JP3642232B2 - 液圧成形方法および液圧成形装置ならびに車体用部材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、パイプ状をなすワークの中空部に加工液を注入して液圧を加えながら、ダイおよびポンチによって車体用部材を成形するのに利用される液圧成形方法および液圧成形装置に関し、また、この液圧成形方法および液圧成形装置によって成形されるサイドルーフレールなどの車体用部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記した液圧成形方法としては、例えば、ハイドロフォームによって成形するためにパイプ状をなすワークに施す曲げ加工に続いて行われる予備加工があり、このハイドロフォーム予備加工では、低液圧をワークの中空部に加えながら型締めを行うことによって、ワークを大まかな部品形状に成形するようにしている。
【０００３】
また、他の液圧成形方法としては、バルジ加工方法がある。このバルジ加工方法において、型内にセットしたパイプ状をなすワークを軸方向に押し込みながら、液圧により拡管させて所定形状に成形するようにしており、このバルジ加工方法では、液圧成形中にワークを軸方向に押し込むので、拡管する際の肉厚減少が抑制されて、成形性が良好に保たれることとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した従来の液圧成形方法では、ハイドロフォーム予備加工の場合、拡管を前提にした液圧成形方法であるため、肉厚減少が生じて高強度板材やアルミニウム板材では割れが発生しやすいこと、ワークの中心から離れた部位で肉厚減少が生じる肉厚分布になること、といった問題があり、一方、バルジ加工方法の場合、ワークを軸方向に押し込む都合上、ワーク全体の肉厚増加には有効であるものの断面内の特定部位の肉厚を増加させることができないこと、成形品の重量軽減に寄与することができないこと、といった問題を有しており、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、上述した従来の課題に着目してなされたもので、高強度板材やアルミニウム板材を用いた場合であったとしても、割れを生じさせることなく成形することができ、加えて、断面内の特定部位の成形品肉厚を増加させることが可能であり、その結果、軽量化を実現したうえで、成形品の曲げ強度を増加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と共に、軽量でかつ曲げ強度に優れた車体用部材を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わる発明は、パイプ状をなすワークの中空部に加工液を注入して加圧しつつ、ダイおよびポンチによってワークを所定形状に成形する液圧成形方法において、少なくともワークのポンチ側に丸みを有するコーナー部が成形されるまでの間、拡管が生じない液圧｛（ワークの肉厚（ｍｍ）×降伏点応力（ＭＰａ）×０．６）ＭＰａの圧力｝を保ちつつ、断面が四角形以上の多角形状をなしかつ断面周長がワーク初期断面周長を越えない形状に成形して、少なくとも特定した一辺の成形品肉厚をワーク初期肉厚よりも増加させる構成としたことを特徴としており、この液圧成形方法の構成を上記した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００７】
本発明の請求項２に係わる液圧成形方法は、ポンチによって形成される辺と隣接する辺の肉厚をワーク初期肉厚よりも増加させる構成としている。
【０００８】
本発明の請求項３に係わる液圧成形装置は、請求項１および２に記載の液圧成形方法に用いる液圧成形装置であって、ダイと、両端がシールされた状態でダイに固定されるパイプ状をなすワークの中空部に対して加工液の注入排出を行う加工液供給部と、加工液供給部による加工液の注入によって中空部に液圧を加えたワークを押圧するポンチを備え、中空部の内圧が拡管を生じさせない液圧に保たれた状態のワークをポンチで押圧することで、断面が四角形以上の多角形状をなしかつ断面周長がワーク初期断面周長を越えない形状に成形し、少なくとも特定した一辺の成形品肉厚をワーク初期肉厚よりも増加可能とした構成としたことを特徴としており、この液圧成形装置の構成を上記した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００９】
本発明の請求項４に係わる液圧成形装置において、ポンチはダイのダイキャビティ内を移動してワークを押圧する構成とし、本発明の請求項５に係わる液圧成形装置において、ダイのダイキャビティは凹状をなし、ダイキャビティのポンチが摺接する縦壁と、ダイキャビティの底部との間に、ワークの肉厚よりも小さくかつワークの肉厚の１／１０よりも大きな段差を設けた構成としており、この場合、段差の大きさは、ワークの中空部に作用させる液圧の高さ、あるいは、ポンチに押圧されることによって上昇する中空部の内圧の高さと、加工液を排出して中空部の内圧を下げる速度とのバランスとを考慮して設定され、座屈を生じにくくするためにワークの肉厚よりも小さくし、そして、肉厚を効率よく増加させるためにワークの肉厚の１／１０よりも大きく設定している。
【００１０】
本発明の請求項６に係わる液圧成形装置において、ダイのダイキャビティは凹状をなし、ダイキャビティのポンチが摺接する縦壁と、ポンチの移動方向とがなす角度を０〜４５゜の範囲内に設定してある構成とし、本発明の請求項７に係わる液圧成形装置は、ダイのダイキャビティの縦壁と摺接するポンチのワーク押圧面の両端に、ワーク側に突出しかつダイキャビティの縦壁と略直角をなす張り出し部を設けた構成とし、本発明の請求項８に係わる液圧成形装置は、ワークを間にして対向配置した２個のポンチを備え、両ポンチ側に開口するダイのダイキャビティ内にセットしたワークを両側から押圧する構成としている。
