WO2011099592A1 - ハイドロフォーム加工方法及びハイドロフォーム加工装置 - Google Patents

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WO2011099592A1
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tube
metal tube
hydroform
metal
hydroforming
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正昭 水村
浩一 佐藤
学 和田
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新日本製鐵株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/033—Deforming tubular bodies
    • B21D26/043—Means for controlling the axial pusher
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/033—Deforming tubular bodies
    • B21D26/045—Closing or sealing means

Definitions

  • the present invention mounts a metal tube in a hydroform mold, clamps the hydroform mold, pushes the metal tube in the axial direction of the tube, and applies an internal pressure to the metal tube.
  • the present invention relates to a hydroform processing method for processing into a predetermined shape, and a hydroform processing apparatus used therefor.
  • FIG. 12A When performing general hydroforming, first, as shown in FIG. 12A, the metal tube 103 is mounted in the cavity 115 of the pair of hydroforming molds 111 and 113. Next, as shown in FIG. 12B, the pair of hydroform molds 111 and 113 is closed. Next, as shown in FIG. 12C, the shaft pushing cylinders 131 arranged on both the pipe end sides of the metal tube 103 are driven, and the seal punch 133 attached to the shaft pushing cylinder 131 is moved to the metal tube 103. The tube end surface 103b is pressed against the tube end portion 103a to seal the tube end portions 103a on both sides of the metal tube 103. Next, as shown in FIGS.
  • the metal tube 103 is expanded by supplying a pressure medium W such as water to the inside of the metal tube 103 and applying an internal pressure. It is formed into a hydrofoam processed product 105 having an outer shape along the cavity 115 of the foam dies 111 and 113.
  • a pressure medium W such as water
  • the axial push cylinder 131 is used to prevent the metal tube 103 from being reduced in thickness and to prevent bursting and buckling of the metal tube 103 due to expansion.
  • the metal tube 103 is pushed in in the tube axis direction by using to positively flow the material into the tube axis direction inside of the metal tube 103.
  • both the pipe end portions 103a of the metal pipe 103 are sealed by hydroforming, or when the metal pipe 103 is pushed in the pipe axis direction, both the pipe ends of the metal pipe 103 as shown in FIG.
  • the shaft pushing cylinder 131 arranged on the side is driven to perform sealing or pushing.
  • a shaft pushing cylinder 131 is disposed only on one tube end side of the metal tube 103, and one tube end portion 103a is sealed by the shaft pushing cylinder 131 disposed on the one tube end side.
  • an example in which the metal tube 103 is pushed in the tube axis direction only from one tube end side is disclosed.
  • hydroform processing technology has been applied to parts with complicated shapes such as automobile parts, and as shown in FIG. 12 (d), hydroform processing with a simple shape in which the shaft core is linear.
  • a hydroformed product 105 having a complicated shape in which the shaft core 105 a as shown in FIGS. 13 and 14 includes a planar or three-dimensional bending is obtained by hydroforming.
  • a pair of axial push cylinders 131 disposed on both ends of the metal tube 103 are coaxially arranged. It is not possible to arrange them, and it is necessary to arrange them so that each axis is inclined.
  • the set of hydroform dies 111 and 113 are usually arranged in the same space as the press machine or in a C-shaped frame as described in Patent Document 2.
  • the space for the pair of hydroforming molds 111 and 113 is narrow, it is very difficult to arrange the shaft core of the pair of axial push cylinders 131 to be oblique. .
  • this tendency is particularly remarkable when the hydroformed product 105 in which the shaft core 105 a is formed so as to include three-dimensional bending is obtained.
  • a hydroform processing apparatus will be excessively enlarged, or depending on the shape of the hydroform processed product 105, it will give up constituting from a single member, and it will be desired from a linear member divided into a plurality. Measures were taken such as obtaining parts with the same shape as the hydroformed product of the shape.
  • a shaft pushing cylinder 131 is disposed only on one tube end side of the metal tube 103, and the shaft pushing cylinder on the other tube end side is arranged.
  • a means of omitting 131 without arranging it is conceivable.
  • the metal tube 103 cannot be pushed from the side where the shaft pushing cylinder 131 is not disposed.
  • FIG. 12 when hydroforming is performed so as to obtain a hydroformed product 105 having a straight shaft core, even pressing from the side where the shaft pushing cylinder 131 is disposed is opposite. It is easy to let material flow into the side, and it does not become a big problem.
  • the present invention has been devised in view of the above-described problems.
  • the object is to easily obtain a hydroformed workpiece having a complicated shape formed so that the shaft core includes bending, and to prevent an excessive increase in the size of the processing apparatus. That is, a hydroforming process method that enables sealing and pushing only from one tube end side and pushing from the other tube end side without the shaft pushing cylinder, and this It is to propose a hydroform processing apparatus that makes it possible.
  • the inventor has invented the following hydroform processing method and hydroform processing apparatus in order to solve the above-described problems.
  • a shaft pushing cylinder is not arranged on one tube end side of the metal tube mounted in the hydroform mold, and a shaft pushing cylinder is arranged only on the other tube end side, and the shaft pushing
  • the hydroform mold is closed. Before the hydroform mold is closed, an independent punch is attached to one end of the metal pipe together with the metal pipe in the hydroform mold, and when the hydroform mold is closed, the force for closing the hydroform mold is used. The independent punch is advanced in the tube axis direction, and the metal tube is pushed in the tube axis direction while sealing one end of the metal tube by the independent punch.
  • Russia form processing method Russia form processing method.
  • a shaft pushing cylinder is not arranged on one pipe end side of the metal pipe mounted in the hydroform mold, and a shaft pushing cylinder is arranged only on the other pipe end side, and the shaft pushing In the hydroforming machine for pushing the metal tube in the tube axis direction by a cylinder and supplying an internal pressure by supplying a pressure medium to the inside of the metal tube sealed at both ends of the tube, the hydroform mold
  • An independent punch mounted on one end of the metal tube together with the metal tube, and when the hydroform mold is closed, the independent punch uses the force to close the hydroform mold.
  • the hydroform additive is advanced in the tube axis direction, and the metal tube is pushed in the tube axis direction while the one end of the metal tube is sealed by the independent punch. Apparatus.
  • the metal pipe in obtaining a hydroformed product having a complicated shape whose shaft core includes bending, the metal pipe is pushed in from both pipe end sides, and the material is caused to flow in from the both pipe end sides to the inside in the pipe axis direction. It becomes possible. For this reason, it is possible to easily obtain a hydroformed product having a complicated shape in which the shaft core includes bending. Further, in order to obtain a hydroformed product having a complicated shape in which the shaft core includes bending, it is not necessary to dispose a shaft pushing cylinder on one end side of the metal tube. Therefore, it is not necessary to dispose a set of shaft pushing cylinders so that the axis of each other is inclined as in the prior art, and the processing apparatus can be miniaturized correspondingly. Further, since one of the pair of shaft pushing cylinders is unnecessary, it is possible to reduce the cost for realizing the machining apparatus.
  • FIG. 1 is a plan cross-sectional view showing the configuration of the hydroform processing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line BB.
  • Fig.3 (a) is sectional drawing which follows the CC line
  • FIG.3 (b) is a figure explaining the hydroform processing apparatus operation state which concerns on 1st Embodiment in the cross-sectional position which follows the CC line of FIG. 4A is a cross-sectional view taken along line DD in FIG. 1, and
  • FIG. 5 is a view showing a state after a metal tube or an independent punch is mounted in a set of hydroforming molds in the hydroforming processing method according to the present invention.
  • FIG. 5A is a partial side sectional view
  • FIG. 5B is a plan sectional view.
  • FIG. 6 is a view showing a state after sealing both pipe ends of the metal pipe in the hydroforming method according to the present invention.
  • FIG. 6A is a partial side sectional view.
  • FIG. 6B is a plan sectional view.
  • FIG. 7 is a diagram showing a state after the closing of a pair of hydroform dies is completed in the hydroform processing method according to the present invention.
  • FIG. 7A is a partial side sectional view.
  • FIG. 7B is a plan sectional view.
  • FIG. 8 is a diagram showing a state where the hydroforming method according to the present invention is completed.
  • FIG. 8A is a partial side sectional view
  • FIG. 8B is a plan sectional view.
  • FIG. 9A is a partial side cross-sectional view showing the configuration of the hydroform processing apparatus according to the second embodiment
  • FIG. 9B is the portion showing the configuration of the hydroform processing apparatus according to the third embodiment. It is side surface sectional drawing.
  • FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the hydroform processing apparatus used in the examples.
  • FIG. 10A is a plan sectional view.
