JP3834276B2 - 中空パイプの冷間折曲加工法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネシウム材からなる中空パイプである角パイプやめがね状パイプや円形パイプをプレス加工により折曲げる中空パイプの冷間折曲加工法に関する。
【0002】
【従来の技術】
鉄材からなる角パイプを用いて製造した各種のプレス加工品がスクラップ化した場合、資源保護のためにリサイクルを奨励しても鉄製品は錆が出て腐蝕したり、重量を有するため取扱いが不便であって回収作業や運搬に多大なコストがかかるという欠点がある。その上、資源回収により得られる費用が安いため、資源の回収率を高めて廃棄物の軽減を図ることは極めて困難である。
【0003】
リサイクルの効果がほとんどない鉄材の代替品としてのマグネシウム材は、比重が1.74と鉄の比重に比べて約1/4と軽量であって取扱いが容易である。その上、マグネシウム材は、プレス加工を繰返しながら成形すると加圧硬化により強度が高まって鉄製パイプに劣らない強度を有するようになる。このため、金属部材としてリサイクル効果の高いマグネシウム材の利用が注目されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
マグネシウム材は、常温時には素材としての粘性度が低いため、冷間プレス加工を行うと材料の伸張力が少なく材料を均一に延ばすことが困難であり、押圧力が偏るとひび割れを生じやすい。また、プレス加工による折曲げに対する反発力、即ち、スプリングバックが強いことから一定の形態に安定させることは困難である。このように、冷間プレス加工は作業者の熟練した技術と手間を必要とするため角パイプの折曲加工は極めて困難であり、従来は中空パイプの内部に詰め物を入れて折曲げ加工を行っているのでその作業性は極めて非能率的であるなどの問題点を有していた。
【0005】
マグネシウム材からなるめがね状パイプの強度を千葉工業大学、機械工学科の鑓田征雄先生に依頼し、長さが500mmで28φ−2.5tのパイプの両端を支持した状態で、中心荷重300kgfを加えた時の撓み量を測定した。
たわみ量mm:Y、 荷重:P=300kgf、 パイプ径:28φ、
パイプ長:L=500mm、 断面2次モーメント:I、
立て弾性計数(ヤング率):E=4500kg/mm2、
Y=−PL3/48EI
【0006】
【表1】
【0007】
径が28φのパイプと比較すると、めがね状パイプの曲げ剛性は、縦方向で23倍、横方向で4、4倍の強度を有していることが判明した。このようにめがね状パイプは強度に優れていることがわかった。
【0008】
そこで、本発明は、構造用金属材料の中で最も軽くてリサイクル特性および再資源化特性を併せ持ち、環境適合性に優れた省エネ材であるマグネシウム材からなる角パイプやめがね状パイプや通常の円形パイプなどからなる中空パイプの冷間折曲加工法を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、下部に設けた雄下面部の両側端と、両側面に設けた雄側面部との間に雄曲面部を設け、該雄下面部及び雄側面部の両側に夫々下部保護片および側部保護片を突設して上下動可能に設けた雄型と、雌前面部の上部と雌上面部の前部との間に雌曲面部を形成し、該雌前面部及び雌上面部の両側にそれぞれ前部保護片および上部保護片を突設させて、前記雄型の下方両側に夫々向かい合わせに配して進退動可能に設けた対をなす雌型とからなり、マグネシウム材からなる中空パイプである角パイプの折曲部分の両側面部に内方リブをそれぞれ設け、前記雌型の上部保護片の内部に収容した該角パイプの中間部分を前記雄型の下部保護片の内部に両側部分を収容し、該雄型の押下げにより前記雄曲面部と雌曲面部とで前記角パイプを折曲げることを特徴とする。また、前記内方リブは、角パイプの折曲部分の両側面部であって曲面長より長く、且つ、それぞれ凹入させて形成してある。前記雄型の雄下面部の両側に立ち上がらせて設けた下部保護片および前記雌型の雌上面部の両側に立ち上がらせて設けた雌上部保護片は、前記角パイプを内部に収容できる長さに形成してある。
【0010】
上記のように雄型の雄下面部及び対をなす雌型の雌上面部の両側にそれぞれ下部保護片及び上部保護片を設けて中空パイプの角パイプを収容して両側面部を保護した状態で雄型を押下げ、前記押曲面部と雌曲面部とで角パイプを引き込みながら折曲げ加工すると、該パイプの折曲部分の両側面部にそれぞれ設けた内方リブにより強度を高めてあり、且つ、各保護片によって保護しているのでひび割れの発生を防止出来る。
