2) Then, it is expanded in two steps. In terms of shape, it was common to set the shape of the intermediate product to an intermediate shape between the tube and the final product shape.
  • the tube is expanded only in one direction in the first hide mouth forming process.
  • the pipe is expanded only in the Y direction. This is because if the tube is expanded only in one direction, it becomes a deformed state close to a pure shear deformation, so that it becomes possible to form a very large shape.
  • This theory is also used in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-1003 18 of the conventional method.
  • it is actually difficult to make a pure shear deformation, and countermeasures such as counting are taken.
  • the pipe in order to reduce the molding difficulty in the second hide-foam process, the pipe has been expanded to a circumference approximately the same as the circumference of the final product shape in the first hydroform process. Different from the law. However, since wrinkles will remain if material surplus eventually occurs, the circumference of the intermediate product shape must be set to 100% or less of the circumference of the final product shape.
  • the perimeter of the intermediate product shape is shorter than 90% of the perimeter of the final product shape, the rate of expansion in the second hydroform foam process will increase accordingly, so the second hydroform process will be processed. It becomes difficult and cracks are likely to occur. For this reason, the circumference of the intermediate product shape in the first hide mouth foam of the present invention is expanded so that it is 90% or more of the final product shape. It is necessary to keep it.
  • the graph in Fig. 3 is obtained.
  • the upper limit for making the height of the intermediate product in the above one direction higher than the height of the final product is not particularly defined, and the effect of the present invention can be obtained. However, wrinkles are generated in the second hydroforming process described later.
  • the height of the final product is 20% or less (the invention according to (1) above.
  • the tube is not expanded in the Z direction of the cross section, but is expanded only on the + side in the Y direction, and the circumference is 90% of the final product in all expanded cross sections.
  • the final product shape shown in Fig. 2 (a) and (b) is the shape expanded in the Y and Z directions, so the height in the Y direction is the expanded tube. Higher than the final product shape in all axial directions (all cross sections of A to G except A and G) Yes.
  • the height of the intermediate product may naturally be lower than the height of the final product.
  • the upper and lower cross-sections may be flat, that is, a rectangular cross-section, but in that case, thinning tends to occur near a part of the corner, which is disadvantageous when the pipe expansion ratio is large. Therefore, it is preferable to set the radius of curvature (r in the figure) substantially equal to that of the blank tube as shown in the figure (the invention according to (2) above).
  • the intermediate product designed in Fig. 4 (a) and (b) is specifically processed in the form shown in Fig. 5 (a). That is, after the metal tube 1 is sandwiched between the upper die 2 and the lower die 3 in the first hydroforming process, the metal tube 1 is pushed in from both ends with the axial push punches 4 and 4, and FIG. 2 (a),
  • the final product shape shown in (b) is a shape expanded in the Y and Z directions. In this case, the intermediate product is crushed so as to reduce the height in the Y direction in all the expanded sections.
  • water 6 is inserted from the water tank inlet 5 of the axial push punch 4 into the metal pipe 1 to apply internal pressure.
  • the metal tube 1 is processed along the shape of the cavity of the upper mold 2 and the lower mold 3, and the intermediate product 7 is obtained.
  • the intermediate product is crushed so that the height in the Y direction is reduced in the part of the expanded section.
  • a counter punch 8 that is movable in the direction perpendicular to the pipe axis direction is provided as shown in Fig. 5 (b) to suppress berthing and buckling of the metal pipe 1. Hydroform may be processed
  • the intermediate product 7 that has been hydroformed in the manner shown in Fig. 5 is mounted on the lower mold 12 of the second hide mouth foam, and at least in part of the pipe axis direction, While crushing the intermediate product 7 in the Y direction with the upper mold 1 1 (in one direction expanded in the 1st mouth-opening foam process, that is, in the example of Fig. 5, the height in the Y direction at the cross-section C 1 C is reduced. Tighten the mold. Then, in the part processed so as to reduce the height of the intermediate product, the cross section expands in the Z direction as it is crushed in the Y direction. At this time, if the mold is clamped while the internal pressure is applied, the generation of wrinkles is suppressed, which is more effective.
  • the final product 13 is completed according to the shape of the mold by adding an internal pressure load, which is the usual form of a mouth-opening process, or by pressing in the axial direction.
  • the expansion direction in Figs. 4 (a) and (b) is only the + side in the Y direction.
  • the expansion is possible in both the + side and the one side as shown in Fig. 7 (a). It doesn't matter.
  • the pipe is expanded in one direction (Y direction in Fig. 8) in the cross section of the metal tube.
  • the intermediate product shape is designed so that it is in the range of 90% to 100% with respect to the length and at least part of the tube axis direction is higher than the product height.
