(57)【要約】【課題】  任意の形状と寸法のフランジを備えた液圧バルジ加工部品の提供。【解決手段】  外部に突出した他の部品を結合させるためのフランジ２を備えた液圧バルジ加工部品であって、少なくともフランジ２の１辺にリブ３１を有することを特徴とするフランジ付き液圧バルジ加工部品。フランジは、膨出部を構成している材料の一部が膨出加工された後押し潰されて成形されたものがよい。また、リブは、フランジの強度および剛性を向上させるためのものであるのが望ましい。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に突出した他の部品を結合させるためのフランジを備えた液圧バルジ加工部品であって、少なくともフランジの１辺にリブを有することを特徴とするフランジ付き液圧バルジ加工部品。
【請求項２】
液圧バルジ加工により成形された膨出部から外部に突出した他の部品を結合させるためのフランジを備えた液圧バルジ加工部品であって、そのフランジが、膨出部を構成している材料の一部が膨出加工された後押し潰されて成形されたフランジであって、少なくともフランジの１辺にリブを有することを特徴とするフランジ付き液圧バルジ加工部品。
【請求項３】
リブが、フランジの強度および剛性を向上させるためのものであることを特徴とする請求項１または２に記載のフランジ付き液圧バルジ加工部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、他の部品を結合させるためのフランジを備えた液圧バルジ加工部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属からなる管状の素材、あるいはこれを予備加工した管状素材（以下金属素管と略す）を上下一対の金型内にセットし、この素管内部に導入した液体に圧力を付与するとともに、必要に応じて素管の端部から軸方向に圧縮力を加えることにより金属素管をバルジ変形させて、前記金型の内部形状にならった成形品を得る液圧バルジ加工が自動車部品等の閉断面構造品の製造に用いられている。
【０００３】
この液圧バルジ加工によって成形された製品（以下液圧バルジ加工部品と記す）は部品単体で使用される場合もあるが、他の部品と結合させて使用される場合が多い。代表的な結合方法には、溶接と脱着可能なボルト締結がある。
【０００４】
ところで、上記液圧バルジ加工部品に類するものを金属板をプレス成形して製作する場合は、プレス成形された２つの部材を組み合わせてスポット溶接し、閉断面構造とする方法が採られている。
【０００５】
図１は、金属板をプレス成形して製作したフランジ付き部品の一例を示す斜視図で、図１（ａ）は他の部品をスポット溶接により結合した状態を示し、図１（ｂ）はボルトにより結合した状態を示す。
【０００６】
閉断面構造の部品をプレス成形により製作する場合、プレス成形した２つの部材１ａ、１ｂを組み合わせ、フランジ同士２をスポット溶接４ａして２つの部材を固定する。このフランジを利用して、図１(ａ)に示すように他部品とスポット溶接４ｂをしたり、図１（ｂ）に示すように、ボルト締結５によって接合することができる。
【０００７】
一方、金属素管から製造される液圧バルジ加工部品の場合は、一般にフランジがないが、液圧バルジ加工部品にフランジを設ける方法としては、下記のような方法がある。
【０００８】
図２は、液圧バルジ加工部品に他部品を結合した状態を示す斜視図で、図２（ａ）はアーク溶接で接合した状態を示し、図２（ｂ）はボルトにより接合した状態を示す。
【０００９】
図２（ａ）は、他の部品３を液圧バルジ加工部品１に直接アーク溶接７ａして結合した例である。                            
【００１０】
また、図２（ｂ）に示すようにボルト締結の場合は、ブラケット６を部品１にアーク溶接７ｂにより取り付ける必要がある。アーク溶接は、スポット溶接に比べて生産性が低く、さらに溶接時の熱によって製品の寸法精度が悪くなる恐れもある。
【００１１】
また、他の方法として特許文献１に、液圧バルジ加工部品の所定箇所の壁部に一部切れ目を入れ、外側に折り曲げてフランジとする方法が開示されている。
【００１２】
図３は、同公報に示されている方法を説明するための斜視図である。同図に示されているように、この方法は液圧バルジ加工部品１の壁部８の一部に切り目を入れた後、外側に折り曲げてフランジ２とする方法である。このフランジに、他の部品３がスポット溶接により接合される。
【００１３】
しかし、この方法には下記の２つの問題がある。
【００１４】
第一の問題は、側壁に開口部を設けることになるので、液圧バルジ加工部品の強度、剛性を著しく低下させることである。
【００１５】