【００１１】
本発明の請求項９に係わる車体用部材は、請求項３ないし８に記載の液圧成形装置によって成形された車体用部材であって、ポンチによって形成される辺に隣接してワーク初期肉厚よりも１．０３倍以上増加させた肉厚の辺を備えている構成としており、本発明の請求項１０に係わる車体用部材は、ポンチによって形成される辺の両端にワーク初期肉厚よりも１．１倍以上増加させた肉厚のコーナー部を備えている構成としている。
【００１２】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わる液圧成形方法では、上記した構成としたから、ワークの素材に高強度板材やアルミニウム板材を採用した場合であったとしても、割れの発生を阻止し得ることとなり、加えて、断面内の特定した辺の成形品肉厚のみが増加することから、軽量でかつ高い曲げ強度の成形品が成形されることとなる。
【００１３】
本発明の請求項２に係わる液圧成形方法において、上記した構成としているので、例えば、サイドルーフレールなどの車体用部材を成形する際には、高い曲げ強度を得るために必要とされる部位の肉厚が確保されることとなる。
【００１４】
一方、本発明の請求項３に係わる液圧成形装置では、パイプ状をなすワークの中空部に加工液を注入して加圧しつつ、ダイおよびポンチによってワークを所定形状に成形するに際して、断面が四角形以上の多角形状をなしかつ断面周長がワーク初期断面周長を越えない形状にワークを成形するので、例え、ワークの素材に高強度板材やアルミニウム板材を用いても、割れが生じる恐れがないうえ、断面内の特定した辺の成形品肉厚のみを増加させ得るので、軽量でかつ高い曲げ強度の成形品が得られることとなる。
【００１５】
本発明の請求項４に係わる液圧成形装置では、ポンチによる圧縮力がワークに対して有効に働くこととなり、本発明の請求項５に係わる液圧成形装置では、短いポンチストロークで断面内の特定した辺の成形品肉厚が増加することとなる、すなわち、特定した辺の成形品肉厚の増加が効率よくなされることとなる。
【００１６】
本発明の請求項６および７に係わる液圧成形装置では、ダイのダイキャビティやポンチの押圧面の設計の自由度が広がることとなり、本発明の請求項８に係わる液圧成形装置では、コーナー部の肉厚減少および割れが生じることなく、断面内の特定した辺の成形品肉厚がより一層増加することとなり、加えて、この液圧成形装置によって、ワークのセット角度を変えて再び成形加工を行えば、断面が略正方形状をなす成形品も成形し得ることとなる。
【００１７】
本発明の請求項９および１０に係わる車体用部材は、いずれも高い曲げ強度が要求される部位に用い得ることとなる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わる液圧成形方法では、上記した構成としたから、ワークの素材に高強度板材やアルミニウム板材を用いた場合であったとしても、肉厚減少を抑えて割れのない製品を成形することができるのに加えて、断面内の特定した辺の成形品肉厚のみを増加させることが可能であり、その結果、軽量でかつ高い曲げ強度を有する製品を成形することができるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００１９】
本発明の請求項２に係わる液圧成形方法では、上記した構成としたため、例えば、サイドルーフレールなどの車体用部材を成形する際には、高い曲げ強度を得るために必要とされる部位の肉厚を確保することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００２０】
本発明の請求項３に係わる液圧成形装置では、上記した構成としているので、ワークの素材に高強度板材やアルミニウム板材を採用したとしても、割れを生じさせることなく成形することができ、加えて、断面内の特定した辺の成形品肉厚のみを増加させ得るので、軽量でかつ高い曲げ強度の製品を成形することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００２１】
本発明の請求項４に係わる液圧成形装置では、上記した構成としたため、ポンチによる圧縮力をワークに対して有効に作用させることができ、本発明の請求項５に係わる液圧成形装置では、上記した構成としていることから、短いポンチストロークで断面内の特定した辺の成形品肉厚を増加させることができ、すなわち、特定した辺の成形品肉厚を効率よく増加させることが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００２２】
本発明の請求項６および７に係わる液圧成形装置では、ダイのダイキャビティやポンチの押圧面の設計の自由度を広げることができ、本発明の請求項８に係わる液圧成形装置では、コーナー部の肉厚減少および割れを生じさせることなく、断面内の特定した辺の成形品肉厚をより一層増やすことが可能であり、加えて、この液圧成形装置によって、ワークのセット角度を変えて再び成形加工を行うことで、断面が略正方形状をなす製品をも成形することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００２３】
本発明の請求項９および１０に係わる車体用部材は、上記した構成としているので、いずれも軽量でかつ高い曲げ強度が要求される部位に用いることができるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００２５】
［第１実施例］
図１〜図６は、本発明の一実施例による液圧成形方法に用いる液圧成形装置、すなわち、本発明の一実施例による液圧成形装置を示しており、この実施例では本発明に係わる液圧成形方法および液圧成形装置により、サイドルーフレール（車体用部材）を成形する場合を示す。
【００２６】