  • the intermediate product 7 is obtained by processing into a linear shape in the tube axis direction as shown in FIG. This is because the straight line shape is more advantageous for molding with a large expansion ratio because it is easier to push the material.
  • the bending method may be any method such as a rotary pulling method or a press bending method, and may be selected depending on the size and material of the pipe material, the bending radius, and the like.
  • This figure is an example of three-point bending with a press, which is a relatively simple bending method.
  • the intermediate product 16 that has been bent is obtained by placing the intermediate product 7 that has been subjected to the first hide mouth form processing on the fulcrums 15 and 15 and pushing the punch 14 from above.
  • the position of the expanded portion for bending may be anywhere on the inner side or side surface of the bend, not on the outer side of bending as in this example.
  • the metal pipe used was a steel pipe with an outer diameter of 63.5 nim, a wall thickness of 2.3 mm, and a total length of 400 mm.
  • the steel grade used was STKM 1 1A, a carbon steel pipe for machine structures.
  • the product shape is shown in Fig. 11 (a) and (b).
  • the maximum tube expansion ratio is as large as 2.00, and the tube is expanded in both the Y and Z directions.
  • the distribution of circumference is shown by the thin line in the graph in Fig. 12.
  • the intermediate circumference is set to a range between this product circumference and its 90% value (dashed line in the figure).
  • Each cross-sectional shape of the intermediate product is designed to match the set circumference.
  • the shape of the intermediate product is as shown in Fig. 13 (a) and (b). (X direction). Since the final product of this example has a shape that is not expanded to one side in the Y direction, the intermediate product is also configured to expand only the + side without expanding the tube to one side in the Y direction.
  • the shape of the upper and lower sections (+ side and one side in the Y direction) is a semicircular shape of 3 1.75 MI, which has the same radius of curvature as the raw tube.
  • the intermediate product designed as described above was processed with a mold as shown in Fig. 14. Since the expansion rate of this example is relatively large, A movable mold that can move in the direction of the tube axis in order to suppress the thinning of the mold as much as possible.
  • Hydroform molding using 9 was performed.
  • the processing conditions for this first hydroforming process were an internal pressure of 32 MPa and a shaft pushing amount of 40 mm at both ends.
  • a shaft pushing punch 10 capable of pushing the movable mold 9 simultaneously with the end of the metal tube 1 was used.
  • the finish form processing is completed, the total length is 320MI, and the shape is that of the intermediate product designed in Fig. 11 to Fig. 13.
  • the intermediate product 7 is placed in the second die form lower die 12 shown in Fig. 15 and the upper die from the top so as to reduce the height in the Y direction in the entire expanded cross section. 1 Lower 1 and clamp. Finally, a hydroforming process that loads the internal pressure and the shaft is performed.
  • the machining conditions for the second hydroforming process were that the internal pressure was applied up to 180 MPa, and the shaft was pushed 20 dragons from both ends.
  • Figure 16 and Figure 18 show the outline for designing the intermediate product shape. Basically, it is the same as the procedure of FIGS. 1 to 13 described in the first embodiment.
  • the tube axis direction of the final product is set as the X axis, and the circumference of each cross section perpendicular to the X axis is investigated.
  • the circumference of the intermediate product is designed by the method shown in Fig. 17 so that all the expanded parts in the tube axis direction (X axis) are in the range of 90% to 100% of the product circumference.
  • Each cross section of the final product of Example 2 was the same as each cross section of the final product of Example 1 described above.
  • the shape of the intermediate product is designed to match the circumference of this intermediate product.
  • the procedure for this was the same as in Example 1, and the cross-sectional dimension was extended in the + direction only in the Y direction.
  • the shape in the tube axis direction (X direction) is a straight line. This is because the material tends to flow in the direction of the tube axis in the straight shape rather than expanding the bent shape.
  • each cross-sectional shape is the same as in Example 1 and is straight, so the first hide mouth forming process is completely an example. Same shape as 1. Therefore, the intermediate product 7 was obtained in the manner shown in FIG. 14 by using the mold used in the first hide mouth foam process of Example 1.
  • the intermediate product 7 was bent by a three-point bending press process.
  • the distance between the fulcrums 15 and 15 was 240 mm, and the punch 14 with a radius l l lmnu angle of 90 ° was pushed in from above and the intermediate product 7 was bent.
  • the punch 14 and the fulcrums 15 and 15 have a semicircular groove with the same radius as the straight pipe part of the intermediate product 7 in the cross section of the intermediate product 7. It is made not to be crushed as much as possible.
  • the applicable range of the hide-mouth foam is expanded as compared with the conventional one, and the types of tubular parts for automobiles are increased. This will automatically Further weight reduction of cars will contribute to the prevention of global warming by improving fuel efficiency.

