JP2006272350A

JP2006272350A - 偏心拡径加工用ポンチ及び偏心拡径パイプの製造方法

Info

Publication number: JP2006272350A
Application number: JP2005091035A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Kano; 忍狩野; Tsutomu Shudo; 努首藤; Kenji Hara; 健治原
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】予備的な同軸拡径加工が施されたパイプの管端に、ガイド部を有する偏心拡径加工用ポンチを押し込んで、平坦度に優れた拡径部を有する偏心拡径パイプを製造する。
【解決手段】予備的な同軸拡径加工が施された被加工パイプの拡径管端開口に、本体部とガイド部を有するポンチであって、前記本体部は拡径所望内径に、前記ガイド部は素管の内径にそれぞれ合わされた外径を有する円筒形状を有するとともに前記本体部及びガイド部はそれらの下端稜線が同一線になるように互いの軸心が偏心されており、前記本体部及びガイド部がなだらかな円錐台状斜面で繋げられた一体物で構成され、かつ前記ガイド部長さが被加工パイプの径徐変部を含めた偏心拡径部長さよりも長い偏心拡径加工用ポンチを押し込む。
この際、予備的な同軸拡径加工が施された被加工パイプの管端径拡部を当該管端径拡部の下側に配置した金型で上方に押し上げつつ、上記偏心拡径加工用ポンチを押し込むことが好ましい。
【選択図】図８

Description

本発明は、管軸から偏心した拡径部を管端に成形するための偏心拡径加工用のポンチ及びそのポンチを用いた偏心拡径パイプの製造方法に関する。

管端に中心軸を偏心させて拡径部を形成した金属管は、自動車用のビーム部材やフレーム部材等に使用されている。そして、この種の金属管の加工方法としては、テーパを付けた拡径加工用ポンチを管端から押し込んで金属管を半径方向に押し広げる方法が検討されている。
昨今のビーム部材等は、車輌の軽量化に伴って、例えば、直径２５．４ｍｍの小径管を管端径約５０ｍｍまで拡径するような１００％前後の拡管率で加工して用いられている。しかも、スペース確保のため偏心拡径され、極端な場合には、素管の下側稜線ラインを平坦にし上面側にのみ偏心拡径される場合もある。

ところで、拡径加工は、拡径ポンチを管端から圧入して、周方向に延ばすとともに管軸方向には縮ませて行く加工方法である。偏心拡径加工は、周方向には伸びの度合いを変えるとともに管軸方向には縮みの度合いを変える加工方法とも考えられる。
上記のように、高い拡管率でしかも偏心拡径しようとすると、周方向での伸びの度合いが部所によって大幅に異なってくる。伸びの大きい部所では素材の伸び限界を超えると拡径部に亀裂が生じたり素管部に座屈が生じたりするので、周方向の伸びを大きく取る必要がある部位の変形が伸び限界を超えないように、条件を細かく設定して拡径加工する必要がある。
一般に、多段に分けて少しずつ拡管・偏心させながら拡径する方法が採用されている。

段数が多くなると作業効率が低下するため、特許文献１では、エキスパンダポンチを用いて素管の一部を拡管加工して、素管径のままの首部からテーパ部を介して連接された拡管部までが同軸となるように形成された加工管を得る同軸拡管工程と、前記首部をラジアル方向へ移動して、前記首部の中心軸と前記拡管部の中心軸とを偏芯させると共に、前記同軸拡管工程よりも大径のエキスパンダポンチを用いて前記加工管の拡管部を更に拡管することにより、偏芯拡管パイプを得る偏芯拡管工程とを含み、前記同軸拡管工程は１回又は複数回行い、前記偏芯拡管工程は１回だけ行って偏芯拡管パイプを製造する方法が提案されている。
特許第３３４２００６号公報

