(57)【要約】【課題】割れ、座屈及びしわが発生しにくく、且つ実用的なハイドロフォーミング方法を提供する。【解決手段】金型１１に設けられた加工空間Ｓ１に配置された軸方向に延びる溶接部を側部に有する管体３０に内圧を加えつつ、管体３０の軸方向の長さを縮小させる方向に管体３０を両端側から押圧することによって、管体３０の軸と直交する断面形状を変形させるハイドロフォーミング方法であって、管体３０の外周における、軸と平行な当接部３１，３２を、他の部分よりも早期に金型１１に接触させるハイドロフォーミング工程を含む。【選択図】図３
2020082130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型に設けられた加工空間に配置された軸方向に延びる溶接部を側部に有する管体に内圧を加えつつ、前記軸方向の長さを縮小させる方向に両端側から押圧することによって、前記軸と直交する断面形状を変形させるハイドロフォーミング方法であって、
前記管体の外周における、前記軸と平行且つ前記溶接部と異なる部分を、当接部として前記管体の拡管過程において、他の部分よりも早期に金型に接触させるハイドロフォーミング工程を含む、ハイドロフォーミング方法。
【請求項２】
前記軸と直交する平面上における、前記軸から前記当接部へ延びる直線と、前記軸から前記溶接部へ延びる直線との間の劣角は６０度以上９０度以下である、
請求項１に記載のハイドロフォーミング方法。
【請求項３】
前記当接部は、前記管体の拡管率が１４％以下において、前記金型の内壁と接触する、
請求項１又は２に記載のハイドロフォーミング方法。
【請求項４】
前記加工空間の、前記管体の軸と直交する断面形状は楕円形であり、
前記当接部は、前記管体の外周における短径方向の２箇所であって、
ハイドロフォーミング工程は、前記管体の拡管過程において、前記２箇所の当接部の互いの間の距離が広がらないよう、他の部分よりも早期に金型に接触させる、
請求項１から３のいずれか１項に記載のハイドロフォーミング方法。
【請求項５】
前記ハイドロフォーミング工程において、前記管体は、前記断面形状が楕円形に形成される、
請求項１から４のいずれか１項に記載のハイドロフォーミング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイドロフォーミング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、管体のハイドロフォーミング方法は、部品の軽量化、剛性の向上、部品数削減によるコスト削減等の観点から、自動車業界や家電業界だけでなくエネルギー産業分野においても注目されるようになってきている。ハイドロフォーミング方法は、金型内に設置された管体の内圧と軸方向の押し込み量とを調整することにより、管体を様々な形状に加工するものである。
ハイドロフォーミング方法では、最終的な内圧と押し込み量が同じでも、その内圧と押し込み量に至るまでの途中の負荷経路が異なると、最終的な成形品の出来映えが変わってくる。例えば、負荷経路によっては、管体に亀裂やしわが生じたり、座屈したり、コーナー部形状が目標値に達しない等の不良品が発生する。
【０００３】
このため、特許文献１のハイドロフォーミング方法では、負荷内圧を縦軸、軸方向の押し込み量を横軸として、割れ限界線及びしわ座屈限界線を作成して、軸方向の押し込み量が所定値になった時点で、割れ限界線としわ座屈線の間の所定内圧まで内圧の付与を行うことで、管体の割れ、しわ及び座屈発生を防止している。
【０００４】
特許文献２のハイドロフォーミング方法は、ハイドロフォーミング工程前に、局部的に軟化処理や硬化処理を行い、成形品の形状に応じて素管の変形能を変化させておくことで、管体の割れ、しわ及び座屈発生を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２６２２４１号公報
