(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイドロフォーミング用組立体であって、
開状態と閉状態との間を往復動できるようにプレスに取付け可能な複数のダイ構造体であって、前記閉状態にあるときダイキャビティを形成する協働ダイ表面を備え、且つ、前記開状態にあるとき金属管状ブランクを受け入れるダイ構造体と、
ハイドロフォーミング流体供給システムであって、前記管状ブランクの両端に選択的且つ密封的に係合するように移動可能な管端係合構造体を有し、前記管状ブランクを外方に膨張させて前記ダイキャビティに合わせて膨張状態とするために該管状ブランクの内側に加圧流体を供給するハイドロフォーミング流体供給システムと、
前記ダイ構造体の少なくとも一つの通路内を延び、引込み状態と伸長状態との間で移動可能なパンチと、
該パンチを前記引込み状態と伸長状態との間で動かすように該パンチに連結され、前記管状ブランクが前記膨張状態に膨張させられた後、前記管状ブランクに孔を打ち抜くパンチ駆動組立体と、
前記ダイキャビティ内に連通し、前記パンチ駆動組立体によって打ち抜かれた前記管状ブランクの部分を前記管状ブランク内から流すためのフラッシング流体流を前記管状ブランクの内部に供給するフラッシングシステムと、を備えている、
ことを特徴とするハイドロフォーミング用組立体。
【請求項２】
前記パンチが作用面を有し、
該作用面は、前記パンチが前記引込み位置にあるとき前記ダイキャビティのダイ表面と面一であり、前記伸長位置にあるとき前記ダイキャビティ内に延びる、
請求項１に記載のハイドロフォーミング用組立体。
【請求項３】
前記パンチが、前記パンチの作用面と連通する流体通路を有し、
流体通路が、該流体通路を通して排出される第２の加圧流体の供給源と連通し、前記管状ブランクのパンチで打ち抜かれた部分を前記パンチの作用面から押しやる、
請求項２に記載のハイドロフォーミング用組立体。
【請求項４】
前記流体通路が、前記パンチが前記伸長位置にあるときに、前記第２の加圧流体の供給源に連通する、
請求項３に記載のハイドロフォーミング用組立体。
【請求項５】
前記パンチ駆動組立体が、開口を有するハウジングを備え、前記パンチが該開口を通して延びる、
請求項４に記載のハイドロフォーミング用組立体。
【請求項６】
前記ハウジングの内側が前記第２の加圧流体の供給源から隔離されており、
前記流体通路が、前記パンチが前記引込み状態にあるとき前記ハウジングの内側と連通するように位置決めされ、且つ、前記パンチが伸長状態にあるとき前記ハウジングから外れるように位置決めされた入口を有している、
請求項５に記載のハイドロフォーミング用組立体。
【請求項７】
前記第２の加圧流体が気体である、
請求項６に記載のハイドロフォーミング用組立体。
【請求項８】
前記パンチが、前記フラッシング流体が流れている間、前記伸長状態に維持される、
請求項１に記載のハイドロフォーミング用組立体。
【請求項９】
前記パンチが、前記フラッシング流体が流れている間、往復動する、  請求項１に記載のハイドロフォーミング用組立体。
【請求項１０】
前記管端係合構造体が、前記フラッシングシステムが前記管状ブランクの内側と連通するように、前記管状ブランクの端との係合から引込む、
請求項１に記載のハイドロフォーミング用組立体。
【請求項１１】
前記フラッシングシステムが、前記ダイキャビティから前記フラッシング流体流を受け入れる屑セパレータと、前記フラッシング流体流用の流体源を構成する流体リザーバと、前記フラッシング流を作用させるサーキュレータと、を備えている、  請求項１に記載のハイドロフォーミング用組立体。
【請求項１２】
ハイドロフォーミングされた金属管状ブランクに孔を形成し且つ打ち抜かれた屑を金属管状ブランクから取り除く方法であって、
開状態と閉状態との間を往復動できるようにプレスに取付けられた複数のダイ構造体であって、前記閉状態にあるときダイキャビティを形成する協働ダイ表面を備え、且つ、前記開状態になるダイ構造体を準備する工程と、
前記ダイキャビティ内に金属管状ブランクを配置する工程と、
前記ダイ構造体を閉じる工程と、
前記管状ブランクを前記ダイキャビティに合わせ膨張させ膨張管状ブランクを形成するように、前記管状ブランクの内側を加圧する工程と、
前記膨張管状ブランクに孔を打抜くように、パンチを前記膨張管状ブランクに貫通させる工程と、
