JP2005319482A - 金属製マフラーシェルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２つの深絞り加工品の開口端部を嵌め合わせ、嵌め合わせ部を溶接してマフラーシェルを製造する際に、開口・嵌め合わせ部の隙間を極力少なくし、かつ溶接効率を高めて、気密性の良いマフラーシェルを生産性良く製造する。
【解決手段】 金属板をプレス成形法により深絞り成形して同じ内径を有する２つの深絞り加工品を製造した後、当該深絞り加工品の開口端縁部にフランジアップを施し、さらにフランジアップが施された当該深絞り加工品の内の一方の深絞り加工品開口端縁部に、先端が外側に広がる方向のテーパーが付された外広開口部を形成するとともに、他方の深絞り加工品開口端縁部に、先端が内側にしぼむ方向にテーパーが付された外細開口部を形成し、外細開口部を有する一方の雄型となる深絞り加工品の外細開口端縁部を、外広開口部を有する他方の雌型となる深絞り加工品の外広開口端縁部に挿入し、開口端縁重ね合わせ部をレーザー溶接する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、円筒状に絞込み加工を施した２つのプレス加工品の開口部を異径にして、一方を他方の開口部に挿入し、挿入接合部を溶接してマフラーシェルを製造する方法に関する。

従来、マフラーシェルは、金属板を湾曲させ、端部をかしめ接合もしくは溶接して断面楕円形もしくは円形の円筒状胴体部を形成し、その後に両端開口部に端面鏡板をかしめ接合もしくは溶接で取り付けて、製造されている（例えば特許文献１）。
この方法でマフラーシェルを製造しようとすると、工程が複雑になるばかりでなく、接合箇所も多いために接合に要する工数が増加し、結果的にコスト高となってしまう。また溶接箇所が多いために、凝縮水が貯まりやすい部位をも接合せざるを得ず、当該部位の腐食により、金属製マフラーシェルの耐久性を低下させる原因にもなっている。

そこで、金属板をプレス成形し、端部が閉ざされた筒状ボディ部を製造した後、２つの開口部を合せ、開口端縁部をかしめ接合あるいは溶接して気密なマフラーシェルを製造することも提案されている（例えば特許文献２）。しかし、開口端縁部をそのままかしめ接合もしくは溶接しようとすると、接合部外周部分が円筒体から突出する形となり、マフラーシェルの外径が大きくなって、見栄えが悪くなるばかりでなく、自動車等に搭載したとき、場所を取ることになる。また、絞り後の開口端縁部は加工硬化により硬さがアップして加工性が低下しているため、複雑なかしめ接合を行うと割れ発生による品質の低下が懸念される。
そこで、プレス加工により円筒状に絞った後、開口端縁部にフランジアップを施し、２つの加工品の開口部を異径にして挿入し、挿入部を溶接する方法も試みられている。
特開２００３−３８３８号公報 特許第３３１６０２０号公報

開口端縁部にフランジアップを施し、異径の開口端部を挿入して溶接により接合しようとしても、溶接法としては、通常のシーム溶接法やＴＩＧ溶接法が用いられようとしている。これら溶接法は溶接時間が長く、生産性に難点がある。
異径にした２つの絞り加工品の開口端部を挿入しようとするとき、２つの加工品の間で径差が余りに小さいと挿入が困難になる。逆に径差が大きくなると２者間の隙間が大きくなり、その後の溶接が困難になる。殊にプレス加工で絞り加工品を製造しようとするとき、金型やプレス条件の変動により開口端縁部の径にバラツキが生じやすく、２者間の寸法差の調整が難しくなっている。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、２つの深絞り加工品の開口端部を嵌め合わせ、嵌め合わせ部を溶接してマフラーシェルを製造する際に、開口・嵌め合わせ部の隙間を極力少なくし、かつ溶接効率を高めて、気密性の良いマフラーシェルを生産性良く製造する方法を提供することを目的とする。

