(57)【要約】  【課題】金属板または異形管の液圧バルジ加工に際し、付加的な工程や特別な装置を必要とせず、必要部位に加工硬化を生じさせる加工製品および成形方法の提供。  【解決手段】上下一対の金型に挟持された１枚または２枚以上の金属板素材に流体を注入し、前記金型のキャビティー内に膨出成形された金属板の液圧バルジ加工製品であって、または上下一対の金型と工具とで挟持された、軸方向の一方から他方にかけて外径が漸次増加または減少する周長を有する異形素管に流体を注入し、前記金型のキャビティー内に膨出成形された異形管の液圧バルジ加工製品であって、その外表面に外方に向けて突出する凸設部、または内方に向けて圧入する凹設部を複数設けたことを特徴とする液圧バルジ加工製品である。前記凸設部または凹設部を設けた領域を加工製品の全面積の５％以上にするのが望ましい。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下一対の金型に挟持された１枚または２枚以上の金属板素材に流体を注入し、前記金型のキャビティー内に膨出成形された金属板の液圧バルジ加工製品であって、
その外表面に外方に向けて突出する凸設部、または内方に向けて圧入する凹設部を複数設けたことを特徴とする液圧バルジ加工製品。
【請求項２】
上下一対の金型に挟持された、軸方向の一方から他方にかけて外径が漸次増加または減少する周長を有する異形素管に流体を注入し、前記金型のキャビティー内に膨出成形された異形管の液圧バルジ加工製品であって、
その外表面に外方に向けて突出する凸設部、または内方に向けて圧入する凹設部を複数設けたことを特徴とする液圧バルジ加工製品。
【請求項３】
前記凸設部または凹設部を設けた領域が、加工製品の全面積の５％以上であることを特徴とすること請求項１または２に記載の液圧バルジ製品。
【請求項４】
請求項１に記載の金属板の液圧バルジ加工製品のバルジ成形方法であって、
加工製品の外郭形状と同じ内郭形状をしたキャビティーと、さらに外方に向けて突出する凸設部または内方に向けて圧入する凹設部とを設けた上下金型で１枚または２枚以上の金属板素材を峡持し、
前記金属板素材と金型との間、または金属板素材の間に流体を注入し、前記金型のキャビティーに沿わせ、さらに前記凸設部または凹設部に圧着させて前記金属板素材を膨出加工することを特徴とする金属板の液圧バルジ成形方法。
【請求項５】
請求項２に記載の異形管の液圧バルジ加工製品のバルジ成形方法であって、
加工製品の外郭形状と同じ内郭形状をしたキャビティーおよびさらに外方に向けて突出する凸設部または内方に向けて圧入する凹設部を設けた上下金型と、前記上下金型とで挟んで両端を保持する工具とで、軸方向の一方から他方にかけて外径が漸次増加または減少する周長を有する異形素管を峡持し、
前記異形素管の間に流体を注入し、前記金型のキャビティーに沿わせ、さらに前記凸設部または凹設部に圧着させて前記異形素管を膨出加工することを特徴とする異形管の液圧バルジ成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液圧バルジ加工製品およびその成形方法に関し、さらに詳しくは、金属板または異形管の液圧バルジ加工に際し、バルジ成形後に付加的な工程を必要とせず、また特別な装置を必要とせず、加工製品の必要部位に加工硬化を生じさせることができる液圧バルジ加工製品およびその液圧バルジ成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液圧バルジ加工は、他の成形加工方法に比べ、多くの特長を備えている。例えば、長手方向に断面形状の異なるような複雑な形状の部品に加工できるため、従来方法では溶接接合が必要であった機械部品を、一体成形で加工することができる。また、当該加工は、加工を付与した部位の全体に亘って加工硬化を生じさせるため、軟質な素管を用いても高強度の製品を得ることができる。
【０００３】
さらに、加工後のスプリングバックが少なく、製品の寸法精度が良好である（形状凍結性が良好である）。このため、製品寸法の手直しの工程を必要とせず、工程の省略が図れる。
【０００４】
液圧バルジ加工は、上述の優れた特長が評価され、最近では、特に自動車用部品の製造方法として採用されるようになっている。
【０００５】
通常、液圧バルジ加工によって管を成形加工する場合には、長手方向に均一な円断面を有するストレートな管（以下、「ストレート素管」という）を素材として用い、当該素材に「予成形」として曲げ加工および押し潰し加工を施した後、加工工程の最終工程として液圧バルジ加工が施される。このような一連の加工工程を経ることによって、ストレート素管から所定の形状に加工された液圧バルジ加工製品を製造できる。