上記で提案された偏芯拡管加工方法とは態様が異なるが、例えば図１に見られるように、同軸拡管されたパイプＰの首部Ｐ_N部をチャック部材１，２で固定した後、同軸拡管された管端の拡管部Ｐ_Eに、同軸拡管工程に用いたポンチよりも大径のエキスパンダポンチ３を前記首部Ｐ_N部の中心軸とは偏心させて押し込み、偏心拡径することも提案されている。この後段の偏心拡管工程においては、大径のエキスパンダポンチとして、前記特許文献１に記載のものと同様の、側面形状が先端部のうち当該ポンチの上側は先端に向かって湾曲しながら下方へ傾斜するように形成され、下側は先端に向かって先端まで平坦になるように形成されたものを用いている。

後段の拡径工程においては、前段で同軸拡径された径よりも大径で、しかも中心軸が偏心された偏心拡径加工用ポンチが用いられているので、後段の拡径工程において偏心拡径加工用ポンチが前段加工品に当接されるとき（図１参照）、最初に偏心拡径加工用ポンチ上部の湾曲部のみが前段成形品の上端に当たる。
このとき、偏心拡径加工用ポンチ３は下向きに回転し、当該ポンチ下部の先端が前段成形品の下部内面に当接する（図２参照）。偏心拡径加工用ポンチは強い力で押し込まれているため、前段成形品の下部内面に局部的な張出し部が形成されてしまい、最終製品に凹凸が残存するといった問題点を生じてしまう。
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、予備的な同軸拡径加工が施されたパイプの管端にポンチを押し込んで偏心拡径加工を施す際に、平坦度に優れた偏心拡径部が得られる偏心拡径加工用ポンチ及びそのポンチを用いた偏心拡径パイプの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の偏心拡径加工用ポンチは、その目的を達成するため、本体部とガイド部を有するポンチであって、前記本体部は拡径所望内径に、前記ガイド部は素管の内径にそれぞれ合わされた外径を有する円筒形状を有するとともに前記本体部及びガイド部は本体部下端稜線がガイド部下端稜線と同一線になるか、又は本体部下端稜線がガイド部下端稜線の外側になるように互いの軸心が偏心されており、前記本体部及びガイド部がなだらかな円錐台状斜面で繋げられた一体物で構成され、かつ前記ガイド部長さが被加工パイプの径徐変部を含めた偏心拡径部長さよりも長いことを特徴とする。

また、本発明の偏心拡径パイプの製造方法は、予備的な同軸拡径加工が施された被加工パイプの拡径管端開口に、本体部とガイド部を有するポンチであって、前記本体部は拡径所望内径に、前記ガイド部は素管の内径にそれぞれ合わされた外径を有する円筒形状を有するとともに前記本体部及びガイド部は本体部下端稜線がガイド部下端稜線と同一線になるように、あるいは本体部下端稜線がガイド部下端稜線の外側になるように互いの軸心が偏心されており、前記本体部及びガイド部がなだらかな円錐台状斜面で繋げられた一体物で構成され、かつ前記ガイド部長さが被加工パイプの径徐変部を含めた偏心拡径部長さよりも長い偏心拡径加工用ポンチを押し込むことを特徴とする。

予備的に拡径加工が施されたパイプの管端開口に、本発明に係る偏心拡径加工用ポンチを押し込むことにより、予備的に拡径加工が施された中間拡径製品の管端拡径部分に凹凸を生成させることなく、偏心拡径加工を行うことができる。またこの際、本体部及びガイド部が、それぞれの下端稜線が同一線になるように互いの軸心が偏心された偏心拡径加工用ポンチを用いると、当該製品の下側稜線ラインを一直線にした偏心拡径加工品を効率的に製造することができる。

本発明で対象としているようなパイプの偏心拡径方法では、素管を同軸拡径する工程と、成形された同軸拡径部をその後にさらに偏心拡径する工程を経て偏心拡径管端部を成形している。前段の素管同軸拡径工程では多段に分けて徐々に同軸拡径することもあるが、後段の偏心拡径工程は一段の加工で行うことが一般的である。本発明に係る偏心拡径加工用ポンチは、後段の偏心拡径工程で用いるものである。
まず、前段の素管を同軸拡径する工程から説明する。