【0011】
【0012】
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面により説明すると、図1、3において、1は雄基板9に一端を固着させた雄型で、この雄型の下部に設けた雄下面部2と該下面部の両側に連続して設けた雄側面部3、3との連結部分になだらかな曲面からなる雄曲面部4を設けてある。この雄下面部2及び雄側面部3の横幅、即ち、厚みは後記する角パイプ20の横幅Nと略同じ幅に形成してある。雄下面部2は被加工材の製品の形状に応じて平面、円弧面などプレス加工品の形に応じて最適な形に形成してある。
【0014】
プレス加工品が略U字型の場合は、雄下面部2は円弧面に形成してあり、略コ字型の場合は、雄下面部2は平坦面に形成してある。雄下面部2及び雄側面部3の幅方向の両側には、下部保護片5、5および側部保護片6、6をそれぞれ立上がらせて形成し、内部に収容する前記角パイプの側面部を保護する機能を有しており、下部保護片5と側部保護片6の端部は連結している。
【0015】
下部保護片5は、雄下面部2内に収容する角パイプの高さMと等しいか又はそれより長く形成し、雄下面部2から離れた側部保護片6は角パイプの両側部分を保護して該雄曲面部4によって折曲げられる角パイプ20が左右に捩れたり曲がるのを防止している。そのため、この側部保護片6の長さは、角パイプの長さMと同じにする必要はない。
【0016】
図1、4において、11は雌基板10上に対をなして向い合わせに配して進退動可能に設けた雌型で、前記雄型1の両雄側面部3、3と向い合うように平坦な雌前面部12、12を形成し、該雌型の上面には平坦面或いはなだらかな曲面をした雌上面部13、13を設け、雌前面部12の上端と雌上面部13の前端とをなだらかに湾曲させて連結した雌曲面部14、14を設けてある。
【0017】
雌基板10上の左右に設置した雌型11、11を、図6に一点差線に示すように、雄型に近づけるように動かして該雄型1と雌型11との間を狭めると、角パイプの折曲角度即ち曲面の角度は実線で示すように小さくできる。逆に、雌型11を雄型から遠ざけると前記雄型1との間は広がって、角パイプの折曲角度即ち曲面が大きくなって緩やかなカーブ西田パイプににすることができる。
【0018】
角パイプ20を曲げるには、角パイプを所定の折曲げ角度、いいかえれば内角の径の4.5倍を目安に雄型の雄曲面部4の曲面を選定する。前記内角径の4.5倍より小さい角度の場合は各パイプを折曲げた際に、折曲部分の側面部にひび割れが生じてしまう。内角径の4.5倍以上大きい角度の場合は、もちろんスムーズに折り曲げることができる。このように、角パイプの折曲角度の4.5倍が折曲加工の最小角度として最適なことは、発明者が角度を種々変えて実験して得た数値である。この雌前面部12および雌上面部13の横幅は、前記雄下面部2および雄側面部3と同じ幅で、前記角パイプの横幅と同じに形成してある。
【0019】
雌型の雌前面部12、12の横幅方向の両側端には、ガイド機能を有する前部保護片15を夫々設けてあり、さらに、雌上面部13の横幅方向の両側端にも夫々ガイド機能を有する上部保護片16、16を設け、前部保護片15と上部保護片16はなだらかに湾曲して連結してある。前部保護片15及び上部保護片16は、雌前面部12内および雌上面部13内に収容した角パイプ20が左右にずれたり、捩れたりしないように掛止するガイド機能を有している。しかし、前部保護片15は、角パイプ20を内部に収容する必要はないので必ずしも長く形成する必要はない。
【0020】
図7−9は、折曲げ加工するマグネシウム材を押出成形した中空パイプの一例である角パイプ20を示すもので、断面が長方形で縦長に位置して両側面部21、21の折曲中心線22からそれぞれ左右方向に、補強リブを内方に凹めて設けた内方リブ23、23を形成してある。図7において、角パイプ20をアールに折曲げる長さ、即ち、曲面長Lより夫々左右に30mm以上長く、好ましくは約50mm長くした延長部E、Eを設けた内方リブ23、23を前記角パイプ20の両側面部に形成した内方リブ23、23の長さをKとする。この内方リブの長さKと曲面長Lとの関係をさらに図10に示してある。即ち、曲面長Lは折曲部分であり、該折曲部分の両端に延長部E、Eを加えて内方リブ23をやや長くしてKにしてある。
