(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型の成形キャビティ内に金属中空部材をセットして型締めし、中空部内に流体圧を加えて所望の形状に成形するようにしたバルジ成形装置であって、上型、中型及び下型からなる金型を上下方向に積み重ねて、型締めし合う金型の成形キャビティが上下方向に２段形成され、これら成形キャビティは、いずれか一方が最終製品成形用であり、他方が中間製品成形用であり、各成形キャビティ内にセットした金属中空部材に同時に流体圧をかけるとともに流体圧の導入を開始する時点を前記最終製品成形用キャビティにセットした中間製品に金型が当接する時点としたことを特徴とするバルジ成形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の成形装置において、前記各段の金型の型締めタイミングは調整可能にされることを特徴とするバルジ成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型で周囲を拘束した金属中空部材の内部に圧力流体を導入して所望の形状に成形するバルジ成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金型の成形キャビティに金属中空部材をセットした後、型締めし、中空部内に圧力流体を導入することで、金属中空部材の断面形状を金型の成形キャビティの形状に合わせて成形するようなバルジ成形法が知られており、このようなバルジ成形技術として、例えば高圧によって所定部位の径を膨出させて所望の形状に成形する高圧法や、低圧によって周長がほぼ同一で断面形状が異なる成形を主体とする低圧法等が一般的な技術であるが、小径の丸パイプ管から、大径の角パイプ管を成形するような技術として、例えば特開平１１−３３３５２５号のような技術も知られている。
この技術は、第１工程で丸パイプ管の所定部位をバルジ成形法により拡径した後、第２工程でパイプ管の内部に圧力を加えた状態で、プレス型により拡径した部分に外圧を加え、断面形状を変化させるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の場合は、小径の丸パイプ管から、大径の角パイプ管のような小アール部を有する断面形状のパイプ管を成形する場合、前記特開平１１−３３３５２５号のように２工程で成形しようとすると、それぞれの金型で別個に成形しなければならず、流体加圧機構や型締め機構もそれぞれ別個に作製する必要があるため、設備費や生産費等が高騰化するという問題がある。
一方、１回の工程で、小径の丸パイプ管から、大径の角パイプ管のような小アール部を有する断面形状のパイプ管を成形しようとすると、高圧の流体圧と強い力で型締め出来る金型が必要になるとともに、成形時間も長くなるという問題がある。
【０００４】
そこで本発明は、例えば複数の工程でバルジ成形するような際、流体圧や型締め力等を低圧にしても成形出来るようにし、また成形時間の短縮化を図ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、金型の成形キャビティ内に金属中空部材をセットして型締めし、中空部内に流体圧を加えて所望の形状に成形するようにしたバルジ成形装置において、複数の金型を上下方向に積み重ねて、型締めし合う金型の成形キャビティが、上下方向に多段形成されるようにした。
【０００６】
このように成形キャビティが上下方向に多段形成されるようにし、それぞれの成形キャビティに金属中空部材をセットして成形すれば、設備構成が簡素化される。
また、小径の丸パイプ管から、大径で且つ小アール部を有する断面形状のパイプ管を成形するような場合、拡径のための工程と、小アール部を形成するための工程に分けて行うようにし、これらの成形キャビティを同一の金型の上下に設けて同時に成形するようにすれば、１回の工程で直接成形することに較べて、中空部内へ導入する流体圧や、金型の型締め力を低減させることができる。
また、拡径のための成形キャビティと、小アール部を形成するための成形キャビティを横に並べるようにした単一の金型で成形することに較べても、型締め力を減少させることが出来る。
【０００７】
すなわち、例えば拡径工程と、小アール部形成工程に分けて成形することにより、中空部内に導入する流体圧の低減化が図れるとともに、成形キャビティを上下方向に形成することにより、成形キャビティ内の金属中空部材に内圧をかけた際に、上下の成形キャビティにかかる内圧同士が相殺され、型締め力の低減が図られる。
