(57)【要約】【課題】  ハイドロフォーム工程と切断工程の両方を行うことができるハイドロフォーム用金型およびハイドロフォーム加工方法を提供する。【解決手段】  金型Ａ内に配置した金属管３内に液を圧入することにより金属管３を膨張させ，金属管３を金型Ａの内面に沿った形状に加工するハイドロフォーム加工において，加工後の金属管３の切断予定位置に当接する位置で，金属管３の軸方向に金型分割部を分離移動させ，液圧により金属管３を切断する。ハイドロフォーム設備において，ハイドロフォーム工程と切断工程の両方を行うことができるので，切断工程を行うための設備が不要となり，工程時間の短縮化，コスト低減が図れる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型内に金属管を配置し，当該金属管内に液を注入し，当該液に圧力を付加することにより金属管を膨張させ，金属管を前記金型の内面に沿った形状に加工するハイドロフォーム加工方法において使用するハイドロフォーム用金型であって，
加工後の金属管の切断予定位置に当接する位置で，金属管の軸方向に分離可能としたことを特徴とする，ハイドロフォーム用金型。
【請求項２】
前記金属管の膨張による加工後において，金属管内に液の圧力が付加された状態でも分離可能な構成としたことを特徴とする，請求項１に記載のハイドロフォーム用金型。
【請求項３】
前記金型を，上下に分割可能な上金型および下金型と，加工後の金属管の切断予定箇所から外側に位置する部分において金属管を囲む金型分割部とで構成し，前記金型分割部を，金属管の軸方向に移動可能としたことを特徴とする，請求項１または２に記載のハイドロフォーム用金型。
【請求項４】
請求項１，２または３に記載のハイドロフォーム用金型の内部に金属管を配置し，当該金属管内に液を注入し，当該液に圧力を付加することにより金属管を膨張させ，金属管を前記金型の内面に沿った形状に加工した後，液の圧力を一旦低下させ，前記金型を加工後の金属管の切断予定位置に当接する位置において金属管の軸方向に分離させ，その後，再度液の圧力を上げることにより金属管を切断することを特徴とする，ハイドロフォーム加工方法。
【請求項５】
請求項２に記載のハイドロフォーム用金型の内部に金属管を配置し，当該金属管内に液を注入し，当該液に圧力を付加することにより金属管を膨張させ，金属管を前記金型の内面に沿った形状に加工した後，液の圧力を付加した状態で，前記金型を加工後の金属管の切断予定位置に当接する位置において金属管の軸方向に分離させることにより金属管を切断することを特徴とする，ハイドロフォーム加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，金属管を液圧でバルジ加工させるハイドロフォーム用金型とハイドロフォーム加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にハイドロフォーム加工は，金属管の両端をシールし，内部に充填した液体の圧力を上昇させるとともに管軸方向に押し込み力を負荷し，所定の形状に金属管を成形させるものである。金型内部の形状は，製品の形状となっており，金属管は液圧により塑性変形し，拡管しながらこの金型内部の形状に添った所望の形状に成形される。
【０００３】
現在のハイドロフォーム加工部材の主な適用先として，自動車のシャシー用部品が上げられるが，その製造工程としては，ハイドロフォーム加工の後，１．管端部のカット（切断）工程，２．他部材との溶接工程，３．洗浄塗装工程，を経て部品として完成する。とくにハイドロフォーム部材をメンバー類・ビーム類として使用する場合には，管端部にブラケットを溶接したり，他部材と突合せ溶接する必要があり，このために管端部を接合する相手方の部材の形状に応じて加工する切断工程が必要となる。
【０００４】
このように，通常ハイドロフォーム加工を行った金属管は，ハイドロフォーム加工後，他部材との接合のために，管端部分の切断を行う必要があるが，従来この切断は，特開昭58-122129の実施例にも記述されるように，ハイドロフォーム加工後，金型から取り出して金属管を切断している。この場合，切り口が単一平面上の単純な形状の場合には，鋸などの機械加工による切断が適用され，切り口が単一平面上にない複雑な形状の場合には，ロボットにより倣い制御をしながらのレーザービーム，プラズマ等による切断が適用されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭58-122129号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように従来はハイドロフォーム後，金型から取り出して金属管を切断しているが，そうすると成形と切断が別の工程となり，また，切断工程を行うための設備が必要となり，加えて，各工程間の仕掛品も必要となるため，工程時間の短縮がはかれないばかりか，コスト高になってしまう問題があった。
