JP4086216B2 - パイプ材のハイドロフォーミング方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパイプ材を素材としパイプ材直径よりも寸法の小さい異形断面形状を少なくとも部分的に有する製品の製造に好適なハイドロフォーミング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば自動車の下回りフレームなどで代表される部品は、平面形状がＵ状あるいはＬ状をなすとともに閉鎖断面構造を持ち、しかも他の部品の据付けや結合などのため、部分的に多角形あるいは長円など異形な断面形状を部分的に有している。
かかる製品を得る場合、従来では、プレスによってパネル状をなした上部体と下部体を成形し、その上部体と下部体のフランジを重ねてスポット溶接する方法が取られていた。しかし、この方法は、フランジを有するためその分だけ重量が増すとともに、寸法が大きくなって配置スペース効率が低下し、また、スポット溶接のため強度も低くなり、工程も煩雑であるためコストが高くなるなどの問題があった。
【０００３】
こうした不具合を改善するため、素材としてパイプ材を使用し、これをハイドロフォーム技術を利用して成形する方法が知られている。このハイドロフォーム法は大別して２タイプがある。
第１のタイプは、図１に示されており、（ａ）のように、断面が円形のパイプを所要平面形状たとえばＵ字状に曲げ加工し、その曲げ加工品のパイプ径よりも狭い幅の製品部分については、プレスあるいは専用機により（ｂ）のように素材径よりも幅寸法が縮減した断面形状に潰し加工（プリフォーム）し、この潰し加工品を（ｃ）のように上下型のキャビテイに装填し、（ｄ）のように上下型の型締めを行なったのち、（ｅ）のように潰し加工品内に液体を注入して高圧力（たとえば２２０００ｐｓｉ程度）の内圧を創成させることにより、材料を型面に馴染むように塑性変形させ、（ｆ）のような断面形状に成形する方法である。
【０００４】
第２のタイプは、図２に示されており、（ａ）のように円形のパイプを所要平面形状たとえばＵ字状に曲げ加工し、その曲げ加工品をやはりプレスあるいは専用機により（ｂ）のように幅寸法が縮減した断面形状に潰し加工し、この潰し加工品を（ｃ）のように上下型のキャビテイに装填し、（ｄ）のように型締め前に潰し加工品内に低圧（たとえば１０００ｐｓｉ程度）を創成させて予備加圧成形し、次いで（ｅ）のように型締めを行い、予備加圧成形品を（ｆ）のような断面形状になるように６０００〜７０００ｐｓｉの高い内圧にして材料を型面に馴染むように塑性変形させる方法である。
【０００５】
前記第２のタイプは、液圧成形時に、第１段階として低圧による予備加圧成形を行なってパワーの分割を図るので、第１のタイプに比べてプレスの小型化を図ることができ、また、低圧による予備加圧成形を行なうために、急激な材料の変化による肉厚の減少が低下して亀裂の発生も抑制され、加工タクトも第１のタイプに比べて大幅な短縮を図ることができるといった利点を有している。
【０００６】
しかしながら、第２のタイプも、曲げ加工したパイプを製品断面形状に近づけるべくプレスあるいは専用機により図２（ｂ）のように幅寸法の縮減した断面形状に潰す予備加工工程が必須であり、また、型締め前に予備加工品内に液体を注入して低圧を加えて予備加圧成形し、それから型締めして内圧を高圧化するという２段階昇圧工程が必要である。
このため、工程が多いこととあいまって生産効率がいまだ低く、製造コストの低減に不十分であることを否めない。また、プレスそのものの力で型締めを行なうので大型のプレス機を必要とするという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記のような問題点を解消するため創案されたもので、その目的とするところは、異形部分を含む閉鎖断面製品を、パイプ材から簡易な工程、簡易小型な設備および短いタクトで精度よく製造することができ、製造コストを大幅に低減することができるハイドロフォーミング方法を提供することにある。
【０００８】