【０００６】
図１は、従来のストレート素管を用いて製品を得る液圧バルジ加工の加工工程のうち最終工程を説明する図である。最終工程となる液圧バルジ加工では、上下の金型１、２内にセットされたストレート素管Ｐｌの中に注入孔３を通じて加工液を注入し、内圧を負荷する。さらに、内圧負荷に加えて、シール工具を兼ねた軸押し工具４、５によって、両管端から軸方向に素管Ｐｌを押し込む（以下、「軸押し」という）。
【０００７】
液圧バルジ加工では、内圧を負荷することおよび軸押しすることを組み合わせて、種々の断面形状を有する加工製品Ｐ２を製造する。シール工具を兼ねた軸押し工具４、５は、図示しない油圧シリンダに接続されており、液圧バルジ加工中においては、その軸方向位置および軸押し力が制御されている。
【０００８】
液圧バルジ加工における軸押しは、素管の膨出時のメタルフローを促進させ、素管の拡管限界を向上させる効果がある。このため、液圧バルジ加工では、管端から軸方向への軸押しは、極めて重要な加工工程である。
【０００９】
具体的には、液圧バルジ加工において、軸押しを実施することなく内圧負荷のみで加工を行うと、ストレート素管Ｐ１は膨出にともなって板厚が著しく減少する。このため、ストレート素管Ｐ１は、液圧バルジ加工の途中で破断に至る。つまり、ストレート素管Ｐ１の成形可能な範囲（拡管限界）が制限されることになる。
【００１０】
すなわち、周長増加率（拡管率）＝｛（当該部位の加工品の外周長／素管の円周長）−１｝×１００％と定義した場合に、加工品に要求される形状特性や使用する素管条件（材質、板厚）にもよるが、軸押し加工を行わない単なる膨出加工に対して、軸押し加工を行った場合には限界周長増加率は１．５〜３倍以上に向上する。
【００１１】
さらに重要なことは、軸押しで限界周長増加率を増加させることにより、液圧バルジ加工で得られる製品の広い領域に亘り、大きな加工硬化を生じさせることである。
【００１２】
図２は、液圧バルジ加工で得られる軸圧縮歪みと表面硬度との関係を示す試験結果である。図３は、図２の試験における供試材の形状および加工部位を示す図である。供試材は外径が８９．１ｍｍ、肉厚が２．０ｍｍで、降伏点が３２２ＭＰａ、引張り強さが３８２ＭＰａおよび伸びが３６％であるＳＴＫＭ１１Ａの素管Ｐ１を用い、軸押しを行いながら上金型中央のキャビティーに素管を膨出させて成形管Ｐ２を得る試験を行った。
【００１３】
軸圧縮歪みは、下記（ａ）式に示すように、初期の素管長さＬｏに対する成形管長さＬの割合で示し、成形管の各部位における硬度（Ｈｖ）との関係を示している。
【００１４】
（１−Ｌ／Ｌｏ）×１００（％）      ・・・        （ａ）
図２に示すように、上金型中央のキャビティーに材料が膨出しながら成形が行われる中央部の部位（○●）では加工硬化が発生していることが分かる。さらに注目すべきは、軸押しを施した場合には、軸方向に圧縮変形を受けることから、周長増加率が殆どない部位（△▲□）であっても加工硬化が生じ、成形管の強度が上昇していることである。言い換えると、周長増加率が殆どない両管端の部位（△▲□）では、軸押しを行わない場合には、加工硬化が得られない領域である。
【００１５】
ところが、上述のストレート素管を用いる液圧バルジ加工について、加工製品の形状特性や使用する素管条件（材質、板厚）にもよるが、軸押しが有効な管端部領域を除いて、周長増加率（拡管率）は高々２５％程度であり、この限界を超えて液圧バルジ加工を施すことができない。このため、加工製品の形状設計の自由度を上げ、より複雑な断面形状を有する加工品を得るためには、素材の形状も含め更なる工夫が必要になる。
【００１６】
このような問題に対して、特許文献１、２では、ストレート素管に代えて、金属板を素材として膨出加工する液圧バルジ成形法を提案している。提案の液圧バルジ成形法によれば、素材となる金属板の形状を自由に選ぶことが可能になるため、比較的複雑な断面形状を有する加工製品であっても容易に得ることができるとしている。
【００１７】
また、特許文献３では、ストレート素管に代えて略円錐状の素管（以下、「テーパ素管」という）を用いることによって、ストレート素管での成形が困難な部品、例えば、軸方向に沿って大きく周長が変化する部品に対しても、加工にともなう周長増加率を低く抑えることができ、所定の加工形状を形成できるとしている。
【００１８】
【特許文献１】特開２００２−２５４１１８号公報
【特許文献２】特開２００３−２５０２２号公報
【特許文献３】特開２００１−３２１８４２号公報
【特許文献４】特開２００４−１６０５３７号公報
【特許文献５】特開２００４−２０２５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
