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1. WO2004041458 - 液圧バルジ加工用異形素管、並びにこれを用いる液圧バルジ加工装置、液圧バルジ加工方法、および液圧バルジ加工品

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[ JA ]
明 細書

液圧バルジ加工用異形素管、並びにこれを用いる液圧バルジ加工装置、 液圧バルジ加工方法、および液圧バルジ加工品

技術分野

本発明は、液圧バルジ加工に供する異形素管、並びにこの異形素管を 用いて液圧バルジ加工する液圧バルジ加工装置、液圧バルジ加工方法、 および液圧バルジ加工を施された液圧バルジ加工品に関するものである。

背景技術

液圧バルジ加工は、他の成形加工方法に比べ、多くの特長を備えてい る。例えば、長手方向に断面形状の異なるような複雑な形状の部品に加 ェできるため、従来方法では溶接接合が必要であった機械部品を、一体 成形で加工することができる。また、当該加工は、加工を付与した部位 の全体に亘つて加工硬化を生じさせるため、軟質な素管を用いても高強 度の製品を得ることができる。

さらに、加工後のスプリングバックが少なく、製品の寸法精度が良好 である (形状凍結性が良好である)。このため、製品寸法の手直しのェ 程を必要とせず、工程の省略が図れる。

液圧バルジ加工は、上述の優れた特長が評価され、最近では、特に自 動車用部品の製造方法として採用されるようになっている。

通常、液圧バルジ加工によって管を成形加工する場合には、長手方向 に均一な円断面を有するストレートな管(以下、「ストレート素管」と いう)を素材として用い、当該素材に「予成形」として曲げ加工および 押し潰し加工を施した後、加工工程の最終工程として液圧バルジ加工が 施される。このような一連の加工工程を経ることによって、ストレート 素管から所定の形状に加工された液圧バルジ加工品を製造できる。

図 1は、従来のストレート素管を用いて製品を得る液圧バルジ加工の 加工工程のうち最終工程を説明する図である。同図で示すように、最終 工程となる液圧バルジ加工では、上下の金型 1、 2内にセットされたス トレート素管 P 1の中に注入孔 3を通じて加工液を注入し、内圧を負荷 する。さらに、内圧負荷に加えて、シール工具を兼ねた軸押し工具 4、 5によって、両管端から軸方向に素管 P 1を押し込む(以下、「軸押し」 という)。

液圧バルジ加工では、内圧を負荷することおよび軸押しすることを組 み合わせて、種々の断面形状を有する製品 P 2を製造する。なお、シー ル工具を兼ねた軸押し工具 4、 5は、図示しない油圧シリンダに接続さ れており、液圧バルジ加工中においては、その軸方向位置および軸押し 力が制御されている。

液圧バルジ加工における、管端から軸方向への軸押しは、素管の膨出 時のメタルフローを促進させ、素管の拡管限界を向上させる効果がある。 このため、液圧バルジ加工では、管端から軸方向への軸押しは、極めて 重要な加工工程である。

具体的には、液圧バルジ加工において、軸押しを実施することなく内 圧負荷のみで加工を行うと、ストレート素管 P 1は膨出にともなって板 厚が著しく減少する。このため、ストレート素管 P 1は、液圧バルジ加 ェの途中で破断に至る。つまり、ストレート素管 P 1の成形可能な範囲 (拡管限界)が制限されることになる。

さらに、液圧バルジ加工には、素管形状に起因する問題がある。前述 の通り、当該加工の特長の一つとして、軸方向に断面形状の異なる複雑 な加工形状を得ることができるとしても、得ることができる加工形状に 制限がある。

例えば、周長増加率(拡管率) = { (当該部位の加工品の外周長/素 管の円周長)一 1 } X 1 0 0 %と定義した場合に、加工品に要求される 形状特性や使用する素管条件(材質、板厚)にもよるが、軸押しが有効 な管端部領域を除いて、周長増加率(拡管率)は高々 2 5 %程度である。 この限界の周長増加率(拡管率)を超えて、液圧バルジ加工を施すこ とができない。このような周長増加率(拡管率)の制約条件のもとで、 加工品の形状設計の自由度を上げ、より複雑な断面形状を有する加工品 を得るためには、素管形状に工夫を施す必要がある。

この問題に対応するため、ストレート素管に代えて略円錐状の素管(以 下、「テーパ素管」という)を用いることが提案されている。すなわち、 テーパ素管を用いることによって、ストレート素管での成形が困難な部 品、例えば、軸方向に沿って大きく周長が変化する部品に対しても、加 ェに伴う周長増加率を低く抑えることができ、所定の加工形状を形成で きるとしている(例えば、特開 2 0 0 1— 3 2 1 8 4 2号公報、第 1頁、 図 2参照)。