前記課題を達成するため本発明は、平面的に屈曲したパイプ材から全長の少なくとも一部にパイプ材の径よりも狭い幅の断面領域を有する製品を得るにあたり、パイプ材を所望平面形状に曲げ加工した曲げ加工品を、外側型内で左右方向に移動可能な一対のスライドブロックを配した下型の前記スライドブロック間に装填し、曲げ加工品内に液体を充填して加圧した状態で上部成形面を有する上型を作動させることにより前記一対のスライドブロックを接近方向に移動させて曲げ加工品をスライドブロックと上部成形面とで連続的に変形させつつ型締めし、上型を下型に対してロックさせた状態で曲げ加工品の内圧を連続的に上昇させて目的断面形状になるまで加圧成形することを特徴とするものである。
【０００９】
前記方法に用いる金型は、好適には、次の構成を有している。
両側に固定側壁を有し、それらの間に製品の断面上の底部を成形するための型面を有する台部と台部両側の深溝を有し、固定側壁の中間領域に凹部を形成している第１ダイスと、
前記台部に配置され、対向面に型面を有するとともに上部外側にテーパ面を有する左右一対のスライドブロックと、
前記固定側壁の内寸法に則した間隔を有するとともに下降末期に前記深溝に進入可能な長さの一対の突壁を有し、該突壁は先端に前記スライドブロックのテーパ面に当接してスライドブロックを移動させるためのテーパ状面を備え、外面には前記凹部に対応する凹部を有し、突壁間には製品の断面上の頂部を成形するための型面を有する第２ダイスと、
前記第１ダイスの固定側壁に配置され、前記突壁の進入時に凹部に嵌入可能なロック片とこれを駆動するアクチュエータとを備えたロック機構。
前記第２ダイスは、好適には、突壁の付け根領域に、スライドブロックのテーパ面と接するテーパ面を有している。
また、第２ダイスは、好適には、前記スライドブロックの上部内側に嵌合する台部を有している。
【００１０】
本発明によるハイドロフォーム法は、もちろん全体をパイプ材の径よりも狭い幅の断面領域を有する形状に成形すること含む。また、パイプ材の径よりも狭い幅の断面領域を有する形状に成形するほか、他の部分では断面領域と異なる方向（たとえば横方向）で非真円形断面形状に成形する場合を含む。この部分においては、金型は、スライドブロックを有さず、固定したキャビティーを有している。
【００１１】
【作用】
本発明によるハイドロフォーミング法においては、内型として左右一対のスライドブロックを用いるため、パイプ材の径よりも狭い幅の断面領域を有する製品を加圧成形する場合に、パイプ材を所望平面形状に曲げ加工した曲げ加工品をそのまま型に入れて、製品形状まで加圧成形することが出来る。したがって、曲げ加工品を潰し加工する別工程やそのための設備が不要となる。
そして左右一対のスライドブロック間に装填した状態で内圧を加えて第２ダイスを作動すればこれの突壁がスライド用カムとしても機能し、スライドブロックが自動的に移動して製品の側壁を成形する型面となるため、第２ダイスの移動の持続と曲げ加工品の内圧の上昇とで迅速かつ無段階連続的に製品形状に塑性変形させることができる。
そして、第１ダイスはロック機構のアクチュエータを有しているため、これを作動することによりロック片が突壁に嵌入し、密閉したキャビィティーと型締め状態が保持される。したがって型締めとその保持のためのプレス力を低減することができ、容量の小さい設備によって形状精度のよい製品を加圧成形することがてきる。
本発明による金型を使用すれば、前記方法を比較的簡単な構造によって実施することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。
図３は本発明によるパイプ材のハイドロフォーミング方法を適用する製品の例と素材の変化を示しており、（ａ）のように断面が円形のパイプ素材Ａを必要な長さに切断してパイプ材ａとし、このパイプ材ａをパイプベンダーによって所望平面形状たとえばＵ字状などに曲げ加工し、（ｂ）のように曲げ加工品ｂを得る。そしてこの曲げ加工品ｂを成形して、（ｃ）（ｄ）のように部分的に縦長断面形状領域（この例では長方形状）ｃを有する製品Ｃを得るものである。
縦長断面形状領域ｃは長方形だけでなく、５角形等の多角形、長円形など任意であり、横方向寸法ｗは加圧成形素材としての曲げ加工品ｂの横方向寸法Ｗよりも小さい。
なお、製品Ｃは、縦長断面形状領域ｃとは別の部位に横長断面形状領域ｄ，ｄを有しているが、これら横長断面形状領域ｄ，ｄは加圧成形素材としての曲げ加工品ｂの横方向寸法Ｗよりも大きくなるので、成形は容易である。
【００１３】