  • FIG.10 (b) is sectional drawing which follows the JJ line
  • FIG.10 (c) is sectional drawing which follows the KK line
  • FIG.10 (d) is sectional drawing which follows the LL line
  • FIG.10 (e) is sectional drawing which follows the MM line
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the hydroforming method performed in the example.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a conventional general hydroform processing method.
  • FIG. 13 is a perspective view showing an example of a hydroformed product formed such that the shaft core includes planar bending.
  • FIG. 14 is a perspective view showing an example of a hydroformed product formed such that the shaft core includes three-dimensional bending.
  • the hydroform processing method according to the present invention is suitably used for obtaining a hydroform processed product 5 in which the shaft core 5 a is formed so as to include planar or three-dimensional bending. It is done.
  • the hydroform processed product 5 in which the shaft core 5a is formed in a straight line may be used.
  • FIG. 1 is a plan sectional view showing a configuration of a hydroform processing apparatus 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG.
  • FIG.3 (b) is a figure for demonstrating the operation state of the hydroform processing apparatus 1 which concerns on 1st Embodiment in the cross-sectional position which follows the CC line of FIG.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line EE of FIG. 1 in FIG.
  • FIG.4 (c) is sectional drawing which follows the FF line
  • wire of FIG. FIG.4 (d) is sectional drawing which follows the GG line of FIG.
  • the dashed-dotted line L1 in FIG. 1 means the place where the axial center of the hydroform processed goods 5 obtained by the hydroform processing apparatus 1 which concerns on 1st Embodiment passes.
  • a hydroform processing apparatus 1 includes a pair of hydroform dies 11 and 13 and an independent punch disposed on one end of a metal tube 3 mounted in the hydroform dies 11 and 13. 21 and a shaft pushing cylinder 31 disposed on the other pipe end side of the metal pipe 3.
  • one tube end side of the metal tube 3 on the side where the shaft pushing cylinder 31 is not disposed is defined as a cylinder-less side, and the other tube of the metal tube 3 on which the shaft pushing cylinder 31 is disposed.
  • the end side is described as the cylinder side.
  • One set of the hydroform molds 11 and 13 is fixed, the other is configured to be driven toward one by a driving device (not shown), and the other is driven toward one.
  • a pair of hydroform molds 11 and 13 are arranged at intervals in the vertical direction, the lower hydroform mold 11 is fixed, and the upper hydroform mold 13 is arranged. Is configured to be driven.
  • the set of hydroform dies 11 and 13 has a concave groove-like cavity 15 formed inside thereof.
  • a metal tube 3 serving as a material for the hydroform processed product 5 is attached to the intermediate portion 15 a of the cavity 15.
  • a metal tube 3 having a circular cross section formed so that the shaft core includes a bend in one place is attached.
  • the intermediate portion 15a of the cavity 15 has substantially the same shape as the outer shape of the hydroformed product 5 when the opposed surfaces 14 facing each other of the pair of hydroform molds 11 and 13 are brought into contact with each other. Is formed.
  • the intermediate portion 15a of the cavity 15 according to the first embodiment has a circular cross-section as shown in FIG. 4A and a rectangular cross-section as shown in FIG. A portion having a shape, a portion having a rectangular cross section as shown in FIG. 4C, a portion having a rectangular cross section as shown in FIG. 4D, and a circular shape in cross section as shown in FIG. The parts are formed in order.
  • the hydrofoam processed product 5 obtained by the hydrofoam processing method according to the first embodiment is formed so as to have an outer shape corresponding to the intermediate portion 15 a of the cavity 15.
  • the cylinder-side end 15b of the cavity 15 penetrates the outside of the metal tube 3 mounted in the cavity 15 in the tube axis direction.
  • a seal punch 33 attached to the tip of the shaft pushing cylinder 31 is attached to the cylinder end 15b of the cavity 15 so as to be slidable in the tube axis direction of the metal tube 3 attached in the cavity 15. Has been.
  • the cylinder-less end 15c of the cavity 15 does not penetrate the outer side in the tube axis direction of the metal tube 3 mounted in the cavity 15, and has a bottom surface 15d on the outer side in the tube axis direction.
  • An independent punch 21 is attached to the end portion 15c of the cavity 15 without a cylinder so as to be slidable in the tube axis direction of the metal tube 3 attached in the cavity 15.
  • the independent punch 21 functions to seal the tube end 3a on the cylinder-less side of the metal tube 3 or push the metal tube 3 from the cylinder-less side when the pair of hydroform dies 11 and 13 is closed. .
  • the independent punch 21 is detachably mounted without being connected to other members such as the pair of hydroform molds 11 and 13.
  • the independent punch 21 is formed so that the front end portion 21a located on the side of the metal tube 3 mounted in the cavity 15 has the same outer shape as the tube end portion 3a on the non-cylinder side of the metal tube 3. In the first embodiment, it is formed in a solid circular cross section. In addition, the independent punch 21 has a seal surface 21c formed on the front end surface thereof so as to be in surface contact with the tube end surface 3b on the cylinder-less side of the metal tube 3, and the seal surface 21c is formed in the first embodiment. In the form, it is formed so as to be orthogonal to the tube axis direction of the metal tube 3 mounted in the cavity 15.
  • the independent punch 21 is formed with an inclined surface 21d on its rear end surface so that it can come into surface contact with an inclined surface 41a such as a wedge member 41 described later when the pair of hydroform dies 11 and 13 is closed. ing.
  • the inclined surface 21 d is formed so as to be inclined with respect to the tube axis direction of the metal tube 3 mounted in the cavity 15.
  • the independent punch 21 preferably has a structure in which rotation around the tube axis direction is constrained when sliding in the tube axis direction of the metal tube 3 in the cavity 15.
  • the rear end portion 21b is formed into a non-circular shape such as a rectangular shape, a polygonal shape, or an elliptical shape. If the cylinder-side end 15c of the cavity 15 has a shape corresponding to the rear end 21b of the independent punch 21 and is fitted to each other when the independent punch 21 is mounted in the cavity 15, the rotation is restricted. Is possible.
  • the rotation is restricted regardless of the shape of the rear end portion 21b of the independent punch 21. Therefore, in this case, the shape of the rear end portion 21b of the independent punch 21 is not particularly limited.
  • the wedge member 41 is provided on the cylinder-less side end portion 15c of the cavity 15 with respect to the driven upper hydroform die 13 of the set of hydroform dies 11, 13. It is attached.
  • the wedge member 41 functions to advance the independent punch 21 when the pair of hydroform molds 11 and 13 is closed.
  • the wedge member 41 has an inclined surface 41a formed on the front end surface thereof so as to come into surface contact with the inclined surface 21d of the independent punch 21 when the pair of hydroform dies 11 and 13 are closed.
  • a pipe end pressing member 51 is attached in the cavity 15 to the upper hydroform mold 13 on the driven side of the set of hydroform molds 11 and 13. .
  • the tube end pressing member 51 is attached to the hydroform mold 13 via an urging member 53 such as a coil spring.
  • the tube end pressing member 51 is inserted into the cavity 15 when the tube shaft pressing member 51 is moved from the initial position.
  • An accommodating portion 15e for accommodating the end pressing member 51 is formed.
  • the pipe end pressing member 51 comes into contact with the facing surface 14 of one hydroform mold 11 when the pair of hydroform molds 11 and 13 is closed, and thereafter.
  • the urging member 53 is configured to be urged.
  • the tube end pressing member 51 is urged by the urging member 53 so as to press the metal tube 3 into the cavity 15 of the hydroform mold 11 on the fixed side.
  • the seal of the pipe end portion 3a of the metal pipe 3 can be held when the mold is closed.
  • the contact surface 51a of the tube end pressing member 51 to the metal tube 3 has an outer shape of the tube end portion 3a of the metal tube 3 so as to make surface contact with the tube end portion 3a of the metal tube 3 in a wide range. It is formed to have a shape according to
  • the pipe end pressing member 51 is configured to contact the independent punch 21 when the pair of hydroform molds 11 and 13 is closed.
  • the hydroform processing apparatus 1 which concerns on this invention is equipped with the pressure medium supply apparatus which is not shown in figure for supplying the pressure medium W, such as emulsion liquid which added water and the rust preventive agent to water, in the metal pipe 3. .
  • the pressure medium W is supplied from the cylinder side through the pressure medium supply hole 35 formed in the seal punch 33 of the shaft pushing cylinder 31.
  • the supply of the pressure medium W into the metal pipe 3 may be performed from either the side with the cylinder or the side without the cylinder.
  • the structure from the side with the cylinder is easily realized structurally. It is preferable because it is possible.
