(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長軸に沿って対向する両端部を有する細長い金属中空体を所望の形状に成形する方法であって、
（ａ）前記中空体の両端部をグリッパーによって固定する工程と；
（ｂ）弾性限界を超えて、塑性変形による伸びを開始させるために充分な力で前記両端部を反対方向に引っ張ることによって、前記中空体を長軸方向に延伸させる工程と；
（ｃ）前記中空体を長軸方向に延伸させながら、前記中空体をその両端部の間で引張り方向を横断する方向に曲げる工程と；
（ｄ）工程（ｃ）の後、前記両端部を引張り続けながら、前記中空体の中空内部を圧縮不能な流体手段によって、前記中空体の少なくとも一部を前記内部から外方に変形させるために充分な圧力で加圧する工程と
を含む方法。
【請求項２】
（ｅ）引張りと加圧とを緩和する工程
を更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
（ｅ′）中空体を横断方向に曲げる間、前記中空体の内壁に接触する圧縮不能な流体手段によって前記中空体を内部から支える工程
を更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
中空体がアルミニウム合金押出し体を含み、工程（ｅ′）における流体手段が０．７ＭＰａ未満の圧力を有する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
中空体がアルミニウム合金押出し体を含み、工程（ｄ）における流体手段が０．７〜３５ＭＰａの圧力を有する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
中空体がＡＡ２０００、６０００又は７０００シリーズの合金を含むアルミニウム合金押出し体である、請求項１記載の方法。
【請求項７】
流体手段が水を含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
水が錆止め剤を含有する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
流体手段が水、鉱油、シリコーン油、ポリグリコール及びポリグリコール−水混合物から成る群から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
工程（ｄ）が両端部の少なくとも一方に、開口部を有するシーリングプラグを差し込むことを包含し、前記開口部を通って圧縮不能な流体手段が内部に送り込まれる、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
車体構成部品として用いるために適した成形品にアルミニウム合金押出し体を成形する方法であって、
（ａ）アルミニウム合金押出し体の長軸に沿って対向する両端部をグリッパーによって固定する工程と；
（ｂ）弾性限界を超えて、塑性変形による伸びを開始させるために充分な力で前記両端部を反対方向に引っ張ることによって、前記押出し体を長軸方向に延伸させる工程と；
（ｃ）前記押出し体を長軸方向に延伸させながら、前記押出し体をその両端部の間で引張り方向を横断する方向に曲げる工程と；
（ｄ）工程（ｃ）の後、前記両端部を引張り続けながら、水を含む圧縮不能な流体手段によって前記押出し体の中空内部を０．７〜３５ＭＰａの範囲内の圧力で加圧し、前記圧力が押出し体の少なくとも一部を前記内部から外方に変形させるために充分である工程と
を含む方法。
【請求項１２】
（ｅ）引張り方向を横断する方向に押出し体を曲げている間、圧縮不能な流体手段によって、前記押出し体を内部から支える工程を更に含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
工程（ｅ）で、圧縮不能な流体手段は０．７ＭＰａ未満の圧力を有する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
押出し体は、ＡＡ６０００シリーズのアルミニウム合金から成る、請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
水は、腐食抑制剤を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
工程（ｄ）で、水は０．７〜２１ＭＰａの圧力を有する、請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、好ましくはアルミニウム合金押出し体である細長い中空金属体の造形方法に関する。本発明の方法によって製造された成形押出し体は車体構成部品として用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金押出し体は自動車、トラック、ボート及び航空機を包含する乗り物の構成部品として長い間用いられている。このような押出し体は典型的に、加熱されたインゴット又はビレットを加圧下でダイ開口を通して押出して、チャンネル、管又は山形材等の細長い物体(elongated body)を成形する方法によって製造される。押出製品は一般に５００〜１５，０００トンの範囲の力でダイから押し出される。押出し体は３００゜〜１２００゜Ｆ程度の高温においてダイから出る。次に、押出製品は一般に溶体化熱処理され、急冷される。製品は１５０フィートを越える長さを包含する種々な長さに製造され得、任意の多様な断面形状を有することができる。