本発明のマフラーシェルの製造方法は、その目的を達成するため、金属板をプレス成形法により深絞り成形して同じ内径を有する２つの深絞り加工品を製造した後、当該深絞り加工品の開口端縁部にフランジアップを施し、さらにフランジアップが施された当該深絞り加工品の内の一方の深絞り加工品開口端縁部に、先端が外側に広がる方向のテーパーが付された外広開口部を形成するとともに、他方の深絞り加工品開口端縁部に、先端が内側にしぼむ方向にテーパーが付された外細開口部を形成し、当該外細開口部を有する一方の深絞り加工品の外細開口端縁部を、前記外広開口部を有する他方の深絞り加工品の外広開口端縁部に挿入し、開口端縁重ね合わせ部をレーザー溶接することを特徴とする。
外広開口部を有する深絞り加工品の外側に広がる方向のテーパー角をθ₁、外細開口部を有する深絞り加工品の内側にしぼむ方向のテーパー角をθ₂としたとき、θ₁≧θ₂とすることが好ましい。

本発明により、深絞り加工品の開口端縁部を他の深絞り加工品の開口端縁部に挿入し、挿入部を溶接してマフラーシェルを製造する際に、同じ内径を有する２つの深絞り加工品の内、雄型となる深絞り加工品の開口端縁部に先細テーパー部を形成し、この先細テーパー部を、開口端縁部に先広テーパー部を形成した雌型となる深絞り加工品の開口端縁部に挿入している。このため、挿入しやすいばかりでなく、挿入後、２つの深絞り加工品の開口端縁部はいずれかの点で接触するように重ね合わされる。２つの深絞り加工品は材料間の隙間が最小になるように挿入されていることになるので、隙間が最小の線に沿ってレーザー溶接すると、溶接が円滑にかつ効率良く行えることになり、気密性の良いマフラーシェルが生産性良く製造できる。
しかも、２つの深絞り加工品は同じ内径を有するように加工され、一方の深絞り加工品の開口端縁部がわずかに先太に加工して２つの深絞り加工品を嵌合させているために、マフラーシェルに形作った後であっても突出部がなくコンパクトであり、自動車等に搭載しても場所をとることがない。

本発明者等は、場所を取らないマフラーシェルを生産性良く製造する方法について検討してきた。検討の段階で、図１に示すように、深絞り加工品の開口端縁部を異径にし、一方の深絞り加工品の開口端縁部を他の深絞り加工品の開口端縁部に挿入し、挿入部を溶接してマフラーシェルを製造することを試みた。しかも、挿入部の溶接を、ＴＩＧ溶接法等よりも溶接速度の速い方法であるレーザー溶接で行うことを試みた。
２枚の板を溶接で接合しようとしたとき、例えばＴＩＧ溶接法で隅肉溶接する際には、図２に示すような、２枚間の隙間の大きさはさほど大きな問題とはならない。しかしながら、レーザー溶接法で２枚の板材を接合しようとする際には、２枚間の隙間が大きな問題となる。レーザー溶接法で、安定して溶接を続行させるためには、２枚の板間の隙間は板厚の約１／３以下にする必要がある。材料間の隙間が板厚の１／３を超えると、レーザー溶接が正常にできなくなる。

そこで、本発明者等は、簡便な方法で２枚の板間の隙間を極力小さくできる手法について検討した。
その結果、深絞り加工品の開口端縁部を、他の深絞り加工品の異径開口端縁部に挿入する際に、２つの深絞り加工品開口端縁部を、異径にするのではなく、互いにテーパーを形成し、一方のテーパー面を他方のテーパー面に当接させる態様とすることで、２枚間に隙間を小さくできることに到達した。
すなわち、図３に示すように、先細のテーパー面が形成された雄型を、同様に先広のテーパー面が形成された雌型内に挿入するとき、挿入そのものが容易であるばかりでなく、適宜深さまで挿入したとき、両者のテーパー面はいずれかの時点で当接することになる。

すなわち、雄型及び雌型の先端開口部分にテーパーが付されている。したがって、互いの先端の径差が大きくなっており、挿入の作業が容易になる。また、挿入深さにより、２枚の板間の隙間が調整できるため、常に隙間を最小にすることができる。さらに、金型やプレス条件の変動によって絞り加工された開口端縁部の径にバラツキが生じていても、２枚の板間の隙間が最小になるようにし易いため、安定したレーザー溶接が可能となる。
安定したレーザー溶接が行えるため、溶接部の品質が安定したマフラーシェルが歩留り良く、かつ高生産性で製造できることになる。

