(57)【要約】  【課題】  中空材料についてより大きな変形が可能な側方押出成形法を提供する。  【解決手段】  中空成形材料１の空芯に塑性変形しかつ除去可能なコア物質２を充填してコア充填加工材３とし、このコア充填加工材３を必要位置に開口を有する成形型４に当てて、コア充填加工材３を端面から押圧してコア物質２と中空成形材料１を開口５の位置に供給しながらコア充填加工材の側部を開口５から膨出させ、次いで中空成形材料１の部分を端部から押圧することにより、開口５と既に塑性変形したコア物質２との間から中空成形材料１のみを押し出してさらに膨出させて塑性変形させ、後に空芯中のコア物質２を除去して中空成形材料１の成形を行うことを特徴とする。【選択図】  図１
2005138134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空芯を有する被成形材料の該空芯に塑性変形しかつ除去可能なコア物質を充填してコア充填加工材とし、該コア充填加工材を必要位置に開口を有する成形型に当てて、該コア充填加工材を端面から押圧して前記コア物質と被成形材料を前記開口の位置に供給しながら該コア充填加工材の側部を該開口から開口形状に合わせて膨出させ、次いで前記被成形材料の部分を端部から押圧し前記開口と塑性変形した前記コア物質の間から該被成形材料のみを押し出し該被成形材料をさらに膨出させて塑性変形させ、後に該空芯中のコア物質を除去して前記被成形材料の成形を行うことを特徴とする中空材料の側方押出成形法。
【請求項２】
前記コア物質は前記被成形材料より低融点物質であって溶融して除去することを特徴とする請求項１記載の側方押出成形法。
【請求項３】
前記被成形材料の外壁は肉厚が部分によって異なることを特徴とする請求項１または２記載の側方押出成形法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空材料のバルジ加工に関し、特に除去可能な充填物を用いて大変形加工する新規な側方押出成形法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の流体を使うバルジ加工では、材料の芯に加圧した流体を供給し成形型に設けた凹部に合うように材料を膨出させて形状を整える。材料の凹部に当接した部分が膨出するため、膨出による表面積の増加に伴って材料の肉厚が薄くなり、変形形状によっては極端に薄くなって強度に問題が生じたり表面割れが生じたりする。このように、加工品の材質と加工形状によって決まる変形限界があるため、張出変形の途中で表面割れなどの欠陥が生じない比較的小さな塑性変形しか行えず、加工法として制約が大きかった。
【０００３】
これに対して、本願発明者は既に特許文献１によって、パイプ内空孔に除去可能な塑性変形する固体または半溶解固液体を充填して成形型内に収め、加圧装置でパイプと充填物を一緒に軸方向に圧縮し、成形型に合わせて側方に膨出させ塑性変形させて、その後充填物を除去して製品とする新しい方式のロストコア式バルジ加工法を開示している。
【０００４】
本願発明者が開示したロストコア式バルジ加工法では、充填物と一緒に中空材料を軸方向に圧縮するので、成形型の側部に開口部があれば材料は充填物と一緒に開口部から膨出する。
このとき、変形する部分には軸方向から材料と充填物が供給されて押出し成形が行われ、座屈による折れ変形と張り出し変形の組み合わせによって変形限界が向上するので、加工限界は大きくなり、また変形部分の材料肉厚は余り減少しないので強度は維持され欠陥が生じない。
【０００５】
充填物の押し出し量が多いほど長手方向の押し潰しが回避できるため、材料の張り出しにより生じる空孔の広がりを十分補充できる量の充填物を備えて加工する。
充填物に低融点材料を用いれば、加熱することにより溶融して流出し、成形型に合った形状を有する製品が残る。
【特許文献１】特開２００１−３３４３１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示されたバルジ加工法では、成形材料と充填物を一緒に圧縮したときに、成形材料の張り出しにより生じる空孔の広がり分を充填物が補充できる限界が材料の変形限界でもあるので、成形する形状はそれほど自由に選択することはできない。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、中空材料についてより大きな変形が可能な側方押出成形法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の側方押出成形法は、中空成形材料の空芯に塑性変形しかつ除去可能なコア物質を充填してコア充填加工材とし、このコア充填加工材を必要位置に開口を有する成形型に当てて、そのコア充填加工材を端面から押圧してコア物質と中空成形材料を開口の位置に供給しながらコア充填加工材の側部を開口から膨出させ、次いで中空成形材料の部分を端部から押圧することにより、開口と既に塑性変形したコア物質との間から中空成形材料のみを押し出してさらに膨出させて塑性変形させ、後に空芯中のコア物質を除去して中空成形材料の成形を行うことを特徴とする。