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Abstract

本発明は、拡管率が大きくて複雑な形状のハイドロフォーム成形品を得ることができ、かつ、工程数が少なくて加工できるハイドロフォーム加工方法を提供するもので、金属管を分割した金型に装着し、型締めした後で前記金属管に内圧と管軸方向押し込み力を負荷するハイドロフォーム加工方法において、第１ハイドロフォーム工程で、前記金属管の断面の一方向に前記金属管を拡管させて、管軸方向の拡管部の全部において、製品形状の周長の90％以上100％以下の周長を有し、かつ前記一方向で少なくとも管軸方向の一部に製品の高さより高い中間製品とした後、第２ハイドロフォーム工程で、管軸方向の全部又は一部において、前記中間製品の前記一方向の高さを減じながら最終製品に成形する。また、曲げを含む形状の場合は、上述の第１ハイドロフォーム工程と第２ハイドロフォーム工程の間に曲げ工程を実施する。

Description

ハイ ドロフオーム加工方法
技術分野
本発明は、 自動車用の排気系部品、 サスペンショ ン系部品、 ポデ ィ系部品等の製造に用いられ明るもので、 金属管をハイ ド口フォーム 加工する方法に関する。
田
書
背景技術
近年、 自動車分野では、 軽量化の手段の一つとして金属管の適用 が増加している。 なぜなら、 中実材と比べて中空の金属管材は同一 の剛性でも断面積を減らすことができるからである。 また、 ハッ ト 型の二枚のプレスした金属板を溶接で結合する構造に対して、 金属 管で一体型にした構造では、 溶接フランジ部が不要なため軽量化が 可能になる。
しかし、 自動車用部品は車内の狭い空間内に配置されるので、 金 属管は直管のままで使われることが少なく、 殆ど、 二次加工が施さ れた後に自動車に取付けられる。 二次加工としては曲げ加工が最も 多いが、 近年の自動車部品形状の複雑化に伴い、 ハイ ド口フォーム 加工 （金属管を金型内に装着した状態で内圧と軸方向圧縮を用いて 金型形状に仕上げる加工） も増加しており、 さらにそれらの加工を 重畳した加工も増えている。 ハイ ドロフォーム加工自体も図 1 に示 すように （塑性と加工， Vo l . 45 , No. 524 ( 2004) , 7 15頁より引用 ) に示されるように、 単純な Τ成形から比べると、 近年では部品形 状が複雑化し、 拡管率 （素管の周長に対する製品管の周長の比、 同 図では Expans i on ra t i oと記述） も増加してきた。 拡管率の大きなハイ ドロフォームを行う方法としては、 例えば特 開 2002- 153917号公報に記載のように、 可動金型を用いて高枝管高 さを有するハイ ド口フォーム成形品を得る加工法がある。 但し、 こ の方法では T成形のように、 或る一方向にのみ拡管する場合の形状 しか適用できない。
また、 特開 2002- 100318号公報では、 或る一方向に拡管した後で この方向と直角方向に拡管する方法である。 この方法を用いると、 或る一方向だけでなく、 全体的に拡管されたハイ ド口フォーム成形 品を得ることができる。 但し、 単純な長方形断面への拡管なら容易 に適用可能であるが、 複雑な断面形状の場合は、 更に詳細形状を仕 上げるためのハイ ドロフオーム工程が必要となり、 合計 3工程のハ イ ドロフオーム加工が必要になる。
曲げ加工とハイ ドロフォーム加工の両方の加工を行う場合、 一般 的には曲げ加工を実施した後にハイ ドロフォーム金型に装着してハ ィ ドロフォーム加工するが、 この方法では曲げ部の拡管率を大きく することが困難である。 そこで、 ハイ ド口フォーム加工した後に曲 げ加工する方法も例えば特開 2002- 219525号公報で提案されている 。 この方法は、 第 1工程のハイ ド口フォーム加工で全体的に拡管し た後、 第 2工程で内圧を負荷しながら曲げ加工し、 最後に第 3工程 で曲げ方向と直角方向に潰しながらハイ ドロフォーム加工する方法 である。 この方法を用いれば、 曲げ加工してからハイ ド口フォーム 加工する一般的な方法に比べて、 曲げ部の拡管率を大きくすること が可能になる。 しかし、 その拡管率の限界は、 第 1工程のハイ ド口 フォーム加工の限界値で制限され、 この方法のように全体的に拡管 させるハイ ド口フォーム加工では、 あまり大きな拡管率が期待でき ない。