第二の問題は、切れ目を設けた後の折り曲げ加工は、液圧バルジ加工部品の中に工具を入れることが困難なために手間がかかることである。
【００１６】
特許文献１には、液圧バルジ加工時に上下の金型で被成形材の一部を挟んで成形する方法が開示されている。
【００１７】
図４は、特許文献１に示されている液圧バルジ加工時にフランジを成形する方法を説明するための断面図で、図４（ａ）は下型１１にセットした素管１０に降下させた上金型１２が接触した状態を示し、図４（ｂ）は上型をさらに降下させた状態で材料が座屈あるいは腰折れを起こし材料のかみ出し部１３が生じた状態を示し、図４（ｃ）は上下金型が密着してかみ出し部が密着状態まで潰された状態を示す。
【００１８】
図４から明らかなように、この方法は液圧バルジ加工の準備段階である上下型を閉じる過程で生じる噛み出し現象を利用した方法である。しかし、この方法には三つの問題がある。
【００１９】
第一の問題は、フランジ幅ｆに制約があることである。すなわち、素管１０の外径Ｄを一定とするとフランジを除く製品幅Ｗが大きければｆが小さくなる関係にあるので、製品幅Ｗとに関係なく目標とする幅ｆを決定することができない。
【００２０】
第二の問題は、素管の噛み出し現象を利用しているために材料の強度や金型の摩擦の影響を受けてフランジ幅ｆがばらつくことである。
【００２１】
第三の問題は、噛みだし現象を利用しているために、製品の一部分にフランジを設けることができず、製品の一部分にフランジを設けるとすると製品形状に制約がでることである。
【００２２】
図５は、上記第３の問題を説明するための図で、図５（ａ）は特許文献１に記載の方法で製品の一部にフランジを設けた場合の製品の斜視図である。図５（ｂ）は、製品の形状を変更することなしに製品に一部分にフランジを設けた場合の製品の斜視図である。
【００２３】
特許文献１に記載の方法では、図５（ｂ）に示すような幅Ｗが一定の製品の側壁の一部分にフランジを成形することはできない。すなわち、噛み出しにより素管の一部分にフランジを成形するためには、素管の外周が一定であるため図５（ａ）に示すようにフランジを成形する部分の製品幅Ｗ1を隣接する部位の幅Ｗ2、Ｗ3よりも小さくせざるを得ないからである。このように、上記の方法では製品形状がフランジの有無によって影響を受けてしまう。
【００２４】
【特許文献１】特開平１１−１７００６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明の課題は、任意の形状と寸法のフランジを備えた液圧バルジ加工部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明者らは、上記課題を解消すべく種々実験、検討した結果、以下の知見を得るに至った。
【００２７】
ａ）金属素管を液圧バルジ加工しつつ、フランジ形成予定部位をも膨出させた後、この膨張部をポンチで押し潰すことにより膨出部から外部に突出した任意の寸法、形状に安定してフランジ成形することができる。
【００２８】
ｂ）金属素管を一旦フランジの無い形状にバルジ加工し、膨出加工部の一部をポンチで押し潰すことにより膨出部の内側に任意の寸法、形状に安定したフランジ成形することができる。
【００２９】
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、下記の（１）および（２）に示すフランジ付き液圧バルジ加工部品を要旨とする。
【００３０】
（１）外部に突出した他の部品を結合させるためのフランジを備えた液圧バルジ加工部品であって、少なくともフランジの１辺にリブを有することを特徴とするフランジ付き液圧バルジ加工部品。
【００３１】
（２）液圧バルジ加工により成形された膨出部から外部に突出した他の部品を結合させるためのフランジを備えた液圧バルジ加工部品であって、そのフランジが、膨出部を構成している材料の一部が膨出加工された後押し潰されて成形されたフランジであって、少なくともフランジの１辺にリブを有することを特徴とするフランジ付き液圧バルジ加工部品。
【００３２】
（３）リブが、フランジの強度および剛性を向上させるためのものであることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のフランジ付き液圧バルジ加工部品。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、他部品とスポット溶接やボルト締結の可能な任意の形状と寸法のフランジを液圧バルジ加工の工程中に成形することができ、液圧バルジ加工部品の任意の場所に必要最小限のフランジを備えた液圧バルジ加工部品を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明について具体的に説明する。