前記膨張管状ブランクの内側を減圧する工程と、
前記膨張管状ブランクの内側から前記膨張管状ブランクの打ち抜かれた部分を流すように、前記膨張管状ブランクにフラッシング流体を流す工程と、
を備えている、
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記パンチが該パンチの作用面と連通する流体通路を備え、
前記方法が、前記パンチの作用面から前記膨張管状ブランクの打ち抜かれた部分を押しやるように、前記流体通路を通して加圧流体を供給する工程を、備えている、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記流体を流す工程の間に、前記パンチを往復動させる工程を備えている、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記減圧工程が、前記膨張管状ブランクの内側に前記フラッシングシステムを連通させる工程を備えている、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記パンチが、前記流体を流す工程の間、前記膨張管状ブランクの内側に延びる伸長位置に維持される、
請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔発明の分野〕
本発明は、ハイドロフォーミングした部品の内側から屑を取り除くためにハイドロフォーミング部品をフラッシングするシステムに関する。
【０００２】
〔発明の背景〕
近年、ハイドロフォーミング技術が、製造業、特に自動車産業において、ますます重要になってきている。あるハイドロフォーミングでは、金属管状ブランク（普通は鋼）をダイキャビティ内に配置する。中央ポートを有する一対の液圧リム（液圧枠または油圧ラム）で管状ブランクの両端をシールし、ポートを通して加圧流体を管状ブランク内に注入する。加圧流体が、管状ブランクを膨張させキャビティを構成する面にあわせる。このようなハイドロフォーミングによって、高強度部品を、他の実用的な経済的手法では作ることが出来ない複雑な管状形状に加工できる。このような、ハイドロフォーミング加工が、米国特許第４,５６７,７４３号明細書、第５,０７０,７１７号明細書、第５,１０７,６９３号明細書、第５,２３３,８５４号明細書、第５,２３９,８５２号明細書、第５,３３３,７５５号明細書、および、第５,３３９,６６７号明細書に開示されている。
【０００３】
更に進歩したハイドロフォーミングでは、膨張工程の間に管の肉厚を所定範囲内に維持するため、管を膨張させるとき、液圧枠を互いに向け内方に押して管内で金属流を形成する。
【０００４】
このようなハイドロフォーミング加工は、米国特許第５,７１８,０４８号明細書、第５,８５５,３９４号明細書、第５,８９９,４９８号明細書、第５,９７９,２０１号明細書、および、第５,９８７,９５０号明細書に開示されている。
【０００５】
ある用途では、他の構成要素を取付けるために使用する複数の孔を有する完成品を製造することが求められる。例えば、自動車産業では、自動車のエンジンの取付けに使用するエンジン架台を形成するために管状ブランクをハイドロフォーミング加工することが知られている。完成した管状部品には、エンジン取付けブラケット等に取付けるために締結具を挿通する孔が形成されていなければならない。この部品への孔形成を容易にするために、穿孔作業をハイドロフォーミングダイで行うことが知られている。圧力をかけながら、管に孔を打ち抜くのが典型的である。一つの方法では、（「スラグ」と呼ばれる）パンチで打ち抜かれた管の一部分が、管に接続されたまま残った縁部分を有し、管内に垂れ下がっている。この部分が、部品に不必要な重量を付加してしまうので問題であり、これは、常に、自動車業界における関心事である。もう一つの方法では、孔を形成した後、パンチを管から引き抜き、パンチによって形成された部分は、パンチが管から引き抜かれたとき、流体圧の力で、パンチと係合したままに維持される。次いで、スラグを流体で屑コレクタに流す。このような典型的な作業が、米国特許第５,８１６,０８９号明細書に開示されている。上述した技術における１つの問題は、スラグが、これが引き抜かれるとき出てくる孔と正確に合わないことがあり、管内に落ちることがあるということである。このスラグは、他の手段で回収しなくてはならない。
【０００６】
〔発明の概要〕
