(57)【要約】【課題】一方向に複数のＴ字状膨出部を有する金属管であっても、高さが均一な膨出部を効率よくハイドロフォーミングする。【解決手段】片側の管端付近の膨出部１箇所だけを成形するようにシールの位置決めを行い、水圧の付加と管端軸押込みを行い、必要な高さの膨出部７1を成形する。次に膨出部７1の隣に管中央側膨出部を成形するため、先に成形した膨出部７1と反対方向の素管部にシール位置を移動させ、水圧をかけて直管形状ままの管端から軸押込みを行い２個目の膨出部７2を成形する。最後の３個目は、２個の膨出部と反対方向の素管部にシール位置を移動させ、水圧をかけて直管形状ままの管端から軸押込みを行い３個目の膨出部７3を成形する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
型の一部に複数の膨出用孔を有する分割金型と、該金型本体の両側に設置され、前記金型のキャビティ内に装着された被加工管の管端を管軸方向に押す軸押機構と先端に前記被加工管の内壁に当接して内部の高圧液体の漏洩を防止するシール機構を備えたシリンダと、該シリンダ内を貫通して前記金型のキャビティ内に装着された前記被加工管の内部に高圧液体を圧送する高圧液供給手段とを備えたハイドロフォーミング装置であって、二つの前記シリンダの内の一方を、前記シール機構を軸押機構に対して相対的に移動可能としたダブルアクション構造としたことを特徴とするハイドロフォーミング装置。
【請求項２】
型の一部に複数の膨出用孔を有する分割金型と、該金型本体の両側に設置され、前記金型のキャビティ内に装着された被加工管の管端を管軸方向に押す軸押機構と先端に前記被加工管の内壁に当接して内部の高圧液体の漏洩を防止するシール機構を備えたシリンダと、該シリンダ内を貫通して前記金型のキャビティ内に装着された前記被加工管の内部に高圧液体を圧送する高圧液供給手段とを備えたハイドロフォーミング装置であって、二つの前記シリンダの両方を、前記シール機構を軸押機構に対して相対的に移動可能としたダブルアクション構造としたことを特徴とするハイドロフォーミング装置。
【請求項３】
シリンダのシール機構が、軸押機構の先端に、ボール芯金を介して軸押機構に対して相対的に移動可能に取付けられている請求項１又は２に記載のハイドロフォーミング装置。
【請求項４】
金型キャビティ内に装着した被加工管に液圧及び軸押し圧を加え、金型に設けた膨出用孔に沿って前記被加工管の管壁を膨出させて膨出部を形成するハイドロフォーミング方法であって、前記膨出部の個数が三個以上のとき、請求項１又は３に記載のハイドロフォーミング装置を使用し、片側の一個又は二個の膨出部を膨出させた後、片側から一個ずつ順に膨出させることを特徴とする三個以上の膨出部を有する金属管の成形方法。
【請求項５】
金型キャビティ内に装着した被加工管に液圧及び軸押し圧を加え、金型に設けた膨出用孔に沿って前記被加工管の管壁を膨出させて膨出部を形成するハイドロフォーミング方法であって、前記膨出部の個数が三個以上のとき、請求項２又は３に記載のハイドロフォーミング装置を使用し、中央の一個又は二個の膨出部を膨出させた後、両側方向に一個ずつ又は二個ずつ順に膨出させることを特徴とする三個以上の膨出部を有する金属管の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のＴ字状膨出部を有する金属管をハイドロフォーミング法により製造するための装置及びその装置を用いた成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイドロフォーミング技術は、センターピラーやエンジンクレードルといった自動車構造部材に加え、エキゾーストマニホールドやマフラー分岐管のような排ガス部材の製造への適用が進められており、今後、このような排ガス部材の製造への適用がさらに増加していくと考えられている。
ところで、ハイドロフォーミング技術は、金型内に設置された管体への成形内圧と軸押し込み量の組合せによって管体を様々な形状に成形する加工法であり、複雑形状品が一体成形可能なため、軽量化が図られると同時に金型コストも低減するといったメリットを有している。
【０００３】