その他、 特願 2006- 006693号公報のように、 ハイ ド口フォーム加 ェした後に回転引き曲げ加工する方法も提案されている。 但し、 当 該方法では、 曲げ加工方法として回転引き曲げ加工のみを対象とし ているため適用範囲は限られる。 発明の開示
上述したように、 従来は、 拡管率が大きくて複雑な形状のハイ ド 口フォーム成形品を得ることは難しく、 唯一の方法としては、 特開
2002- 1003 1 8号公報に示される方法として、 ハイ ド口フォームを 3 工程実施する方法があるが、 この方法では工程数が多く、 コス ト的 にも生産能率的にも不利となる。
そこで、 本発明は、 拡管率が大きくて複雑な形状のハイ ドロフォ ーム成形品をハイ ドロフォーム 2工程で加工する方法を提供する。 また、 曲げ加工とハイ ド口フォーム加工が重畳される場合でも、 従 来は困難であつた曲げ部の拡管率が大きな場合の成形品を得るため の方法を提供する。
本発明は上述した課題を解決するためになされたもので、 その要 旨とするところは下記の通りである。
( 1 ) 金属管を分割した金型に装着し、 型締めした後で前記金属管 に内圧と管軸方向押し込み力を負荷するハイ ドロフォーム加工方法 において、 第 1ハイ ド口フォーム工程で、 前記金属管断面の一方向 に前記金属管を拡管させて、 管軸方向の拡管部の全部において、 製 品形状の周長の 90 %以上 100 %以下の周長を有し、 かつ前記一方向 で少なく とも管軸方向の一部において、 製品の高さより高い中間製 品とした後、 第 2ハイ ド口フォーム工程で、 管軸方向の全部又は一 部において、 前記中間製品の前記一方向の高さを減じながら最終製 品形状に成形することを特徴とするハイ ドロフォーム加工方法。
( 2 ) 金属管の断面の曲率半径と、 前記一方向における中間製品の 断面の曲率半径が略等しいことを特徴とする前記 （ 1 ) 記載のハイ ドロフオーム加工方法。
( 3 ) 金属管の軸方向に移動自在な可動金型又は金属管の軸方向に 直角な方向に移動自在なカウンタ一パンチを用いて、 中間製品に成 形することを特徴とする前記 （ 1 ) 又は （ 2 ) 記載のハイ ドロフォ ーム加工方法。
( 4 ) 第 1ハイ ドロフォーム工程と第 2ハイ ドロフォーム工程の間 に、 中間製品を管軸方向に曲げる工程を加えることを特徴とする前 記 （ 1 ) 、 （ 2 ) 又は （ 3 ) 記載のハイ ド口フォーム加工方法。
尚、 本発明 （ 2 ) で、 曲率半径が略等しいとは、 素管 （金属管） の曲率半径に対し、 中間製品の断面の曲率半径が 9 0〜 1 1 0 %の 範囲にあることを言う。 図面の簡単な説明
図 1は、 ハイ ドロフォーム技術分野の進展の説明図を示す。
図 2は、 本発明における、 製品形状を元に中間製品形状を設計す る方法の説明図を示す図である。 （ a) は断面形状を示し、 （b ) は側面形状を示す。
図 3は、 図 2において中間製品の形状の設計において、 最終製品 の形状を周長と、 中間製品の形状の周長を示す図である。
図 4は本発明における、 製品形状を元に中間製品形状を設計する 方法の説明図を示す図である。 （ a) は断面形状を示し、 （b ) は 側面形状を示す。
図 5 ( a ) 、 ( b ) 、 ( c ) は、 本発明における第 、イ ドロフ ォ一ム工程の説明図を示す。
図 6は、 本発明における第 2ハイ ドロフォ一ム工程の説明図を示 す図である。 図 7 ( a ) 、 （ b ) は、 本発明における各種形状の中間製品に加 ェするための第 \イ ド口フォーム工程の説明図を示す図である。 図 8は、 曲げ加工を含む場合の本発明の加工方法の説明図を示す 図である。
図 9は、 図 8に続く曲げ加工を含む場合の本発明の加工方法の説 明図を示す図である。
図 1 0は、 図 9に続く曲げ加工を含む場合の本発明の加工方法の 説明図を示す図である。
図 1 1は、 製品形状を元に中間製品形状を設計する実施例の説明 図を示す図である。 （ a ) は断面形状を示し、 （b ) は側面形状を 示す。
図 1 2は、 図 1 1 において中間製品の形状の設計において、 最終 製品の周長と、 中間製品の形状の周長を示す図である。
図 1 3は、 本発明における製品形状を元に中間製品形状を設計す る方法の説明図を示す図である。 （ a ) は断面形状を示し、 （ b ) は側面形状を示す。
