(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム中空押出材で、該押出材の中空部内に周壁から径方向に横切る仕切り壁をそなえたものを、軸方向に圧縮しながら中空部に内圧を加えてハイドロフォーミング加工を施す方法において、前記仕切り壁の軸方向圧縮量を周壁の軸方向圧縮量より５ｍｍ以上大きくして加工することを特徴とするハイドロフォーミング加工方法。
【請求項２】
アルミニウムの中空押出材の端部から所定長さにわたって仕切り壁を除去し、該押出材の端部に段付き軸押工具を装入して中空部内に押し込み、段付き軸押工具の先端部で仕切り壁を軸方向に圧縮するとともに、段付き軸押工具の段部で周壁を軸方向に圧縮して加工することを特徴とする請求項１記載のハイドロフォーミング加工方法。
【請求項３】
アルミニウムの中空押出材の端部に、中央部軸押ポンチに外周部軸押ポンチを摺動可能に被嵌してなる軸押ポンチを装入し、該軸押ポンチの中央部軸押ポンチで仕切り壁を軸方向に圧縮するとともに、外周部軸押ポンチで周壁を軸方向に圧縮して加工することを特徴とする請求項１記載のハイドロフォーミング加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイドロフォーミング加工方法、とくに、自動車車体用のアルミニウム構造部材を得るのに好適なハイドロフォーミング加工方法に関する。なお、本発明において、アルミニウムは工業用純アルミニウムおよびアルミニウム合金を含む。
【０００２】
【従来の技術】
ハイドロフォーミングは、液圧バルジ成形、静水圧バルジ成形ともいわれ、金属管、中空形材などの中空材を素材として、この中空材を上下の金型にセットし、中空材内部に低圧で液体、例えば油や水を送り込み、中空材の両端部から中空材内部の空気を排除しながらシリンダーを装入して両端部をシールし、中空材内部に附加される圧力とシリンダーの押し込み圧を相互に調整しながら中空材を所定形状に成形する成形方法である。
【０００３】
ハイドロフォーミングによれば、中空素材の断面形状を自由に変形することができ、種々の形状への一体成形が可能となるから、部品数削減によるコストダウンが期待でき、成形された部材の強度についての信頼性が向上する。このため、自動車車体用のパイプ状構造部材の成形方法として広く使用され始めている。
【０００４】
近年、自動車産業においては、地球環境保護やエネルギー消費削減に対処して、燃費の向上を実現するために、アルミニウム材の使用による車体の軽量化が進行しているが、従来の車体の剛性を維持するために、自動車車体用のアルミニウム構造部材の素材としてのアルミニウム中空押出材についてもハイドロフォーミングが試みられている。
【０００５】
しかしながら、アルミニウム中空押出材の内部に液圧を附加し、中空材の周長を拡大しながら成形（以下、拡管成形）して得たハイドロフォーミング部材は、等分布荷重に対しては強度面で十分な信頼性を有しているが、中空材であるために、ねじれ荷重や衝突などの局部的な荷重に対して断面形状の維持が困難であり、信頼性に欠けるという問題点がある。
【０００６】
強度改善のために、アルミニウムの中空押出材で、この中空押出材の中空部を周壁から径方向に横切る仕切り壁をそなえたものが提案されているが、この仕切り壁付きアルミニウム中空材について通常のハイドロフォーミング加工を行うと、仕切り壁の変形が周壁の拡大変形について行くことができず、１０％未満の拡管成形で仕切り壁に破断が生じる。
【０００７】
この問題を解決するために、仕切り壁を、ハイドロフォーミング加工により中空部が所定の形状となったとき、平坦化されるよう余長をもたせて形成したハイドロフォーミング用アルミニウム中空押出材が提案されている（特願２００１−２６８４２６号）が、ハイドロフォーミング加工度を考慮して余長を決定し、余長を有し中空部内で曲がった仕切り壁をそなえたアルミニウム中空材を押出成形することは簡単ではない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、アルミニウムの中空押出材で、この中空押出材の中空部内に周壁から径方向に横切る仕切り壁をそなえたものにハイドロフォーミング加工を施す方法の改良に関するもので、その目的は、余長の無い平坦な仕切り壁を有するアルミニウムの中空押出材を素材として、１０％以上の拡管成形を可能とするハイドロフォーミング加工方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１によるハイドロフォーミング加工方法は、アルミニウム中空押出材で、該押出材の中空部内に周壁から径方向に横切る仕切り壁をそなえたものを、軸方向に圧縮しながら中空部に内圧を加えてハイドロフォーミング加工を施す方法において、前記仕切り壁の軸方向圧縮量を周壁の軸方向圧縮量より５ｍｍ以上大きくして加工することを特徴とする。
【００１０】