かかる製品Ｃの製造にあたって、本発明は、前記縦長断面形状領域ｃに対応する部分を特殊な構造とした金型を使用し、従来法のような曲げ加工品ｂをプレスあるいは専用機により幅寸法が縮減した楕円ないし長円状に潰し加工する工程を省略して、軸線と直角の断面が円形の曲げ加工品ｂから一貫連続して縦長断面形状領域ｃを有する製品Ｃにハイドロフォームするものである。
【００１４】
図４ないし図９は金型と本発明の工程を示し、図１０はフォーミング用の液圧の導入系を示している。
まず金型について説明すると、１はベッド側に配置された盤状の下型、２は下型１に固定された第１ダイス、３は前記第１ダイス２内に配された移動可能な１対のスライドブロックであり、型の機能を果たす。１’は図示しないラムによって昇降される上型、５は上型４の下側に固定された第２ダイス、４はロック機構である。
【００１５】
前記第１ダイスは、左右に固定側壁６，６を有し、これら固定側壁６，６間には台部７が設けられており、その台部７の中央には、成形すべき断面の下面形状の型面を有する型片８が固定されている。そして、前記台部７の幅方向両端と固定側壁６，６の内側付け根間には、後述する第２ダイス進入用の一対の深溝９，９が設けられている。そして、前記固定側壁６，６の高さ方向中間部位には、内面に開口する凹部６０，６０が形成されている。
一対のスライドブロック３，３は前記台部７の領域に摺動可能に配置されており、向かい合う内面は成形すべき断面の側面形状に即応する型面１０，１０を有している。そして、一対のスライドブロック３，３上端部外側には、所要角度で外方に下傾するテーパ面１１，１１が設けられている。
前記スライドブロック３，３は常態において離間するように付勢されている。その手段は任意であり、固定側壁６，６から弾性体たとえば引張りばねをスライドブロック３，３に連結して強制的に拡開させてもよいが、この例ではスライドブロック３，３間に弾性体たとえば押しばね３ａを介在させ、このばねの反力によりスライドブロック３，３を拡開している。
図５はその具体例を示しており、台部７にＴ溝７０を形成し、これにスライドブロック３，３の下部張出し３０，３０を嵌め込み、スライドブロック３，３間のＴ溝７０内に弾性体たとえば押しばね３ａを任意数介装している。
【００１６】
第２ダイス５は、前記固定側壁６，６の内面に沿って進入可能な一対の突壁１２，１２を有しており、これら突壁１２，１２の内側付け根部には、前記一対のスライドブロック３，３のテーパ面１１，１１と当接可能なテーパ面１３，１３が設けられ、これらテーパ面１３，１３に続く底部の中央部位には成形すべき断面の上面形状の型面を有する型片１４が固定されている。
前記突壁１２，１２は下降末期に前記一対の深溝９，９に進入し得る長さを有し、下端内側には前記スライドブロック３，３を動かすため、テーパ面１１，１１に対応する角度の移動用テーパ面１５，１５を有している。また、突壁１２，１２の外面には、深溝９，９に進入したときに前記固定側壁６，６の凹部６０，６０と合致する凹部１２０，１２０が形成されている。
なお、この実施例では、型片１４が台部１６に設けられており、一対のスライドブロック３，３上端部内側には、型締め時に台部１６と嵌合するための段部１７，１７が形成されている。
一対のスライドブロック３，３を固定側壁６，６側から弾性体によって引張って拡開させた場合には、突壁１２，１２には下端から所要高さまで弾性体をかわすための切込み溝が設けられる。
【００１７】
ロック機構４は型締め力を低減するために第２ダイス５と第１ダイス２とを一体化させるための手段であり、前記固定側壁６，６の凹部６０，６０に嵌められたロック用片４０と、ロック用片４０を型締め時に前記スライドブロック３，３の凹部１２０，１２０に嵌入させるためのアクチュエータ４１とを有している。アクチュエータ４１はこの例では油圧シリンダが用いられている。
【００１８】
フォーミング用の液圧の導入系は、図１０のように、曲げ加工品ｂの端部に挿脱可能に嵌装されるシールヘッド１９と、これを通して曲げ加工品ｂ内に液圧を供給する手段とを有している。シールヘッド１９は後方にフランジ１９０とピストンロッド１９１を有しており、該ピストンロッド１９１は油圧シリンダ２０内に位置するピストンに対する油圧の供給によって前後に移動させるようになつている。
ピストンロッド１９１はシールヘッド１９の先端からロッド後端にいたるフォーミング用液圧の導孔１９２を有しており、導孔１９２はフレキシブル導管によつて供給圧力制御弁２１を介して加圧液体供給源（ポンプなど）２２に接続させている。液としては防蝕性のあるものたとえば水と防錆油の混合物など任意である。