一般に、金属板素材（以下、「ブランク」という場合がある）を用いた液圧バルジ加工では軸押しが困難であるため、軸方向の圧縮によって加工製品に加工硬化を生じさせることができない。そこで、特許文献１、２では、金型のキャビティーの周辺部分（以下、「フランジ部」という）に絞りビードを設けたり、金型またはブランクホルダ（下金型）によりフランジ部を加圧して液圧バルジ成形時の材料の流入を抑制することにより、液圧バルジ成形時の材料の流入を抑制する方法を開示している。金型またはブランクホルダによりフランジ部を加圧する方法は、加圧装置の大型化による設備費用の増大という問題があるため、絞りビードを用いる方法が簡便である。
【００２０】
図４は、特許文献１の液圧バルジ成形時に用いられる、フランジ部に設けられた絞りビードの断面構成を示す金属板の周辺部の拡大図である。上金型１面にはキャビティー７の周縁を取り囲むビード溝６ａが設けられており、またこれに対向して下金型（ブランクホルダ）２面に設けられたビード山６ｂが設けられて、絞りビード６が構成されている。
【００２１】
特許文献１の液圧バルジ成形方法では、図４に示す絞りビード６を設けることにより、金属板（ブランク）Ｂ１のフランジ部への流入を抑制している。この流入を抑制する作用により、液圧バルジ成形中の金属板に引張り力が付与され、加工硬化を生じることができる。しかし、加工製品とするためには、液圧バルジ加工後に絞りビード部を切り落とす必要があるため歩留まりロスが発生することになる。
【００２２】
さらに、金属板の液圧バルジ加工ではフランジ部に絞りビードを設けなくとも、ブランクの寸法を大きくすることによって、金属板の流入抵抗を増加させることができ、同様に金属板の膨出成形時に引張り力を付与でき、加工硬化を生じることができる。
【００２３】
図５は、ブランク寸法を大きくして金属板の流入抵抗を増加させる構成を説明する図であり、（ａ）は加工前の状態を、（ｂ）は膨出加工の状態を、（ｃ）は加工終了時の状態を示している。前述の絞りビードを設けない場合であっても、ブランクＢ１の寸法を大きくし、フランジ長さＬを十分確保すれば、上下金型による押し付け力と金属板の流入抵抗により、図５（ｂ）に示す膨出加工の状態で引張り力が作用し、図５（ｃ）に示す加工製品Ｂ２に膨出成形された状態で加工硬化が生じる。
【００２４】
図６は、ブランク寸法が製品形状と一致するように小さくした場合の成形状態を説明する図であり、（ａ）は加工前の状態を、（ｂ）は膨出加工の状態を、（ｃ）は加工終了時の状態を示している。図６に示すように、ブランクＢ１の寸法が製品形状と一致するように、フランジ長さＬを最小にした場合には、フランジ部の該当面積が小さくなるため、上下金型による押し付け力が不足するとともに、フランジ部における金属板の流入抵抗が小さいことから、図６（ｂ）に示す膨出加工の状態で、金属板の流入を抑制する引張り力が充分に作用せず、加工製品Ｂ２に加工硬化を生じさせることができない。
【００２５】
最近では、従来にも増して材料歩留まりの向上が求められ、フランジ部を最小にすることが必要になる。前述の通り、加工硬化を生じさせるには絞りビードを設ける方法やブランクのフランジ部を大きくする方法が有効であるが、これらの方法では加工後にフランジ部を切り落とす必要があるため、歩留まり向上の要求に対応できない。さらに、これらの方法では成形後にフランジ部をトリミングするという付加的な工程が必要になる。
【００２６】
図７は、特許文献２で開示される外周を溶接などで接合した重ね板ブランクを用いた場合の成形状態を説明する図であり、（ａ）は加工前の状態を、（ｂ）は膨出加工の状態を、（ｃ）は加工終了時の状態を示している。図７に示す重ね板ブランクでは、加工硬化を得るためにブランク寸法を十分に大きくしている。
【００２７】
そして、外周を溶接などで接合した重ね板ブランクを用いて液圧バルジ成形を実施するため、下金型２に設けられた注入孔３に対向するブランクＢ１の位置に注入透過孔３ａが設けられ、シールのために注入孔３を囲んでリング溝８が配置される。
【００２８】
ところが、このように周囲を接合した重ね板ブランクを用いて液圧バルジ成形を実施した場合には、液圧バルジ成形後の成形品から加工製品を切り出すことから、成形後のトリミングの際に外周の接合部は切り落とされてしまう。したがって、さらに周囲を接合した加工製品を得るためには、このようにトリミングされた上下部品を再度接合する必要があり、多大な歩留まりロスが発生するとともに、煩雑な工程をとらざるを得ないことになる。
【００２９】