【0021】
角パイプ20の両側面部21の上下両端縁部分には、角パイプの板厚と略同じ長さ、例えば約2mm幅の平坦縁部24、24を、内方リブの長さKと同じ長さに形成し、前記側面部21の中央部分に設けた内方リブ23、23は前記角パイプの板厚と略等しい長さ分を内方に凹ませて立上部27をそれぞれもうけてある(図8)。
【0022】
角パイプ20を構成するマグネシウム材の板厚は、通常、約2mmで内方リブ23の両端部分は、応力が一点に集中しないように鋭角部分を有しないようになだらかな曲線部26に形成してある。この内方リブ23の周縁部には、該被加工材の板厚と略同じ長さの立上部27を有している。そのため、プレス作用により外部からの圧力が角パイプの折曲部に加わると、内方リブ23の立上部27により外部圧力が吸収緩和されて角パイプの折曲部分に位置する側面部21に亀裂が発生するのを防止するものである。図8に示すように、側面部21a、21aに内方リブを有しない角パイプ20aの場合は、折曲げ加工の際に外部からの圧力が直接側面部21a、21aに加わるため、亀裂が生じてしまう。
【0023】
次に、本装置を用いて中空パイプであるマグネシウム材からなる角パイプ20を折曲加工する場合について説明すると、第1工程において、角パイプの両側部分をそれぞれ90度に折曲げて略U字状に形成する場合、図1に一点鎖線で示すように、雌型11の上部保護片16、16内に角パイプ20を収容する。この場合、雌型の上部保護片16および雄型の下部保護片5の内部は、角パイプ20の横幅Nと等しいため、角パイプを正しい姿勢に保持することができる。また、下部保護片5および上部保護片16は、角パイプ20の高さMより長く形成してあるので内部に該角パイプを収容することができる。
【0024】
第2工程として、プレス作用により雄型1を押下げると、雄型の下方に位置する角パイプ20は、下部保護片5内に収容された状態で押下げられ、角パイプ20は図5に矢印Xで示すように雄型の押し下げと共に引き込まれ、角パイプの両側面部21、21は、雄型の下部保護片5および雌型の上部保護片16に両側面を保護されているので、角パイプは雄型の雄曲面部4と雌型の雌曲面部17によって、図5に示すように、該角パイプの上面部28は上方に湾曲し、下面部29も上方に湾曲されて折曲げ加工される際に左右に捩れることがない。
【0025】
雄型1を下降させる場合、必要なら極薄の合成樹脂膜、例えばスチレンペーパーなどを雄型1または雌型11と角パイプ20との間に介在させれば、角パイプの表面に傷をつけることなくよりスムーズに折曲げ加工することができる。スチレンペーパーは、互いに滑動できるように複数枚用いるが、少なくとも1枚以上、好ましくは2または3枚使用するのが良好である。複数あれば夫々の前記ペーパーは自由に動ける利点がある。
【0026】
このように,角パイプの折曲角(曲面)は、雄型1の下方両側に配した一対の雌型11を,互いに進退動させて両雌型の間の距離を狭めたり、広げたりすることにより、角パイプの折曲角を調整して前記折曲角を大きくしたり、小さくすることができる(図6)。
【0027】
マグネシウム材はスプリングバックが強いので、角パイプを90度位に折曲げ加工する場合は、図12に示すように、例えば80度位に強く折曲げてプレス加工した後に雄型1及び雌型11から角パイプ20を取り出すと、強いスプリングバックにより復帰して90度にもどる。そのため、スプリングバックを考慮しながらプレス加工のストロークを調整して折曲部分に無理な力が加わらないように折曲加工することによって角パイプの折曲部分の両側面部にひび割れが生じるのを防いで美しく仕上げることができる。
【0028】
次に、第2の実施形態を図面に基いて説明すると、図17に示すマグネシウム材を押出成形した中空パイプの一種であるめがね状パイプ30は、平面基部31の片面にパイプ部32、32を一体に形成してある。このめがね状パイプ30の平面基部31側はスプリングバックが強いので、図18に示す如く略コ字型にプレス加工した後、雄型及び雌型から該パイプを取り出すと、このパイプの両端部30a、30aが、スプリングバックによって図19に示す如く外方に押し広げられる。また、平面基部31の反対側で中間部分に凹入溝34を有した曲面基部36側のスプリングバックは、平面基部31よりやや弱い。そのため、必要に応じて平面基部31側または曲面基部36側を外側にして折曲げることもできる。
【0029】