【００１９】
本発明により前記製品Ｃを得るにあたっては、図４のように第２ダイス５が第１ダイス２から十分に離間するようなレベルに上型１’を位置させる。このときには、一対のスライドブロック３，３は離間して拡開した位置関係にあり、ロック機構４，４のロック片４０，４０は固定側壁６，６の凹部６０，６０に嵌められている。
この状態で図４のようにパイプ材からなる曲げ加工品ｂをスライドブロック３，３間の台部７にセットする。一対のスライドブロック３，３が弾性体３ａの押圧力で拡開しているため、曲げ加工品ｂのセットは容易である。
ついで、図９（ａ）のように上型１’を上型１’に設けられているパイプ固定ブロック１８をダンパー用アクチュエータ（図示せず）によって降下させ、金型外に突出している曲げ加工品ｂの端部を下型側にしっかりと固定させる。次いで、（ｂ）のように油圧シリンダ２０が作動され、これにより、固定された曲げ加工品ｂの端部にシールヘッド１９が油圧シリンダ２０によって圧入され、曲げ加工品ｂの端部がシールされる。
【００２０】
この状態で、上型１’を降下させるが、その降下開始寸前あるいは降下開始と併行して、前記加圧液体供給源２２から供給圧力制御弁２１で制御された低圧Ｐを曲げ加工品ｂ内に充填し、内圧加圧を開始する。
前記のように上型１’が作動すれば、第２ダイス５の一対の突壁１２，１２の外面が固定側壁６，６の内面に接するとともに、先端の移動用テーパ面１５，１５が一対のスライドブロック３，３のテーパ面１１，１１と接触し、これによって一対のスライドブロック３，３は内側の型面１０，１０が曲げ加工品ｂの側面に当接する。これが図６の状態である。
そして、一対の突壁１２，１２の下降の継続によってスライドブロック３，３はさらに内側へと押圧移動されるため、曲げ加工品ｂは両側から挟圧される。こうしたスライドブロック３，３の移動に併行して加圧液体供給源２２からの供給圧力が連続的に徐々に高められるため、曲げ加工品ｂは断面形状が連続的に縦長状にフオーミング成形される。
【００２１】
前記第２ダイス５の下降が持続すると、一対の突壁１２，１２はその外面が固定側壁６，６の内面に沿って降下を続け、この段階でスライドブロック３，３は移動限に達する。図７のように第２ダイス５の型片１４が曲げ加工品ｂの上部に接触し、台部１６がスライドブロック３，３の段部１７，１７に嵌合し始めたときがスライドブロック３，３の移動完了期であり、スライドブロック３，３は突壁１２，１２によって後退側への移動が阻止され、台部１６と段部１７，１７との嵌合によって前進側への移動が阻止されるので、曲げ加工品ｂは内圧の上昇によって型面８，１４，１０，１０にほぼ馴染むように塑性変形されてプリフォーム状態となる。
【００２２】
そして第２ダイス５の下降が末期に到り、一対の突壁１２，１２の先端部が深溝９，９に進入すると、図８のように、一対の突壁１２，１２の内側のテーパ面１３，１３がスライドブロック３，３のテーパ面１１，１１と密接するとともに、突壁１２，１２の外面の凹部１２０，１２０と固定側壁６，６の内面の凹部６０，６０とが整合する。
そこでアクチュエータ４１，４１を作動すれば、ロック片４０，４０は凹部１２０，１２０と凹部６０，６０にまたがる位置に前進されられ、これにより第２ダイス５は第１ダイス２とロックされる。
これで型締めが完了し、スライドブロック３，３と第１、第２ダイス２，５とによって製品断面形状に即応した密閉キャビテイが創成される。この状態までには曲げ加工品ｂへの液圧は最高圧Ｐｍａｘにまで高められ、これにより本成形に移行するものであり、こうすれば、曲げ加工品ｂの内圧が高圧であるため、材料はさらに塑性変形して型面８，１４，１０，１０に完全に沿うように塑性変形され、内圧の高い状態を少しの時間保持することにより、目的とする断面形状に精度よく成形される。
【００２３】
前記成形時には強い反力が発生するが、ロック片４１，４１は凹部１２０，１２０と凹部６０，６０に嵌入しているため、第２ダイスは上方に抜け出すことがなく、７０００ｐｓｉあるいはそれ以上の高圧力に耐え、したがって、型締め力を低減することができ、プレスとしては内圧と同等かそれより適度に勝る出力のもので足り、それとともに成形精度を向上することができる。