【０００８】
また請求項２では、各段の金型の型締めタイミングを調整可能にした。
【０００９】
このように各段の金型の型締めタイミングを調整可能にすれば、例えば型締め時に金属中空部材の一部に金型が接触して、金属中空部材に型締め圧が外圧として加わるような場合に、当該金型が金属中空部材に接触すると同時に内圧をかけることが出来るようになり、外圧で形状が歪むような不具合を防止出来る。
【００１０】
また請求項３では、多段の成形キャビティを、いずれか一ヶ所が最終製品成型用であるようにし、その他は中間製品成型用であるようにした。
【００１１】
このように、数回の中間成形工程を経て最終製品を成形するような場合に本装置を適用すれば好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は本発明に係るバルジ成形装置の構成概要図、図２は軸押し部材の一例を示す説明図、図３は型締め要領等を示す工程図、図４は型締めタイミングと流体加圧タイミングの一例を示す説明図で（ａ）は型締めタイミング、（ｂ）は流体加圧タイミング、図５は本装置で成形されるパイプ材の形態の一例図、図６は型締め圧の差異を説明するための説明図である。
【００１３】
本発明に係るバルジ成形装置は、例えば図５（ａ）に示すような小径のパイプ素管Ｐ0から、図５（ｃ）に示すような大径で角型の最終パイプ製品Ｐ2を成形するような際、小径のパイプ素管Ｐ0を、図５（ｂ）に示すような大径の中間パイプ製品Ｐ1に拡管する工程と、大径の中間パイプ製品Ｐ1を角型の最終パイプ製品Ｐ2に成形する工程に分けて行い、これらの工程を同時に行うことが出来るような装置１として構成され、図１に示すように、上型２と中型３と下型４の３つの金型を一体に備えている。
【００１４】
そして、上型２と中型３、及び中型３と下型４は、それぞれガイド支柱５に沿って型締め、型開き自在とされ、上型２と中型３の型合わせ面には、図３（ｂ）に示すような単純拡管成形用キャビティ６が形成されるようになっており、中型３と下型４の型合わせ面には、図３（ｃ）に示すような異形断面成形用キャビティ７が形成されるようになっている。
【００１５】
また、上型２には、図１に示すような左右一対の軸押しシリンダユニット８が設けられ、図２に示すような軸押し部材９によって、パイプ素管Ｐ0の両端部を軸押し出来るようにされている。
すなわち、この軸押しシリンダユニット８は、パイプ素管Ｐ0の径を拡大する際、単に内圧を加えるだけでは肉厚の減少を伴うため、軸押しして肉厚減少率を軽減するためのものである。
これに対して異形断面成型用キャビティ７では、等周長加工であり、断面形状だけが異なる加工であるため、実施例では軸押しシリンダユニットを配設せず、必要に応じて両端開口部をシールする不図示のシール手段を設け、このシール手段に流体圧導入部等を形成している。
【００１６】
また、金型の近傍には、流体圧発生装置１１が設けられ、加圧ホース１２が各成形キャビティ６、７内にセットされるパイプ素管Ｐ0、及び中間パイプ製品Ｐ1の端部に直接的または間接的に接続可能となって、パイプ内部に流体圧を加えることが出来るようにされるとともに、流体圧は自由に調整出来るようにされている。
この際、単純拡管成型用キャビティ６にセットされるパイプ素管Ｐ0に対しては、例えば図２に示すような軸押し部材９を介して加圧ホース１２が接続されるようになっている。
【００１７】
また、以上のような金型は上下２段で型締め、型開きが出来るようにされており、上段の単純拡管成型用キャビティ６では、パイプ素管Ｐ0がセットされて型締めされた後、パイプ内への流体圧によって、中間パイプ製品Ｐ1がバルジ成形されるようになり、下段の異形断面成型用キャビティ７では、上段で成形された中間パイプ製品Ｐ1がセットされて型締めされた後、パイプ内への流体圧によって、角型の最終パイプ製品Ｐ2が成形されるようになっているが、上下２段とも型締め速度調整機構を有しており、これら型締め速度調整機構は、各ガイド支柱５に組み込まれている。
【００１８】
以上のようなバルジ成形装置１における成形方法等について図３及び図４に基づき説明する。尚、図４（ａ）では、上型２と中型３の型間距離をＸとし、中型３と下型４の型間距離をＹとしている。
まず、図３（ａ）に示すように、上段の単純拡管成型用キャビティ６にパイプ素管Ｐ0をセットすると同時に、下段の異形断面成型用キャビティ７に中間パイプ製品Ｐ1をセットする。
【００１９】