請求項２によるハイドロフォーミング加工方法は、請求項１において、アルミニウムの中空押出材の端部から所定長さにわたって仕切り壁を除去し、該押出材の端部に段付き軸押工具を装入して中空部内に押し込み、段付き軸押工具の先端部で仕切り壁を軸方向に圧縮するとともに、段付き軸押工具の段部で周壁を軸方向に圧縮して加工することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３によるハイドロフォーミング加工方法は、請求項１において、アルミニウムの中空押出材の端部に、中央部軸押ポンチに外周部軸押ポンチを摺動可能に被嵌してなる軸押ポンチを装入し、該軸押ポンチの中央部軸押ポンチで仕切り壁を軸方向に圧縮するとともに、外周部軸押ポンチで周壁を軸方向に圧縮して加工することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明においては、アルミニウムの中空押出材で、図１〜４に示すように、押出材１の中空部２内に周壁３から径方向に横切る仕切り壁４をそなえたものを素材として適用する。なお、素材において、仕切り壁４の肉厚は周壁３の肉厚の０．５〜１．５倍とするのが好ましく、０．５倍未満ではハイドロフォーミングによる拡管成形において仕切り壁が破断し易くなり、破断せずに成形できたとしても強度の点で不十分となる。１．５倍を越えて大きくすると、軽量化の目的が達成され難くなる。
【００１３】
上記アルミニウム中空押出材を、図５に示すように、定盤上の下金型７にセットし、上金型６を降下させて下金型７に押し付けるように金型５を固定し、アルミニウム中空押出材１の内部に低圧で液体、例えば油や水を送り込み、空気を排除しながら軸押シリンダ（図示せず）を介して左右の軸押工具８、９を前進させ、アルミニウム中空押出材１の端部に僅かに押し込んでアルミニウム中空押出材１の両端部をシールする。
【００１４】
ついで、アルミニウム中空押出材１の内部の圧力と軸押込シリンダの圧力を相互に調整しながら軸押工具８、９を押し込み、図５の右半分（成形後）に示すように、アルミニウム中空押出材１を金型に沿わせるよう拡管成形するハイドロフォーミングを行い製品１０とする。
【００１５】
本発明においては、この場合、中空押出材の仕切り壁の軸方向圧縮量を中空押出材の周壁の軸方向圧縮量より５ｍｍ以上大きくしてハイドロフォーミング加工を行うことを特徴とし、これにより拡管率１０％以上のハイドロフォーミング加工を行うことが可能となる。以下、その具体的な実施形態について説明する。
【００１６】
第１の実施形態においては、図６に示すように、予めアルミニウム中空押出材１の端部から所定長さＬ0 の部分で仕切り壁４を除去しておき、つぎに、所定長さＬ0 の仕切り壁が除去されたアルミニウム中空押出材１の端部に、段付き軸押工具１１を装入して中空部２内に押し込む（図６（Ａ））。
【００１７】
段付き軸押工具１１は先端部１２の後方Ｌ1 の距離のところに段部１３を形成してなるものであり、これをアルミニウム中空形材１の中空部２に押し込むと、まず、段付き軸押工具１１の先端部１２が仕切り壁４に当たり、仕切り壁４を軸方向に圧縮し（図６（Ｂ））、ついで、段付き軸押工具１１の段部１３が周壁３を軸方向に圧縮する（図６（Ｃ））。
【００１８】
すなわち、段付き軸押工具１１を用いることによって、アルミニウム中空押出材１の仕切り壁４が周壁３に比べて優先的に圧縮され、仕切り壁４の軸方向圧縮量を周壁３の軸方向圧縮量より大きくすることができる。この状態でハイドロフォーミング加工を行うことにより、仕切り壁は破断することなく拡管率１０％以上の成形を行うことができる。
【００１９】
軸方向押し込み量は、（仕切り壁の軸方向押し込み量−周壁の軸方向押し込み量）を５ｍｍ以上、従って、Ｌ1 −Ｌ0 ≧５ｍｍとすることが好ましく、仕切り壁の軸方向押し込み量は１０ｍｍ以上、周壁の軸方向押し込み量は５ｍｍ以上とするのが好ましい。これらの限界値未満では、仕切り壁の拡管変形能が不十分となり易い。仕切り壁の軸方向押し込み量は１５ｍｍ以上、周壁の軸方向押し込み量は１０ｍｍ以上とするのがさらに好ましい。
【００２０】
第２の実施形態においては、図７に示すように、アルミニウム中空押出材１の端部に、中央部軸押ポンチ１５に外周部軸押ポンチ１６を摺動可能に被嵌してなる軸押ポンチ１４を装入し（図７（Ａ）（Ｂ））、まず、中央部軸押ポンチ１５を突出させて仕切り壁４を軸方向に圧縮し（図７（Ｂ））、ついで、外周部軸押ポンチ１６で周壁３を軸方向に圧縮する（図７（Ｃ））。
【００２１】
上記の工程により、アルミニウム中空押出材１の仕切り壁４が周壁３に比べて優先的に圧縮され、仕切り壁４の軸方向圧縮量を周壁３の軸方向圧縮量より大きくすることができる。この状態でハイドロフォーミング加工を行うことによって、仕切り壁は破断することなく拡管率１０％以上の成形を行うことができる。
【００２２】