しかしながら、軸方向に断面形状が変化するテーパ素管を用いて液圧 バルジ加工を行う場合に、前記図 1に示すストレート素管用の軸押しェ 具を使用した場合には、テーパ素管に軸押しを施すことが困難である。 図 2は、従来のストレート素管用軸押し工具でテーパ素管への軸押し を行った場合に生じる問題を説明する図である。同図に示すように、大 径側ではテーパ素管 T P 1への軸押し自体ができず、また、小径側では テーパ素管 T P 1への軸押しを行うことができるが、軸押しに伴い、軸 押し工具 4が上下の金型 1、 2の内部へ進入するにつれて、軸押し工具 4側のテーパ素管 T P 1の内外面の拘束が不十分となり、シール漏れが 発生するようになる。

図 3は、従来のテーパ素管を用いた液圧バルジ加工工程を説明する図 であり、同(a ) は加工前の状態を、(b ) は内圧負荷加前の状態を、(c ) は加工終了時の状態を示している。

従来のテーパ素管 T P 1を用いた液圧バルジ加工では、図 3に示すよ

うに、先端部がテーパ状の軸押し工具 6、 7を使用するが、軸押しを実 施することができないため、内圧負荷のみで液圧バルジ加工を完了させ るのが一般的である。なお、図 3中の T P 2は管端部を成形した後のテ ーパ素管、 T P 3は液圧バルジ加工後の製品(液圧バルジ加工品)を示 す。

図 3に示す加工工程では、テーパ素管 T P 2の軸押しを実施できない ので、前述の通り、液圧バルジ加工の段階で破断を生じない程度の限ら れた成形範囲でしか加工できない。したがって、液圧バルジ加工おいて テーパ素管を用いることの効果が十分に発揮されないのが実情である。 このため、テーパ素管を用いて液圧バルジ加工を行う場合に、素管へ の内圧負荷に加えて、管端からの軸方向への軸押しを可能にする技術開 発が望まれている。

従来のテ一パ素管に液圧バルジ加工を施した場合に、軸押しが困難で あるとの問題とは別に、液圧バルジ加工品を他の部材と接合する場合の 問題もある。

図 4は、長方形断面を持つ液圧バルジ加工品を接合する場合の問題を 説明する図である。同(a ) は従来の液圧バルジ加工品の形状を示し、

( b ) は本発明の液圧バルジ加工品の形状を示しており、それぞれの加 ェ品の軸方向に対して管端部の傾きを示している。(c ) は、前記(a ) および (b ) の液圧バルジ加工品の断面形状を示している。

従来のテーパ素管を素材として液圧バルジ加工した製品 P T 3は、図 4 ( a ) に示すように、管端部が斜めに 0だけ傾いている。このため、 他の部材との溶接、接合の際に、精度が確保できないため、他の部材と の接合等は容易ではない。

さらに、管端を他部品に差し込んで結合する、差し込み結合の際に、 同様に精度が確保できないため、位置決めが困難になる。そのため、液 圧バルジ加工後で液圧バルジ加工品の端部を切り落とす等の仕上加工を 必要とする。

発明の開示

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、軸方 向に横断面形状が変化する異形素管を用いた液圧バルジ加工において、 素管への内圧負荷に加えて、管端から軸方向への軸押しを可能にし、大 きな拡管率を得ることができる液圧バルジ加工用異形素管、並びにこれ を用いる液圧バルジ加工装置、液圧バルジ加工方法、および液圧バルジ 加工品を提供することを目的としている。

上記した目的を達成するため、本発明の液圧バルジ加工用異形素管は、 液圧バルジ加工に供される異形素管であって、軸方向の一方から他方に かけて外径が漸次増加または減少する周長を有し、少なくとも一方端側 に平行部を形成することにしている。

本発明の液圧バルジ加工用異形素管では、前記平行部の長さは、液圧 バルジ加工で施される軸押し量と加工時のシールに必要な長さとの合計 長さ以上にするのが望ましい。

さらに、矩形断面、または多角形状断面を有する液圧バルジ加工品の 製造に供される異形素管にあっては、前記平行部におけるコーナ部の曲 率半径 Rを、管端部の軸方向距離に対応する異形素管の周長差の変化に 対応して変化させるのが望ましい。

そして、このような構成からなる本発明の異形素管を、上下の両金型 本体の少なくとも一方の端側内面と、この端側内面に対応する軸押しェ 具の外面にそれぞれ平行部を設けて、本発明の液圧バルジ加工装置の金 型内にセットすれば、内圧負荷および軸押しを組み合わせることが可能 になる。

これにより、液圧バルジ加工において、従来以上に大きな拡管率を得 ることが可能になり、また、他の部品との接合も容易に行なえるように なる。

図面の簡単な説明

図 1は、従来のストレート素管を用いて製品を得る液圧バルジ加工の 加工工程のうち最終工程を説明する図である。

図 2は、従来のストレート素管用の軸押し工具を用いて、従来のテー パ素管の軸押しを行った場合に生じる問題を説明する図である。

図 3は、従来のテーパ素管を用いた液圧バルジ加工工程を説明する図 であり、(a ) は加工前の状態を、(b ) は内圧負荷加前の状態を、(c ) は加工終了時の状態を示している。