図 1 4は、 第 、ィ ドロフォーム工程と第 2ハイ ドロフォームェ 程の実施例の説明図を示す図である。
図 1 5は、 図 1 4に続くハイ ドロフォーム工程の実施例の説明図 を示す図である。
図 1 6は、 曲げを含んだ形状の場合の、 製品形状を元に中間製品 形状を設計する実施例の説明図を示す図である。 （ a ) は断面形状 を示し、 （ b ) は側面形状を示す。
図 1 7は、 図 1 6 において、 中間製品の形状の設計において、 最 終製品の製品形状の周長と、 中間製品の形状の周長を示す図である 図 1 8は、 曲げを含んだ形状の場合の、 製品形状を元に中間製品 形状を設計する別の実施例の説明図を示す図である。 （ a ) は断面 形状を示し、 （b ) は側面形状を示す。
図 1 9は、 曲げ加工を含む場合の各工程の実施例の説明図を示す 図である。
図 2 0は、 図 1 9で示す工程に続く各工程の実施例の説明図を示 す図である。 発明を実施するための最良の形態
図 2 〜 2 0を用いて本発明の詳細を説明する。
図 2 ( a ) 、 ( b ) は、 最終的に必要な製品形状の側面図 （X— Y平面） 、 上面図 （X— Z平面） 、 及び各断面図 （Y— Z平面） を 示している。 当該形状の製品を外径 2 r (半径 ]" ) の管材からハイ ドロフオーム加工で製造しょうとした場合、 断面 A— Aから断面 G 一 Gの範囲を図のように複雑な形状に拡管しなくてはならない.。 一 般にハイ ド口フォーム加工では、 管内部の内圧と両管端からの軸押 し込みによって複雑形状に拡管するが、 当該形状のように Y方向と Z方向の両方に拡管する場合は非常に成形が困難となる。 特に、 成 形性の低い材料 （n値、 r値、 伸び等の低い材料） ゃ拡管率の大き い形状では難しく、 成形が不可能となる場合もある。
このような場合、 従来は、 加工工程を複数に分けて徐々に拡管率 を増加させることが行われてきた。 例えば、 素管の周長 Laから最終 製品形状の周長 Lcまで拡管したい場合、 中間製品形状の周長 Lbを La と Lcの中間程度の値 （例えば、 （La + Lc) / 2 ) に設定して 2工程に 分けて拡管する。 形状的にも素管と最終製品形状の中間程度の形状 に中間製品の形状を設定するのが一般的であった。 しかし、 第 1ハ ィ ドロフォーム工程において、 素管の周長 Laから中間製品形状の周 長 LMこ拡管する時点で、 既に加工硬化が付与されるため、 第 2ハイ ドロフォーム工程の前に加工歪を除去するための熱処理が必要とな り、 コス ト的にも生産効率的にも非常に不利となる。 また、 熱処理 しない方法としては、 特開 2002- 1 003 1 8号公報のように第 1ハイ ド 口フォーム工程で Z方向に拡管した後に第 2ハイ ド口フォーム工程 で Y方向に拡管することも考えられるが、 当該形状のように複雑な 形状の場合、 2工程だけで最終製品形状に加工することは不可能で あり、 更に詳細形状に仕上げる第 3ハイ ド口フォーム工程が必須と なる。
上記のような課題を解決するため、 本発明による加工方法では、 まず第 1ハイ ド口フォーム工程で 1方向だけ拡管する。 図 4 ( a ) 、 ( b ) の下図の例では Y方向だけ拡管している。 これは、 1方向 だけ拡管する方が、 純粋せん断変形に近い変形状態になるため大変 形が可能になるからである。 当該理論は、 従来法の特開 2002- 1003 1 8号公報でも利用しているが、 当該方法の第 2ハイ ドロフォームェ 程では、 実際には純粋せん断変形させることは難しく、 カウン夕等 の対策を追加しないと加工初期に張り出し変形が起きるため割れが 生じやすい。 それに対して本発明では、 第 2ハイ ド口フォーム工程 の成形難度を下げるため、 第 1ハイ ドロフォーム工程で最終的な製 品形状の周長とほぼ同程度の周長まで拡管する点が従来法と異なる 。 但し、 最終的に材料余りが生じるとしわが残るため、 中間製品形 状の周長は、 最終製品形状の周長の 1 00 %以下に設定することが必 要である。