図１および図２に示すように、この液圧成形装置１は、凹状をなすダイキャビティ２ａを有するダイ２と、パイプ状をなす肉厚２．２ｍｍのワーク（３７０ＭＰａ級の鋼材からなるワーク、本実施例ではＪＩＳ Ｇ ３４４５で規定されたＳＴＫＭ１１Ａの機械構造用炭素鋼鋼管）Ｗの両端をシールするシール治具３と、ワークＷの両端部をダイ２に挟み込み状態で固定する支持部４と、シール治具３でシールされたワークＷの中空部Ｗａに対して加工液の注入排出を行う加工液供給部５と、この加工液供給部５による加工液の注入によって中空部Ｗａに液圧Ｐを加えたワークＷを押圧するポンチ６を備えており、ダイキャビティ２ａは、図３にも示すように、互いに対向する縦壁２ｂと、底壁２ｃと、両壁２ｂ，２ｃ間に位置する斜壁２ｄを具備している。
【００２７】
この場合、ポンチ６は、ダイ２のダイキャビティ２ａ内を上下方向に移動してワークＷを押圧するようになっており、このポンチ６のダイキャビティ２ａの縦壁２ｂと摺接するワーク押圧面６ａの両端には、ワークＷ側に突出しかつダイキャビティ２ａの縦壁２ｂと略直角をなす張り出し部６ｂが設けてある。
【００２８】
この液圧成形装置１によりワークＷに対して液圧成形を施してサイドルーフレール（車体用部材）Ｓを製作する場合には、まず、ワークＷをダイ２のダイキャビティ２ａ内にセットして、支持部４によりワークＷの両端部をダイ２に挟み込み状態で固定する。
【００２９】
続いて、ワークＷの両端にシール治具３をそれぞれ挿入してシールした後、加工液供給部５からワークＷの中空部Ｗａに対して加工液の注入を行う。
【００３０】
次いで、ワークＷの中空部Ｗａの内圧Ｐを５０ＭＰａ（拡管を生じさせない液圧）に保ちつつ、図１（ｂ）に示すように、ポンチ６を下降させてそのワーク押圧面６ａでワークＷを押圧すると、図４に示すように、断面が変則六角形状をなすサイドルーフレールＳが成形されることとなる。
【００３１】
このとき、成形品であるサイドルーフレールＳの断面周長はワークＷの初期断面周長よりも減少している。一方、肉厚は、サイドルーフレールＳの底辺Ｓｃおよびその両端近傍を除いて増加しており、ポンチ６によって形成される横辺Ｓａと隣接する縦辺Ｓｂの成形品肉厚はワークＷの初期肉厚よりも約９％増加し、横辺Ｓａと縦辺Ｓｂとの間のコーナー部Ｓｅの成形品肉厚は２５％以上増加していると共に、縦辺Ｓｂと斜辺Ｓｄとの間の丸み部Ｓｆにおいても成形品肉厚は僅かながら増加している。
【００３２】
そこで、この液圧成形装置１により、肉厚２．０ｍｍの５９０ＭＰａ級の鋼材からなるワークに対しても上記と同じ成形を施したところ、縦辺Ｓｂと斜辺Ｓｄとの間の丸み部Ｓｆには肉厚の減少が発生せず、むしろ増加していたことから、伸びの少ない鋼管に対しても本発明に係わる液圧成形方法が有効であることが実証できた。
【００３３】
また、図５のグラフとともに示すように、切り出したサイドルーフレールＳの両端をＩ型鋼７に溶接し、５００ｍｍの間隔をおいて配置した支持部８，８間にセットして、中心をＲ５０の押し子９で変形させる静的な３点曲げ実験を行って、荷重とストロークの関係を調べたところ、図５のグラフに示す結果を得た。
【００３４】
図５のグラフに示すように、断面周長をワークＷの初期断面周長に合わせて成形した肉厚増加のない成形品と比べて、本発明に係わる液圧成形方法および液圧成形装置１により成形したサイドルーフレールＳが、最大曲げ荷重値において約６４％増加することが判り、この効果は、図６のグラフに示すように、縦辺Ｓｂの成形品肉厚増加が３％以上となったときに顕著である。
【００３５】
したがって、高強度板材やアルミニウム板材を用いて、割れのない、しかも、軽量でかつ高い曲げ強度の製品を成形し得ることが立証できた。
【００３６】
また、この液圧成形装置１では、ポンチ６がダイ２のダイキャビティ２ａ内を移動してワークＷを押圧するようにしているので、ポンチ６による圧縮力がワークＷに対して有効に働くこととなり、さらに、この液圧成形装置１では、ポンチ６のダイキャビティ２ａの縦壁２ｂと摺接するワーク押圧面６ａの両端に、ダイキャビティ２ａの縦壁２ｂと略直角をなす張り出し部６ｂを設けているので、ポンチ６の押圧面６ａの設計の自由度が広がることとなる。
【００３７】
そして、この液圧成形装置１を用いた液圧成形方法により成形されたサイドルーフレールＳは、ワークＷの初期肉厚よりも約９％厚みが増した縦辺Ｓｂを備えていると共に、横辺Ｓａと縦辺Ｓｂとの間にワークＷの初期肉厚よりも２５％以上厚みが増したコーナー部Ｓｅを備えていることから、サイドルーフレールＳに要求される高い曲げ強度をいずれも満足することとなる。
【００３８】
［第２実施例］
図７は本発明に係わる液圧成形装置の他の実施例を示している。
【００３９】
図７に部分的に示すように、この液圧成形装置２１では、凹状をなすダイキャビティ２２ａのポンチ６が摺接する縦壁２２ｂと、ダイキャビティ２２ａの底壁２２ｃとの間に、ワークＷの肉厚よりも小さくかつワークＷの肉厚の１／１０よりも大きな段差２２ｇを設けており、他の構成は先の実施例における液圧成形装置１と同じである。
【００４０】
この液圧成形装置２１では、段差２２ｂの大きさをワークＷの中空部Ｗａに作用させる液圧Ｐの高さ、あるいは、ポンチ６に押圧されることによって上昇する中空部Ｗａの内圧Ｐの高さと、加工液を排出して中空部Ｗａの内圧Ｐを下げる速度とのバランスとを考慮して設定してあるので、、成形時における座屈の発生がより一層少なく抑えれることとなり、加えて、短いポンチストロークで断面内の特定した辺の成形品肉厚が増加することとなる、すなわち、縦辺Ｓｂの肉厚の増加が効率よくなされることとなる。
【００４１】
［第３実施例］
図８は本発明に係わる液圧成形装置のさらに他の実施例を示している。
【００４２】
図８に部分的に示すように、この液圧成形装置３１では、凹状をなすダイキャビティ３２ａのポンチ６が摺接する縦壁３２ｂと、ポンチ６の移動方向とがなす角度θを０〜４５゜の範囲内に設定しており、他の構成は第１実施例における液圧成形装置１と同じである。
