JP2005059047A - 液圧成形方法および液圧成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 板材同士の溶接等のために溶接工程が必要なく、予備成形体の材料流入を向上させることができる液圧成形装置を提供する。
【解決手段】 液圧成形装置３０は、成形品の外形形状に対応するキャビティ４１、５１と、予備成形体１０の縁部１４を保持するためのホルダ部４５、５５とを有する第１成形型５０および第２成形型４０とを有する。予備成形体１０は、重ね合わせた板材１１、１２からなる。板材１２は、予備成形として、予め端部が折り曲げられて、かしめ部１４が形成されている。液圧成形装置３０は、第１成形型５０および第２成形型４０のホルダ部４、５５により、重ね合わせた板材１１、１２の縁部を挟み込んで、かしめ部１４をかしめることによって、それらを一体に接合する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、液圧成形方法および液圧成形装置に関する。

従来の液圧成形においては、上下に分割された金型の内側に、重ね合わせた複数の金属板材の周辺を溶接接合してなる予備成形体を配置し、型締めする。そして、予備成形体の内側に液体を供給して、膨出させ、金型のキャビティに押圧して、製品形状に成形している（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−１６８８２７号公報

しかし、上述のような従来の液圧成形では、次の問題点が生じる。

問題点１
金属板材の周辺を溶接して予備成形体とするので、液圧成形前に溶接工程が必要となり、作業工数が多くなってしまう。

問題点２
金型によって押圧されている予備成形体の縁部は、成形初期において、金型のキャビティに向かって移動し、材料流入を引き起こす。ここで、溶接接合された予備成形体縁部を、予め滑らかにし、または余分な部分を除去しておかないと、材料流入を妨げる要因となってしまう。なぜなら、予備成形体の縁部は、金型のホルダ面に保持されているが、このホルダ面と擦れて摩擦抵抗を生じてしまうからである。これでは、材料流入に限界ができてしまい、理想的な液圧成形とはいえない。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、板材同士の溶接等のために溶接工程が必要なく、予備成形体の材料流入を向上させることができる液圧成形方法および液圧成形装置を提供することを目的とする。

本発明の液圧成形方法は、重ね合わせた板材を液圧成形するための液圧成形方法であって、前記重ね合わせた板材の間への加工液の注入前に、第１予備成形として、前記板材の縁部をかしめにより一体に接合する。

また、本発明の液圧成形装置は、重ね合わせた板材に適用される液圧成形装置であって、成形品の外形形状を分割して得られる一方の面に対応するキャビティと、前記板材の縁部を保持するためのホルダ部とを有する第１成形型と、前記成形品の前記外形形状を分割して得られる他方の面に対応するキャビティと、前記重ね合わせた板材の縁部を保持するためのホルダ部とを有する第２成形型と、を有し、前記重ね合わせた板材の間への加工液の注入前に、第１予備成形として、前記重ね合わせた板材の縁部をかしめにより一体に接合する。

本発明の液圧成形方法によれば、第１予備成形として、重ね合わせた板材の縁部をかしめるので、該縁部を溶接しなくても、容易に該縁部を接合し、板材間を密閉できる。縁部を溶接する必要ないので、作業時間の短縮を図れる。また、かしめてできた予備成形体は、溶接接合してできる予備成形体に比べて縁部が滑らかなので、ホルダ部との摩擦抵抗を生じにくく、良好な材料流入が達成できる。

本発明の液圧成形装置によれば、第１予備成形として、重ね合わせた板材の縁部をかしめるので、該縁部を溶接しなくても、容易に該縁部を接合し、板材間を密閉できる。縁部を溶接するための予備工程が必要ないので、作業時間の短縮を図れる。また、かしめてできた予備成形体は、溶接接合してできる予備成形体に比べて縁部が滑らかなので、ホルダ部との摩擦抵抗を生じにくく、良好な材料流入が達成できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る予備成形体を説明するための断面図、図２は、本発明の実施の形態に係る成形品を説明するための断面図である。

液圧成形には、少なくとも２枚の板材１１、１２を重ね合わせて用いる。板材１１、１２は、例えば、アルミニウム合金やステンレス鋼からなる。板材１２は、予め端部が折り曲げられて、かしめ部１４が形成されている。板材１１は、板材１２のかしめ部１４と略当接するように、板材１２に重ね合わされている。この段階では、板材１１、１２は、重ね合わせただけである。したがって、板材１１、１２は、かしめ部１４において接合されておらず、気密性もまだ確保されていない。以下では、上記２枚の板材１１、１２を重ね合わせたものを、予備成形体１０と称する。