図11−16において、雄基板44に一端を固着した第2の雄型40の下面に設けた雄下面部39に、前記めがね状パイプのパイプ部32の径の半径と同径の凹部41、41を両端に設けた雄凹面部42を該雄下面部39に形成し、該雄凹面部の横幅は、該パイプ30の横幅部38と同じ長さに形成してある。さらに、該雄型の下面で雄凹面部の両側端には平坦な雄突合部43、43を設けてある。
【0030】
この雄凹面部42は、雄型の雄下面部39および雄両側面部39a、39aにも形成してあり、さらに、雄下面部39の両端と側面部の下端とをなだらかな曲面の雄曲面部45、45で連結してある。この雄曲面部45の形状は、前記めがね状パイプ30の折曲径,即ち折曲内角の3.2〜3.5倍の長さを目安に弧状に形成してある。この数値は発明者がいろいろと数値を変えて実験して得た数値である。
【0031】
雄型40の下方に位置する雌基板46上には、対をなして互いに向かい合わせて進退動可能に第2の雌型48、48を設置してある。この場合、図13に示す如く、両雌型の間で雄型40bの下方に羽根だし板49を上下動可能に設置してもよい。羽根だし板49の下面に連結した連結杆50は、前記雌基板46に穿った挿通孔51を貫通して該雌基板の下方に位置した支持台52に連結し、支持台52をスプリングなどの弾性部材53によって常時上方に弾発してある。
【0032】
羽根だし板49の上面は、図15に示すように、雄型40の雄凹面部42と対をなして前記めがね状パイプ30を内部に収容する凹入面部55を設け、該凹入面部55の両側部分には、前記雄型40と同様にめがね状パイプ30のパイプ部32の径の半径と同径の凹部57、57を形成してある。この羽根だし板49の上端で、且つ、凹入面部55の両側には前記雄型の雄突合部43と突合する突合受部59、59を設けてある。
【0033】
前記雌型48の前面及び上面の両側には、図11、14に示すように、該めがね状パイプ30の径の半径と同径の凹部61を両側に設けて前記パイプ径38の半分の深さをした雌前面凹部62および雌上面凹部64をそれぞれ設け、両者はなだらかな曲面の雌曲面部63で連結してある。この雌前面凹部と雌上面凹部と雌曲面部の両側には、それぞれ前記雄突合部と突合する雌突合部47を夫々設けてある。
【0034】
通常の円形パイプ30aを折り曲げる場合は、図16に示すように、雄型40aの下面にパイプ径の半径と同径の凹部41aを設け、また、雌型48aの前面及び上面さらに雌曲面部にも同様に凹部64aを設けてあり、それぞれの凹部の両側に前記雄突合部43aと突合する雌突合部47aを設け、めがね状パイプと同様にマグネシウム材からなる通常の円形パイプ30aの外側を覆って保護しながらスムーズに折り曲げることが出来る。
【0035】
次に、めがね状パイプの折曲げ加工法について説明すると、第1工程において、図10に示すように、雌基板上の両側に進退動可能に位置する雌型48、48の雌上面凹部64、64内にめがね状パイプ30を設置する。この場合、羽根だし板49を有する場合は、その凹入面部55に該パイプを収容するが、この羽根だし板は必ずしも必要ではない。
【0036】
第2工程において、雄型40を押下げると、雄型の雄突合部43は雌型の雌曲面部の両側に位置する雌突合部47と突合するので、必要以上の押圧力は該パイプには加わらない。即ち、該パイプは雄型の雄曲面部45と雌型の雌曲面部63によって上下から保持された状態となる。
【0037】
第3工程に於いて、めがね状パイプ30を保持した状態で雄型40を押下げると、雌型48は降下しないでそのままの位置で静止し、パイプ30の両側部分は雄型の雄曲面部45と雌型の雌曲面部63とによって上方に折曲げられる。
【0038】
図11に示した雄型40が下端まで押下げられると、めがね状パイプ30は、雄型40と雌型48の雌曲面部63よって折曲げながら雄型の押下げにより雌型の内部に引き込まれる。この場合、該パイプ30の外面は雄型の雄凹面部42と雌型48の凹部61で保持されており、また、図12に示すように羽根だし板49を使用している場合は、雄型の雄突合部43および羽根だし板の突合受部59とが合致して前記パイプの外側を覆うため、雄型40及び雌型48からの余計な力は該パイプ30には加わらない。この場合も、スチレンペーパーなどを雄型又は雌型とパイプとの間に介在させテパイプの表面に傷をつけないようなプレス加工が可能である。スチレンペーパーは少なくとも1枚以上を介在させればパイプの表面に傷をつけることはない。
【0039】