【０００７】
本発明の目的は，ハイドロフォーム設備において，ハイドロフォーム工程と切断工程の両方を行うことができるハイドロフォーム用金型およびハイドロフォーム加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するために，本発明によれば，金型内に金属管を配置し，当該金属管内に液を注入し，当該液に圧力を付加することにより金属管を膨張させ，金属管を前記金型の内面に沿った形状に加工するハイドロフォーム加工方法において使用するハイドロフォーム用金型であって，加工後の金属管の切断予定位置に当接する位置で，金属管の軸方向に分離可能としたことを特徴とする，ハイドロフォーム用金型が提供される。
【０００９】
前記金属管の膨張による加工後において，金属管内に液の圧力が付加された状態でも分離可能な構成とすることができる。また，前記金型を，上下に分割可能な上金型および下金型と，加工後の金属管の切断予定箇所から外側に位置する部分において金属管を囲む金型分割部とで構成し，前記金型分割部を，金属管の軸方向に移動可能としても良い。
【００１０】
また本発明によれば，上記ハイドロフォーム用金型の内部に金属管を配置し，当該金属管内に液を注入し，当該液に圧力を付加することにより金属管を膨張させ，金属管を前記金型の内面に沿った形状に加工した後，液の圧力を一旦低下させ，前記金型を加工後の金属管の切断予定位置に当接する位置において金属管の軸方向に分離させ，その後，再度液の圧力を上げることにより金属管を切断することを特徴とする，ハイドロフォーム加工方法が提供される。
【００１１】
なお，前記金属管の膨張による加工後において，金属管内に液の圧力が付加された状態でも分離可能な構成とした場合については，上記ハイドロフォーム用金型の内部に金属管を配置し，当該金属管内に液を注入し，当該液に圧力を付加することにより金属管を膨張させ，金属管を前記金型の内面に沿った形状に加工した後，液の圧力を付加した状態で，前記金型を加工後の金属管の切断予定位置に当接する位置において金属管の軸方向に分離させることにより金属管を切断することを特徴とする，ハイドロフォーム加工方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば，ハイドロフォーム設備において，ハイドロフォーム工程と切断工程の両方を行うことができるので，切断工程を行うための設備が不要となり，整形と切断の工程間の仕掛品も不要となり，工程時間の短縮化，コスト低減が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下，本発明の好ましい実施の形態を，図面を参照に説明する。図１，２は，本発明の実施の形態にかかるハイドロフォーム用金型Ａ（以下「金型Ａ」）の基本構成を示す断面図である。この金型Ａは，上下に分割可能な上金型１および下金型２を備えており，図１は，上金型１および下金型２が上下に離されて，金型Ａの内部が開かれた状態を示し，図２は，上金型１および下金型２が互いに閉じられて，金型Ａの内部が閉じられた状態を示している。
【００１４】
上金型１および下金型２は，ハイドロフォーム成形を行う際の液圧による成型反力を受け持つ型締め装置（図示せず）により支持される。これら上金型１および下金型２の内面には，金型Ａ内に挿入した金属管３を所望の製品形状に成型させるための凹み５が形成されている。この凹み５の形状は，所望の製品形状を象ったものとなっている。
【００１５】
ハイドロフォーム加工は，金型Ａの内部に配置した金属管３の内部に液圧を付与しながら軸圧縮を行って加工するものである。そのため，液圧シール機能を持つ軸押しノズル６と，金属管３の軸方向に駆動するための軸押しシリンダ７が，上金型１および下金型２の両側にそれぞれ配置してある。
【００１６】
また，本発明の金型Ａにあっては，ハイドロフォーム加工後の金属管３の切断予定位置に当接する位置で，金属管３の軸方向に分離可能に構成されている。即ち，この実施の形態では，ハイドロフォーム加工後の金属管３の切断予定箇所から外側に位置する部分が，金属管３の軸方向に移動可能な金型分割部８となっている。後述するように，この実施の形態では，ハイドロフォーム加工後において金属管３の両側で切断加工が行われるので，それに対応して金型分割部８も金型Ａの両側部分にそれぞれ設けられている。