【特許文献２】特開２００１−１５００５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のハイドロフォーミング方法は、加工設備によっては、軸方向の押し込み量を変更している際に、内圧を変更できないものがある。この場合、軸方向の押し込み量と内圧との最適な負荷経路を選定できない場合がある。
この場合、一旦、割れの生じない範囲で内圧を上げて、その内圧を一定に保ったまま、軸方向の押し込み量を所望の押し込み量まで増加させる。その際、座屈やしわが発生する場合があるが、軸方向の押し込みが所定量になった後、内圧を割れの生じない範囲でさらに上昇させて座屈やしわを除去している。
しかし、大きな座屈やしわは、内圧を上げても改善することができない場合がある。
【０００７】
特許文献２によると、管体の変形能を予め部分的に調整をしておくことで、上述したような、軸方向の押し込み量を変更している際に内圧を変更できない設備であっても、しわや座屈を生じにくくなるが、前処理に時間やコストがかかり、量産加工においては現実的ではない。
【０００８】
本発明は、割れ、座屈及びしわが発生しにくく、且つ実用的なハイドロフォーミング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために、金型に設けられた加工空間に配置された軸方向に延びる溶接部を側部に有する管体に内圧を加えつつ、前記軸方向の長さを縮小させる方向に両端側から押圧することによって、前記軸と直交する断面形状を変形させるハイドロフォーミング方法であって、前記管体の外周における、前記軸と平行且つ前記溶接部と異なる部分を、当接部として前記管体の拡管過程において、他の部分よりも早期に金型に接触させるハイドロフォーミング工程を含む、ハイドロフォーミング方法を提供する。
【００１０】
前記軸と直交する平面上における、前記軸から前記当接部へ延びる直線と、前記軸から前記溶接部へ延びる直線との間の劣角は６０度以上９０度以下であることが好ましい。
【００１１】
前記当接部は、前記管体の拡管率が１４％以下において、前記金型の内壁と接触することが好ましい。
【００１２】
前記加工空間の、前記管体の軸と直交する断面形状は楕円形であり、前記当接部は、前記管体の外周における短径方向の２箇所であって、ハイドロフォーミング工程は、前記管体の拡管過程において、前記２箇所の当接部の互いの間の距離が広がらないよう、他の部分よりも早期に金型に接触させることが好ましい。
【００１３】
前記ハイドロフォーミング工程において、前記管体は、前記断面形状が楕円形に形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、割れ、座屈及びしわが発生しにくく、且つ実用的なハイドロフォーミング方法及びハイドロフォーミング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態によりハイドロフォーミングされる管体の断面形状であり、（ａ）は素管、（ｂ）は１次加工管である。
【図２】実施形態のハイドロフォーミング装置の軸方向に沿った断面図である。
【図３】実施形態のハイドロフォーミング部の、中央空間が設けられている部分における、軸と直交する方向の概略断面図である。
【図４】ハイドロフォーミング方法を説明するフローチャートである。
【図５】縦軸を管体に加える内圧、横軸を押込み量としたときの、割れ限界線及びしわ座屈限界線を示したグラフである。
【図６】比較形態における、溶接部がない場合（ａ）と、当接部と溶接部とが同じ位置にある場合（ｂ）とにおける相当塑性ひずみを示すグラフである。
【図７】溶接部の位置を変化させたときの、溶接部における相当塑性ひずみの最大値を示したグラフである。
【図８】実施形態において、溶接部の初期配置状態が異なる場合における、割れの発生有無を確認した結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態による管体３０のハイドロフォーミング方法及びハイドロフォーミング装置１について説明する。
【００１７】
（管体３０）