予備成形体１０を、本発明により予備成形した後、液圧成形することで得られる成形品２０は、例えば、アスクル部品、サイドメンバ部品、ボディサイド部品等の自動車部品である。本実施の形態においては、液圧成形による変形量を大きくし、成形高さ限界を高くすることが可能である。

つまり、２次成形やブランケットの取付けを施すことなく、従来のものと比較して大きな成形高さＨを有する成形品２０を得ることができる。したがって、成形品２０の適用範囲が広い。

最初に、液圧成形装置による板材１１、１２の事前変形の動作について説明する。

図３は、本発明の実施の形態に係る液圧成形装置を説明するための断面図、図４は、図３の液圧成形装置における事前変形を説明するための断面図である。

液圧成形装置３０は、上型（第２成形型）４０と、下型（第１成形型）５０と、パンチ（オス型部材）６０とを有する。

上型４０および下型５０は、分割された金型であり、成形品２０の外形形状に対応するキャビティ４１、５１と、予備成形体１０の縁部を保持するためのホルダ部４５、５５とを有し、近接離間可能である。

ホルダ部４５には、凸部４６が形成されている。凸部４６は、かしめ部１４が板材１１側に折れ曲がるように傾斜された面を有する。このため、上型４０および下型５０の近接離間時には、予備成形体１０のかしめ部１４が凸部４６により板材１１（かしめ部が設けられていない板材）に向かって折り曲げられる。これにより、後述する第１予備成形の際に、板材１１、１２の端部をかしめ、一体に接合することが可能となる。下型５０には、上型４０の凸部４６の形状に対応する凹部５６が設けられている。

上型４０のキャビティ４１は、成形品２０の外形形状を分割して得られる一方の面に対応しており、下型５０のキャビティ５１は、成形品２０の外形形状を分割して得られる他方の面に対応する。

また、上型４０のキャビティ４１は、開口部４２を有する。パンチ６０は、開口部４２から外側（キャビティ内部）に突出自在に配置される。パンチ６０は、例えば、油圧あるいは空圧を駆動源とするシリンダ手段（往復動運動手段）によって制御される。

パンチ６０の端面６１は、略直角の縁部を有する平面状である。したがって、開口部４２に後退したパンチ６０の端面６１の縁部が、膨出することで接触する板材１１に、きずを生じさせることを抑制することができる。

パンチ６０は、下型５０に配置される予備成形体１０を、上型４０によって型締めする前において、事前変形（第２予備成形）するために使用される。第２予備成形は、パンチ６０を突出させることによって、キャビティ５１に位置する予備成形体１０の部位を押圧して変形させ、ホルダ部５５に位置する予備成形体１０の縁部（かしめ部１４）を、キャビティ５１に部分的に引き込むことである。

第２予備成形においては、予備成形体１０の端部、すなわち、板材１２のかしめ部１４は、ホルダ部４５、５５に挟み込まれていない。いまだ板材１１、１２は、重ね合わせただけの状態である。予備成形体１０は、ホルダ部４５、５５に固定されていないので、予備成形体１０と下型５０との摩擦抵抗は小さく、パンチ６０の押圧により、従来に比べて多くの材料を、キャビティに予め配置することが可能である。

このため、型締め後、キャビティに存在する材料の伸びに基づいて液圧成形が進行する段階において、板厚減少の過度の進行を抑え、材料が破断する等の成形不良の発生を抑制することができる。また、液圧成形による変形量を大きくすることも可能である。

第２予備成形は、型締めのために配置される予備成形体１０に施されるため、作業工数の増加は少なく、製造コストの上昇は抑制される。

キャビティ５１に位置する予備成形体１０の部位の事前変形後の断面長さは、下型５０のキャビティ５１の断面周長の約８０％以上であることが好ましい。この場合、液圧成形時において、材料の過度の伸びが確実に抑えられる。

なお、パンチ６０は、上型４０の内部に配置されることに限定されず、下型５０のキャビティ５１に開口部を設けることで、下型５０の内部に配置することも可能である。さらに、パンチ６０を、金型４０、５０に配置することなく、別体として構成することも可能である。

次に、本発明の特徴とする予備成形体１０を型締めする様子について説明する。

図５は、型締めを説明するための断面図である。

型締めは、図４に示すようにパンチ６０によって第２予備成形を施した後に行われる。予備成形体１０を型締めするために、上型４０と下型５０とを近づける。最初に、かしめ部１４の上面が上型４０に当る。上述のように、予めかしめ部１４は、板材１１に向かって少し折り曲げられているので、さらに、上型４０と下型５０とを接近させると、図５に示すように、板材１１の端部を覆うように板材１２が折り曲げられる。これにより、板材１２は、かしめ部１４で板材１１を挟み込むこととなる（第１予備成形）。破断しない程度の力で、ホルダ部４５、５５によりかしめ部１４をしっかりかしめることによって、板材１１、１２が接合され、板材１１、１２間の気密性が確保される。

