(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型に収容した管材内に液圧を付加して、その管材の所定箇所を曲面形状に拡管するハイドロフォーム装置において、
上記金型の拡管形成部に複数並設され、上記管材の径方向にそれぞれ移動可能なカウンターパンチ部と、該カウンターパンチ部を上記管材の径方向に案内するためのガイドと、各カウンターパンチ部を上記管材の外周に押しつけるための押さえ手段と、各カウンターパンチ部の移動を、上記管材の所定箇所が曲面形状に拡管されるように順次規制するための規制手段とを備えたことを特徴とするハイドロフォーム装置。
【請求項２】
上記カウンターパンチ部を、板状或いはリング状に形成した請求項１に記載のハイドロフォーム装置。
【請求項３】
金型に収容した管材内に液圧を付加して、その管材の所定箇所を曲面形状に拡管するハイドロフォーム方法において、
上記金型の拡管形成部に、上記管材の径方向にそれぞれ移動可能なカウンターパンチ部を複数並設し、
該カウンターパンチ部の先端部を上記管材の外周面に当接させつつ、上記カウンターパンチ部を上記管材の変形に応じて径方向外方に移動させ、各カウンターパンチ部の移動を、上記管材の所定箇所が曲面形状に拡管されるように順次規制することを特徴とするハイドロフォーム方法。
【請求項４】
上記カウンターパンチ部を、板状或いはリング状に形成する請求項３に記載のハイドロフォーム方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型に収容した管材内に液圧を付加して、その管材の所定箇所を曲面形状に拡管するハイドロフォーム装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
管材（パイプ材）を径方向に拡管する際に、ハイドロフォーム成形が用いられる場合がある。このハイドロフォーム成形は、拡管形状（製品形状）に合わせて凹部が設けられた金型に管材を収容した後、その管材内に液体を封入して液圧を付加した状態で管材を軸方向に押圧（プレス）し、管材の一部を変形（膨張）させることで行われる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５６−９９０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、拡管比が比較的大きい場合（例えば、約２以上）、成形前の管材と金型の凹部との隙間が大きいため、管材が均一に変形せず（板厚が均一に減少せず）、破裂（バースト）し易くなる。そこで、拡管比が比較的大きい場合には、管材の変形に合わせて金型（カウンターパンチ）を移動させ、その金型（カウンターパンチ）により管材を押さえ込むことで破裂を防止するようにしている。
【０００５】
しかし、管材を半球形状に拡管する場合、Ｔ字管のハイドロフォーム成形に用いるような円形平面を有する金型（カウンターパンチ）では、管材を半球形状に成形することは不可能である。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、管材を大きい拡管比で且つ曲面形状に拡管することができるハイドロフォーム装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、金型に収容した管材内に液圧を付加して、その管材の所定箇所を曲面形状に拡管するハイドロフォーム装置において、上記金型の拡管形成部に複数並設され、上記管材の径方向にそれぞれ移動可能なカウンターパンチ部と、該カウンターパンチ部を上記管材の径方向に案内するためのガイドと、各カウンターパンチ部を上記管材の外周に押しつけるための押さえ手段と、各カウンターパンチ部の移動を、上記管材の所定箇所が曲面形状に拡管されるように順次規制するための規制手段とを備えたことを特徴とするハイドロフォーム装置である。
【０００８】
請求項２の発明は、上記カウンターパンチ部を、板状或いはリング状に形成した請求項１に記載のハイドロフォーム装置である。
【０００９】
請求項３の発明は金型に収容した管材内に液圧を付加して、その管材の所定箇所を曲面形状に拡管するハイドロフォーム方法において、上記金型の拡管形成部に、上記管材の径方向にそれぞれ移動可能なカウンターパンチ部を複数並設し、該カウンターパンチ部の先端部を上記管材の外周面に当接させつつ、上記カウンターパンチ部を上記管材の変形に応じて径方向外方に移動させ、各カウンターパンチ部の移動を、上記管材の所定箇所が曲面形状に拡管されるように順次規制することを特徴とするハイドロフォーム方法である。
【００１０】
請求項４の発明は、上記カウンターパンチ部を、板状或いはリング状に形成する請求項３に記載のハイドロフォーム方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、管材を大きい拡管比で且つ曲面形状に拡管することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１３】