  • 5 to 8 are diagrams for explaining the hydroform processing method.
  • a metal tube 3 as a material is attached to a hydroform mold 11.
  • the metal pipe 3 as a material is mounted with a material that has been previously bent according to the shape of the desired hydroformed product 5.
  • the same shaft core as that of the hydroformed product 5 is obtained.
  • a metal tube 3 formed to include bending is attached.
  • the independent punch 21 is also mounted.
  • This mold closing process includes the first half of the mold closing process until the pipe end 3a of the metal tube 3 is sealed by the independent punch 31, and the second half of the mold closing process after the sealing by the independent punch 31 until the mold closing is completed. Divided.
  • the driven hydroform mold 13 is driven toward the other hydroform mold 11, and the inclined surface 41 a of the wedge member 41 comes into surface contact with the inclined surface 21 d of the independent punch 21.
  • the inclined surface 41 a of the wedge member 41 is in surface contact with the inclined surface 21 d of the independent punch 21 while sliding, so that the independent punch 21 faces the metal tube 3. Will be moved forward.
  • the seal surface 21c of the independent punch 21 is pressed against the tube end surface 3b of the metal tube 3, and the tube end 3a on the cylinder-less side of the metal tube 3 is sealed thereafter.
  • the pressure medium W is gradually supplied before or during the mold closing process, and at the same time as the tube end 3a of the metal tube 3 without the cylinder is sealed, the side of the metal tube 3 with the cylinder is sealed. It is preferable to complete the sealing of the pipe end 3c and the filling of the pressure medium W.
  • the metal tube 3 filled with the pressure medium W can be pushed in by the independent punch 21 or the seal punch 33 at an early stage.
  • the seal of the tube end 3c on the side of the cylinder of the metal tube 3 is advanced by moving the seal punch 33 toward the metal tube 3 by the axial push cylinder 31, and as shown in FIG. This is performed by pressing a seal surface 33a which is the front end surface of the seal punch 33 against the tube end surface 3d on the cylinder side.
  • the inclined surface 41a of the wedge member 41 further advances the independent punch 21 in accordance with the drive amount of the hydroform mold 13, whereby the metal tube 3 is moved from the cylinderless side to the independent punch 21. Is pushed inward in the tube axis direction.
  • the pushing by the independent punch 21 is started after the sealing of both the tube ends 3a and 3b of the metal tube 3 and the filling of the pressure medium W are completed, but the tube ends 3a of the metal tube 3 are started.
  • the metal tube 3 may be pushed slightly by the independent punch 21 when the pressure medium W is filled and sealed. For this reason, in order to improve this, the configuration of the second and third embodiments described later is adopted so that the metal tube 3 is pushed in after the sealing and the filling of the pressure medium W are completed. It is preferable.
  • an internal pressure is applied to the metal pipe 3 by the pressure medium W during mold closing as shown in FIG. May be.
  • the pipe ends 3a and 3c of the metal tube 3 are subjected to the internal pressure. Try to swell.
  • the tube end pressing member 51 is brought into contact with the facing surface 14 of the hydroform mold 11 and urged so as to press the metal tube 3 by the urging member 53. It is preferable to keep it.
  • the swelling of the pipe end portions 3a and 3c of the metal tube 3 due to the load of the internal pressure of the pressure medium W is restrained, and the seal of the tube end portions 3a and 3c of the metal tube 3 is held.
  • the distance between the pair of hydroform dies 11 and 13 is smaller than the plate thickness of the metal tube 3, even if the tube ends 3a and 3c of the metal tube 3 are deformed by the load of the internal pressure, the pair of hydroform dies The metal tube 3 is not deformed to such an extent that the seal is lost due to the restraint of the foam dies 11 and 13. For this reason, at this time, the pipe end pressing member 51 may not be provided.
  • the amount of pushing the metal tube 3 by the independent punch 21 can be adjusted by adjusting the inclination angle of the inclined surface 21d of the independent punch 21 and the inclined surface 41a of the wedge member 41 and the contact timing thereof. Is possible. For this reason, for example, in order to promote the inflow of the material, the amount to be pushed by the independent punch 21 may be increased by increasing the inclination angle or increasing the contact timing.
  • the metal tube 3 may be pushed in from the cylinder side by the seal punch 33 of the shaft pushing cylinder 31 or may not be pushed in.
  • the internal pressure of the metal tube 3 by the pressure medium W is changed as necessary.
  • the metal tube 3 may be sharply formed as shown in FIG.
  • the shaft pushing cylinder 31 may be driven to push the metal tube 3 from the cylinder side.
  • the metal tube 3 is pushed in from both sides of the tube end, and the tube axially inner side from both sides of the tube end. It becomes possible to allow the material to flow into. For this reason, it becomes possible to easily obtain such a hydroformed product 5 having a complicated shape. Further, in order to obtain such a complex shaped hydroformed product 5, it is not necessary to dispose a shaft pushing cylinder on the side of one end of the metal tube 3. It is not necessary to dispose the push cylinders so that the axis of each other is inclined, and the processing apparatus can be reduced in size accordingly. Further, since one of the pair of shaft pushing cylinders is unnecessary, it is possible to reduce the cost for realizing the machining apparatus.
  • this invention may be comprised like the following 2nd Embodiment and 3rd Embodiment.
  • the same components as those described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • FIG. 9 is a partial side cross-sectional view showing the configuration of the second and third embodiments of the hydroform processing apparatus 1. In the second embodiment and the third embodiment, only the configuration of the independent punch 21 is different from the first embodiment.
  • the insertion portion 21e of the independent punch 21 is formed to have an outer shape substantially the same as the inner shape of the tube end portion 3 a of the metal tube 3.
  • the insertion portion 21e of the independent punch 21 has an outer diameter substantially the same as the inner diameter of the tube end portion 3a corresponding to the tube end portion 3a of the metal tube 3 having a circular cross section. It is formed in a cylindrical shape.
  • the sealability of the tube end portion 3a of the metal tube 3 can be further improved. Further, in this case, after the sealing by the insertion portion 21e of the independent punch 21 and the filling of the pressure medium W are completed, the pipe end portion 3a of the metal tube 3 can be pushed in by the sealing surface 21c of the independent punch 21. It is possible to prevent the tube end 3 a of the metal tube 3 from being pushed in by the independent punch 21 before the filling of the medium W is completed.
  • an O-ring 61 made of rubber or the like is attached to the insertion portion 21e of the independent punch 21.
  • the O-ring 61 is fitted and attached in a concave groove formed along the circumferential direction of the insertion portion 21e of the independent punch 21.
  • the O-ring 61 is pressed against the inner peripheral surface of the tube end 3a of the metal tube 3 when the insertion portion 21e of the independent punch 21 is inserted into the tube end 3a of the metal tube 3.
  • the seal of the pipe end 3a of the metal pipe 3 is reinforced.
  • the hydroform processing apparatus 1 has been described as having the wedge member 41, but the inclined surface having the same shape and position as the inclined surface 41 a of the wedge member 41 is formed in the hydroform mold 13.
  • the wedge member 41 may be omitted.
  • FIG. 10A is a plan sectional view.
  • FIG.10 (b) is sectional drawing which follows the JJ line
  • FIG.10 (c) is sectional drawing which follows the KK line
  • FIG.10 (d) is sectional drawing which follows the LL line
  • FIG.10 (e) is sectional drawing which follows the MM line
  • a steel pipe having an outer diameter of 60.5 mm (diameter), a wall thickness of 2.5 mm, and a total length of 500 mm was used as the metal pipe 3.
  • the steel type of the steel pipe was STKM11A, which is a carbon steel pipe for machine structure defined in JIS G3445.
  • the metal tube 3 used was previously bent by a rotational pulling method so that the bending radius was 181.5 mm and the bending angle was 55 °.
  • the same hydroform processing apparatus 1 as that described in the first embodiment was used.
  • the independent punch 21 was formed such that the inclined surface 21d was inclined by 30 ° with respect to the surface orthogonal to the tube axis direction.
  • the hydroforming mold 11 is mounted so that the distance from both the pipe end faces 3b and 3d of the metal pipe 3 to the seal surface 21c of the independent punch 21 and the seal surface 33a of the seal punch 33 is 5 mm. did.
  • the independent punch 21 and the wedge member 41 are set so that the inclined surface 21d of the independent punch 21 and the inclined surface 41a of the wedge member 41 are in surface contact with each other 26mm before the bottom dead center of the upper hydroform mold 13. .
  • the independent punch 21 is set to advance in the direction of the tube axis by about 15 mm before the mold closing process is completed.