【００４３】
この液圧成形装置３１では、成形時にポンチ６とダイキャビティ３２ａの縦壁３２ｂとの間に生じる摩擦力が小さく抑えられて、圧縮力が広範囲に有効に作用することとなり、加えて、ダイ３２におけるダイキャビティ３２ａの設計の自由度を広げ得ることとなる。
【００４４】
ここで、ポンチ６の移動方向に対するダイキャビティ３２ａの縦壁３２ｂの角度θを変化させて、ワークＷの初期周長を３％縮めて成形した場合におけるサイドルーフレールＳの縦辺Ｓｂの肉厚増加比を測定したところ、図９のグラフに示す結果を得た。
【００４５】
図９のグラフに示すように、ポンチ６の移動方向に対するダイキャビティ３２ａの縦壁３２ｂの角度θが約５０゜を越えると、縦辺Ｓｂの肉厚増加比が３％を下回ることが実証できた。
【００４６】
［第４実施例］
図１０および図１１は本発明に係わる液圧成形装置のさらに他の実施例を示している。
【００４７】
図１０に示すように、この液圧成形装置４１では、パイプ状をなす肉厚２．２ｍｍのワーク（３７０ＭＰａ級の鋼材からなるワーク、本実施例においてもＪＩＳ Ｇ ３４４５で規定されたＳＴＫＭ１１Ａの機械構造用炭素鋼鋼管）Ｗを間にして上下に対向配置した２個のポンチ４６，４６を備え、両ポンチ４６，４６側に開口するダイ４２のダイキャビティ４２ａ内にセットしたワークＷを両側から押圧するようにしており、他の構成は第１実施例における液圧成形装置１と同じである。
【００４８】
この液圧成形装置４１により、第１実施例と同じようにしてワークＷに対して液圧成形を行って、断面が四角形状をなす製品ＳＡを成形したところ、図１１に示すように、製品ＳＡの断面周長はワークＷの初期断面周長よりも減少している。一方、製品ＳＡの縦辺ＳＡｂの成形品肉厚は、第１実施例の液圧成形装置１によって成形したサイドルーフレールＳの縦辺Ｓｂの成形品肉厚よりもさらに厚みが増しており、ワークＷの初期肉厚に対する増加量は約２０％に達している。また、コーナー部ＳＡｅの肉厚減少もなく、肉厚２．０ｍｍの５９０ＭＰａ級の鋼材からなるワークの場合も、割れを生じさせることなく成形することができた。
【００４９】
加えて、この液圧成形装置４１では、上記成形の後、製品ＳＡを９０゜回転させてセットし直して再び成形加工を行えば、断面が正方形状ないしは略正方形状をなす製品も成形し得ることとなる。
【００５０】
本発明に係わる液圧成形方法および液圧成形装置ならびに車体用部材の詳細な構成は上記した実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる液圧成形方法および液圧成形装置の一実施例を示す断面説明図（ａ）および成形時における断面説明図（ｂ）である。
【図２】図１に示した液圧成形装置の全体斜視説明図である。
【図３】図１における液圧成形装置のダイおよびポンチの断面説明図である。
【図４】図１に示した液圧成形装置により成形されたサイドルーフレールの断面説明図である。
【図５】サイドルーフレールに対して行った３点曲げ実験により得られた荷重とストロークとの関係を示すグラフである。
【図６】３点曲げ実験における最大曲げ荷重とサイドルーフレールの縦辺の肉厚比との関係を示すグラフである。
【図７】本発明に係わる液圧成形装置の他の実施例を示すダイのダイキャビティの斜視説明図である。
【図８】本発明に係わる液圧成形装置のさらに他の実施例を示すダイのダイキャビティの部分断面説明図である。
【図９】ポンチの移動方向に対するダイキャビティの縦壁の角度とサイドルーフレールの縦辺の肉厚増加比との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明に係わる液圧成形装置のさらに他の実施例を示す断面説明図（ａ）および成形時における断面説明図（ｂ）である。
【図１１】図１０に示した液圧成形装置により成形された製品の断面説明図である。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１ 液圧成形装置
２，２２，３２，４２ ダイ
２ａ，２２ａ，３２ａ，４２ａ ダイキャビティ
５ 加工液供給部
６，４６ ポンチ
６ａ ポンチのワーク押圧面
６ｂ 張り出し部
２２ｇ 段差
３２ｂ ダイキャビティの縦壁
Ｐ 液圧
Ｓ サイドルーフレール（車体用部材）
Ｓａ ポンチによって形成される辺
Ｓｂ 縦辺（ポンチによって形成される辺と隣接する辺）
Ｓｅ コーナー部
Ｗ ワーク
Ｗａ 中空部
θ ダイキャビティの縦壁とポンチの移動方向とがなす角度
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、パイプ状をなすワークの中空部に加工液を注入して液圧を加えながら、ダイおよびポンチによって車体用部材を成形するのに利用される液圧成形方法および液圧成形装置に関し、また、この液圧成形方法および液圧成形装置によって成形されるサイドルーフレールなどの車体用部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記した液圧成形方法としては、例えば、ハイドロフォームによって成形するためにパイプ状をなすワークに施す曲げ加工に続いて行われる予備加工があり、このハイドロフォーム予備加工では、低液圧をワークの中空部に加えながら型締めを行うことによって、ワークを大まかな部品形状に成形するようにしている。
【０００３】