本実施形態のハイドロフォーム装置は、金型に収容した管材内に液圧を付加して、その管材の所定箇所を半球形状や円弧形状等の曲面形状に拡管するためのものである。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係るハイドロフォーム装置の正面断面図であり、図１（ａ）は成形前の状態を示し、図１（ｂ）は成形後の状態を示す。図２はハイドロフォーム装置の平面断面図であり、図２（ａ）は成形前の状態を示し、図２（ｂ）は成形後の状態を示す。
【００１５】
本実施形態のハイドロフォーム装置は、トラックのアクスルハウジングを成形するためのものである。
【００１６】
図５に示すように、アクスルハウジング１の長手方向中央部には、車両後方向に略半球形状で膨出され（図５（ａ）参照）、且つ、車両上下方向に略円弧形状で膨出される（図５（ｂ）参照）バンジョー部２が設けられる。
【００１７】
図１及び図２に示すように、ハイドロフォーム装置１０は、管材１１を収容するための金型１２と、金型１２に収容した管材１１内に液圧を付加するための液圧付加手段１３と、金型１２に収容した管材１１を軸方向（図１及び図２中の左右方向）に押圧するための押圧手段１４とを備えている。
【００１８】
液圧付加手段１３は、管材１１内に液体（例えば、水やオイル等）を封入することで、管材１１内に液圧（内圧）を付加するものである。液圧付加手段１３は、液圧ポンプ（図示せず）と、管材１１の両端部にそれぞれ取り付けられ、管材１１を封止する一対の封止部材１５と、一端が液圧ポンプに接続され、他端が封止部材１５に接続された配管１６とを有している。各封止部材１５には管材１１内外を連通する貫通孔１７が形成されており、液圧ポンプからの液体は配管１６及び封止部材１５（貫通孔１７）を介して管材１１内に封入される。
【００１９】
押圧手段１４は、管材１１を軸方向に圧縮することで、管材１１を軸方向に押圧するものである。押圧手段１４は、管材１１を軸方向に圧縮するための押圧シリンダ１８（例えば、油圧シリンダ等）を有している。押圧シリンダ１８のロッド１９先端が封止部材１５に当接され、押圧シリンダ１８は封止部材１５を介して管材１１を軸方向に圧縮する。
【００２０】
図３及び図４に示すように、金型１２は、上下に二分割されており、上型２０と下型２１とから構成される。上型２０及び下型２１の合わせ面にはそれぞれ、管材１１の所定箇所（中央部）を拡管するための凹部（拡管形成部）２０ａ、２１ａ、及び、管材１１の非加工部を支持するための凹部（管材支持部）２０ｂ、２１ｂが形成される。
【００２１】
図３に示すように、上型２０の拡管形成部２０ａには、アクスルハウジング１のバンジョー部２における車両後方向への膨らみ形状（半球形状）を管材１１に成形するために、管材１１の径方向にそれぞれ移動可能なカウンターパンチ（カウンターパンチ部）２２が複数並設されている。各カウンターパンチ２２は、リング状に形成されている。各カウンターパンチ２２における管材１１に当接する先端面は、断面略円弧形状に形成される。
【００２２】
カウンターパンチ２２の数は、管材１１の板厚及び直径や、成形すべき膨らみ形状（半球形状）の曲率等に応じて適切に設定する。本実施形態では、カウンターパンチ２２は、四つ並設されている。
【００２３】
上型２０には、各カウンターパンチ２２の落下を防止するための落下防止手段が設けられる。落下防止手段は、最外周のカウンターパンチ２２を除く各カウンターパンチ２２の脱落を防止するために、それら各カウンターパンチ２２の外周に設けられ、径方向外側に突出する環状のストッパ（第一ストッパ）２３と、最外周のカウンターパンチ２２を防止するために、上型２０に取り付けられ、径方向内側に突出するピン状のストッパ（第二ストッパ）２４とから構成される。
【００２４】
カウンターパンチ２２を管材１１の径方向（本実施形態では、上方）に案内するためのガイドが設けられる。つまり、カウンターパンチ２２は、付加された液圧によって変形（膨出）される管材１１によって押され、ガイド２５に沿って上方に移動される。最外周のカウンターパンチ２２を除く各カウンターパンチ２２は、隣接するカウンターパンチ２２の外周面及び内周面によって案内され、最外周のカウンターパンチ２２は、隣接するカウンターパンチ２２の外周面及び上型２０に設けられた穴部２５の内周面によって案内される。
【００２５】
カウンターパンチ２２は、各カウンターパンチ２２を管材１１の外周面に押しつけるための押さえ手段としての押さえシリンダ２６（例えば、油圧シリンダ等）によって、所定の力で径方向内方（本実施形態では、下方）に押さえられるようになっている。つまり、カウンターパンチ２２は、押さえシリンダ２６によって下方へと押され、管材１１に所定の外圧を付与するようになっている。押さえシリンダ２６のロッド２７先端には板状のカウンターパンチ受け２８が取り付けられており、そのカウンターパンチ受け２８の先端部が各カウンターパンチ２２の後端部に当接される。
