(57)【要約】  拡管成形装置（１０）では、異形鋼管（Ｐ）の一方の開口端部の内部へ拡管成形用のパンチ（１２）を挿入するとともに、異形鋼管（Ｐ）における上記一方の開口端部をサイド金型（２１）によって押圧する。
2007132799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管の開口端部から拡管成形用のパンチを挿入する第１のステップと、
前記パンチが前記鋼管の開口端部から挿入される際に、前記開口端部を前記パンチの挿入方向に向かって押圧する第２のステップと、
を備えている鋼管の拡管成形方法。
【請求項２】
前記第２のステップでは、前記鋼管の平行面を維持したまま一方の側の拡管成形を行う、
請求項１に記載の鋼管の拡管成形方法。
【請求項３】
前記第２のステップでは、前記鋼管の開口端部における前記拡管成形を行う側の部分を押圧する、
請求項１または２に記載の鋼管の拡管成形方法。
【請求項４】
前記第２のステップでは、前記鋼管の開口端部における前記拡管成形を行う側の部分を、略コの字型の金型を用いて押圧する、
請求項３に記載の鋼管の拡管成形方法。
【請求項５】
前記第２のステップでは、前記鋼管の肉厚の減少が始まると、前記鋼管の開口端部を押す押圧力を上昇させる、
請求項１または２に記載の鋼管の拡管成形方法。
【請求項６】
前記第２のステップでは、前記開口端部への押圧力を所定の第１圧まで上昇させて、前記鋼管の肉厚の減少が始まるまで待機し、前記肉厚の減少が始まると前記開口端部への押圧力を所定の第２圧に向かって上昇させる、
請求項５に記載の鋼管の拡管成形方法。
【請求項７】
前記鋼管は、異形断面を有している、
請求項１または２に記載の鋼管の拡管成形方法。
【請求項８】
前記第２のステップでは、前記鋼管の肉厚の減少が始まると、前記鋼管の開口端部を押す押圧力を上昇させる、
請求項３に記載の鋼管の拡管成形方法。
【請求項９】
前記第２のステップでは、前記開口端部への押圧力を所定の第１圧力まで上昇させて、前記鋼管の肉厚の減少が始まるまで待機し、前記肉厚の減少が始まると前記開口端部への押圧力を所定の第２圧力に向かって上昇させる、
請求項８に記載の鋼管の拡管成形方法。
【請求項１０】
前記鋼管は、異形断面を有している、
請求項３に記載の鋼管の拡管成形方法。
【請求項１１】
前記鋼管は、異形断面を有している、
請求項５に記載の鋼管の拡管成形方法。
【請求項１２】
拡管成形用のパンチと、
前記パンチを鋼管の開口端部から挿入するための挿入機構と、
前記パンチが前記鋼管の開口端部から挿入される際に、前記開口端部を前記パンチの挿入方向に向かって押圧する押圧部と、
を備えている鋼管の拡管成形装置。
【請求項１３】
前記挿入機構を制御する制御部をさらに備えており、
前記制御部は、前記鋼管の開口端部に前記パンチが挿入されていき、前記鋼管の肉厚の減少が始まると前記開口端部を押圧する力を上昇させるように前記押圧部を制御する、
請求項１２に記載の鋼管の拡管成形装置。
【請求項１４】
前記押圧部は、略コの字型の金型である、
請求項１２または１３に記載の鋼管の拡管成形装置。
【請求項１５】
前記パンチは、前記鋼管の開口端部からの挿入方向に平行な面を含む第１部と、前記第１部に平行な面を含む第２部とを有しており、
前記第２部には、前記第１部に含まれる面と平行であって前記第１部に含まれる面との距離が異なる複数の面が含まれており、前記複数の面はテーパ部を介してつながっている、
請求項１２または１３に記載の鋼管の拡管成形装置。
【請求項１６】
前記パンチは、前記鋼管の開口端部からの挿入方向に平行な面を含む第１部と、前記第１部に平行な面を含む第２部とを有しており、
前記第２部には、前記第１部に含まれる面と平行であって前記第１部に含まれる面との距離が異なる複数の面が含まれており、前記複数の面はテーパ部を介してつながっている、
請求項１４に記載の鋼管の拡管成形装置。
【請求項１７】
前記鋼管は、異形断面を有している、
請求項１２または１３に記載の鋼管の拡管成形装置。
【請求項１８】
前記鋼管は、異形断面を有している、
請求項１４に記載の鋼管の拡管成形装置。
【請求項１９】
前記鋼管は、異形断面を有している、
請求項１５に記載の鋼管の拡管成形装置。
【請求項２０】
前記鋼管は、断面形状において、互いに平行な一対の辺を有している、
