(57)【要約】【課題】本発明は、フランジを備えた中空体の製造方法を提供する。【解決手段】本発明のフランジを備えた中空体の製造方法は、管状のブランクにハイドロホーミング工程を施すステップを含み得る。この管状のブランクは、変形及び成形過程を経て、中空体及び中空フランジを形成する。中空フランジに対しては、中空フランジにおける互いに向かい合う内面を一体にし、それらの内面を当接させて平坦なフランジを形成する平坦化工程などの後続工程を施すことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状のブランクを設けるステップと、
前記管状のブランクを、それぞれ本体を形成する空洞部、及び、フランジを形成する空洞部を備えた第１及び第２のダイ半分の間に配置するステップと、
前記管状のブランクに内部油圧を加えるステップと、
前記管状のブランクに対し前記第１及び第２のダイ半分を閉じて、前記本体を形成する空洞部により中空体を形成し、かつ、前記フランジを形成する空洞部により前記中空体から延設された中空フランジを形成するステップと、
前記第１及び第２のダイ半分を開くステップと、
前記第１及び第２のダイ半分から前記中空体及び前記中空フランジを取り除くステップと、
前記中空フランジを平坦化し、それにより、前記中空フランジにおける向かい合う内面を一体にして、前記内面が当接した平坦なフランジを形成する平坦化ステップと、
を含むことを特徴とするフランジを有する中空体の製造方法。
【請求項２】
前記平坦化ステップが、前記中空フランジを圧印加工することで、前記中空フランジの向かい合う内面を一体にして、前記内面が当接した平坦なフランジを形成することを含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記製造方法が、前記平坦なフランジの当接した前記内面を溶接するステップを含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記製造方法が、前記平坦なフランジの末端を切り取る切断ステップを含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記切断ステップが、前記平坦なフランジから前記末端をせん断するせん断ステップを含む、請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記中空フランジが、前記中空フランジにおける互いに離れた内面、及び、当接界面によって部分的に形成された中空空間を有し、そして、前記内面が一体となって、互いに接触するようになっている、請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】
前記当接界面において、前記第１及び第２のダイ半分の分割線Ａを基準とした、前記第１及び第２のフランジを形成する空洞部のそれぞれの深さが、前記当接界面における前記管状のブランクの壁厚に概して同じである、請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
前記中空フランジの外端の曲げ半径が、前記中空フランジにおける前記管状のブランクの壁厚の約２倍よい大きく、かつ、前記中空フランジにおける前記管状のブランクの壁厚の約６倍より小さい、請求項１に記載の製造方法。
【請求項９】
管状のブランクが、高強度スチールで構成されている、請求項１に記載の製造方法。
【請求項１０】
管状のブランクを設けるステップと、
前記管状のブランクを、それぞれ本体を形成する空洞部、及び、フランジを形成する空洞部を備えた第１及び第２のダイ半分の間に配置するステップと、
前記管状のブランクに内部油圧を加えるステップと、
前記管状のブランクに対し前記第１及び第２のダイ半分を閉じて、前記本体を形成する空洞部により中空体を形成し、かつ、前記フランジを形成する空洞部により前記中空体から延設された中空フランジを形成するステップと、
前記第１及び第２のダイ半分を開くステップと、
前記第１及び第２のダイ半分から前記中空体及び前記中空フランジを取り除くステップと、
を含む中空フランジを備えた中空体の製造方法であって、
前記中空体が、第１の中空空間を形成し、かつ、前記中空フランジが、第２の中空空間を形成し、そして、
前記第１及び第２の中空空間が、当接界面によって分離されていて、前記管状のブランクにおける向かい合う内面が、前記第１及び第２のダイ半分によって一体となり、前記当接界面において互いに接触するようになっている
ことを特徴とする中空フランジを備えた中空体の製造方法。
【請求項１１】
前記当接界面において、前記第１及び第２のダイ半分の分割線Ａを基準とした、前記第１及び第２のフランジを形成する空洞部のそれぞれの深さが、前記当接界面における前記管状のブランクの壁厚に概して同じである、請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記中空フランジの外端の曲げ半径が、前記中空フランジにおける前記管状のブランクの壁厚の約２倍よい大きく、かつ、前記中空フランジにおける前記管状のブランクの壁厚の約６倍より小さい、請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１３】
