(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管内に内圧をかけて管軸方向に押込みつつ所定の形状に加工するハイドロフォーム用金属管であって、ビード部を有する凸金型と凹金型とで帯状の試験片を挟みつけて試験片を引抜く高面圧下での摺動試験において（１）式で定義される「傾きの摩擦係数」μを求め、μが０．０７以下となる潤滑剤を選定し、前記選定した潤滑剤の層を管表面に有せしめたことを特徴とするハイドロフォーム用金属管。
μ＝ΔＦ／（２×ΔＰ）  （１）
ΔＦは試験片がビード部を通過する際の引抜き張力増分
ΔＰは試験片がビード部を通過する際のビード成形方向荷重増分
【請求項２】
前記潤滑剤層が、高分子合成ワックスと水性樹脂を成分とする固体潤滑剤からなることを特徴とする請求項１記載のハイドロフォーム用金属管。
【請求項３】
金属管に、ビード部を有する凸金型と凹金型とで帯状の試験片を挟みつけて試験片を引抜く高面圧下での摺動試験において請求項１記載の（１）式で定義される「傾きの摩擦係数」μを求め、μが０．０７以下となる潤滑剤を選定し、前記選定した潤滑剤の層を管表面に形成したのち、当該管を金型内に装着し、管内に内圧をかけて管軸方向に押込みつつ所定の形状に加工することを特徴とするハイドロフォーム加工成形方法。
【請求項４】
高分子合成ワックスと水性樹脂を成分とする固体潤滑剤で、前記潤滑剤層を形成することを特徴とする請求項３記載のハイドロフォーム加工成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管などの金属管を金型内に装着し、管内に内圧をかけて管軸方向に押込みつつ所定の形状に加工するハイドロフォーム用金属管、およびハイドロフォーム加工成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車部品等において、鋼管等の金属管をハイドロフォーム加工により成形した製品が採用され始めている。その加工法は、図１のＴ字管成形試験の例に示すように、金属管１を金型４，５に入れ、液導入孔８から金属管１内に液を導入して内圧をかけ、両側から押し込み用のシリンダー６，７で管軸方向に圧縮荷重を負荷して押込みつつ所定の形状に加工する方法である。
得られた成形品３は軽量で、しかも複雑な形状のものまで高精度の成形が可能である。したがって、部品の軽量化と部品数削減によるコストダウンを目的として、自動車部品等への適用が進行しつつある。
【０００３】
素材の金属管に関し、管軸方向に押込まず内圧のみで加工するバルジ加工については、軟質材料、ｎ値の高い材料、ｒ値の高い材料を選択すべきであることが知られているが、ハイドロフォーム加工については、軟質の材料がよいことが知られている程度であった。
【０００４】
本発明者らは、ハイドロフォーム加工の変形様式を解析し、その加工成形性に及ぼす材料特性の影響について研究を進めている。そして、金属管の管軸方向のｒ値が管周方向のｒ値よりも大きいものが優れた加工性を有することを明らかにし、特願平８−３３６４８０号により特許出願している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ハイドロフォーム加工の良否は、金属管が破断や座屈を起こさずに成形できることのほか、加工部の肉厚分布や表面の擦り疵発生状況などにより評価される。したがって、素材の金属管が、上記出願のような優れた加工性を有することのほか、潤滑剤の適否が重要な課題である。しかし従来、ハイドロフォーム加工における潤滑特性の定量的影響については明らかにされていない。
【０００６】
そこで本発明は、鋼管などの金属管を金型内に装着し、管内に内圧をかけて管軸方向に押込みつつ所定の形状に加工するハイドロフォーム加工用として、優れた潤滑特性を有する金属管、およびその成形加工方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明金属管は、管内に内圧をかけて管軸方向に押込みつつ所定の形状に加工するハイドロフォーム用金属管であって、ビード部を有する凸金型と凹金型とで帯状の試験片を挟みつけて試験片を引抜く高面圧下での摺動試験において（１）式で定義される「傾きの摩擦係数」μを求め、μが０．０７以下となる潤滑剤を選定し、前記選定した潤滑剤の層を管表面に有せしめたことを特徴とするハイドロフォーム用金属管である。