【００３５】
図６は、バルジ加工により成形した膨出部から外部に突き出たフランジ付き液圧バルジ加工部品を形成する方法を説明するための図であり、図６(a)は素材を金型にセットした状態、 図６(b)はフランジ成形予定部を膨出させた状態、図６(c)は上下のポンチを前進させフランジを成形した状態、図６(d)は液圧を増加させて最終製品形状に仕上げ成形した状態を示す図である。
【００３６】
本発明の液圧バルジ加工部品の成形時に用いる金型は、図６(a)に示すように、製品の外部形状と同じ形状をした空間部２１と金属素管のフランジ成形予定部位２４を膨出させるための空間部２２とを備え、この空間部２２に向けて前後進可能なポンチ２３を内蔵している。
【００３７】
この例では、上下の金型内にポンチを設けているが、フランジを設ける部位あるいはフランジの形状によっては、ポンチは上下金型のどちらか片側だけでよい場合もある。
【００３８】
フランジを成形するための膨出加工するための空間部２２を形成するポンチとダイスの形状も特に限定されず、目的とするフランジの形状に合わせればよい。大きな膨出量を容易に得るためには、膨出部の高さをできるだけ大きくとるのがよい。
【００３９】
図７は、膨出部の各種の形状例を示す図であり、図７(a)は膨出部の高さＨが成形後の製品の高さと同じ場合、図７(b)は膨出部が製品の側面中央にある場合、図７(c)は膨出部の一面が製品の一面と同じになっている場合、図７(d)は膨出部の高さＨが製品の高さと同じで、かつ形状が丸みをおびている場合を示す図である。図７に示すように、膨出部の形状は膨出部の空間を種々変更することにより任意に変えることができる。
【００４０】
加工工程を前記図６に基づいて説明する。図示しない液圧バルジ加工装置に組み込まれている上金型１２を上昇させて下金型１１の孔型に金属素管２１をセットし、図６(a)に示すように、上金型を下降させ下金型に当接する。次いで図６(b)に示すように金属素管内に導入した液体に圧力を付与し、製品となる形状に液圧バルジ加工をおこないつつ、フランジ成形予定断面部の膨出加工をおこない、膨出部２５を成形する。その後、液圧を低下させて上下の金型に内蔵させているポンチ２３を前進させ、図６(c)に示すように膨出部２５を加工してフランジ２６を形成する。
【００４１】
この際、膨出後も液圧を低下させることなく、ポンチを前進させてフランジを形成することができる場合もある。しかし、液圧が高いままポンチを前進させて潰し加工をおこなうと材料破断が生じやすく、かつ、潰した後のフランジ幅を大きくとることができない場合もあり、潰し加工に大きな圧力が必要となる。したがって、液圧を低下させてから潰し加工をおこなうことが望ましい。液圧を下げて、ポンチを前進させて潰し加工をおこなうと、変形が膨出部だけにとどまらず液圧バルジ加工製品本体の方も変形し図６(c)のように変形する。
【００４２】
最後に、図６(d)に示すようにフランジ部をポンチで押さえ付けたままの状態で被加工材内の液圧を増加させ、フランジ部以外の部位を再成形し製品形状に仕上げる。
【００４３】
なお、ポンチに必要な荷重は膨出部を押し潰し、かつ図６(d)に示す製品形状に仕上げる工程で液圧によりポンチが持ち上がらないだけの荷重が必要である。
【００４４】
次に、フランジの形状であるが、結合する他の部品の形状に合わせて接合し易い形状にすればよい。また、フランジの形状はポンチで膨出部を押し潰した際にポンチと金型とで形成される空間部の形状により決定されるので、フランジ成形のための空間部となるようにポンチと金型の形状を決めればよい。
【００４５】
図８は、フランジの形状例を示す図であり、図８(a)は単なるフランジを備えた加工部品の斜視図、図８(b)はフランジの２辺にリブを備えたフランジ付き加工部品の斜視図を示している。
【００４６】
フランジの剛性、強度を上げたい場合には、図８(b)に示すようにフランジの長手方向の両端にリブ３１を備えたフランジとすればよい。
【００４７】
図９は、リブの形状例を示す図で、図９(a)は図８(b)のＡＡ断面を示す図で、両サイドにリブを有するフランジで、図９(b)はフランジの上面部のみにリブがあるフランジ、図９(c)はフランジの一端のみにリブがあるフランジを示す。このような形状は、リブに必要な強度、剛性により決めればよい。
【００４８】
リブ付きフランジの成形は、膨出部をポンチで押し潰した際にポンチと金型間にリブの厚さ分の空間ができるようにポンチと金型を設計すればよい。言い換えれば、膨出部をフランジとなる部分のみを部分的にポンチで押し潰すことである。
【００４９】
