(57)【要約】【目的】管体への内圧と軸押し込み量の組合せによって管体をハイドロフォーミングする際、負荷経路を割れやしわの発生領域の回避して、割れやしわによる成形不良の発生をなくすことが可能な方法を提供する。【構成】被加工素管の材質およびサイズ、ならびに成形しようとする形状に応じて、内圧と軸押込み量との間で予め割れ限界線Ｗおよびしわ座屈限界線Ｓを作成し、加工開始当初から負荷経路▲１▼，▲２▼が前記割れ限界線Ｗおよびしわ座屈限界線Ｓの間を通るように内圧と軸押込み量を連続的に付与する。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管体を内圧と軸押し込み量の組合せ付与によってハイドロフォーミングする際、被加工素管の材質およびサイズ、ならびに成形しようとする形状に応じて、内圧と軸押込み量との間で予め割れ限界線およびしわ座屈限界線を作成し、加工開始当初から内圧と軸押込み量を前記割れ限界線およびしわ座屈限界線の間で連続的に付与することを特徴とするハイドロフォーミング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車用サスペンションメンバー材等の製造に適用されるハイドロフォーミング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年ハイドロフォーム技術は、部品の軽量化，剛性の向上，部品数削減によるコスト削減等の観点から自動車業界において注目されており、国内メーカーでの採用も増えている。ハイドロフォーミングは、金型内に設置された管体への負荷内圧と軸押し込み量の組合せによって管体を様々な形状に成形するものである。
しかし、ハイドロフォーミングは、最終的な内圧と軸押し量が同じでも途中の負荷経路が異なると、最終的な成形品の出来映えが全く変わってくるという問題点がある。例えば、目標とする最終内圧と軸押し量が同一でも負荷経路によっては、途中で割れたり、割れないまでもしわが出たり、コーナー部形状が目標値に達しない等の不良品が発生することが多い。適切な負荷経路の設定には困難を要し、試行錯誤で設定しているのが現状である。
【０００３】
一例としては、特開２００２−６６６４８号公報では、管体に内圧を負荷して昇圧した後、軸押し込みをかけ、再び昇圧する工程が紹介されている。また、特開２００１−２８６９４５号公報では、管の初期座屈荷重と、成形に伴ない増加して行く材料内の内圧上昇分、材料と金型との摩擦分、材料の塑性変形分といったパンチに及ぼす抵抗分の合力を軸押し力とし、成形内圧の上昇にほぼ比例して軸押し力を負荷して行く軸押し制御方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開２００２−６６６４８号公報で提案された方法では、最初の昇圧はシーリングを目的とした軸押込みを除き軸押込みなしの完全昇圧である。そして次の軸押込みは昇圧なしの完全軸押込みである。そのため、初期の昇圧によって成形品の板厚を大きく減少させてしまい、その後の軸押込み前に製品が割れることがある。割れないまでも、軸押込み時において軸押込み量の過剰によるしわの発生や座屈を起こしやすくなる。
また、上記特開２００１−２８６９４５号公報で提案された方法では、チューブ成形時に、軸押し力は成形内圧，摩擦抵抗，塑性変形における抵抗といった数種の合力を制御しなければならないが、加工中の摩擦抵抗，塑性変形における抵抗を計測することは困難である。また、これらの抵抗力を計測するために、設備が複雑化するといった問題点が生じる。
【０００５】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、管体への内圧と軸押し込み量の組合せ付与によって管体をハイドロフォーミングする際、負荷経路を割れやしわの発生領域を回避するように制御して、それらを原因とした成形不良の発生をなくすことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のハイドロフォーミング方法は、その目的を達成するため、管体を内圧と軸押し込み量の組合せ付与によってハイドロフォーミングする際、被加工素管の材質およびサイズ、ならびに成形しようとする形状に応じて、内圧と軸押込み量との間で予め割れ限界線およびしわ座屈限界線を作成し、加工開始当初から内圧と軸押込み量を前記割れ限界線およびしわ座屈限界線の間で連続的に付与することを特徴とする。
【０００７】
【実施の態様】
ハイドロフォーミングは、図１に示されるような装置を使用して行われる。すなわち、下金型３にセットした円形断面の管体１にプレスにより上金型２を押し当て、軸４による押込みと液体５による昇圧を加えて成形していく。
本発明では、予め、被加工素管の材質およびサイズ、ならびに成形しようとする形状に応じて、内圧と軸押込み量との間で割れ限界線およびしわ座屈限界線を作成しておくので、まず、その作成手順について説明する。
【０００８】
成形しようとする製品形状に応じた金型に、被加工素管をセットする。成形においては軸押込み量と内圧量は一定の比率で増加させていく。軸押込み量Ｕと内圧Ｐとで、Δｐ／Δｕ＝Ｇ（単位はＭＰａ／ｍｍ）とし（ただし、Δｐ：内圧の増分、Δｕ：軸押込み量の増分）、本明細書中ではこの値を“負荷経路”と称することにする。成形を進めていく段階でしわや割れが発生する。その時点の内圧値と押込み量を検出する。図２に示すように、Ｇを種々変えて、各Ｇに対応する内圧値と押込み量を網羅的に調べ、グラフ上にプロットして、それらの点をつなぐ近似線を設定する。図２中、割れが発生した×点をつなぐ線が“割れ限界線Ｗ”であり、しわ乃至座屈が発生した×点をつなぐ線が“しわ座屈限界線Ｓ”である。