  • the tube end pressing member 51 was set so as to come into contact with the opposing surface 14 of the lower hydroform mold 11 30 mm before the bottom dead center of the upper hydroform mold 13.
  • the metal tube 3 and the independent punch 21 were attached to the hydroforming mold 11.
  • the upper hydroform mold 13 is lowered to close the mold.
  • the independent punch 21 is set to advance 15 mm in the tube axis direction by the inclined surface 41a of the wedge member 41, and when the bottom dead center is reached, the cylinder-less side of the metal tube 3 The tube end portion 3a is pushed 10 mm from the initial position.
  • the seal punch 33 of the shaft pushing cylinder 31 was set to advance 15 mm in the tube axis direction.
  • the tube end 3c of the metal tube 3 on the side with the cylinder is similarly pushed in by 10 mm.
  • the internal pressure inside the metal tube 3 by the pressure medium W was set to 34 MPa.
  • the upper hydroform mold 13 was pressed with a clamping force of 10000 kN.
  • the tube end 3 c on the cylinder side of the metal tube 3 is connected to the seal punch 33.
  • the seal punch 33 was further pushed 20 mm.
  • the tube end portion 3c of the metal tube 3 on the cylinder side is pushed in a total of 30 mm together with the pushing amount of 10 mm in the mold closing process.
  • only the internal pressure of the pressure medium W was increased to 150 MPa while the position of the shaft pushing cylinder 31 was fixed, and the metal tube 3 was sharply formed.
  • the internal pressure due to the pressure medium W is lowered, the shaft pushing cylinder 31 is retracted in the tube axis direction, and the hydrofoam die 13 is raised.
  • the hydrofoam processed product 5 was taken out from the foam mold 13.
  • the hydroformed product 5 formed so that the shaft core includes bending can be formed by the hydroform processing apparatus 1 according to the present invention using only one shaft pushing cylinder 31. It was.
  • the metal tube 3 is sealed by the independent punch 21 by the sealing surface 21c of the independent punch 21 formed so as to be orthogonal to the tube axis direction of the metal tube 3.
  • the independent punch 21 in which the cylindrical insertion portion 21e having an outer diameter substantially the same as the inner diameter 55.5 mm (diameter) of the metal tube 3 is formed.
  • the initial amount of water leakage decreased.
  • the independent punch 21 having the O-ring 61 attached to the insertion portion 21e is used as in the third embodiment shown in FIG. 9B, the initial amount of water leakage is almost eliminated.
  • the present invention it is possible to easily obtain a hydroformed product having a complicated shape in which the shaft core includes bending. Therefore, according to the present invention, the application range of hydroformed products is expanded, and component integration and weight reduction can be realized.
  • application to automobile parts can improve fuel efficiency by reducing the weight of the vehicle and, as a result, can contribute to the suppression of global warming.
  • it can be expected to spread to industrial fields that have not been applied so far, for example, home appliances, furniture, construction machinery parts, two-wheeled parts, and building materials.
  • the present invention has a high utility value in the industry.

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Abstract

本発明は、軸芯が曲げを含むように形成された複雑形状のハイドロフォーム加工品を容易に得ることができるハイドロフォーム加工方法を提供するもので、金型（１１、１３）内に装着された金属管（３）の一方の端部側（３a）に軸押しシリンダが配置されず、他方の端部側（３c）にのみ軸押しシリンダ（３１）が配置され、軸押しシリンダ（３１）により金属管（３）を管軸方向に押し込むとともに、両方の管端部がシールされた金属管（３）内部に圧力媒体を供給して内圧を負荷するハイドロフォーム加工方法において、金型（１１、１３）内に金属管（３）と共に金属管（３）の一方の管端側（３a）に独立パンチ（２１）を装着し、金型（１１、１３）を閉める際に、金型（１１、１３）を閉める力を利用して独立パンチ（２１）を管軸方向に前進させ、独立パンチ（２１）により金属管（３）の一方の端部をシールしつつ、金属管（３）を管軸方向に押し込む。

Description

ハイドロフォーム加工方法及びハイドロフォーム加工装置
　本発明は、ハイドロフォーム金型内に金属管を装着し、当該ハイドロフォーム金型を型締めした後、金属管を管軸方向に押し込むとともに、金属管内に内圧を負荷することにより、金属管を所定形状に加工するハイドロフォーム加工方法、及びこれに使用されるハイドロフォーム加工装置に関する。
　従来の一般的なハイドロフォーム加工方法を、図１２を用いて説明する。一般的なハイドロフォーム加工を行う際には、まず、図１２（ａ）に示すように、金属管１０３を一組のハイドロフォーム金型１１１、１１３のキャビティ１１５内に装着する。次に、図１２（ｂ）に示すように、一組のハイドロフォーム金型１１１、１１３の型閉めを行なう。次に、図１２（ｃ）に示すように、金属管１０３の両方の管端側に配置された軸押しシリンダ１３１を駆動させて、軸押しシリンダ１３１に取り付けられたシールパンチ１３３を金属管１０３の管端面１０３ｂに押し付けて、金属管１０３の両側の管端部１０３ａをシールする。次に、図１２（ｃ）、図１２（ｄ）に示すように、金属管１０３内部に水等の圧力媒体Ｗを供給して内圧を負荷することにより、金属管１０３が拡管されて、ハイドロフォーム金型１１１、１１３のキャビティ１１５に沿った外形からなるハイドロフォーム加工品１０５に成形される。