管状のブランクを設けるステップと、
前記管状のブランクにハイドロホーミング工程を施して、中空体及び中空フランジを形成するステップと、
を含む中空フランジを備えた中空体の製造方法であって、
前記中空フランジの外端の曲げ半径が、前記中空フランジにおける前記管状のブランクの壁厚の約２倍より大きく、かつ、前記中空フランジにおける前記管状のブランクの壁厚の約６倍より小さい
ことを特徴とする中空フランジを備えた中空体の製造方法。
【請求項１４】
前記ハイドロホーミング工程が、前記管状のブランクを変形させるが、前記管状のブランクを膨張させない、請求項１３に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記管状のブランクが、高強度スチールで構成されている、請求項１３に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記中空体が、第１の中空空間を形成し、かつ、前記中空フランジが、第２の中空空間を形成し、そして、
前記第１及び第２の中空空間が、当接界面によって分離されていて、前記管状のブランクにおける向かい合う内面が、前記第１及び第２のダイ半分によって一体となり、前記当接界面において互いに接触するようになっている、請求項１３に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２００９年２月１６日に提出された米国特許仮出願第６１／１５２，８７０号に基づく優先権を伴う出願である。この優先権の基礎となった米国仮出願の内容は、その全体として本明細書に含まれるものとする。
【０００２】
本発明は、中空体（hollow body）の製造方法、特に、フランジ（flange）を有する中空体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
比較的複雑な断面形状（cross-sectional profile）を有する中空体は、ハイドロホーミング工程（hydroforming process）によって管状のブランク（tubular blank）から成形されるのが通常である。この工程において、管状のブランクは、最終製品の所定の形状に合わせた一対のダイ（型）の間に配置され、ダイが閉じられ、そして、管状のブランクの内部で内部油圧（internal hydraulic pressure）が加えられることにより、管状のブランクがダイの形状を持つようになる。場合によって、フランジは、ハイドロホーミング工程の一部として中空体と共に形成される。しかしながら、場合によっては、フランジを形成することによって、関連中空体の割れ（crack）又はその他の漏れ（leak）を生じさせ、それにより、ハイドロホーミング工程が失敗に終ってしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、フランジを備えた中空体の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１以上の具体例において、フランジを備えた中空体の製造方法は、管状のブランクを設けるステップを含み得る。この製造方法は、前記管状のブランクを、第１及び第２のダイ半分の間に配置するステップを含み得る。第１及び第２のダイ半分は、それぞれ本体を形成する空洞部、及び、フランジを形成する空洞部を有し得る。この製造方法は、前記管状のブランクに内部油圧を加えるステップを含み得る。この製造方法は、前記管状のブランクに対し前記第１及び第２のダイ半分を閉じて、前記本体を形成する空洞部により中空体を形成し、かつ、前記フランジを形成する空洞部により前記中空体から延設された中空フランジを形成するステップを含み得る。この製造方法は、前記第１及び第２のダイ半分を開くステップを含み得る。この製造方法は、前記第１及び第２のダイ半分から前記中空体及び前記中空フランジを取り除くステップを含み得る。この製造方法は、前記中空フランジを平坦化し、それにより、前記中空フランジにおける向かい合う内面を一体にして、前記内面が当接した平坦なフランジを形成する平坦化ステップを含み得る。
【０００６】
１以上の具体例において、フランジを備えた中空体の製造方法は、管状のブランクを設けるステップを含み得る。この製造方法は、前記管状のブランクを、第１及び第２のダイ半分の間に配置するステップを含み得る。第１及び第２のダイ半分は、それぞれ本体を形成する空洞部、及び、フランジを形成する空洞部を有し得る。この製造方法は、前記管状のブランクに内部油圧を加えるステップを含み得る。この製造方法は、前記管状のブランクに対し前記第１及び第２のダイ半分を閉じて、前記本体を形成する空洞部により中空体を形成し、かつ、前記フランジを形成する空洞部により前記中空体から延設された中空フランジを形成するステップを含み得る。この製造方法は、前記第１及び第２のダイ半分を開いて、前記第１及び第２のダイ半分から前記中空体及び前記中空フランジを取り除くステップを含み得る。前記中空体は、前記第１の中空空間を形成し、かつ、前記中空フランジは、前記第２の中空空間を形成し得る。前記第１及び第２の中空空間は、当接界面によって分離されていて、前記管状のブランクにおける向かい合う内面が、前記第１及び第２のダイ半分によって一体となり、前記当接界面において互いに接触するようになっている。