また、他の液圧成形方法としては、バルジ加工方法がある。このバルジ加工方法において、型内にセットしたパイプ状をなすワークを軸方向に押し込みながら、液圧により拡管させて所定形状に成形するようにしており、このバルジ加工方法では、液圧成形中にワークを軸方向に押し込むので、拡管する際の肉厚減少が抑制されて、成形性が良好に保たれることとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した従来の液圧成形方法では、ハイドロフォーム予備加工の場合、拡管を前提にした液圧成形方法であるため、肉厚減少が生じて高強度板材やアルミニウム板材では割れが発生しやすいこと、ワークの中心から離れた部位で肉厚減少が生じる肉厚分布になること、といった問題があり、一方、バルジ加工方法の場合、ワークを軸方向に押し込む都合上、ワーク全体の肉厚増加には有効であるものの断面内の特定部位の肉厚を増加させることができないこと、成形品の重量軽減に寄与することができないこと、といった問題を有しており、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、上述した従来の課題に着目してなされたもので、高強度板材やアルミニウム板材を用いた場合であったとしても、割れを生じさせることなく成形することができ、加えて、断面内の特定部位の成形品肉厚を増加させることが可能であり、その結果、軽量化を実現したうえで、成形品の曲げ強度を増加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と共に、軽量でかつ曲げ強度に優れた車体用部材を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わる発明は、パイプ状をなすワークの中空部に加工液を注入して加圧しつつ、ダイおよびポンチによってワークを所定形状に成形する液圧成形方法において、少なくともワークのポンチ側に丸みを有するコーナー部が成形されるまでの間、拡管が生じない液圧｛（ワークの肉厚（ｍｍ）×降伏点応力（ＭＰａ）×０．６）ＭＰａの圧力｝を保ちつつ、断面が四角形以上の多角形状をなしかつ断面周長がワーク初期断面周長を越えない形状に成形して、少なくとも特定した一辺の成形品肉厚をワーク初期肉厚よりも増加させる構成としたことを特徴としており、この液圧成形方法の構成を上記した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００７】
本発明の請求項２に係わる液圧成形方法は、ポンチによって形成される辺と隣接する辺の肉厚をワーク初期肉厚よりも増加させる構成としている。
【０００８】
本発明の請求項３に係わる液圧成形装置は、請求項１および２に記載の液圧成形方法に用いる液圧成形装置であって、ダイと、両端がシールされた状態でダイに固定されるパイプ状をなすワークの中空部に対して加工液の注入排出を行う加工液供給部と、加工液供給部による加工液の注入によって中空部に液圧を加えたワークを押圧するポンチを備え、中空部の内圧が拡管を生じさせない液圧に保たれた状態のワークをポンチで押圧することで、断面が四角形以上の多角形状をなしかつ断面周長がワーク初期断面周長を越えない形状に成形し、少なくとも特定した一辺の成形品肉厚をワーク初期肉厚よりも増加可能とした構成としたことを特徴としており、この液圧成形装置の構成を上記した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００９】
本発明の請求項４に係わる液圧成形装置において、ポンチはダイのダイキャビティ内を移動してワークを押圧する構成とし、本発明の請求項５に係わる液圧成形装置において、ダイのダイキャビティは凹状をなし、ダイキャビティのポンチが摺接する縦壁と、ダイキャビティの底部との間に、ワークの肉厚よりも小さくかつワークの肉厚の１／１０よりも大きな段差を設けた構成としており、この場合、段差の大きさは、ワークの中空部に作用させる液圧の高さ、あるいは、ポンチに押圧されることによって上昇する中空部の内圧の高さと、加工液を排出して中空部の内圧を下げる速度とのバランスとを考慮して設定され、座屈を生じにくくするためにワークの肉厚よりも小さくし、そして、肉厚を効率よく増加させるためにワークの肉厚の１／１０よりも大きく設定している。
【００１０】
本発明の請求項６に係わる液圧成形装置において、ダイのダイキャビティは凹状をなし、ダイキャビティのポンチが摺接する縦壁と、ポンチの移動方向とがなす角度を０〜４５゜の範囲内に設定してある構成とし、本発明の請求項７に係わる液圧成形装置は、ダイのダイキャビティの縦壁と摺接するポンチのワーク押圧面の両端に、ワーク側に突出しかつダイキャビティの縦壁と略直角をなす張り出し部を設けた構成とし、本発明の請求項８に係わる液圧成形装置は、ワークを間にして対向配置した２個のポンチを備え、両ポンチ側に開口するダイのダイキャビティ内にセットしたワークを両側から押圧する構成としている。
【００１１】
本発明の請求項９に係わる車体用部材は、請求項３ないし８に記載の液圧成形装置によって成形された車体用部材であって、ポンチによって形成される辺に隣接してワーク初期肉厚よりも１．０３倍以上増加させた肉厚の辺を備えている構成としており、本発明の請求項１０に係わる車体用部材は、ポンチによって形成される辺の両端にワーク初期肉厚よりも１．１倍以上増加させた肉厚のコーナー部を備えている構成としている。
【００１２】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わる液圧成形方法では、上記した構成としたから、ワークの素材に高強度板材やアルミニウム板材を採用した場合であったとしても、割れの発生を阻止し得ることとなり、加えて、断面内の特定した辺の成形品肉厚のみが増加することから、軽量でかつ高い曲げ強度の成形品が成形されることとなる。
【００１３】
本発明の請求項２に係わる液圧成形方法において、上記した構成としているので、例えば、サイドルーフレールなどの車体用部材を成形する際には、高い曲げ強度を得るために必要とされる部位の肉厚が確保されることとなる。
【００１４】