請求項１２または１３に記載の鋼管の拡管成形装置。
【請求項２１】
前記鋼管は、断面形状において、互いに平行な一対の辺を有している、
請求項１４に記載の鋼管の拡管成形装置。
【請求項２２】
前記鋼管は、断面形状において、互いに平行な一対の辺を有している、
請求項１５に記載の鋼管の拡管成形装置。
【請求項２３】
前記鋼管は、断面形状において、互いに平行な一対の辺を有している、
請求項１６に記載の鋼管の拡管成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、異形鋼管等の端部に拡管部を形成するための鋼管の拡管成形方法および拡管成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋼管の一方の開放端からパンチを押し込んで拡管部分を成形する方法が用いられている。
例えば、特許文献１には、テーパ角度を１５〜３０度の範囲に設定したポンチと、ポンチのテーパ角度と同じ大きさのテーパ角度のテーパ部を有する金属管つかみ型と、を使用して、金属管の端部からポンチを押し込んで拡管する金属管管端の拡管方法が開示されている。【０００３】
この拡管方法によれば、耐力が高く、加工硬化指数の大きいステンレス鋼や高張力鋼からなる金属管の管端を座屈や扁平等の変形を発生させることなく、効率よく拡管することができる。
【特許文献１】特開２００２−３４６６６４号公報（平成１４年１２月３日公開）
【発明の開示】
【０００４】
しかしながら、上記従来の鋼管の拡管成形方法では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、丸鋼管の拡管成形では、均等に肉厚が薄くなりながら拡管されていくために成形限界が大きく、成形難易度は高くないため、上記公報に開示された成形方法であっても問題は生じない。しかし、断面が略四角形の互いに平行な面を有する異形鋼管の拡管成形においては、肉厚が均等に薄くすることは困難であり、成形限界が小さく成形難易度が高いために、上記公報に開示された成形方法では対応できないおそれがある。
本発明の課題は、異形鋼管の拡管成形においても、成形難易度を低くすることが可能な鋼管の拡管成形方法および鋼管の拡管成形装置を提供することにある。
（課題を解決するための手段）
【０００５】
第１の発明に係る鋼管の拡管成形方法は、鋼管の開口端部から拡管成形用のパンチを挿入する第１のステップと、パンチが鋼管の開口端部から挿入される際に、開口端部をパンチの挿入方向に向かって押圧する第２のステップと、を備えている。
【０００６】
ここでは、鋼管を拡管成形する場合において、拡管成形用のパンチを鋼管の内側に挿入して鋼管の内径を広げていく際には、上記パンチが挿入された鋼管の開口端部をパンチの挿入方向に向かって押し込んでいく。
これにより、拡管成形が進むにつれて鋼管が薄肉化していくときに、パンチの挿入方向に向かってパンチを挿入した開口端部を押し込むことで、拡管された鋼管が局所的に薄肉化して成形不良となってしまうことを抑制することができる。この結果、鋼管の拡管成形における成形限界を広げて、例えば、断面が略四角形の互いに平行な面を有する異形鋼管の拡管成形にも対応可能な成形方法を提供することができる。
【０００７】
第２の発明に係る鋼管の拡管成形方法は、第１の発明に係る鋼管の拡管成形方法であって、第２のステップでは、鋼管の平行面を維持したまま一方の側の拡管成形を行う。
ここでは、例えば、断面が略四角形等の互いに平行な面を有する異形鋼管の拡管成形を行う。
通常、このような互いに平行な面を維持したまま異形鋼管の拡管成形を行う場合には、丸鋼管の拡管成形を行う場合と比較して、局所的な薄肉化が生じ易くなり、破断等の成形不良が発生し易いという問題がある。
【０００８】
本発明の鋼管の拡管成形では、上述のように、拡管成形する鋼管の開口端部をパンチの挿入方向と同じ方向に押圧しながら成形を行うため、一般的に拡管成形が難しいとされている異形鋼管であっても、破断等を生じさせることなく、拡管成形を行うことができる。
【０００９】
第３の発明に係る鋼管の拡管成形方法は、第１または第２の発明に係る鋼管の拡管成形方法であって、第２のステップでは、鋼管の開口端部における拡管成形を行う側の部分を押圧する。