次に、ホルダ部４５によってかしめられたかしめ部１４の液圧成形時の作用、および最終製品が作成されるまでについて説明する。

図６は、液圧成形の開始時を説明するための断面図、図７は、液圧成形の途中段階を説明するための断面図、図８は、液圧成形の終了時を説明するための断面図である。

図３〜図５に示すように、板材１１、１２は、パンチ６０によって予備成形された後、型締の際にかしめ部１４により接合される。ここで、予備成形体１０には、外部の液圧発生装置に接続される注入口（不図示）が設けられている。該液圧発生装置から液体が予備成形体１０内に供給され、図６に示すように、液圧成形が開始される。液体は、例えば、水である。

成形初期においては、予備成形体１０のかしめ部１４は、金型４０、５０のキャビティ４１、５１に向かって移動し、材料流入を引き起こす。ここで、かしめ部１４は、板材１１、１２の端部を溶接により接合する場合に比べて、材料流入をスムーズにすることができる。その理由は、次の通りである。

理由（１）かしめ部１４は、溶接による接合部のように表面に凹凸ができるものではない。したがって、ホルダ面４５、５５に対する摩擦抵抗が小さい。

理由（２）主にかしめ部１４が上型４０のホルダ面４５と接触する。したがって、板材１１がほとんどホルダ面４５と接触せず、その接触面積が小さい。接触面積が小さければ、摩擦抵抗も小さくなる。

本発明では、かしめ部１４による板材１１、１２の接合を採用しているので、上記理由（１）、（２）により、材料流入をスムーズにできる。

液圧が上昇するに伴って、液圧成形が進行し、図７に示されるような段階に達する。そして、液圧が最終圧力に到達すると、予備成形体１０は、図８に示されるように、キャビティ４１、５１の内面形状に合致した外面形状を有することとなる。最終液圧は、キャビティ４１、５１の底面縁部４３、５３に対応する成形品の角部曲率半径が得られる液圧であり、例えば、１００ＭＰａである。なお、図７、図８に示す段階においても、かしめ部１４の摩擦抵抗が小さいので、僅かに材料流入は生じ得る。

また、予備成形体１０の断面周長は、キャビティ４１、５１の断面周長より短いため、図７に示されるような板材１１の中央部に発生する凹部も、液圧成形の進行に伴って伸ばされる。したがって、液圧成形の完了時においては、しわ（材料余り）は生じない。

その後、流体の供給を停止して除圧し、上型４０が上昇（上型４０と下型５０とが相対的に離間）することで型開きされる。そして、成形品（図２参照）が取り出され、必要に応じて、予備成形体１０のかしめ部１４の切断などのトリミングを施すことで、最終的な製品が得られる。

以上説明してきたように、上記液圧成形装置３０による液圧成形方法では、上型４０のホルダ部４５および下型５０のホルダ部５５の作用によって、かしめ部１４をかしめて、第１予備成形として板材１１、１２の端部を接合できる。したがって、板材１１、１２の端部を予め溶接等によって接合する必要はなく、その分の工数を削減できる。また、溶接等のための設備が必要ないので、設備費用も低減できる。

また、かしめ部１４が設けられた予備成形体１０は、ホルダ部４５、５５に対する摩擦抵抗が小さいので、液圧成形時の材料流入が容易である。したがって、材料の延びによる変形が小さく、板厚減少の過度の進行を抑えられ、材料が破断する等の成形不良の発生を抑制できる。

なお、上記実施形態では、型締めと同時に、かしめ部１４をかしめて、板材１１、１２を接合しているが、これに限定されない。型締めおよびパンチ６０による第２予備成形の前に、一度上型４０および下型５０を型締め時と同程度まで近づけて、かしめ部１４をかしめてもよい。その後に、パンチ６０によって予備成形体１０を第２予備成形することもできる。これによって、第２予備成形に板材１１、１２を一体に接合できるので、第２予備成形時に板材１１、１２がずれて、後の型締め時にうまくかしめ部１４をかしめられないといった事態を回避できる。また、パンチ６０による第２予備成形と、かしめ部１４のかしめが同時に起こってもよい。

また、上記実施形態では、パンチを一つだけ設けているが、これに限定されない。複数のパンチ（オス型部材）を用いて第２予備成形を行ってもよい。複数のパンチにより事前変形を効率的に実行できる。