図１は、実施形態のハイドロフォーミング方法及びハイドロフォーミング装置１によりハイドロフォーミングされる管体３０の軸方向と直交する断面形状を示した図である。
実施形態のハイドロフォーミング方法及びハイドロフォーミング装置１では、図１（ａ）で示す軸方向と直交する断面形状が円形の管体３０（素管３０ａ）から、図１（ｂ）で示す断面形状が楕円の管体３０（１次加工管３０ｂ）を成形する。
【００１８】
図１（ａ）に示すように素管３０ａは、素管３０ａの軸Ａと直交する断面形状が径ａ１の円形である。また素管３０ａは電縫管であり、外周に軸Ａと平行に延びる溶接部３３を有する。
【００１９】
図１（ｂ）に示すように１次加工管３０ｂ（両端を除く）は、軸Ａと直交する断面形状が略楕円形であり、短径はａ２、長径はｂ、周長はＬである。短径ａ２はａ１＜ａ２、長径ｂはａ１＜ａ２＜ｂである。
【００２０】
１次加工管３０ｂの外周において、軸Ａと直交する平面上における、軸Ａから延びる短径ｒ１１と、軸Ａから溶接部３３へ延びる直線ｒ１２との間の劣角である角θ１は０度ではない。すなわち、溶接部３３は、軸Ａから延びる１次加工管３０ｂの外周へ延びる短径ｒ１１上にない。
なお、劣角とは、軸Ａを通る２つの半直線（この場合、短径ｒ１１と直線ｒ１２）によって、生じた２つの角のうちの角度が小さい方であり、角度が大きい方の優角とを足したときに２πとなる。
【００２１】
図１（ａ）に示す素管３０ａの状態で、軸Ａから上方に延びる径ｒ０１と、軸Ａから溶接部３３へ延びる直線ｒ０２との間の劣角である角θ０は、６０度以上９０度以下であることが好ましく、本実施形態では約６０度である。ただし、溶接部３３の位置は、軸Ａから上方に延びる径ｒ０１上からずれていてば６０度以下であってもよい。
【００２２】
角θ１は、この素管３０ａを後述のように拡管して断面楕円の１次加工管３０ｂとした場合の、軸Ａから延びる短径ｒ１１と軸Ａから溶接部３３へ延びる直線ｒ１２との間の角度である。
本実施形態では楕円状に拡管するため金型との接触が周方向で異なることから、約６０度であった角θ０から若干変化している。
【００２３】
なお、短径ａ２は、径ａの素管３０ａが拡管されて、後述する金型１１の凹部１２ｕ、１２ｄ（中央空間Ｓ１ｍ）の内壁）と最初に接触する際の素管３０ａの径でもあり、そのときの素管３０ａの拡管率（以下、接触拡管率という）は１２．５％である。
また、本明細書で略楕円形とは、平面上のある２定点からの距離の和が一定となるような点の集合から作られる曲線である楕円（真楕円）に限るものではない。例えば、長径を挟んだ上下が対称で、短径を挟んだ左右が対称であるが、平面上のある２定点からの距離の和が一定でなく、真楕円から多少変形しているものも含む。
【００２４】
実施形態のハイドロフォーミング方法は、素管３０ａを拡管し（膨張させ）、１次加工管３０ｂに成形する工程である。
【００２５】
実施形態はこのように１段階のハイドロフォーミング工程を含む。ただし、本発明のハイドロフォーミング方法が含むハイドロフォーミング工程は１段階に限らず２段階以上の多段工程であってもよい。
【００２６】
（ハイドロフォーミング装置１）
ハイドロフォーミング装置１は、ハイドロフォーミング工程を行うハイドロフォーミング部１０を備える。
【００２７】
（ハイドロフォーミング部１０）
図２はハイドロフォーミング装置１の軸Ａ方向に沿った断面図である。ハイドロフォーミング部１０は、金型１１と、軸押し部１５とを備える。金型１１は、下金型１１ｄと、下金型１１ｄに対して進退可能（近接及び離間可能）な上金型１１ｕと、を有する。
以下、適宜、軸Ａと直交し且つ上金型１１ｕが下金型１１ｄに対して進退する方向を上下方向、軸Ａの方向を前後方向、前後方向及び上下方向と直交する方向を左右方向として説明する。
【００２８】
（金型１１）
金型１１は、上述のように下金型１１ｄ及び上金型１１ｕを有する。金型１１は略直方体であるがこれに限定されず、管体３０の形状に合わせて種々変形可能である。
【００２９】