このハイドロフォーミング技術を用いて、例えばＴ字状膨出部を有する金属管を成形する際には、図１に示すように、膨出用孔３を備えた上型１と下型２の型内に被成形用素管Ｍを装入した後、素管Ｍの両端を軸押しパンチ５で固定した後、前記軸押しパンチ５を貫通している通液孔（図示せず）から液体を圧入して管内の内圧を高めていくとともに前記軸押しパンチ５に軸押し圧６を加えて膨出用孔３内に材料を流入させて膨出部７を形成する。この際、膨出用孔３に配置され、かつ付勢圧が加えられたカウンターパンチ４を付加された内圧に対抗させつつ徐々に上昇させて所望の高さの膨出部を形成している。（例えば特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００２−２８２９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えばエキゾーストマニホールドのように、一方向に複数のＴ字状膨出部を有する金属管を一体的に、かつ一工程でハイドロフォーム加工とすると、膨出部高さを均等に得ることができなくなる。すなわち、図２に示すように、管端に近い膨出部７1，７3の高さが優先的に高くなり、管端から離れた管中央部の膨出部７2はその高さがほとんど得られない。
【０００５】
このように、管端から離れた管中央部の膨出部高さが十分確保できない場合、その後の膨出部の加工ないしパイプの溶接接合ができないため製品とならない問題がある。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、一方向に複数のＴ字状膨出部を有する金属管であっても、高さが均一な膨出部を効率よくハイドロフォーミングする方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のハイドロフォーミング装置は、その目的を達成するため、型の一部に複数の膨出用孔を有する分割金型と、該金型本体の両側に設置され、前記金型のキャビティ内に装着された被加工管の管端を管軸方向に押す軸押機構と先端に前記被加工管の内壁に当接して内部の高圧液体の漏洩を防止するシール機構を備えたシリンダと、該シリンダ内を貫通して前記金型のキャビティ内に装着された前記被加工管の内部に高圧液体を圧送する高圧液供給手段とを備えたハイドロフォーミング装置であって、二つの前記シリンダの内の一方若しくは両方を、前記シール機構を軸押機構に対して相対的に移動可能としたダブルアクション構造としたことを特徴とする。
シール機構としては、シリンダの軸押機構の先端に、ボール芯金を介して軸押機構に対して相対的に移動可能に取付けられているものが好ましく、これにより曲管にも対応できるものである。
【０００７】
上記の装置を用いれば、金型キャビティ内に装着した被加工管に液圧及び軸押し圧を加え、金型に設けた膨出用孔に沿って前記被加工管の管壁を膨出させて膨出部を形成するハイドロフォーミング方法であって、前記膨出部の個数が三個以上のとき、片側の一個又は二個の膨出部を膨出させた後、片側から一個ずつ順に膨出させることにより、或いは中央の一個又は二個の膨出部を膨出させた後、両側方向に一個ずつ又は二個ずつ順に膨出させることにより、高さを含め膨出部形状が均等な膨出部を効率的に成形することが出来る。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、一方向に三個以上のＴ字状膨出部を有する金属管であっても、個々の膨出部高さを含め、均等な形状を有する膨出部を生産性良く成形することが出来る。
その結果、エキゾーストマニホールド等、一方向に複数の膨出部を有する成形品を低コストで供給することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明者等は、一方向に複数、特に三個以上のＴ字状膨出部を有する金属管を一体的に、かつ一工程でハイドロフォーム加工とする際に、膨出部の形状、特に高さが不均等になる原因及びその対策について種々検討した。
その過程で、膨出部の形状が不均等になる原因について、まず次のように推測した。
内圧の上昇と管端の軸押込みにより、管端に近い膨出部が成形され始めると、軸押しの効果が管端に近い膨出部のみに限定されてしまい、その膨出部より管中央側の膨出部には材料が流れ込まなくなる。そのため、いくら軸押しや内圧を上げても膨出高さが得られないものと判断した。