図３は同軸拡径工程の説明図であり、素管Ｐをチャック部材１，２で固定した状態で、素管の管端開口から同軸拡径加工用のポンチ４を圧入する。
このポンチ４は、円柱状のポンチ本体と、このポンチ本体の先端側に当該ポンチ本体と同軸に形成された円錐台部とを有している。円錐台部の先端の外径は素管の内径とほぼ一致している。
なお、上記したように、この同軸拡径工程は複数段に分けても良い。

同軸拡径加工が施された中間製品に最終的な偏心拡径加工を施すために、本発明に係る偏心拡径加工用ポンチを用いる。
本発明の偏心拡径加工用ポンチ５は、図４に示すように、本体部５１とガイド部５２が一体的に形成されており、本体部はパイプ拡径後の所望内径と同じになるような外径に、また、ガイド部は素管の内径と同じ外径にした円筒形状を有している。そして、最終的な偏心拡径加工品の下端稜線ラインが一直線になるように、前記本体部及びガイド部はそれらの下端稜線が同一線になるように互いの軸心が偏心されており、本体部とガイド部はなだらかな円錐台状斜面５３で繋がっている。しかも、前記ガイド部５２の長さは、前記円錐台状斜面５３が当接して徐々に径が拡がった径徐変部を含めた被加工パイプの偏心拡径部長さよりも長く設定されている。

なお、上記態様では、本体部５１及びガイド部５２の下端稜線が同一線になるように互いの軸心が偏心された偏心拡径加工用ポンチを用いたが、本体部及びガイド部の下端稜線を必ずしも同一線にする必要はなく、本体部下端稜線がガイド部下端稜線の外側になるようにそれぞれの軸心を互いに偏心させたポンチを用いても良い。

次に、予備的に同軸拡径加工が施された中間製品に、本発明に係るポンチを用いて最終的な偏心拡径加工を施す態様について説明する。
図５〜１０は偏心拡径工程の説明図である。図５に示すように、中間製品Ｐの偏心拡径加工が施されていない箇所をチャック部材６１，６２で固定する。さらに、偏心拡径加工を施す管端部分を、図６、７に示すような、所望偏心拡径形状を有する分割型上下金型６３，６４で挟持させることが好ましい。
チャック部材６１，６２で固定され、分割型上下金型６３，６４で挟持された状態で、中間製品の一端の開口から本発明の偏心拡径加工用ポンチを圧入する（図８）。この際、本発明ポンチのガイド部５２側の円筒体軸心が、被拡径加工パイプＰの素管軸心に合致するように、ポンチをセットする必要がある。

本発明ポンチを圧入するとき、本発明ポンチ５のガイド部５２は被加工パイプの径徐変部を含めた偏心拡径部長さよりも長く設定されているので、同ガイド部５２が被加工パイプ中間製品の素管部に到達した後でしか、本発明ポンチのガイド部５２と本体部５１の間の円錐台状斜面５３は同軸拡径部の上部に当接しない。すなわち、本発明ポンチのガイド部５２と本体部５１の間の円錐台状斜面５３が、被加工パイプの上部に当接した時点では、既にポンチ５のガイド部５２は素管部に中に入り込んでいるため、ポンチが下向きに回転されるおそれはない。しかも、本発明ポンチの本体部５１及びガイド部５２の下端稜線ラインは一直線になっている。このため拡径ポンチの先端が被加工パイプの内面に角度を持って当接することはなく、凹凸の形成が抑制される。

図８において、偏心拡径加工用ポンチが押し込まれるとき、予備的に拡径された部位のうち、上方部分はさらに円周方向に延ばされる加工態様となる。下方部分はむしろ縮む加工態様になり、材料的には余るので上方への材料移動が円滑に行なわれた方が、効果的な偏心拡径変形が進行することになる。この意味からは、図９に示すように、偏心拡径加工用ポンチの圧入と同時に上下の金型６３，６４のうち下金型６４による上方への押圧変形を併用することが好ましい。