図１０は、バルジ加工により成形した膨出部の内側にフランジを備えた液圧バルジ加工部品を形成する方法を説明するための図である。図１０(a)は素材を金型にセットした状態、 図１０(b)は液圧バルジ加工で、フランジ形成予定部をフランジがない形状に膨出させた状態、図１０(c)は、内圧を低下させた後で上下のつぶしポンチを前進させフランジを成形した状態、図１０(d)は、内圧を増加させて最終形状に仕上げ成形した状態を示す図である。
【００５０】
本発明の方法に用いる金型は、図１０(a)に示すように、製品形状と同じ形状をした空間部を備え、この空間部に向けて前後進可能なポンチを内蔵している。
【００５１】
この例では上下の金型にポンチを設けているが、フランジを設ける部位あるいはフランジの形状によっては潰しポンチは上下金型のどちらか片側だけでよい場合もある。
【００５２】
フランジを成形するためのポンチの形状についても特に限定するものでは無く、目的とするフランジの形状に合わせればよい。
【００５３】
加工工程としては、図示しない液圧バルジ加工装置に組み込まれている上金型を上昇させて、下金型の孔型に金属素管をセットし、図１０(a)に示すように上金型を下降させ下金型に当接する。
【００５４】
次いで、図１０(ｂ)に示すように金型素管内に導入した液体に圧力を付与し、製品となる形状に液圧バルジ加工をおこないつつ、フランジ形成予定部も膨出加工をおこなう。なお、この際完全に製品形状まで膨出させなくとも途中で止めてもよい。
【００５５】
その後、上下の金型に内蔵させているポンチを前進させ、図１０(c)に示すように膨出部を潰し加工してフランジを形成する。
【００５６】
ここで、内圧を保持させたまま、ポンチを前進させてフランジを形成できる場合もあるが、内圧が高いままポンチを前進させて潰し加工を行うと材料破断を生じやすい。また、潰し加工に大きな力が必要である。従って、内圧を低下させてから潰し加工をおこなうことが望ましい。
【００５７】
最後に、図１０(d)に示すようにフランジ形成予定部をポンチで押さえたままの状態で内圧を増加させ、第２ステップで成形したフランジ形成予定部以外の部位を再成形し、最終製品形状に仕上げる。
【００５８】
なお、ポンチには膨出部を潰し、かつ図１０(d)の工程で液圧によりポンチが持ち上がらない大きさの荷重を負荷する必要がある。
【００５９】
次に、フランジの形状であるが、結合する他の部品と結合しやすい形状とすればよい。 
【００６０】
図１１は、フランジの形状を示す図で、図１１(a)は上下のポンチで潰し加工をおこない、側面の中程にフランジを設けた加工部品の斜視図で、図１１(b)は片側のポンチのみで潰し加工をおこない、下面と面一のフランジを設けた加工部品の斜視図である。
【００６１】
図１１(a)、(b)の場合は、最初のバルジ加工から最後の仕上げバルジ加工まで、バルジ加工部品のフランジを含む断面の周長は同じであるため、加工中に割れが発生したり、しわが発生することはなく、容易に成形できる。
【００６２】
図１１(c)は膨出部中央にポンチを押し込み上下の壁を密着させフランジとした加工部品の斜視図である。この幅中央にフランジを設ける場合、フランジがある形状の周長はフランジが無い形状の周長より断面の高さｈ１の２倍だけ増加するため、断面の高さｈ１を小さくすることが望ましい。
【実施例】
【００６３】
（実施例１）
図１２は、バルジ加工により成形した膨出部の部外に突出したフランジを有する部品を成形するのに用いた金型の孔型形状を示す図で、図１２(a)は孔型の平面図、図１２(b)は正面図、図１２(c)は側面図である。図中の２１は製品の外部形状と同じ形状の空間部で、２２は金属素管のフランジ成型予定部を膨出させるための空間部である。
【００６４】
金型の孔型寸法は、 Ｈ：５０ｍｍ、Ｗ１：４０ｍｍ、Ｗ：８０ｍｍ、Ｒ：８ｍｍ、Ｌ：８０ｍｍであった。
【００６５】
ポンチは、断面が８０ｍｍ×４０ｍｍと６０ｍｍ×４０ｍｍの２種を用いた。  また、素管としては外径：７６．３ｍｍ、肉厚２．０ｍｍ、長さ７００ｍｍの機械構造用炭素鋼鋼管ＳＴＫＭ１１Ａを用い、図８(a)および(b)に示す形状のフランジを成形加工した。
【００６６】
図１４は、液圧バルジ加工時の内圧、軸押しおよびポンチの動作パターンである。最初の液圧バルジ加工時のみ金属素管の両端から軸押力を付与して液圧でバルジ加工して膨出成形した後、内圧を抜いてポンチを前進させ、フランジを成形した。最後に、ポンチを前進させたまま、内圧のみを最初の液圧バルジ加工時と同じレベルまで上昇させ最終形状に仕上げ成形した。
【００６７】
ポンチで潰し加工をおこなう前のフランジに相当する部分の膨出部の長さ｛図６(b)のＬ１｝は１５ｍｍであったが、ポンチで潰し扁平加工をおこなった後の長さ｛図６(c)のＬ２｝は２７ｍｍであった。二度目の液圧バルジ加工後の最終形状でのフランジの長さ｛図６(d)のＬ３｝は２６ｍｍであった。
