(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイキャビティ内に保持された金属素材管に自由バルジしない程度の初期液圧を作用させながら、ダイキャビティ内で工具を前記素材管に対して相対移動させて素材管を多角形断面を備えた部材に成形する液圧成形方法において、
前記素材管を挟んで相対向して配置されると共に、素材管に当接する成形面の少なくとも一方の端部にダイキャビティの工具との摺接面に対して鈍角をなす傾斜面をそれぞれ備えた二つの工具を同時に移動させて、多角形断面部材の少なくとも一部の一定断面形状部分を成形前素材管の断面周長よりも短く成形し、多角形断面部材の隣接する少なくとも２辺の成形品板厚を素材管の初期板厚よりも増加させることを特徴とする液圧成形方法。
【請求項２】
隣接する少なくとも２辺の板厚を素材管の初期板厚に対して３％以上増加させることを特徴とする請求項１記載の液圧成形方法。
【請求項３】
金属素材管を収容するダイキャビティを備えたダイと、ダイキャビティ内に収容された前記素材管を挟んで相対向する位置に配置されて素材管に対してダイキャビティ内を相対的に移動すると共に、素材管に当接する成形面の少なくとも一方の端部に傾斜面をそれぞれ備えた二つの工具を有し、該工具の傾斜面がダイキャビティの工具との摺接面に対して１３５〜１６５°の範囲の角度をなしていることを特徴とする液圧成形型。
【請求項４】
工具の横断面における前記傾斜面の長さＬと前記素材管の初期板厚ｔ０との比Ｄ（Ｌ／ｔ０）が４〜７．５の範囲であると共に、前記工具の傾斜面とダイキャビティの工具との摺接面のなす角度θが（１０Ｄ＋６８）°以上であることを特徴とする請求項３記載の液圧成形型。
【請求項５】
両工具が成形面の両側端部に傾斜面をそれぞれ備えていることを特徴とする請求項３または請求項４記載の液圧成形型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用部材として用いられ、とくに四角以上の多角形断面を備えた中空部材の液圧成形方法および液圧成形型に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような液圧成形方法としては、例えば、第４８回塑性加工連合講演会講演論文集、第３７３頁に発表された方法が知られている。
【０００３】
すなわち、前記論文集に記載された成形方法は、成形型内にセットした素材管に軸力を加えて軸方向に圧縮変形させつつ、素材管の内部に液体の圧力を作用させることによって目的とする型の形状に管材がなじむまで拡管成形する方法である。つまり、液圧による拡管成形だけでは、素材の初期管径に対して成形すべき目的の断面寸法が大きい場合、材料の伸びが大きくなるために板厚減少が大きくなって割れが発生しやすくなるため、素材管に軸力を加えて軸方向に材料の移動を発生させ、板厚減少を抑制することによって成形性を確保し、所望形状の部品の成形を行おうとするものである。
【０００４】
しかしながら、このような従来の液圧成形にあっては、拡管成形が前提となっていたため、多角形断面部材の各辺の板厚は素材管の初期板厚に比して減少する。特に部材の中心から離れた部位の板厚減少が著しく、割れが発生しやすくなる。つまり、部材に与えられる板厚分布は、拡管による材料の伸びの発生にまかせた成形のままの板厚分布となり、断面内の各辺の板厚を制御して所望の板厚分布を得ることは困難である。液圧成形における軸押しは、部材全体の板厚を増加差せるのには有効ではあるが、多角形断面部材の断面内の特定の辺（面）の板厚を増加する手段にはなり得ず、このような問題点を解消することが従来の液圧成形における課題となっていた。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、従来の液圧成形における上記課題に着目してなされたものであって、多角形断面を備えた中空部材を液圧成形するに際して、多角形断面における特定の辺の板厚を素材管の初期板厚よりも厚くすることができ、板厚増加と成形による加工硬化とによって成形品の機械的強度を向上させることができる液圧成形方法、およびこのような成形に用いる液圧成形型を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わる液圧成形方法は、ダイキャビティ内に保持された金属素材管に自由バルジしない程度の初期液圧を作用させながら、ダイキャビティ内で工具を前記素材管に対して相対移動させて素材管を多角形断面を備えた部材に成形する液圧成形方法において、前記素材管を挟んで相対向して配置されると共に、素材管に当接する成形面の少なくとも一方の端部にダイキャビティの工具との摺接面に対して鈍角をなす傾斜面をそれぞれ備えた二つの工具を同時に移動させて、多角形断面部材の少なくとも一部の一定断面形状部分を成形前素材管の断面周長よりも短く成形し、多角形断面部材の隣接する少なくとも２辺の成形品板厚を素材管の初期板厚よりも増加させる構成とし、請求項２に係わる液圧成形方法においては、隣接する少なくとも２辺の板厚を素材管の初期板厚に対して３％以上増加させる構成としたことを特徴としており、液圧成形方法におけるこのような構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００７】