上述の通り、金属板の液圧バルジ加工において、材料歩留まりの向上を図りながら、またはトリミング処理などの付加的な工程をなくしながら、充分に加工硬化を生じさせることができない。すなわち、金属板の液圧バルジ加工では、材料歩留まりの向上、または付加的な工程をなくすことと両立して、軟質な素材を用いて高強度の加工製品が得られるという液圧バルジ加工の特長を発揮できないのが実情である。
【００３０】
一方、テーパ素管を用いて液圧バルジ加工を行う場合には、単に前記図１に示すストレート素管用の軸押し工具を使用すると、テーパ素管への軸押しを行うことが困難になるという問題がある。
【００３１】
図８は、従来のストレート素管用軸押し工具でテーパ素管への軸押しを行った場合の問題を説明する図である。同図に示すように、大径側ではテーパ素管ＴＰ１への軸押し自体ができず、また、小径側ではテーパ素管ＴＰ１への軸押しを行うことができるが、軸押しにともない軸押し工具４が上下金型１、２の内部へ進入するにつれて、軸押し工具４側のテーパ素管ＴＰ１の内外面の拘束が不十分となり、シール漏れが発生するようになる。したがって、異形管の液圧バルジ加工製品では、加工硬化が生じる領域は周長が増加する部位に限定されることになる。
【００３２】
そのため、特許文献４、５では、上下金型の一方端側の内面とこれに対応する軸押し工具の外面にそれぞれ平行部を設けることにより、軸押しを可能にした液圧バルジ加工装置および液圧バルジ加工方法を提案している。しかし、特許文献４、５で提案される液圧バルジ加工方法では、いずれも軸押し加工用の金型や工具が必要になることから、さらに簡単な処理や操作で、加工製品に加工硬化を生じさせる技術の開発が期待されている。
【００３３】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、１枚または２枚以上の金属板素材から膨出成形する液圧バルジ加工に際し、液圧バルジ成形後に、加工製品にトリミングなどの付加的な工程を必要とせず、必要な領域に加工硬化を生じさせた液圧バルジ加工製品およびその成形方法を提案することを目的としている。
【００３４】
同様に、テーパ管から膨出成形する液圧バルジ加工に際し、特別な軸押し用の加工装置を必要とせず、単にストレート素管用の軸押し工具を使用する場合であっても、必要な領域に加工硬化を生じさせた液圧バルジ加工製品およびその成形方法を提案することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
本発明者らは、上記課題を解決するため、液圧バルジ加工について種々の検討を加えた結果、金型面にキャビティーを形成するのに加え、凸設部や凹設部を設けることにより、液圧バルジ成形の過程で、ブランクや素管がキャビティー面に沿って膨出成形しつつ、凸設部や凹設部による局部的な変形を進行させることに着目した。
【００３６】
そして、キャビティー面に沿って膨出成形された加工製品に、さらに局部的な変形を加えることにより、加工製品に大きな加工硬化を生じさせることができ、しかも、加工硬化させることができる部位は、加工製品の所定領域から選択できることを知見した。
【００３７】
本発明は上記の着目や知見に基づいて完成したものであり、下記（１）〜（３）の液圧バルジ加工製品、および（４）、（５）の液圧バルジ方法を要旨としている。
（１）上下一対の金型に挟持された１枚または２枚以上の金属板素材（ブランク）に流体を注入し、前記金型のキャビティー内に膨出成形された金属板の液圧バルジ加工製品であって、その外表面に外方に向けて突出する凸設部、または内方に向けて圧入する凹設部を複数設けたことを特徴とする液圧バルジ加工製品である。
（２）上下一対の金型に挟持された、軸方向の一方から他方にかけて外径が漸次増加または減少する周長を有する異形素管に流体を注入し、前記金型のキャビティー内に膨出成形された異形管の液圧バルジ加工製品であって、その外表面に外方に向けて突出する凸設部、または内方に向けて圧入する凹設部を複数設けたことを特徴とする液圧バルジ加工製品である。
（３）上記（１）および（２）の液圧バルジ製品では、前記凸設部または凹設部を設けた領域を、製品強度を必要とする加工製品の全面積の５％以上にするのが望ましい。
（４）上記（１）の液圧バルジ製品のバルジ成形方法であって、加工製品の外郭形状と同じ内郭形状をしたキャビティーと、さらに外方に向けて突出する凸設部または内方に向けて圧入する凹設部とを設けた上下金型で１枚または２枚以上の金属板素材を峡持し、前記金属板素材と金型との間、または金属板素材の間に流体を注入し、前記金型のキャビティーに沿わせ、さらに前記凸設部または凹設部に圧着させて前記金属板素材を膨出加工することを特徴とする金属板の液圧バルジ成形方法である。
