JP5009364B2 - ハイドロフォーム加工品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属管を素材とし、ハイドロフォーム加工で成形して得られる、自動車用のサスペンション系部品や、ボディ系部品等に適用する加工品の製造方法に関する。

近年、自動車分野では、軽量化の手段の一つとして、金属管を使用する場合が増加している。中空の金属管は、中実材に比べ、同一の剛性で、断面積を減らすことができる。

また、金属管の一体型構造は、ハット型の二枚の金属板を溶接で結合した構造に比べ、溶接フランジ部が不要である分、軽量化が可能になる。

しかし、自動車用部品は、車内の狭い空間に配置されるので、金属管は、直管のままで使われることが少なく、殆ど、二次加工が施されて取り付けられる。

二次加工としては、曲げ加工が最も多く用いられるが、近年、自動車部品形状の複雑化に伴い、ハイドロフォーム加工（金属管を金型内に装着した状態で、内圧と軸方向の圧縮を用いて、金型形状に仕上げる加工）も増加し、さらに、それらの加工を重畳した加工も増加している。

ハイドロフォーム加工自体も、図１に示すように（非特許文献１、参照）、単純なＴ成形に比べると、近年、部品形状が複雑化し、拡管率（素管の周長に対する製品管の周長の比）も増加している。

特許文献１には、拡管率が大きい、直線形状のハイドロフォーム加工品を得る方法が開示されている。しかし、この方法は、金属管を一方向に拡管した後、この方向と直角の方向に拡管する方法であり、曲げを含む加工に適用することはできない。

特許文献２及び特許文献３には、曲げを含む形状で、大きな拡管率の加工品を得る方法が開示されている。

特許文献２に記載の方法は、可動金型を用いて、高い枝管高さを有するハイドロフォーム加工品を得る方法であるが、枝管張出しのように、ある一方向にのみ拡管する場合に適用できるものであり、その直角方向に拡管することはできない。

特許文献３に記載の方法は、ハイドロフォーム加工を行なった後に、回転引き曲げ加工を行なう方法であるが、該方法も、ある一方向にのみ拡管する場合に適用できるものであり、その直角方向に拡管することはできない。

特許文献４に記載の方法は、曲げ部が、ある方向とその垂直方向に拡管したハイドロフォーム成形品を成形する方法である。

この方法においては、第１工程で、同心円状に拡管するので、最終形状でも、曲げの外側と内側の両方に拡管された形状にならざるを得ない。

しかし、前述のように、自動車部品は車内の狭い空間に配置する必要があるので、必ずしも、曲げの外側と内側に拡管する必要があるとは限らない。

逆に、他の部品との干渉を避けるため、曲げの内側は拡管したくない場合、又は、曲げの外側は拡管したくない場合がある。このような場合、特許文献４に記載の方法を適用することはできない。

即ち、従来のハイドロフォーム加工法において、曲げ部の拡管率を大きくしようとする場合は、一方向にだけ拡管するか、又は、曲げ外側及び内側を含む全周に渡って拡管するか、のいずれかであった。

このため、本来、軽量化に資するハイドロフォーム成形品を、限定された空間に配置する自動車のサスペンション系部品等の構造部材に適用することができないという問題があった。

また、ハイドロフォーム以外の塑性加工、例えば、曲げ加工等で、上述のような形状の構造部材を加工することはできない。鋳造を用いれば、上述のような形状の構造部材を得ることができるが、鋳造品は、塑性加工品と比べ、靭性や溶接性等が劣るので、冒頭に挙げたサスペンション系部品や、ボディ系部品等の自動車用部品に適用することはできない。

その他、曲げ加工やハイドロフォーム加工の間に、熱処理工程を設け、前工程で生じた加工歪の除去を繰り返し、最終的に、大きく変形した加工品を得ることはできる。

しかし、熱処理工程を設けると、(a)生産コストが上がる、(b)生産効率が低下する、(c)加工後の複雑形状部品を熱処理する専用設備が必要になる、(d)熱処理で、部品表面にスケールが生成する、(e)加工硬化の効果が低減するなど、多くの不利益がある。
特開２００２−１００３１８号公報 特開２００２−１５３９１７号公報 特開２００６−００６６９３号公報 特開平８−１９２２３８号公報 「塑性と加工」Ｖｏｌ．４５、Ｎｏ．５２４（２００４）、７１５頁、