図 4は、長方形断面を持つ液圧バルジ加工品を接合する場合の問題を 説明する図であり、(a ) は従来のテーパ素管を用いた液圧バルジ加工 品の形状、(b ) は本発明の液圧バルジ加工品の形状を示し、(c ) は、 これらの断面形状を示している。

図 5は、本発明の液圧バルジ加工用異形素管を構成するテーパ管の形 状例を示す断面図である。

図 6は、本発明の異形素管の全体構成を例示する図であり、(a ) は 円断面を有するテーパ部の両端に円断面を有する平行部を形成した例で あり、(b ) は長方形断面を有するテーパ部の両端に長方形断面を有す る平行部を設けた例を示している。

図 7は、本発明の他の異形素管の全体構成を例示する図であり、大径 側の平行部と中央のテーパ部との間に移行部を有した例を示している。 図 8は、大径側端部に平行部を有する本発明に係る異形素管を製造す る方法について説明する図であり、(a ) は全体斜視図であり、(b ) は 展開図であり、(c ) は(b ) に示した展開図に近い台形形状を示す図 である。

図 9は、本発明の異形素管の他の実施例とそれらに用いられる軸押し

工具を示す図であり、(a) は全体斜視図を、(b) は小径側の拡大図を、

( c ) はそれらに用いられる小径側のシール工具を兼ねた軸押し工具の 拡大図である。

図 1 0は、液圧バルジ加工品の小径側が矩形断面を有する場合に用い られる本発明の異形素管の端面形状を示す図であり、(a ) は小径側端 部より軸方向に δ L + L 0だけ離れた位置の断面図、(c ) は管端部の 断面図、(b) はそれらの中間位置での断面図である。

図 1 1は、液圧バルジ加工品の大径側が矩形断面を有する場合に用い る本発明の異形素管の端面形状示す図であり、(a ) は大径側端部より 軸方向に S L ' + L 0 ' だけ離れた位置の断面図、(c ) は管端部の断 面図、(b) はそれらの中間位置での断面図である。

図 1 2は、液圧バルジ加工品が台形断面を有する場合にその断面形状 を例示する図である。

図 1 3は、液圧バルジ加工品が L字型の断面を有する場合にその断面 形状を例示する図である。

図 1 4は、本発明方法の第 1の実施例を説明する図であり、異形素管 の管端部の平行部を、液圧バルジ加工に先立って形成する場合を示して いる。(a ) はテーパ管の金型本体へのセッティング状態を示した断面 図であり、(b) は液圧バルジ加工前に平行部を形成した状態を示した 断面図であり、(c ) は液圧バルジ加工終了後の状態を示した断面図で ある。

図 1 5は、小径側の上金型本体、シール工具を兼ねた軸押し工具およ び異形素管端部の関係を示す図であり、(a ) 〜(c) は前記図 1 4 (a ) 〜 (c ) に相当する図である。

図 1 6は、大径側の上金型本体、シール工具を兼ねた軸押し工具およ び異形素管端部の関係を示す図であり、( a ) 〜( c ) は前記図 1 4 (a ) 〜 (c ) に相当する図である。

図 1 7は、本発明方法の第 2の実施例を説明する図であり、異形素管 の管端部の平行部を金型本体へのセッティング前に、予め形成してある 場合を示している。(a ) は異形素管の金型本体へのセッティング状態 を示した断面図であり、(b) は液圧バルジ加工前の状態を示した断面 図であり、(c) は液圧バルジ加工終了後の状態を示した断面図である。 図 1 8は、本発明方法の第 3の実施例を説明する図であり、異形素管 の管端部の平行部を金型本体へのセッティング前に、予め形成してある 場合の他の例を示している。(a ) 〜(c ) は前記図 1 7の場合と同じ である。

図 1 9は、本発明方法の第 4の実施例を示す説明図であり、大径側の 平行部の内側のキヤビティが大径端を基準にして軸方向に単調に増加す る構成例を示している。(a ) 〜( c ) は前記図 1 7の場合と同じであ る。

図 2 0は、本発明の液圧バルジ加工装置の構成部材であるシール工具 を兼ねた軸押し工具の構成例を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

図 5は、本発明の異形素管を構成するテーパ管の形状例を示す断面図 である。本発明の液圧バルジ加工用異形素管 1 1は、液圧バルジ加工に 供される異形素管であって、同(a ) (b) に示すように、軸方向の一 方から他方にかけて外径が漸次増加または減少する周長を有し、少なく とも一方端(図 5に示した例では小径側および大径側の両端)側に平行 部 1 1 a、 l i bを形成している。

本発明の液圧バルジ加工用異形素管では、前記平行部 1 1 a、 l i b の長さは、液圧バルジ加工での軸押し量とシールに必要な長さの合計長 さ以上にするのが望ましい。

図 6は、本発明の異形素管の全体構成を例示する図であり、同(a ) は円断面を有するテーパ部の両端に円断面を有する平行部を形成した例 であり、(b) は長方形断面を有するテーパ部の両端に長方形断面を有 する平行部を設けた例を示している。