（５）上記（２）の液圧バルジ製品のバルジ成形方法であって、加工製品の外郭形状と同じ内郭形状をしたキャビティーおよびさらに外方に向けて突出する凸設部または内方に向けて圧入する凹設部を設けた上下金型と、前記上下金型とで挟んで両端を保持する工具とで、軸方向の一方から他方にかけて外径が漸次増加または減少する周長を有する異形素管を峡持し、前記異形素管の間に流体を注入し、前記金型のキャビティーに沿わせ、さらに前記凸設部または凹設部に圧着させて前記異形素管を膨出加工することを特徴とする異形管の液圧バルジ成形方法である。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の液圧バルジ加工製品および液圧バルジ成形方法によれば、金属板の液圧バルジ加工製品において、液圧バルジ成形後にトリミングなどの付加的な工程を必要とせず、必要な領域に加工硬化を生じさせることができ、また、テーパ管の液圧バルジ加工製品においても、特別な軸押し用の金型や工具を必要とせず、必要な領域に加工硬化を生じさせることができる。これにより、材料歩留まりの向上を図るとともに、付加的な工程や特別な金型などを必要とせず、軟質な素材を用いて高強度の加工製品を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明の液圧バルジ製品およびその成形方法を、図面を用いて詳細に説明する。下記では、金属板の液圧バルジ加工製品について説明するが、テーパ管の液圧バルジ加工製品についても同様に適用できる。
【００４０】
図９は、本発明の金属板を用いた液圧バルジ加工製品の実施形態１を示す図であり、（ａ）は外観斜視図を、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ視野およびＢ−Ｂ視野における断面形状を示している。図９に示す実施形態では、製品Ｂ２外面のほぼ全域に外方に向けて突出する凸設部９を設け、その断面形状は板厚に対して高さＨを有する凸部を形成している。
【００４１】
図１０は、加工製品の表面に外方に向けて突出する凸設部を形成する方法を説明する図であり、（ａ）は加工前の状態を、（ｂ）は膨出加工の状態を、（ｃ）はキャビティー面に沿った膨出加工の終了状態を、（ｄ）はさらに局部的な変形の終了状態を示している。図１０に示す加工製品Ｂ２では、フランジ長さが製品形状と一致するように小さくしたブランクＢ１を用いており、使用する金型１にはキャビティー７の形成に加え、外方に向けて突出する凸設部９が設けられている。
【００４２】
図１０（ａ）に示すように、ブランクＢ１は金型にセットされ、下方からブランクホルダ２による押し付け力が加えられる。また、加工製品の形状によって膨出成形時にシールが必要になることから、その場合にはフランジ部にシールを配し内圧を保持する。
【００４３】
図１０（ｂ）に示すように、膨出加工の段階では、加工液が流入しブランクＢ１が膨出するが、材料の流入を引き止めるための引張り力が作用しないため、十分な加工硬化が生じない。図１０（ｃ）に示す段階に至ると、キャビティー７面に沿った膨出成形が終了し、凸設部９が形成されない加工製品が得られる。
【００４４】
図１０（ｄ）に示すように、上金型１に凸設部９が形成されているので、さらに凸設部９に沿って局部的な変形が進行することになる。すなわち、周辺の材料は内圧により強く金型１へ押し付けられた状況で、キャビティー７に膨出成形しつつ充満し凸設部９を形成する。したがって、周辺の材料の流入が抑制された状態で、金型のキャビティー７に流れ込み、さらに凸設部９を形成するため大きな加工硬化を生じることになる。
【００４５】
最終的に凸設部を形成する際には、ブランクＢ１の全体形状は加工製品Ｂ２とほぼ同じであり、成形加工にともなって形状は変わらないことから、材料の引き込まれは殆ど発生しない。このため、図１０に示す液圧バルジ加工では、凸設部９を成形することにより加工硬化させるとともに、フランジ部を最小にできることから、材料歩留まりの向上を図るとともに、成形後にフランジ部をトリミングするという付加的な工程を不要にすることができる。
【００４６】
前記図９（ａ）に示すように、加工製品Ｂ２に凸設部９が隣り合うように形成される場合には、凸設部９の中央部が成形される際に、隣り合う凸設部への流れ込みが同時に起こるため、材料の流れ込みを抑制する力が増大し、より大きな加工硬化を生じることになる。
【００４７】
図１１は、特許文献２で開示される外周を溶接などで接合した重ね板ブランクを用いた液圧バルジ加工で、本発明の凸設部を形成する方法を説明する図であり、（ａ）は加工前の状態を、（ｂ）は膨出加工の状態を、（ｃ）はキャビティー面に沿った膨出加工の終了状態を、（ｄ）はさらに局部的な変形の終了状態を示している。
【００４８】