前述のように、従来、金属管を素材とし、冷間で塑性加工した加工品において、曲げ部における拡管量が多く、しかも、曲げ部の内側及び外側のいずれか一方には拡管部を有さない加工品は、存在しなかった。

そこで、本発明は、金属管を素材とし、冷間で塑性加工した加工品であって、（ｘ）曲げ部を一箇所以上有し、かつ、（ｙ）曲げ部における少なくとも１箇所において、金属管の断面が、１方向、及び、その方向に垂直な方向に、元の金属管に比べ大きく拡大されていて、しかも、（ｚ）曲げ部の内側及び外側のいずれか一方において拡管されていないハイドロフォーム加工品を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の要旨は、下記の通りである。

（１）金属管を素材とし、冷間の塑性加工で一体的に加工するハイドロフォーム加工品の製造方法であって、第１ハイドロフォーム工程、曲げ加工工程、及び、第２ハイドロフォーム工程の３工程からなり、
第１ハイドロフォーム工程では、前記金属管の両端から軸押しして管軸方向に押し込み、同時に、内圧を高めて、管軸を含む断面上で、前記金属管の一部を、管軸を基準に１方向にだけ拡管して拡管部を形成し、前記管軸を含む断面上で、前記拡管部が最終製品の形状の周長の９０〜１００％の範囲の周長を有し、かつ、前記管軸を含む断面上で、前記拡管部の高さが、最終製品の形状の高さよりも大きい中間製品を成形し、
曲げ加工工程では、前記中間製品を前記中間製品の前記拡管部を含む位置で、前記菅軸を基準に前記拡管部の高さが最も大きい方向を外側にして曲げ部を形成し、
第２ハイドロフォーム工程では、前記曲げ加工工程後の中間製品を、下金型に装着し、前記曲げ部外側のハイドロフォーム金型の前記曲げ部の曲率半径を、（曲率半径の最大値−曲率半径の最小値）／曲率半径の最小値≦５０％の範囲とした上金型で、前記拡管部の高さ方向に潰しながら型締めを行い、次いで、前記中間製品に、内圧を負荷するか、前記中間製品の管端部の管軸方向に押し込むかの少なくともいずれかを行い、
最終製品が、曲げ部を１箇所以上有し、前記曲げ部の少なくとも１箇所に、前記管軸に垂直な断面における曲げ部外側に向かう方向、及び、その方向に垂直な方向の寸法が、前記金属管の端部の円相当径の１．３５倍以上の拡管部を有し、かつ、前記曲げ部の内側の、前記曲げ加工工程での曲げ方向の曲率半径をほぼ一定とすることを特徴とするハイドロフォーム加工品の製造方法。

（２）金属管を素材とし、冷間の塑性加工で一体的に加工するハイドロフォーム加工品の製造方法であって、第１ハイドロフォーム工程、曲げ加工工程、及び、第２ハイドロフォーム工程の３工程からなり、
第１ハイドロフォーム工程では、前記金属管の両端から軸押しして管軸方向に押し込み、同時に、内圧を高めて、管軸を含む断面上で、前記金属管の一部を、管軸を基準に１方向にだけ拡管して拡管部を形成し、前記管軸を含む断面上で、前記拡管部が最終製品の形状の周長の９０〜１００％の範囲の周長を有し、かつ、前記管軸を含む断面上で、前記拡管部の高さが、最終製品の形状の高さよりも大きい中間製品を成形し、
曲げ加工工程では、前記中間製品を前記中間製品の前記拡管部を含む位置で、前記菅軸を基準に前記拡管部の高さが最も大きい方向を内側にして曲げ部を形成し、
第２ハイドロフォーム工程では、前記曲げ加工工程後の中間製品を、下金型に装着し、前記曲げ部外側のハイドロフォーム金型の前記曲げ部の曲率半径を、（曲率半径の最大値−曲率半径の最小値）／曲率半径の最小値≦５０％の範囲とした上金型で、前記拡管部の高さ方向に潰しながら型締めを行い、次いで、前記中間製品に、内圧を負荷するか、前記中間製品の管端部の管軸方向に押し込むかの少なくともいずれかを行い、
最終製品が、曲げ部を１箇所以上有し、前記曲げ部の少なくとも１箇所に、前記管軸に垂直な断面における曲げ部内側に向かう方向、及び、その方向に垂直な方向の寸法が、前記金属管の端部の円相当径の１．３５倍以上の拡管部を有し、かつ、前記曲げ部の外側の、前記曲げ加工工程での曲げ方向の曲率半径をほぼ一定とすることを特徴とするハイドロフォーム加工品の製造方法。