【００６８】
２種のポンチのいずれも、形状不良や割れなく、ポンチ幅が８０ｍｍの場合は図８(a)に示すフラットな形状のフランジとなり、ポンチ幅が６０ｍｍの場合は図８(b)のようにフランジの両側にリブの付いたフランジが成形できた。
【００６９】
フランジ部に荷重をかけ、剛性を調査した結果、上記リブ付きのフランジはリブ無しの場合の約５０倍の剛性を示した。
【００７０】
（実施例２）
図１３は、バルジ加工により成形した膨出部の内側にフランジを有する部品を成形するのに用いた金型の孔型形状を示す図で、図１３(a)は孔型の平面図、図１３(b)は正面図、図１３(c)は側面図である。図１３(d)はポンチの端面形状図である。図１３(a)中の点線部にポンチが位置する。
【００７１】
金型の孔型寸法は、Ｈ：５０ｍｍ、Ｗ：８０ｍｍ、Ｒ：８ｍｍで、ポンチの形状は、ｈ：３０、ｗ３０で側面と端面の角部のコーナＲは３ｍｍであった。
【００７２】
素管としては外径：７６．３ｍｍ、肉厚２．０ｍｍ、長さ７００ｍｍの機械構造用炭素鋼鋼管ＳＴＫＭ１１Ａを用い、図１１(a)、(b)に示す形状のフランジを成形した。
【００７３】
液圧バルジ加工時の内圧、軸押し及びポンチの動作パターンは図１４に示した通りとした。
【００７４】
最初の液圧バルジ加工時のみ金属素管の両端から軸押しを併用して液圧で拡菅して膨出加工した後、内圧を抜いてポンチを前進させ、フランジを成形した。最後に、ポンチを前進させたまま、内圧のみを最初の液圧バルジ加工時と同じレベルまで上昇させ最終形状に仕上げ形成した。
【００７５】
その結果、形状不良や、加工中に割れの発生もなくバルジ加工部内にフランジを備えたバルジ成形部品が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明によれば、他部品とスポット溶接やボルト締結の可能な任意の形状と寸法のフランジを液圧バルジ加工の工程中に成形することができ、液圧バルジ加工部品の任意の場所に必要最小限のフランジを備えた液圧バルジ加工部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】従来の板プレス部品と他部品の結合例を示す斜視図である。
【図２】従来の液圧バルジ加工部品と他部品の結合例を示す斜視図である。
【図３】従来の液圧バルジ加工部品と他部品の他の結合例を示す斜視図である。
【図４】従来の液圧バルジ加工部品の液圧によるフランジ成形方法を説明するための図である。
【図５】従来の液圧バルジ加工部品のフランジ成形方法の問題点を説明するための斜視図である。
【図６】膨出部の外部に突出したフランジを有する部品の成形方法を説明するための断面図である。
【図７】金属素管のフランジ成形予定部を部分的に膨出させた状態の形状の例を示す斜視図である。
【図８】本発明の液圧バルジ加工部品例の斜視図である。
【図９】リブを備えたフランジ例を示す図である。
【図１０】膨出部の内側にフランジを備えた液圧バルジ加工部品を形成する方法を説明するための図である。
【図１１】バルジ加工部内に設けたフランジの形状を示す図である。
【図１２】実施例で用いた金型の孔型形状を示す図である。
【図１３】バルジ加工部内にフランジを成形するのに用いた金型の孔型形状を示す図である。
【図１４】バルジ加工時の内圧、軸押しパターンの説明図である
【符号の説明】
【００７８】
１ａ、１ｂ  部材
２  フランジ
３  他の部品
４  スポット溶接部
７ａ、７ｂ  アーク溶接部
１０  金属素管
１１  下金型
１２  上金型
２１  製品形状整形用空間部
２２  膨出部成形用空間部
２３  ポンチ
２５  膨出部
３１  リブ
【図１】
2006175521.tif 000003
【図２】
2006175521.tif 000004
【図３】
2006175521.tif 000005
【図４】
2006175521.tif 000006
【図５】
2006175521.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006175521.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006175521.tif 000011
【図１０】
2006175521.tif 000012
【図１１】
2006175521.tif 000013
【図１２】
2006175521.tif 000014
【図１３】
2006175521.tif 000015
【図１４】
2006175521.tif 000016