重ね板ブランクＢ１が金型にセットされ、上下金型１、２による押し付け力が加えられ、加工液が流入しブランクＢ１が膨出するが、材料の流入を引き止める引張り力が作用しないため、十分な加工硬化が生じない。そして、図１１（ｃ）に示す段階に至ると、キャビティー７面に沿った膨出成形が終了し、凸設部が形成されないが加工製品と同じ全体形状が得られる。その後、図１１（ｄ）に示すように、金型に凸設部９が形成されているので、さらに凸設部９に沿って局部的な変形が進行し加工製品Ｂ１の成形を完了する。
【００４９】
最終的な凸設部の形成の際には、加工製品の全体形状は変わらないことから、材料の引き込まれは殆ど発生しない。このため、図１１に示す液圧バルジ加工では、凸設部の成形により加工硬化させるとともに、フランジ部を最小にできることから、液圧バルジ成形後の上下接合された成形品をそのまま加工製品にでき、フランジ部をトリミングした後再度溶接するという煩雑な工程を省くことができるとともに、多大な歩留まりロスを削減することができる。これにより、軟質材で高強度部品が得られるという液圧バルジ加工の特長を十分に発揮できることになる。
【００５０】
凸設部９の断面形状について、凸設高さＨは予め実験を行い、発生する加工硬化を測定することによって決定すればよいが、製品肉厚の１〜８倍が好適であり、さらに望ましくは１〜３倍である。
【００５１】
すなわち、加工硬化の程度は、凸設断面の線長が大きくなるほど大きな加工硬化が生ずることとなり、発生する加工硬化は凸設高さＨ、凸設幅Ｗおよび凸設長さＮ、さらには傾斜やコーナＲなどを変化させて、材料の機械的性質に応じて実験を行なって決定すればよい。しかし、製造しようとする加工製品の外形寸法は制約がある場合が多いため、凸設高さＨは所定の加工硬化が得られる範囲で低く設計することが必要であり、製品肉厚の８倍以下が好適であり、さらに望ましくは３倍以下である。
【００５２】
本発明の液圧バルジ加工製品において、凸設部を設ける領域は、加工製品が強度を必要とする全面積の５％以上とするのが好適であり、さらに望ましくは、２０％以上にするのが望ましい。ここで、加工製品が強度を必要とする領域とは、バルジ成形後にフランジ部となる以外の領域であり、製品の用途によってその領域は異なる。
【００５３】
さらに、凸設部の形状は、加工製品の形状設計を考慮する必要がある。すなわち、液圧バルジ成形の金型を用いてバルジ成形した後、金型から加工製品が容易に取り出せるように設計する必要があり、特に、加工製品の斜面に形成する凸設部の形状に留意する必要がある。
【００５４】
図１２は、本発明の金属板を用いた液圧バルジ加工製品の実施形態２を示す外観斜視図である。図１２に示す加工製品Ｂ２では、凸設部９の形成方向をややランダムにして、前記図９（ａ）に示す加工製品に比べ、より方向性を変化させている。加工製品の設計にあたり、要望される製品強度に適した凸設部９の形成方向を選定すればよい。また、用途により強度を弱めたい方向がある場合には、それに合致するように凸設部９の形成方向や形成密度を適切に選定すればよい。
【００５５】
図１３は、本発明の金属板を用いた液圧バルジ加工製品の実施形態３を示す図であり、（ａ）は外観斜視図を、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ視野における断面形状を示している。図１３に示す実施形態では、製品Ｂ２外面のほぼ全域に内方に向けて圧入する凹設部１０を設け、その断面形状は板厚に対して深さＤを有する凹部を形成している。
【００５６】
製品Ｂ２外面に設けられた凹設部１０は、凸設部と同等の効果が得られる。すなわち、前記図１０で示した凸設部を形成する方法において、図１０（ｃ）でのキャビティー７面に沿った膨出成形が終了した状態が、凹設部１０の底面にブランクＢ１が接した状態に相当する。そして、最終的な凹設部の形成の際に、加工製品の全体形状は変わらないことから、結果として、引き込みを殆ど発生せず、加工硬化を生じさせることができる。
【００５７】
したがって、凹設部１０の断面形状についても、予め実験を行いその結果から、凹設深さＤや凹設幅Ｗを決定すればよい。例えば、凹設深さＤは製品肉厚の１〜８倍が好適であり、さらに望ましくは１〜３倍である。
【００５８】
本発明の液圧バルジ加工製品において、凹設部を設ける領域は、加工製品が強度を必要とする全面積の５％以上とするのが好適であり、さらに望ましくは、２０％以上にするのが望ましい。
【００５９】
図１４は、本発明の金属板を用いた液圧バルジ加工製品の実施形態４を示す図であり、（ａ）は外観斜視図を、（ｂ）は（ａ）に示すＤ−Ｄ視野における断面形状を示している。図１５は、本発明の金属板を用いた液圧バルジ加工製品の実施形態５を示す図であり、（ａ）は外観斜視図を、（ｂ）は（ａ）に示すＥ−Ｅ視野における断面形状を示している。
