Hydroforming
当社のハイドロフォーミング

ＹＡＭＡＭＯＴＯ ＳＵＩＡＴＵ ＫＯＧＹＯＳＨＯ Ｃｏ．，ＬＴＤ.

【当社の経歴】
創立 1930 年以来 、社名の通り水圧機器(水圧ポンプ、各バルブ等)とその応用装置を中心に開発し、今日に至っております。
経営理念に「 水五則 」を掲げ、弊社の製品は水をテーマにし、その「 圧力活かす 」で取組んでまいりました。
・ 圧力を静的 (Static)に活用すると水圧試験装置や 高圧カプセル
・ 水圧力を動的 (流れ=Flow)に活用したのがハイドロフォーミングです。
・ 更に動的な圧力を噴射(Dynamic)で活用すると洗浄やマーキング、カッティング装置

当社は、 水圧力を動的に活用した多種多様な管加工のお手伝いを行ってきました。

【ハイドロフォームの脚光は】19632年に、「T継手成型」を製作して以来取組んでまいりました「ハイドロフォーミング」
は当時、「バルジフォーミング」呼ばれていました。 単に色んな形に膨らます加工が中心で絞り、曲げ、穴加工等は別工程(装置)で行なわれて いました。水圧力を利用して凹みや曲げ、穴加工も同時に出来る加工法がハイドロフォーミングと称しています。
当時、最も効果があった製品は、水道蛇口は鋳物で製造していた工程からハイドロ化したことで 大幅な人員削減とメツキ面光沢で著しい品質向上となりました。

1990 年ドイツでのＴＵＢＥ国際見本市に出展すると当時に、ハイドロフォーミングの講演を行い、ヨーロッパでは大きな反響が有りました。
その後の1995 年ドイツ車が、ハイドロフォーミング部品を搭載して世界に送り出され一躍脚光を浴びました。

日本では 1998 年に自動車技術会大会で国際鉄鋼協会がわが国の高炉メーカー５社を含む世界１８ケ国の主要鉄鋼メーカー３５社が参加する大型ブロジェクト「ＵＬＳＡＢ（Ultra Light Steel Auto Body)」を日本で初めて公開されました。安全性・剛性を維持しつつ、鋼製車体をどこまで軽量化できるかを追求するのが目的でした。
弊社は、某鐵鋼メーカー研究所に35000KNハイドロフォームとパイプベンダーを納入して多くの部品の実用化に何らかの形で関与させていただき、加工技術のノウハウを掴めたと言えます。
近年は、自動車部品のみならず柱上開閉器ボディーケースなど多様な用途に利用されています。

Hydroforming

技術 の紹介1. Hydroforming 技術 の日本の歴史・背景紹介●１９６２年当社が日本初「Bulge Forming」によるＴ管製造機を製作●１９６４年名古屋工業研究所にて自転車のＬｕｇを開発一躍 Bulge ｆｏｒｍｉｎｇが注目された

その後次々と開発を行ったが主に「一般産業向け」が多かった。
この技術はＵＬＳＡＢ

Project以降自動車に採用されてから脚光を集めることとなりました。

2. ULSAB（Ultra Light Steel Auto Body） Project
１９９４年「Phase1」Start により｢高度な複合加工技術」で、用途拡大が進み新たな加工法として脚光を集め「Hydroforming 」として広く浸透した。
■発端はAluminum台頭への危機感より■目的
安全性・剛性を維持し，鋼製車体をどこまで軽量化できるか追求■結果・軽量化 ‥‥ ホワイトボディ質量が約２００Kgと、現行車の平均値より 25％軽減（全長4.8m全幅1.8mの大型車で、ドア，フロントフードなどのリッド類を除いた）・安全性 ‥‥時速55kmでの50％Offset 衝突などに対応

時速50km での側面衝突
時速56km での前面および後面Full lap衝突

3. Bulge Forming分類

Bulge FormmingHigh pressure Hydroforming
Low pressure Hydroforming
Rubber bulge forming