　このとき、内圧を負荷することにより金属管１０３を拡管する量が大きい場合は、拡管による金属管１０３の肉厚減少を抑えて金属管１０３のバースト、座屈を防止するため、軸押しシリンダ１３１を用いて金属管１０３を管軸方向に押し込んで、金属管１０３の管軸方向内側に積極的に材料を流入させる場合がある。
　通常、ハイドロフォーム加工で金属管１０３の両方の管端部１０３ａをシールしたり、金属管１０３を管軸方向に押し込んだりする際には、図１２のように、金属管１０３の両方の管端側に配置された軸押しシリンダ１３１を駆動させて、シールや押し込みを行なうのが一般的である。しかし、特許文献１には、金属管１０３の一方の管端側にのみ軸押しシリンダ１３１を配置し、その一方の管端側に配置された軸押しシリンダ１３１により一方の管端部１０３ａをシールしつつ、一方の管端側からのみ金属管１０３を管軸方向に押し込む例が開示されている。
特開平１１−３３６４０号公報 特開２００２−６６６６３号公報
　ところで、近年、ハイドロフォーム加工技術は自動車部品等の複雑な形状の部品への適用が進んでおり、図１２（ｄ）に示すように、軸芯が直線状をなす単純な形状のハイドロフォーム加工品１０５だけでなく、図１３、図１４に示すような軸芯１０５ａが平面的又は立体的な曲げを含むように形成された複雑形状のハイドロフォーム加工品１０５が、ハイドロフォーム加工により得られることが要求されてきている。図１３、図１４に示すような複雑形状のハイドロフォーム加工品１０５をハイドロフォーム加工により得る場合は、金属管１０３の両方の管端側に配置される一組の軸押しシリンダ１３１を同軸上に配置することができず、それぞれの軸芯が斜めとなるように配置する必要がある。
　一組のハイドロフォーム金型１１１、１１３は、通常、プレス機と同様のスペース内に配置されるか、特許文献２に記載のようなＣ型のフレーム内に配置される。いずれの場合も、一組のハイドロフォーム金型１１１、１１３のためのスペースが狭いことから、一組の軸押しシリンダ１３１の軸芯が斜めとなるように配置するのは非常に困難であった。この傾向は、図１４に示すように、軸芯１０５ａが立体的な曲げを含むように形成されたハイドロフォーム加工品１０５を得る場合に、特に顕著なものとなっていた。
　このため、ハイドロフォーム加工装置が過度に大型化されてしまったり、ハイドロフォーム加工品１０５の形状によっては単一の部材から構成することを諦めて、複数に分割された直線状の部材から所望の形状のハイドロフォーム加工品と同形状の部品を得る等の対策を施していた。
　このような問題を解決するための手段として、前述の特許文献１のように、金属管１０３の一方の管端側にのみ軸押しシリンダ１３１を配置して、他方の管端側の軸押しシリンダ１３１を配置せずに省略する手段が考えられる。しかしながら、この手段を採った場合、軸押しシリンダ１３１を配置しない側からの金属管１０３の押し込みができなくなってしまう。ここで、図１２に示すように、軸芯が直線状をなす形状のハイドロフォーム加工品１０５が得られるようにハイドロフォーム加工する場合は、軸押しシリンダ１３１を配置した側からの押し込みのみでも反対側に材料を流入させ易く、大きな問題とならない。しかし、図１３や図１４に示すように、軸芯１０５ａが曲げを含むような複雑形状のハイドロフォーム加工品１０５が得られるようにハイドロフォーム加工する場合は、軸押しシリンダ１３１を配置した側からの押し込みのみでは反対側への材料の流入が不十分となり、金属管１０３のバースト、座屈が生じやすくなる。その結果、ハイドロフォーム加工を行なうことが困難になってしまう。このため、他の解決手段の提案が望まれていた。
　そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものである。その目的とするところは、軸芯が曲げを含むように形成された複雑形状のハイドロフォーム加工品を容易に得ることができるとともに、加工装置の過度の大型化を防止することである。即ち、軸押しシリンダによる押し込みは一方の管端側からのみで、かつ、軸押しシリンダのない他方の管端側からもシールや押し込みをすることが可能となるようなハイドロフォーム加工方法、及びこれを可能にしたハイドロフォーム加工装置を提案することにある。
　本発明者は、上述した課題を解決するために、下記のハイドロフォーム加工方法及びハイドロフォーム加工装置を発明した。
（１）ハイドロフォーム金型内に装着された金属管の一方の管端部の側に軸押しシリンダが配置されず、他方の管端部の側にのみ軸押しシリンダが配置され、前記軸押しシリンダにより前記金属管を管軸方向に押し込むとともに、両方の管端部がシールされた前記金属管内部に圧力媒体を供給して内圧を負荷するハイドロフォーム加工方法において、前記ハイドロフォーム金型を閉める前に前記ハイドロフォーム金型内に前記金属管と共に前記金属管の一方の管端側に独立パンチを装着し、前記ハイドロフォーム金型を閉める際に、前記ハイドロフォーム金型を閉める力を利用して前記独立パンチを管軸方向に前進させ、前記独立パンチにより前記金属管の一方の管端部をシールしつつ前記金属管を管軸方向に押し込むことを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
（２）前記独立パンチを管軸方向に前進させたときに、前記独立パンチの前端側の挿入部を前記金属管の一方の管端部内に挿入させることにより、前記金属管の一方の管端部をシールすることを特徴とする前記（１）記載のハイドロフォーム加工方法。
（３）前記独立パンチを管軸方向に前進させたときに、Ｏリングの取り付けられた前記独立パンチの挿入部を前記金属管の一方の管端部内に挿入させて、当該Ｏリングにより前記金属管の一方の管端部のシールを補強することを特徴とする前記（２）記載のハイドロフォーム加工方法。
（４）ハイドロフォーム金型内に装着された金属管の一方の管端部の側に軸押しシリンダが配置されず、他方の管端部の側にのみ軸押しシリンダが配置され、前記軸押しシリンダにより前記金属管を管軸方向に押し込むとともに、両方の管端部がシールされた当該金属管内部に圧力媒体を供給して内圧を負荷するためのハイドロフォーム加工装置において、前記ハイドロフォーム金型内に前記金属管と共に前記金属管の一方の管端側に装着される独立パンチを備え、前記ハイドロフォーム金型を閉める際に、前記ハイドロフォーム金型を閉める力を利用して前記独立パンチが管軸方向に前進されて、前記独立パンチにより前記金属管の一方の管端部がシールされつつ前記金属管が管軸方向に押し込まれることを特徴とするハイドロフォーム加工装置。
（５）前記独立パンチを管軸方向に前進させたときに、前記独立パンチの前端側の挿入部が前記金属管の一方の管端部内に挿入されることにより、前記金属管の一方の管端部をシール可能な構造とされていることを特徴とする前記（４）記載のハイドロフォーム加工装置。
（６）前記独立パンチの挿入部にＯリングが取り付けられていることを特徴とする前記（５）記載のハイドロフォーム加工装置。
　本発明によれば、軸芯が曲げを含むような複雑形状のハイドロフォーム加工品を得るにあたって、両管端側から金属管を押し込んで、両管端側から管軸方向内側に材料を流入させることが可能となる。このため、軸芯が曲げを含むような複雑形状のハイドロフォーム加工品でも容易に得ることが可能となる。また、軸芯が曲げを含むような複雑形状のハイドロフォーム加工品を得るにあたって、金属管の一方の管端側に軸押しシリンダを配置することが不要となる。したがって、従来のように一組の軸押しシリンダを互いの軸芯が斜めとなるように配置する必要がなくなり、その分、加工装置を小型化させることが可能となる。また、一組の軸押しシリンダのうちの一方が不要となる分、加工装置を実現するためのコスト低減を図ることが可能となる。
　図１は、第１実施形態に係るハイドロフォーム加工装置の構成を示す平面断面図である。
　図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
　図３（ａ）は、図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。図３（ｂ）は、第１実施形態に係るハイドロフォーム加工装置動作状態について、図１のＣ−Ｃ線に沿う断面位置で説明する図である。
　図４（ａ）は、図１のＤ−Ｄ線に沿う断面図であり、図４（ｂ）は図１のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。図４（ｃ）は図１のＦ−Ｆ線に沿う断面図であり、図４（ｄ）は図１のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。
　図５は、本発明に係るハイドロフォーム加工方法の中で、一組のハイドロフォーム金型内に金属管や独立パンチを装着した後の状態を示す図である。図５（ａ）は、部分側面断面図であり、図５（ｂ）は、平面断面図である。
　図６は、本発明に係るハイドロフォーム加工方法の中で、金属管の両方の管端部をシールした後の状態を示す図である。図６（ａ）は、部分側面断面図である。図６（ｂ）は、平面断面図である。
　図７は、本発明に係るハイドロフォーム加工方法の中で、一組のハイドロフォーム金型の型閉めが終了した後の状態を示す図である。図７（ａ）は、部分側面断面図である。図７（ｂ）は、平面断面図である。
　図８は、本発明に係るハイドロフォーム加工方法が終了した状態を示す図である。図８（ａ）は、部分側面断面図であり、図８（ｂ）は、平面断面図である。
