(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高強度鋼管を素材パイプとして、該素材パイプにプレス曲げ金型を押し込み、プレス曲げ加工を施すに当たり、前記プレス曲げ金型を、カリバ径が前記素材パイプの外径の１．１〜２．０倍であるプレス曲げ金型とし、前記プレス曲げ加工を前記素材パイプの管軸方向に該素材パイプの降伏強さの20％以上の張力を負荷しながら施し、曲げ部の断面形状を前記張力に依存しないほぼ一定の扁平率で然も効率的に扁平化させることを特徴とするパイプの曲げ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の足回り、バンパ、ボディ等の部材用として好適なパイプである、高強度薄肉鋼管の曲げ加工方法に係り、とくにハイドロフォーミングの予成形曲げ加工を施されるパイプのプレス曲げ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パイプのプレス曲げ加工方法は、例えば非特許文献１に示されるように、パイプをその長さ方向の二つの支持点に当接させたパイプ支持子で支持し、該二つの支持点の間のパイプ部分をプレス曲げ金型で押し込むことにより、パイプを曲げる加工方法である。パイプのプレス曲げ加工製品の形状は、パイプの材料特性にばらつきがない場合、プレス曲げ金型の曲げ型形状と、押し込みのストローク量（すなわち最終押し込み量）によって決まるとされる。なお、同じ曲げ型形状のプレス曲げ金型を用いる場合は、製品曲げ角度がストローク量によって決まるとされる。
【非特許文献１】日本塑性加工学会編「チューブフォーミング」コロナ社、１９９２年１０月３０日、Ｐ３８−３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、パイプが高強度鋼管（引張強さが780MPa以上の鋼管）であると、同一のプレス曲げ金型を用いて同一のストローク量で曲げた後のパイプのスプリングバック量が、鋼管製造ロットの違いから生じる材料特性のばらつき等によって比較的大きく変化し、曲げ精度が低下して、目標曲げ角度や目標のプロファイルを達成できない場合が多々ある。
また、プレス曲げ加工されたパイプを、さらにハイドロフォーミング用の型に装入してハイドロフォーミング加工を施す場合に、プレス曲げ精度が悪いと、ハイドロフォーミング用の型に投入した際に、型による噛み込みが発生し、成形不具合となる場合が多々ある。また、プレス曲げ加工されたパイプを、さらに、例えば金型に装入してハイドロフォーミング加工を施す場合等では、従来から、パイプを金型に装入しやすいように、プレス曲げ加工されたパイプの曲げ部を、断面が扁平形状となるように潰す工程を付加する場合もあった。
【０００４】
しかし、プレス曲げ加工に加えて、さらにこのようなパイプの曲げ部断面を扁平形状とする工程を付加することは、工程が複雑となり、製造コストが上がるという問題があった。
本発明は、かかる従来技術の問題を有利に解決し、余分な工程を付加することなく、パイプ、好ましくは高強度薄肉鋼管を、プレス曲げ加工のみで、曲げ部の断面が扁平形状を呈するパイプとする、パイプのプレス曲げ加工方法を提供することを目的とする。なお、ここでいう「高強度薄肉鋼管」とは、引張強さTSが780MPa以上で、肉厚が3.2mm以下の鋼管をいう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記した目的を達成するために、パイプ、とくに高強度薄肉鋼管の、パイプ曲げ部の断面形状に及ぼすプレス曲げ加工条件の影響について鋭意研究した。その結果、パイプ曲げ部の断面の扁平率は、プレス曲げ金型のカリバ径と素材パイプの外径との関係を適切にすること、さらにはプレス曲げ加工時にパイプに張力を付加すること、により調整可能であることを知見した。さらに、本発明者らは、プレス曲げ金型のカリバ径が素材パイプの外径より大きいとプレス曲げ加工時に座屈が発生する場合があるが、プレス曲げ金型のカリバ径を素材パイプの外径より大きくし、プレス曲げ加工時にパイプの管軸方向に張力、好ましくは素材パイプの降伏強さの３％以上の張力を、付加することにより、座屈の発生や、曲げ部内側にしわ疵の発生を防止して、パイプの曲げ部断面が所定の扁平率となるように曲げ加工することができることを見出した。