前記図 5 ( a ) に示す実施例を図 6 ( a ) (b ) を用いて、さらに詳 細に説明する。図 6 (a ) は最も基本的な形態を示すもので、円断面を 有するテーパ部の両端に円断面を有する平行部 1 1 a、 1 1 bを形成し たものである。

また、図 6 (b) は長方形断面を有するテーパ部の両端に長方形断面 を有する平行部 1 1 a、 1 1 bを設けたものである。この図 6 (b) に 示す例では、平行部 1 1 a、 l i bは全長に亘り小径側 1 1 aでは後述 する図 1 0 (a ) に示す断面、および大径側 1 1 bでは後述する図 1 1 (c) に示す断面を有している。

図 7は、本発明の他の異形素管の全体構成を例示する図であり、前記 図 6の構成に比べ、大径側の平行部と中央のテ一パ部との間に移行部を 有した異形素管の構成例を示している。

次に、前記図 5 ( b) に示す実施例の詳細を図 7 ( a ) (b) を用い て説明する。図 7 (a ) は、円断面を有するテーパ部の両端に円断面を 有する平行部 1 1 a、 1 1 bを形成したものであり、大径側の平行部 1 1 bと中央のテーパ部との間に移行部 1 1 cを有している。

また、図 7 (b) は、長方形断面を有するテーパ部の両端に長方形断 面を有する平行部 1 1 a、 1 1 bを設けたものであ'り、大径側の平行部 1 1 bと中央のテーパ部との間に前記と同様に移行部 1 1 cを有してい る。

前記図 6 (b) や図 7 (b) では、両端部に形成した平行部 1 l a、 1 1 bの形状が単に長方形断面を有するものを示したが、平行部 1 1 a、 1 l bの形状は、後述する図 1 2に示すような台形の断面形状や、後述 する図 1 3に示すような L字型の断面形状、または、図示していない多 角形の断面形状などであってもよい。

この場合に、液圧バルジ加工後の最終端面形状が製品の端面形状と一 致するように設計していれば、材料歩留りが向上することになり、好適 である。

また、図 6 (b) や図 7 (b) においては中央のテーパ部も長方形断 面としたものを示しているが、中央部は特に長方形断面である理由はな く、図 6 (a ) や図 7 (a ) のような円断面でもあってもよく、液圧バ ルジ加工の金型に挿入できるように曲げ加工や上下左右からの押し潰し 加工を行ったものでもよい。

図 8は、大径側端部に平行部を有する本発明に係る異形素管を製造す る方法について説明する図であり、同(a) は全体斜視図であり、(b) は展開図、(c ) は(b ) に示した展開図に近い台形形状を示す図であ る。

図 8 (a ) に示すような円断面を有するテーパ部の大径側端部に平行 部 1 1 bを有する本発明に係る異形素管 1 1の製造方法について説明す ると、次のようになる。

図 8 (a ) に示す異形素管 1 1は、図 8 (b) に示した形状の板を単 純曲げし、 a _ bと a ― b 、 c— dと c ― d 、 b— eと c— e、 b ' 一 eと c ' _ eの端部を接合すれば、図 8 (a ) に示すように、大 径側端部に平行部 1 1 bを有する異形素管 1 1を得ることができる。 一方、図 8 (c ) には、同(b) を破線で併記するとともに、これに 近い台形形状を実線で示している。

実線と破線との比較で明らかなように、図 8 (c ) に実線で示す台形 を単純曲げした場合には、 b— c— eの領域と b ' - c ' - e ' の領域 に肉余りを生じてしまう。すなわち、台形形状を素材とした板卷き工程 では、本発明に係る異形素管 1 1のように、端部に平行部 l i bを有す る異形素管の製造は困難である。

最も単純な方法は、図 8を用いて説明したように、本発明に係る異形 素管 1 1の展開形状を有する板を単純曲げして接合する方法であるが、 次に、これ以外の方法で、前述の図 6、図 7に示す形状の本発明に係る 異形素管 1 1を製造する方法について説明する。

前記図 6 ( a ) に示す形状の場合は、例えば、「単なるテーパ管」を 素材として小径側は内径拡げ加工、大径側は外径絞り加工を行うことに よって得ることができる。また、図 6 ( b ) に示す形状の場合は、上記 に加えて中央の胴長部に押し潰し加工を行うことによって得ることがで きる。

本発明の説明において、「単なるテーパ管」とは、本発明の異形素管 の素材であって、未だ一方端側または両端に平行部を形成していないテ 一パ管を意味する。

前記図 7 ( a ) に示す形状の場合は、例えば、「単なるテーパ管」を 素材として小径側、大径側共に内径拡げ加工を行えばよい。また、図 7 ( b ) に示す形状の場合は、上記に加えて中央の胴長部に押し潰し加工 を行うことによって得ることができる。

図 9は、本発明の異形素管の他の実施例とそれらに用いられる軸押し 工具を示す図であり、同(a ) は全体斜視図を、(b ) は小径側の拡大 図を、( c ) はそれらに用いられる小径側のシール工具を兼ねた軸押し 工具の拡大図である。図 9に示す実施例では、同(a ) に示した態様は 長方形断面のテーパ部の両端に長方形断面の平行部 1 1 a、 1 1 bを形 成している。