【００１７】
この実施の形態では，各金型分割部８は，上金型１に取付けられた上金型分割部８ａと下金型２に取付けられた下金型分割部８ｂとで構成されている。型締め装置（図示せず）によって上金型１および下金型２が互いに閉じられた際には，これら上金型分割部８ａと下金型分割部８ｂも同時に閉じられて，金属管３の両側において切断予定箇所から外側の部分を筒状に包み込むようになっている。
【００１８】
こうして金属管３両側の切断予定箇所から外側の部分を包み込んでいる各金型分割部８（上金型分割部８ａと下金型分割部８ｂ）は，図示しない油圧等のアクチュエータによって，上金型１および下金型２に対し，金属管３の管軸方向に沿って独立して移動されるようになっている。図１，２に示す状態では，図示しないアクチュエータによって，各金型分割部８は，いずれも金型Ａの中心に向って押し付けられており，この場合は，上金型分割部８ａと上金型１の間および下金型分割部８ｂと下金型２の間がそれぞれ密着し，両者間に隙間がない状態となっている。
【００１９】
一方，後に図６等で詳しく説明するように，図示しないアクチュエータによって，各金型分割部８を，金型Ａの中心から外側に向って金属管３の管軸方向に移動させることにより，上金型分割部８ａと上金型１の間および下金型分割部８ｂと下金型２の間に隙間ｘを形成できるようになっている。
【００２０】
さて，以上のように構成された本発明の実施の形態にかかる金型Ａにおいて，先ず図１に示すように上金型１と下金型２を上下に離して金型Ａを開き，金型Ａの内部に加工素材である金属管３を配置する。そして，型締め装置（図示せず）の稼動によって，図２に示すように上金型１と下金型２を互いに閉じ，金型Ａの内部に金属管３を設置する。この場合，図示しないアクチュエータによって各金型分割部８を金型Ａの中心に向って移動させ，上金型分割部８ａと上金型１の間および下金型分割部８ｂと下金型２の間を密着させて，両者間に隙間がない状態にしておく。
【００２１】
次に，図３に示すように，軸押しシリンダ７の稼動により軸押しノズル６を金型Ａの中心に向って前進させ，図４に示すように，金型Ａ内に設置された金属管３の両端部に軸押しノズル６の先端部６ａを押し付けて，金属管３内部を軸押しノズル６の先端面で密閉する。そして，型締め装置（図示せず）によって上金型１と下金型２を数百から数千トンの圧力で型閉めした状態で，軸押しノズル６の先端面に開口する噴射孔（図示せず）から金属管３の内部に数百〜数千Ｂａｒの水圧を付与し，更に，軸押しシリンダ７の稼動で軸押しノズル６の先端面を金属管３の両端部に両側から押し付けることにより，金属管３に管軸方向の圧縮力を加える。こうして，金属管３の中央部分を円周方向に膨張させ，上金型１および下金型２の内面に形成された凹み５に沿った形状に金属管３の中央部分を塑性変形させることにより，ハイドロフォーム加工を行う。そして，加工後の金属管３の切断予定位置にて，金属管３を所望の形状に切断することにより，成形品を得る。
【００２２】
ここで先ず，従来の一般的な切断方法を説明すると，従来は，このようにハイドロフォーム加工を行った後，軸押しシリンダ７の稼動により軸押しノズル６を金型Ａから引き抜くように移動させて金属管３の内部の液圧を低下させ，更に，型締め装置（図示せず）の型締めを解除して，上金型１と下金型２を上下に開き，金型Ａの内部から加工後の金属管３を取り出す。そして，図５に示すように，別の機械加工装置１０を用いた切断工程により，加工後の金属管３を所望の形状に切断していた。また，従来の切断工程には，鋸，多関節ロボットに支持されたレーザービーム装置，プラズマトーチ装置などといった機械加工装置１０が一般的に用いられていた。それゆえ，機械加工装置１０や各工程間の仕掛品などが必要となり，工程時間短縮の妨げ，コスト高等の問題があったことは前述の通りである。
【００２３】