一方、本発明の請求項３に係わる液圧成形装置では、パイプ状をなすワークの中空部に加工液を注入して加圧しつつ、ダイおよびポンチによってワークを所定形状に成形するに際して、断面が四角形以上の多角形状をなしかつ断面周長がワーク初期断面周長を越えない形状にワークを成形するので、例え、ワークの素材に高強度板材やアルミニウム板材を用いても、割れが生じる恐れがないうえ、断面内の特定した辺の成形品肉厚のみを増加させ得るので、軽量でかつ高い曲げ強度の成形品が得られることとなる。
【００１５】
本発明の請求項４に係わる液圧成形装置では、ポンチによる圧縮力がワークに対して有効に働くこととなり、本発明の請求項５に係わる液圧成形装置では、短いポンチストロークで断面内の特定した辺の成形品肉厚が増加することとなる、すなわち、特定した辺の成形品肉厚の増加が効率よくなされることとなる。
【００１６】
本発明の請求項６および７に係わる液圧成形装置では、ダイのダイキャビティやポンチの押圧面の設計の自由度が広がることとなり、本発明の請求項８に係わる液圧成形装置では、コーナー部の肉厚減少および割れが生じることなく、断面内の特定した辺の成形品肉厚がより一層増加することとなり、加えて、この液圧成形装置によって、ワークのセット角度を変えて再び成形加工を行えば、断面が略正方形状をなす成形品も成形し得ることとなる。
【００１７】
本発明の請求項９および１０に係わる車体用部材は、いずれも高い曲げ強度が要求される部位に用い得ることとなる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わる液圧成形方法では、上記した構成としたから、ワークの素材に高強度板材やアルミニウム板材を用いた場合であったとしても、肉厚減少を抑えて割れのない製品を成形することができるのに加えて、断面内の特定した辺の成形品肉厚のみを増加させることが可能であり、その結果、軽量でかつ高い曲げ強度を有する製品を成形することができるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００１９】
本発明の請求項２に係わる液圧成形方法では、上記した構成としたため、例えば、サイドルーフレールなどの車体用部材を成形する際には、高い曲げ強度を得るために必要とされる部位の肉厚を確保することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００２０】
本発明の請求項３に係わる液圧成形装置では、上記した構成としているので、ワークの素材に高強度板材やアルミニウム板材を採用したとしても、割れを生じさせることなく成形することができ、加えて、断面内の特定した辺の成形品肉厚のみを増加させ得るので、軽量でかつ高い曲げ強度の製品を成形することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００２１】
本発明の請求項４に係わる液圧成形装置では、上記した構成としたため、ポンチによる圧縮力をワークに対して有効に作用させることができ、本発明の請求項５に係わる液圧成形装置では、上記した構成としていることから、短いポンチストロークで断面内の特定した辺の成形品肉厚を増加させることができ、すなわち、特定した辺の成形品肉厚を効率よく増加させることが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００２２】
本発明の請求項６および７に係わる液圧成形装置では、ダイのダイキャビティやポンチの押圧面の設計の自由度を広げることができ、本発明の請求項８に係わる液圧成形装置では、コーナー部の肉厚減少および割れを生じさせることなく、断面内の特定した辺の成形品肉厚をより一層増やすことが可能であり、加えて、この液圧成形装置によって、ワークのセット角度を変えて再び成形加工を行うことで、断面が略正方形状をなす製品をも成形することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００２３】
本発明の請求項９および１０に係わる車体用部材は、上記した構成としているので、いずれも軽量でかつ高い曲げ強度が要求される部位に用いることができるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００２５】
［第１実施例］
図１〜図６は、本発明の一実施例による液圧成形方法に用いる液圧成形装置、すなわち、本発明の一実施例による液圧成形装置を示しており、この実施例では本発明に係わる液圧成形方法および液圧成形装置により、サイドルーフレール（車体用部材）を成形する場合を示す。
【００２６】
図１および図２に示すように、この液圧成形装置１は、凹状をなすダイキャビティ２ａを有するダイ２と、パイプ状をなす肉厚２．２ｍｍのワーク（３７０ＭＰａ級の鋼材からなるワーク、本実施例ではＪＩＳ Ｇ ３４４５で規定されたＳＴＫＭ１１Ａの機械構造用炭素鋼鋼管）Ｗの両端をシールするシール治具３と、ワークＷの両端部をダイ２に挟み込み状態で固定する支持部４と、シール治具３でシールされたワークＷの中空部Ｗａに対して加工液の注入排出を行う加工液供給部５と、この加工液供給部５による加工液の注入によって中空部Ｗａに液圧Ｐを加えたワークＷを押圧するポンチ６を備えており、ダイキャビティ２ａは、図３にも示すように、互いに対向する縦壁２ｂと、底壁２ｃと、両壁２ｂ，２ｃ間に位置する斜壁２ｄを具備している。
【００２７】
この場合、ポンチ６は、ダイ２のダイキャビティ２ａ内を上下方向に移動してワークＷを押圧するようになっており、このポンチ６のダイキャビティ２ａの縦壁２ｂと摺接するワーク押圧面６ａの両端には、ワークＷ側に突出しかつダイキャビティ２ａの縦壁２ｂと略直角をなす張り出し部６ｂが設けてある。
【００２８】
この液圧成形装置１によりワークＷに対して液圧成形を施してサイドルーフレール（車体用部材）Ｓを製作する場合には、まず、ワークＷをダイ２のダイキャビティ２ａ内にセットして、支持部４によりワークＷの両端部をダイ２に挟み込み状態で固定する。
【００２９】