ここでは、鋼管の内側に拡管成形用のパンチを挿入していきながら押圧される開口端部のうち、拡管成形される側の部分を押圧する。
これにより、拡管成形によって肉厚が薄くなる側の開口端部の部分をパンチの挿入方向と同じ方向に押し込むことで、拡管成形に伴って薄肉化が進んで鋼管の成形不良となることを、より効果的に抑制することができる。
【００１０】
第４の発明に係る鋼管の拡管成形方法は、第３の発明に係る鋼管の拡管成形方法であって、第２のステップでは、鋼管の開口端部における拡管成形を行う側の部分を、略コの字型の金型を用いて押圧する。
ここでは、鋼管の内側に拡管成形用のパンチを挿入していきながら押圧される開口端部のうち、拡管成形される側の部分を押圧する際には、略コの字型の金型を用いて押圧する。
これにより、拡管成形によって薄肉化していく部分の薄肉化が進んで破断する等の成形不良の発生を、効果的に抑制することができる。
【００１１】
第５の発明に係る鋼管の拡管成形方法は、第１から第４の発明のいずれか１つに係る鋼管の拡管成形方法であって、第２のステップでは、鋼管の肉厚の減少が始まると、鋼管の開口端部を押す押圧力を上昇させる。
ここでは、鋼管の内部にパンチを挿入する際における鋼管の開口端部を押す押圧力を、鋼管の肉厚の減少開始のタイミングに合わせて上昇させるように制御する。
ここで、鋼管の肉厚の減少のタイミングは、パンチを挿入していくストロークの管理や、パンチの挿入圧力の管理、パンチを挿入していく時間や速度の管理等に基づいて、設定される。
【００１２】
これにより、肉厚の減少の開始とともに鋼管の開口端部がより強い力で押圧されるため、鋼管の薄肉化が局所的に進んで成形不良が発生することを抑制しつつ、効率よく所望の拡管成形を行うことができる。
【００１３】
第６の発明に係る鋼管の拡管成形方法は、第５の発明に係る鋼管の拡管成形方法であって、第２のステップでは、開口端部への押圧力を所定の第１圧まで上昇させて、鋼管の肉厚の減少が始まるまで待機し、肉厚の減少が始まると開口端部への押圧力を所定の第２圧に向かって上昇させる。
ここでは、鋼管の開口端部への押圧を第１圧と第２圧とを設定して段階的に行う。具体的には、鋼管内にダイを挿入していき鋼管の肉厚の減少が開始するまでは、所定の第１圧の状態で押圧力を一定のまま保持する。そして、鋼管の肉厚の減少が開始すると、開口端部への押圧力を第２圧まで上昇させるように制御する。
【００１４】
これにより、肉厚の減少が開始するまでの間に、過剰な圧力が開口端部に対して付与されることを回避することができる。この結果、開口端部の変形等を防止しつつ、拡管成形を精度良く実施することができる。
【００１５】
第７の発明に係る鋼管の拡管成形方法は、第１から第６の発明のいずれか１つに係る鋼管の拡管成形方法であって、鋼管は、異形断面を有している。
ここでは、例えば、断面が略四角形の互いに平行な面を有する異形断面を有する鋼管の拡管成形を行う。なお、上記異形断面とは、断面形状が円形以外の断面になっているものを意味するものとする。これは、本発明が、拡管成形時に、均一に肉厚が減少して成形性が確保し易い円形断面のパイプではなく、異形断面の拡管成形に特に有効であることを示している。
これにより、上述した拡管成形方法によって成形を行うことで、一般的に拡管成形が難しいといわれる異形鋼管であっても、成形不良の発生を抑制しつつ、所望の拡管成形を行うことができる。
【００１６】
第８の発明に係る鋼管の拡管成形装置は、拡管成形用のパンチと、挿入機構と、押圧部と、を備えている。挿入機構は、パンチを鋼管の開口端部から挿入する。押圧部は、パンチが鋼管の開口端部から挿入される際に、開口端部をパンチの挿入方向に向かって押圧する。
ここでは、鋼管を拡管成形する場合において、拡管成形用のパンチを鋼管の内側に挿入して鋼管の内径を広げていく際には、上記パンチが挿入された鋼管の開口端部をパンチの挿入方向に向かって押し込んでいく。
【００１７】
これにより、拡管成形が進むにつれて鋼管が薄肉化していくときに、パンチの挿入方向に向かってパンチを挿入した開口端部を押し込むことで、拡管された鋼管が局所的に薄肉化して成形不良となってしまうことを抑制することができる。この結果、鋼管の拡管成形における成形限界を広げて、例えば、異形鋼管の拡管成形にも対応可能な拡管成形装置を提供することができる。
【００１８】