　図９（ａ）は、第２実施形態に係るハイドロフォーム加工装置の構成を示す部分側面断面図であり、図９（ｂ）は、第３実施形態に係るハイドロフォーム加工装置の構成を示す部分側面断面図である。
　図１０は、実施例で用いたハイドロフォーム加工装置の構成を示す図である。図１０（ａ）は、平面断面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＪ−Ｊ線に沿う断面図である。図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＫ−Ｋ線に沿う断面図である。図１０（ｄ）は、図１０（ａ）のＬ−Ｌ線に沿う断面図である。図１０（ｅ）は、図１０（ａ）のＭ−Ｍ線に沿う断面図である。
　図１１は、実施例で行なったハイドロフォーム加工方法について説明するための図である。
　図１２は、従来の一般的なハイドロフォーム加工方法について説明するための図である。
　図１３は、軸芯が平面的な曲げを含むように形成されたハイドロフォーム加工品の一例を示す斜視図である。
　図１４は、軸芯が立体的な曲げを含むように形成されたハイドロフォーム加工品の一例を示す斜視図である。
　以下、本発明を適用したハイドロフォーム加工方法及びハイドロフォーム加工装置を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　本発明に係るハイドロフォーム加工方法は、図１３、図１４に示すように、軸芯５ａが平面的又は立体的な曲げを含むように形成されたハイドロフォーム加工品５を得るうえで好適に用いられる。なお、本発明に係るハイドロフォーム加工方法では、この他に、軸芯５ａが直線状をなすように形成されたハイドロフォーム加工品５を得るために用いてもよいのは勿論である。
　次に、本発明に係るハイドロフォーム加工装置の第１実施形態について説明する。
　図１は、第１実施形態に係るハイドロフォーム加工装置１の構成を示す平面断面図である。また、図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。また、図３（ａ）は、図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。図３（ｂ）は、第１実施形態に係るハイドロフォーム加工装置１の動作状態について、図１のＣ−Ｃ線に沿う断面位置で説明するための図である。また、図４（ａ）は、図１のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。図４（ｂ）は、図４の図１のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。図４（ｃ）は、図１のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。図４（ｄ）は、図１のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。また、図１における一点鎖線Ｌ１は、第１実施形態に係るハイドロフォーム加工装置１により得られるハイドロフォーム加工品５の軸芯が通るところを意味している。
　本発明に係るハイドロフォーム加工装置１は、一組のハイドロフォーム金型１１、１３と、ハイドロフォーム金型１１、１３内に装着される金属管３の一方の管端側に配置される独立パンチ２１と、金属管３の他方の管端側に配置される軸押しシリンダ３１とを備えている。以下においては、軸押しシリンダ３１が配置されていない側である金属管３の一方の管端側をシリンダなし側とし、軸押しシリンダ３１が配置されている側である金属管３の他方の管端側をシリンダあり側として説明する。
　一組のハイドロフォーム金型１１、１３は、一方が固定されており、他方が図示しない駆動装置により一方に向けて駆動されるように構成されており、他方が一方に向けて駆動されることにより型閉めが行なわれる。第１実施形態においては、上下に間隔を空けて一組のハイドロフォーム金型１１、１３が配置されており、下側のハイドロフォーム金型１１が固定されており、上側のハイドロフォーム金型１３が駆動されるように構成されている。
　一組のハイドロフォフォーム金型１１、１３には、その内側に凹溝状のキャビティ１５が形成されている。このキャビティ１５の中間部１５ａには、ハイドロフォーム加工品５の素材となる金属管３が装着される。第１実施形態においては、金属管３として、軸芯が一箇所で曲げを含むように形成された断面円形状のものが装着される。
　このキャビティ１５の中間部１５ａは、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の互いに対面する対向面１４同士を当接させた場合に、ハイドロフォーム加工品５の外形と略同一形状となるように形成されている。第１実施形態に係るキャビティ１５の中間部１５ａは、シリンダあり側からシリンダなし側にかけて、図４（ａ）に示すような断面円形状の部位と、図４（ｂ）に示すような断面矩形状の部位と、図４（ｃ）に示すような断面矩形状の部位と、図４（ｄ）に示すような断面矩形状の部位と、図３（ａ）に示すような断面円形状の部位とが順に形成されている。第１実施形態に係るハイドロフォーム加工方法により得られるハイドロフォーム加工品５は、このようなキャビティ１５の中間部１５ａに応じた外形となるように形成される。
　キャビティ１５のシリンダあり側端部１５ｂは、キャビティ１５内に装着される金属管３の管軸方向外側に貫通している。キャビティ１５のシリンダあり側端部１５ｂには、軸押しシリンダ３１の先端に取り付けられたシールパンチ３３が、キャビティ１５内に装着される金属管３の管軸方向に摺動可能となるように装着されている。
　キャビティ１５のシリンダなし側端部１５ｃは、第１実施形態において、キャビティ１５内に装着される金属管３の管軸方向外側に貫通しておらず、管軸方向外側に底面１５ｄを有している。このキャビティ１５のシリンダなし側端部１５ｃには、キャビティ１５内に装着される金属管３の管軸方向に摺動可能となるように独立パンチ２１が装着される。
　独立パンチ２１は、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の型閉め時に、金属管３のシリンダなし側の管端部３ａをシールしたり、金属管３をシリンダなし側から押し込むものとして機能する。独立パンチ２１は、第１実施形態において、一組のハイドロフォーム金型１１、１３等の他部材に対して連結されずに着脱可能に装着されている。
　独立パンチ２１は、キャビティ１５内に装着される金属管３側に位置するその前端部２１ａが、金属管３のシリンダなし側の管端部３ａと同一の外形となるように形成されており、第１実施形態では中実の断面円形状に形成されている。また、独立パンチ２１は、金属管３のシリンダなし側の管端面３ｂに対して面接触できるようなシール面２１ｃが、その前側の端面に形成されており、そのシール面２１ｃは、第１実施形態において、キャビティ１５内に装着される金属管３の管軸方向に直交するように形成されている。また、独立パンチ２１は、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の型閉め時に、後述の楔部材４１等の傾斜面４１ａに面接触できるような傾斜面２１ｄが、その後側の端面に形成されている。この傾斜面２１ｄは、キャビティ１５内に装着される金属管３の管軸方向に対して傾斜するように形成されている。
　独立パンチ２１は、キャビティ１５内で金属管３の管軸方向に摺動するうえで、管軸方向回りの回転が拘束されるような構造とすることが好ましい。例えば、第１実施形態のように、独立パンチ２１の前端部２１ａが断面円形状に形成されている場合、後端部２１ｂを矩形状、多角形状、楕円形状等の非円形状にしたうえで、キャビティ１５のシリンダなし側端部１５ｃを独立パンチ２１の後端部２１ｂに応じた形状とし、キャビティ１５内への独立パンチ２１の装着時に互いに嵌合させるようにすれば、回転を拘束することが可能となる。なお、独立パンチ２１の前端部２１ａが矩形状、多角形状、楕円形状等の非円形状に形成されている場合、独立パンチ２１の後端部２１ｂの形状に依らず回転が拘束されることになるので、この場合は独立パンチ２１の後端部２１ｂの形状について特に限定されないことになる。
　第１実施形態では、一組のハイドロフォーム金型１１、１３のうちの、駆動される側の上側のハイドロフォーム金型１３に対して、キャビティ１５のシリンダなし側端部１５ｃに楔部材４１が取り付けられている。楔部材４１は、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の型閉め時に独立パンチ２１を前進させるものとして機能する。楔部材４１は、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の型閉め時に、独立パンチ２１の傾斜面２１ｄと面接触するような傾斜面４１ａが、その前側の端面に形成されている。
　第１実施形態では、一組のハイドロフォーム金型１１、１３のうちの、駆動される側の上側のハイドロフォーム金型１３に対して、キャビティ１５内に管端押さえ部材５１が取り付けられている。管端押さえ部材５１は、ハイドロフォーム金型１３に対してコイルスプリング等の付勢部材５３を介して取り付けられており、キャビティ１５には、管軸押さえ部材５１が初期位置から移動したときに管端押さえ部材５１を収容するための収容部１５ｅが形成されている。
