(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型の内部にセットされた金属パイプの端面を、金属パイプ内に次第に増加する流体圧を加えながら中間に膨出部を持つ形状に軸押しする軸押し加工法において、軸押しストロークの増加分に対する流体圧の増加分を、加工開始から金属パイプの膨出高さが膨出部の直径の1/4 〜3/4 の範囲となるまでの軸押しの初期には低く、初期以降の金属パイプの膨出部高さが膨出部の直径の1/2 〜3/2 の範囲となるまでの中期には高く、中期以降の終期には再び低く変化させて最終圧に到達させることを特徴とする軸押し加工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイドロフォーミング又は液圧バルジ加工と呼ばれるパイプの軸押し加工法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属パイプを素材として素材長手方向中間に膨出部を持つト型、人型、Ｙ型等の形状のパイプを製造するために、従来からハイドロフォーミング又は液圧バルジ加工と呼ばれる塑性加工法が知られている。この方法は、例えば図１に示すように人型の空洞部１を持つ金型２の内部に素材となる金属パイプをセットし、その両端を液圧供給孔３を備えた軸押し金具４により軸押しする方法である。金属パイプは内部に流体圧が加えられた状態で端面を軸押しされ、金型２の空洞部１の形状に沿って例えば人型に塑性変形することとなる。この場合、流体圧は図２に示すように軸押しストロークの増加分に対して比例して増加される。
【０００３】
このような軸押し加工においては、加工中における金属パイプの座屈や膨出部のコーナーしわの防止が重要な課題となる。内部に加えられる流体圧Ｐは金属パイプの壁面に垂直に作用するので、加工中の座屈を防止する力として作用する。一方、軸押し力Ｆは座屈を発生させる力として作用する。このため、軸押し力Ｆの変化に応じて流体圧Ｐを正比例させることが座屈を防止する安定な加工条件となる。
【０００４】
ところが、図３に示す膨出部５のコーナー部の曲率半径Ｒとパイプ径Ｄとの比Ｒ／Ｄが小さい場合には、上記のような座屈を防止する加工条件では膨出部５の成形がうまくできないことがある。そこで例えば特開平７−１５５８５７号公報に示すように、膨出部にカウンターウエイトを掛けて密封し、内部に加えられる流体圧Ｐのみを付す工程を加える工夫もなされているが、この方法ではカウンターウエイトの制御が難しいうえに、カウンターウエイトを用いると加工速度が落ちたり、加工が不連続になったりするため、生産効率が悪くなるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、Ｒ／Ｄが小さく加工条件が厳しい場合にも、座屈や膨出部のコーナーしわを発生させることなく、また生産効率を低下させることなくパイプの軸押し加工を行うことができる方法を提供するためになされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明の軸押し加工法は、金型の内部にセットされた金属パイプの端面を、金属パイプ内に次第に増加する流体圧を加えながら中間に膨出部を持つ形状に軸押しする軸押し加工法において、軸押しストロークの増加分に対する流体圧の増加分を、加工開始から金属パイプの膨出高さが膨出部の直径の1/4 〜3/4 の範囲となるまでの軸押しの初期には低く、初期以降の金属パイプの膨出部高さが膨出部の直径の1/2 〜3/2 の範囲となるまでの中期には高く、中期以降の終期には再び低く変化させて最終圧に到達させることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の軸押し加工法によれば、軸押しの初期には流体圧を従来よりも低めにして速やかに膨出部を形成し、次に流体圧を従来よりも高くすることにより膨出部を更に膨らませるとともに座屈を防ぎ、最後に流体圧を従来レベルに戻しながら最終圧に到達させることにより、膨出部のコーナー部を折れ込ませ、最終形状とする。