第９の発明に係る鋼管の拡管成形装置は、第８の発明に係る鋼管の拡管成形装置であって、挿入機構を制御する制御部をさらに備えており、制御部は、鋼管の開口端部にパンチが挿入されていき、鋼管の肉厚の減少が始まると開口端部を押圧する力を上昇させるように押圧部を制御する。
ここでは、鋼管の内部にパンチを挿入する際における押圧部の押圧力を、鋼管の肉厚の減少開始のタイミングに合わせて上昇させるように制御する。
【００１９】
ここで、鋼管の肉厚の減少のタイミングは、パンチを挿入していくストロークの管理や、パンチの挿入圧力の管理、パンチを挿入していく時間、速度管理等に基づいて、設定される。
これにより、肉厚の減少の開始とともに鋼管の開口端部がより強い力で押圧されるため、鋼管の薄肉化が局所的に進んで成形不良が発生することを抑制しつつ、効率よく所望の拡管成形を行うことができる。
【００２０】
第１０の発明に係る鋼管の拡管成形装置は、第８または第９の発明に係る鋼管の拡管成形装置であって、押圧部は、略コの字型の金型である。
ここでは、鋼管の内側に拡管成形用のパンチを挿入していきながら押圧される開口端部のうち、拡管成形される側の部分を押圧する際には、略コの字型の金型を用いて押圧する。
これにより、拡管成形によって薄肉化していく部分の薄肉化が進んで破断する等の成形不良の発生を抑制することができる。
【００２１】
第１１の発明に係る鋼管の拡管成形装置は、第８から第１０の発明のいずれか１つに係る鋼管の拡管成形装置であって、パンチは、鋼管の開口端部からの挿入方向に平行な面を含む第１部と、第１部に平行な面を含む第２部とを有している。そして、第２部には、第１部に含まれる面と平行であって第１部に含まれる面との距離が異なる複数の面が含まれており、複数の面はテーパ部を介してつながっている。
【００２２】
ここでは、互いに平行な面を含む第１部と第２部とを有するパンチを用いて異形鋼管の拡管成形を行う。そして、第２部には、第１部の面と互いに平行で、かつテーパ部を介してつながった複数の面が含まれている。
通常、このような形状のパンチを用いて互いに平行な面を維持したまま異形鋼管の拡管成形を行う場合には、丸鋼管の拡管成形を行う場合と比較して、局所的な薄肉化が生じ易くなり、破断等の成形不良が発生し易いという問題がある。
【００２３】
本発明の鋼管の拡管成形装置では、上述のように、押圧部によって拡管成形する鋼管の開口端部をパンチの挿入方向と同じ方向に押圧しながら成形を行うため、一般的に拡管成形が難しいとされている異形鋼管であっても、破断等を生じさせることなく、拡管成形を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る鋼管の拡管成形方法を実施する拡管成形装置の構成を示す側面図。
【図２】（ａ），（ｂ）は、異形鋼管内にパンチを挿入する際の過程を示す側面図。
【図３】（ａ）は、異形鋼管内にパンチを挿入する際のサイド金型、パンチ、異形鋼管およびダイの位置関係を示す正面図。（ｂ）は、（ａ）を側方から見た断面図。
【図４】図１の拡管成形装置による拡管成形法の流れを示すフローチャート。
【図５】（ａ），（ｂ）は、パンチが挿入された結果、拡管成形された異形鋼管を示す正面図および断面図。
【図６】図１の拡管成形装置による拡管成形時におけるパンチの挿入ストロークとサイド金型の押圧力との関係を示すグラフ。
【図７】（ａ），（ｂ）は、従来の拡管成形法と本発明の拡管成形法とによる拡管率とテーパ角度とを変化させた場合の試験結果を示す図。
【図８】図１の拡管成形装置によって拡管成形された異形鋼管をストレッチベンド工程において折り曲げる状態を示す図。
【図９】（ａ）〜（ｅ）は、図１の拡管成形装置による異形鋼管に対する拡管成形からストレッチベンド工程までの形状の変化を示す図。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の実施形態に係る拡管成形方法によって拡管成形された異形鋼管の断面形状を示す断面図。
【符号の説明】
【００２５】
１０      拡管成形装置
１１      メインシリンダ（挿入機構）
１１ａ    シリンダ本体
１１ｂ    シリンダロッド
１１ｃ    油圧発生装置
１２      パンチ
１２ａ    第１の面（第１部）
１２ｂ    第２の面（第２部）