特に、図４で示した本発明ポンチを予備的に拡径加工されたパイプの管端に押し込むとき、予め拡径された管壁がポンチ壁面に当接せずに、材料移動が起こり難い部位がある。この現象は、管端からわずかに内側に入った箇所で顕著になる。すなわち、図９に見られるように、偏心拡径ポンチの本体部上端が被加工パイプの上部に当接し、当該部分の拡径変形が進行し始まるようになっても、管端からわずかに内側に入った箇所Ｓでは、ポンチのいずれの壁面も当接しない部位がある。そして、この部位では材料移動が起こり難いために凹凸が残存するおそれがある。そこで、下金型を上方に押圧してポンチ壁面が当接しない被加工パイプの下方部位を上方に押し込むと、当該部位の材料移動を助け、ポンチの本体部あるいは円錐台状斜面の壁面が当接したとき、その形状に合致した形状に変形されて（図１０参照）、形状精度に優れた偏心拡径加工製品が得られる。

なお、金型の押し込みは、偏心拡径ポンチ本体部の圧入と同時に開始することが好ましい。ポンチ本体部圧入以降の金型の詳細な動きには、特に制限を加える必要はない。ただし、ポンチ本体部の圧入が完了する（すなわち、金型とポンチの斜面部が重なる）までに、金型の押し付けが完了するようにすることが好ましい。
また、金型の押し込みは、油圧プレスで行うことが好ましい。油圧プレスの使用により、拡径加工時に金型がポンチのラジアル方向の力により、上下方向に押し戻されることを防止し、製品の形状精度を高める作用を果たす。
さらに、上金型は、ポンチ及び下金型による上方への変形の際に受けの作用を果たすので、形状精度に優れた製品を得る上では、上下の金型をセットで配置することが好ましい。

同軸拡径されたパイプの管端に施す偏心拡径加工態様図偏心拡径加工を施す際に発生しやすい形状不良態様図予備的に同軸拡径加工を施す加工態様図本発明偏心拡径加工用ポンチの概略図本発明偏心拡径加工用ポンチを用いて偏心拡径加工を施す際のパイプ保持態様図本発明偏心拡径加工用ポンチを用いて偏心拡径加工を施す際に使用する上金型の形状説明図本発明偏心拡径加工用ポンチを用いて偏心拡径加工を施す際に使用する下金型の形状説明図本発明偏心拡径加工用ポンチを用いた偏心拡径加工態様図（初期）本発明偏心拡径加工用ポンチを用いた偏心拡径加工態様図（中期）本発明偏心拡径加工用ポンチを用いた偏心拡径加工態様図（後期）

Claims

本体部とガイド部を有するポンチであって、前記本体部は拡径所望内径に、前記ガイド部は素管の内径にそれぞれ合わされた外径を有する円筒形状を有するとともに前記本体部及びガイド部は本体部下端稜線がガイド部下端稜線と同一線になるか、又は本体部下端稜線がガイド部下端稜線の外側になるように互いの軸心が偏心されており、前記本体部及びガイド部がなだらかな円錐台状斜面で繋げられた一体物で構成され、かつ前記ガイド部長さが被加工パイプの径徐変部を含めた偏心拡径部長さよりも長いことを特徴とする偏心拡径加工用ポンチ。
予備的な同軸拡径加工が施された被加工パイプの拡径管端開口に、本体部とガイド部を有するポンチであって、前記本体部は拡径所望内径に、前記ガイド部は素管の内径にそれぞれ合わされた外径を有する円筒形状を有するとともに前記本体部及びガイド部は本体部下端稜線がガイド部下端稜線と同一線になるように、あるいは本体部下端稜線がガイド部下端稜線の外側になるように互いの軸心が偏心されており、前記本体部及びガイド部がなだらかな円錐台状斜面で繋げられた一体物で構成され、かつ前記ガイド部長さが被加工パイプの径徐変部を含めた偏心拡径部長さよりも長い偏心拡径加工用ポンチを押し込むことを特徴とする偏心拡径パイプの製造方法。