【００２６】
上型２０には、各カウンターパンチ２２の移動を、管材１１の中央部が略半球形状に拡管されるように順次規制するための規制手段が設けられる。規制手段は、上型２０に設けられ、各カウンターパンチ２２の後端部が当接される段差部２９からなり、カウンターパンチ２２を径方向外方のものから順次移動を規制するようになっている。
【００２７】
図４に示すように、下型２１の拡管形成部２１ａには、アクスルハウジング１のバンジョー部２における車両上下方向への膨らみ形状（円弧形状）を管材１１に成形するために、管材１１の径方向にそれぞれ移動可能なカウンターパンチ（カウンターパンチ部）３０が複数並設されている。各カウンターパンチ３０は、板状に形成されている。各カウンターパンチ３０における管材１１に当接する先端面は、断面略円弧形状に形成される。
【００２８】
カウンターパンチ３０の数は、管材１１の板厚及び直径や、成形すべき膨らみ形状（円弧形状）の曲率等に応じて適切に設定する。本実施形態では、カウンターパンチ３０は、七つ並設されている。
【００２９】
下型２１には、各カウンタパンチ３０の管材１１側への飛び出しを防止するための飛び出し防止手段が設けられる。飛び出し防止手段は、下型２１に設けられ、上方に突出する段差部（第三ストッパ）３１から構成される。
【００３０】
下型２１には、カウンターパンチ３０を管材１１の径方向（本実施形態では、側方）に案内するためのガイドが設けられている。つまり、カウンターパンチ３０は、付加された液圧によって変形（膨出）される管材１１によって押され、ガイドに沿って側方に移動される。軸方向最外方のカウンターパンチ３０を除く各カウンターパンチ３０は、隣接するカウンターパンチ３０の側面によって案内され、軸方向最外方のカウンターパンチ３０は、隣接するカウンターパンチ３０の側面及び下型３０に設けられた凹部３２の側面によって案内される。
【００３１】
カウンターパンチ３０は、各カウンターパンチ３０を管材１１の外周面に押しつけるための押さえ手段としての押さえシリンダ３３（例えば、油圧シリンダ等）によって、所定の力で径方向内方（本実施形態では、側方）に押さえられるようになっている。つまり、カウンターパンチ３０は、押さえシリンダ３３によって側方へと押され、管材１１に所定の外圧を付与するようになっている。押さえシリンダ３３のロッド３４先端には板状のカウンターパンチ受け３５が取り付けられており、そのカウンターパンチ受け３５の先端部が各カウンターパンチ３０の後端部に当接される。
【００３２】
下型２１には、各カウンターパンチ３０の移動を、管材１１の中央部が略円弧形状に拡管されるように順次規制するための規制手段が設けられる。規制手段は、下型２１に設けられ、各カウンターパンチ３０の後端部が当接される段差部３６からなり、カウンターパンチ３０を軸方向外方のものから順次移動を規制するようになっている。
【００３３】
次に、本実施形態のハイドロフォーム方法について説明する。
【００３４】
図５に示したアクスルハウジング１をハイドロフォーム成形を用いて管材１１から成形する場合、アクスルハウジング１のバンジョー部２における拡管比が比較的大きいものとなる。
【００３５】
そこで、上述したハイドロフォーム装置１０を用いて予備成形を行うことで、管材１１を破裂させることなく、アクスルハウジング１を製造することができる。
【００３６】
まず、予備成形行程（第一行程）として、ハイドロフォーム装置１０を用いて、管材１１の中央部を拡管して、バンジョー部２における車両後方向への膨らみ形状（半球形状）、及び、バンジョー部２における車両上下方向への膨らみ形状（円弧形状）を有する第一次成型品を形成する。
【００３７】
図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、封止部材１５を管材１１の両端部に取り付け、その管材１１を金型１２の上型２０及び下型２１の間（拡管形成部２０ａ、２１ａ及び管材支持部２０ｂ、２１ｂにより区画される空間）に収容する。管材１１に付加される液圧によって上型２０が浮上するのを防止するために、所定の荷重が上型２０に加えられる。
【００３８】
次いで、液圧ポンプを作動させて、管材１１に所定の液圧（内圧）を付加しつつ、押圧シリンダ１８を伸長させて、管材１１を軸方向に押圧する。その結果、管材１１の軸方向中央部が径方向に拡管され、管材１１の外周部が拡管形成部２０ａ、２１ａ及びカウンターパンチ２２、３０と当接する。
【００３９】
ここで、成形初期は、管材１１と拡管形成部２０ａ、２１ａ及びカウンターパンチ２２、３０との間に隙間がある状態で管材１１を拡管することとなるが、管材１１と拡管形成部２０ａ、２１ａ及びカウンターパンチ２２、３０との隙間は十分小さく（つまり、拡管比が小さい）、また成形初期は管材１１の肉厚が十分厚いため、成形初期に、管材１１が破裂するおそれはない。