１２ｃ    第３の面
１２ｄ    テーパ部
１３      ダイ
１５      サイド加圧装置（押圧部）
２０      制御部
２１      サイド金型（略コの字型の金型）
２２      金型保持部
２３      シャフト
３１      内金型
３２ａ，３２ｂ  保持部材
３３ａ，３３ｂ  ロール金型
Ｍ      モータ（押圧部）
Ｐ      異形鋼管
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の一実施形態に係る鋼管の拡管成形方法および拡管成形装置について、図１〜図９を用いて説明すれば以下の通りである。
［鋼管の拡管成形装置１０の構成］
本実施形態に係る鋼管の拡管成形装置１０は、異形鋼管Ｐの内部に所定の形状を有する拡管成形用のパンチ１２を挿入して拡管成形を行う装置であって、図１に示すように、メインシリンダ（挿入機構）１１と、拡管成形用のパンチ１２と、ダイ１３と、サイド金型２１を含むサイド加圧装置（押圧部）１５と、制御部２０と、を備えている。【００２７】
異形鋼管Ｐは、油圧ショベル等の建設機械に搭載されるキャブを構成するフレーム支柱用に形成される部材であって、円形断面の丸鋼管をロールフォーミングによって異形断面に成形される（図９参照）。
メインシリンダ１１は、シリンダ本体１１ａと、シリンダロッド１１ｂと、油圧発生装置１１ｃと、を有しており、固定配置された異形鋼管Ｐに対して、油圧発生装置１１ｃから付与された押圧力を、シリンダロッド１１ｂを介してパンチ１２に対して付与する。【００２８】
パンチ１２は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、異形鋼管Ｐの内部に挿入されて異形鋼管Ｐに拡管部Ｐ１を形成するための部材であって、第１の面（第１部）１２ａと、第１の面１２ａに対して平行な第２の面（第２部）１２ｂおよび第３の面１２ｃと、テーパ部１２ｄと、を有している。第２の面１２ｂと第３の面１２ｃとは、第１の面１２ａからの距離がそれぞれｌ１，ｌ２（ｌ１≠ｌ２）と異なるように配置されており、テーパ部１２ｄを介してつながっている。このパンチ１２を用いて拡管成形を行うことで、第１の面１２ａと第２の面１２ｂとの平行部を保ったまま一方の面の一部を拡管成形することができる。なお、このパンチ１２は、後端部に形成されたフランジ部においてシリンダロッド１１ｂの先端部に形成されたフランジ部と接合されているものとする。【００２９】
ダイ１３は、図３（ａ），図３（ｂ）に示すように、拡管成形を行う対象となる異形鋼管Ｐの外周を、後述するサイド金型２１とともに覆うように配置されている。そして、パンチ１２が挿入される異形鋼管Ｐに沿ってダイ１３を設置することで、拡管成形の成形性を向上させることができる。
サイド加圧装置１５は、拡管成形の対象となる異形鋼管Ｐの一方の開口端部に対して、パンチ１２の挿入方向と同じ方向に向かって押圧力を付与する機構であって、図１に示すように、サイド金型２１、金型保持部２２、シャフト２３およびモータＭを有している。サイド金型２１は、シャフト２３の先端部分に装着された金型保持部２２に対して取り付けられており、モータＭから伝達される回転駆動力によって金型保持部２２がシャフト２３ごとＦ方向へ前進することで、異形鋼管Ｐの開口端部に対して押圧力を付与する。なお、モータＭは、ＡＣサーボモータであって、メインシリンダ１１におけるパンチ１２を前進させる際のストロークおよび速度に基づいて、異形鋼管Ｐの開口端部に向かって適度な押圧力を付与するように、制御部２０によってフィードフォワード制御される。【００３０】
制御部２０は、上述のように、メインシリンダ１１におけるパンチ１２を前進させるストロークや速度を受信して、サイド加圧装置１５によるサイド金型２１を最適な押圧力によって前進させるようにモータＭの回転制御を行う。また、制御部２０は、図１に示すように、メインシリンダ１１に対しても接続されており、メインシリンダ１１に内蔵された図示しない荷重センサから押圧力の大きさを受信して、後述するサイド金型２１の押圧力の上昇タイミングを決定する。【００３１】
＜本拡管成形装置１０による拡管成形の流れ＞
本実施形態では、上述した構成を備えた拡管成形装置１０において、図４に示すフローチャートに従って、以下に示すような手順で異形鋼管Ｐの拡管成形を行う。