本発明の目的は、ハイドロフォーミングされた部品の内側から屑を取り除くこととができるシステムに関する。
【０００７】
従って、本発明は、開状態と閉状態との間を往復動できるようにプレスに取付け可能な複数のダイ構造体を備えているハイドロフォーミング用組立体を提供する。ダイ構造体は、閉状態にあるときダイキャビティを形成する協働ダイ表面を備え、開状態にあるとき金属管状ブランクを受け入れる。ハイドロフォーミング流体供給システムが、管状ブランクの両端に選択的且つ密封的に係合するように移動可能な管端係合構造体を備えている。ハイドロフォーミング流体供給システムは、管状ブランクを前記ダイキャビティに合わせて外方に膨張させるために管状ブランクの内側に加圧流体を供給する。パンチが、ダイ構造体の少なくとも一つの通路内を延びている。パンチは、引込み状態と伸長状態との間で移動可能である。パンチ駆動組立体が、パンチを前記引込み状態と伸長状態との間で動かし、膨張させられた管状ブランクに孔を打ち抜く。フラッシングシステムが、ダイキャビティと連通し、フラッシング流体流を前記管状ブランクの内側に流す。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、ハイドロフォーミングされた金属管状ブランクに孔を形成し且つ打ち抜かれた屑を金属管状ブランクから取り除く方法が提供される。複数のダイ構造体が、開状態と閉状態との間を往復動できるようにプレスに準備される。ダイ構造体は、閉状態にあるときダイキャビティを形成する協働ダイ表面を備えている。ダイ構造体を、開状態にする。金属管状ブランクをダイキャビティ内に配置する。ダイ構造体を閉じる。管状ブランクを前記ダイキャビティに合わせ膨張させ膨張管状ブランクを形成するように、管状ブランクの内側を流体で加圧する。膨張管状ブランクに孔を打抜くように、パンチを膨張管状ブランクに貫通させる。管状ブランクの内側を減圧する。膨張管状ブランクの内側から膨張管状ブランクの打抜き部分を流すように、流体を膨張管状ブランクに流す。
【０００９】
〔好ましい実施形態の詳細な説明〕
図面を詳細に参照すると、図１には、全体が参照番号１０で示された、本発明の実施形態のハイドロフォーミング装置の概略的な断面図が示されている。ハイドロフォーミング装置１０は、全体が番号１２で示されるハイドロフォーミングプレスを備え、このハイドロフォーミングプレスは、上側支持構造体１４と、下側支持構造体１６と、上下方向支持構造体１８とを備えている。ハイドロフォーミング装置１０は、協働するダイ構造体を備え、このダイ構造体は、上側ダイ構造体２０と下側ダイ構造体２１とを備えている。上側ダイ構造体２０は上下動可能とされ、ダイ構造体２０、２１が開位置と閉位置との間で移動可能となる。図１には、閉位置のダイ構造体２０、２１が示されている。ダイ２０、２１は、ダイ２０、２１が閉位置にあるとき、密閉されたダイキャビティ２３を形成するダイ表面２３を提供している。キャビティ２３の寸法、形状は、ハイドロフォーミングする部品の所望形状および寸法を形成するように設定されている。図１には、ハイドロフォーミングするためにダイキャビティ２３内に配置された金属管状ブランク２４が示されている。金属管状ブランク２４の両端は、一対の液圧管端係合体すなわち「液圧枠（ハイドローリックリムまたは油圧リム）」２５によって密封され、液圧枠２５は、液圧アクチュエータ２６によって異なった位置に移動可能である。各枠２５は、中央ポート２７を有し、このポートを通して、極めて高い圧力（例えば約１０、０００ａｔｍ）のハイドロフォーミング流体が金属管状ブランク２４内に注入される。
【００１０】
ダイ構造体２０、２１の少なくとも一方には、全体が番号５０で示され図３に詳細に示されている、往復動液圧パンチ組立体が組み込まれている。
【００１１】
ハイドロフォーミング装置１０は、全体が番号３０で示されダイキャビティ２３に連通するフラッシング流体システムを備えている。フラッシング流体システム３０は、（図４に示されているように）、膨張金属管２４から打ち抜かれた少なくとも１つの部分、即ち、「スラグ」８６を取り除くために使用される。フラッシング流体システム３０は、ダイキャビティ２３の一端に配置されたフラッシング流体入口ポート３２と、ダイキャビティ２３の反対端に配置されたフラッシング流体出口ポート３３とを備えている。これらのポート３２、３３の両方は、図示されているように、下側ダイ構造体２１に形成されているのが好ましい。フラッシング流体システム３０は、、全体が番号３４で示されメッシュまたはスクリーン３６を備える屑セパレータを備えているのが好ましい。又、フラッシング流体システムは、必要であれば、フラッシング流体を貯蔵し且つ／又はリサイクル（再利用）するために使用される流体リザーバ３８を備えているのが好ましい。フラッシング流体システム３０は、また、フラッシング流体システム３０の中でフラッシング流体を循環させることができるように、連結配管ライン４２とサーキュレータ４０とを備えているのが好ましい。
