(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状部材の内部に内液圧を負荷しつつ、穴抜きパンチにより前記筒状部材に穴抜き加工を行う加工方法において、一旦、最終的に穴抜き加工する方向とは逆方向に、凸形状で且つ穴抜きされる寸法と略等しい外形を持った突起を形成することによって、当該突起の外周部に内圧と工具との挟持により、穴抜き形状に沿って全周にわたる肉厚減少部を形成し、前記突起の先端側から前記肉厚減少部の内側を加圧することにより、穴抜き加工することを特徴とする筒状部材の液圧穴抜き加工方法。
【請求項２】
前記内液圧を負荷する前または負荷した後に前記穴抜きパンチを後退させ、前記筒状部材の外側に前記内液圧によって凸形状の前記突起を形成し、しかる後に、前記穴抜きパンチを前進させて穴抜き加工することを特徴とする請求項１に記載の筒状部材の液圧穴抜き加工方法。
【請求項３】
先端が凸形状の前記穴抜きパンチを前進させ、当該穴抜きパンチによって前記筒状部材の内部側に凸形状の前記突起を形成し、しかる後に、前記穴抜きパンチを後退させまたは後退させつつ、前記内液圧によって前記筒状部材の外側方向に穴抜き加工することを特徴とする請求項１に記載の筒状部材の液圧穴抜き加工方法。
【請求項４】
前記穴抜きパンチは、先端の外周部にシャーエッジが形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の筒状部材の液圧穴抜き加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒状部材の内部の内液圧と穴抜きパンチを利用した筒状部材の穴抜き加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＯ2 削減のための車体軽量化や強度向上のための車体補強を目的とした車体やシャーシ部品が求められている。こうした車体やシャーシ部品として、中空の筒状部材を内液圧成形した部品を適用する動きが高まってきている。これらの部品は、所定形状に内液圧成形された後、他の部品を取り付けるための穴や位置決めするための穴が加工される。しかし、最近、経済性や加工精度の向上に対する要請に基づいて、内液圧成形の一連の工程内で穴抜きを行う加工法が検討されている。
【０００３】
例えば、図５（ａ）に示すように、筒状部材６４の内部に内液圧Ｐを負荷しつつ、穴抜きパンチ６１を筒状部材６４の外側から内部側に向かって打ち付けることにより、穴抜き加工する方法が開示されている（特開平６−２９２９２９号公報）。また、図５（ｂ）に示すように、筒状部材６４の内部に内液圧Ｐを負荷しつつ、穴抜きパンチ６１を後退させ、筒状部材６４を変形させて外側に穴抜き加工する方法も開示されている（塑性と加工、Vol.39(No.453),p.1049(1998)）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５（ａ）に示した方法では、穴抜き加工の過程で、抜きカス６５となる部分の周辺部６７に塑性変形が起こる。そのため、穴抜き加工後に、穴の周辺部６７にダレが生じ、穴径の精度が低下するといった問題があった。また、このダレを防止するには内液圧Ｐを相当大きくしなければならず、そのため、圧力発生装置及び加工設備が大型化して設備投資が大きくなり、スペース効率の低下やコストアップといった問題がある。また、図５（ｂ）に示した方法でも、内液圧Ｐを相当大きくしなければ穴抜きを行うことができず、同様に圧力発生装置及び加工設備が大型化して設備投資が大きくなり、スペース効率の低下やコストアップといった問題がある。さらに、抜きカス６６となる部分は、内液圧Ｐの負荷によって、筒状部材６４の外側にドーム状に膨らみながら破断するため、破断面６８の面粗度や穴径の精度が低下するといった問題があった。
【０００５】
こうした問題を解決するため、本発明は、低い内液圧であっても穴径の精度や穴抜きされた部分の面精度が高く且つダレの少ない穴を形成できる筒状部材の液圧穴抜き加工方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の筒状部材の液圧穴抜き加工方法は、筒状部材の内部に内液圧を負荷しつつ、穴抜きパンチにより前記筒状部材に穴抜き加工を行う加工方法において、一旦、最終的に穴抜き加工する方向とは逆方向に、凸形状で且つ穴抜きされる寸法と略等しい外形を持った突起を形成することによって、当該突起の外周部に内圧と工具との挟持により、穴抜き形状に沿って全周にわたる肉厚減少部を形成し、前記突起の先端側から前記肉厚減少部の内側を加圧することにより、穴抜き加工を行なうことに特徴を有する。