Energy蓄積法
Hydro punch
液中放電法
爆発成形法

軟金属 bulge forming
その他

4. 何故 Hydroforming ？
1234567

複雑形状中空部材の成型が可能
加工硬化による剛性向上
・一般的に高圧Hydroformingでは５～１５％拡管を行い比較的均一に加工硬化が発生する
肉厚減少が少ない
・軸圧縮荷重を加えるので減肉が少なく出来る一体成形で溶接工数の削減と断面係数の拡大
・重量軽減が可能 （一体成形により剛性が向上するぶん板厚が薄くできる）
品質の向上・パスカルの原理に従い全面に同一圧力が掛かる為に、応力歪が安定する
コストの削減・加工工程の削減
・金型費用の削減
ピアシング加工（穴加工）が同時に行なえる・高圧水による成形・軽量化⇒ 車はＣＯ2排出削減●環境に優しい！ ・部材の削減 ⇒ 資源の削減
・工程の削減 ⇒ 装置の削減にてＣＯ2排出削減

Pipe材で出来るHydroformingは軽量化と剛性向上の相反する問題を解決する手段として有効である

５. Hydroforming とは？ ( Process )管材を内側から高い水圧力と軸圧縮力を加えて膨らませ、外型形状に沿って変形させる成形加工方法。
通常曲げ加工、潰し加工を取り入れた複合成形となる。

曲げ加工 Prebending )潰し加工 ( Preforming )ハイドロフォー( Hydroforming )

R1

δ
F

R1

Die set

R2

R1

R1

R1

R1PunchR2

R2

R2

Die setFP６. Bulge Forming の代表的な特徴●Hydroforming
膨張量大きい、複雑な形状や 大形品も可能● Rubber bulge forming
膨張量少ない、簡単な形状に適する●軟金属 bulge forming
膨張量非常に大きい、主として空調用銅継手の成形に用いられる

Hydrofoming

Rubber Bulge Forming

南金属 Bulge Forming７. Hydroforming の特徴①．複雑形状中空部材の成形が可能
Crossing member

Hydroforming

Crushing
素管材質 ＳＴＫＭ１１Ａ
φ76.3×t2.3×Ｒ110

７. Hydroforming の特徴①．複雑形状中空部材の成形が可能
ＦＥ
Ａ Ｂ Ｃ

Ｄ

F部側面

Ａ部

B部

C部

F部

E部

D部

半分のみ表示
写真右側潰し加工／左側ＴＨＦ加工品

７. Hydroforming の特徴②．加工硬化による剛性向上
通常高圧Hydroformingでは５～１５％拡管を行い加工硬化発生
溶接構造との強度ＵＰ比較

Bendingstiffness

Bending stress
Torsional stiffness
Torsional stress＋４０％－３０％＋７％－２１％（Technische Mitteilungen文献より）

Work hardening chart
STKM 11鋼
管 686の機 588
械
的 490
性
質 392のN/mm2変化

伸び％40302010102030

加工度 ％4050

７. Hydroforming の特徴③．溶接工数の削減と断面係数の拡大● 一体成形で溶接 Flange がない。
● Flangeがない分大断面の部材が設計できる。
AA( A) ハイド ロフォーミング

( B ) 最中方式

Hydroforming

溶接構造と断面比較( C) 弁当箱方式

７. Hydroforming の特徴④．減肉が少ない● 軸圧縮荷重を加えるので減肉が少ない

FFPPipe押し込み

７. Hydroforming の特徴⑤．部材Costの削減● Seal 部を切り捨てるだけなので歩留 ま りが良い。
用途によっては１００％使用可能

Press 品

廃材

歩留率70％

Hydroforming品
歩留率90％

歩留の比較

７. Hydroforming の特徴⑥．品質の向上●閉断面で応力歪みが安定し精度が良い●閉断面で合わせ不良がない●拡管により降伏点（ＹＰ）を越えSpring backが小さい●Piercing等の加工が同一工程で 行え精度が上がり再現性が良い

精度０．５mm

精度０．２mmPress品Hydroforming品

７. Hydroforming の特徴⑦．工程数の削減●一体化が容易で前後の工程数を減らすことが可能●工程が非常にSimple●精度向上によりRobot 化が容易
●ピアシング加工、端末加工等が同一工程で可能
32
145

部品構成比較

７. Hydroforming の特徴⑧．金型費用の削減●金型との摩擦が少ないため磨耗少ない●工程数減少で金型費用が削減●雄型が不要である

型寿命４０～５０万回

型寿命９０～１００万回

Press

Hydroforming７. Hydroforming の特徴⑨．作業環境の向上●Ｐｉｐｅ構造で鋭く尖った角がなく安全に梱包 搬送ができる●溶接個所削減により作業環境が良くなる⑩．物流Ｃｏｓｔと労務費の削減●工程数が少なく物流Ｃｏｓｔが少ない●組付部品の減少で直接労務費が安くなる⑪．重量の軽減削減●一般には２０～３0％軽くなると言われている７. Hydroforming の特徴⑫．Piercing加工(穿孔)が同一行程内で行える●●