下金型１１ｄと上金型１１ｕとの互いの対向面には、それぞれ下凹部１２ｄと上凹部１２ｕとが設けられている。上凹部１２ｕと下凹部１２ｄとは互いに対向し、下金型１１ｄ上に上金型１１ｕが配置されると、上凹部１２ｕと下凹部１２ｄとで、管体３０が配置される加工空間Ｓ１が形成される。
【００３０】
（加工空間Ｓ１）
加工空間Ｓ１は、その中心の軸Ａ１が管体３０の軸Ａと一致し、軸Ａに沿うように延びている。実施形態において管体３０は直線的に延びるため、加工空間Ｓ１も直線的に延びている。しかし、加工空間Ｓ１は、管体３０の形状に対応して、Ｕ字型等種々変形可能である。
【００３１】
加工空間Ｓ１は、前空間Ｓ１ｆ及び後空間Ｓ１ｂと、前空間Ｓ１ｆ及び後空間Ｓ１ｂの間に位置する中央空間Ｓ１ｍとを有する。前空間Ｓ１ｆ及び後空間Ｓ１ｂは、軸Ａと直交する断面形状が円形であり、径は素管３０ａと同じ約ａ１である。
【００３２】
図３は、ハイドロフォーミング部１０の、中央空間Ｓ１ｍが設けられている部分における、軸Ａと直交する方向の概略断面図であり、素管３０ａを点線で示す。図示するように中央空間Ｓ１ｍは、１次加工管３０ｂと同様に軸Ａと直交する断面形状が略楕円形であり、短径（内径）は、１次加工管３０ｂの短径と略等しい約ａ２、長径（内径）は１次加工管３０ｂの長径と略等しい約ｂ、内周長は、１次加工管３０ｂの外周と略等しい約Ｌである。すなわち、成形完了後、１次加工管３０ｂの外壁は、中央空間Ｓ１ｍの内壁と当接する。
【００３３】
ただし、内圧等を調整することで、１次加工管３０ｂを、短径ａ２、長径ｂ、周長Ｌにすることができるのであれば、中央空間Ｓ１ｍの長径側の内壁と１次加工管３０ｂの外壁との間に隙間があってもよい。
さらに、１次加工管３０ｂを、短径ａ２、周長Ｌにすることができるのであれば、長径（内径）はｂ以下であってもよい。
【００３４】
（軸押し部１５）
ハイドロフォーミング装置１は、さらに軸押し部１５を備える。軸押し部１５は、加工空間Ｓ１の前後に設けられた一対の部材である。一対の軸押し部１５は、それぞれが前空間Ｓ１ｆ及び後空間Ｓ１ｂ内を前後に進退可能で、管体３０の軸方向に押し込んで管体３０の長さを縮小させる方向に、管体３０を両端側から押圧する。
軸押し部１５には、それぞれ前後に延びる貫通孔１６が設けられている。その貫通孔１６を介して、例えば水である加圧用流体が管体３０の内部に流入可能となっている。
【００３５】
（製造方法）
次に、実施形態のハイドロフォーミング装置１を用いた、管体３０のハイドロフォーミング方法について説明する。図４はハイドロフォーミング方法を説明するフローチャートである。
【００３６】
（ハイドロフォーミング工程）
まず、素管３０ａを、ハイドロフォーミング部１０の下金型１１ｄの下凹部１２ｄ上に配置する（ステップＳ１）。
【００３７】
ここで、図３に示すように下金型１１ｄ上に上金型１１ｕが配置されたときに、上凹部１２ｕと下凹部１２ｄとで形成された加工空間Ｓ１における短径となる方向を上下方向とする。
そして、素管３０ａの軸Ａから、上方向に延びる直線を直線ｒ０１とする。素管３０ａの軸Ａから溶接部３３へ延びる直線を直線ｒ０２とする。素管３０ａは、直線ｒ０１と直線ｒ０２との間の劣角θ０が、約６０度となるように下凹部１２ｄ上に配置する。なお、劣角θ０は約６０度に限らないが、６０度以上９０度以下の範囲であることが好ましい。
【００３８】
また、素管３０ａの外周における、中央空間Ｓ１ｍの短径方向の上部は、拡管したときに最初に第２上金型２１ｕと当接する当接部３１である。
素管３０ａの外周における、中央空間Ｓ１ｍの短径方向の下部は、素管３０ａを下金型１１ｄ上に配置したときに下金型１１ｄ上と当接する、当接部３１と軸Ａを挟んだ反対側の第２当接部３２である。
【００３９】
このとき、素管３０ａの前後の端部は、前空間Ｓ１ｆ及び後空間Ｓ１ｂの下部を構成する下凹部１２ｄの前端部と後端部上に載置される。素管３０ａの中央部は、中央空間Ｓ１ｍの下部を構成する下凹部１２ｄの底面とは接しておらず、浮いた状態である。
【００４０】
次いで、上金型１１ｕを下金型１１ｄ側に下降させ、上金型１１ｕの上面と下金型１１ｄの下面とを接触させて、上金型１１ｕを下金型１１ｄの方向へ押圧する（ステップＳ２）。