本発明によれば、従来よりも、ハイドロフォームを適用し得る部品の範囲を拡大することができる。これにより、自動車の軽量化がさらに進み、燃費が向上し、地球温暖化の抑制にも貢献することができる。

図面に基づいて、本発明について説明する。

図２に、本発明のハイドロフォーム加工品（以下「本発明加工品」ということがある。）の一形状を示す。図２（ａ）に、拡管部２１が、曲げ部２０の管軸に対して外側に突出した本発明加工品の側面形状を示す。

なお、本発明において、曲げ部とは、管軸２２の方向（Ｘ軸）が直線でない部分であり、図２（ａ）に示すように、断面が円形の断面Ａ−Ａと断面Ｇ−Ｇ（図（ｂ）、参照）の間の部分を言う。

図２（ｂ）に、曲げ部２０の平面内における管軸方向をＸ軸とし、Ｘ軸に垂直な断面Ａ−Ａ、断面Ｂ−Ｂ、断面Ｃ−Ｃ、断面Ｄ−Ｄ、断面Ｅ−Ｅ、断面Ｆ−Ｆ、及び、断面Ｇ−Ｇ（図２（ａ）、参照）における断面形状を示す。

図２（ｂ）に示すように、図２（ａ）に示す本発明加工品は、曲げ部２０において、Ｙ方向（図２（ａ）において、紙面内の方向）、及び、Ｚ方向（図２（ａ）において、紙面に垂直な方向）に、大きく拡管されている。

ただし、Ｙ方向においては、＋の方向、即ち、曲げ部２０の外側（以下「曲げ外側」ということがある。）に向かう方向にのみ拡管されている。

ここで、図３に、金属管の端部の円相当径（図２に示す形状の場合は、端部が素管（円形）のままであるので、直径）に対する、Ｙ方向及びＺ方向における断面寸法の比を示す。図から、Ｙ方向及びＺ方向の、少なくとも１箇所の断面において、素管の端部の円相当径の１．３５倍以上に拡管されている（図２（ａ）中“２１”、参照）ことが解る（前記（１）の発明、参照）。

拡管した金属管の端部は、通常、素管のままであるので、円形であるが、端部を、偏平に変形させて使用する場合もあるので、本発明においては、拡管した金属管の端部の円相当径を基準とする。

そして、本発明においては、「曲げ部の少なくとも１箇所に、管軸に垂直な断面における曲げ外側又は内側に向かう方向、及び、その方向に垂直な方向の寸法が、金属管の端部の円相当径の１．３５倍以上の拡管部を有する」（要件（y1）及び（y2））と規定する。

曲げ部を有する金属管を、限定された空間内に配置するためには、所要の寸法比以上で拡管して、曲げ部を形成する必要がある。

本発明者らは、上記寸法比が１．３５未満であると、金属管の曲がりが小さく、限定された空間内への配置が難しくなることを、実験的に確認し、拡管部の断面寸法を、“金属管の端部の円相当径の１．３５倍以上”と規定した。

図２（ａ）及び（ｂ）に示す本発明加工品は、拡管部２１が、曲げ部２０の管軸２２に対して、外側（曲げ外側）に突出しているが、曲げ部２０の内側（曲げ内側）は、曲率半径がほぼ同一の円弧状の形状を維持している。

本発明加工品においては、この点も特徴である（前記（１）の発明、参照）。

曲げ部の内側の形状は、曲率半径がほぼ同一の円弧状の形状の他、楕円形状、多次関数の曲線形状、複数の曲率半径の組合せ形状でもよい。

曲げ部の内側の形状において、（曲率半径の最大値−曲率半径の最小値）／曲率半径の最小値が５０％以下であれば、自動車の下部構造等の限定された空間内に、本発明成形品を配置することが可能になる。