めがね状パイプをきれいなコ字型に形成する場合は、図12に示す如く、該パイプの立上部30bの両側部分を、夫々矢印M、Nを支点にして片側づつ略直角に折曲げてそれぞれコ字型に形成する。この場合、羽根だし板は使用せず、例えば80度位に強く折り曲げると、スプリングバックにより多少復帰して90度になるように調整して折曲加工するものである。
【0040】
【発明の効果】
本発明は、雄型の雄下面部の両側に設けた下部保護片と、互に進退動可能に設置させた雌型の雌上面部の両側に設けた上部保護片とでマグネシウム材の中空パイプである角パイプの両側面部を保護した状態で、雄曲面部と雌曲面部とでパイプを引き込みながら折曲げるので、該パイプの折曲部分の両側面部分に内方リブを凹設して該内方リブの周縁部分に設けた立上部によって強度を高めてひび割れの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 マグネシウム材からなる角パイプを折曲げ加工するための雄型と一対の雌型とからなる角パイプ折曲用のプレス装置の正面図。
【図2】 図1のA−A線矢視方向の側面図。
【図3】 雄型の一部破断した正面図。
【図4】 一方の雌型の一部破断した正面図。
【図5】 角パイプを折曲加工する状態のプレス装置の一部破断した正面図。
【図6】 雌型を移動させて角パイプの折曲角度を変えた状態を示す説明図。
【図7】 内方リブを両側面部に設けた角パイプの一部拡大正面図。
【図8】 図7のB−B線方向断面図。
【図9】 角パイプの両側面部に内方リブを設けない状態の中央断面図。
【図10】 角パイプの曲面長Lと内方リブの長さKとの関係を示した説明図。
【図11】 マグネシウム材からなるめがね状パイプを折曲加工する雄型と一対の雌型とからなるプレス装置の正面図。
【図12】 雄型と一対の雌型で形成したコ字型に折り曲げた折曲パイプの正面図。
【図13】 マグネシウム材からなるめがね状パイプを折曲加工する雄型と一対の雌型と羽根だし板とからなる他のプレス装置の正面図。
【図14】 雄型と雌型とでパイプを保持する状態を示す側面図。
【図15】 雄型と羽根だし板とでめがね状パイプを保持する状態を示す側面図。
【図16】 雄型と雌型とで通常の円形パイプを折曲加工のために保持する状態の側面図。
【図17】 マグネシウム材からなるめがね状パイプの斜視図。
【図18】 鉄製の中空パイプを略90度に折曲げた状態の正面図。
【図19】 スプリングバックにより両端部分が外方に押し広げた状態のマグネシウム材からなるめがね状パイプの側面図。
【符号の説明】
1 雄型
2 雄下面部
3 雄側面部
4 雄曲面部
5 下部保護片
6 側部保護片
11 雌型
12 雌前面部
13 雌上面部
14 雌曲面部
15 前部保護片
16 上部保護片
20 角パイプ
23 内方リブ
30 めがね状パイプ
39 雄下面部
39a 側面部
40 第2の雄型
41 凹入部
42 雌凹面部
43 雄突合部
45 雄曲面部
47 雌突合部
48 第2の雌型
61 凹入部
62 雌前面凹部
63 雌曲面部
64 雌上面凹部
Claims (3)
- 下部に設けた雄下面部の両側端と両側面に設けた雄側面部との間に雄曲面部を設け、該雄下面部及び雄側面部の両側に夫々下部保護片および側部保護片を突設して上下動可能に設けた雄型と、
雌前面部の上部と雌上面部の前部との間に雌曲面部を形成し、該雌前面部及び雌上面部の両側にそれぞれ前部保護片および上部保護片を突設させて、前記雄型の下方両側に夫々向かい合わせに配して進退動可能に設けた対をなす雌型とからなり、
マグネシウム材からなる中空パイプである角パイプの折曲部分の両側面部に内方リブをそれぞれ設け、前記雌型の上部保護片の内部に両側部分を収容した該角パイプの中間部分を前記雄型の下部保護片の内部に収容し、該雄型の押下げにより前記雄曲面部と雌曲面部とで前記角パイプを折曲げることを特徴とする中空パイプの冷間折曲加工法。 - 前記内方リブは、角パイプの折曲部分の両側面部であって曲面長より長く、且つ、それぞれ凹入させて形成することを特徴とする請求項1記載の中空パイプの冷間折曲加工法。
- 前記雄型の雄下面部の両側に立ち上がらせて設けた下部保護片および前記雌型の雌上面部の両側に立ち上がらせて設けた上部保護片は、前記角パイプを内部に収容するように形成してなることを特徴とする請求項1記載の中空パイプの折曲加工法。
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