加工空間Ｓ１に配置された素管３０ａの前後の端部は、前空間Ｓ１ｆ及び後空間Ｓ１ｂ内に配置され、下金型１１ｄと上金型１１ｕとで挟持される。
一方、素管３０ａの中央部は、中央空間Ｓ１ｍ内に配置されているが、下金型１１ｄと上金型１１ｕとは接していない。
【００４１】
一対の軸押し部１５をそれぞれ素管３０ａの両端に接触させて、貫通孔１６より流体を流し込み、素管３０ａ内部を加圧する（ステップＳ３）。
【００４２】
素管３０ａの内部が加圧された状態で、一対の軸押し部１５を互いに近づく方向に移動させ、すなわち素管３０ａを収縮させる（ステップＳ４）。
ここで素管３０ａはハイドロフォーミング工程の初期段階において、断面円形を保ったまま径を拡大していく。そうすると、当接部３１と第２当接部３２は、素管３０ａの拡管率が接触拡管率の１２．５％になったときに、金型１１の凹部１２ｕ、１２ｄの内壁と接触する。
その後、当接部３１と第２当接部３２との間の距離はａ２に保たれたまま、それと直交する方向の距離が拡大し続け楕円形となり、長径がｂになったところで金型１１の凹部１２ｕ、１２ｄの内壁と接触する。これにより、素管３０ａは断面楕円、短径ａ１、長径ｂの１次加工管３０ｂに成形される。
なお、本実施形態では、接触拡管率は１２．５％であるが、これに限らず、１４％以下であればよい。
【００４３】
ここで、図５は、縦軸を管体３０に加える内圧、横軸を押込み量（管体３０の収縮量）としたときの、割れ限界線Ｗ及びしわ座屈限界線Ｓを示したグラフである。割れ限界線Ｗは、管体３０の内圧と軸押し込み量の関係が、この割れ限界線Ｗ以上になった場合に、管体３０に割れが発生するラインである。
しわ座屈限界線Ｓは、管体３０の内圧と軸押し込み量の関係が、このしわ座屈限界線Ｓ以下になった場合に、管体３０にしわ及び座屈が発生するラインである。しわ座屈限界線Ｓは、管体３０の収縮量が少ない領域ではしわ限界線Ｓｓと座屈限界線Ｓｚに分岐している。
【００４４】
管体３０の断面形状を所望の形状にハイドロフォーミングするには、管体３０に内圧を加えて拡管（膨張）させる。管体３０の壁厚は、拡管させると減少するので、拡管が進んで壁厚が薄くなると、割れや亀裂が発生する可能性がある。
しかし、管体３０を軸押し部１５により軸Ａ方向に押圧して、管長を収縮させることにより、管体３０の材料が拡管部分に移動され、拡管による壁厚の減少が低減、又は防止され、これにより割れ等の発生の可能性が低減される。
【００４５】
ところで、管体３０を所望の形状に変形させるには、所定の内圧、所定の軸押し込み量が必要となる。図５において、例えば点Ｐの位置が、その所定内圧と所定軸押し込み量の場合、管体３０を内圧０及び軸押し込み量０の状態点Ｏから点Ｐの状態にする必要がある。
点Ｏから点Ｐの状態に遷移させるとき、しわ座屈限界線Ｓと割れ限界線Ｗとの間の図中斜線で示す領域Ｒから逸脱せずに状態が変化するように軸押し込み量及び内圧を調整していくことが好ましい。斜線の中からはみ出ると、割れが発生したり、しわや座屈が生じやすくなったりするからである。
【００４６】
しかし、ハイドロフォーミング装置１によっては、軸押し込み量を変更することと、内圧を変えることを同時に行うことができない装置がある。その場合、領域Ｒからはみ出ずに、点Ｏから点Ｐに状態を変化させるには以下の方法が考えられる。
【００４７】
領域Ｒからはみ出さない範囲で内圧を上げて、その内圧で軸押し込み量を増加させ、領域Ｒからはみ出しそうになったら、押し込みを停止して、領域Ｒからはみ出さない範囲でさらに内圧を上げる、というステップを何回か繰り返す方法である。
しかし、この場合、ハイドロフォーミング装置１の操作が煩雑になり、作業時間がかかり効率的でない。
【００４８】
このため一点鎖線Ｍで示すように、一旦領域Ｒからはみ出さない範囲で内圧を上げて、その内圧で軸押し込み量を増加させる。押し込み量を増加させている最中に領域Ｒからはみ出すが、そのまま軸押し込み量を増加し続け、所定の軸押し込み量になったら、再度内圧を上げる方法もある。このとき、しわ座屈限界線を超えるのでしわが発生するが、最後に再度内圧を所定値まで上げる際にある程度のしわを取ることができる。