次に、図４に、拡管部が、曲げ部の管軸に対して内側に突出し、曲げ部の外側が、ほぼ同一の曲率半径の形状を維持している本発明加工品の一例を示す。

図４（ａ）に、拡管部２１が、曲げ部２０の管軸に対して内側に突出して曲がった本発明加工品の側面形状を示す。

図４（ｂ）に、曲げ部２０の平面内における管軸方向をＸ軸とし、Ｘ軸に垂直な断面Ａ−Ａ、断面Ｂ−Ｂ、断面Ｃ−Ｃ、断面Ｄ−Ｄ、断面Ｅ−Ｅ、断面Ｆ−Ｆ、及び、断面Ｇ−Ｇ（図４（ａ）、参照）における断面形状を示す。

図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）に示す本発明加工品は、曲げ部２０において、Ｙ方向（図４（ａ）において、紙面内の方向）、及び、Ｚ方向（図４（ａ）において、紙面に垂直な方向）に、大きく拡管されている。

ただし、Ｙ方向においては、−の方向、即ち、曲げ部２０の内側（以下「曲げ内側」ということがある。）に向かう方向にのみ拡管されている。

ここで、図５に、金属素管の端部の円相当径（図４に示す形状の場合は、端部が素管（円形）のままであるので、直径）に対する、各方向における断面寸法の比を示す。

図から、Ｙ方向及びＺ方向とも、少なくとも１箇所の断面において、素管の端部の円相当径の１．３５倍以上に拡管されている拡管部（図４（ａ）中“２１”、参照）を有することが解る（前記（２）の発明、参照）。

なお、上記断面寸法比を、“素管の端部の円相当径の１．３５倍以上”と規定する技術的理由は、前述したとおりである。

図４（ａ）に示す本発明加工品は、図２（ａ）に示す本発明加工品と対照的に、拡管部２１が、曲げ部２０の管軸２２に対して、内側（曲げ内側）に突出しているが、曲げ部２０の外側の形状は、曲率半径がほぼ同一の円弧状の形状を維持している。

本発明加工品においては、この点も特徴である（前記（２）の発明、参照）。

曲げ部の外側の形状は、曲率半径がほぼ同一の円弧状の形状の他、楕円形状、多次関数の曲線形状、複数の曲率半径の組合せ形状でもよい。

曲げ部の外側の形状において、（曲率半径の最大値−曲率半径の最小値）／曲率半径の最小値が５０％以下であれば、自動車の下部構造等の限定された空間内に、本発明成形品を配置することが可能になる。

次に、図２又は図４に示す形状の本発明加工品を得る加工方法について、説明する。

加工方法は、基本的には、第１ハイドロフォーム工程、曲げ加工工程、及び、第２ハイドロフォーム工程の３工程からなる。

図６〜図９に基づいて、第１ハイドロフォーム工程を経た後の中間製品の形状の設計手順を説明する。

図６（ａ）に、最終製品の形状の側断面（Ｘ−Ｙ面）形状を示し、図６（ｂ）に、管軸Ｘに垂直な断面（断面Ａ−Ａ、断面Ｂ−Ｂ、断面Ｃ−Ｃ、断面Ｄ−Ｄ、断面Ｅ−Ｅ、断面Ｆ−Ｆ、及び、断面Ｇ−Ｇ）での断面（Ｙ−Ｚ面）形状を示す。

図７に、最終製品の形状の周長と、中間製品の形状の周長を示す。この点については、後述する。

図８に、第１ハイドロフォーム工程で、１方向にだけ拡管した中間製品の、断面Ａ−Ａ、断面Ｂ−Ｂ、断面Ｃ−Ｃ、断面Ｄ−Ｄ、断面Ｅ−Ｅ、断面Ｆ−Ｆ、及び、断面Ｇ−Ｇでの断面（Ｙ−Ｚ面）形状を示す。

図９（ａ）に、上記中間製品の、断面Ａ−Ａ、断面Ｂ−Ｂ、断面Ｃ−Ｃ、断面Ｄ−Ｄ、断面Ｅ−Ｅ、断面Ｆ−Ｆ、及び、断面Ｇ−Ｇでの側面（Ｘ−Ｙ面）形状を示し、図９（ｂ）に、上記中間品の上記断面での上面（Ｘ−Ｚ面）形状を示す。