雌型及び雄型の先端開口部分にテーパー部を形成するとき、図４に示すように、外広開口部を有する雌型深絞り加工品の外側に広がる方向のテーパー角をθ₁、外細開口部を有する雄型深絞り加工品の内側にしぼむ方向のテーパー角をθ₂としたとき、θ₁≧θ₂とすることが好ましい。
雌型の外側に広がる方向のテーパー角θ₁を、雄型内側にしぼむ方向のテーパー角θ₂と等しくあるいはθ₂よりも若干大きくすることにより、挿入時、開口部先端が先に雌型の開口部に接触することになるが、さらに挿入していくことにより雄型の開口部先端は、雌型の開口部テーパー角θ₁に沿って変形する。すなわち、挿入とともに雄型のテーパー角θ₂は、先端が、内側がしぼむ方向に変形していき、θ₁＝θ₂に近づくこととなり、板間の隙間が最小になって安定したレーザー溶接が可能となる。
一方、θ₁＜θ₂だと、挿入時、雌型の開口端が雄型テーパー面に接触した時点で、雄型のテーパー面は雌型内に挿し込まれた形態となっているために、雌型テーパー内面との間に隙間が生じて安定したレーザー溶接が行い難くなる。
θ₁≧θ₂といっても限度がある。図５（ａ）に示す雌型開口部先端の内径Ｄｉは、図５（ｂ）に示す雄型開口部の段付き肩部の外径Ｄｏと同程度とすることが好ましい。

次に、雌型及び雄型となる深絞り加工品の開口端縁部に外側に広がる方向のテーパー及び内側にしぼむ方向のテーパーを形成する方法について説明する。
まず、深絞りのプレス成形を、通常のプレス装置を用いて行う。例えば図６に示されるような、ダイス１上に所要の金属板Ｍを載置し、その上から、パンチ２を押し込んで所要形状の一端が閉ざされた円筒状ボディ部を形成する。プレス成形後の断面形状は図７のようになっている。
次にフランジ部をトリミングし、開口端縁部の外周が円形になるように形を整える（図８参照）。なお、図８や図９中、閉塞側端部に設けた孔は、排気管を接続するための孔であって、胴体同士の接合に関する点を主題とする本発明には、直接に関与するものではない。

外周がトリミングされた深絞り加工品の開口端縁部に曲げ加工であるフランジアップを施して接合しやすいように成形加工する。このフランジアップにも、基本的にはダイスとパンチを利用する。円筒体の内径と同じ外径寸法を有するパンチを使用し、内径が前記深絞りしたときのダイスと同じ径のダイス中に押し込むと、図９（ａ）に示したように、開口端縁部は円筒状胴体部とストレートな形状に変形される。また、内径が前記深絞りしたときのダイスよりも太い径の段付きダイス中に押し込むと、図９（ｂ）に示したように、円筒状胴体部に対して段付き形状の開口端縁部となる。

先端を図９（ａ），（ｂ）の形に整えた後、雌型となる深絞り加工品にあっては、その開口部側から、角θ₁のテーパー角を有する円錐形状のパンチを打ち込んで、深絞り加工品の開口部に先端が外側に広がる方向のテーパーを付す。
雄型となる深絞り加工品にあっては、角θ₂のテーパー角を有する円錐形状凹部を有するダイス中に深絞り加工品の開口部側を押し込んで、深絞り加工品の開口部に先端が内側にしぼむ方向にテーパーを付す。

開口端縁部に外側に広がる方向のテーパーが付された雌型となる深絞り加工品の開口端縁部に、開口端縁部に内側にしぼむ方向のテーパーが付与された雄型となる深絞り加工品の開口端縁部を挿入し、両者のテーパー付与部を図３に詳述するような態様に組み合わせた後、両者の開口端縁重ね合わせ部を、通常のレーザー溶接法を適用して接合する。
マフラーシェルの胴体部を溶接法で接合する際、本発明の適用により、簡便な方法で隙間の小さい挿入部を得ることができるので、効率の良いレーザー溶接法が適用でき、気密性が良く、また耐久性に優れたマフラーシェルが生産性良く製造される。しかも、突出部のないマフラーシェルが得られるので、自動車等に搭載しても場所をとることがない。