しかし、この方法だと、座屈やしわが大きい場合、発生した座屈やしわを取りきれない可能性がある。座屈やしわが残ると製品として利用できず、歩留まりが悪化する。
【００４９】
そこで、実施形態のハイドロフォーミング工程は、金型１１に設けられた加工空間Ｓ１に配置された素管３０ａに内圧を加えて拡管させつつ、素管３０ａの軸Ａ方向の長さを縮小させる方向に素管３０ａを軸押し部１５によって両端側から押圧することによって、素管３０ａの軸と直交する断面形状を変形させる。
そして素管３０ａの外周における、軸Ａと平行な、当接部３１と第２当接部３２とを、素管３０ａの拡管過程において、他の部分よりも早期に金型１１に接触させる。
すなわち、実施形態のハイドロフォーミング部１０の加工空間Ｓ１は略楕円であるので、当接部３１と第２当接部３２との互いの間の距離が広がらないように、素管３０ａが金型１１に保持される。
【００５０】
そうすると、素管３０ａがさらに拡管し続けても、当接部３１と第２当接部３２との互いの間の距離はこれ以上広がらず、素管３０ａはそれと直交する横方向に延びていくので、素管３０ａは楕円になる。
さらに素管３０ａの軸押し込み量を増加していくと、図５のグラフのしわ座屈限界線Ｓの下方領域に入り、若干のしわが発生する可能性がある。
しかし、素管３０ａの当接部３１が上凹部１２ｕの内面、当接部３１と径方向の反対側のライン状の部分が下凹部１２ｄの内面と当接して押さえられているため、素管３０ａに座屈が発生しにくい。
【００５１】
図６（ａ）は比較形態で、溶接部３３がない断面円形の素管３０ａを断面楕円に拡管した１次加工管３０ｂの円周壁面における相当塑性ひずみを示すグラフである。
塑性ひずみとは、弾塑性材料において塑性が発生するような荷重を負荷したとき、除荷しても元に戻らないひずみを指し、相当塑性ひずみとは、３次元応力状態での塑性ひずみを１軸応力状態での塑性ひずみに換算したものである。
【００５２】
図中横軸は、素管３０ａの円周壁面上の位置を示すものであり、軸線Ａから、拡管したときに最初に第２上金型２１ｕと当接する当接部３１に延びる直線ｒ０１と、軸線Ａから素管３０ａの円周壁面上の任意の点に延びる直線との間の角度θ０で示す。
図示するように相当塑性ひずみは、θ０が０度で最大となり、角度が大きくなるほど小さくなる。
【００５３】
図６（ｂ）は比較形態で、溶接部３３を有する断面円形の素管３０ａであり、素管３０ａの軸Ａから、拡管したときに最初に第２上金型２１ｕと当接する当接部３１に延びる直線ｒ０１と、素管３０ａの軸Ａから溶接部３３へ延びる直線ｒ０２との間の角度θ０が０度の場合である。すなわち、当接部３１と溶接部３３とが同じ位置にある断面円形の素管３０ａを、断面楕円に拡管した１次加工管３０ｂの円周壁面における相当塑性ひずみを示すグラフである。
【００５４】
グラフに示すように、当接部３１と溶接部３３とが同じ位置にある場合、溶接部３３の両端において、相当塑性ひずみが増加する。すなわち、溶接部３３がない場合においても相当塑性ひずみが最大となるθが０度の位置においては、溶接部３３がある場合、溶接部３３の両端における相当塑性ひずみが、さらに増大する。
【００５５】
相当塑性ひずみが増大すると割れが生じる可能性がある。したがって、当接部３１と溶接部３３とが同じ位置にある場合、成形限界が低下し、目的の拡管形状を得られない可能性がある。
【００５６】
図７は、溶接部３３の位置をθ０＝０から９０度まで変化させたときの、溶接部３３における相当塑性ひずみの最大値を示したグラフである。
グラフに示すように、溶接部３３の位置がθ０＝０度である図６（ｂ）の状態からθ０が増加するにつれ、図６（ａ）に示す溶接部３３がない場合との差が減少し、θ０＝６０度以上では、溶接部３３における、溶接部３３に起因する相当塑性ひずみの増加が見られない。すなわち、溶接部３３が当接部３１から６０度以上離れると、溶接部３３での相当塑性ひずみの増加は発生しないことがわかる。
【００５７】