本発明の請求項３に係わる液圧成形型は、金属素材管を収容するダイキャビティを備えたダイと、ダイキャビティ内に収容された前記素材管を挟んで相対向する位置に配置されて素材管に対してダイキャビティ内を相対的に移動すると共に、素材管に当接する成形面の少なくとも一方の端部に傾斜面をそれぞれ備えた二つの工具を有し、該工具の傾斜面がダイキャビティの工具との摺接面に対して１３５〜１６５°の範囲の角度をなしている構成とし、請求項４に係わる液圧成形型においては、工具の横断面における前記傾斜面の長さＬと前記素材管の初期板厚ｔ０との比Ｄ（Ｌ／ｔ０）が４〜７．５の範囲であると共に、前記工具の傾斜面とダイキャビティの工具との摺接面のなす角度θが（１０Ｄ＋６８）°以上である構成とし、請求項５に係わる液圧成形型においては、両工具が成形面の両側端部に傾斜面をそれぞれ備えている構成としており、液圧成形型におけるこのような構成を前述した従来の課題を解決するための手段としたことを特徴としている。
【０００８】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わる液圧成形方法は、液圧成形によって金属素材管を多角形断面を備えた部材に成形するに際して、素材管に当接する成形面に傾斜面を有し、素材管の両側に対向して配置された二つの工具を同時に作動させて、成形される多角形断面部材の少なくとも一部の一定断面形状部分が素材管の断面周長よりも短くなるように成形するようにしているので、工具の押し込みによって、工具に当接する素材管の一部の材料面内に圧縮力が作用して当該部分の板厚が増加すると共に、素材管の両側に位置する両工具を同時に作動させるようにしているので、工具に当接しない素材管部分にも圧縮力が作用するため当該部分の板厚も増加することになる。したがって、板厚増加と加工硬化による耐力の向上によって、多角形断面部材の機械的特性が改善されることになる。このとき、工具の押し込みに伴って素材管の内部容積が減少するため、素材管内の液圧が初期液圧に比して上昇することから押し込み成形に起因する素材の座屈が抑制され、板厚増加の限界が向上することになる。
【０００９】
本発明に係わる液圧成形方法の実施の一形態として、請求項２に係わる成形方法においては、成形される多角形断面部材の各辺のうちの少なくとも１辺の板厚を素材の初期板厚に対して３％以上増加させるようにしているので、板厚増加と加工硬化による多角形断面部材の機械的特性の向上幅が十分なものとなる。
【００１０】
本発明の請求項３に係わる液圧成形型は、本発明に係わる多角形断面部材の液圧成形に好適なものであって、ダイと、ダイキャビティの両側に配置された二つの工具を備え、これら工具が、ダイキャビティの工具との摺接面に対して１３５〜１６５°の範囲の角度をなす傾斜面を成形面の端部に備え、ダイキャビティ内の素材管に対して両側から圧接する構造を備えたものであるから、当該工具の傾斜面に当接する部分の板厚が増加すると共に、工具に当接することなくダイキャビティ壁面によって成形される部分の板厚が増加し、機械的特性の優れた多角形断面部材が容易に成形されることになる。また、本発明に係わる液圧成形型の一実施形態として、請求項４に係わる液圧成形型においては、工具の横断面における傾斜面の長さＬと素材管の初期板厚ｔ０  との比Ｄ（Ｌ／ｔ０  ）が４〜７．５の範囲、前記傾斜面とダイキャビティの工具との摺接面のなす角度θが（１０Ｄ＋６８）°以上となるようにしてあるので、しわや座屈が生じたり、目的以外の部分の板厚を増加させたりすることなく、工具成形面の傾斜面に押されて成形される部分の板厚がより確実に増加することになる。さらに、請求項５に係わる液圧成形型においては、両工具が成形面の両側端部に傾斜面をそれぞれ備えていることから、例えば８角形断面のような対象形状断面を備えた中空部材の成形に好適なものとなる。