【０００９】
この発明によれば、一旦、最終的に穴抜き加工する方向とは逆方向に、凸形状で且つ穴抜きされる寸法と略等しい外形を持った突起が形成されるとともに、この突起の外周部は工具の角部に押し付けられ、全周にわたる肉厚減少部となる。そしてこの突起を形成した変形部分は、突起の先端側からの加圧に対する剛性が高くなる。こうした突起にその先端側から加圧すると、前記の変形部分は、変形していない部分との境界面に加圧に基づくせん断力が集中し、かつ、この部分は肉厚が減少していることによって容易にせん断し、突起を形成した変形部分が一体となって穴抜きされる。その結果、比較的低い内液圧においても、穴径精度や穴抜きされた部分の面精度に優れると共に、その周辺部にダレの少ない穴を加工することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の筒状部材の液圧穴抜き加工方法において、前記内液圧を負荷する前または負荷した後に前記穴抜きパンチを後退させ、前記筒状部材の外側に前記内液圧によって凸形状の前記突起を形成し、しかる後に、前記穴抜きパンチを前進させて穴抜き加工することに特徴を有する。
【００１１】
この発明によれば、穴抜きパンチは、内液圧を負荷する前または負荷した後に後退するので、後退した部分に、筒状部材の外側に向かって凸形状となる突起および、前記突起の周囲に肉厚減少部が形成される。この突起は、突起の先端側からの加圧に対する剛性が高くなっているので、穴抜きパンチを前進させて突起の先端側から加圧することによって、その突起をなす変形部分を一体として、肉厚減少部から容易に穴抜き加工することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の筒状部材の液圧穴抜き加工方法において、先端が凸形状の前記穴抜きパンチを前進させ、当該穴抜きパンチによって前記筒状部材の内部側に凸形状の前記突起と、この突起の周囲に肉厚減少部を形成し、しかる後に、前記穴抜きパンチを後退させまたは後退させつつ、前記内液圧によって前記筒状部材の外側方向に穴抜き加工することに特徴を有する。
【００１３】
この発明によれば、凸形状の突起は、凸形状の先端を有する穴抜きパンチを前進させることによって筒状部材の内部側に形成される。この突起は、上述のように、突起の先端側からの加圧に対する剛性が高くなっており、また、この突起周囲に肉厚減少部が形成されているので、穴抜きパンチを後退させた後にまたは後退させつつ、比較的低い内液圧で筒状部材の外側方向に穴抜き加工することができる。突起をなす変形部分は、一体として穴抜きされ、穴径精度や穴抜きされた部分の面精度に優れ、ダレのない穴を加工することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載の筒状部材の液圧穴抜き加工方法において、前記穴抜きパンチは、先端の外周部にシャーエッジが形成されていることに特徴を有する。
【００１５】
この発明によれば、穴抜きパンチの先端の外周部にシャーエッジが形成されているので、筒状部材の外側面には、穴抜きパンチの前進によってシャーエッジの食い込み痕が形成される。この食い込み痕は肉厚減少部となり、剛性が高められた突起部分を穴抜き加工する際に加えられるせん断力を、より一層集中させることができるので、穴抜きはより容易になり、破断面がきれいになる。その結果、より一層穴径精度や穴抜きされた部分の面精度に優れ、ダレの少ない穴をより低い内液圧においても加工することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。
【００１７】
本発明の筒状部材の液圧穴抜き加工方法は、筒状部材の内部に内液圧を負荷しつつ、筒状部材に穴抜き加工を行う加工方法において、一旦、穴抜き形状に沿って全周にわたる肉厚減少部を形成した後、前記肉厚減少部の内側を加圧し、穴抜き加工を行なう方法であり、また、最終的に穴抜き加工する方向とは逆方向に、凸形状で且つ穴抜きされる寸法と略等しい外形を持った突起を形成することによって、その突起の外周部に、内液圧と工具との狭持により肉厚減少部を形成した後、穴抜きパンチまたは内液圧により、その突起の先端側から加圧して肉厚減少部の内側を穴抜き加工する方法である。この液圧穴抜き加工方法は、最終的に穴抜き加工する方向とは逆方向に形成される凸形状の突起を、（ｉ）筒状部材の外側方向に形成する方法と、（ｉｉ）筒状部材の内部側に形成する方法の二つの方法に大別される。