そこで本発明にあっては，先に図３等で説明したように金属管３の中央部分を円周方向に膨張させてハイドロフォーム加工を行った後，図示しないアクチュエータの稼動で各金型分割部８（上金型分割部８ａと下金型分割部８ｂ）を金型Ａの中心から外側に向って金属管３の管軸方向に移動させ，図６に示すように，上金型分割部８ａと上金型１の間および下金型分割部８ｂと下金型２の間に隙間ｘを形成する。そして図７に示す如く，このように金属管３両側の切断予定箇所において，金属管３の周囲に隙間ｘを形成させた状態で，軸押しノズル６から金属管３の内部に水圧を付与する。これにより，隙間ｘが形成された箇所においては，金属管３の周囲が押えられていない状態なので，金属管３内に付与された水圧によるせん断力により外側に押されて局部的な塑性変形（膨張）が発生し，ついには隙間ｘが形成された箇所で金属管３の一部３ａが破断されて隙間ｘ内に押出される。こうして，金属管３を切断予定箇所において切断することにより，成形品を得ることができる。
【００２４】
なお，上金型分割部８ａと上金型１の間および下金型分割部８ｂと下金型２の間に隙間ｘを形成する場合，軸押しノズル６からの水圧付与を一旦停止して金属管３内の圧力を一旦低下させてから，図示しないアクチュエータの稼動で金型分割部８を移動させて隙間ｘを形成し，その後，軸押しノズル６から金属管３の内部に水圧を再度付与して切断を行っても良い。
【００２５】
また一方，ハイドロフォーム加工後，軸押しノズル６からの水圧付与を停止せずに，金属管３の内部に水圧を付与した状態のまま，図示しないアクチュエータの稼動で金型分割部８を移動させて隙間ｘを形成し，金属管３を切断することもできる。
【００２６】
何れに方法によっても，ハイドロフォーム加工後，金型Ａの内部から金属管３を取り出さずに，金型Ａ内でそのまま切断工程を行うことができるので，従来のように切断用の特別な機械加工装置や各工程間の仕掛品などが不要となり，金属管３を切断予定箇所において他部材との接合に適した形状に切断することにより，容易に成形品を得ることができるようになる。また，このように金型Ａ内で金属管３を切断する工程は，僅かな時間で完了するため，工程時間の著しい短縮化がはかれ，コスト低減もはかれる。
【００２７】
なお，このように金型Ａ内で金属管３を水圧で切断するためには，上金型分割部８ａと上金型１の間および下金型分割部８ｂと下金型２の間に形成する隙間ｘの幅ａは，金属管の強度Ｓ，内圧Ｐ，金属管３の肉厚ｔとすれば，次式（１）の関係が必要である。
【００２８】
a  ＞  (0.5〜1.5)×Ｓ×ｔ／Ｐ
【００２９】
例えば，金属管３が鋼管もしくはアルミニウム合金管の場合，内圧Ｐは通常前述した通り数百〜数千Ｂａｒ，強度Ｓは数百ＭＰaであり，肉厚ｔを数ミリとすれば，金型分割部８（上金型分割部８ａおよび下金型分割部８ｂ）の移動距離は，数10ｍｍ程度以下のわずかなもので十分であり，機構的にも低コストで実現可能である。
【００３０】
以上，本発明の実施の形態の一例を説明したが，本発明はここで説明した形態に限定されない。例えば，ハイドロフォーム加工後の製品を他部材と接合するために，図８に示すように，成形後の金属管３の端部を斜めに切断したり，あるいは図９に示すように，成形後の金属管３の端部を単一平面上の切断面ではなく，曲面形状に切断する等，相手部材形状に合わせた複雑な形状の切断面にすることが必要な場合もある。そのため，上金型分割部８ａと下金型分割部８ｂ（およびそれらを収納している上金型１と下金型２の収納部）の形状は，切断形状に応じて任意に変更される。
【００３１】
従来，成形後の金属管３の端部を複雑な形状に切断する場合は，鋸による機械加工では充分でなく，加工精度が高く生産性の低い，レーザービーム装置やプラズマトーチ装置，更にはロボット等による三次元切断加工装置が必要であった。それらは高価であり，そのため，従来はコスト，生産性で不利であった。この点，本発明によれば，上金型分割部８ａと下金型分割部８ｂ（およびそれらを収納している上金型１と下金型２の収納部）の形状を任意に設計変更することにより，成形後の金属管３の端部を容易に低コストで複雑な形状に切断することが可能となる。
【００３２】
なお，図示の形態では，隙間ｘを形成する上金型１内面および上金型分割部８ａ内面の両隅角部と下金型２内面および下金型分割部８ｂ内面の両隅角部を，いずれもほぼ直角にした例を示したが，図１０に示すように，上金型１内面の隅角部と下金型分割部８ｂ内面の隅角部を，鋭角に形成しても良い。そうすれば，金型分割部８（上金型分割部８ａと下金型分割部８ｂ）を金型Ａの中心から外側に向って金属管３の管軸方向に移動させて隙間ｘを形成した際に，金属管３の切断予定箇所に鋭角な上金型１内面の隅角部と下金型分割部８ｂ内面の隅角部が当接するので，金属管３を切断予定箇所においてより確実に切断できるようになる。その場合，上金型１内面の隅角部に対向する上金型分割部８ａ内面の隅角部と，下金型２内面の隅角部に対向する下金型分割部８ｂ内面の隅角部は，いずれも鈍角となるが，上金型分割部８ａ内面の隅角部と下金型分割部８ｂ内面の隅角部では，必ずしも金属管３を切断する必要はないので，問題はない。却って，切断の際に隙間ｘ内に押出された金属管３の一部３ａが一体的な破片となってそのまま切断された金属管３の端部と一緒に残るので，破片の個数が少なくて済み，都合が良い。
