(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面アール形状をなす部分を備える凹部が設けられた型内に中空の金属部材を入れ、前記金属部材内に内圧をかけつつ軸方向に押し込んで、前記凹部の形状に合致した張出部を成形するハイドロフォーム法による張出部の成形方法において、
前記金属部材の一部にスピニング、スウェージング、ショットピーニング、または焼入れにより加工硬化を付与した後に、ハイドロフォーム法により張出部を成形し、当該張出部に、前記アール形状に合致した形状の肩部が形成されるようにしてなり、
前記金属部材における加工硬化を付与する部位は、前記張出部の頂面または側面をなす部分に相当することを特徴とするハイドロフォーム法による張出部の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、凹部が設けられた型内に金属管などの中空の金属部材を入れ、金属部材内に内圧をかけつつ軸方向に押し込んで、凹部の形状に合致した張出部を成形するハイドロフォーム法による張出部の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車部品の中には、中空の金属部材である金属管に、ハイドロフォーム法により張出部を成形した部品がある。ハイドロフォーム法による張出部の成形は、周知のように、凹部が設けられた型内に金属管を入れ、当該金属管内に液を導入して内圧をかけ、さらに両側から管軸方向に圧縮荷重を付加して押し込むことによりなされる（例えば、特開平１０−１７５０２８号公報を参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ハイドロフォーム法による張出部の成形においては、図１１に示すように、金属管８１の一部は、内圧が均一に加えられながら凹部８２内に向けて膨出する。この図において、凹部８２は下に向けて開放され、凹部８２の底面８３は上側に示されている。また、凹部８２は、断面アール形状の底面角部８２ａを備えている。金属管８１は、凹部８２の内側面との間で生じる摩擦により、中央部８１ａが略円弧形状を呈するように膨出する。金属管８１の膨出に伴い、まず、中央部８１ａの先端が凹部８２の底面８３に接触することになる。
【０００４】
ここで、付加される内圧が比較的低いと、金属管８１は、凹部８２との間の摩擦によりもはや膨出しなくなる。このため、底面角部８２ａの曲率半径が金属管８１の板厚に比して小さい場合には、張出部８４の肩部８４ａが底面角部８２ａに接するまで膨出しなくなる。この結果、底面角部８２ａのアール形状に合致したアール形状の肩部８４ａが張出部８４に形成されず、凹部８２の形状に合致した形状に張出部８４を成形できないという不具合がある。
【０００５】
一方、底面角部８２ａのアール形状に合致した小さい曲率半径の肩部を張出部８４に形成しようとすると、凹部８２の内側面との間で生じる摩擦に抗して金属管８１を膨出させ得るように、金属管８１内に付与すべき内圧を高めなければならない。しかしながら、かかる手法では、非常に高い内圧を発生させる設備が必要であり、成形設備の大型化やコストの増加を招くという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、金属部材内に付与すべき内圧を必要以上に高めることなく、小さい曲率半径の肩部を張出部に形成することが可能なハイドロフォーム法による張出部の成形方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、断面アール形状をなす部分を備える凹部が設けられた型内に中空の金属部材を入れ、前記金属部材内に内圧をかけつつ軸方向に押し込んで、前記凹部の形状に合致した張出部を成形するハイドロフォーム法による張出部の成形方法において、
前記金属部材の一部にスピニング、スウェージング、ショットピーニング、または焼入れにより加工硬化を付与した後に、ハイドロフォーム法により張出部を成形し、当該張出部に、前記アール形状に合致した形状の肩部が形成されるようにしてなり、
前記金属部材における加工硬化を付与する部位は、前記張出部の頂面または側面をなす部分に相当することを特徴とするハイドロフォーム法による張出部の成形方法である。
【０００９】
【発明の効果】
上記のように構成した本発明は以下の効果を奏する。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、加工硬化を金属部材の一部に付与することにより、この部分と他の部分との間に強度差を持たせてあるので、金属部材の板厚との比が比較的小さな小さい曲率半径の肩部を張出部に形成することができる。
【００１１】
また、加工硬化を付与しない場合に比べて、低い内圧で、小さい曲率半径の肩部をハイドロフォーム成形できるため、金属部材内に付与すべき内圧を必要以上に高める必要がなく、成形設備の大型化やコストの増加を招くことがない。
【００１２】