すなわち、本実施形態の拡管成形装置１０では、ステップＳ１において、図３（ａ）に示すように、ダイ１３にセットされた異形鋼管Ｐに対して、パンチ１２を挿入していくように、メインシリンダ１１（図１参照）の伸展を行う。【００３２】
次に、ステップＳ２では、異形鋼管Ｐ内へのパンチ１２の挿入のタイミング、パンチ１２の挿入ストロークに基づいて、モータＭによってサイド金型２１を異形鋼管Ｐのパンチ１２挿入側の開口端部に対して押し当てながら前進させて押圧する。
このとき、パンチ１２は、図３（ｂ）に示すように、異形鋼管Ｐの内部へと挿入される。そして、サイド金型２１は、異形鋼管Ｐの断面における拡管成形側の部分を押圧する。【００３３】
次に、ステップＳ３では、異形鋼管Ｐ内にパンチ１２が挿入されていく過程において、異形鋼管Ｐが拡管されて薄肉化が開始するまで、パンチ１２の挿入およびサイド金型２１の押圧を継続する。このとき、異形鋼管Ｐは、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、高さｈ、幅ｂ１の断面を、テーパ角度θのテーパ部分を有するパンチ１２を挿入することによって、幅（ｂ１＋ｂ２）に拡管するように成形される。そして、サイド金型２１は、この拡管される部分に対して集中的に押圧力を付与する。【００３４】
なお、この異形鋼管Ｐの拡管率は、以下の関係式（１）に基づいて算出される。
拡管率＝ｂ２／ｂ１  ・・・・・（１）
そして、異形鋼管Ｐの薄肉化が始まると、ステップＳ４へ進み、図６に示すように、制御部２０は、一旦所定の値で一定の押圧力を付与されていたサイド金型２１の押圧力を、さらに上昇させるように制御を行う。【００３５】
ここで、異形鋼管Ｐの薄肉化が始まったことは、異形鋼管Ｐの内部に挿入されるパンチ１２の押圧力の上昇が止まったタイミングＡを検出することによって判断される。つまり、異形鋼管Ｐ内にパンチ１２を挿入していく過程において、異形鋼管Ｐの内径よりも大きい外径を有するパンチ１２を所定の挿入速度を維持したままで挿入するためには、パンチ１２の押圧力を上昇させながら挿入していく必要がある。その後、異形鋼管Ｐの薄肉化が始まると、パンチ１２の押圧力の上昇は停止して所定値付近で横ばいになる。このため、異形鋼管Ｐ内に挿入されるパンチ１２の押圧力の上昇が停止したタイミングＡを検出することで、サイド金型２１を押圧する力を上昇させるタイミングＣとして設定することができる。これにより、薄肉化が始まるのとほぼ同時に、異形鋼管Ｐの開口端部を押し込むための押圧力を増大させることで、薄肉化が局所的に進んで成形不良となることを防止することができる。【００３６】
なお、サイド金型２１は、図６に示すように、上述した押圧力を上昇させて所定の最大値Ｄに到達すると、一定になるように制御される。
次に、ステップＳ５では、パンチ１２の押圧、サイド金型２１の押圧を継続し、メインシリンダ１１がパンチ１２を所定の位置まで進行させると、成形完了として判定し、ステップＳ６へと進む。【００３７】
次に、ステップＳ６では、異形鋼管Ｐの内部に挿入されたパンチ１２を取り出すとともに、ステップＳ７において、サイド金型２１の押圧も解除して異形鋼管Ｐの側方から退避させる。
本実施形態の異形鋼管Ｐの拡管成形装置１０では、以上のように、拡管成形用のパンチ１２を異形鋼管Ｐ内に挿入していくと同時に、サイド金型２１を用いて異形鋼管Ｐの開口端部の一部を押圧する。【００３８】
これにより、拡管成形用のパンチ１２の挿入によって薄肉化することで拡管成形される異形鋼管Ｐが、局所的に薄肉化して成形不良となってしまうことを回避して、拡管成形における成形性を向上させることができる。
ここで、本実施形態における拡管成形方法によって成形した結果（図７（ｂ）参照）と、従来の拡管成形方法によって成形した結果（図７（ａ）参照）とを比較した表を、図７（ａ）および図７（ｂ）に示す。【００３９】
従来の拡管成形方法では、図７（ａ）に示されているように、テーパ角度θ１５度で、拡管率が１０％の試験片のみが適正に成形でき、テーパ角度３０度の試験片や、テーパ角度１５度で拡管率２０％の試験片では、成形不良が発生したことがわかる。一方、本実施形態の拡管成形方法によって成形された試験片では、テーパ角度３０度で拡管率２０％の試験片では成形不良が発生したものの、テーパ角度１５度で拡管率２０％の試験片と、テーパ角度３０度で拡管率１０％の試験片とが、成形不良が発生することなく拡管成形を行うことができた。【００４０】