さらに、図 9に示した実施例では、単なるテーパ管に小径側の平行部 1 1 aでは δ L + L 0に対応する部分に、大径側の平行部 1 1 bでは δ L ' + L 0 ' に対応する部分に、製品と略同一の幅、高さの寸法を有 する矩形断面を形成している。

また、コーナ部の曲率半径 Rを後述のように決定することで、液圧バ ルジ加工で金型本体 1 2、 1 3とシール工具を兼ねた軸押し工具 14、 1 5により、液圧バルジ加工時の軸押しで座屈などを発生させることな く、極めてスムーズな材料の押し込みが可能になる。

図 10は、液圧バルジ加工品の小径側が矩形断面を有する場合に用い られる本発明の異形素管の端面形状を示す図である。同(a ) は小径側 端部より軸方向に δ L+ L 0だけ離れた位置の断面を、(c) は管端部 の断面を、(b) はそれらの中間位置での断面を示している。

すなわち、図 10は、本発明の異形素管の小径側の平行部 1 1 aの各 断面における形状を説明する図であり、 .(a ) から(c) の断面の幅 W 0と高さ HOはほぼ一定である。また、コーナ部の曲率半径 Rを予成形 により段階的に変化させている。

図 10 (a) 〜(c ) に示すように、小径側端部でのコーナ部の曲率 半径を R 0、小径側端部より軸方向に δ L + L 0だけ離れた位置のコー ナ部の曲率半径を R し小径側端部より軸方向に Xだけ離れた位置のコ ーナ部の曲率半径を R ( X ) とすると、これらは下記(1) 式の関係に なる。

R 0 ≥ R (x) ≥ R 1 · · · (1) 図 10に示す実施例では、各断面における 4つのコーナ部の曲率半径 を同一にしたが、これらを同一にする必要はなく、コーナ部ごと異なつ た曲率半径としてもよい。

さらに詳細には、単なるテーパ管の両端部を基準周長とした、管端部 からの位置 Xにおける周長差 δ d (x) は、下記(2) により得られる。 ただし、 DOは小径側外径、 DO ' は大径側外径、および LTはテーパ 管の長さを示している。

8 d (χ) =π · (ϋθ' -DO) - X/LT · · · (2) 予成形で端部の断面を幅 W0、高さ HOの矩形に形成する際、上記周 長差 S d (x) に対応して、図 1 0に示すように、コーナ部の曲率半径 R (x) の寸法を軸方向位置で変化させることによって、適正な予成形 の形状を決定することができる。

図 1 1は、液圧バルジ加工品の大径側が矩形断面を有する場合に用い られる本発明の異形素管の端面形状示す図である。同(a) は大径側端 部より軸方向に S L' + L 0 ' だけ離れた位置の断面図であり、(c) は管端部の断面図であり、(b) はそれらの中間位置での断面図である。 すなわち、図 1 1は、本発明の異形素管の大径側の平行部 1 1 bの各 断面における形状を説明する図であり、(a) から(c) の断面の幅 W0 ' と高さ HO ' はほぼ一定である。また、コーナ部の曲率半径 R' を予成形により段階的に変化させている。

図 1 1 (a) 〜(c) に示すように、大径側端部でのコーナ部の曲率 半径を R 0'、大径側端部より軸方向に δ L' + L 0 ' だけ離れた位置 のコーナ部の曲率半径を R 1 '、大径側端部より軸方向に X だけ離れた 位置のコーナ部の曲率半径を R' ( X ) とすると、これらは下記(1 ') 式の関係になる。

R 0' ≤ R' (x) ≤ R 1 ' · · · (1,) また、単なるテーパ管の両端部を基準周長とした、端部からの位置 X における周長差 S d ( X ) は、下記(2 ') により得られる。ただし、 DOは小径側外径、 D O' は大径側外径、および L Tはテーパ管の長さ を示している。

δ d (x) = π ■ (D 0 ' -DO) - X/LT · · · (2 ') 端部の断面を幅 WO'、高さ HO ' の矩形に形成する際、上記周長差 δ d (x) に対応して、図 1 1に示すように、コーナ部の曲率半径

R' (x) の寸法を軸方向位置で変化させることによって、適正な形状 の決定が可能である。

上述の通り、液圧バルジ加工品が矩形断面を有する場合について説明 したが、本発明の異形素管はこれに限定されず、矩形の組み合わせ形状 や多角形形状でも採用でき、液圧バルジ加工時の極めて安定した軸押し が可能になる。

図 1 2は、液圧バルジ加工品が台形断面を有する場合にその断面形状 を例示する図である。図 1 3は、液圧バルジ加工品が L字型断面を有す る場合にその断面形状を例示する図である。いずれも、大径側で予成形 された断面形状の例であり、(a ) は大径側端部より軸方向に δ L' 4-L 0 ' だけ離れた位置の断面図であり、(c) は管端部の断面図であり、 (b) はそれらの中間位置での断面図である。