続いて、ワークＷの両端にシール治具３をそれぞれ挿入してシールした後、加工液供給部５からワークＷの中空部Ｗａに対して加工液の注入を行う。
【００３０】
次いで、ワークＷの中空部Ｗａの内圧Ｐを５０ＭＰａ（拡管を生じさせない液圧）に保ちつつ、図１（ｂ）に示すように、ポンチ６を下降させてそのワーク押圧面６ａでワークＷを押圧すると、図４に示すように、断面が変則六角形状をなすサイドルーフレールＳが成形されることとなる。
【００３１】
このとき、成形品であるサイドルーフレールＳの断面周長はワークＷの初期断面周長よりも減少している。一方、肉厚は、サイドルーフレールＳの底辺Ｓｃおよびその両端近傍を除いて増加しており、ポンチ６によって形成される横辺Ｓａと隣接する縦辺Ｓｂの成形品肉厚はワークＷの初期肉厚よりも約９％増加し、横辺Ｓａと縦辺Ｓｂとの間のコーナー部Ｓｅの成形品肉厚は２５％以上増加していると共に、縦辺Ｓｂと斜辺Ｓｄとの間の丸み部Ｓｆにおいても成形品肉厚は僅かながら増加している。
【００３２】
そこで、この液圧成形装置１により、肉厚２．０ｍｍの５９０ＭＰａ級の鋼材からなるワークに対しても上記と同じ成形を施したところ、縦辺Ｓｂと斜辺Ｓｄとの間の丸み部Ｓｆには肉厚の減少が発生せず、むしろ増加していたことから、伸びの少ない鋼管に対しても本発明に係わる液圧成形方法が有効であることが実証できた。
【００３３】
また、図５のグラフとともに示すように、切り出したサイドルーフレールＳの両端をＩ型鋼７に溶接し、５００ｍｍの間隔をおいて配置した支持部８，８間にセットして、中心をＲ５０の押し子９で変形させる静的な３点曲げ実験を行って、荷重とストロークの関係を調べたところ、図５のグラフに示す結果を得た。
【００３４】
図５のグラフに示すように、断面周長をワークＷの初期断面周長に合わせて成形した肉厚増加のない成形品と比べて、本発明に係わる液圧成形方法および液圧成形装置１により成形したサイドルーフレールＳが、最大曲げ荷重値において約６４％増加することが判り、この効果は、図６のグラフに示すように、縦辺Ｓｂの成形品肉厚増加が３％以上となったときに顕著である。
【００３５】
したがって、高強度板材やアルミニウム板材を用いて、割れのない、しかも、軽量でかつ高い曲げ強度の製品を成形し得ることが立証できた。
【００３６】
また、この液圧成形装置１では、ポンチ６がダイ２のダイキャビティ２ａ内を移動してワークＷを押圧するようにしているので、ポンチ６による圧縮力がワークＷに対して有効に働くこととなり、さらに、この液圧成形装置１では、ポンチ６のダイキャビティ２ａの縦壁２ｂと摺接するワーク押圧面６ａの両端に、ダイキャビティ２ａの縦壁２ｂと略直角をなす張り出し部６ｂを設けているので、ポンチ６の押圧面６ａの設計の自由度が広がることとなる。
【００３７】
そして、この液圧成形装置１を用いた液圧成形方法により成形されたサイドルーフレールＳは、ワークＷの初期肉厚よりも約９％厚みが増した縦辺Ｓｂを備えていると共に、横辺Ｓａと縦辺Ｓｂとの間にワークＷの初期肉厚よりも２５％以上厚みが増したコーナー部Ｓｅを備えていることから、サイドルーフレールＳに要求される高い曲げ強度をいずれも満足することとなる。
【００３８】
［第２実施例］
図７は本発明に係わる液圧成形装置の他の実施例を示している。
【００３９】
図７に部分的に示すように、この液圧成形装置２１では、凹状をなすダイキャビティ２２ａのポンチ６が摺接する縦壁２２ｂと、ダイキャビティ２２ａの底壁２２ｃとの間に、ワークＷの肉厚よりも小さくかつワークＷの肉厚の１／１０よりも大きな段差２２ｇを設けており、他の構成は先の実施例における液圧成形装置１と同じである。
【００４０】
この液圧成形装置２１では、段差２２ｂの大きさをワークＷの中空部Ｗａに作用させる液圧Ｐの高さ、あるいは、ポンチ６に押圧されることによって上昇する中空部Ｗａの内圧Ｐの高さと、加工液を排出して中空部Ｗａの内圧Ｐを下げる速度とのバランスとを考慮して設定してあるので、、成形時における座屈の発生がより一層少なく抑えれることとなり、加えて、短いポンチストロークで断面内の特定した辺の成形品肉厚が増加することとなる、すなわち、縦辺Ｓｂの肉厚の増加が効率よくなされることとなる。
【００４１】
［第３実施例］
図８は本発明に係わる液圧成形装置のさらに他の実施例を示している。
【００４２】
図８に部分的に示すように、この液圧成形装置３１では、凹状をなすダイキャビティ３２ａのポンチ６が摺接する縦壁３２ｂと、ポンチ６の移動方向とがなす角度θを０〜４５゜の範囲内に設定しており、他の構成は第１実施例における液圧成形装置１と同じである。
【００４３】
この液圧成形装置３１では、成形時にポンチ６とダイキャビティ３２ａの縦壁３２ｂとの間に生じる摩擦力が小さく抑えられて、圧縮力が広範囲に有効に作用することとなり、加えて、ダイ３２におけるダイキャビティ３２ａの設計の自由度を広げ得ることとなる。
【００４４】
ここで、ポンチ６の移動方向に対するダイキャビティ３２ａの縦壁３２ｂの角度θを変化させて、ワークＷの初期周長を３％縮めて成形した場合におけるサイドルーフレールＳの縦辺Ｓｂの肉厚増加比を測定したところ、図９のグラフに示す結果を得た。
【００４５】
図９のグラフに示すように、ポンチ６の移動方向に対するダイキャビティ３２ａの縦壁３２ｂの角度θが約５０゜を越えると、縦辺Ｓｂの肉厚増加比が３％を下回ることが実証できた。
【００４６】
［第４実施例］
図１０および図１１は本発明に係わる液圧成形装置のさらに他の実施例を示している。
【００４７】
図１０に示すように、この液圧成形装置４１では、パイプ状をなす肉厚２．２ｍｍのワーク（３７０ＭＰａ級の鋼材からなるワーク、本実施例においてもＪＩＳ Ｇ ３４４５で規定されたＳＴＫＭ１１Ａの機械構造用炭素鋼鋼管）Ｗを間にして上下に対向配置した２個のポンチ４６，４６を備え、両ポンチ４６，４６側に開口するダイ４２のダイキャビティ４２ａ内にセットしたワークＷを両側から押圧するようにしており、他の構成は第１実施例における液圧成形装置１と同じである。