【００１１】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わる多角形断面部材の液圧成形方法においては、上記構成としたものであるから、工具の押し込みによって素材管内の液圧が上昇するため、素材に座屈が生じることがなく、工具によって成形される部分と、工具に当接することなくダイキャビティによって成形される部分の材料面内に圧縮力が作用することから、多角形断面部材の隣接する少なくとも２辺の板厚が増加することになり、板厚増加とこのときの加工硬化によって耐力が向上して、機械的特性に優れた多角形断面部材を成形することができるという極めて優れた効果をもたらすものである。
【００１２】
本発明の請求項２に係わる液圧成形方法においては、成形された多角形断面部材の隣接する少なくとも２辺の板厚を素材の初期板厚に対して３％以上増加させるようにしているので、板厚増加と加工硬化に基づく多角形断面部材の機械的特性の向上を確実かつ十分なものとすることができる。
【００１３】
本発明の請求項３に係わる液圧成形型は、ダイと二つの工具を備え、該工具がその成形面にダイキャビティの工具との摺接面に対して１３５〜１６５°の範囲の角度をなす傾斜面を備えると共に、ダイキャビティ内に収納された素材管に対して両側から成形作動するようになっているので、本発明に係わる液圧成形方法に適用することができ、工具に当接する部分と、工具に当接することなくダイキャビティによって成形される部分の素材板厚を確実に増加させて、成形品の強度を向上させることができ、請求項４に係わる液圧成形型においては、前記工具成形面の傾斜面の長さと素材の初期板厚との比を所定の範囲に特定すると共に、成形面とダイキャビティの工具との摺接面とのなす角度を前記比との関係で定めたものであるから、しわや座屈を発生させることなく所望部分の板厚をより確実に増加させることができ、さらに請求項５に係わる液圧成形型においては、二つの工具が成形面の両側端部に傾斜面をそれぞれ備えていることから、対象形状の断面を備えた中空部材の成形に適用することができるという優れた効果がもたらされる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。
【００１５】
実施例１
図１（ａ）および（ｂ）は、この実施例に用いた液圧成形型の全体形状を示すそれぞれ斜視図および縦断面図であって、図に示す液圧成形型１は、ダイ２と、工具３および４から主に構成され、工具３および４は、相対向して配設されたラム５および６（図２（ａ）参照）に取付けられて、ダイ２のダイキャビティ２ａ内を図中上下方向にスライドし、ダイキャビティ２ａ内に収容された金属素材管Ｔに対して上下両方向から押し込み作動することによって、図１（ｃ）に示すように素材管Ｔに加工を施すようになっている。
【００１６】
一方、素材管Ｔは、ダイキャビティ２ａ内に固定され、その両端部において素材管Ｔ内に充填された水Ｗをシールする構造を備え、成形に際して素材管Ｔの内面に水圧が均等に負荷されるようになっている。
【００１７】
図２（ａ）は、上記液圧成形型１の横断面を示すものであって、ラム５に取付けられた上方工具３の成形面３ａには、図中左側端部に傾斜面３ｂを備えた略三角形をなす突部３ｃが形成してあり、この傾斜面３ｂの長さＬは、図２（ｂ）に拡大して示すように、１１．２ｍｍであり、ダイキャビティ２ａの工具３および４との摺接面２ｃに対する傾斜面３ｂの角度θは１５３°としてある。
【００１８】
図中下方に位置する工具４にも、その成形面４ａの図中右側端部に傾斜面４ｂを備えた突部４ｃが形成してある。
【００１９】
このような構造を備えた液圧成形型１のダイキャビティ２ａ内に、金属素材管Ｔとして、円形断面を有し、直径１０１．６ｍｍ、板厚ｔ０＝２．０ｍｍ（したがって、比Ｄ（Ｌ／ｔ０）＝５．６）の５９０ＭＰａ級鋼管材をセットし、該素材管Ｔの内部に水Ｗを充満させ、２０ＭＰａの内圧を作用させて保持した状態で、上下のラム５，６を同時に作動させて、素材管Ｔの上下両側から工具３，４を押し込んで液圧成形を行った。このとき、素材管Ｔ内部の容積の減少に伴って、内部の圧力が上昇するが、図示しないリーク弁を介して管内の水Ｗをリークさせることにより急激な圧力上昇が生じないように制御した。
【００２０】
そして、最終的に、素材管Ｔの初期周長寄りも短い周長になるまでラム５，６を押し込むことによって、図２（ｃ）に示すような略六角形断面を有する中空部材Ｐ1 を成形した。このとき、素材管Ｔ内の最終的な内部液圧は、３０ＭＰａ以上に達した。素材管Ｔの容積減少に伴う内部液圧のこのような増加は、縦壁やコーナー部への圧縮応力の作用時に、ダイ２や工具３，４の成形面への押付け力として作用し、圧縮変形時の座屈を抑制する働きをする。この座屈抑制機能によって、成形部材Ｐ1 の縦壁部およびコーナー部の板厚増加を図ることができる。
【００２１】