次に、本発明の液圧バルジ加工装置、およびそれを用いた液圧バルジ 加工方法を、図面に基づいて説明する。

図 1 4は、本発明方法の第 1の実施例を説明する図であり、異形素管 の管端部の平行部を、液圧バルジ加工に先立って形成する場合を示して いる。同(a ) はテーパ管の金型本体へのセッティング状態を示した断 面図であり、(b) は液圧バルジ加工前に平行部を形成した状態を示し た断面図であり、(c ) は液圧バルジ加工終了後の状態を示した断面図 である。

図 1 5は、小径側の上金型本体、シール工具を兼ねた軸押し工具およ び異形素管端部の関係を示す図であり、同(a ) 〜(c ) は前記図 1 4 (a ) 〜(c ) に相当する図である。

図 1 6は、大径側の上金型本体、シール工具を兼ねた軸押し工具およ び異形素管端部の関係を示す図であり、同(a) 〜(c) は前記図 1 4 (a ) 〜(c ) に相当する図である。

図 1 7は、本発明方法の第 2の実施例を説明する図であり、異形素管 の管端部の平行部を金型本体へのセッティング前に、予め形成してある 場合を示している。同(a ) は異形素管の金型本体へのセッティング状 態を示した断面図であり、(b ) は液圧バルジ加工前の状態を示した断 面図であり、(c ) は液圧バルジ加工終了後の状態を示した断面図であ る。

図 1 8は、本発明方法の第 3の実施例を説明する図であり、異形素管 の管端部の平行部を金型本体へのセッティング前に、予め形成してある 場合の他の例を示している。同(a) は異形素管の金型本体へのセッテ イング状態を示した断面図であり、(b ) は液圧バルジ加工前の状態を 示した断面図であり、(c ) は液圧バルジ加工終了後の状態を示した断 面図である。

本発明の液圧バルジ加工装置は、例えば、図 1 4、図 1 7および図 1 8に示すようなキヤビティを形成した上下の金型本体 1 2、 1 3と、 両金型本体 1 2、 1 3のそれぞれの端部に先端部を挿入されるシールェ 具を兼ねた軸押し工具 1 4、 1 5とを備えている。そして、両金型本体 1 2、 1 3と軸押し工具 1 4、 1 5は、両者によって本発明の異形素管 1 1の両端部を挟持し、保持するように構成されている。

さらに、前記軸押し工具のいずれかに加工液の注入孔が設けられ、前 記金型本体の少なくとも一方の端側(図 1 4、図 1 7および図 1 8に示 した例では小径側および大径側の両端側)内面と、この端面内面に対応 する軸押し工具の外面に、それぞれ平行部 1 2 a、 1 2 b, 1 3 a、 1 3 b、 1 4 a、 1 5 aが設けられる。

この軸押し工具 1 4、 1 5の外面の平行部 1 4 a、 1 5 aは、軸押し 時に内面から素管を拘束し、スムーズな変形を可能ならしめる作用を発 揮する。

この液圧バルジ加工装置において、小径部側の軸押し量を δ L、大径 部側の軸押し量を S L '、小径部側のシールに必要な長さを L 0、大径 部側のシールに必要な長さを L 0 ' とした場合に、両金型本体 1 2、 1 3の少なくとも一方の端側(図 1 4、図 1 7および図 1 8図に示した 例では小径側および大径側の両端側)内面に設けられた平行部 1 2 a、 I 2 b、 1 3 a、 1 3 bの長さは、小径部側に設けられている場合に S L + L O以上にし、大径部側に設けられている場合には δ L' + L 0 ' 以上にするのが望ましい。

同様に、この金型本体 1 2、 1 3に設けられた平行部 1 2 a、 1 2 b、 1 3 a、 1 3 bに対応する軸押し工具 1 4、 1 5の平行部 1 4 a、 1 5 aの長さは、小径部側に設けられる場合には δ L+ L 0以上にし、大径 部側に設けられる場合には L 0' 以上にするのが望ましい。

ところで、本発明の液圧バルジ加工装置では、小径側(大径側)のシ ール工具を兼ねた軸押し工具 14 (1 5) の先端部は、異形素皆 1 1の 素材となる単なるテーパ管 ΡΤまたは異形素管 1 1の小径側端部(大径 側端部)に挿入可能でなければならない。これと同時に、平行部 1 4 a

(1 5 a) は、軸押し完了時における平行部 1 4 a ( 1 5 a) の最先端 部分と異形素管 1 1の内面との間に隙間が生じないことが必要である。 このため、例えば、図 1 4に示すように、異形素管 1 1の素材となる 単なるテーパ管 P Tを上下の金型本体 1 2、 1 3にセットした後、管端 部に形成する平行部 1 1 a、 1 1 bを液圧バルジ加工を実施するのに先 立って、上下の金型本体 1 2、 1 3内で形成する場合には、シール工具 を兼ねた軸押し工具は、下記 A、 Bの条件を満足する必要がある。