また、上記実施形態では、上型４０に凸部４６を設けているがこれに限定されない。凸部４６と同じようにかしめ部１４を板材１１側に折り曲げるように作用する型を別途用意してもよい。この場合、別途用意した型により、予備成形品１０のかしめ部１４を板材１１側に傾斜させ、該型から取り外して、凸部４６が設けられていない上型４０および下型５０間に、予備成形品１０を配置する。このように、かしめ部１４を傾斜させる処理と、かしめ部１４をかしめる処理（第１予備成形）を別の型により実現することによって、型締めの際に凸部４６が下型５０のホルダ部５５に当って邪魔になることがない。なお、パンチによる第２予備成形は、かしめ部１４の傾斜処理と同じ工程で行ってもよく、また、第１予備成形と同じ工程で行ってもよい。

本発明の実施の形態に係る予備成形体を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る成形品を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る液圧成形装置を説明するための断面図である。 図３の液圧成形装置における事前変形を説明するための断面図である。 図３の液圧成形装置における型締めを説明するための断面図である。 図３の液圧成形装置における液圧成形の開始時を説明するための断面図である。 図３の液圧成形装置における液圧成形の途中段階を説明するための断面図である。 図３の液圧成形装置における液圧成形の終了時を説明するための断面図である。

符号の説明

１０…予備成形体、
１１、１２…板材、
１４…かしめ部、
２０…成形品、
３０…液圧成形装置、
４０…上型（第２成形型）、
４１、５１…キャビティ、
４２…開口部、
４３、５３…底面縁部、
４４、５４…屈曲部、
４５、５５…ホルダ部、
５０…下型（第１成形型）、
６０…パンチ（オス型部材）、
６１…端面、
Ｈ…成形高さ。

Claims (10)

1. 重ね合わせた板材を液圧成形するための液圧成形方法であって、
   前記重ね合わせた板材の間への加工液の注入前に、第１予備成形として、前記板材の縁部をかしめにより一体に接合する液圧成形方法。
2. 前記重ね合わせた板材には、縁部にかしめ部が設けられた板材が含まれ、
   該かしめ部は、前記第１予備成形前に予め、かしめ部が設けられていない板材に向かって折り曲げられている請求項１に記載の液圧成形方法。
3. 前記第１予備成形は、前記重ね合わせた板材の型締めと同時に行われる請求項１または請求項２に記載の液圧成形方法。
4. 前記第１予備成形は、
   成形品の外形形状を分割して得られる一方の面に対応するキャビティ、および前記重ね合わせた板材の前記縁部を保持するためのホルダ部を有する第１成形型と、
   前記成形品の前記外形形状を分割して得られる他方の面に対応するキャビティ、および前記重ね合わせた板材の前記縁部を保持するためのホルダ部を有する第２成形型と、
   を用いて、前記ホルダ部により挟み込むことにより実行される請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の液圧成形方法。
5. 前記重ね合わせた板材の間への加工液の注入前に、第２予備成形として、前記第１成形型の前記キャビティに位置する前記重ね合せた板材の部位を、オス型部材によって押圧して変形させ、前記第１成形型の前記ホルダ部に位置する前記重ね合せた板材の縁部を、前記第１成形型の前記キャビティに部分的に引き込む工程をさらに有する請求項４に記載の液圧成形方法。
6. 重ね合わせた板材に適用される液圧成形装置であって、
   成形品の外形形状を分割して得られる一方の面に対応するキャビティと、前記板材の縁部を保持するためのホルダ部とを有する第１成形型と、
   前記成形品の前記外形形状を分割して得られる他方の面に対応するキャビティと、前記重ね合わせた板材の縁部を保持するためのホルダ部とを有する第２成形型と、
   を有し、
   前記重ね合わせた板材の間への加工液の注入前に、第１予備成形として、前記重ね合わせた板材の縁部をかしめにより一体に接合する液圧成形装置。
7. 前記第１予備成形は、前記ホルダ部により挟み込むことにより実行される請求項６に記載の液圧成形装置。
8. 前記重ね合わせた板材には、縁部にかしめ部が設けられた板材が含まれ、
   該かしめ部は、前記第１予備成形前に予め、かしめ部が設けられていない板材に向かって折り曲げられている請求項６または請求項７に記載の液圧成形装置。
9. 前記第１予備成形は、前記重ね合わせた板材の型締めと同時に行われる請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載の液圧成形装置。
10. 前記重ね合わせた板材の間への加工液の注入前に、第２予備成形として、前記第１成形型の前記キャビティに位置する前記重ね合わせた板材の部位を、押圧して変形させ、前記第１成形型の前記ホルダ部に位置する前記重ね合わせた板材の縁部を、前記第１成形型の前記キャビティに部分的に引き込むオス型部材をさらに有する請求項６〜請求項９のいずれか一項に記載の液圧成形装置。

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