このように、本実施形態では、拡管成形用のパンチ１２を異形鋼管Ｐ内へ挿入しつつ、サイド金型２１によって異形鋼管Ｐの開口端部を押圧することで、拡管成形における成形限界を拡張し、成形不良の発生を抑制することができる。
＜ストレッチベンド工程の流れ＞
本実施形態では、異形鋼管Ｐの両端部にそれぞれ上述した拡管成形を行った後、異形鋼管Ｐにおける拡管成形部分を掴んで所定の形状になるまで折り曲げるストレッチベンド工程に移行する。【００４１】
具体的には、図８に示すように、拡管成形された異形鋼管Ｐの両端部を保持部材３２ａ，３２ｂによって把持して内金型３１に沿って折り曲げた状態（ドローベンディング）とし、ロール金型３３ａ，３３ｂを用いて大きなＲ形状に成形する。
以上のことから、図９（ａ）〜図９（ｅ）に示すように、断面が略円形の丸鋼管（図９（ａ）参照）をロールフォーミングを用いて異形断面に成形した後（図９（ｂ）参照）、上述した異形断面の両端部分を拡管成形する（図９（ｃ）参照）。そして、この拡管部分を把持して異形鋼管Ｐを折り曲げた後（図９（ｄ）参照）、上述したストレッチベンド工程において大きなＲ形状に成形する（図９（ｅ）参照）。【００４２】
これにより、従来のキャブのフレーム支柱の成形工程と比較して、高精度な柱部材を成形することが可能になる。また、拡管成形された部材については、ストレッチベント成形後、拡管成形された部分の端部を若干カットするだけで使用することができるため、両端部をつぶして把持する従来の方法と比較して、成形後にカットされる部分の量を少なくしてフレーム支柱の製造歩留りを向上させることができる。【００４３】
［本拡管成形装置１０の特徴］
（１）
本実施形態の鋼管の拡管成形装置１０では、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、異形鋼管Ｐの一方の開口端部の内部へ拡管成形用のパンチ１２を挿入するとともに、異形鋼管Ｐにおける上記一方の開口端部をサイド金型２１によってパンチ１２の押圧方向と同じ方向に押圧する。【００４４】
これにより、拡管成形時において異形鋼管Ｐの薄肉化が進行する際には、開口端部を押圧することで局所的な薄肉化の進行を抑制することができる。この結果、異形鋼管Ｐの拡管成形の成形限界を拡張して、複雑な異形断面を有する鋼管の拡管成形にも対応可能な拡管成形方法を提供することができる。
（２）
本実施形態の鋼管の拡管成形装置１０では、図２（ａ）等に示すように、互いに平行な第１の面１２ａと、第２・第３の面１２ｂ，１２ｃとを含むパンチ１２を用いて拡管成形を行う。【００４５】
これにより、上述したサイド金型２１を用いて異形鋼管Ｐの開口端部を押圧することで、一般的に、局所的な薄肉化が進みやすく成形不良が発生し易いといわれる異形鋼管Ｐにおいて平行部を維持したままでの一方の側（第２・第３の面１２ｂ，１２ｃ）のみの拡管成形を行うことができる。
（３）
本実施形態の鋼管の拡管成形装置１０では、サイド金型２１によって、異形鋼管Ｐの開口端部における拡管成形を行う側の部分を部分的に押圧している。【００４６】
これにより、拡管成形時における局所的な薄肉化によって成形不良を生じさせることを抑制することができるとともに、拡管成形を行う側以外の部分に対して余計な応力を発生させることなく、拡管成形時における成形性を向上させることができる。
（４）
本実施形態の鋼管の拡管成形装置１０では、図３（ｂ）に示すように、異形鋼管Ｐの開口端部を押圧する部材として断面が略コの字型のサイド金型２１を用いている。【００４７】
これにより、異形鋼管Ｐの開口端部における拡管成形される側の部分を効果的に押圧することができる。よって、異形鋼管Ｐの開口端部における余計な部分を押圧して、異形鋼管Ｐ内に不要な応力が生じることを防止することができる。
（５）
本実施形態の鋼管の拡管成形装置１０では、異形鋼管Ｐ内にパンチ１２を挿入していく過程において、図６に示すように、制御部２０が、サイド金型２１による押圧力を、異形鋼管Ｐの薄肉化が始まると同時に上昇させるように制御を行う。【００４８】