第１ハイドロフォーム工程では、１方向にだけ拡管する。図８及び図９に示す中間製品においては、Ｙ方向にだけ拡管されている。

１方向にだけ拡管すると、変形が、純粋せん断変形に近い変形となり、大変形が可能になるので、本発明においては、１方向にだけ拡管する。

特許文献１に記載の従来法においても、大変形が可能となる理論を採用しているが、該従来法の第２ハイドロフォーム工程で、実際に、純粋せん断変形をさせることは難しい。

即ち、従来法においては、カウンタ等の対策を講じないと、加工初期に、張出し変形が起きて、割れが生じ易い。

それに対し、本発明においては、第２ハイドロフォーム工程での成形難度を下げるため、第１ハイドロフォーム工程で、最終の製品形状の周長とほぼ同程度、例えば、該周長の９０％以上まで拡管する。この点が、従来法と異なる点である。

ただし、第１ハイドロフォーム工程で、最終製品の形状の周長の１００％を超えて成形すると、部分的に材料余りが生じて、皺になる場合もあるので、第１ハイドロフォーム工程では、図７に示すように、最終製品の形状の周長の９０〜１００％の範囲で、中間製品の形状の周長を設定する。

この考えに基づいて、図８及び図９に示す中間製品の形状を設計することができる。

即ち、図８及び図９に示す中間製品の形状においては、断面のＺ方向には拡管せず、Ｙ方向の＋側にのみ拡管し、その周長は、全ての断面において、最終製品の周長の９０〜１００％の範囲に設定してある。

最終製品の形状は、Ｙ方向及びＺ方向に拡管された形状であるので、中間製品の形状のＹ方向における高さは、最終製品の形状のＹ方向における高さよりも高い。

また、最終製品の上部と下部の形状は、平坦な形状、即ち、長方形でも構わないが、その場合は、コーナー部近傍で減肉し易くなるので、拡管率の大きな場合は、不利となる。

したがって、図８に示すように、最終製品の上部と下部の形状は、素管とほぼ同じ曲率半径（製品の曲率半径ｒと同じ曲率半径）の形状に設定することが好ましい。

具体的には、図１０に示すハイドロフォーム加工（第１ハイドロフォーム工程での加工）で、図８及び図９に示す形状の中間製品７を製造する。

即ち、図１０（ａ）に示すように、金属管１を、上金型２と下金型３の間に挟持し、図１０（ｂ）に示すように、両管端から軸押しパンチ４で矢印方向（管軸方向）に押し込んでいく。

このとき、同時に、軸押しパンチ４に設けた水装入口５から、水６を、金属管１の内部に送給して、内圧を高める。その結果、上金型２と下金型３の空洞部の形状に合致するように金属管１が加工され、中間製品７が得られる。

第１ハイドロフォーム工程での拡管率が大きい場合には、図１１に示すように、上金型２にカウンターパンチ８を設け（図１１（ａ）、参照）、カウンターパンチ８の後退で、金属管１のバーストや座屈を抑制しながら（図１１（ｂ）、参照）、ハイドロフォーム加工を行ってもよい。

直管部分の摺動抵抗が大きくて、拡管部に押し込みが伝わり難い場合は、図１２に示すように、可動金型９を用いて（図１２（ａ）、参照）、管端と可動金型を、軸押しパンチ１０で同時に押し込み（図１２（ｂ）、参照）、ハイドロフォーム加工を行ってもよい。

ハイドロフォーム加工においては、Ｚ方向に、拡管してはいけないという訳ではないので、図１３（ａ）及び（ｂ）、及び、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、若干、Ｚ方向に拡管しながら、Ｙ方向に拡管してもよい。

図１４（ａ）及び（ｂ）には、Ｚ方向に、素管径２ｒの１．０５倍程度まで拡管する場合を示す。

中間製品７を、Ｚ方向にも、若干、拡管して成形することにより、最終製品で、より拡管率の大きい本発明加工品を得ることができる。

第１ハイドロフォーム工程で加工した中間製品７に、例えば、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、プレス（比較的簡易な、３点曲げ工法）で、曲げ加工を施す。