μ＝ΔＦ／（２×ΔＰ）  （１）
ΔＦは試験片がビード部を通過する際の引抜き張力増分
ΔＰは試験片がビード部を通過する際のビード成形方向荷重増分
そして前記潤滑剤層が、高分子合成ワックスと水性樹脂を成分とする固体潤滑剤からなることが好ましい。
【０００８】
また本発明法は、金属管に、ビード部を有する凸金型と凹金型とで帯状の試験片を挟みつけて試験片を引抜く高面圧下での摺動試験において請求項１記載の（１）式で定義される「傾きの摩擦係数」μを求め、μが０．０７以下となる潤滑剤を選定し、前記選定した潤滑剤の層を管表面に形成したのち、当該管を金型内に装着し、管内に内圧をかけて管軸方向に押込みつつ所定の形状に加工することを特徴とするハイドロフォーム加工成形方法である。
そして、高分子合成ワックスと水性樹脂を成分とする固体潤滑剤で、前記潤滑剤層を形成することが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明におけるハイドロフォーム加工は、図１に示すＴ字管成形試験例のように、金属管１を金型４，５に入れ、液導入孔８から金属管１内に液を導入して内圧をかけ、両側から押し込み用のシリンダー６，７で管軸方向に圧縮荷重を負荷して押込みつつ加工して成形品３とするものである。対象とする金属管１は、金属板を管状に成形し、突合せ部を溶接して製造されるほか、シームレス管でもよい。
【００１０】
本発明は、このようなハイドロフォーム加工用の金属管であって、高面圧下での摺動試験において、（１）式で定義される「傾きの摩擦係数」μが０．０７以下となる潤滑剤層を有する。高面圧下での摺動試験は、図２および図３に示すように、ビード部１０を有する凸金型９と凹金型１１とで帯状の試験片２を挟みつけて試験片２を引抜く試験である。「傾きの摩擦係数」μは、試験片２がビード部１０を通過する際の引抜き張力Ｐの増分ΔＰと、ビード成形方向荷重Ｆの増分ΔＦから、（１）式で求められる。
【００１１】
上記潤滑剤層は、金属管にあらかじめ形成しておくほか、加工の前工程で形成することもできる。形成手段としては、潤滑剤液中に浸漬する方法、潤滑剤液をスプレーする方法、ロールやバーあるいは刷毛等により塗布する方法、静電塗布法などで行うことができる。
そして、固体潤滑剤からなる潤滑剤層をあらかじめ形成した金属管とするのが好ましく、特に、高分子合成ワックスと水性樹脂からなる固体潤滑剤を採用するのが好ましい。
【００１２】
ここで高分子合成ワックスとしては、粒径が３μｍ以下のポリオレフィンワックスで、軟化点が１２０℃以下のものと１２０℃超のものとを固形分重量比で９／１〜１／９に混合したエチレン系不飽和カルボン酸もしくはその無水物、またはカルボキシル基含有誘導体を結合成分として極性基を有する分子量が１０００〜４０００、酸価１〜２０の球形ポリオレフィンワックスを、水または水溶液に分散させたディスパージョンをトータル固形分とするものなどがある。
【００１３】
水性樹脂としては、揮発性溶剤を含まないオレフィンアクリル樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニール樹脂などがある。
また、必要に応じてシリカ（直径５〜５０nmの球形シリカゾル）を配合することもできる。
【００１４】
傾きの摩擦係数μが０．０７以下であることにより、同じ材料の金属管でも、たとえば図１のＴ字管成形試験における成形高さｈが高く、より高加工度の加工成形を、破断や座屈を起こさずに行うことができる。そして加工部の肉厚減少の程度が小さく、かつ表面の擦り疵やかじりの発生が抑えられる。
特に上記のような固体潤滑剤からなる潤滑剤層とした場合は、加工成形において優れた特性が安定して得られるほか、金属管を加工工程に移送するとき、あるいは加工工程で金型にセットするとき、潤滑剤層が安定で取扱いが容易である。