このためコーナー部のＲ／Ｄが小さく加工条件が厳しい場合にも、金属パイプに座屈や膨出部のコーナーしわを生じさせることなく所望形状に加工することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図４は本発明の軸押し加工法における軸押しストロークと、金属パイプ内に加えられる流体圧との関係を示すグラフであり、金属パイプ内に次第に増加する流体圧を加えながら軸押しすることは従来と同様である。しかし一点鎖線で示したように、従来法では軸押しストロークと流体圧とは比例関係にあるが、本発明では加工開始からｓ1 までの軸押しの初期には軸押しストロークの増加分に対する流体圧の増加分を低くし、ｓ1 における流体圧Ｐ1 を従来法における流体圧の50〜90％とする。ｓ1 は金属パイプの膨出高さh が膨出部の直径ＤHFの1/4 〜3/4 の範囲となる軸押しストロークである。
【０００９】
このとき、図５（Ａ）に示されるように、金属パイプは内圧による強い抵抗を受けることなく軸押し金具４により速やかに両側から軸押しされ、中央部が金型２の空洞部１の形状に沿って膨出部５を形成しはじめる。しかし流体圧は低いので膨出部５と金型２のコーナー部の内面との間にはやや隙間が残存している。（図５（Ｂ））
【００１０】
次にｓ1 からｓ2 までの軸押しの中期には、軸押しストロークの増加分に対する流体圧の増加分を高くし、ｓ2 における流体圧Ｐ2 を好ましくは従来法における流体圧の150 ％以上とする。ｓ2 は金属パイプの膨出部高さh が膨出部の直径ＤHFの1/2 〜3/2 の範囲となる軸押しストロークである。
【００１１】
このとき、図５（Ｃ）に示されるように、金属パイプには軸押しストロークの増加分に比較して強い内圧が加えられるため、膨出部５は上方に延びることとなる。しかしこのまま加工を継続すると膨出部５の上端に割れが生じるため、軸押しの後期には再び軸押しストロークの増加分に対する流体圧の増加分を低くして最終圧とする。この最終圧Ｐ3 は従来法と同じ値である。
【００１２】
このように軸押しの後期に流体圧の増加分を低くしてながら最終圧Ｐ3 とすれば、膨出部５の上端に割れが生じることを防止しつつ、図５（Ｄ）に示されるように膨出部のコーナー部を金型２のコーナー部に沿って折れ込ませ、最終形状とすることができる。このため本発明の方法によれば、コーナー部のＲ／Ｄが小さく加工条件が厳しい場合にも、金属パイプに座屈および膨出部のコーナーしわを生じさせることなく所望形状に加工することができる。
【００１３】
【実施例】
内径が33mm、肉厚が0.8mm 、長さが180 mmのステンレス製の金属パイプを図１のような人型の空洞部１を持つ金型２内にセットし、その両端を、軸押し金具４によりそれぞれ25mmずつ軸押しした。このとき軸押しストロークが15mmのときの流体圧Ｐ1 を25MPa 、軸押しストロークが20mmのときの流体圧Ｐ2 を 55MPa、軸押しストロークが25mmのときの流体圧Ｐ3 を60MPa となるよう変化させた。この結果、前記したＲ／Ｄの値が0.1 である場合にも、膨出部高さを20mm以上とすることができた。これに対して、軸押しストロークの増加に連れて直線的に流体圧を60MPa まで増加させる従来法では、膨出部高さを15mmまでしか加工することができなかった。
【００１４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の軸押し加工法によれば、軸押しストロークの増加分に対する流体圧の増加分を、軸押しの初期には低く、中期には高く、終期には再び低く変化させて最終圧とすることにより、コーナー部のＲ／Ｄが小さく加工条件が厳しい場合にも、金属パイプを座屈を生じさせることなく所望形状に加工することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】軸押し加工法を示す斜視図である。
【図２】従来法における、軸押しストロークと流体圧との関係を示すグラフである。
【図３】軸押し加工されたパイプの断面図である。
【図４】本発明法における、軸押しストロークと流体圧との関係を示すグラフである。
【図５】本発明法における加工工程の説明図である。
【符号の説明】
１  空洞部
２  金型
３  液圧供給孔
４  軸押し金具
５  膨出部
【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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