A. 小径側のシール工具を兼ねた軸押し工具 14 (図 1 5参照)

先端の局部的凹部を無視した包絡線の周長 S D 0は、下記(3) 式を 满足する。

SD 0 ≤ (DO- 2 t/c o s Θ ) X π · · ' (3) 伹し、 DO :小径部の外径

t :異形素管 1 1の肉厚

0 = t a n— 1 {(DO' —D O) / (2 - LT)}

LT :テーパ管 P Tの長さ

DO' :大径部の外径

B. 大径側のシール工具を兼ねた軸押し工具 1 5 (図 1 6参照)

先端の局部的凹部を無視した包絡線の周長 SD 0 ' は、下記(4) 式 を満足する。

SDO' ≤ (DO' - 2 t/c o s 0) Χ π · · · (4) 一方、前記図 1 7に示したように、異形素管 1 1の管端部に形成する 平行部 l l a、 l i bを、上下の金型本体 1 2、 1 3にセットする前に、 予め形成してある場合には、シール工具を兼ねた軸押し工具は、下記 C、 Dの条件を満足する。

C. 小径側のシール工具を兼ねた軸押し工具 14 (図 1 7参照)

先端部の周長 S DOは、下記(5) 式を満足する。

SD0 ≤ 平行部 14 aの周長 SD ■ · · (5)

D. 大径側のシール工具を兼ねた軸押し工具 1 5 (図 1 7参照)

先端部の周長 SD0' は、下記(6) 式を満足する。

SD0' ≤ 平行部 1 5 aの周長 SD' · · · (6) 本発明の液圧バルジ加工装置を用いて、液圧バルジ加工品 1 7を成形 する場合には、例えば、本発明の異形素管 1 1の素材である単なるテー パ管 PTを、前記図 1 4 (a) に示すように、液圧バルジ加工装置の一 対の金型本体 1 2、 1 3内にセットする。

次に、液圧バルジ加工に先立ち、シール工具を兼ねた軸押し工具 14、 1 5を軸方向に移動させ、金型本体 1 2、 1 3と軸押し工具 14、 1 5 に挟持されたテーパ管 PTの管端、または両端に、図 14 (b) に示す ように、平行部 1 1 a、 l i bを形成し、本発明に係る異形素管 1 1に 成形する。

このとき、軸押し工具 14、 1 5による異形素管 1 1の軸押しのタイ ミングを同じにする必要はなく、例えば、軸押し工具 1 5をある程度押 し付けた段階で軸押し工具 1 4の押し付けを開始してもよい。したがつ て、異形素管 1 1が金型本体 1 2、 1 3内で安定する軸押しタイミング を選定すればい。

この場合に、上述の寸法を基準にして金型本体 1 2、 1 3とシールェ 具を兼ねた軸押し工具 14、 1 5の寸法設計を行えば、軸押し工具 14、 1 5をテーパ管 T Pにスムーズに挿入することができる。

前記図 14 (b) の状態では、図 1 5 (b) および図 1 6 (b) に示 すように、テーパ管 PTの両管端には、小径側に L 0以上、望ましくは δ L + L 0以上、大径側に L 0 ' 以上の長さの平行部 1 1 a、 1 1 が 形成され、本発明の異形素管 1 1が得られている。その後、その異形素 管 1 1には、加工液のシールが完全に行われる状態で内圧が負荷される。 次いで、加工液の内圧を上昇させつつ、さらに軸押し工具 14、 1 5 を軸方向に移動せしめ、液圧バルジ加工を施し、前記図 1 4 (c ) に示 すように、本発明方法による液圧バルジ加工品 1 7を形成する。

すなわち、本発明の異形素管 1 1を本発明の液圧バルジ加工装置にセ ットして行う液圧バルジ加工では、軸押しが可能になる結果、本発明方 法による液圧バルジ加工品 1 7にあっては、従来以上に大きな拡管率を 得ることができる。

また、液圧バルジ加工品 1 7の端面は、前記図 4 (b) に示すように、 軸心に対して垂直であるので、他の部品、部材との接合溶接も容易に行 なえるようになり、差し込み結合の位置決めが可能になる。

図 1. 9は、本発明方法の第 4の実施例を示す説明図であり、大径側の 平行部の内側のキヤビティが大径端を基準にして軸方向に単調に増加す る構成例を示している。同(a) はテーパ管の金型本体へのセッティン グ状態を示した断面図であり、(b) は液圧バルジ加工前に平行部を形 成した状態を示した断面図であり、(c ) は液圧バルジ加工終了後の状 態を示した断面図である。

図 1 9に示す実施例は、前記図 1 4、図 1 7および図 1 8に示す実施 例と別の形態である。すなわち、両金型本体 1 2、 1 3の両端部に平行 部 1 2 a、 1 2 b、 1 3 a、 1 3 bを有するのは同様であるが、両金型 本体 1 2、 1 3の大径側の平行部 1 2 b、 1 3 bの内側のキヤビティ力 前記図 1 4等に示した例のように局部的に狭めることなく、前記平行部 1 2 b, 1 3 bの内側のキヤビティが大径端を基準にして、軸方向に単 調に減少している。