【０００９】
実際のハイドロフォーム加工品においては、しわ等がないばかりでなく、コーナー部が小さく成形できていることも要求される。したがって、上記２つの限界線とは別に、成形する製品に応じて目標の“コーナー部限界線Ｒ”を上記限界線設定試験の途中で、製品形状から判定し、設定する。
上記“割れ限界線Ｗ”，“しわ座屈限界線Ｓ”および“コーナー部限界線Ｒ”で囲まれる領域Ｐが、割れることなく、またしわや座屈を発生させることなく、しかも所望のコーナーＲを有する製品を成形することが可能なハイドロフォーミングの条件となる（図３参照）。すなわち、図４に示すように、しわ座屈限界線Ｓを通過することがないように、図中▲１▼，▲２▼で示す負荷経路を選択・調整して上記領域Ｐまで内圧を高めつつ軸押込みを増加して行けば、不良品を出すことなく所望のコーナーＲを有する製品がハイドロフォーミングで成形できることになる。
【００１０】
【実施例】
供試材として、高周波溶接で造管されたＳＴＡＭ２９０ＧＡ，外径６３．５ｍｍ，肉厚２．０ｍｍ，長さ４００ｍｍの鋼管を使用した。金型は図５に示すような６３．５ｍｍ×８５ｍｍの長方形断面形状を有するものを使用した。なお、バルジ長さは１７０ｍｍである。型締め力は１１０ｔｏｎとし、潤滑油として粘度６０ｍｍ２／ｓ（４０℃）のものを使用した。さらに、軸押し装置をして最大６０ｔｏｎのプレス装置を使用した。
そして、最終成形内圧は５２．５ＭＰａ、最終両管端軸押込み量を７５ｍｍとした。
成形可能範囲は図６に示すように、事前調査により求めており、目標コーナー部を２１Ｒ以内とした。
【００１１】
負荷経路として、図６の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されるように３種類のタイプを採用してハイドロフォーミングを行った。
（ａ）では、成形開始直後に昇圧を行ない２０ＭＰａに達した後、内圧を一定に保持した状態で両管端に軸押込みをかけ、両管端の軸押込み量が７５ｍｍに達した時点で再び昇圧を行ない、５２．５ＭＰａに達した時点で成形を終了した。
（ｂ）では、Ｇ＝２の負荷経路で成形を開始し、両管端の軸押込み量が１０ｍｍに達すると、内圧を一定に保持した状態で両管端に軸押込みをかけ、両管端の軸押込み量が７５ｍｍに達した時点で再び昇圧を行ない、５２．５ＭＰａに達した時点で成形を終了した。
（ｃ）では、Ｇ＝２の負荷経路で成形を開始し、両管端の軸押込み量が１０ｍｍに達すると、Ｇ＝０．５に負荷経路を変え、両管端の軸押込み量が７５ｍｍに達した時点で成形を終了した。
【００１２】
成形試験の結果を表１に示す。
成形後の目視評価において、（ａ）の負荷経路を採ったものでは初期の完全昇圧時に起こった肉厚減少に起因したと思われる割れが発生しており、（ｂ）の負荷経路を採ったものでは軸押込み量の過剰が起因したと思われる座屈が発生していた。
これに対して、（Ｃ）の負荷経路を採ったものでは、割れやしわあるいは座屈の発生状況は見られず、しかも１６Ｒのコーナー部を有するバルジ製品が得られていた。
【００１３】
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【００１４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、被加工素管の材質およびサイズ、ならびに成形しようとする形状に応じて、内圧と軸押込み量との間で予め割れ限界線およびしわ座屈限界線を作成し、加工開始当初から内圧と軸押込み量を前記割れ限界線およびしわ座屈限界線の間で連続的に付与している。したがって、負荷経路が前記割れ限界線およびしわ座屈限界線と交差することがないので、割れやしわあるいは座屈等を発生させることなく、すなわち不良品を出すことなくハイドロフォーミングすることが可能となる。
本発明によると、当初の割れ限界線およびしわ座屈限界線の作成に手間はかかるが、これが作成できれば、その後のハイドロフォーミング作業において不良品を出すことがなくなるので、自動車部品等大量生産品を結果的には低コストで提供できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハイドロフォーミング方法の概略を説明する図
【図２】負荷経路Ｇの違いにより割れ限界線およびしわ座屈限界線の作成手順を説明する図
【図３】割れやしわあるいは座屈を発生させることなく成形可能な条件範囲を説明する図
【図４】割れやしわあるいは座屈を発生させることのない負荷経路を説明する図
【図５】実施例で用いた金型の断面形状を説明する図
【図６】実施例で採用した３つの負荷経路を説明する図
【符号の説明】
１：管体      ２：上金型      ３：下金型      ４：押込み軸      ５：液体Ｗ：割れ限界線      Ｓ：しわ座屈限界線      Ｒ：目標コーナーＲ限界線
Ｐ：成形可能条件範囲      Ｇ：負荷経路
【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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