【００１８】
最初に、第一の方法、すなわち凸形状の突起を筒状部材の外側方向に形成し、その後に肉厚減少部の内側を加圧して穴抜き加工を行う方法について説明する。図１は、本発明の筒状部材の液圧穴抜き加工方法の一例を示す正面断面図である。図１においては、図１（ａ）から図１（ｃ）の順に加工される。
【００１９】
先ず、図１（ａ）に示すように、穴抜きパンチ１１を、筒状部材１４の外側表面に配置される工具１６の当接面１９から所定の長さだけ後退した位置に配置する。穴抜きパンチ１１をそうした位置に配置するのは、筒状部材１４の内液圧Ｐを負荷する前であっても負荷した後であってもよい。その方法としては、予め当接面１９から所定の長さだけ隔てた位置に配置しても、当接面１９と同じ位置から後退させて配置してもよい。このうち、穴抜きパンチ１１を工具１６の当接面１９と同じ位置から後退させる方法としては、内液圧Ｐと穴抜きパンチ１１の駆動手段の圧力Ｐｃとの相対差によって後退させることができる。例えば、内液圧Ｐを増圧して筒状部材１４を変形しつつ穴抜きパンチ１１を後退させたり、穴抜きパンチ１１の駆動手段の圧力Ｐｃを減圧して、内液圧Ｐによって筒状部材を変形しつつ穴抜きパンチ１１を後退させたりすることができる。また、穴抜きパンチ１１を機械的に制御して後退させることもできる。
【００２０】
次に、図１（ｂ）に示すように、筒状部材１４を内液圧Ｐによって塑性変形し、筒状部材１４の外側方向に凸形状となる突起１５を形成する。上述のように、穴抜きパンチ１１は、筒状部材１４の外側表面の位置から所定の間隔を隔てて配置されることになるので、そのスペースに凸形状の突起１５を形成できる。この突起１５は、穴抜きパンチ１１を予め所定の位置に配置する場合には、その後に加えられた筒状部材１４の内液圧Ｐによって形成される。また、穴抜きパンチ１１を所定の位置まで後退させて配置する場合には、後退後に加えられた筒状部材１４の内液圧Ｐによって突起１５を形成したり、筒状部材１４の内液圧Ｐによって、穴抜きパンチ１１を後退させつつ突起１５を形成したりすることができる。
【００２１】
このうち、内液圧Ｐによって穴抜きパンチ１１を後退させつつ凸形状の突起１５を形成する方法には、内液圧Ｐと穴抜きパンチ１１の駆動手段の圧力Ｐｃとの相対差を調節するによって、穴抜きパンチ１１を強制後退させながら凸形状の突起１５を形成する方法がある。具体的には、内液圧Ｐを増圧させることによって、圧力Ｐｃとの相対差を拡大して穴抜きパンチ１１を強制後退させたり、圧力Ｐｃを減圧させることによって、内液圧Ｐとの相対差を拡大して穴抜きパンチ１１を強制後退させる。また、内液圧Ｐと圧力Ｐｃの両方を同時に変化させて相対差を拡大して穴抜きパンチ１１を強制後退させてもよい。各圧力の相対差によって穴抜きパンチ１１を強制後退させる方法は、製造上その制御が簡便となるので、通常好ましく用いられる。
【００２２】
こうして形成された突起１５は、塑性変形に基づく加工歪みの蓄積やドーム形に変形した突起周辺の形状効果によって、突起１５の先端側からの加圧に対する剛性が、塑性変形していない部分に比べて高くなる。なお、塑性変形した突起１５の外形寸法は、後退した穴抜きパンチ１１の外形寸法とほぼ同じである。さらに、ドーム形に変形した突起周辺は、全周にわたり工具１６の角部に押し付けられ、内液圧Ｐと工具１６との狭持により肉厚減少部２０が形成される。
【００２３】
最後に、図１（ｃ）に示すように、穴抜きパンチ１１を筒状部材１４の内部側に前進させることによって穴抜き加工する。すなわち、穴抜きパンチ１１を、凸形状の突起１５の先端側から筒状部材１４の内部側に加圧して前進させる。このとき、凸形状の突起１５は、上述のように、突起１５の先端側からの加圧に対する剛性が高いので、塑性変形して剛性が高くなっている部分と塑性変形しないで剛性が高くなっていない部分との境界部分（以下「境界部」という。）は、穴抜きパンチ１１で加圧されることによって、せん断力が集中し、なおかつ、この部分は肉厚減少部２０となっているため、せん断力が集中しやすくなる。その結果、穴抜きパンチ１１を前進させて肉厚減少部２０の内側を加圧することによって、凸形状の突起１５を形成する変形部分は、一体となって穴抜き加工される。こうして穴抜きされた破断面１７は、せん断力が集中して破断されているので、比較的低い内液圧においても穴径の精度や穴抜きされた部分の面精度が優れ、また、穴の周辺部のダレは少ない。なお、このときの穴抜きパンチ１１の前進およびその速度等は、上述したような内液圧Ｐと圧力Ｐｃとの相対差を調節して制御したり、機械的に制御して行うことができる。