　この管端押さえ部材５１は、図３（ｂ）に示すように、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の型閉め時に、一方のハイドロフォーム金型１１の対向面１４に接触し、それ以降において付勢部材５３により付勢されるように構成されている。このとき、管端押さえ部材５１は、固定されている側のハイドロフォーム金型１１のキャビティ１５内に金属管３を押し付けるように付勢部材５３により付勢されている。これにより、後述のように、型閉め時において金属管３の管端部３ａのシールを保持することが可能となる。管端押さえ部材５１の金属管３への接触面５１ａは、第１実施形態において、金属管３の管端部３ａに広い範囲で面接触するように、金属管３の管端部３ａの外形に応じた形状となるように形成されている。
　なお、管端押さえ部材５１は、第１実施形態において、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の型閉め時に、独立パンチ２１にも接触するように構成されている。
　なお、本発明に係るハイドロフォーム加工装置１は、金属管３内に水、水に防錆剤を加えたエマルジョン液等の圧力媒体Ｗを供給するための図示しない圧力媒体供給装置を備えている。第１実施形態においては、軸押しシリンダ３１のシールパンチ３３内に形成された圧力媒体供給孔３５を通してシリンダあり側から圧力媒体Ｗが供給されるように構成されている。なお、金属管３内への圧力媒体Ｗの供給が、シリンダあり側、シリンダなし側の何れから行なわれるように構成されていてもよいが、シリンダあり側からの方が構造的に容易に実現できるので好ましい。
　次に、本発明に係るハイドロフォーム加工方法の詳細について、上述したハイドロフォーム加工装置１の動作とともに説明する。図５~図８は、そのハイドロフォーム加工方法を説明するための図である。
　まず、図５に示すように、素材となる金属管３をハイドロフォーム金型１１に装着する。このとき、素材となる金属管３は、所望のハイドロフォーム加工品５の形状に応じた曲げ加工が予め行なわれたものを装着する。例えば、第１実施形態のように、軸芯Ｌ１が平面的な曲げを含むように形成されたハイドロフォーム加工品５を得るうえでは、このハイドロフォーム加工品５の曲げと同じような軸芯の曲げを含むように形成された金属管３を装着する。また、金属管３をハイドロフォーム金型１１に装着するときには、独立パンチ２１も併せて装着する。
　次に、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の型閉めを行なう。この型閉め工程は、独立パンチ３１により金属管３の管端部３ａをシールするまでの型閉め工程前半と、独立パンチ３１によりシールした後から型閉めが終了するまでの型閉め工程後半とにわけられる。
　型閉め工程前半では、駆動される側のハイドロフォーム金型１３が他方のハイドロフォーム金型１１に向けて駆動されて、楔部材４１の傾斜面４１ａが独立パンチ２１の傾斜面２１ｄに面接触した以降において、ハイドロフォーム金型１３の駆動量に応じて、楔部材４１の傾斜面４１ａが独立パンチ２１の傾斜面２１ｄに対して滑りつつ面接触することにより、独立パンチ２１が金属管３に向けて前進させられていく。これにより、図６に示すように、独立パンチ２１のシール面２１ｃが金属管３の管端面３ｂに押し付けられ、これ以降において金属管３のシリンダなし側の管端部３ａがシールされる。
　このとき、型閉め工程の前や途中に圧力媒体Ｗを徐々に供給しておき、金属管３のシリンダなし側の管端部３ａがシールされるのとほぼ同時に、金属管３のシリンダあり側の管端部３ｃのシールと、圧力媒体Ｗの充填とが完了するようにすることが好ましい。これにより、早期に圧力媒体Ｗが内部に充填された金属管３を独立パンチ２１やシールパンチ３３により押し込むことが可能となる。この金属管３のシリンダあり側の管端部３ｃのシールは、軸押しシリンダ３１によりシールパンチ３３を金属管３に向けて前進させて、図６（ｂ）に示すように、金属管３のシリンダあり側の管端面３ｄにシールパンチ３３の前側の端面であるシール面３３ａを押し付ける等して行われる。
　型閉め工程後半では、ハイドロフォーム金型１３の駆動量に応じて、楔部材４１の傾斜面４１ａが独立パンチ２１を更に前進させていき、これにより、金属管３がシリンダなし側から独立パンチ２１により管軸方向内側に押し込まれることになる。このとき、金属管３の両方の管端部３ａ、３ｂのシールと圧力媒体Ｗの充填とが完了した後に独立パンチ２１による押し込みが開始されるのが好ましいが、金属管３の管端部３ａの形状や粗さによっては、圧力媒体Ｗの充填とシールの完了時には独立パンチ２１により金属管３が若干押し込まれてしまっている場合がある。このため、これを改善するため、後述の第２実施形態、第３実施形態のような構成を採用して、シールと圧力媒体Ｗの充填とが完了した後に金属管３が押し込まれるようにすることが好ましい。
　また、金属管３の両方の管端部３ａ、３ｃのシールが完了していれば、図７に示すように、型閉め中に金属管３に対して圧力媒体Ｗにより内圧を負荷するようにしてもよい。ここで、型閉め中に金属管３に内圧を負荷するうえでは、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の型閉めが完了していないので、金属管３の管端部３ａ、３ｃが内圧により膨らもうとする。このとき、金属管３に内圧を負荷するより前段階で、ハイドロフォーム金型１１の対向面１４に管端押さえ部材５１を接触させて、付勢部材５３により金属管３を押し付けるように付勢させておくことが好ましい。これにより、圧力媒体Ｗの内圧の負荷による金属管３の管端部３ａ、３ｃの膨らみが拘束されて、金属管３の管端部３ａ、３ｃのシールが保持される。なお、一組のハイドロフォーム金型１１、１３間の間隔が金属管３の板厚より小さいときには、金属管３の管端部３ａ、３ｃが内圧の負荷により変形しても、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の拘束によりシールが失われるほどに金属管３が変形しない。このため、このときには、管端押さえ部材５１がなくともよい。
　この型閉め工程後半で、独立パンチ２１により金属管３を押し込む量は、独立パンチ２１の傾斜面２１ｄ及び楔部材４１の傾斜面４１ａの傾斜角度や、これらの接触タイミングを調節することにより調整が可能である。このため、例えば、材料流入を促したい場合は、傾斜角度を大きくしたり、接触タイミングを早くしたりする等して、独立パンチ２１による押し込む量を増大させればよい。
　なお、型閉め工程前半及び型閉め工程後半では、軸押しシリンダ３１のシールパンチ３３により金属管３をシリンダあり側から押し込むようにしてもよいし、押し込まないようにしてもよい。
　図７に示すように、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の対向面１４同士が当接されて型閉めが終了した後は、必要に応じて、金属管３の圧力媒体Ｗによる内圧が更に高圧になるようにすることによって、図８に示すように、金属管３をシャープに成形させてもよい。このとき、必要に応じて、軸押しシリンダ３１を駆動させて、金属管３をシリンダあり側から押し込むようにしてもよい。
　この後、圧力媒体Ｗによる内圧を降下させる等した後、キャビティ１５内からハイドロフォーム加工品５を取り出して、一連の作業工程が終了する。
　本発明によれば、軸芯Ｌ１が曲げを含むような複雑形状のハイドロフォーム加工品５を得るにあたって、管端部の両側から金属管３を押し込んで、管端部の両側から管軸方向内側に材料を流入させることが可能となる。このため、そのような複雑形状のハイドロフォーム加工品５でも容易に得ることが可能となる。また、このような複雑形状のハイドロフォーム加工品５を得るにあたって、金属管３の一方の管端部の側に軸押しシリンダを配置することが不要となるので、従来のように一組の軸押しシリンダを互いの軸芯が斜めとなるように配置する必要がなくなり、その分、加工装置を小型化させることが可能となる。また、一組の軸押しシリンダのうちの一方が不要となる分、加工装置を実現するためのコスト低減を図ることが可能となる。
　なお、本発明は、以下の第２実施形態、第３実施形態のように構成されていてもよい。なお、以下の実施形態の説明では、上述した構成要素と同一の構成要素について、同一の符号を符すことによりその説明を省略する。
　図９は、ハイドロフォーム加工装置１の第２実施形態、第３実施形態の構成を示す部分側面断面図である。第２実施形態、第３実施形態では、第１実施形態に対して独立パンチ２１の構成のみが相違している。
　第２実施形態では、独立パンチ２１の前端側に対して、独立パンチ２１を管軸方向に前進させたときに、金属管３の管端部３ａ内に挿入可能となるような挿入部２１ｅが形成されている。この独立パンチ２１の挿入部２１ｅは、金属管３の管端部３ａの内形と略同一の外形となるように形成されている。この独立パンチ２１の挿入部２１ｅは、第２実施形態において、断面円形に形成された金属管３の管端部３ａに対応して、その管端部３ａの内径と略同一の外径からなる円柱状に形成されている。この独立パンチ２１の挿入部２１ｅを金属管３の管端部３ａ内に挿入させることにより、その金属管３の管端部３ａが独立パンチ２１の挿入部２１ｅによってシールされる。
　このように、金属管３の管端部３ａを独立パンチ２１の挿入部２１ｅによりシールする場合、金属管３の管端部３ａのシール性を更に良好なものとすることが可能となる。また、この場合、独立パンチ２１の挿入部２１ｅによるシールと圧力媒体Ｗの充填とが完了した後に、独立パンチ２１のシール面２１ｃにより金属管３の管端部３ａを押し込むことが可能となり、圧力媒体Ｗの充填完了前に独立パンチ２１により金属管３の管端部３ａが押し込まれることを防止できる。
　第３実施形態では、独立パンチ２１の挿入部２１ｅに対してゴム等からなるＯリング６１が取り付けられている。このＯリング６１は、独立パンチ２１の挿入部２１ｅの周方向に沿って形成された凹溝内に嵌合されて取り付けられている。このＯリング６１は、独立パンチ２１の挿入部２１ｅを金属管３の管端部３ａ内に挿入させたときに、金属管３の管端部３ａ内周面に圧接されるものであり、これにより、金属管３の管端部３ａのシールが補強されることになる。