【００４８】
この液圧成形装置４１により、第１実施例と同じようにしてワークＷに対して液圧成形を行って、断面が四角形状をなす製品ＳＡを成形したところ、図１１に示すように、製品ＳＡの断面周長はワークＷの初期断面周長よりも減少している。一方、製品ＳＡの縦辺ＳＡｂの成形品肉厚は、第１実施例の液圧成形装置１によって成形したサイドルーフレールＳの縦辺Ｓｂの成形品肉厚よりもさらに厚みが増しており、ワークＷの初期肉厚に対する増加量は約２０％に達している。また、コーナー部ＳＡｅの肉厚減少もなく、肉厚２．０ｍｍの５９０ＭＰａ級の鋼材からなるワークの場合も、割れを生じさせることなく成形することができた。
【００４９】
加えて、この液圧成形装置４１では、上記成形の後、製品ＳＡを９０゜回転させてセットし直して再び成形加工を行えば、断面が正方形状ないしは略正方形状をなす製品も成形し得ることとなる。
【００５０】
本発明に係わる液圧成形方法および液圧成形装置ならびに車体用部材の詳細な構成は上記した実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる液圧成形方法および液圧成形装置の一実施例を示す断面説明図（ａ）および成形時における断面説明図（ｂ）である。
【図２】図１に示した液圧成形装置の全体斜視説明図である。
【図３】図１における液圧成形装置のダイおよびポンチの断面説明図である。
【図４】図１に示した液圧成形装置により成形されたサイドルーフレールの断面説明図である。
【図５】サイドルーフレールに対して行った３点曲げ実験により得られた荷重とストロークとの関係を示すグラフである。
【図６】３点曲げ実験における最大曲げ荷重とサイドルーフレールの縦辺の肉厚比との関係を示すグラフである。
【図７】本発明に係わる液圧成形装置の他の実施例を示すダイのダイキャビティの斜視説明図である。
【図８】本発明に係わる液圧成形装置のさらに他の実施例を示すダイのダイキャビティの部分断面説明図である。
【図９】ポンチの移動方向に対するダイキャビティの縦壁の角度とサイドルーフレールの縦辺の肉厚増加比との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明に係わる液圧成形装置のさらに他の実施例を示す断面説明図（ａ）および成形時における断面説明図（ｂ）である。
【図１１】図１０に示した液圧成形装置により成形された製品の断面説明図である。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１ 液圧成形装置
２，２２，３２，４２ ダイ
２ａ，２２ａ，３２ａ，４２ａ ダイキャビティ
５ 加工液供給部
６，４６ ポンチ
６ａ ポンチのワーク押圧面
６ｂ 張り出し部
２２ｇ 段差
３２ｂ ダイキャビティの縦壁
Ｐ 液圧
Ｓ サイドルーフレール（車体用部材）
Ｓａ ポンチによって形成される辺
Ｓｂ 縦辺（ポンチによって形成される辺と隣接する辺）
Ｓｅ コーナー部
Ｗ ワーク
Ｗａ 中空部
θ ダイキャビティの縦壁とポンチの移動方向とがなす角度
Claims (10)
- パイプ状をなすワークの中空部に加工液を注入して加圧しつつ、ダイおよびポンチによってワークを所定形状に成形する液圧成形方法において、少なくともワークのポンチ側に丸みを有するコーナー部が成形されるまでの間、拡管が生じない液圧を保ちつつ、断面が四角形以上の多角形状をなしかつ断面周長がワーク初期断面周長を越えない形状に成形して、少なくとも特定した一辺の成形品肉厚をワーク初期肉厚よりも増加させることを特徴とする液圧成形方法。
- ポンチによって形成される辺と隣接する辺の肉厚をワーク初期肉厚よりも増加させる請求項１に記載の液圧成形方法。
- 請求項１および２に記載の液圧成形方法に用いる液圧成形装置であって、ダイと、両端がシールされた状態でダイに固定されるパイプ状をなすワークの中空部に対して加工液の注入排出を行う加工液供給部と、加工液供給部による加工液の注入によって中空部に液圧を加えたワークを押圧するポンチを備え、中空部の内圧が拡管を生じさせない液圧に保たれた状態のワークをポンチで押圧することで、断面が四角形以上の多角形状をなしかつ断面周長がワーク初期断面周長を越えない形状に成形し、少なくとも特定した一辺の成形品肉厚をワーク初期肉厚よりも増加可能としたことを特徴とする液圧成形装置。
- ポンチはダイのダイキャビティ内を移動してワークを押圧する請求項３に記載の液圧成形装置。
- ダイのダイキャビティは凹状をなし、ダイキャビティのポンチが摺接する縦壁と、ダイキャビティの底部との間に、ワークの肉厚よりも小さくかつワークの肉厚の１／１０よりも大きな段差を設けた請求項３または４に記載の液圧成形装置。
- ダイのダイキャビティは凹状をなし、ダイキャビティのポンチが摺接する縦壁と、ポンチの移動方向とがなす角度を０〜４５゜の範囲内に設定してある請求項３または４に記載の液圧成形装置。
- ダイのダイキャビティの縦壁と摺接するポンチのワーク押圧面の両端に、ワーク側に突出しかつダイキャビティの縦壁と略直角をなす張り出し部を設けた請求項３ないし６のいずれかに記載の液圧成形装置。
- ワークを間にして対向配置した２個のポンチを備え、両ポンチ側に開口するダイのダイキャビティ内にセットしたワークを両側から押圧する請求項３，４，７のいずれかに記載の液圧成形装置。
- 請求項３ないし８に記載の液圧成形装置によって成形された車体用部材であって、ポンチによって形成される辺に隣接してワーク初期肉厚よりも１．０３倍以上増加させた肉厚の辺を備えていることを特徴とする車体用部材。
- ポンチによって形成される辺の両端にワーク初期肉厚よりも１．１倍以上増加させた肉厚のコーナー部を備えている請求項９に記載の車体用部材。
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