【００１０】
そこで、一方向に三個以上の膨出部を同時に膨出させることが均等膨出の観点から問題があることを前提に、その対策について種々検討した。そして、一個ずつ又は二個ずつ順に膨出させれば、均等な形状の膨出部が得られることに達した。
以下に、まず成形方法について詳細に説明する。
一個ずつ順に膨出させる方法として、図３に示すように、片側から順に一個ずつ膨出させる形態が採用される。
【００１１】
まず、片側の管端付近の膨出部１箇所だけを成形するようにシールの位置決めを行い、水圧の付加と管端軸押込みを行い、必要な高さの膨出部７1を成形する（図３（ａ））。その次に先ほど成形した膨出部７1の隣に管中央側膨出部を成形するため、先に成形した膨出部７1と反対方向の素管部にシール位置を移動させ、先に成形した膨出部７1と次に成形する膨張部に水圧をかけ、直管形状ままの管端から軸押込みを行い２個目の膨出部７2を成形する（図３（ｂ））。最後の３個目は、２個目の膨出部７2を成形した時と同様に、先に成形した２個の膨出部と反対方向の素管部にシール位置を移動させ、先に成形した膨出部と次に成形する膨張部に水圧をかけ、直管形状ままの管端から軸押込みを行い３個目の膨出部７3を成形するものである（図３（ｃ））。
【００１２】
前述した方法より能率良く成形する方法として、図４に示すように、中央の一個又は二個の膨出部を膨出させた後、両側方向に一個ずつ又は二個ずつ順に膨出部を膨出させる形態も採用できる。
まず、管中央の膨出部１箇所だけを成形するようにシールの位置決めを行い、水圧の付加と管端軸押込みを行い、必要な高さの膨出部７2を成形する（図４（ａ））その次に先ほど成形した膨出部７2の両隣の管端付近の膨出部を２個成形するため、管端付近にシール位置決め位置を移動させ、先に成形した膨出部７2を含めて水圧をかけながら、管端から軸押込みを行い２個同時に膨出部７1，７3を成形するものである。
【００１３】
次に、複数Ｔ字状膨出部を順次膨出させるための本発明の装置について説明する。
基本的には、従来装置と同様、型の一部に膨出用孔を有する分割金型と、該金型本体の両側に設置され、前記金型のキャビティ内に装着された被加工管の管端を管軸方向に押す軸押機構と先端に前記被加工管の内壁に当接して内部の高圧液体の漏洩を防止するシール機構を備えたシリンダと、該シリンダ内を貫通して前記金型のキャビティ内に装着された前記被加工管の内部に高圧液体を圧送する高圧液供給手段とを備えたハイドロフォーミング装置である。そして、本発明にあっては、分割金型の一部に設けた膨出用孔を複数個にするとともに、シリンダ構造を改良している。
【００１４】
具体的には、金型のキャビティ内両側に配置する二つのシリンダの内の一方若しくは両方を、内部の高圧液体の漏洩を防止するシール機構を被加工管の管端を管軸方向に押す軸押機構に対して相対的に移動可能としたダブルアクション構造としたものである。
シリンダのダブルアクション構造とは、例えば、図５に示すように、シリンダの中心軸方向に穴があいた軸押し用のセンターホール型シリンダＰとシール位置決め用の通常の油圧シリンダＱを組み合わせた構造が採用される。通常の油圧シリンダの軸がセンタホール型シリンダの穴を通ることにより、それぞれのシリンダの移動距離や移動速度を制御することができる。なお、５は軸押し用シリンダの先端に設けた管端軸押し用の金型であり、Ｒがシール位置決め用シリンダ先端に取付けたシール機構である。
【００１５】
さらに、図６に示すように、センターホール型の軸押し用シリンダと組み合わせるシール位置決め用シリンダとして、高圧水の通る穴を備え高圧ホースと接合されたシール部を先端に設け、以降穴を貫通させて高圧ホースを通したボール形状の芯金Ｓを複数個数珠つなぎとしたシール位置決め用シリンダを併用してダブルアクション構造とすることもできる。このように、シール位置決め用シリンダとしてボール芯金を用いたものを使用することにより、図７に示すような金属管及び金型空間が湾曲したものであっても、その形状に沿って複数のＴ字状膨出部が形成される。
【実施例】
【００１６】
実施例１：