【００６０】
図１４および図１５に示す実施形態は、いずれも単純な凸設部９や凹設部１０でなく、２重の凸設部９や凹設部１０を形成することになる。このように凸設部９や凹設部１０の形状を適宜設計することにより、加工硬化の度合いや分布状況を変化させることができる。
【００６１】
上述した実施形態では、いずれも凸設部９および凹設部１０がほぼ均一な大きさの場合を例示したが、加工製品に形成する領域に応じて、大きさや配置を変更することができる。すなわち、加工製品の適用用途に応じて凸設部９および凹設部１０の大きさや配置の最適設計をすることにより、本発明の効果を最大限に発揮することができる。
【００６２】
さらに付言すれば、以上の説明では、金属板の液圧バルジ加工製品に限定したが、テーパ管を用いた液圧バルジ加工においても、同様の成形方法が適用でき、特別な金型や工具を必要とせず、必要な部位に加工硬化を生じさせた加工製品を得ることができる。
【実施例】
【００６３】
（実施例１）
実施例１では、前記図１１に示す液圧バルジ装置を用い、前記図１３に示す凸設部を形成した供試製品を作製して、凸設部を形成した領域の面積率を変化させた場合の衝撃特性を測定した。ブランクは引張り強さが２７０ＭＰａ、板厚が１．２ｍｍの鋼板とし、ブランクのフランジ部をレーザー溶接し、２枚の重ね合わせブランクを用いて、上下金型で型締め力２８００ｔｏｎｆを加え、高圧水（最高内圧は１００ＭＰａ）による成形を行った。
【００６４】
このとき、成形後のフランジ長さが３ｍｍになるように、ブランク寸法を可能な限り小さくし、液圧バルジ成形後に、フランジ部の周囲をトリミングすることなく加工製品が得られるようにした。
【００６５】
図１６は、実施例１で用いた供試製品の断面構成および寸法を示す図である。供試製品の表面に凸設高さＨを３ｍｍ、凸設幅を５ｍｍ、および凸設長さＮを１０ｍｍとした凸設部を形成し、これらの領域を適宜選択することにより面積率を変化させた。
【００６６】
図１７は、実施例１で衝撃特性を測定するために用いた３点曲げ試験機の構成を示す図である。同図に示される３点曲げ試験機を用いて、各供試製品の曲げ変形エネルギーの吸収量を調査した。その調査結果を、従来例の結果を１００として表１に示す。
【００６７】
【表１】
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【００６８】
表１の結果から明らかなように、凸設部を形成した面積率を増加するのにともない衝撃吸収エネルギーが増加し、供試製品の衝撃特性が向上している。特に、面積率が５％（本発明２）以上になると衝撃特性の向上が大きく、さらに面積率が２０％（本発明４）以上になると顕著な性能向上が得られた。
【００６９】
例えば、本発明４が発揮する衝撃吸収エネルギーを確保しようとすると、高価な高張力鋼板（ハイテン材）をブランクとして用いなければならないことを考慮すると、経済的な効果は大きいことが認識できた。
（実施例２）
実施例２では、前記図１１に示す液圧バルジ装置を用い、異なる凸設部および凹設部を形成した供試製品を作成して衝撃特性を測定した。実施例１と同じブランクを用いて、上下金型で型締め力２８００ｔｏｎｆを加え、高圧水（最高内圧は１００ＭＰａ）による成形を行った。この場合も、成形後のフランジ長さが３ｍｍになるように、ブランク寸法を可能な限り小さくし、液圧バルジ成形後に、フランジ部の周囲をトリミングすることなく加工製品が得られるようにした。
【００７０】
実施例２で用いた供試製品は、実施例１と同様に前記図１５に示す断面構成および寸法とし、各形状からなる凸設部および凹設部を形成して、前記図１７に示す３点曲げ試験機を用いて、各供試製品の曲げ変形エネルギーの吸収量を調査した。その調査結果を、従来例の結果を１００として表２に示す。
【００７１】
【表２】
2007075844.tif 000004
【００７２】
表２の結果から、本発明の条件を満足する本発明７〜１１は、いずれも衝撃吸収エネルギーが増加し衝撃特性が顕著に向上していることが分かる。なお、凸設部および凹設部において有意差は認められなかったが、形成する形状により性能がさらに向上することが予想され、本発明の効果をさらに向上させることが可能である。
（実施例３）
実施例３では、テーパ素管を用いて液圧バルジ加工を行い、前記図１４に示す凸設部を形成した供試製品を作製して衝撃特性を測定した。素管として引張り強さが２７０ＭＰａ、板厚が１．２ｍｍで、一方の管端直径が６０ｍｍ、他方の管端直径が１２０ｍｍで、長さが５００ｍのテーパ管を用いて、加工製品が軸方向でほぼ１：２の矩形断面（コーナＲは１０ｍｍ）になるように、軸押しを行うことなく液圧バルジ加工を行った。液圧バルジ加工に際しては、上下金型で型締め力２８００ｔｏｎｆを加え、高圧水（最高内圧は１００ＭＰａ）による成形を行った。