【００４０】
次いで、押圧シリンダ１８をさらに伸長させると、管材１１の変形（膨出）によって上型２０及び下型２１に設けた押さえシリンダ２６、３３が縮退される。つまり、管材１１の変形（膨出）に応じて、上型２０及び下型２１に設けたカウンターパンチ２２、３０が径方向外方に移動される。カウンターパンチ２２、３０によって管材１１に所定の外圧を付与しつつ、管材１１を拡管するようにしたため、管材１１を均一に変形させる（板厚を均一に減少させる）ことができ、管材１１を比較的大きい拡管比で拡管させることが可能となる。
【００４１】
また、上型２０に設けたカウンターパンチ２２は径方向外方のものから段差部２９によって移動が順次規制されていくと共に、下型２１に設けたカウンターパンチ３０は軸方向外方のものから段差部３６によって移動が順次規制されていき、カウンターパンチ２２、３０の先端部により区画される面の形状が平面形状から曲面形状へと徐々に変化される。カウンターパンチ２２、３０の先端部の面形状の変化に伴い、管材１１の外周が平面形状から曲面形状となると共に、その曲面形状の曲率が徐々に大きくなっていく（曲率半径が徐々に小さくなっていく）。したがって、管材１１を曲面形状に拡管させることが可能となる。
【００４２】
図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示すように、上型２０及び下型２１に設けた押さえシリンダ２６、３３を、段差部２９、３６によって全てのカウンターパンチ２２、３０の移動が規制されるまで縮退させると、カウンターパンチ２２、３０の先端部により区画される面の形状が目標とする拡管形状となる。従って、バンジョー部２における車両上下方向への膨らみ形状（円弧形状）、及び、バンジョー部２における車両後方向への膨らみ形状（半球形状）を有する第一次成型品が得られる。
【００４３】
次に、仕上成形行程（第二行程）として、拡管形状（製品形状）に合わせて凹部が設けられた金型に第一次成型品を収容し、その第一次成形品に液圧を付加しつつ、第一次成形品を軸方向に押圧して、第二次成形品を得る。図３及び図４に示した金型１２ではアクスルハウジング１におけるバンジョー部２の肩部（コーナー部）（図５の符号３参照）のＲ形状を小さくすることができないので、仕上成形行程で、バンジョー部２の肩部３の形状出しを行う。
【００４４】
さらに、最終工程として、第二次成型品の中央部における半球形状に形成された面に対向する面をカットし、ディファレンシャル等の駆動機構を挿入するための挿入口（図５の符号４参照）を形成する。
【００４５】
以上により図５に示すようなアクスルハウジング１が得られる。
【００４６】
この方法によれば、アクスルハウジング１に溶接部が無いため、耐久強度の信頼性が高く且つ軽量なアクスルハウジング１を低コストで得ることが可能となる。
【００４７】
本実施形態による管材の破裂防止効果を確認すべく、アクスルハウジングを成形するシミュレーションを行った。そのシミュレーションでは、φ８９ｍｍの管材（素管）の中央部をφ１９６ｍｍに約２の拡管比で拡管することを模擬した。管材は、材質をＳＴＫＭ１１Ａ（熱処理材）とし、板厚を２．９ｍｍとした。成形するアクスルハウジングは、バンジョー部における車両後方向への膨らみ形状（半球形状）の高さを３５ｍｍとし、バンジョー部における車両上下方向への膨らみ形状（円弧形状）の直径を１７０ｍｍとした。板厚の減少率３３％を破断限界とした。本実施形態の場合、板厚の最大減少率は３０％であった。
【００４８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１はハイドロフォーム装置の正面断面図であり、図１（ａ）は成形前の状態を示し、図１（ｂ）は成形後の状態を示す。
【図２】図２はハイドロフォーム装置の平面断面図であり、図２（ａ）は成形前の状態を示し、図２（ｂ）は成形後の状態を示す。
【図３】金型の上型の斜視図である。
【図４】金型の下型の斜視図である。
【図５】図５はアクスルハウジングを示し、図５（ａ）は正面図であり、図５（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  ハイドロフォーム装置
１１  管材
２０  上型（金型）
２０ａ  凹部（拡管形成部）
２１  下型（金型）
２１ａ  凹部（拡管形成部）
２２  カウンターパンチ（カウンターパンチ部）
２５  穴部（ガイド）
２６  押さえシリンダ（押さえ手段）
２９  段差部（規制手段）
３０  カウンターパンチ（カウンターパンチ部）
３２  凹部（ガイド）
３３  押さえシリンダ（押さえ手段）
３６  段差部（規制手段）
【図１】
0004837430.tif 000002
【図２】
0004837430.tif 000003
【図３】
0004837430.tif 000004
【図４】
0004837430.tif 000005
【図５】
0004837430.tif 000006