このようにして成形された中空部材Ｐ1 の各部板厚を測定したところ、一方の縦壁部Ｐ1aの板厚ｔ1 が２．１６ｍｍ（８％増）、他方の縦壁部Ｐ1bの板厚ｔ2 が２．２０ｍｍ（１０％増）、コーナー部Ｐ1cの板厚ｔ3 が２．２４ｍｍ（１２％増）とそれぞれ増加しており、その他の部分については、初期板厚２．０ｍｍのままであることが確認された。
【００２２】
実施例２
図３は、本発明に係わる液圧成形方法の第２の実施例に用いた液圧成形型の形状を示す横断面図であって、外観的には、図１（ａ）に示したものと基本的に同様である。
【００２３】
この実施例に用いた液圧成形型１１においては、上方側工具１３の成形面１３ａの両端部に、傾斜面１３ｂを備えた略三角形をなす突部１３ｃがそれぞれ形成してあると共に、下方側工具１４の成形面１４ａにも、その両端部に傾斜面１４ｂを備えた突部１４ｃがそれぞれ形成してあって、この点においてのみ前記第１実施例に用いた液圧成形型１と異なる。
【００２４】
この突部１３ｃおよび１４ｃは、第１実施例の液圧成形型１のものと同一の形状・寸法を有しており、図２（ｂ）に示したように、傾斜面１３ｂおよび１４ｂの長さＬがそれぞれ１１．２ｍｍ、ダイキャビティ２ａの摺接面２ｃに対する角度θがそれぞれ１５３°である。
【００２５】
このような構造を備えた液圧成形型１１のダイキャビティ２ａ内に、上記第１実施例で使用した金属素材管Ｔをセットし、同様に水Ｗを充満させたのち、２０ＭＰａの内圧を作用させて保持した状態で、上下のラム５，６を同時に作動させて、素材管Ｔの上下両側から工具１３，１４を押し込んで液圧成形を行った。
【００２６】
そして、最終的に、素材管Ｔの断面の中心線で区切られた１／２の円周に対して、成形後の断面の半分の周長の方が短くなるまでラム５，６を押し込むことにより、図３（ｂ）に示すような略八角形断面を有する中空部材Ｐ2 を成形した。このとき、素材管Ｔ内の最終的な内部液圧は、同様に３０ＭＰａ以上に達した。
【００２７】
このようにして成形された中空部材Ｐ2 の各部板厚を測定したところ、両縦壁部Ｐ2a，Ｐ2bの板厚ｔ1 ，ｔ2 が共に２．２０ｍｍ（１０％増）、各コーナー部Ｐ2cの板厚ｔ3 が２．３０ｍｍ（１５％増）とそれぞれ増加しており、その他の部分については、初期板厚２．０ｍｍのままであることが確認された。
【００２８】
比較例１
図４（ａ）に示すように、ダイキャビティ５１ａを備えた略Ｕ字状断面のダイ５１と、上記各実施例と同じ形状の突部５２ｃ（Ｌ＝１１．２ｍｍ，θ＝１５３°）をその成形面５２ａの図中右側端部に、４ｍｍの平坦面５２ｅと傾斜部からなる突部５２ｄを図中左側端部に備え、図示しないラムに取付けられてダイキャビティ５１ａ内を移動する単一の工具５２からなる液圧成形型５０を使用し、上記各実施例と同様の加工条件のもとに、同一金属素材管Ｔに液圧成形を施し、図４（ｂ）に示すような略六角形断面を有する中空部材Ｐ3 を得た。
【００２９】
そして、この中空部材Ｐ3 の各部板厚を測定したところ、中空部材Ｐ3 における図中左側の縦壁部Ｐ3aの板厚ｔ1 および図中右側のコーナー部Ｐ2cの板厚ｔ2 については、それぞれ２．２０ｍｍ（ １０％増）および２．３０ｍｍ（１５％増）と増加するものの、隣接する縦壁部とコーナー部とを共に板厚増加させることはできなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）  本発明に係わる液圧成形型の全体構造を示す斜視図である。
（ｂ）  図１（ａ）に示した液圧成形型の縦断面図である。
（ｃ）  図１（ａ）に示した液圧成形型による成形状態を説明する縦断面図である。
【図２】（ａ）  本発明の第１の実施例に用いた液圧成形型の横断面図である。
（ｂ）  図２（ａ）に示した工具の端部に形成された突部形状を説明する拡大断面図である。
（ｃ）  図２（ａ）に示した液圧成形型により成形された多角形断面部材の断面図である。
【図３】（ａ）  本発明の第２の実施例に用いた液圧成形型の横断面図である。
（ｂ）  図３（ａ）に示した液圧成形型により成形された多角形断面部材の断面図である。
【図４】（ａ）  比較例に用いた液圧成形型の横断面図である。
（ｂ）  図４（ａ）に示した液圧成形型により成形された多角形断面部材の断面図である。
【符号の説明】
１，１１  液圧成形型
２  ダイ
２ａ  ダイキャビティ
２ｂ  摺接面
３，４，１３，１４  工具
３ａ，４ａ，１３ａ，１４ａ  成形面
３ｂ，４ｂ，１３ｂ，１４ｂ  傾斜面
Ｔ  金属素材管
Ｐ1 ，Ｐ2   多角形断面部材
Ｗ  水（液体）
【図１】
0003642404.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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