さらに、比較的大きい曲率半径の肩部をハイドロフォーム成形しておき、その後に膨出部分を潰して、小さい曲率半径の肩部を形成するという後作業や、これを実現する特殊な構造のハイドロフォーム成形型を必要としないため、ハイドロフォーム成形工程が簡素になり、型の個数を削減することができる。
【００１３】
しかも、加工硬化を所望の位置に付与することにより、種々の形状をなす張出部に、小さい曲率半径の肩部を形成することができる。また、張出部の形状が、金属部材の押込み方向に沿って見て非対称な形状であっても、本発明を適用できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１（Ａ）および（Ｂ）は、前加工により加工硬化を施した金属管をハイドロフォーム成形機に設置した状態を示す図および要部断面図である。図２（Ａ）および（Ｂ）は、ハイドロフォーム成形中の状態を示す図および要部断面図である。図３（Ａ）および（Ｂ）は、ハイドロフォーム成形が終了する直前の状態を示す図および要部断面図である。
【００１６】
図示するように、ハイドロフォーム成形機１０は、相対的に接近離反移動自在に設けられた上型１１と下型１２とを有し、これら上型１１と下型１２との間に、中空の金属部材としての金属管１３が入れられる。金属管１３の一部１４は、前加工により加工硬化が施されている。上型１１および下型１２のそれぞれには、カップ形状の凹部１５が設けられている。凹部１５は、断面アール形状をなす部分として、断面アール形状の底面角部１５ａを備える。金属管１３の両端部には、当該金属管１３を両側から軸方向に押し込むため、押込み用シリンダ２０、２１が設けられている。各押込み用シリンダ２０、２１には、金属管１３の内部に連通する液導入通路２２が形成されている。液導入通路２２は、図示しない圧力供給装置に接続されている。所定の圧力に高められた液は、圧力供給装置から液導入通路２２を通って金属管１３の内部に導入される。
【００１７】
ハイドロフォーム法による張出部の成形手順を説明する。
【００１８】
まず、図１（Ａ）および（Ｂ）に示すように、前加工により加工硬化を施した金属管１３をハイドロフォーム成形機１０に設置する。加工硬化を付与する部位１４は、張出部の頂面をなす部分に相当する。加工硬化を付与する部位１４の長さは、底面角部１５ａ間の長さにほぼ等しいのが好ましい。但し、加工硬化を付与する最適長さは、凹部１５の深さ、金属管１３の板厚や材質などで異なるため、最終的な長さはトライアンドエラーにて決定されている。
【００１９】
次いで、図２（Ａ）および（Ｂ）に示すように、金属管１３の内部に所定の圧力に高められた液を導入して内圧をかけつつ、各押込み用シリンダ２０、２１を前進移動して金属管１３を両側から軸方向に押し込んで圧縮する。すると、金属管１３の一部は、内圧が均一に加えられ、かつ、押込み用シリンダ２０、２１の押し込みに伴って材料が供給されながら、凹部１５内に向けて膨出する。このとき、張出部の頂面をなす部分１４に加工硬化が付与されているので、金属管１３の一部は、中央部がそれほど膨らむことなく略まっすぐな状態のままで、膨出する。
【００２０】
そして、図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、金属管１３の一部は、凹部１５の内側面との間で生じる摩擦力に抗して、加工硬化を付与した中央部が略まっすぐな状態のまま膨出し、凹部１５の内面に沿って変形する。成形後の張出部３０は、凹部１５の底面角部１５ａのアール形状に合致したアール形状の肩部３０ａが形成され、凹部１５の形状に合致した形状に成形されている。
【００２１】
上記の加工手順によれば、加工硬化を張出部３０の頂面をなす部位に付与することにより、この部位と他の部分との間に強度差を持たせてあるので、金属管１３の板厚との比が比較的小さな小さい曲率半径の肩部３０ａを張出部３０に形成することができる。
【００２２】
また、加工硬化を付与しない場合に比べて、低い内圧で、小さい曲率半径の肩部３０ａをハイドロフォーム成形できる。これにより、金属管１３内に付与すべき内圧を必要以上に高める必要がなく、成形設備の大型化やコストの増加を招くことがない。
【００２３】
さらに、比較的大きい曲率半径の肩部をハイドロフォーム成形しておき、その後に膨出した部分を潰して、小さい曲率半径の肩部を形成するという後作業や、これを実現する特殊な構造のハイドロフォーム成形型を必要としない。このため、ハイドロフォーム成形工程が簡素になり、型の個数を削減することができる。
【００２４】
なお、張出部３０が単純なカップ形状を有する場合を図示したが、本発明は、この場合に限定されるものではない。例えば、張出部３０は、階段状に突出する形状を有していてもよい。また、小さい曲率半径の肩部３０ａを張出部３０の縁部に形成した場合を図示したが、肩部３０ａの位置は限定されるものではなく、所望の位置に設定できる。また、中空の金属部材は、金属管１３に限定されず、２枚のプレートを付き合わせた形態でもよい。
【００２５】