【０００３】
押出し体が例えば自動車ルーフレール(roof rail)のような車体構成部品として適切であるためには、押出し体は更に複雑な形状に造形されなければならない。アルミニウム合金押出し体を成形するために先行技術で用いられている幾つかの方法は曲げ、ストレッチ成形(stretch-forming，引張り成形）及びストレッチ−ラップ成形を包含する。これらの先行技術方法は、変形度が小さい場合又は寸法許容差が大きい場合には充分に作動する。しかし、大きい変形度が要求され、寸法許容差が小さい場合には改良された成形方法がまだ必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主要目的は、寸法限界からの逸脱を減ずるために圧縮不能な流体手段を物体の内部で加圧する、金属中空体をストレッチ成形する方法を提供することである。
本発明の関連目的は、物体が先行技術におけるよりも所望の寸法からの小さい逸脱を経験する、金属中空体をストレッチ成形する方法を提供することである。
本発明の他の目的と利点は下記明細と特許請求の範囲から当業者に明らかになると思われる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、細長い金属中空体を所望の成形品に成形する方法を提供する。金属中空体は好ましくはアルミニウム合金押出し体である。
本発明の押出し体のために好ましいアルミニウム合金の一部は、ＡＡ２０００シリーズのアルミニウム−銅合金、ＡＡ６０００シリーズのアルミニウム−マグネシウム−ケイ素合金及びＡＡ７０００シリーズのアルミニウム−亜鉛合金である。本発明によってストレッチ成形することができる、自動車及び航空機産業に用いるために好ましい押出し体は、限定される訳ではないが、ＡＡ２０２４、６０６１、６００６３、６００９及び７０７５アルミニウム合金を包含する。
【０００６】
本発明によって成形される押出し体は長軸に沿って対向する両端部を有する細長い中空体である。この押出し体は一般に末端から末端まで実質的に均一な断面を有して出発する。
【０００７】
押出し体の両端部を向かい合ったグリッパーのジョーによって固定し、押出し体を外周の少なくとも一部を囲む可撓性束縛装置又はツールに入れる。この束縛装置は好ましくは実質的に全周を囲む。適切な装置の１つはベイカム（Weykamp ）への米国特許第５，３４９，８３９号に示され、説明されており、この特許は本発明に一致する程度で本明細書に援用される。この可撓性束縛装置は変形される間の押出し体のしわ及び膨らみの形成を阻止する。次に、両端部を反対方向に引っ張ることによって、押出し体を長軸方向に延伸する。塑性変形による伸びが開始されるように弾性限界を越えるために充分な力をグリッパーに及ぼす。
【０００８】
押出し体を長軸方向に延伸させながら、この押出し体を引張り方向を横断する方向に曲げる。曲げは好ましくは、押出し体を成形ダイ又は造形ダイに対して力強く移動させることによって達成される。充分な力を及ぼして、成形ダイ輪郭と同様な輪郭を押出し体に与える。
【０００９】
押出し体の両端部の少なくとも一方にシーリングプラグを差し込む。両端部を塞ぐことが好ましい。シーリングプラグは開口部を有し、この開口部を通して圧縮不能な流体又は流体手段が押出し体の中空内部に送り込まれ、そこから取り出される。好ましい圧縮不能な流体は水であり、この水が装置内部のパイプ、バルブ及びゲージに対する損傷を最小にするための錆止め剤を含有することが好ましい。他の圧縮不能な流体の一部は鉱油、シリコーン油、ポリグリコール及びポリグリコールと水との混合物を包含する。空気等の圧縮可能な流体は、高圧において装置の操作者に対してそれらが有する安全上の問題のために不適切である。
【００１０】
押出し体が横断方向に曲げられた後に、押出し体の中空内部で圧縮不能な流体は加圧される。この流体は押出し体の少なくとも一部をその中空内部から外方に変形させるために充分な圧力を有する。この工程では、水は約１００〜５，０００ｐｓｉ（０．７〜３５ＭＰａ）、好ましくは約１００〜３，０００ｐｓｉ（０．７〜２１ＭＰａ）の圧力を有する。
【００１１】
押出し体を横断方向に曲げている間に加圧下で内部に流体を導入することもできる。この場合に、流体は約１００ｐｓｉ（０．７ＭＰａ）未満の、好ましくは約０〜５０ｐｓｉ（０〜０．３５ＭＰａ）の範囲の初期圧力を有する。この圧力は横断曲げ中の押出し体の好ましくない歪みを減ずるために充分である。
【００１２】
本発明の方法では、アルミニウム合金押出し体を例えば自動車ルーフレールのような車体構成部品として有用である成形品にストレッチ成形する。本発明の方法を実施するためのストレッチ成形装置１０を図１に示す。
【００１３】
装置１０は、アルミニウム合金押出し体２０の一部を固定するためのジョー（jaw ）１３、１４を有する、１対の向かい合ったグリッパー又はグリッパー・アセンブリー１１、１２を包含する。第１ジョー１３は第１端部２１を掴み、第２ジョー１４は押出し体２０の第２端部２２を掴む。ジョー１３、１４は端部２１、２２を装置１０の操作者（図示せず）からの指令に応じて選択的に固定し、放出する。グリッパー・アセンブリー１１、１２は液圧シリンダー・アセンブリー（図示せず）のピストン・ロッド２５、２６の外端部によって運ばれる。シリンダー・アセンブリーはグリッパー・アセンブリー１１、１２を支え、成形ダイ又は造形ダイ３０に関して矢印Ａ、Ｂの方向への回転運動を可能にする調節可能な取付け具（図示せず）によって運ばれる。これはダイ３０を押出し体２０へ動かすことによって達成される。或いは、グリッパー・アセンブリー１１、１２を矢印Ａ、Ｂの方向に逆戻りさせる。