即ち、第１ハイドロフォーム工程で加工した中間製品７を、支点１５の上に載置し（図１５（ａ）、参照）、上方から、パンチ１４を押し込んでいき（図１５（ｂ）、矢印、参照）、中間製品１６を得る。

なお、曲げ加工の工法は、３点曲げ工法の他、回転引き曲げ工法や、プレス曲げ工法等、何れの方法でもよく、管材のサイズや、材質、曲げ半径等によって使い分ければよい。

パンチ１４の曲率半径は、特に限定されないが、後出の図１６で説明するハイドロフォーム金型（下側）の曲率半径と同様に、（曲率半径の最大値−曲率半径の最小値）／曲率半径の最小値≦５０％の範囲とすれば、拡管部が、曲げ部の管軸に対して、外側に突出し、曲げ部の内側が、ほぼ同一の曲率半径からなる本発明加工品を得ることができる。

最後に、曲げ加工した中間製品１６を、図１６（ａ）〜（ｃ）に示すように、第２ハイドロフォーム工程で加工する。即ち、中間製品１６を、下金型１２に装着し（図１６（ａ）、参照）、上金型１１で、Ｙ方向に潰しながら型締めを行う（図１６（ｂ）、矢印、参照）。

この型締で、中間製品１６は、Ｙ方向に潰れる分、Ｚ方向に断面が広がる。このとき、中間製品１６の内部に内圧を負荷しながら型締めを行うと、皺発生を抑制することができる。

型締めを行った後は、通常のハイドロフォーム加工で、内圧を負荷し、及び／又は、軸方向に押し込み、金型形状に合致した最終製品１３を得ることができる（図１６（ｃ）、参照）。

ハイドロフォーム金型（下側）の曲率半径を、（曲率半径の最大値−曲率半径の最小値）／曲率半径の最小値≦５０％の範囲とすれば、前記（１）の発明における拡管部が、曲げ部の管軸に対して、外側に突出し、曲げ部の内側は、ほぼ同一の曲率半径からなる加工品を得ることができる。

このようにして、拡管部が、曲げ部の管軸方向の外側に突出した本発明加工品を得ることができる。

本発明加工品において、拡管部の突出は、曲げ外側でなく、曲げ内側でもよい。曲げ内側に、拡管部を突出させる場合、図１７に示すように、支点１５で中間製品７を支え、凹部２３を設けたパンチ１４で押圧して、曲げ加工を施す。

このとき、パンチ１４や支点１５で、拡管部を押し潰さないようにする。ただし、その後の第２ハイドロフォーム工程で支障のない範囲であれば、若干、拡管部が変形していても構わない。

図１７に示す曲げ加工に続く第二ハイドロフォーム工程（図１６に対応する工程、図示しなし）において、曲げ外側のハイドロフォーム金型の曲率半径を、（曲率半径の最大値−曲率半径の最小値）／曲率半径の最小値≦５０％の範囲とすれば、前記（３）の本発明における拡管部が、曲げ部の管軸に対して、内側に突出し、曲げ部の外側が、ほぼ同一の曲率半径からなる本発明成形品を得ることができる。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。

本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例１）
金属管として、外径６３．５ｍｍ、肉厚２．３ｍｍ、全長４００ｍｍの鋼管を用いた。鋼種は、機械構造用炭素鋼鋼管のＳＴＫＭ１１Ａである。

最終製品の形状を、図１８に示す。図１８（ａ）に、最終製品の側断面（Ｘ−Ｙ面）形状を示し、図１８（ｂ）に、管軸Ｘ方向の断面（Ｙ−Ｚ面）形状を示す。

上記形状は、拡管率Ｍは、最大で２．００で、しかも、金属管の端部の円相当径（外径）６３．５ｍｍに対して断面のＹ方向寸法は、最大で１．６７倍、Ｚ方向寸法は、最大で２．１７倍と、曲げ部が、大きく拡管される形状である。

周長Ｌの分布を、図１９に示す。中間形状の周長（図中の太線）を、最終製品の周長と、その９０％の周長（図中の破線）との間の範囲となるように設定した。そして、中間製品の断面形状を、設定した周長と合致するように設計した。