第２の実施形態においても、軸方向押し込み量は、（仕切り壁の軸方向押し込み量−周壁の軸方向押し込み量）を５ｍｍ以上、従って、Ｌ2 ≧５ｍｍとすることが好ましく、仕切り壁の軸方向押し込み量は１０ｍｍ以上、周壁の軸方向押し込み量は５ｍｍ以上とするのが好ましい。これらの限界値未満では、仕切り壁の拡管変形能が不十分となり易い。仕切り壁の軸方向押し込み量は１５ｍｍ以上、周壁の軸方向押し込み量は１０ｍｍ以上とするのがさらに好ましい。
【００２３】
なお、上記第１の実施形態においても、第２の実施形態においても、軸方向押し込みにおいて、段付き軸押工具１１あるいは軸押ポンチ１４と接する仕切り壁および周壁は座屈するため、この部分は除去して製品１０とする。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、その効果を実証する。なお、これらの実施例は、いずれも断面が円形の中空押出材の拡管成形についてのものであるが、本発明は断面円形の押出材を素材とするものに限定されるものではなく、種々の形状の断面を有する押出材を素材として適用することができる。
【００２５】
実施例１
ポートホール押出により、常法に従って、図３の形状を有する６０６３合金の中空押出材（外径：６０．５ｍｍ、周壁肉厚：３ｍｍ、仕切り壁肉厚：３ｍｍ）を作製し、焼鈍処理を行ってＯ材とした。
【００２６】
これらの中空形材を素材（試験材）として、図６に示す段付き軸押工具１１および図７に示す軸押ポンチ１４を用いて、表１に示す条件により、拡管率１５％の金型を使用するハイドロフォーミング加工を行い、成形後の断面形状、各部の寸法を調査するとともに、成形の可否を評価した。結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１にみられるように、本発明による軸方向押し込み方式に従う試験材Ｎｏ．１〜６はいずれも、仕切り壁の破断がなく、所定形状に拡管成形され、仕切り壁、周壁の肉厚も均一であった。
【００２９】
比較例１
ポートホール押出により、常法に従って、図３の形状を有する６０６３合金の中空押出材（外径：６０．５ｍｍ、周壁肉厚：３ｍｍ、仕切り壁肉厚：３ｍｍ）を作製し、焼鈍処理を行ってＯ材とした。
【００３０】
これらの中空形材を素材（試験材）として、端部の仕切り壁を除去することなく、通常の軸押工具を用い、仕切り壁の軸方向圧縮量と周壁の軸方向圧縮量を同一として、表２に示す条件により、拡管率１５％の金型を使用するハイドロフォーミング加工を行い、成形後の断面形状、各部の寸法を調査するとともに、成形の可否を評価した。結果を表２に示す。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
表２に示すように、試験材Ｎｏ．７〜１０を素材とし、仕切り壁と周壁の軸方向押し込み量を同一としたものは、いずれも仕切り壁の伸びが十分でなく、周壁が金型内面形状に沿う前に、仕切り壁間の周壁が周方向に局部的に張り出し、破断した。
【００３３】
【発明の効果】
平坦な仕切り壁を有するアルミニウムの中空押出材を素材として、１０％以上の拡管成形を可能とするハイドロフォーミング加工方法が提供される。軟質なアルミニウム材を用いた場合にも、ハイドロフォーミングによる加工硬化で高強度のものを得ることができ、押出材を用いるため、コストの低減も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハイドロフォーミング加工方法に用いる仕切り壁を有するアルミニウム中空形材の略式断面図である。
【図２】本発明のハイドロフォーミング加工方法に用いる仕切り壁を有するアルミニウム中空形材の略式断面図である。
【図３】本発明のハイドロフォーミング加工方法に用いる仕切り壁を有するアルミニウム中空形材の略式断面図である。
【図４】本発明のハイドロフォーミング加工方法に用いる仕切り壁を有するアルミニウム中空形材の略式断面図である。
【図５】本発明におけるハイドロフォーミングの工程を示す概略図である。
【図６】本発明のハイドロフォーミング加工方法の実施例を示す説明図である。
【図７】本発明のハイドロフォーミング加工方法の他の実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  アルミニウム中空押出材
２  中空部
３  周壁
４  仕切り壁
５  金型
６  上金型
７  下金型
８  軸押工具
９  軸押工具
10  製品
11  段付き軸押工具
12  先端部
13  段部
14  軸押ポンチ
15  中央部軸押ポンチ
16  外周部軸押ポンチ
【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】
0003794680.tif 000008
【図６】
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【図７】
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