【００２４】
以上説明したように、凸形状の突起１５を筒状部材１４の外側方向に形成し、その後に穴抜き加工を行う方法においては、穴抜きパンチ１１の形状は、図１に示すように、その先端１２が平坦のものが通常使用される。また、図２に示すように、先端２２の形状をより深くして曲率半径の小さい凹形状にした穴抜きパンチは、肉厚減少部２０の形成を容易にさせるので、好ましく使用される。さらに、凹形状の先端２２の外周部にシャーエッジ２３が形成された穴抜きパンチ２１を使用することが特に好ましい。この穴抜きパンチ２１は、先端２２が深い凹形状になっているので、剛性が高まった凸形状の突起２５に対して変形応力を加えることがない。また、このシャーエッジ２３は、穴抜きパンチ２１が筒状部材１４の内部側に前進する際に、前述の境界部に食い込むので、穴抜きパンチ２１の前進によるせん断力をより一層集中させることができる。その結果、せん断された破断面２７は、よりきれいな面となり、穴径精度に優れ、ダレの発生もみられない。
【００２５】
次に、第二の方法、すなわち凸形状の突起を筒状部材の内部側に形成することによって突起周囲に肉厚減少部を形成し、その後に肉厚減少部の内側を加圧して穴抜きする方法について説明する。図３は、本発明の筒状部材の液圧穴抜き加工方法の他の一例を示す正面断面図である。図３においては、図１（ａ）から図１（ｂ）の順に加工される。この方法では、先端３２が凸形状の穴抜きパンチ３１が用いられる。
【００２６】
先ず、図３（ａ）に示すように、先端３２が凸形状の穴抜きパンチ３１を、筒状部材１４の外側から内部側に前進させて、凸形状の突起３５を筒状部材１４の内部側に形成する。穴抜きパンチ３１を前進させる方法としては、内液圧Ｐと穴抜きパンチ３１の駆動手段の圧力Ｐｃとの相対差によって前進させることができる。具体的には、穴抜きパンチ３１の駆動手段の圧力Ｐｃを増圧させることによって、内液圧Ｐとの相対差を拡大して穴抜きパンチ３１を前進させたり、内液圧Ｐを減圧させることによって、圧力Ｐとの相対差を拡大して穴抜きパンチ３１を前進させる。また、内液圧Ｐと圧力Ｐｃの両方を同時に変化させて相対差を拡大して穴抜きパンチ３１を前進させてもよい。各圧力の相対差を調節することによって穴抜きパンチ３１を強制後退させる方法は、製造上その制御が簡便となるので、機械的に制御して前進させるよりも通常好ましく用いられる。
【００２７】
穴抜きパンチ３１を前進させて形成された凸形状の突起３５は、上述した突起１５と同じ性質、すなわち塑性変形に基づく加工歪みの蓄積やドーム形に変形した形状効果によって、突起３５の先端側からの加圧に対する剛性が、塑性変形していない突起周辺の部分に比べて高くなる。なお、塑性変形した突起３５の外形寸法は、前進した穴抜きパンチ３１の外形寸法とほぼ同じである。なお、この際、図３（ａ）に示すように、穴抜きパンチ３１をその外周エッジ３６まで押し込むことによって、境界部に厚さの薄い肉厚減少部３０を形成している。この肉厚減少部３０は、突起３５の外周部が工具１６の角部に押し付けられ、内液圧Ｐと工具１６との狭持によって形成される。
【００２８】
次に、図３（ｂ）に示すように、穴抜きパンチ３１を、凸形状の突起３５の先端側から筒状部材１４の外側方向に後退させる。このとき、凸形状の突起３５は、上述のように、突起３５の先端側からの加圧に対する剛性が高いので、前述の境界部は、内液圧Ｐで加圧されることによってせん断力が集中し、さらにこの境界部は肉厚減少部３０となっているため、せん断力がより一層集中しやすい。その結果、穴抜きパンチ３１を後退させて肉厚減少部３０の内側を加圧することによって、筒状部材１４に形成された凸形状の突起３５は、比較的低い内液圧Ｐでも境界部でせん断し、一体となって穴抜き加工される。このとき、穴抜きパンチ３１を後退させた後に内液圧Ｐで加圧して穴抜きしても、穴抜きパンチ３１を後退させつつ内液圧Ｐで加圧して穴抜きしてもよい。穴抜きパンチ３１を後退させる方法は、既に述べた方法、すなわち内液圧Ｐと穴抜きパンチ３１の駆動手段の圧力Ｐｃとの相対差を適宜調節することによって制御したり、機械的に制御して行うことができる。こうして穴抜きされた破断面３７は、せん断力が集中して破断されているので、穴径の精度が優れ、また、穴の周辺部のダレは少ない。