供試材として、直径４５ｍｍ、板厚２．０ｍｍ、長さ３５０ｍｍの耐熱用ステンレス鋼管（鋼種：ＳＵＳ４４４）を使用した。ダブルアクション構造を持つ油圧シリンダをもつ本発明の方法にて３個の膨出部を成形した。また、一般的なシングルアクション構造の油圧シリンダにて３個の膨出部を成形した。
膨出部の外径は素管と同じ４５ｍｍとして、膨出高さ２０ｍｍ以上を合格とした。膨出高さは図８に示すようにノギスにより素管径を含めた膨出方向の総長さａを測り、その長さから素管径ｄを引いた値を膨出高さｈとした。
【００１７】
金型形状は一方向に膨出した膨出部が１００ｍｍ間隔で３個並んだものを使用し、油圧プレス機にて上金型と下金型を型締めした。膨出部のカウンターには鋼製の円柱プレートを使用し、カウンター圧力は油圧シリンダで制御し一定圧力４０ＭＰａで行った。
まず、図３の（ａ）に示すように、片側の管端付近の膨出部１箇所だけを成形するようにシールの位置決めを行い、水圧１６０ＭＰａまでかける際、管端軸押込みを３０ｍｍ行い、膨出高さｈが２０ｍｍになるまで成形した。その次に先ほど成形した膨出部７1の隣の管中央側膨出部を成形するため、図３（ｂ）に示すように先に成形した膨出部７1と反対方向の素管部へシール位置を移動させ、先に成形した膨出部７1と次に成形する膨張部に水圧１６０ＭＰａをかけながら、直管形状ままの片側管端から３０ｍｍの軸押込みを行い、２個目の膨出部７2を高さｈが２０ｍｍになるまで成形した。最後の３個目は、図３（ｃ）に示すように２個目の膨出部７1，７2を成形した時と同様に、先に成形した２個の膨出部と反対方向の素管部へシール位置を移動させ、先に成形した膨出部７1，７2と次に成形する膨張部に水圧１６０ＭＰａをかけながら、直管形状ままの片側管端から３０ｍｍの軸押込みを行い、３個目の膨出部７3を高さｈが２０ｍｍになるまで成形した。
【００１８】
本発明方法を採用することにより、何れも高さｈが目標通りの２０ｍｍである均等な膨出部７1，７2，７3が得られた。
また、シングルアクション構造の油圧シリンダを用いた従来方法でも膨出試験を行った。この際、一定圧力４０ＭＰａのカウンター圧力で付加し、水圧１６０ＭＰａをかけながら、直管形状ままの管端両側から合計９０ｍｍの軸押込みを行って、一度に膨出部を３個成形した。
管端付近の膨出部７1，７3は目標の膨出高さ２０ｍｍが得られたものの、管中央付近は、高さ３ｍｍの膨出部７2しか得られておらず、目標高さを満足できなかった。
【００１９】
実施例２：
実施例１と同じ供試材と金型を用い、ダブルアクション機構を持つ油圧シリンダをもつ本発明の方法にて中央部から管端方向へ順に膨出部を成形する膨出試験を行った。
まず、図４（ａ）に示すように、管中央の膨出部１箇所だけを成形するようにシールの位置決めを行い、１６０ＭＰａまでの水圧をかけながら両管端から合計３０ｍｍの管端軸押込みを行い、膨出高さｈが２０ｍｍになるまで成形した。その次に、先ほど成形した膨出部７2の両隣の管端付近に膨出部を成形するため、図４（ｂ）に示すように、管端付近にシール位置を移動させ、先に成形した膨出部を含めて水圧１６０ＭＰａをかけながら、両方の直管形状ままの両管端からそれぞれ３０ｍｍの軸押込みを行い、２個同時に高さｈが２０ｍｍになるまで成形した。何れも高さｈが目標通りの２０ｍｍである均等な膨出部７1，７2，７3が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ハイドロフォーム加工法で膨出部を成形する態様を説明する図
【図２】三個以上の膨出部を成形する際に生じやすい成形不良の発生状況を説明する図
【図３】三個以上の膨出部を、片側から順に膨出させる態様を説明する図
【図４】三個以上の膨出部を、中央部から順に膨出させる態様を説明する図
【図５】ダブルアクション構造とした軸押しシリンダの概略構造を説明する図
【図６】ボール芯金を有する軸押しシリンダの概略構造を説明する図
【図７】湾曲した被加工管に三個以上の膨出部を膨出させる態様を説明する図
【図８】被加工管の素管径ｄに対する膨出高さｈの算出法を説明する図
【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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