【００１２】
図３を参照すると、液圧穿孔パンチ組立体５０が詳細に示されている。パンチ組立体５０が、（図４に示されているように）、膨張金属管２４に孔８４を打ち抜くために使用される。ダイ構造体２０、２１の一方または両方に、同様に設計されたパンチ組立体５０をいくつか取付けてもよい。パンチ組立体５０は、パンチ受入通路５１を備え、この通路は、ダイ構造体に組み込まれ、パンチ５２がこの通路を通って引込み位置と伸長位置との間を移動可能とされている。パンチ５２は、間に配置された環状シール部材５３の作用で、通路５１に対して密封関係で摺動できる。パンチ組立体５０は、全体が番号５４で示されているパンチ駆動組立体を含み、この駆動組立体は引込み位置と伸長位置との間でパンチ５２を駆動するために使用される。引込み位置では、パンチ５２の遠位端面５５がダイ表面２２と同一面上にあり、ダイキャビティ２３を構成することを助ける。パンチ駆動組立体５４は、液圧シリンダであるのがよいパンチ駆動装置５６を備え、このパンチ駆動装置５６はパンチピストンに連結されている。パンチ５２の近位端５９が、パンチピストン５８に固定され、これに連結されている。パンチピストン５８は、引込み位置と伸長位置の間を移動可能である。ピストン５２は、ピストン駆動装置ハウジング６０の開口６２を通って、この開口５２に対して摺動可能な関係で動く。
【００１３】
フラッシング流体システム３０は、全体が番号７０で示されているスラグ外しシステムを備えており、このシステムがパンチ５２の作用端面５５からスラグを外すための手段を提供する。ダイ構造体２０、２１の少なくとも一方に、スラグ外し流体隔壁７２が取付けられている。ダイ構造体２０、２１と隔壁７２の間の周縁シール７４が、スラグ外しシステム７０が外気からシールされスラグ外し流体で加圧されるように、スラグ外しシステム７０を囲んでいる。スラグ外しシステム７０は、スラグ外し流体隔壁７２に配置されたスラグ外し流体入口ポート７６を備えている。スラグ外し流体入口ポート７６は、加圧スラグ外し流体をスラグ外しシステム７０に供給できるように、適当な高圧ポンプに接続されているのがよい。スラグ外し流体入口ポート７６は、複数のポンプ組立体５０が共用してもよい、スラグ外し流体通路７８に連結されている。通路７８は、ダイ構造体２０、２１に形成された適当な寸法の溝である。通路７８は、ダイ構造体２０、２１に形成されているスラグ外し流体圧力チャンバ７９に連通している。パンチ５２は、パンチ５２を長手方向に貫通するスラグ外し流体ポート８０を備えている。このスラグ外し流体ポート８０は、パンチ５２の側面に配置されたスラグ外し流体入口８２で始まり、パンチ作用面５５の出口８３で終わっている。スラグ外し流体入口８２は、パンチ５２が伸長位置にあるときスラグ外し流体加圧チャンバ７９と連通して、スラグ外し流体ポート８０をスラグ外し流体で所望のように加圧できるように、配置されている。
【００１４】
ハイドロフォーミング装置１０の作動を説明する。図２を参照すると、金属管２４が、ハイドロフォーミング流体圧力で膨張させられ、ダイキャビティ２３の内側面２２に合わせられ、引込み位置にあるパンチ５２の作用面５５と係合している。膨張させられた金属管２４の肉厚を所定に維持するために、管２４が膨張させられるにつれて、液圧枠２５が互いに向かって内方に押され、管２４内に金属流を形成する。
【００１５】
図４では、パンチ駆動装置すなわちシリンダ５６が作動し、パンチを伸長位置に動かしている。この動作により、金属管２４が膨張させられダイ表面２２にあわせられた後、パンチ５２が、引込み位置から伸長位置に動かされ、膨張させられた金属管２４を貫通して孔８４を打ち抜き、スラグ８６を形成するようにパンチ５２を膨張金属管２４に押し通す。ハイドロフォーミング流体が膨張金属管２４内で高圧に維持され、穿孔作業中、管２４を内方から支持し、孔８４の隣接領域でパンチ５２によって膨張した金属管２４が変形することを防止している。ダイ構造体２０、２１は閉位置に保持され、膨張させられた金属管２４は、キャビティ２３の表面２２と係合した状態で保持される。伸長位置で、パンチ５２は、管２３に打ち抜かれた孔８４をシールするように作用し、引き続いて行われるスラグフラッシング処理中に、管２４内に流体を保持するのを助け、管２４から流体から漏れるのを防止する。