降伏強さ；２７５Ｎ／ｍｍ²，引張り強さ；４４２Ｎ／ｍｍ²，伸び；３５．２％，硬さ；１４３Ｈｖ₂₀の特性を有する板厚１．０ｍｍのＳＵＳ４３６ステンレス鋼板を使用し、φ３８０ｍｍの円板を切り出して、供試材とした。
この供試材を図６に示すプレス装置を使用し、次の表１に示すような加工条件で深絞り成形した。

上記の条件でプレス成形し、内径：２００ｍｍ，外径：２０２．５ｍｍ，成形高さ：１１０ｍｍの寸法を有する深絞り加工品を得た。
この深絞り加工品のフランジ部にプレス法でトリミングを施し、その開口端縁部の外周をφ２３５ｍｍの円形に整えた。
次に、雌型として、トリミングされた絞り加工品の開口端縁部を、テーパー形状を付加したダイス及びパンチを用いてプレス成形することによってフランジアップし、図１０に示すように、絞り加工品の開口端部に最外部内径が２０６ｍｍを有し、１０ｍｍの範囲でテーパー形状に拡げられた開口端縁部を有する絞り加工品を得た。

また雄型として、トリミングされた絞り加工品の開口端縁部を、段付き形状を付加したダイス及びパンチを用いてプレス成形することによってフランジアップした。次に、図１１（ａ）に示すように段付きの段違い平行形状とした後、さらにテーパー形状を付加した金型に開口部先端を押し付けることにより、開口部先端をφ２０３ｍｍに縮径し、開口端から１０ｍｍの範囲でテーパー形状に拡げられてφ２０６ｍｍの段付き肩部を備えた開口端縁部を有する絞り加工品を得た。
上記雌型の絞り加工品の開口端縁部に、前記雄型の絞り加工品開口端縁部を挿入し、開口端縁部の接触線に沿ってレーザー溶接を行い、気密性の高いマフラーシェルを得た。

マフラーシェルの構造を説明する断面図 マフラーシェル胴体部の挿し込み状態を説明する部分断面図 マフラーシェル胴体部の本発明挿し込み状態を説明する部分断面図 マフラーシェル胴体部端部のテーパー角を説明する図 マフラーシェル胴体部端部の大きさの関係を説明する図 プレス法により深絞りを行う態様を説明する断面図 フランジを有する深絞り加工品の形状を説明する断面図 フランジ部をトリミングした後の深絞り加工品の形状を説明する断面図 開口端縁部をフランジアップした後の深絞り加工品の形状を説明する断面図 実施例で作製したマフラーシェル胴体部端部の雌型形状を説明する図 実施例で作製したマフラーシェル胴体部端部の雄型形状を説明する図

Claims (2)

1. 金属板をプレス成形法により深絞り成形して同じ内径を有する２つの深絞り加工品を製造した後、当該深絞り加工品の開口端縁部にフランジアップを施し、さらにフランジアップが施された当該深絞り加工品の内の一方の深絞り加工品開口端縁部に、先端が外側に広がる方向のテーパーが付された外広開口部を形成するとともに、他方の深絞り加工品開口端縁部に、先端が内側にしぼむ方向にテーパーが付された外細開口部を形成し、当該外細開口部を有する一方の深絞り加工品の外細開口端縁部を、前記外広開口部を有する他方の深絞り加工品の外広開口端縁部に挿入し、開口端縁重ね合わせ部をレーザー溶接することを特徴とするマフラーシェルの製造方法。
2. 外広開口部を有する深絞り加工品の外側に広がる方向のテーパー角をθ₁、外細開口部を有する深絞り加工品の内側にしぼむ方向のテーパー角をθ₂としたとき、θ₁≧θ₂とする請求項１に記載のマフラーシェルの製造方法。

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