【００１４】
ピストン・ロッド２５、２６は液圧シリンダーと協同し、押出し体２０を所定の大きさに延伸させる。同時に、矢印Ａ、Ｂによって表示されるような、グリッパー・アセンブリー１１、１２の回転運動が成形ダイ上で押出し体２０を成形する。より複雑な形状を有する部品のためには、グリッパー・アセンブリー１１、１２を上方又は下方に動かすことも又はこれらをツイストさせることもできる。
【００１５】
各グリッパー・アセンブリー１１、１２は、押出し体２０の開放端部３３、３４と係合し、開放端部３３、３４をシールすることを可能にするようなサイズと形状を有する、プラグ手段３１、３２のプラグを包含する。プラグ３１、３２と開放端部３３、３４との間には液体不透性接続(fluid-tight connection)が確立され、維持される。１つのプラグ３１は流体流入口３７を有し、他方のプラグ３２は流体排出口３８を有する。流体流入口３７は押出し体２０の中空内部４２に流体を供給する流体供給系４０に接続する。排出口３８は内部４２から圧縮不能な流体を排出させるための流体流出ライン４５に接続する。
【００１６】
流体供給系４０は流路４８を介して流入口３７と接続する圧縮流体溜め４６を包含する。流路４８は、止め弁５０と、調節可能な流量制御弁５２と、圧力計５４と、フィルター・キャニスター(filter canister）５６と、逆止め（逆流阻止）弁５８とを包含する流路を定義する。
【００１７】
流体流出ライン４５は自動的に操作される加圧流出弁(pressure bleed valve)６０を有する。流出ライン４５を通って排出する圧縮不能流体６５は廃棄のための廃物処理プラント（図示せず）に送られることができる。さらに好ましくは、使用済み流体６５は流体供給系４０に再使用されるために流体溜め４６に再循環される。
【００１８】
押出し体２０を装置１０に装填する。押出し体２０は好ましくはＴ４テンパー(temper)におけるＡＡ６０６１合金から製造される。押出し体はダイ３０の向かい合った横側(lateral sides）に対して係合する(snugged）。グリッパー・ジョー１３、１４は端部２１、２２を堅固に掴む。水を流入口３７から押出し体２０の内部４２に導入される。約１０ｐｓｉ（０．０７ＭＰａ）の流体圧力が特に好ましい。一度充填されたならば、止め弁５０と流出弁(bleed valve）６０とを閉鎖することによって流体量は一定に維持される。押出し体２０が延伸及び屈曲されるときに膨張(bulge，膨れ上がり）しないように、約０〜２０ｐｓｉ程度の低い流体圧力が好ましい。
【００１９】
押出し体２０はピストン・ロッド２５、２６を外方に動かすことによって長軸方向に延伸される。次に、ピストン・ロッド２５、２６を図１に示すように矢印Ａ、Ｂの方向に回転させて、押出し体２０をダイ３０に従って曲げる。
【００２０】
押出し体２０が所望の形状に曲げられた後に、押出し体２０をダイ３０に従わせながら、外部ツール（図示せず）を押出し体２０に隣接する位置に移動させ、適所でクランプして、押出し体２０の外面を支えさせる。外部ツールは変形中の押出し体のしわ及び膨らみの形成を阻止する。次に、ロッド２５、２６上に張力をまだ維持しながら、弁５８を開く。約２，５００ｐｓｉ（１７．３ＭＰａ）の圧力下の水を中空内部４２中に導入し、そこに約１又は２秒間維持する。水６５を内部４２から流出ライン４５を通して排出させ、端部２１，２２上の張力を弛緩させ、グリッパー・ジョー１３、１４を開放する。
【００２１】
本発明によって製造された造形押出し体８０を図２に示す。押出し体８０は第１端部８１と、第２端部８２と、中央部８３を有する。第１端部８１は部分深さ(part depth)の約７倍の曲げ半径を有する（７Ｄ曲げ）。第２端部８２は部分深さの約４倍の曲げ半径を有する（４Ｄ曲げ）。中央部８３は部分深さの約６５倍の曲げ半径を有する（６５Ｄ曲げ）。先行技術の曲げ方法による我々の経験は、端部８１、８２ではそれらのきつい(tight)曲げ半径のために寸法許容差問題が予想されるということである。
【００２２】
我々は、５００ｐｓｉ（３．５ＭＰａ）で水によって内部から加圧する前後の押出し体８０の所望の寸法からの偏差を測定した。２サンプルにおいて１．７ｍｍと１．８ｍｍの偏差が両方とも０．２ｍｍ以下に減少した。
本発明の好ましい実施態様を説明したが、本発明が特許請求の範囲内で他の形式でも具体化され得ることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によって金属中空体を成形するための装置の概略図。
【図２】本発明によって成形されたアルミニウム合金押出し体の透視図。
【符号の説明】
１０  装置
１１  グリッパー・アセンブリー
１２  グリッパー・アセンブリー
１３  ジョー
１４  ジョー
２０  押出し体
２１  端部
２２  端部
２５  ピストン・ロッド
２６  ピストン・ロッド
３０  成形ダイ
３１  プラグ手段
３２  プラグ手段
３３  開放端部
３４  開放端部
３７  流体流入口
３８  流体排出口
４０  流体供給系
４２  中空内部
４６  流体溜め
５０  止め弁
６０  流出弁
６５  圧縮不能流体
【図１】
0004307585.tif 000002
【図２】
0004307585.tif 000003