【００７３】
実施例３で用いた供試製品は、前記図１４に示す凸設部を形成し、その形成領域の面積率を５０％とし、前記図１７に示す３点曲げ試験機を用いて曲げ変形エネルギーの吸収量を調査した。その結果は、凸設部を形成しない従来例を１００とすると、本発明例の衝撃吸収エネルギーは１３５であった。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の液圧バルジ加工製品および液圧バルジ成形方法によれば、金属板の液圧バルジ加工製品において、液圧バルジ成形後にトリミングなどの付加的な工程を必要とせず、必要な領域に加工硬化を生じさせることができ、また、テーパ管の液圧バルジ加工製品においても、特別な軸押し用の金型や工具を必要とせず、必要な領域に加工硬化を生じさせることができる。これにより、材料歩留まりの向上を図るとともに、付加的な工程や特別な金型などを必要とせず、軟質な素材を用いて高強度の加工製品を得ることができるので、特に自動車用部品の製造方法として広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】従来のストレート素管を用いて製品を得る液圧バルジ加工の加工工程のうち最終工程を説明する図である。
【図２】液圧バルジ加工で得られる軸圧縮歪みと表面硬度との関係を示す試験結果である。
【図３】前記図２の試験における供試材の形状および加工部位を示す図である。
【図４】特許文献１の液圧バルジ成形時に用いられる、フランジ部に設けられた絞りビードの断面構成を示す金属板の周辺部の拡大図である。
【図５】ブランク寸法を大きくして金属板の流入抵抗を増加させる構成を説明する図であり、（ａ）は加工前の状態を、（ｂ）は膨出加工の状態を、（ｃ）は加工終了時の状態を示している。
【図６】ブランク寸法が製品形状と一致するように小さくした場合の成形状態を説明する図であり、（ａ）は加工前の状態を、（ｂ）は膨出加工の状態を、（ｃ）は加工終了時の状態を示している。
【図７】特許文献２で開示される外周を溶接などで接合した重ね板ブランクを用いた場合の成形状態を説明する図であり、（ａ）は加工前の状態を、（ｂ）は膨出加工の状態を、（ｃ）は加工終了時の状態を示している。
【図８】従来のストレート素管用軸押し工具でテーパ素管への軸押しを行った場合の問題を説明する図である。
【図９】本発明の金属板を用いた液圧バルジ加工製品の実施形態１を示す図であり、（ａ）は外観斜視図を、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ視野およびＢ−Ｂ視野における断面形状を示している。
【図１０】加工製品の表面に外方に向けて突出する凸設部を形成する方法を説明する図である。
【図１１】特許文献２で開示される外周を溶接などで接合した重ね板ブランクを用いた液圧バルジ加工で、本発明の凸設部を形成する方法を説明する図である。
【図１２】本発明の金属板を用いた液圧バルジ加工製品の実施形態２を示す外観斜視図である。
【図１３】本発明の金属板を用いた液圧バルジ加工製品の実施形態３を示す図であり、（ａ）は外観斜視図を、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ視野における断面形状を示している。
【図１４】本発明の金属板を用いた液圧バルジ加工製品の実施形態４を示す図であり、（ａ）は外観斜視図を、（ｂ）は（ａ）に示すＤ−Ｄ視野における断面形状を示している。
【図１５】本発明の金属板を用いた液圧バルジ加工製品の実施形態５を示す図であり、（ａ）は外観斜視図を、（ｂ）は（ａ）に示すＥ−Ｅ視野における断面形状を示している。
【図１６】実施例１で用いた供試製品の断面構成および寸法を示す図である。
【図１７】実施例１で衝撃特性を測定するために用いた３点曲げ試験機の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１：上型、  ２：下型（ブランクホルダ）
３：注入孔、  ３ａ：注入透過孔
４、５：軸押し工具、  ６：絞りビード
７：キャビティー、  ８：リング溝
９：凸設部、  １０：凹設部
Ｐ１：ストレート素管、  ＴＰ１：テーパ素管
Ｂ１：金属板素材、ブランク
Ｐ２、ＴＰ２、Ｂ２：加工製品、成形管
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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