一方、 中間製品形状の周長が最終製品形状の周長の 9 0 %より短 いと、 その分、 第 2ハイ ド口フォーム工程で拡管する率が上がるた め第 2ハイ ドロフォーム工程の加工が困難になり、 割れ等が発生し やすくなる。 このため、 本発明の第 1ハイ ド口フォームにおける中 間製品形状の周長は最終製品形状の 9 0 %以上となるように拡管し ておく ことが必要である。 以上の要領で中間製品形状の周長を設定 すると図 3のグラフのようになる。 なお、 上記 1方向における中間 製品の高さを最終製品の高さより高くする上限は特に定めることな く本発明の効果を得ることができるが、 後述の第 2ハイ ドロフォー ム工程でしわが発生するのを確実に防止するためには、 最終製品の 高さの 2 0 0 %以下とすることが好ましい （以上 （ 1 ) に係る発明 上記の結果、 図 4 ( a ) 、 ( b ) に示すような中間製品形状が設 計される。 本例では、 断面の Z方向には拡管されず、 Y方向の +側 のみ拡管され、 周長としては、 全ての拡管された断面で最終製品の 90 %から 100 %の範囲に設定してある。 図 2 ( a ) 、 （ b ) に示す 最終製品形状は Y方向及び Z方向に拡管された形状のため、 Y方向 の高さは、 拡管された管軸方向の全部 （A、 Gを除く A〜Gの全て の断面） において、 最終製品形状の場合よりも高い。
一方、 最終製品の形状が Y方向のみに拡管されている部位がある 場合は、 当然、 中間製品の高さは最終製品の高さより低くなること がある。
また、 断面上部と下部の形状は平坦な形状、 すなわち長方形断面 でも構わないが、 その場合はコーナ一部近傍で減肉し易くなるため 拡管率の大きな場合は不利となる。 よって、 同図のように素管と概 略等しい曲率半径 （同図では r ) に設定することが好ましい （前記 ( 2 ) に係る発明） 。
図 4 ( a ) 、 ( b ) で設計された中間製品を、 具体的には図 5 ( a ) のような要領でハイ ド口フォーム加工する。 すなわち、 金属管 1 を第 1ハイ ドロフォーム工程の上金型 2 と下金型 3の間に挟持し た後、 両管端から軸押しパンチ 4、 4で押し込んで、 図 2 ( a ) 、 ( b ) に示す最終製品形状が Y方向及び Z方向に拡管された形状の 場合は、 拡管された全部の断面で、 Y方向の高さを減じるように中 間製品を潰していく。 その際、 同時に軸押しパンチ 4の水揷入口 5 から水 6 を金属管 1内部に挿入して内圧を負荷する。 その結果、 上 金型 2 と下金型 3の空洞部の形状に沿うように金属管 1が加工され 、 中間製品 7が得られる。
最終製品が Y方向のみに拡管された部位を有する場合は、 拡管さ れた一部の断面で、 Y方向の高さを減じるように中間製品を潰して いく。
また、 拡管率の大きな場合などには、 図 5 ( b ) のように管軸方 向に直角な方向に移動自在なカウンターパンチ 8を設けて金属管 1 のバース 卜や座屈を抑制しながらハイ ドロフォーム加工しても良い
(前記 （ 3 ) に係る発明） 。 また、 直管部分の摺動抵抗が大きくて 拡管部に軸押し込みが伝わりにくい場合は、 図 5 ( c ) のように、 管軸方向に移動自在な可動金型 9 を用いて、 管端と可動金型を軸押 しパンチ 1 0で同時に押し込んでハイ ドロフォーム加工しても良い
(前記 （ 3 ) に係る発明） 。
図 5の要領でハイ ドロフォーム加工された中間製品 7を図 6に示 すように、 第 2ハイ ド口フォームの下金型 1 2に装着し、 少なく と も管軸方向の一部において、 上金型 1 1で中間製品 7を Y方向に潰 しながら （第 1ハイ ド口フォーム工程で拡管させた 1方向、 即ち図 5の例では、 断面 C一 Cにおける Y方向の高さを減じながら） 型締 めする。 すると、 中間製品の高さを減じるように加工した部位にお いては、 Y方向に潰れる分、 Z方向に断面が広がる。 この際、 内圧 を負荷しながら型締めすると、 しわ発生も抑制されて、 より有効で ある。 型締めした後は、 通常のハイ ド口フォーム加工である内圧負 荷、 あるいは軸方向の押し込みも付加して金型形状に沿わせた最終 製品 1 3が完成される。 また、 図 4 ( a ) 、 （b ) の拡管方向は Y方向の +側のみとした が、 最終製品の形状によっては、 図 7 ( a ) のように +側と一側の 両方に拡管しても構わない。 また、 Z方向には一切拡管していけな いわけではなく、 図 7 ( b ) のように若干 Z方向に拡管 （本図では 素管径 2 rの 1. 05倍） しながら Y方向に拡管しても差し支えない。 次に、 第 1ハイ ドロフォーム加工と第 2ハイ ドロフォーム加工の 間に曲げ加工が入る例を説明する （前記 （ 4 ) に係る発明） 。 図 2 〜図 4と同じ要領で、 金属管断面の一方向 （図 8では Y方向とする ) に拡管させて、 管軸方向の拡管部の全部において最終製品の管軸 方向の各断面の周長に対して 90 %から 100 %の範囲になり、 かつ少 なく とも管軸方向の一部について、 製品高さより高くなるように中 間製品形状を設計する。 この第 1ハイ ド口フォーム工程では、 図 8 のように管軸方向に直線的な形状に加工して中間製品 7を得る。 直 線形状の方が材料を押し込み易いため拡管率の大きな成形にも有利 だからである。