図４（Ａ）および（Ｂ）は、スピニング工法による縮管成形により加工硬化を施した金属管をハイドロフォーム成形機に設置した状態を示す図および要部断面図である。図５（Ａ）および（Ｂ）は、ハイドロフォーム成形が終了する直前の状態を示す図および要部断面図である。
【００２６】
図示するように、この実施形態のハイドロフォーム成形機４０は、前述した実施形態と同様に、相対的に接近離反移動自在に設けられた上型４１と下型４２とを有し、これら上型４１と下型４２との間に、中空の金属部材としての金属管４３が入れられる。金属管４３は、前加工にて、スピニング工法による縮管成形により加工硬化が施されている。金属管４３の大径部側である図中左端部には、当該金属管４３を片側から軸方向に押し込むため、押込み用シリンダ５０が設けられている。金属管４３の小径部側である図中右端部は、軸方向に移動しないブロック５１が配置されている。押込み用シリンダ５０に液導入通路５２が形成され、所定の圧力に高められた液が金属管４３の内部に導入される点は、前述した実施形態と同様である。
【００２７】
上型４１および下型４２のそれぞれには凹部４５が設けられているが、この凹部４５は、金属管４３の軸方向である押込み方向に沿って見れば、非対称な形状となっている。押込み方向の上流側である凹部４５の左内側面４６は、軸方向に対して傾いた傾斜面となっている。傾斜した左内側面４６に連続する底面４７は、軸方向と略平行に形成されている。底面４７に連続すると共に押込み方向の下流側である右内側面４８は、軸方向に対して略直交する垂直面となっている。凹部４５は、断面アール形状をなす部分として、右内側面４８寄りに、断面アール形状の底面角部４５ａを備える。
【００２８】
この実施形態のハイドロフォーム法による張出部の成形手順を説明する。
【００２９】
まず、図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、前加工のスピニング工法による縮管成形により加工硬化を施した金属管４３をハイドロフォーム成形機４０に設置する。加工硬化を付与する部位４４は、張出部の側面をなす部分に相当する。また、加工硬化を付与する長さは、凹部４５の底面角部４５ａにまで及ぶ長さとしてある。
【００３０】
次いで、金属管４３の内部に所定の圧力に高められた液を導入して内圧をかけつつ、押込み用シリンダ５０を前進移動して金属管４３を片側から軸方向に押し込んで圧縮する。すると、金属管４３の一部は、内圧が均一に加えられ、かつ、押込み用シリンダ５０の押し込みに伴って材料が供給されながら、凹部４５内に向けて膨出する。このとき、凹部４５の左内側面４６は傾斜面であるので材料が滑らかに供給され、金属管４３は，左内側面４６および底面４７の内面に沿って変形する。さらに、張出部の側面をなす部分に加工硬化が付与されているので、この加工硬化が付与された部位は、座屈することなく右内側面４８に向けて変形する。
【００３１】
そして、図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、金属管４３の一部は、凹部４５の内側面４６、４８との間で生じる摩擦力に抗して、加工硬化を付与した部分４４が右内側面４８に沿って変形する。成形後の張出部６０は、凹部４５の底面角部４５ａのアール形状に合致したアール形状の肩部６０ａが形成され、凹部４５の形状に合致した形状に成形されている。張出部６０の形状は、凹部４５の形状に対応して、金属部材の押込み方向に沿って見て非対称な形状となっている。本発明はこのような場合にも広く適用することができるものである。
【００３２】
この実施形態においても、前述した実施形態と同様に、加工硬化を張出部６０の側面をなす部位に付与することにより、この部位と他の部分との間に強度差を持たせてあるので、金属管４３の板厚との比が比較的小さな小さい曲率半径の肩部６０ａを張出部６０に形成することができる。また、加工硬化を付与しない場合に比べて、低い内圧で、小さい曲率半径の肩部６０ａをハイドロフォーム成形でき、成形設備の大型化やコストの増加を招くことがない。さらに、ハイドロフォーム成形工程が簡素になり、型の個数を削減することができる。
【００３３】
図６（Ａ）および（Ｂ）は、図４および図５に示した実施形態に対する対比例を示す断面図である。
【００３４】
図６（Ａ）に示すように、対比例においては、加工硬化を付与する部位４４の長さは、凹部４５の底面角部４５ａにまで及ばない長さである。このように加工硬化を付与する長さが凹部４５の底面角部４５ａにまで及ばない程度に短い場合には、ハイドロフォーム法により張出部７０を成形すると、同じ値の内圧の下では、張出部７０の肩部７０ａが底面角部４５ａに接するまで膨出しなかった。これより、加工硬化を付与する長さを、凹部４５の底面角部４５ａにまで及ぶ長さとする効果を確認できた。
【００３５】
図４および図５に示す実施形態において、加工硬化を付与した部位４４の硬度Ｈ１は、加工硬化を付与しない素材自体の硬度Ｈ０の１．４倍であった（Ｈ１＝１．４×Ｈ０）。また、得られた肩部６０ａの曲率半径ｒは、金属管４３の板厚ｔ０の１．２倍であり（ｒ＝１．２×ｔ０）、板厚ｔ０との比が比較的小さい。