【０００８】
初めの押圧工程でコア充填加工材を膨出させると、充填物の量に制約されるといえども、成形材料とコア物質は成形型に従って側方にかなりの変形を生じる。このとき、成形材料とコア物質の間はほぼ密着しているので、中空成形材料は成形型と塑性変形したコア物質に挟まれた形になっている。そこで、今度はコア物質を押さず成形材料の部分のみを押圧する。すると、成形材料のみが、成形型とコア物質に案内されそれらの間から側方に向かって押し出される。成形材料は、押圧されて供給された量だけ側方に膨出して塑性変形する。膨出部分の肉厚は十分厚く、欠陥のない塑性加工ができる。
特に、軟鋼など降伏現象の著しい材料については比較的小さな力で大きな変形をするので、本発明の方法を適用することにより、より自由な加工形状を選択することができる。
【０００９】
なお、コア物質には成形材料の塑性変形後に、機械的に、あるいは溶融、溶解、遅延弾性などにより除去ができるものを利用する。このようなものとして、ゴムなどのエラストマーの袋物で包み込まれたもの、氷、半田、塩、形状記憶物質などがあるが、アルミニウム合金製パイプなど比較的融点の低い材料を加工するときには、ビスマス・鉛・スズ・インジウム合金など低融点合金を使用することができる。低融点合金を使用すると、複雑な形状に成形した後でも熱を加えるだけで簡単に溶け出して除去できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る中空材料の側方押出成形法を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の１実施例における成形法の手順を説明する工程図である。図２と図３は特殊な形状を持った成形材料の例を示す図面である。
【００１１】
パイプなど加工対象となる成形材料１を準備し（工程ａ）、成形材料１の中空部に溶融した低融点物質２を十分量注入し（工程ｂ）、放冷して凝固させ、成形材料１中にコア物質２を充填したコア充填加工材３とする（工程ｃ）。成形材料１は、たとえば鋼管やアルミ管などである。また、コア物質２として、たとえば、成形材料が鋼管であるときには鉛、スズ、半田などを用いることにより、またアルミ管ではビスマス鉛系低融点合金（たとえば、Ｂｉ４９．０−Ｐｂ１８．０−Ｓｎ１２．０−Ｉｎ２１．０）を用いることにより良好な結果を得ることができる。なお、コア物質２には、他に、塑性変形するものまたは遅延弾性による変形をするものなど、後で簡単に除去することができるものを選ぶことができる。
【００１２】
このようにして得たコア充填加工材３を成形型４に収める（工程ｄ）。成形型４はコア充填加工材の外径に適合した内径を有し、所定の位置に成形材料の側面を側方に膨出させるための空隙５を有する。成形される製品が環状に膨出部を持つときには、成形型４は上下方向位置が相互に変化しないように固定された上型６と下型７で構成される。
コア充填加工材３を収容した成形型４は、プレス台８に載置され、パンチ９によりコア充填加工材３の軸方向に圧力をかける（工程ｅ）。パンチ９は、コア充填加工材３の成形材料１を押す円筒部分１０と、コア物質２を押す円柱部分１１に分かれるが、このときは円筒部分１０と円柱部分１１は底面が同じ平面に揃った状態を維持して、コア充填加工材３を軸方向に圧縮する。
【００１３】
すると、成形材料１はコア物質２と一緒に成形型４の中で外側に広がり、空隙５の部分で側方に膨出する。このとき、コア物質２は膨出部１２で塑性変形して、成形型４の開口縁と適当な距離を持ち、その間に成形材料１が挟まった形状に固定される。
なお、膨出部に供給されるコア物質２の量は、成形材料１が２段座屈による巻き込みを生じない程度に潤沢でなければならず、成形材料１が張り出すことにより生じる空孔の広がりに対して十分な補充ができる量を備えている必要がある。
【００１４】