図 1 9に示す構成例では、軸押しの抵抗が小さく、メタルフローに対 して有利であるため、成形可能な範囲(拡管限界)を拡大させることが できる。したがって、本発明の液圧バルジ加工装置にあっては、金型本 体 1 2、 1 3のキヤビティ形状を図 1 9に示す形状に設計することが望 ましい。

一方、自動車部品においては、製品の端部の断面形状が矩形に近いも のや矩形の組み合わせ、または多角形等の形状のものなど、複雑な形状 が多い。

前述の通り、前記図 1 8は、図 9 ( a ) に示す本発明の異形素管 1 1 を用いた場合の実施例を示す図であり、それを用いた加工に際し、前記 図 9 ( a ) に示す異形素管 1 1を金型本体 1 2、 1 3内にセットする。 図 9 (b) に本発明の異形素管 1 1の小径側の拡大図を示している。一 方、その小径側平行部 1 1 aの断面形状は、前記図 1 0に示すとおりで ある。

このような断面形状の異形素管 1 1に対し、本発明の一例を示すシー ル工具を兼ねた軸押し工具 1 4、 1 5を用いて成形を行う。すなわち、 図 9 ( c) は小径側のシール工具を兼ねた軸押し工具 1 4を示している が、幅 W0 - 2 t、高さ H O— 2 t、コーナ部の曲率半径は R 1の平行 部 1 4 aを有している。

前記図 1 8 (a ) の状態から端部に軸押し工具 1 4、 1 5を押し込み、 図 1 8 ( b )の段階で異形素管 1 1の端部の成形が終了し、前記図 9 (b) に示す異形素管 1 1を得ることができると同時に、内圧が負荷された加 ェ液のシールが完全に行われた状態になっている。

その後、加工液の内圧を上昇させつつ、さらに軸押し工具 1 4、 1 5 を軸方向に移動せしめ、液圧バルジ加工を施した本発明方法による液圧 バルジ加工品 1 7を得ることができる。

なお、液圧バルジ加工に先立って行う管端の平行部 1 1 a、 1 1 bの 成形を、予成形やそれ以前の段階で行ってもよい。絞り加工、穴拡げ加 ェ、スウェージング加工、スピンニング加工など既存の加工法やその組 み合わせによって実施できる。

図 2 0は、本発明の液圧バルジ加工装置の構成部材であるシール工具 を兼ねた軸押し工具の構成例を示す図である。同(a ) は異形素管 1 1 の端面と接する端面 1 4 b、 1 5 bでシールする場合の構成例、(b) は同じく端面 1 4 b、丄に突起丄。、 1 5 cを付与した構成例、 ( c ) は平行部 1 4 a、 1 5 aの端面 1 4 b、 1 5 bとの境界部に段差 1 4 d、 1 5 dを付与した構成例、(d ) は平行部 1 4 a、 1 5 &に〇 リング 1 8を付与した構成例をそれぞれ示している。

図 20 (a ) 〜(d) に示すいずれの構成例も、前述の(3) 〜(6) 式に示す平行部 1 4 a、 1 5 aと先端周長との関係を満足するものであ る。

上述した実施例は、あくまでも本発明の 1つの具体例を示すものであ り、金型本体 1 2、 1 3のキヤビティの形状も比較的簡単な形状のもの を示しているが、当然、通常の自動事部品に代表される 3次元の複雑な 形状でも良い。

また、上述した実施例では、小径側と大径側の両方から軸押しするも のを示しているが、本発明ではどちらか片側に適用し、他方は従来から 行われている、例えば、前記図 ].に示すような軸押しが無い方式を採用 してもよい。軸押しの効果は、製品形状によって変化するため、その場 合に応じて本発明の適用範囲を決定すればよい。

さらに、上述した実施例では、主として異形素管 1 1の素材として単 純なテーパ管形状の場合を記述したが、単純なテーパ管形状を組み合わ せて溶接したものや、テーパ管と通常のストレート管を組み合わせた場 合にも、両端部それぞれが単純なテーパ管の一部と近似できるため、本 発明の異形素管 1 1の素材として適用できる。

産業上の利用の可能性

本発明の液圧バルジ加工用異形素管は、軸方向の一方から他方にかけ て外径が漸次増加または減少する周長を有し、少なくとも一方端側に平 行部を形成する。この異形素管を用いた加工装置、加工方法では、上下 の両金型本体の少なくとも一方の端側内面と、この端側内面に対応する 軸押し工具の外面にそれぞれ平行部を設けて、金型内にセットすれば、 内圧負荷および軸方向への軸押しを組み合わせた加工が可能になる。こ れにより、液圧バルジ加工が施された液圧バルジ加工品では、従来以上 に大きな拡管率を得ることが可能になり、また、他の部品との接合も容 易に行なえるようになり、自動車用として、さらに広く産業機械用とし て適用することができる。