これにより、薄肉化の開始とほぼ同時に、局所的な薄肉化が進行することを抑制するためのサイド金型２１による開口端部の押圧力を上昇させるため、局所的な薄肉化が進行することをより効果的に防止することができる。
（６）
本実施形態の鋼管の拡管成形装置１０では、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、拡管成形を行う材料として、異形鋼管Ｐを用いている。【００４９】
このように、一般的に、均等に薄肉化が進行しないために拡管成形が難しいと言われる異形断面を有する鋼管の拡管成形を行う場合でも、上述のように、サイド金型２１を用いて開口端部を押圧することで、成形限界を広げて良好な拡管成形を行うことができる。
［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。【００５０】
（Ａ）
上記実施形態では、サイド金型２１の押圧力を上昇させるための異形鋼管Ｐの肉厚の減少のタイミングを、異形鋼管Ｐ内にパンチ１２を挿入する際の押圧力の変化に基づいて設定する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、パンチの挿入ストロークや挿入速度の管理や、パンチの挿入速度と挿入開始からの経過時間の管理、鋼管の肉厚の直接管理等によって、肉厚の減少のタイミングを設定するようにしてもよい。【００５１】
（Ｂ）
上記実施形態では、図３（ｂ）等に示すように、断面形状が略四角形の異形鋼管Ｐの拡管成形を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、断面が円形の丸鋼管の一部分を拡管成形する場合や、同じく丸鋼管を同心以外の位置を中心に全体を拡管するような場合にも、本発明の成形方法の適用により、上記と同様の効果を得ることができる。【００５２】
具体的には、図１０（ａ）に示すように、略台形の断面を有するパイプＰａや、図１０（ｂ）に示すように、円形の一部を切欠いた異形断面を有するパイプＰｂ、図１０（ｃ）に示すように、２つの楕円を組み合わせたような異形断面を有するパイプＰｃ等のように、各種の異形断面を有するパイプＰａ〜Ｐｃの拡管成形を行ってもよい。
（Ｃ）
上記実施形態では、図６に示すように、制御部２０が、サイド金型２１の加圧力を途中まで一定の割合で上昇させた後、所定時間一定の値で保持し、鋼管の肉厚の減少のタイミングに合わせて再度加圧力を上昇させるように制御する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。【００５３】
例えば、サイド金型の加圧力については、一定の割合で上昇させるのではなく、階段状に上昇させるようにしてもよい。
この場合でも、異形鋼管等の拡管成形における成形限界を広げることができるという、上記と同様の効果を得ることができる。
（Ｄ）
上記実施形態では、図３（ａ）等に示すように、異形鋼管Ｐの拡管成形にダイ１３を使用した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。【００５４】
例えば、ダイを使用せずに拡管成形を行うことも可能である。
ただし、高精度な成形を行うという観点からは、上記実施形態のように、ダイを使用して鋼管の拡管成形を行うことがより好ましい。
（Ｅ）
上記実施形態では、拡管成形後の異形鋼管Ｐをストレッチベンド工程において折り曲げ加工して、油圧ショベル等に搭載されるキャブを構成するフレーム支柱として使用する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。【００５５】
例えば、キャブのフレーム支柱に限らず、他の用途に使用される鋼管の拡管成形においても、本発明を適用することは当然に可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の鋼管の拡管成形方法は、鋼管の拡管成形における成形限界を広げて、例えば、異形鋼管の拡管成形にも対応可能な成形方法を提供することができるという効果を奏することから、各種素材の拡管成形に対して広く適用可能である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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