【００１６】
図５は、伸長位置にあるパンチ５２を詳細に示している。スラグ外し流体入口８２は、スラグ外し流体圧力チャンバ７９と連通し、スラグ外し流体がスラグ外し流体ポート８０の中を流れることを可能としている。
【００１７】
図６を参照すると、両方の枠が好ましいが、液圧枠２５の少なくとも一方すなわちポート３３に隣接する枠が、膨張させられた金属管２４の端との密封係合から外れて管２４内のハイドロフォーミング流体の圧力を低下させるように、移動可能である。液圧枠２５は、フラッシング流体の流れ及び管２４からのスラグ８６の除去を容易にするように、位置決めされている。ダイ構造体２０、２１は、閉位置に維持され、フラッシング流体システム３０がダイキャビティ２３に連通し、膨張させられた金属管２４の内部にフラッシング流体を流す。
【００１８】
スラグ８６が、パンチ５２の作用端面５５と係合したままであるのが一般的である。そのような状態であるなら、本発明は、パンチ５２の作用端面５５からスラグ８６を外すための種々の手段を提供する。
【００１９】
一実施形態では、スラグ８６は、流体ポート８０から流体を押出してパンチ５２の作用面５５からスラグを引き離すスラグ外しシステム７０の加圧によってパンチ５２の端面５５から強制的に外される。または、パンチ駆動装置５６を使って、パンチ５２を素早く往復動させ、パンチ５２の作用面５５からスラグ８６を外しても良い。
【００２０】
更に別の実施形態では、フラッシング流体システム３０によって供給されるときに、管２４を通るフラッシング流体の早い流れだけで、パンチ５２の作用端面５５からスラグ８６を強制的に外すことができる。
【００２１】
フラッシング流体サーキュレータ４０と連結配管ライン４２とが、引き離された金属スラグ８６を膨張金属管２４の中を流し管２４からスラグ８６を取除くのに充分な流量のフラッシング流体を供給する。フラッシング流体は、入口ポート３２から流入し、管２４の中を通過し、スラグ８６を管２４の反対端を通って運び、そして、出口ポート３３を通して運び出す。出口ポート３３と連結配管ライン４２とは、フラッシング流体およびスラグ８６をダイ２１から円滑に流出させることができる充分な内径を有する寸法とされている。スラグ８６はダイ２１から金属除去されると、屑セパレータ３４内のメッシュまたはスクリーン３６でフラッシング流体から分離され、流体は流体リザーバ３８に回収される。フラッシング流体作業中、パンチ５２は、伸長位置に維持され、管２４の打ち抜き孔８４からフラッシング流体が漏れないようにする。
【００２２】
図面および上記説明で本発明を例示し且つ詳細に説明したが、これらは、例示であり、本発明を限定するものではなく、好ましい実施形態が示され、説明されたものであり、添付の請求の範囲に記載された範囲内の全ての変更、変形は保護範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の原理にしたがった、ダイ内液圧穿孔・スラグ外しシステムを有するハイドロフォーミング装置の概略的な断面図であり、ハイドロフォーミングのためにハイドロフォーミング装置に挿入された金属管状ブランクを示している。
【図２】  ハイドロフォーミング後の膨張金属管を示す、図１と同様の図面である。
【図３】  パンチが引込み位置にある液圧穿孔パンチ組立体の詳細を示す、図２のハイドロフォーミング装置の一部分を拡大した図面である。
【図４】  膨張金属管に孔を打ち抜いた後の伸長位置にあるパンチを示す、図１と同様の図面である。
【図５】  膨張金属管に孔を打ち抜いた後の伸長位置にあるパンチを示す、図３と同様の部分的な拡大図である。
【図６】  打ち抜かれたスラグを膨張金属管から流している状態を示す、図４と同様の図面である。
【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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