JP2005288532A - ハイドロフォーム加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 拡管部が管軸方向に長い長尺ハイドロフォーム部品の成形を可能にしたハイドロフォーム加工方法を提供する。
【解決手段】 軸方向に移動自在な可動金型５を有する分割金型２，３に金属管１を装着し、前記分割金型２，３を型締めし、前記可動金型５を停止した状態で、或いは前進させながら金属管内部の内圧と管軸方向の押し力を負荷して当該金属管１を変形させ、次いで前記管１の内部に軸押し力を負荷しながら前記可動金型５を後退させながら拡管することにより拡管部が管軸方向に長い長尺ハイドロフォーム部品を加工することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、自動車用の排気系部品、サスペンション系部品、ボディ系部品等の製造に用いられるもので、金属管を金型に入れ、当該金型を型締めした後、管内に内圧と管軸方向の押し力を負荷することにより所定形状に成形するハイドロフォーム加工方法に関する。

近年ハイドロフォーム技術は、部品数削減によるコスト削減や軽量化等の手段の一つとして自動車分野で注目を浴びており、国内でも１９９９年から実車への適用を開始した。それ以降、ハイドロフォーム加工の適用部品は年々増加し、その市場規模は大幅に拡大してきた。

ハイドロフォーム適用部品が拡大するに連れ、部品形状が複雑化し、拡管率（＝（成形後の断面周長−成形前の断面周長）／成形前の断面周長×１００％）も増加してきたが、それを解決する手段の一つとして可動金型を使用する方法がある。可動金型を使用する方法とは、例えば図１のように、金属管１の周囲に配置された可動金型５自体が管軸方向に移動することによって、材料流入を促す方法である。本方法を用いると、管端を押すだけの通常のハイドロフォームよりも、より効率的に材料を流入させることが可能になる。また特許文献１に記載されている方法では、可動金型で押し込んだ後に管端からも押す事で、更に材料流入を促している。
特開平１０−２９６３４７号公報

一般にハイドロフォームの変形では、軸押し効果のある管端側から拡管が進行していく。従って、拡管したい箇所が管軸方向に長い場合は、図２のように中央に座屈部８が発生する危険性が高い。拡管率が低くて、すぐに金型に接触される場合なら問題ないが、拡管率が大きくなるに従い、金型との未接触箇所が増加するため、上述の座屈の危険性はより高まる。

この問題は可動金型を使用した場合にも同様に発生する。しかも初期の時点では拡管部の中心より更に離れた地点から可動金型５が移動し始めるため、中央の座屈部８はより発生しやすくなる（図３参照）。

本発明は、上記のように、従来は成形が困難であった拡管部が管軸方向に長い長尺ハイドロフォーム部品の成形を可能にした方法を提供することを目的とする。

斯かる課題を解決するため、本発明の要旨とするところは下記の通りである。
（１）軸方向に移動自在な可動金型を有する分割金型に金属管を装着し、前記分割金型を型締めし、前記可動金型を停止した状態で、金属管内部の内圧と管軸方向の押し力を負荷して当該金属管を変形させ、次いで前記管内部に軸押し力を負荷しながら前記可動金型を後退させながら拡管することを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
（２）軸方向に移動自在な可動金型を有する分割金型に金属管を装着し、前記分割金型を型締めし、前記可動金型を前進させながら、金属管内部の内圧と管軸方向の押し力を負荷して当該金属管を変形させ、次いで前記管内部に軸押し力を負荷しながら前記可動金型を後退させながら拡管することを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
（３）金属管を拡管させた後、更に管内部の内圧を負荷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。

本発明により、従来は成形が困難であった拡管部が管軸方向に長い長尺ハイドロフォーム部品の成形が可能になる。それにより、ハイドロフォーム技術の適用部品が更に拡大され、その結果、自動車の軽量化が進み、地球温暖化防止にも貢献できる。

図４を用いて本発明の詳細を説明する。

同図（ａ）に示されるように、ハイドロフォームの上下分割金型２，３に、可動金型５が組み込まれている。尚、可動金型５は管軸方向に前進・後退が制御可能となっている。当該可動金型５内に金属管１を装着し、その両管端には軸押しパンチ４を配置する。

次に、同図（ｂ）に示されるように、軸押しパンチ４を介して金属管１の内部に水等の圧力媒体６を送り込み、充填した後に当該軸押しパンチ４を金属管１の管端に押し付けてシールする。その後、更に軸押しパンチ４を前進させると同時に圧力媒体６の圧力を高めて金属管１を拡管し、ハイドロフォーム金型２，３及び可動金型５に密着させる。尚、この図４の例では、本工程で可動金型５は停止したままである。また、拡管する管軸方向の範囲は狭い方が、中央での座屈が生じにくく、この工程での成形が安定する。