【０００６】
本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）  高強度鋼管を素材パイプとして、該素材パイプにプレス曲げ金型を押し込み、プレス曲げ加工を施すに当たり、前記プレス曲げ金型を、カリバ径が前記素材パイプの外径の１．１〜２．０倍であるプレス曲げ金型とし、前記プレス曲げ加工を前記素材パイプの管軸方向に該素材パイプの降伏強さの20％以上の張力を負荷しながら施し、曲げ部の断面形状を前記張力に依存しないほぼ一定の扁平率で然も効率的に扁平化させることを特徴とするパイプの曲げ加工方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高強度薄肉鋼管を、所望の曲げ角度でかつ曲げ部断面が所定の扁平率で扁平化したパイプに、精度高く容易に、かつ効率よく、プレス曲げ加工することができ、産業上格段の効果を奏する。本発明によれば、パイプの曲げ加工と断面扁平化加工とを同時に行うことができ、従来の工程の一部を省略することが可能となり、プレス曲げ加工の効率化に顕著に寄与するという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、パイプのプレス曲げ加工方法であり、使用する素材パイプは、高強度薄肉鋼管とする。本発明では、素材パイプにプレス曲げ金型を押し込み、プレス曲げ加工を施す。本発明におけるプレス曲げ加工方法の概略を図１に示す。
加工開始前、パイプ１０は、その長さ方向の二点をパイプ支持子４で支持される。パイプ支持子４はコロあるいはシューなどで構成される（図１ではコロである）。パイプ支持子４に支持される二点間の距離（支持点間距離Ｌ）のほぼ２等分点にあたるパイプ部分に、プレス曲げ金型１が当接する（図１（ａ））。プレス曲げ金型１の曲げ型部のパイプ当接面は、長さ方向に、例えば曲率半径Ｒ1の、曲がり形状を有し、また幅方向にはパイプ径ｄ0に適合したカリバ径、例えばＤを有する孔型１ａ内面と同じ曲がり形状を有する（図１Ａ−Ａ矢視図）。
【００１０】
曲げ加工が始まると、プレス曲げ金型１はシリンダ２により付勢されてパイプ１０を押し込んでいく。なお、３はロードセルである。ストローク量に初期設定値を与えて加工を開始し、押し込み途上で押し込み量がストローク量（初期設定値）に達した時にシリンダ２による付勢を停止して加工を終える（図１（ｂ））。曲げ角度θは、図１（ｂ）で示す角度θで定義される値である。パイプをプレス曲げ金型１から取り外すと、スプリングバックによってθは小さくなる。とくに、高強度鋼管の場合には、この変化量が大きく、目標の曲げ角度を達成するためにはプレス曲げ加工直後のパイプをプレス曲げ金型１から取り外す前のθを目標曲げ角度より大きくする必要がある。なお、プレス曲げ加工に際しては、予め、曲げ角度θとストローク量との関係を素材パイプ（パイプ強度）に応じて求めておくことは言うまでもない。
【００１１】
本発明では、パイプの曲げ部断面の扁平率は、カリバ径Ｄと素材パイプ外径ｄ0との関係で適切に調整する。本発明のプレス曲げ加工方法では、使用するプレス曲げ金型１のカリバ径Ｄを、図２（ａ）に示すように、被加工材である素材パイプ１０の外径ｄ0より大きくする。これにより、図２（ｂ）に示すように、パイプの曲げ部断面の形状を扁平化することができる。所望の扁平率の曲げ部断面とするために、使用するプレス曲げ金型のカリバ径Ｄは、鋼種ごとに、予め求めておいた加工後の曲げ部断面の扁平率と、カリバ径Ｄ、素材パイプ外径ｄ0、付与する張力との関係に基づき決定する。なお、プレス曲げ金型のカリバ径Ｄは、素材パイプの外径ｄ0  の1.1倍以上とすることが曲げ部を効率的に扁平化する観点から好ましい。カリバ径Ｄが1.1ｄ0未満では、扁平が小さく非効率的である。なお、カリバ径Ｄは、1.5〜2.0ｄ0とすることがより好ましい。
【００１２】
なお、カリバ径Ｄが素材パイプの外径ｄ0より大きいプレス曲げ金型を用いて、所定の曲げ角度までプレス曲げ加工を行うと、パイプが座屈する。このため、本発明では、素材パイプの管軸方向に張力を付与する。素材パイプの管軸方向に張力を負荷しながらプレス曲げ加工を施すと、座屈を生じることなく、プレス曲げ加工を行うことができ、しかもパイプの曲げ部断面を扁平化することができる。なお、負荷する張力は、素材パイプの降伏強さYSの３％以上とすることが好ましい。負荷される張力が、素材パイプのYSの３％未満ではプレス曲げ加工に際し、座屈の発生を完全に防止することができない。