しかし、コア物質２の押し出し量があまり多すぎると、張り出し変形が座屈による折れ変形を凌駕しすぎてバランスを損ね、加工限界がかえって低下することになる。したがって、条件によっては、成形材料１の押し出し量とコア物質２の押し出し量のバランスを取るため、パンチ９の円筒部分１０と円柱部分１１の押し込み量を調整するように底面の高さを変えたり、パンチ９の押し込み速度を調整することが好ましい。また、パンチ９の底面に適当な逃げ空間を設けることにより、コア物質２による成形材料１の押し広げと軸圧縮による成形材料１の広がり変形のバランスを調整して、成形限界を向上させ効率的に成形することができる。
【００１５】
こうして、一旦、成形材料１とコア物質２を軸方向に押し出す形で膨出変形させるとともに、塑性変形したコア物質２の膨出部１２を形成した後に、今度はパンチ９の円筒部分１０のみを押して、成形材料１のみを成形型４の内壁に沿って押し込む。すると、成形材料１はコア物質２の膨出部１２で案内され、成形型４とコア物質膨出部１２の間から側方に押し出されて、さらに大きな膨出部１３を形成する（工程ｆ）。
成形材料１のこうした側方膨出は、初めに空隙５に位置した成形材料１の部分がその量を保持しながら引き伸ばされるのではなく、膨出するにしたがって物質が供給される押出し成形であるので、変形部分においても成形材料１の厚さを十分保持する。
【００１６】
成形したコア充填加工材３を成形型４から取り出して（工程ｇ）、加熱すると内部のコア物質２は溶け出して、残った物が製品１４となる（工程ｈ）。
以上の工程を経て形成された成形材料１は、従来品と比較して著しく大きな膨出部を有し、膨出部分に欠陥がなく肉厚も十分大きくて強度が十分高い製品１４となる。
また、中空部に芯金を入れると、側方方向に均質に効率よく材料を流動させる効果が得られる。
【００１７】
さらに、図１の工程図では被加工材をプレス台８に載置して上からパンチを押し付けるようにしたが、上下にパンチを備えて上下から押圧しても、また下からパンチを押し付けるようにしてもよい。
なお、本実施例の説明図は、円断面を有するパイプ状材料について表現したが、方形断面のチャンネルなど他の種類の中空材料についても同様の工程で製品を得ることができることは言うまでもない。
【００１８】
図２に表示した被加工材料は、偏心した位置に空洞がある中空管２１で、空洞部分にコア物質２２を充填してバルジ加工を行うものである。図２（ａ）は被加工材の平面断面図、図２（ｂ）は軸方向に切断したときの断面図である。また、図３は、肉厚の大きい管２３と肉厚の小さい管２４を軸方向に溶接で接合して形成させた管であって、中にできた空洞にコア物質２５を充填してバルジ加工を行うようにしたものを示している。
図２や図３に表したような、外周の肉厚が一様でない管を用いても良好なバルジ成形ができる。従来の圧力加工では、外壁の薄い部分に変形が集中するため、望むような成形が困難であったが、本発明の方法では、壁の軸方向に材料を供給しながら膨出させる押し出し加工になるので、変形が薄い部分に集中することなく成形が可能である。
このようにして成形したものは、自動車用のスペースフレームやテーラードクランクなど、少ない材料で所要の強度を確保する形状が追求されるような部分に重用されることになる。
【００１９】
コア物質には、溶解して除去するものの他に、形状記憶物質、遅延弾性体なども利用することができる。
また、成形材料の全周に亘って膨出する必要はなく、一部を膨らませてＴ型継ぎ手などの素材としたりすることも可能である。
以上詳細に説明した通り、本発明の中空材料の側方押出成形法によれば、従来の成形法と比較して著しく大きな変形限界を有するので、より自由度の高い形状の成形が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の１実施例における中空材料の側方押出成形法の工程図である。
【図２】本実施例において加工が可能な中空材料の例を示す断面図である。
【図３】本実施例において加工が可能なさらに別の中空材料の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  成形材料
２  低融点物質（コア物質）
３  コア充填加工材
４  成形型
５  空隙
６  上型
７  下型
８  プレス台
９  パンチ
１０  パンチ円筒部分
１１  パンチ円柱部分
１２  コア物質膨出部
１３  成形材料膨出部
１４  製品
２１  中空管
２２，２５  コア物質
２３  厚肉の管
２４  薄肉の管
【図１】
2005138134.tif 000003
【図２】
2005138134.tif 000004
【図３】
2005138134.tif 000005