次いで、図３（ｂ）に示すように、上型２と中型３を型締めした後、中型３と下型４を型締めする途中で中型３が中間パイプ製品Ｐ1に当接した時点（ｔ1）から、図４（ｂ）に示すように、流体圧発生装置１１による流体圧の導入が開始される。
そして、中型３と下型４が型締めを完了した時点（ｔ2）で流体圧が概ね正規の圧力に達するようにしている。
【００２０】
そして、図３（ｃ）に示すように、流体圧により各パイプＰ0、Ｐ1が各成形キャビティ６、７の内面に押しつけられてバルジ成形が完了した時点（ｔ3）で、中型３と下型４の型開きが開始され、その後、上型２と中型３の型開きが開始される。
このようにすることで、上段側の単純拡管成型用キャビティ６にセットしたパイプ素管Ｐ0が、中間パイプ製品Ｐ1に成形され、下段側の異形断面成型用キャビティ７にセットした中間パイプ製品Ｐ1が、角型の最終パイプ製品Ｐ2に成形される。
【００２１】
以上のような成形工程において、パイプ内に流体圧を加える時期を、中型３が中間パイプ製品Ｐ1に当接する時点（ｔ1）としているのは、内圧をかけない状態で型締めすると、中間パイプ製品Ｐ1が潰れて綺麗に成形出来ない可能性があり、またこの時点から上段のパイプ素管Ｐ0と下段の中間パイプ製品Ｐ1に内圧をかけることにより、上下段の成形キャビティ６、７から中型３に伝達される内圧荷重が相殺され、型締め力を軽減出来るからである。
【００２２】
ここで、金型を上下に積重ねている時の型締め力について、図６に基づき説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、ある条件下で、小径のパイプ素管Ｐ0を大径で且つ小アール部を有する角型の最終パイプ製品Ｐ2に一回の工程でバルジ成形する際の流体圧が１５００ｋｇｆ／ｃｍ2で、型締め力が２９６トンであるとする。
【００２３】
そして、図６（ｂ）に示すように、２列並列の金型で成形した場合、流体圧はそれぞれ６００ｋｇｆ／ｃｍ2であるが、型締め力が２３８トンになる。
ところが、図６（ｃ）に示すように、上下に積重ねた場合、流体圧はそれぞれ６００ｋｇｆ／ｃｍ2であり、型締め力は１１９トンで済む。これは、上下の成形キャビティで発生する内圧が相殺するからである。
【００２４】
従って、本発明のバルジ成形装置１は、１回の工程で成形することに較べて流体圧を低減することが可能であるとともに、成形キャビティを横２列に並べることに較べて型締め力の低減が可能である。
【００２５】
尚、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
例えば上下に積重ねる成形キャビティは、３段以上でもよく、中間製品と最終製品に限られるものではなく、また、成形するパイプ材の形状等も任意である。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明に係るバルジ成形装置は、複数の金型を上下方向に積み重ねて、型締めし合う金型の成形キャビティが、上下方向に多段形成されるようにしたため、設備構成が簡素化されるとともに、例えば大径への拡管と異形断面の成形を伴うような加工において、流体圧や型締め圧を低減させることが出来る。
また請求項２のように、各段の金型の型締めタイミングを調整可能にすれば、例えば型締め時にパイプ材に型締め圧が外圧として加わるような場合に、パイプ材が潰れる前に内圧をかけることが出来るようになり、綺麗に成形出来る。
そして請求項３のように、多段の成形キャビティを、いずれか一ヶ所が最終製品成形用で、その他は中間製品成形用であるようにすれば好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバルジ成形装置の構成概要図
【図２】軸押し部材の一例を示す説明図
【図３】型締め要領等を示す工程図
【図４】型締めタイミングと流体加圧タイミングの一例を示す説明図で（ａ）は型締めタイミング、（ｂ）は流体加圧タイミング
【図５】本装置で成形されるパイプ材の形態等の説明図
【図６】型締め圧の差異を説明するための説明図
【符号の説明】
１…バルジ成形装置、２…上型、３…中型、４…下型、６…単純拡管成形用キャビティ、７…異形断面成形用キャビティ、８…軸押しシリンダユニット、１１…流体圧発生装置、Ｐ0…パイプ素管、Ｐ1…中間パイプ製品、Ｐ2…最終パイプ製品。
【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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