なお、拡管部分が存在するような場合には、上記成形時に油圧シリンダ２０を作動するもので、こうすればシールヘッド１９のフランジ１９０によって曲げ加工品ｂが軸線方向に押圧され、材料が金型内へと押込み流動させられるので、より板厚減少を抑制することができる。
前記本成形時に、要すれば製品適所に相当する金型部分からパンチを材料内に突入させてもよく、こうすれば孔部も同時に加工される。
【００２４】
以上のように加圧保持が終わって目的断面形状に成形が行われた後は、製品Ｃ内の液圧を抜き、アクチュエータ４１，４１を後退方向に作動してロック片４０，４０を再び固定側壁６，６の内面の凹部６０，６０に戻し、ついで、上型１’を図１０のように上昇させる。
こうすれば、一対の突壁１２，１２は固定側壁６，６の内面に沿って抜けて行き、スライドブロック３，３に対する内側方向への加力が開放され、弾性体３ａの反力によってスライドブロック３，３は左右に拡開する。そこで、製品Ｃを取り出せばよく、あとは端部の不要部分を切除すればよい。
【００２５】
本発明においては、前記のように円形断面の曲げ加工品ｂの段階から内圧を加えて目的製品形状に向かって連続無段階に内圧を上昇させて一連加圧成形を行なうので、従来のような潰し加工形状と完成形状との形状差による急激な形状変化をなくすことができ、このため、座屈や板厚の減少が生じなくなり、適用できる材料の範囲を拡大することができるとともに、成形精度を向上することが可能である。
【００２６】
図１１ないし図１７は本発明法により部分的に横方向と縦方向に長円状の異形部分を有する製品を製作した例を示している。
図１１は製品の例と素材の変化を示しており、（ａ）は断面が円形のパイプ素材を必要な長さに切断したパイプ材ａであり、（ｂ）はこのパイプ材ａをバイプベンダーによって曲げ加工した曲げ加工品ｂを示している。そしてこの曲げ加工品ｂを成形して、（ｃ）ないし（ｆ）に示すように部分的に縦長断面形状領域ｃ，ｃと、横長断面形状領域ｄ，ｄと、外方に向かって先すぼまりの異形断面形状領域ｅ，ｅとを有する製品Ｃを得るものである。
かかる製品Ｃの製造にあたって、本発明は、図１２ないし図１５に示す金型を使用し、軸線と直角の断面が円形の曲げ加工品ｂから一貫連続して前記３種の断面形状領域ｃ，ｄ，ｅを有する製品にハイドロフォームするものである。
【００２７】
図１２と図１３および図１４において、１は下型，１’は上型で、４隅のガイドポスト２５よって昇降ガイドされる。２は下型１に据え付けられた第１ダイスであり、平面が略Ｕ字溝形状をなした焼結金属製の内型２’を有している。
前記焼結金属製の内型２’は、図１５のように前記横長断面形状領域ｄの半断面に即応するように両側に拡大した型面２３，２３を有しており、また、図１６のように前記異形断面形状領域ｅの半断面に即応するように外側のみ拡大した型面２４，２４を有している。そして、前記縦長断面形状領域ｃ，ｃに相当する部分には、軸線と交差するように所要幅の溝形空所２５，２５が欠設されており、ここに図３ないし図７に示した特殊金型が組み込まれている。
上型１’も同様であり、第２ダイス５に平面が略Ｕ字溝形状をなした焼結金属製の内型５’を有し、これに横長断面形状領域ｄ，ｄの半断面に即応するように両側に拡大した型面２３’，２３’を有しており、また、図１６のように前記異形断面形状領域ｅの半断面に即応するように外側のみ拡大した型面２４’，２４’を有している。そして、前記縦長断面形状領域ｃ，ｃに相当する部分には、図３ないし図８に示した特殊金型が組み込まれている。
なお、型面２４と２４’は断面形状が少し異なり、第１ダイス２の型面２４は外方に向かって適度の勾配を有している。
【００２８】
前記第１ダイス２には数か所に外部液圧供給部２６，２６が設けられている。それら外部液圧供給部は通路によって前記焼結金属製の内型２’に通じている。そして外部液圧供給部２６，２６は圧力制御弁２７，２７を介して加圧液体供給源２８に接続され、焼結金属製の内型２’のポーラス特性を利用してフォーミンク成形時に潤滑性の確保すべくパイプ内圧とバランスするように外圧をかけるようになっている。
前記上型１’には下型１に据え付けられているシリンダ２０，２０に対応する部分に、ダンパーによって昇降可能なパイプ固定ブロック１８，１８が配置されるとともに、フォーミング時のパイプ内の液圧上昇時にシールヘッド１９の後退を防ぐためのヨーク状のシールヘッドストッパ１８’，１８’がパイプ固定ブロックと同期作動するごとく設けられている。
【００２９】