【０００７】
１以上の具体例において、フランジを備えた中空体の製造方法は、管状のブランクを設けるステップと、前記管状のブランクにハイドロホーミング工程を施すステップと、を含み得る。このハイドロホーミング工程により、中空体及び中空フランジを形成し得る。前記中空フランジの外端の曲げ半径は、前記中空フランジにおける前記管状のブランクの壁厚の約２倍より大きく、かつ、前記中空フランジにおける前記管状のブランクの壁厚の約６倍より小さいものであり得る。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、フランジ部分を形成することによって生じ得る中空体の割れ又はその他の漏れなどを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、管状のブランクに係る１つの具体例を示す側面図である。
【図２】図２は、第１及び第２のダイ半分（die half）に配された図１の管状のブランクを示す断面図である。
【図３】図３は、第１及び第２のダイ半分を閉じたときを示す断面図である。
【図４】図４は、第１及び第２のダイ半分が完全に閉じられた後、管状のブランクに増加された内部油圧が加えられる前の状態を示す断面図である。
【図５】図５は、第１及び第２のダイ半分が完全に閉じられた後、管状のブランクに増加された内部油圧が加えられた後の状態を示す断面図である。
【図６】図６は、圧印加工（coining process）の一例の最初の段階を示す断面図である。
【図７】図７は、図６の圧印加工における次の段階を示す断面図である。
【図８】図８は、溶接工程（welding process）の一例を示す断面図である。
【図９】図９は、せん断工程（shearing process）の一例の断面図である。
【図１０】図１０は、フランジを有する中空体に係る具体例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に示す本発明に係る好ましい具体例については、添付した図面に基づいて詳細に説明していく。
【００１１】
添付した図面を参照すると、管状のブランク（tubular blank）１０は、ハイドロホーミング工程（hydroforming process）を経て、フランジ１４を有する中空体１２に成形される。更なる金属加工工程を施して、中空体１２及びフランジ１４を、例えば、ウェザー・ストリップ（weather strip）及び／又はその他の部品を取り付けるためのフランジを備えたドア補強材（door reinforcement）のような自動車用の部品等の所定の最終製品に成形することができる。勿論、その他の用途及び別の部品も可能である。
【００１２】
図１によれば、管状のブランク１０は、円形の（環状）断面を有し、所定のサイズに切断され、かつ、マンドレル曲げ（mandrel bending）、伸長曲げ（stretch bending）、又は、その他の適切な曲げ工程によって概してＬ字形状に曲げられる。管状のブランク１０は、別の形状及びサイズを有していても良い。例えば、管状のブランクは、Ｌ字形状にされる必要はなく、全く曲げられなくても良い。この管状のブランク１０は、均一な（uniform）高強度材料、例えば、Ｄｕａｌ  Ｐｈａｓｅ（ＤＰ）７８０（級）スチール、ＤＰ９８０（級）スチール、又は、５８０ＭＰａ最大抗張力スチール（ultimate tensile strength class steel）で構成され得る。この種のスチールは、２０％未満の比較的低い伸び（elongation）を示し、かつ、この材料の一部がそれ自体に対して平面状に（即ち、平坦に）曲げられたときに折れたり（crease）、割れたり（crack）、又は、漏れたりする（leak）。１つの具体例において、管状のブランク１０は、ハイドロホーミング工程によって所定の最終製品に形成され、かつ、さらに平板化工程（flattening process）、溶接工程、及び、切断工程を経て（最終製品に）形成され得る。これらの工程については、特定のステップ、特定の順番に沿って説明されるが、異なるステップ、異なる順番にて実施することも可能である。例えば、切断工程は、溶接工程の前に行うことができる。また、必ずしもこれらの工程全てを実施する必要はない。
【００１３】
ハイドロホーミング工程は、管状のブランク１０を、比較的複雑な断面形状を有する異なる形状にする工程である。このハイドロホーミング工程は、いわゆる「油圧シーケンスハイドロホーミング工程（pressure-sequence hydroforming process）」であっても、その他の種のものであっても良い。図２によれば、第１のステップとして、管状のブランク１０は、ハイドロホーミング機械内に配置され、開いた状態の第１のダイ半分（die half）１６及び第２のダイ半分１８の間に配置される。第１のダイ半分１６は、第１の本体を形成する空洞（cavity）２０、及び、第１のフランジを形成する空洞２２を有し、かつ、第２のダイ半分１８は、第２の本体を形成する空洞２４、及び、第２のフランジを形成する空洞２６を有している。第１及び第２のダイ半分１６，１８があわせられて（即ち、一体となって）完全に閉じられると、第１及び第２の本体を形成する空洞２０、２４は、中空体１２の形状にマッチし（match）、そして、第１及び第２のフランジを形成する空洞２２、２６は、フランジ１４の形状にマッチする。第１及び第２の本体を形成する空洞２０、２４、並びに、第１及び第２のフランジを形成する空洞２２、２６は、図面等に示したものとは異なる形状及びサイズを有するものであっても良い。