多種多用の穴が明けられる
十数個の穴を同時に明ける事が可能（実例５０個所）

Ｐ

内抜き方式

穴の形状

Ｐ

Ｐ

Louver方式

外抜き方式

一部切り残し切粉を残す

平坦度が良い等多様8. Preforming技術 （この技術で70％成功）
ＢＥＮＤＥＲの種類と主な特徴
押付け曲げ

引き曲げ
ＢＥＮＤ ＤＩＥ

pipe

ＢＥＮＤ ＤＩＥ

pipe

引張曲げPress曲げ
ＢＥＮＤ ＤＩＥ

ＣＬＡＭＰ ＤＩＥ

pipe

ＢＥＮＤ ＤＩＥ

R1
ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＤＩＥ ＣＬＡＭＰ ＤＩＥ

厚肉から薄肉までの小Ｒ精
密曲げ可能

ロール曲げpipe

ＣＬＡＭＰ ＤＩＥ
ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＤＩＥ

装置が安価で作業性が良いが小Ｒには不向き

Wing ＤＩＥ

R2
複合Ｒ曲げに適す。航空機、アルミサッシュ等加工生産性は良いがパイプの変形が大きい

せん断曲げ

押し通し曲げ極小Ｒ曲げ可能

加工途中に曲げＲ可変可能
加工精度に難あり

Center roll

Bottom roll

大きな曲げＲに適す。任意にＲ調整可能

8. Preforming技術 （この技術で70％成功）
最も多く使用される引き曲げベンダーとは
ＢＥＮＤ ＤＩＥ ＴＯＯＬ ＳＥＴ
ＷＩＰＥＲ ＤＩＥ

Plug mandrel
ＢＥＮＤ ＤＩＥ

ＭＡＮＤＲＥＬ

Form mandrel
1 ball mandrel
Multiple mandrel
Lamination mandrel

ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＤＩＥ
ＩＮＳＥＲＴCable mandrel

ＣＬＡＭＰ ＤＩＥ

芯金の種類

曲げ形状はＤ/ＴとＲ/Ｄで決まる
15
CENTE LINE RADIUS
14OUT DIAMETER
1312ＢＥＮＤ ＤＩＥ 選定表

press及びcompletion

Ｄ領域

領域

ＢＥＮＤ ＤＩＥ

Ａ○Ｂ○Ｃ○Ｄ○

8ＣＬＡＭＰ ＤＩＥ○○○○

7ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＤＩＥ○○○○

1110R/DT

Ｃ領域

9Ｂ領域

6PLＵG ＭＡＮＤＲＥＬ○1 BALL ＭＡＮＤＲＥＬ

5MULTIPLE ＭＡＮＤＲＥＬ

4Ａ領域

3ＷＩＰＥＲ ＤＩＥ

2曲げ困難

11030

5070

D/T
90

OUT DIAMETERWALL THICKNESS○○○○○

8. Preforming技術 （この技術で70％成功）
最も多く使用される引き曲げベンダーとはAluminum（ sub frame ）Engine cradle 曲げ

ＭＡＮＩＦＯＬＤ 曲げ

Result of Draw Bend
Material Outer Dia Thickness Bend. Radius Bend. Angle NoteA5056-O
φ653.0Ｒ10090°
A5083-O
φ65
3.0Ｒ10090°
A5154-O
φ80
4.0Ｒ12090°
A6061-O
φ65
3.0Ｒ10045°90°failed8. Preforming Press.
金型噛込防止のためＰｉｐｅに潰し加工を行う
１26354Cylinder stroke ㎜
工程 123456
12550 2030
2345630
4020306070303550504060

6軸 Preforming Press

９. Hydroforming press 製作例

型締め力量 : 35,000KN

リングロック式

型締め力量 8,000KN

型締め力量 1,200KNメカロック