【００１３】
なお、素材パイプの管軸方向に負荷される張力は、素材パイプの降伏強さYSの20％以上とすることがより好ましい。負荷張力Ｐを素材パイプの降伏強さYSの20％以上（（負荷張力Ｐ）／（パイプの降伏強さYS）：0.20以上）とすることにより、次式
扁平率ｆ（％）＝｛（ｄmax−ｄmin）／ｄmax｝×100
で定義される扁平率ｆが、図３に示すように、ほぼ一定となる。負荷張力Ｐが素材パイプの降伏強さの20％以上である場合には、曲げ部断面の扁平率ｆは、カリバ径Ｄ、素材パイプ外径ｄ0との関係のみで決定され、張力依存性がなくなる。このため、素材パイプの管軸方向に負荷する張力Ｐを素材パイプの降伏強さの20％以上としてプレス曲げ加工を行うことにより、プレス曲げ加工後の曲げ部断面の扁平率の変動がなく、安定したパイプのプレス曲げ加工を行うことができることになる。なお、負荷する張力Ｐが、素材パイプの降伏強さの20％未満では、負荷される張力に依存して、扁平率ｆが変化する。このため、プレス曲げ加工後の曲げ部断面の扁平率と、負荷される張力との関係を予め、調査しておくことが、プレス曲げ加工後の曲げ部断面の扁平率を適正値に調整するうえで重要となる。
【実施例】
【００１４】
780MPa級高強度薄肉鋼管（引張強さTS：780MPa以上）（鋼管寸法：外径70mmφ×肉厚2.6mm）を素材パイプとして、プレス曲げ加工を実施した。プレス曲げ加工では、カリバ径Ｄ：114.3mm、曲げ半径Ｒ：1000mmのプレス曲げ金型を用い、支持点間距離をＬ＝1000mmとして、曲げ角度θ：35度、曲げ部の曲率半径がほぼ1150mmとなるように行った。プレス曲げ加工に際し、素材パイプの管軸方向に、素材パイプの降伏強さYSの３％および20％の張力を負荷し、本発明例とした。なお、張力負荷なしを比較例とした。また、カリバ径Ｄ：70.0mm、曲げ半径Ｒ：1000mmのプレス曲げ金型を用いて、曲げ角度θ：35度、曲げ部の曲率半径がほぼ1150mmとなるようにプレス曲げ加工を行い、従来例とした。従来例では、張力の負荷は行わなかった。従来例では、プレス曲げ加工後に、曲げ部断面の扁平化工程を行った。なお、曲げ部断面の扁平化工程は、プレス曲げ加工後のパイプを半径方向に25mm程度押し潰す加工とした。
【００１５】
プレス曲げ加工は、各条件について2000本づつ、実施し、各条件の平均加工時間および総時間、さらに、パイプの曲げ部断面の扁平率を抜き取りで各条件につき各100本調査した。なお、各パイプの曲げ部断面の扁平率は、曲げ部断面の寸法を図２（ｂ）に示すように測定し、次式
扁平率ｆ（％）＝｛（ｄmax−ｄmin）／ｄmax｝×100
を用いて算出し、その算術平均を求めた。
【００１６】
得られた結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
0005036449.tif 000002
【００１８】
本発明例では、曲げ部断面で所望の扁平率を有するパイプを、従来例に比べ、短い加工時間でプレス曲げ加工することができ、顕著に曲げ加工効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のプレス曲げ加工方法の概略を模式的に示す説明図である。
【図２】（ａ）本発明におけるプレス曲げ金型１のカリバ径Ｄと素材パイプの外径ｄ0との関係、および（ｂ）本発明におけるプレス曲げ加工後のパイプ１０の扁平形状、を模式的に示す説明図である。
【図３】曲げ部断面の扁平率ｆと負荷張力Ｐ／降伏強さYSとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２０】
１    プレス曲げ金型
１ａ  孔型
２    シリンダ
３    ロードセル
４    パイプ支持子（コロ）
１０  パイプ（素材パイプ）
Ｐ    負荷張力
【図１】
0005036449.tif 000003
【図２】
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【図３】
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