【００１４】
図３によれば、管状のブランク１０の端部がシール（seal）され、かつ、管状のブランク１０の内部に内部油圧（internal hydraulic pressure）が加えられる。この内部油圧は、ダイ半分が徐々に閉じられるにつれて崩壊（collapse）及び／又はバックリング（buckling）に対し管状のブランク１０を支持しつつも、管状のブランクの変形及び成形を許容する数値であり得る。例えば、この内部油圧は、約１０００ｐｓｉであっても良い。しかしながら、その他の内部油圧も可能である。第１及び第２のダイ半分１６，１８は、あわせられて、徐々に閉じられる（部分的に閉じられた状態が図３に示されている。）。それにより、管状のブランク１０が徐々に変形され、成形され得る。別の例を挙げると、第１及び第２のダイ半分１６、１８があわせられるにつれて、内部油圧がそのまま保持されても、徐々に増加されても良い。一例を挙げると、管状のブランク１０の端部シール（end seal）に圧力リリーフ弁（pressure relief valve）（図示せず）が具備されていても良い。
【００１５】
図４によれば、第１及び第２のダイ半分１６，１８が完全に閉じられている。管状のブランク１０は、中空状態（hollow state）のフランジ１４及び中空体１２を有している。中空フランジ（hollow flange）１４は、第１のフランジ壁３０及びその反対側にある（即ち、対向する）第２のフランジ壁３２を有している。これらのフランジ壁は、当接界面（abutment interface）３４において第１及び第２のフランジを形成する空洞２２，２６によって共に閉じられ、又は、締めつけられて（pinched）、１以上の中空空間（hollow space）２８を形成する。一例において、フランジ壁３０、３２は、互いに接触していない。この中空空間２８は、当接界面３４によって、中空空間３６（中空体１２によって形成されている。）から分離されている。分割線（split line）Ａに対する、当接界面３４に隣接した第１及び第２のフランジを形成する空洞２２、２６のぞれぞれの深さは、そこにある管状のブランク１０の壁厚とほぼ一致する。それに反して、当接界面３４以外の位置において第１及び第２のフランジを形成する空洞２２、２６のぞれぞれの深さは、管状のブランク１０の壁厚よりも大きくなっている。その他の位置における深さは、壁厚の約４倍であっても良く、かつ、壁厚の約２倍〜約６倍の程度であっても良い。中空フランジ１４の外端（outer end）３７、及び、管状のブランク１０に形成されたその他の曲げ部（bend）における曲げられた外側のコーナ（radiused outside corner）は、壁厚の約２倍より大きく、かつ、壁厚の約６倍よりも小さいものであっても良い（これらの関係については、図４に示した中空フランジについて後述する。）。一例において、曲げられた外側のコーナ（即ち、曲げ半径）は、約２：１〜約６：１の曲げられたコーナ対壁厚の比率を生じる。これらの関係を満たす限り、外端３７における折れ、割れ、又は、その他の漏れを防ぐことができる。例えば、壁厚は、０．８ｍｍ及び２．０ｍｍを含み得る。この場合、２：１の比率では、曲げ半径が１．６ｍｍであり、６：１の比率では、曲げ半径が１２．０ｍｍである。その他の壁厚、及び、それに応じた曲げ半径も当然可能である。
【００１６】
図５によれば、第１及び第２のダイ半分１６，１８は完全に閉じられた状態を保持しつつ、だいたい形成された中空体１２内の内部油圧が増加されて、その中空体が第１及び第２のダイ半分１６，１８の形状に従う。増加された内部油圧は、管状のブランク１０の壁を第１及び第２のダイ半分１６，１８に押し付ける程度であり、及び／又は、ブランクに穴を開けるときに崩壊（collapse）又は望まれない変形からブランクを支持する程度であり得る。例えば、増加された内部油圧は、約１０，０００ｐｓｉであり得る。しかし、その他の圧力値も可能である。増加された内部油圧は、その後なくなり、第１及び第２のダイ半分１６、１８が開き、中空フランジ１４を備えたワンピース（one-piece）の中空体１２を取り除く。このハイドロホーミング工程において、内部油圧は、管状のブランクの断面を膨張させない程度のものであり得る。言い換えれば、管状のブランクの壁厚が目に見えるほど薄くならないし（ただ、曲げられた部分においてわずかな膨張が見られる可能性はある。）、その代わりに、この工程中にダイ半分によって管状のブランクに加えられた圧縮力などによってせいぜいその断面の形状が変わる（即ち、変形される）だけで、壁断面（cross-sectioned wall）の外周（周辺）長さ（perimeter length）に変化はない。この実施例において、内部油圧は、管状のブランクを膨張させるには不十分である点から、油圧は、ハイドロホーミング工程の際にマンドレル（mandrel）としてはたらく。勿論、別のハイドロホーミング工程においては、管状のブランクが膨張する場合もあり得る。