本実施形態では、溶接部３３が当接部３１から６０度である。したがって、溶接部３３でも相当塑性ひずみが増加しない。したがって、成形限界が低下せず、生産性を向上させることができる。
【００５８】
また、本実施形態によると、素管３０ａに内圧を加えると、素管３０ａは拡管（膨張）し始める。この状態で、軸押し部１５によって素管３０ａを軸Ａ方向に収縮させていくと、素管３０ａは径方向に膨張するが、長さ方向に収縮することによって、管壁の厚さの減少が補われ、素管３０ａの割れ等が生じにくい。
【００５９】
ここで、実施形態の効果を検証するために、中央空間Ｓ１ｍの短径側クリアランスが２．９ｍｍと長径側クリアランスが４．９ｍｍのハイドロフォーミング装置１を用いて、θ０の角度を変えて素管３０ａを拡管した。接触拡管率は２１％である。実施例１、実施例２、実施例３、実施例４は、それぞれθ０の角度を１５度、３０度、６０度、９０度としたものである。また、θ０の角度が０度の比較例も用意した。
その他の条件は以下である。
素管：外径φ２７ｍｍ，厚み１．５ｍｍ，長さ２５０ｍｍ
中央空間Ｓ１ｍ：周長１１０ｍｍ
経路Ｇ＝内圧増加分（ＭＰａ）／軸押込み量（ｍｍ）＝１．０
【００６０】
図８は、実施例１、実施例２、実施例３、実施例４及び比較例における、割れの発生状態を測定した結果を示す表である。図８に示すように、比較例のθ０＝０度においては大きな割れが発生した。一方、本実施形態に係る実施例１および実施例２においては軽微な割れが発生し、実施例３および実施例４においては割れが発生しなかった。
【００６１】
以上の結果より、本実施形態のように実施例１、実施例２、実施例３、実施例４は、それぞれθ０の角度を１５度、３０度、６０度、９０度の場合、管体３０に割れが発生しにくいことがわかる。
【００６２】
図４のフローチャートに戻り、管体３０を所定の軸押し込み量まで押し込んだら内圧を上げる（ステップＳ５）。これにより、若干のしわが発生していたとしても、大きな座屈を伴うものでない為、しわが消滅する。
最終的に、管体３０が短径ａ２、長径ｂ、周長Ｌの１次加工管３０ｂになったらハイドロフォーミング工程を終了する。
【００６３】
以上、ハイドロフォーミング工程は、金型１１に設けられた加工空間Ｓ１に配置された素管３０ａに内圧を加えて拡管させつつ、素管３０ａの軸Ａ方向の長さを縮小させる方向に管体３０を軸押し部１５によって両端側から押圧することによって、素管３０ａの軸と直交する断面形状を変形させる。
そして素管３０ａの外周における、軸Ａと平行な、当接部３１を、素管３０ａの拡管過程において、他の部分よりも早期に金型１１に接触させる。楕円形状の拡管において、溶接部をθ０＝０度から避けることでひずみの集中を回避して、成形性を向上させることができる。
【００６４】
そうすると、管体３０がさらに拡管し続けても、管体３０に割れが発生しにくい。
【００６５】
また、本実施形態によると、管体３０に内圧を加えると、管体３０は拡管（膨張）し始める。この状態で、軸押し部１５によって管体３０を軸Ａ方向に収縮させていくと、管体３０は径方向に膨張するが、長さ方向に収縮することによって、管壁の厚さの減少が補われ、管体３０の割れ等が生じにくい。
【符号の説明】
【００６６】
Ａ    軸
Ｓ１    加工空間
Ｓ１ｍ    中央空間
１０    ハイドロフォーミング部
１１    金型
１１ｄ    下金型
１１ｕ    上金型
１２ｄ    下凹部
１２ｕ    上凹部
１５    軸押し部
１６    貫通孔
３０    管体
３０ａ    素管
３１    当接部
３３    溶接部
【図１】
2020082130.tif 000003
【図２】
2020082130.tif 000004
【図３】
2020082130.tif 000005
【図４】
2020082130.tif 000006
【図５】
2020082130.tif 000007
【図６】
2020082130.tif 000008
【図７】
2020082130.tif 000009
【図８】
2020082130.tif 000010