【００３６】
一方、図６に示す対比例においては、得られた肩部７０ａの曲率半径Ｒは、金属管４３の板厚ｔ０の３倍であり（ｒ＝３×ｔ０）、板厚ｔ０との比が大きかった。
【００３７】
図７〜図１０は、加工硬化を付与する例を示す図である。
【００３８】
図７（Ａ）および（Ｂ）は、スピニング工法により加工硬化を付与する例を示す図である。スピニング装置１００は、回転駆動されると共に金属管１０１の軸方向に沿って移動自在なリング部１０２と、当該リング部１０２に径方向に沿って移動自在に取り付けられた３個のスライド部１０３と、各スライド部１０３に回転自在に取り付けられた加工用ローラ１０４と、を有する。スライド部１０３を径方向内方に押し付けながら、リング部１０２を回転駆動すると共に金属管１０１の軸方向に沿って移動することにより、金属管１０１に加工硬化部位１０５が形成される。
【００３９】
図８（Ａ）および（Ｂ）は、スウェージングにより加工硬化を付与する例を示す図である。スウェージング装置１１０は、回転駆動されるリング部１１１と、当該リング部１１１に径方向に沿って移動自在に取り付けられた４個の加工用ダイ１１２と、加工用ダイ１１２の径方向位置を規制するスライドカム１１３と、スライドカム１１３を保持する多数のローラ１１４と、を有する。加工用ダイ１１２およびスライドカム１１３は、それぞれに形成されたカム面１１２ａ、１１３ａを介して、当接している。スライドカム１１３を金属管１１５の軸方向に沿って移動させることにより、加工用ダイ１１２が径方向に沿って移動する。スライドカム１１３により加工用ダイ１１２を径方向内方に押し付けながら、リング部１１１を回転駆動することにより、金属管１１５に加工硬化部位１１６が形成される。
【００４０】
図９は、ショットピーニングにより加工硬化を付与する例を示す図である。ショットピーニング装置１２０は、ショット１２１を収納するショットタンク１２２と、圧縮空気１２３によりショット１２１を高速で噴射するノズル１２４と、を有する。圧縮空気１２３を用いてショット１２１をノズル１２４から噴射しながら、金属管１２５を回転駆動すると共に軸方向に沿って移動することにより、金属管１２５に加工硬化部位１２６が形成される。
【００４１】
図１０は、焼入れにより加工硬化を付与する例を示す図である。高周波加熱装置１３０により金属管１３１を加熱し、冷却装置１３２により冷却することにより、金属管１３１に加工硬化部位１３３が形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１（Ａ）および（Ｂ）は、前加工により加工硬化を施した金属管をハイドロフォーム成形機に設置した状態を示す図および要部断面図である。
【図２】  図２（Ａ）および（Ｂ）は、ハイドロフォーム成形中の状態を示す図および要部断面図である。
【図３】  図３（Ａ）および（Ｂ）は、ハイドロフォーム成形が終了する直前の状態を示す図および要部断面図である。
【図４】  図４（Ａ）および（Ｂ）は、スピニング工法による縮管成形により加工硬化を施した金属管をハイドロフォーム成形機に設置した状態を示す図および要部断面図である。
【図５】  図５（Ａ）および（Ｂ）は、ハイドロフォーム成形が終了する直前の状態を示す図および要部断面図である。
【図６】  図６（Ａ）および（Ｂ）は、図４および図５に示した実施形態に対する対比例を示す断面図である。
【図７】  図７（Ａ）および（Ｂ）は、スピニング工法により加工硬化を付与する例を示す図である。
【図８】  図８（Ａ）および（Ｂ）は、スウェージングにより加工硬化を付与する例を示す図である。
【図９】  ショットピーニングにより加工硬化を付与する例を示す図である。
【図１０】  焼入れにより加工硬化を付与する例を示す図である。
【図１１】  一般的なハイドロフォーム法による張出部の成形状態の説明に供する断面図である。
【符号の説明】
１０、４０…ハイドロフォーム成形機
１１、１２、４１、４２…型
１３、４３…金属管（中空の金属部材）
１４、４４…加工硬化を付与する部位
１５、４５…凹部
１５ａ、４５ａ…底面角部（断面アール形状をなす部分）
３０、６０…張出部
３０ａ、６０ａ…肩部
【図１】
0003680711.tif 000002
【図２】
0003680711.tif 000003
【図３】
0003680711.tif 000004
【図４】
0003680711.tif 000005
【図５】
0003680711.tif 000006
【図６】
0003680711.tif 000007
【図７】
0003680711.tif 000008
【図８】
0003680711.tif 000009
【図９】
0003680711.tif 000010
【図１０】
0003680711.tif 000011
【図１１】
0003680711.tif 000012