　このように、Ｏリング６１を用いた場合、金属管３の管端部３ａのシール性を一層良好なものとすることが可能となる。
　以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。
　例えば、上述の実施形態においては、ハイドロフォーム加工装置１が楔部材４１を有するものして説明したが、楔部材４１の傾斜面４１ａと同じような形状、位置の傾斜面をハイドロフォーム金型１３のキャビティ１５内に形成して、楔部材４１を省略するようにしてもよい。
　以下、本発明の効果を実施例により更に説明する。本例では、図１０に示すようなハイドロフォーム加工装置１を用いて、金属管３に対して本発明に係るハイドロフォーム加工を実際に行なえるかどうか確認した。なお、図１０（ａ）は、平面断面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＪ−Ｊ線に沿う断面図である。図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＫ−Ｋ線に沿う断面図であり、この断面における拡管率は７０％である。図１０（ｄ）は、図１０（ａ）のＬ−Ｌ線に沿う断面図であり、この断面における拡管率は１７％である。図１０（ｅ）は、図１０（ａ）のＭ−Ｍ線に沿う断面図であり、この断面における拡管率は２３％である。
　本例では、金属管３として、外径６０．５ｍｍ（直径）、肉厚２．５ｍｍ、全長５００ｍｍの鋼管を用いた。なお、鋼管の鋼種は、ＪＩＳ　Ｇ３４４５に規定される機械構造用炭素鋼鋼管のＳＴＫＭ１１Ａとした。金属管３は、曲げ半径１８１．５ｍｍ、曲げ角度５５°となるように回転引き曲げ加工方法により予め曲げたものを用いた。
　本例では、ハイドロフォーム加工装置１として、第１実施形態において説明したものと同じものを用いた。独立パンチ２１は、その傾斜面２１ｄが管軸方向に直交する面に対して３０°傾斜するように形成されたものを用いた。
　ハイドロフォーム金型１１に対しては、金属管３の両方の管端面３ｂ、３ｄから独立パンチ２１のシール面２１ｃとシールパンチ３３のシール面３３ａとまでの間隔が５ｍｍとなるようにこれらを装着した。独立パンチ２１と楔部材４１は、上側のハイドロフォーム金型１３の下死点より２６ｍｍ前で、独立パンチ２１の傾斜面２１ｄと楔部材４１の傾斜面４１ａとが互いに面接触するように設定した。また、これらは、互いに傾斜面２１ｄ、４１ａが面接触した以降において、型閉め工程が終了するまでの間に独立パンチ２１が約１５ｍｍ管軸方向に前進するように設定した。管端押さえ部材５１は、上側のハイドロフォーム金型１３の下死点より３０ｍｍ前で、下側のハイドロフォーム金型１１の対向面１４に接触するように設定した。
　実際のハイドロフォーム加工時には、まず、図１０に示すように、ハイドロフォーム金型１１に対して金属管３、独立パンチ２１を装着した。次に、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、軸押しシリンダ３１側のシールパンチ３３から圧力媒体Ｗを供給しながら、上側のハイドロフォーム金型１３を降下させて、型閉め工程を実行した。型閉め工程では、前述の通り、独立パンチ２１が楔部材４１の傾斜面４１ａにより管軸方向に１５ｍｍ前進するよう設定しており、下死点に到達した時点で、金属管３のシリンダなし側の管端部３ａが初期位置から１０ｍｍ押し込まれることになる。型閉め工程では、これと同時に、軸押しシリンダ３１のシールパンチ３３も管軸方向に１５ｍｍ前進するように設定した。これにより、金属管３のシリンダあり側の管端部３ｃも同様に１０ｍｍ押し込まれることになる。独立パンチ２１、シールパンチ３３により金属管３の両方の管端部３ａ、３ｃを押し込んでいる間では、圧力媒体Ｗによる金属管３内部の内圧が３４ＭＰａとなるように設定した。
　型閉め工程が終了した後は、上側のハイドロフォーム金型１３を型締め力１００００ｋＮで押さえつけた。この状態で、図１１（ｃ）、図１１（ｄ）に示すように、圧力媒体Ｗによる内圧を３４ＭＰａから３８ＭＰａに上げた後、金属管３のシリンダあり側の管端部３ｃをシールパンチ３３により更に２０ｍｍ押し込んだ。この結果、金属管３のシリンダあり側の管端部３ｃは型閉め工程中の押し込み量１０ｍｍと合わせて合計３０ｍｍ押し込んだことになる。この後、軸押しシリンダ３１の位置を固定したまま圧力媒体Ｗによる内圧のみを１５０ＭＰａまで昇圧させて、金属管３をシャープに成形させた。
　金属管３が所望のハイドロフォーム加工品５に成形された後、圧力媒体Ｗによる内圧を降下させ、軸押しシリンダ３１を管軸方向に後退させ、ハイドロフォーム金型１３を上昇させた後、ハイドロフォーム金型１３からハイドロフォーム加工品５を取り出した。
　以上のような一連の工程の結果、軸芯が曲げを含むように形成されたハイドロフォーム加工品５が、一つの軸押しシリンダ３１しか用いていない本発明に係るハイドロフォーム加工装置１により成形できた。
　また、本実施例では、独立パンチ２１による金属管３のシールを、金属管３の管軸方向に直交するように形成された独立パンチ２１のシール面２１ｃにより行なった。しかし、図９（ａ）に示す第２実施形態のように、金属管３の内径５５．５ｍｍ（直径）と略同一の外径からなる円柱状の挿入部２１ｅが形成された独立パンチ２１を使用すると、初期の水漏れ量が低下した。また、図９（ｂ）に示す第３実施形態のように、挿入部２１ｅにＯリング６１が取り付けられた独立パンチ２１を使用すると、初期の水漏れ量はほとんどなくなった。
　前述したように、本発明によれば、軸芯が曲げを含むような複雑形状のハイドロフォーム加工品でも容易に得ることが可能となる。したがって、本発明によれば、ハイドロフォーム加工品の適用範囲が広がり、部品統合や軽量化が実現できる。特に自動車部品への適用は、車両の軽量化が進むことで燃費が向上し、その結果、地球温暖化の抑制に貢献できる。また、これまで適用が進んでいなかった産業分野、例えば、家電製品、家具、建機部品、二輪部品、建築部材への広がりも期待できる。本発明は、産業上、利用価値の高いものである。
１　ハイドロフォーム加工装置
３　金属管
３ａ　（シリンダなし側）管端部
３ｂ　（シリンダなし側）管端面
３ｃ　（シリンダあり側）管端部
３ｄ　（シリンダあり側）管端面
５　ハイドロフォーム加工品
５ａ　軸芯
１１　ハイドロフォーム金型
１３　ハイドロフォーム金型
１４　対向面
１５　キャビティ
１５ａ　中間部
１５ｂ　シリンダあり側端部
１５ｃ　シリンダなし側端部
１５ｄ　底面
１５ｅ　収容部
２１　独立パンチ
２１ａ　前端部
２１ｂ　後端部
２１ｃ　シール面
２１ｄ　傾斜面
２１ｅ　挿入部
３１　軸押しシリンダ
３３　シールパンチ
３３ａ　シール面
３５　圧力媒体供給孔
４１　楔部材
４１ａ　傾斜面
５１　管端押さえ部材
５１ａ　接触面
５３　付勢部材
６１　Ｏリング
Ｗ　圧力媒体

Claims (6)

  1. 　ハイドロフォーム金型内に装着された金属管の一方の管端部の側に軸押しシリンダが配置されず、他方の管端部の側にのみ軸押しシリンダが配置され、前記軸押しシリンダにより前記金属管を管軸方向に押し込むとともに、両方の管端部がシールされた前記金属管内部に圧力媒体を供給して内圧を負荷するハイドロフォーム加工方法において、
    　前記ハイドロフォーム金型を閉める前に前記ハイドロフォーム金型内に前記金属管と共に前記金属管の一方の管端側に独立パンチを装着し、
    　前記ハイドロフォーム金型を閉める際に、前記ハイドロフォーム金型を閉める力を利用して前記独立パンチを管軸方向に前進させ、前記独立パンチにより前記金属管の一方の管端部をシールしつつ、前記金属管を管軸方向に押し込むことを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
  2. 　前記独立パンチを管軸方向に前進させたときに、前記独立パンチの前端側の挿入部を前記金属管の一方の管端部内に挿入させることにより、前記金属管の一方の管端部をシールすることを特徴とする請求項１記載のハイドロフォーム加工方法。
  3. 　前記独立パンチを管軸方向に前進させたときに、Ｏリングの取り付けられた前記独立パンチの挿入部を前記金属管の一方の管端部内に挿入させて、当該Ｏリングにより前記金属管の一方の管端部のシールを補強することを特徴とする請求項２記載のハイドロフォーム加工方法。
  4. 　ハイドロフォーム金型内に装着された金属管の一方の管端部の側に軸押しシリンダが配置されず、他方の管端部の側にのみ軸押しシリンダが配置され、前記軸押しシリンダにより前記金属管を管軸方向に押し込むとともに、両方の管端部がシールされた当該金属管内部に圧力媒体を供給して内圧を負荷するためのハイドロフォーム加工装置において、
    　前記ハイドロフォーム金型内に前記金属管と共に前記金属管の一方の管端側に装着される独立パンチを備え、
    　前記ハイドロフォーム金型を閉める際に、前記ハイドロフォーム金型を閉める力を利用して前記独立パンチが管軸方向に前進されて、前記独立パンチにより前記金属管の一方の管端部がシールされつつ前記金属管が管軸方向に押し込まれることを特徴とするハイドロフォーム加工装置。
  5. 　前記独立パンチを管軸方向に前進させたときに、前記独立パンチの前端側の挿入部が前記金属管の一方の管端部内に挿入されることにより、前記金属管の一方の管端部をシール可能な構造とされていることを特徴とする請求項４記載のハイドロフォーム加工装置。
  6. 　前記独立パンチの挿入部にＯリングが取り付けられていることを特徴とする請求項５記載のハイドロフォーム加工装置。
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