前記縦長断面形状領域ｃ，ｃに相当する部分の金型は、図３ないし図８に示したものと略同じであり、図１２と図１４のように、第１ダイス２の左右両側に固定側壁部６，６を有しており、これら固定側壁部６，６間には台部７が設けられており、その台部７の中央には曲げ加工品ｂの成形すべき断面の下面に即した型面を有する型片８が固定されている。そして、前記台部７の幅方向両端と固定側壁部６，６の内側付け根間には進入用の一対の深溝９，９が設けられ、前記固定側壁部６，６の高さ方向中間部位には凹部６０，６０が形成されている。
一対のスライドブロック３，３は焼結材でなく型材で作られており、前記台部７に摺動可能に配置され、向かい合う内面は成形すべき断面形状の側面に即応する型面１０，１０を有している。この例では製品の長さ方向で両端部位に円形断面に滑らかにつながるように接続用型面部を有している。なお一対のスライドブロック３，３を常態において拡開側に付勢する機構は図示を省略している。
そして、一対のスライドブロック３，３の上端部外側には所要角度で外方に下傾するテーパ面１１がそれぞれ設けられている。
【００３０】
第２ダイス５は、前記固定側壁部６，６の内面に沿って進入可能な一対の突壁１２，１２を有しており、これら突壁１２，１２の内側付け根部には、前記一対のスライドブロック３，３のテーパ面１１，１１と当接可能なテーパ面１３，１３が設けられ、これらテーパ面１３，１３に続く底部の中央部位には成形すべき断面の上面形状の型面を有する型片１４が固定されている。前記突壁１２，１２は下降末期に前記一対の深溝９，９に進入し得る長さを有し、下端内側には前記スライドブロック３，３のテーパ面１１，１１に対応する角度の移動用テーパ面１５，１５を有している。
また、突壁１２，１２の外面には、深溝９，９に進入したときに前記固定側壁６，６の凹部６０，６０と合致する凹部１２０，１２０が形成されている。これら凹部６０，６０，１２０，１２０にロック機構４のロック片４０が移動可能に配され、アクチュエータ４１によってロック片４０は型締め時に前記スライドブロック３の凹部１２０に嵌入させられるようになっている。
【００３１】
かかる装置で成形を行なうにあたっては、上型１’を上昇させた状態で、図１２のようにパイプ材からなる曲げ加工品ｂを第１ダイス２の内型２’に装填する。このときには図１４の左半部のようにスライドブロック３，３が開いているので、セットは容易である。また型面２３，２４は曲げ加工品ｂの径よりも大きいので、装填やセットは何ら支障がない。
ついで、上型１’を下降させると、まず、パイプ固定ブロック１８，１８が曲げ加工品ｂの端部が固定される。このように固定された曲げ加工品ｂの端部にシリンダ２０，２０によってシールヘッド１９，１９が圧入される。
この状態で上型１’が下降するが、これと併行してあるいは下降開始寸前から加圧流体供給源２２から液体を低圧で注入し、型締めの始まりとともに連続無段階的に内圧を高めてゆく。
【００３２】
前記のように上型１’が作動すれば、第２ダイス５の一対の突壁１２，１２の外面が固定側壁６，６の内面に接するとともに、先端の移動用テーパ面１５，１５が一対のスライドブロック３，３のテーパ面１１，１１と接触し、一対の突壁１２，１２の下降の継続によってスライドブロック３，３はさらに内側へと押圧移動されるため、曲げ加工品ｂは両側から挟圧される。こうしたスライドブロック３，３の移動に併行して加圧液体供給源２２からの供給圧力が連続的に徐々に高められる。
【００３３】
前記第２ダイス５の下降が持続すると、一対の突壁１２，１２はその外面が固定側壁６，６の内面に沿って降下を続け、第型締めが完了されると、スライドブロック３，３は突壁１２，１２によって後退側への移動が阻止され、型片１４と材料との嵌合によって前進側への移動が阻止されるので、曲げ加工品ｂは内圧の上昇によって型面８，１４，１０，１０に略馴染むように塑性変形されてプリフォーム状態となる。
【００３４】
そして第２ダイス５の下降が末期に到り、一対の突壁１２，１２の先端部が深溝９，９に進入すると、図１４の右半部のように、一対の突壁１２の内側のテーパ面１３がスライドブロック３のテーパ面１１と密接するとともに、突壁１２の外面の凹部１２０と固定側壁６，６の内面の凹部６０とが整合し、アクチュエータ４１を作動すれば、ロック片４０は凹部１２０と凹部６０にまたがる位置に前進されられ第２ダイス５は第１ダイス２とロックされる。