その後、 図 9、 図 1 0のように、 中間製品 7 を曲げ加工する。 曲 げ加工の工法は、 回転引き曲げ工法やプレス曲げ工法等、 何れの方 法でも良く、 管材のサイズや材質、 曲げ半径等によって使い分けれ ばよい。 なお、 当該図は、 比較的簡易な曲げ工法であるプレスによ る 3点曲げの例である。 すなわち、 第 1ハイ ド口フォーム加工され た中間製品 7 を支点 1 5 、 1 5の上に置き、 その上方からパンチ 1 4を押し込んでいく ことで曲げ加工された中間製品 1 6が得られる 。 また、 曲げ加工に対しての拡管部の位置は、 本例のような曲げ外 側でなく、 曲げ内側、 あるいは側面でも、 どこでも良い。 その際、 曲げ加工のパンチ 1 4や支点 1 5で拡管部を押し潰さない様にする ことが望ましいが、 その後の第 2ハイ ドロフォーム工程で支障のな い範囲であれば、 若干拡管部が変形されても構わない。 最後に、 曲げ加工された中間製品 1 6 を第 2ハイ ド口フォームの 下金型 1 2に装着して、 少なくとも管軸方向の一部について上金型 1 1で潰しながら （Y方向の高さを減じながら） 型締めしていき、 その後、 内圧と軸押し込みを負荷する。 これらの要領は図 6で説明 した要領と同じである。 以上の一連の加工工程を経て、 最終的に曲 げ加工とハイ ドロフォーム加工が両方行われた最終製品 1 3が得ら れる。 実施例 1
下記に本発明の実施例を示す。
金属管には外径 63. 5nim、 肉厚 2. 3mm、 全長 400mmの鋼管を用い、 鋼 種は機械構造用炭素鋼鋼管の STKM 1 1Aを採用した。 製品形状を図 1 1 ( a ) 、 ( b ) に示すが、 最大拡管率が 2. 00と大きく、 しかも断 面の Y方向、 Z方向共に拡管される形状である。 周長の分布を図 1 2のグラフの細線で示す。 管軸方向の拡管部の全部についてこの製 品周長とその 90 %の値 （図中の破線） との間の範囲となるように中 間形状の周長 （図 1 2中の太線） を設定した。 その設定した周長と 合致するように、 中間製品の各断面形状を設計する。 その際、 中間 製品の形状は、 図 1 3 ( a ) 、 ( b ) のように、 断面の Z方向の寸 法は素管の外径と同じ 63. 5mmとして、 Y方向の寸法のみ軸方向 （X 方向） に変化させた。 本実施例の最終製品は、 Y方向の一側には拡 管されない形状のため、 中間製品でも Y方向の一側には拡管しない で +側のみ拡管する形状にした。 また、 断面上下 （Y方向の +側及 び一側） の形状は、 素管と同じ曲率半径である 3 1. 75MIの半円形の 形状にした。
上述のように設計した中間製品を図 1 4に示すような金型で加工 した。 本実施例の拡管率は比較的大きいため、 ハイ ド口フォーム成 形時の減肉を極力抑制するために、 管軸方向に移動自在な可動金型
9を用いたハイ ドロフォーム成形を行った。 この第 1ハイ ドロフォ ーム工程の加工条件としては、 内圧は 32MPaで、 軸押し量は両端と も 40mmとした。 なお、 軸押し時には、 金属管 1の端部と同時に可動 金型 9 を押し込むことができる軸押しパンチ 1 0を用いた。 ハイ ド 口フォーム加工完了時に、 全長は 320MIとなり、 形状は図 1 1〜図 1 3で設計した中間製品の形状となる。
次に、 中間製品 7を図 1 5に示す第 2ハイ ド口フォーム下金型 1 2の中に置き、 拡管された全部の断面で、 Y方向の高さを減じるよ うに上方から上金型 1 1 を降下させて型締めする。 最後に、 内圧と 軸押しを負荷するハイ ドロフォーム加工を行う。 第 2ハイ ドロフォ —ム工程の加工条件としては、 内圧は最大 180MPaまで負荷し、 軸押 しは両端よりそれぞれ 20龍ずつ押し込んだ。