つぎに本発明法は、金属管に上記傾きの摩擦係数μが０．０７以下となる潤滑剤層を形成したのち、金型内に装着してハイドロフォームにより加工成形する。潤滑剤層は金属管にあらかじめ形成しておくほか、加工の前工程で形成することもできる。形成手段としては、上記のように潤滑剤液中に浸漬する方法、潤滑剤液をスプレーする方法、ロールやバーあるいは刷毛等により塗布する方法、静電塗布法などで行うことができる。
潤滑剤としては、高分子合成ワックスと水性樹脂を成分とする固体潤滑剤を採用するのが好ましい。
このような本発明法により、上記のような優れた効果が得られる。
【００１５】
【実施例】
板厚１．６mmの鋼板（JIS G3141 に規定されるＳＰＣＣ）を管状に成形し、突合せ溶接して製造した外径６０．５mmφ、長さ３００mmの鋼管を素材とし、その外面に潤滑剤層を形成した金属管１について、図１に示すようなＴ成形試験を行った。Ｔ成形試験は、Ｔ張出し部のダイス穴直径を６０．５mm、肩アールを２０mmとした割り金型４，５を使用し、最大内圧値Ｐｍを２０〜４０MPa の範囲で変化させ、シリンダーストローク片側５０mmで行った。
金属管１の潤滑剤層としては、表１に示す６種類のものを形成した。ＡおよびＣは固体潤滑剤であり、刷毛で塗布後２時間乾燥してＴ成形試験を行った。Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｆは液体潤滑剤であり、刷毛で塗布後ただちにＴ成形試験を行った。
【００１６】
試験結果、成形高さｈは、図４に示すように、最大内圧値Ｐｍを高めると高くなり、Ｐｍを高くしすぎると成形途中で破断を起こし、ｈが小さくなる。傾きの摩擦係数μが小さい程、成形高さｈが高くなり、破断に至る最大内圧値Ｐｍが高く、特にμ≦０．０７で顕著である。破断せずに加工できる最大の成形高さ（限界成形高さｈmax ）も、図５に示すように、μ≦０．０７で顕著に向上している。
【００１７】
さらに、表２に示すように、μ≦０．０７のものは、加工部の肉厚最小部位における肉厚減少率（ｔ0 −ｔ）／ｔ0 ×１００（％）が小さく、また、加工部の表面性状も良好であった。ｔ0 は加工前の肉厚、ｔは加工後の肉厚である。なお表２においてＦは破断した。表面性状の○は擦り疵もかじりもないもの、△は軽度の擦り疵およびかじりが発生したもの、×は重度の擦り疵およびかじりが発生したものである。
【００１８】
【表１】
0004422219.tif 000002
【００１９】
【表２】
0004422219.tif 000003
【００２０】
【発明の効果】
金属管の表面に潤滑剤層を形成し、傾きの摩擦係数μが０．０７以下であることにより、ハイドロフォーム加工において、同じ材料の金属管でも、より高加工度の加工成形を破断や座屈を起こさずに行うことができる。そして加工部の肉厚減少の程度が小さく、かつ表面の擦り疵やかじりの発生が抑えられる。
【００２１】
特に、高分子合成ワックスと水性樹脂を成分とする固体潤滑剤を採用した場合は、加工成形において優れた特性が安定して得られるほか、金属管を加工工程に移送するとき、あるいは加工工程で金型にセットするとき、潤滑剤層が安定で取扱いが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の対象とするハイドロフォーム加工法の例を示す断面図である。
【図２】本発明における高面圧下での摺動試験を行うための工具の例を示す斜視図である。
【図３】本発明における高面圧下での摺動試験の例を示す側面図である。
【図４】実施例のＴ成形試験における成形高さを示すグラフである。
【図５】実施例のＴ成形試験における限界成形高さを示すグラフである。
【符号の説明】
１…金属管                    ２…試験片
３…成形品                    ４，５…金型
６，７…シリンダー            ８…液導入孔
９…凸金型                  １０…ビード部
１１…凹金型
【図１】
0004422219.tif 000004
【図２】
0004422219.tif 000005
【図３】
0004422219.tif 000006
【図４】
0004422219.tif 000007
【図５】
0004422219.tif 000008