【００３３】
また，図示の形態では，金属管３の軸方向に移動可能な金型分割部８を上下２つの上金型分割部８ａと下金型分割部８ｂで構成した例を示したが，金型分割部８は２つに分割されるものでなくても良い。例えば，一体的な筒形状の金型分割部８を金属管３の周囲に装着することもできる。また，金型分割部８を３つ以上の金型分割部で構成しても良い。また，図示の形態では，ハイドロフォーム加工後の金属管３の両端部を切断する例を示したが，ハイドロフォーム加工後，金属管３の一方端部だけを切断する場合もある，その場合は，金型Ａの一方側部分に金型分割部８を設ければ足りる。
【実施例】
【００３４】
以下に本発明の実施例を示す。
図１等で説明した本発明の実施の形態にかかるハイドロフォーム用金型を用いて，金属管の加工，切断を行った。表１に，実施例に用いた各金属管の材質，強度，素管径，肉厚と，加工条件（成形内圧，隙間ｘの幅，型締め力）を示す。
【００３５】
【表１】
2006198638.tif 000003
【００３６】
金型分割部を金属管の管軸方向に沿って移動させるアクチュエータとして油圧シリンダを用い，上記に示す条件で加工，切断を実施したところ，任意の形状の切断面を得ることができた。ハイドロフォーム成型品の成型から切断までの所要加工時間は，軟鋼素材の金属管で切断面形状が平面の場合，従来は仕掛時間も含めて330秒であったのに対して，本発明の実施例では40秒に短縮できた。また設備占有面積も，従来の仕掛品保管場所も含めたものに比べ，本発明の実施例では1/3の面積で済み，設備の初期投資も1/2とすることができた。これによりハイドロフォーム製品の大幅なコスト低減を達成することができた。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は，金属管を液圧でバルジ加工させるハイドロフォーム加工に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態にかかるハイドロフォーム用金型の基本構成を示す断面図であり，金型の内部が開かれた状態を示している。
【図２】本発明の実施の形態にかかるハイドロフォーム用金型の基本構成を示す断面図であり，金型の内部が閉じられた状態を示している。
【図３】内部に金属管を設置した状態を示す本発明の実施の形態にかかるハイドロフォーム用金型の断面図である。
【図４】ハイドロフォーム加工時における金属管端部の拡大断面図である。
【図５】従来技術によるハイドロフォーム加工品の切断工程の説明図である。
【図６】本発明の実施例にかかるハイドロフォーム加工品の切断工程の説明図である。
【図７】本発明の実施例にかかるハイドロフォーム加工品の切断時における金属管端部の拡大断面図である。
【図８】端部を斜めに切断したハイドロフォーム製品の説明図である。
【図９】端部を曲面形状に切断したハイドロフォーム製品の説明図である。
【図１０】上金型内面の隅角部と下金型分割部内面の隅角部を鋭角に形成した本発明の実施例にかかる，ハイドロフォーム加工品の切断時における金属管端部の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
Ａ  ハイドロフォーム用金型
ｘ  隙間
１  上金型
２  下金型
３  金属管
５  凹み
６  軸押しノズル
６ａ  先端部
７  軸押しシリンダ
８  金型分割部
８ａ  上金型分割部
８ｂ  下金型分割部
１０  機械加工装置
【図１】
2006198638.tif 000004
【図２】
2006198638.tif 000005
【図３】
2006198638.tif 000006
【図４】
2006198638.tif 000007
【図５】
2006198638.tif 000008
【図６】
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【図７】
2006198638.tif 000010
【図８】
2006198638.tif 000011
【図９】
2006198638.tif 000012
【図１０】
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