これで型締めが完了し、スライドブロック３，３と第１、第２ダイス２，５とによって製品断面形状に即応した密閉キャビテイが創成され、曲げ加工品ｂの内圧を最高圧に高めれば、曲げ加工品ｂの内圧が高圧になるため材料はさらに塑性変形して型面８，１４，１０，１０に完全になじむように塑性変形され、内圧の高い状態を少しの時間保持することにより、目的とする断面形状に精度よく成形される。
【００３５】
一方、他の型部分においては、型面２３，２３’の密接およびパイプ内圧とによって曲げ加工品ｂの所要部分は図１４のように横長断面形状に成形される。また、型面２４と２４’の密接およびパイプ内圧とによって曲げ加工品ｂの別の所要部分は図１５のように横長異形断面形状ｅに成形される。
【００３６】
なお、前記フォーミング成形時に、横長異形断面形状ｅは周長が増大する拡管成形である。そのため、引き伸ばされた部位の板厚減少を少なくするため、曲げ加工品ｂ内に加圧しながら、シリンダ２０を作動してシールヘッドのフランジによって材料を軸線方向から内型２’，５’で画成されるキャビテイに押し込む。このとき、曲げ加工品ｂに内圧をかけているため、これによる外部に向けての圧力で内型２’，５’に曲げ加工品ｂの外面が押し付けられて潤滑性が悪くなり、材料は内圧の上昇に追従できなくなって亀裂が発生しやすくなる。
そこで、焼結金属からなる内型２’，５’を使用し、かつ加圧液体供給源２８から外部液圧供給部２６，２６を介して内型２’，５’に外部液圧を加えるものであり、加圧液体は内型２’，５’のポアを通って曲げ加工品ｂの外面すなわち摺動面に液圧面が創成される。このため、良好な潤滑性が得られ、しかも型面２４，２４’においては、外部液圧が曲げ加工品ｂの周りの空間特に外側コーナー側に満たされた状態で成形が進行するので、外部液圧を成形の進展とともに内圧とバランスを取りながら、徐々に減圧させることにより型面２４，２４’になじませて板厚減少の少ない精度のよい形状に成形することができる。
【００３７】
図１３は加圧保持後の成形完了状態であり、あとは製品Ｃ内の液圧を抜き、シールヘッド１９を抜き取り、アクチュエータ４１を後退方向に作動してロック片４０を再び固定側壁部６，６の内面の凹部６０，６０に戻し、ついで上型１’を上昇させ、拡開したスライドブロック３，３の間の製品Ｃを取り出せばよく、あとは端部の不要部分を切除すればよい。
以上の工程で、部分的に縦長断面形状領域ｃ，ｃと、横長断面形状領域ｄ，ｄと、外方に向かって先すぼまりの異形断面形状領域ｅ，ｅとを有する製品Ｃを、煩雑な潰し工程なしに、曲げ加工品ｂから直接、連続無段階成形することができる。
【００３８】
次に本発明の具体例を説明する。
材料として、材質ＳＡＰＨ４５、直径６０ｍｍの丸パイプ材を使用し、これを長さ２５００ｍｍ切断し、汎用のパイプベンダーによって図１１（ｂ）のようなＵ形状をなし、中央部長さ８００ｍｍ、両側足部各長さ８５０ｍｍの曲げ加工品ｂを製作した。
製品形状は、図１１（ｃ）のように縦長断面形状領域ｃ，ｃと、横長断面形状領域ｄ，ｄと、外方に向かって先すぼまりの異形断面形状領域ｅ，ｅを有するものとし、縦長断面形状領域ｃ，ｃは幅３５ｍｍ、高さ６４ｍｍ、横長断面形状領域ｄ，ｄは幅６４ｍｍ、高さ３５ｍｍ、異形断面形状領域ｅ，ｅは幅７５ｍｍ、高さ４０ｍｍ、勾配１０°の仕様である。
該曲げ加工品ｂを図１２ないし図１６に示す金型に装填し成形を行なった。その結果、仕様通りの正確な形状に成形することができた。比較のため、従来の第１タイプ及び第２タイプによっても成形を行なった。このときの成形に要した内圧（ｐｓｉ）とタクト時間の関係を示すと図１７のとおりである。
この図１７から明らかなように、本発明を採用した場合には、第１タイプの２２０００ｐｓｉにくらべて約１／３の圧力で、またタクト時間２６ｓｅｃに対して約１／２の短時間で同じ程度の精度に成形することができることがわかる。また、第２タイプに対しては、同程度の圧力ではあるが、タクト時間２２ｓｅｃに対して約２／３の短時間で同じ程度の精度に成形することができることがわかる。そしてまた、ロック機構を有しているため、第２タイプで要した１０００トンプレスよりもはるかに小型な５００トンプレスの使用が可能であった。