【００２９】
さらに、先端が凸形状の穴抜きパンチに、シャーエッジを設けたものを用いることもできる。図４は、その一例を示している。この穴抜きパンチ４１は、凸形状の先端４２が形成されていると共に、外周部にシャーエッジ４３が形成されている。また、先端４２とシャーエッジ４３の間には、凹み４４が形成されている。こうした穴抜きパンチ４１を筒状部材の内部側に前進させると、筒状部材の内部側には、穴抜きパンチ４１の先端４２で押し込まれた凸形状の突起が形成される。その際、穴抜きパンチ４１に設けられたシャーエッジ４３によって、筒状部材の外側表面に食い込み痕が形成される。この食い込み痕は、通常、境界部に概ね一致し、その部分には見かけ上の肉厚減少部が形成される。その結果、その後に穴抜きパンチが後退したとき、凸形状の突起の先端側から加わる圧力によって、食い込み痕にせん断力がより一層集中してせん断しやすくなる。こうして穴抜き加工された後の破断面は、よりきれいになり、穴径精度もより優れたものとなる。
【００３０】
以上説明したように、本発明の筒状部材の液圧穴抜き加工方法においては、最終的に穴抜き加工する方向とは逆方向に形成される凸形状の突起を、筒状部材の外側方向に形成する方法であっても、筒状部材の内部側に形成する方法であっても、打抜かれる部分にあらがじめ肉厚減少部を形成しておくことによって、比較的低い内液圧においても、穴径精度や穴抜きされた部分の面精度が優れて、ダレのない穴抜き加工を行うことができる。なお、この方法によって穴抜きする穴形状は、丸穴、角穴、異形穴の何れの形状でもよく、求める形状に適合した穴抜きパンチを用いることができる。
【００３１】
また、本発明で用いられる筒状部材は、通常アルミニウム合金が用いられるが、材料や合金の種類は特に限定されるものではない。さらに、本発明の穴抜き加工方法は、一般的に用いられている内液圧加工方法に適用することができる。従って、その条件、すなわち流体の種類や内液圧は内液圧成形加工装置の一般的な条件の範囲内で行われる。例えば、内液圧としては、約５００〜１５００気圧の圧力範囲で行われる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の筒状部材の液圧穴抜き加工方法によれば、一旦、穴抜き形状に沿って全周にわたる肉厚減少部を形成した後、前記肉厚減少部の内側を加圧し、穴抜き加工を行なう方法であり、さらに一旦、最終的に穴抜き加工する方向とは逆方向に形成される突起が、その突起の先端側からの加圧に対して剛性が高くなっているので、その突起の先端側から加圧すると、剛性が高められている突起の部分と、剛性が高められていない突起周辺部分との境界部である前記肉厚減少部にせん断力が集中し、剛性が高められている突起の部分が一体となってせん断し、穴抜き加工される。その結果、穴径精度や穴抜きされた部分の面精度に優れると共に、その周辺部にダレの少ない穴を、比較的低い内液圧においても加工することができる。
【００３３】
本発明の穴抜き加工方法を採用することによって、パイプ状の中空筒状部材を内液圧成形法によって成形加工する際に、成形加工と穴抜き加工を、内液圧成形加工の一連の工程内で同時に行うことができる。その結果、経済性にも優れた車体やシャーシ部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の筒状部材の液圧穴抜き加工方法の一例を示す正面断面図である。
【図２】本発明に用いられる他の形状の穴抜きパンチを用いた穴抜き形態を示す正面断面図である。
【図３】本発明の筒状部材の液圧穴抜き加工方法の他の一例を示す正面断面図である。
【図４】本発明に用いられる穴抜きパンチの先端形状の一例を示す正面断面図である。
【図５】従来の筒状部材の液圧穴抜き加工方法の一例を示す正面断面図である。
【符号の説明】
１１、２１、３１、４１  穴抜きパンチ
１２、２２、３２、４２  先端
１４  筒状部材
１５、２５、３５  突起
１６  工具
１７、２７、３７  破断面
１９  当接面
２０、３０  肉厚減少部
２３、４３  シャーエッジ
３６  外周エッジ
４４  凹み
Ｐ  内液圧
Ｐｃ  穴抜きパンチの駆動手段の圧力
【図１】
0003737318.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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