上記のような一連の加工方法によって、 拡管率が 2. 00で、 しかも 断面が Y方向、 Z方向ともに大きく拡管されている加工品を得るこ とができた。 しかも、 第 1ハイ ドロフォームと第 2ハイ ドロフォー ムの 2工程のみで加工できた。
実施例 2
次に、 曲げを含んだ形状の製品の実施例に関して説明する。 図 1 6、 図 1 8 に中間製品形状を設計する要領を記した。 基本的には、 実施例 1で説明した図 1〜図 1 3の要領と同じである。 最終製品 の管軸方向を X軸と設定し、 その X軸と垂直な各断面における周長 を調査する。 そして、 管軸方向 （X軸） の拡管部の全部について、 その製品周長の 90 %から 100 %の範囲になるように中間製品の周長 を図 1 7に示した方法で設計する。 なお、 本実施例 2の最終製品の 各断面は、 前述の実施例 1 の最終製品の各断面と同一とした。 この 中間製品の周長と合致するように中間製品の形状を設計するが、 こ の際の要領も実施例 1の場合と同じで、 断面の寸法は Y方向のみ + 側に伸ばした形状とした。 但し、 管軸方向 （X方向） の形状は、 直 線形状にする。 これは、 曲げた形状を拡管するよりも直線形状の方 が、 管軸方向へ材料が流入しやすいためである。
上記で設計した中間製品の形状に第 1ハイ ドロフォーム工程で加 ェするが、 各断面形状が実施例 1 と同一であり、 しかも直線形状の ため、 第 1ハイ ド口フォーム工程は全く実施例 1 と同一形状となる 。 よって、 実施例 1の第 1ハイ ド口フォーム工程で用いた金型を使 用して図 1 4の要領で、 中間製品 7 を得た。
次に、 上記中間製品 7 を 3点曲げのプレス加工で曲げ加工した。 図 1 9に示すように、 支点 1 5 、 1 5間の距離を 240mmとして、 上 方から半径 l l lmnu 角度 90 ° のパンチ 1 4を押し込んで中間製品 7 を曲げ加工した。 なお、 パンチ 1 4、 支点 1 5 、 1 5 とも断面は中 間製品 7の直管部と同一の半径 3 1. 75匪の半円形の溝が設けられて おり、 曲げ加工時に中間製品 7が極力潰れない様にされている。
上記の曲げ加工で得られた中間製品 1 6を図 2 0に示す第 2ハイ ドロフォーム工程の下金型 1 2の上に置き、 拡管された全部の断面 で、 Y方向の高さを減じるように上方から上金型 1 1 を降下させて 型締めする。 最後に最大圧力 180MPaの内圧と両端から 20龍の軸押し を負荷する。
以上の一連の加工工程の結果、 曲げ部の拡管率が 2. 00で、 しかも 断面が Y方向、 Z方向ともに大きく拡管されている加工品を得るこ とができた。 産業上の利用可能性
本発明により、 従来よりもハイ ド口フォームの適用可能範囲が拡 大され、 自動車への管状部品の種類が増加する。 これにより、 自動 車の軽量化が更に進み燃費向上によって地球温暖化抑制にも貢献で きる。

Claims

1 . 金属管を分割した金型に装着し、 型締めした後で前記金属管 に内圧と管軸方向押し込み力を負荷するハイ ド口フォーム加工方法 において、 第 1ハイ ド口フォーム工程で、 前記金属管断面の一方向 に前記金属管を拡管させ請て、 管軸方向の拡管部の全部において、 製 品形状の周長の 90 %以上 100 %以下の周長を有し、 かつ前記一方向 で少なく とも管軸方向の一部について、 製品の高さより高い中間製 品とした後、 第 2ハイ ド口フォーム工程で、 管軸方向の全部又は一 部において、 前記中間製品の前記一方向の高さを減じながら最終製 囲
品形状に成形することを特徴とするハイ ド口フォーム加工方法。
2 . 金属管の断面の曲率半径と、 前記一方向における中間製品の 断面の曲率半径が略等しいことを特徴とする請求項 1記載のハイ ド 口フオーム加工方法。
3 . 金属管の軸方向に移動自在な可動金型又は金属管の軸方向に 直角な方向に移動自在なカウンタ一パンチを用いて、 中間製品に成 形することを特徴とする請求項 1又は 2記載のハイ ドロフォーム加 ェ方法。
4 . 第 1ハイ ドロフォーム工程と第 2ハイ ドロフォーム工程の間 に、 中間製品を管軸方向に曲げる工程を加えることを特徴とする請 求項 1、 2又は 3記載のハイ ド口フォーム加工方法。
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