【００１７】
平坦化工程を経て、中空フランジ１４が平坦なフランジに形成される（図７）。中空体１２及び中空フランジ１４は、ハイドロホーミング機械から、平坦化工程のための別途の機械に移される。この平坦化工程は、中空フランジ１４を平坦なフランジに加工する金属加工工程であり得る。つまり、第１及び第２のフランジ壁３０，３２における向かい合う内面３８，４０が一体となって、それぞれの長さに沿って互いに当接するようになる。図６に示した平坦化工程は、圧印加工（coining process）である。中空体１２は、圧印機械４２に固定され（取り付けられ）、又は、保持され、そして、中空フランジ１４は、固定されたダイ４４上に配置されている。図７によれば、圧印ダイ４６は、中空フランジ１４の一面を打ち、フランジを平坦にし、かつ、中空空間２８を閉じて平坦なフランジを形成する。この圧印ダイ４６は、後退し、そして、平坦なフランジ１４を有する中空体１２が回収される。管状のブランク１０の材質によっては、平坦化工程の際に、フランジ１４、中空体１２、又は、フランジ１４及び中空体１２の両方は、中空体及び／又はフランジの構造的完全性（structural integrity）には影響を及ぼさない程度の割れ（crack）を生じさせる可能性がある。通常、平坦化工程に生じた割れはハイドロホーミング工程に悪影響を及ぼしかねない。この平坦化工程は、ハイドロホーミング工程の後に行われるので、もし割れが生じたとしても、（その割れが）ハイドロホーミング工程に影響するものではない。勿論、割れは全く生じない場合もあり得る。その他の平坦化工程も可能である。
【００１８】
溶接工程は、第１及び第２のフランジ壁３０，３２をつないで（即ち、結合させて）、平坦なフランジ１４を強化する工程である。中空体１２及び平坦なフランジ１４は、平坦化機械から離されて、溶接工程用の別の溶接機械の方に移される。図８に示した溶接工程の具体例は、スポット溶接工程（spot welding process）である。中空体１２は、第１の溶接電極４８と第２の溶接電極５０との間に配置された平坦なフランジ１４により、固定され、又は、保持され得る。第１及び第２の溶接電極４８、５０は、平坦なフランジ１４において互いに近づいて、第１及び第２のフランジ壁３０，３２を結合させる。その他の溶接方法も可能である。
【００１９】
切断工程は、平坦なフランジ１４の末端（terminal end）５２を、そのフランジから取り除いて、そこにより短い縁（edge）を生じさせる工程である。中空体１２及び平坦なフランジ１４は、溶接機械から離され、切断工程用の別の切断機械の方に移される。図９に示した切断工程の具体例は、せん断工程（shearing process）である。中空体１２は、 平坦なフランジ１４が固定された刃５６上に配置された状態で、せん断機械５４に固定、又は、保持され得る。可動性刃５８が末端５２上に降りてきて、平坦なフランジ１４から端部を削ぎ取る（又は、せん断する）（shear off）。その他の切断工程も可能である。
【００２０】
切断機械から取り除かれると、中空体１２及び平坦なフランジ１４は、所定の最終製品の断面により示したとおり（図１０）、少なくともほぼ完成されている。更なる後続処理が行われる場合もあり得る。例えば、所定の最終製品の用途に応じて、中空体１２、平坦なフランジ１４、又は、これらの両方に対し、更なる金属加工及び成形を施すこともあり得る。また、所定の最終製品は、必ずしもその全体の範囲を通して図１０の断面形状を有する必要はなく、例えば、平坦なフランジ１４を有しないで中空体１２だけを有する所定の最終製品も可能であるし、平坦なフランジ１４のその他の部分よりも中空体からより離れて、又は、より短く延びている平坦なフランジの部分もあり得る。
【００２１】
本明細書に記載した実施形態は、好ましい具体例を示したに過ぎず、それ以外に多くの実施形態が可能である。本明細書は、こうした全ての実施形態を言及したものではない。本明細書に使用された用語は、単に記述的であり、本発明の技術的思想を制限するものではない。したがって、本発明の技術的思想の範囲内では様々な変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００２２】
１０    管状のブランク
１２    中空体
１４    フランジ
１６    第１のダイ半分（die half）
１８    第２のダイ半分
２０、２２、２４、２６    空洞（部）
２８、３６    中空空間
３０    第１のフランジ壁
３２    第２のフランジ壁
３４    当接界面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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