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明した本発明によるときには、素材の径よりも狭い幅の異形部分を含む閉鎖断面製品を製造する場合に、別工程の潰し加工工程が完全に省略でき、曲げ加工品を投入して製品形状まで連続無段階成形するので、成形精度がよく、加工速度が早く、しかもロック機構により内圧に耐える型締め圧力を保持できるので、簡易小型な設備で足りることになり、製造コストを大幅に低減することができるというすぐれた効果が得られる。また、潰し加工工程を行なうことによる座屈の発生など製品形状との形状差が大きいことによる不安定要因がなくなるので、材料の適用可能範囲が広くなり、材質を低下しても要求強度を満足させることができたり、ハイテン材へ対応も可能になるなどの効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）ないし（ｆ）は従来のパイプ材のハイドロフォーミング方法の第１タイプの概要を示す説明図である。
【図２】（ａ）ないし（ｆ）は従来のパイプ材のハイドロフォーミング方法の第２タイプの概要を示す説明図である。
【図３】（ａ）ないし（ｄ）は本発明による製品例とパイプ材の形状変化を段階的に示す説明図である。
【図４】本発明のハイドロフォーミング方法に使用する金型の例とこれを使用した成形第１段階（セット時）を示す断面図である。
【図５】（ａ）は金型の要部の断面図（ｂ）は（ａ）のＵ−Ｕ線に沿う断面図である。
【図６】本発明の第２段階を示す断面図である。
【図７】本発明の第３段階を示す断面図である。
【図８】本発明の第４段階（型締め完了）を示す断面図である。
【図９】金型解放状態を示す断面図である。
【図１０】（ａ）本発明におけるパイプ材端末シールと液圧導入径を示す、（ｂ）は同じくパイプ材端末シール状態と液圧導入状態を示す部分切欠平面図である。
【図１１】（ａ）ないし（ｅ）は本発明による製品にいたるまでの形状変化を示す説明図である。
【図１２】図１１の製品を成形するための金型を曲げ加工品を装填した状態で示す横断面図である。
【図１３】成形完了状態を示す横断面図である。
【図１４】縦長断面形状部分の型構造と成形開始前と成形状態を半分ずつ示す断面図である。
【図１５】横長断面形状部分の型構造と成形状態を示す断面図である。
【図１６】異形断面形状部分の型構造と成形状態を示す断面図である。
【図１７】本発明法と従来の第１タイプおよび第２タイプの成形時間と内圧の関係を示す線図である。
【符号の説明】
１ 下型
１’ 上型
２ 第１ダイス
３ スライドブロック
４ ロック機構
５ 第２ダイス
６ 固定側壁
８，１０，１４ 型面
９ 深溝
１１ テーパ面
１２ 突壁
１３ テーパ面
１５ テーパ面
４０ ロック片
４１ アクチュエータ
６０，１２０ 凹部

Claims (2)

1. 平面的に屈曲したパイプ材から全長の少なくとも一部にパイプ材の径よりも狭い幅の断面領域を有する製品を得るにあたり、パイプ材を所望平面形状に曲げ加工した曲げ加工品を、外側型内で左右方向に移動可能な一対のスライドブロックを配した下型の前記スライドブロック間に装填し、曲げ加工品内に液体を充填して加圧した状態で上部成形面を有する上型を作動させることにより前記一対のスライドブロックを接近方向に移動させて曲げ加工品をスライドブロックと上部成形面とで連続的に変形させつつ型締めし、上型を下型に対してロックさせた状態で曲げ加工品の内圧を連続的に上昇させて目的断面形状になるまで加圧成形することを特徴とするパイプ材のハイドロフォーミング方法。
2. 金型が次の構成を有している請求項１に記載のパイプ材のハイドロフォーミング方法。
   両側に固定側壁を有し、それらの間に製品の断面上の底部を成形するための型面を有する台部と台部両側の深溝を有し、固定側壁の中間領域に凹部を形成している第１ダイスと、
   前記台部に配置され、対向面に型面を有するとともに上部外側にテーパ面を有する左右一対のスライドブロックと、
   前記固定側壁の内寸法に則した間隔を有するとともに下降末期に前記深溝に進入可能な長さの一対の突壁を有し、該突壁は先端に前記スライドブロックのテーパ面に当接してスライドブロックを移動させるためのテーパ状面を備え、外面には前記凹部に対応する凹部を有し、突壁間には製品の断面上の頂部を成形するための型面を有する第２ダイスと、
   前記第１ダイスの固定側壁に配置され、前記突壁の進入時に凹部に嵌入可能なロック片とこれを駆動するアクチュエータとを備えたロック機構。

Images