続いて、同図（ｃ）に示されるように、更に軸押しパンチ４を前進させると同時に可動金型５を管軸方向に後退させる。すると、拡管範囲が管軸方向に拡大されていく。尚、本工程中も圧力媒体６の圧力は負荷したままである。

以上の一連の工程により、拡管部分の管軸方向範囲が長い長尺ハイドロフォーム部品が座屈等の加工不良を発生せずに成形可能となる。

上述の図４の例は、（ｂ）の工程で可動金型５を停止していたが、図５の例のように前進させる場合もある。この際、軸押しパンチ４と速度を同期させても良いし、同期させずに独立して制御しても構わない。

図６に本発明の実施例を示す。

金属管１には外径６３．５ｍｍ、肉厚２．３ｍｍ、全長１０００ｍｍの鋼管を用い、鋼種は機械構造用炭素鋼鋼管のＳＴＫＭ１１Ａを採用した。ハイドロフォームに用いた分割金型２，３の空洞部の断面は幅９５ｍｍ、高さ６３．５ｍｍの長方形である。一方、可動金型５の外周断面も幅９５ｍｍ、高さ６３．５ｍｍの長方形となっており、ハイドロフォーム金型２，３の空洞部を摺動する構造となっている。この可動金型５の更に内部に上述の金属管１を装着する（同図（ａ）参照）。

次に、同図（ｂ）に示されるように、金属管１の内部に圧力媒体である水６を送り込み、両管端の軸押しパンチ４でシールした後に、圧力媒体６の圧力を負荷する。同時に軸押しパンチ４を前進させ、中央の空洞部に金属管１を押し込みながら拡管させ、ハイドロフォーム分割金型２，３に接触させる。尚、本工程では軸押しパンチ４は６０ｍｍ前進させ、一方、可動金型５は移動させずに位置を固定しておいた。この結果、（ｂ）の時点で、金属管１の中央断面が５０％以上の拡管率を有する長方形断面となるが、その管軸方向長さは２０ｍｍである。

その後、同図（ｃ）に示されるように、更に軸押しパンチ４を８０ｍｍ前進させ、金属管１の管端を押し込んでいった。それと同時に可動金型５を２００ｍｍ後退させた。尚、この間、圧力媒体６の圧力は維持したままである。この（ｃ）の工程により、（ｂ）の工程で成形された中央２０ｍｍ長さの長方形部が管軸方向に延長されていき、最終的には最大拡管率を有する長方形断面部の長さが４２０ｍｍとなる。

この結果、拡管率が５０％以上の大拡管率でも４２０ｍｍ長さ（素管径の約６．６倍）という長尺のハイドロフォーム成形品７が得られた。尚、この最終形状と同一の空洞部を有する通常のハイドロフォーム分割金型（可動金型のない単一の金型）でハイドロフォーム成形を実施したところ、中央部で大きな座屈が発生してしまい、良好なハイドロフォーム成形品が得られなかった。

従来の可動金型を使用したハイドロフォーム加工の説明図を示す。 従来の可動金型を使用しない場合の長尺ハイドロフォーム加工における問題点の説明図を示す。 従来の可動金型を使用した場合の長尺ハイドロフォーム加工における問題点の説明図を示す。 本発明例によるハイドロフォーム加工方法のうち、初期の工程で可動金型を停止した場合の説明図を示す。 本発明例によるハイドロフォーム加工方法のうち、初期の工程で可動金型を前進させた場合の説明図を示す。 本発明の実施例の説明図を示す。

符号の説明

１……金属管
２……ハイドロフォーム上分割金型
３……ハイドロフォーム下分割金型
４……軸押しパンチ
５……可動金型
６……圧力媒体（例えば水）
７……ハイドロフォーム成形品
８……中央の座屈部

Claims (3)

1. 軸方向に移動自在な可動金型を有する分割金型に金属管を装着し、前記分割金型を型締めし、前記可動金型を停止した状態で、金属管内部の内圧と管軸方向の押し力を負荷して当該金属管を変形させ、次いで前記管内部に軸押し力を負荷しながら前記可動金型を後退させながら拡管することを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
2. 軸方向に移動自在な可動金型を有する分割金型に金属管を装着し、前記分割金型を型締めし、前記可動金型を前進させながら、金属管内部の内圧と管軸方向の押し力を負荷して当該金属管を変形させ、次いで前記管内部に軸押し力を負荷しながら前記可動金型を後退させながら拡管することを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
3. 金属管を拡管させた後、更に管内部の内圧を負荷することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のハイドロフォーム加工方法。

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