その際、図２０に示すように、断面のＺ方向の寸法は、素管の外径と同じ６３．５ｍｍとした。

そして、図２１（ａ）に、金属管の側断面（Ｘ−Ｙ面）形状を示し、図２１（ｂ）に、金属管の上面（Ｘ−Ｚ面）形状を示すように、Ｙ方向の寸法のみを、軸方向（Ｘ方向）において変化させた。

最終製品の形状は、Ｙの−側には拡管されない形状であるので、中間製品の形状も、Ｙの−側には拡管しないで、＋側にのみ拡管する形状にした。

また、中間製品の断面上下（Ｙ方向の＋側及び−側）の形状は、素管と同じ曲率半径である３１．７５ｍｍの半円形の形状にした。

上記設計の中間製品を得るため、全長４００ｍｍの金属管（鋼管）に、図２２に示す可動金型装置で、ハイドロフォーム加工を施した。拡管率が、比較的大きいので、加工時の減肉を、極力抑制するため、可動金型を用いた。

図２２（ａ）に示すように、可動金型９を備える第１ハイドロフォーム上金型２と第１ハイドロフォーム下金型との間に、金属管（鋼管）１を挟持し、図２２（ｂ）に示すように、軸押しパンチ１０で、金属管１と可動金型９を、同時に、図中矢印方向に、両端で４０ｍｍ押し込んだ。

このとき、軸押しパンチ１０の水装入口５から水を送給し、金属管１の内圧を３２ＭＰａに維持した。

ハイドロフォーム加工の完了時に、金属管１は、全長が３２０ｍｍとなり、設計通りの形状を有する中間製品（図１８〜２１、参照）を得ることができた。

次に、中間製品に、図２３に示すように、３点曲げプレス加工方法で曲げ加工を施した。

図２３（ａ）に示すように、間隔２４０ｍｍの支点１５の上に、第１ハイドロフォーム工程で得た中間製品７を載置し、図２３（ｂ）に示すよう、上方から、半径１１１ｍｍ、角度９０°のパンチ１４を押し込んで、中間製品７に曲げ加工を施した。

なお、支点１５の頂部は、中間製品７を載置する中央部が、半径１０ｍｍの円形状に成形され、両側部が半径４１．７５ｍｍの円形状に成形されている（図２３（ａ）の左図、参照）。

また、パンチ１４、及び、支点１５の頂部には、曲げ加工時に、中間製品７が、極力潰れないように、中間製品７の直管部と同一の、半径３１．７５ｍｍの半円形の溝が設けられている（図２３（ｂ）の左図、参照）。

上記曲げ加工で、曲げ部の外側に拡管部を有し、曲げ部の内側が、曲率半径１１１ｍｍの曲面形状を有する中間製品１６を得た。

次に、中間製品１６に、図２４に示すハイドロフォーム装置で、第２ハイドロフォーム加工を施した。図２４（ａ）に示すように、中間製品１６を、下金型１２の上に載置し、図２４（ｂ）に示すように、上方から、上金型１１を降下させて、型締めを行なった。下金型１２の曲率半径は、１１１ｍｍとした。

最後に、図２４（ｃ）に示すように、軸押しパンチ４を、両端から、２０ｍｍ押し込むとともに、最大圧力１８０ＭＰａの内圧を負荷した。

以上の一連の加工により、（ｉ）曲げ部の拡管率が２．００で、しかも、（ii）金属管の端部の円相当径（外径）６３．５ｍｍに対し、断面のＹ方向寸法が、最大で１．６７倍、Ｚ方向寸法が、最大で２．１７倍と、曲げ部の途中で大きく拡管された形状の拡管部を、曲げ部の管軸に対して外側に有し、（iii）曲げ部の内側が、同一の曲率半径からなる本発明加工品を製造することができた。

（実施例２）
曲げ部の管軸に対し、内側に拡管部を有する本発明加工品を製造した。実施例１で使用した金属管と同じ金属管を用い、実施例１で用いた金型と同一の金型を用いて、実施例１と同一の形状に加工（第１ハイドロフォーム工程での加工した）。

次ぎの曲げ加工工程では、拡管部を、曲げ内側に位置させて、曲げ加工を行った。その際、拡管部が潰れないように、曲げ加工用のパンチに、拡管部が入る凹部を設けて（図示しなし）、曲げ加工を行った。

最後に、拡管部を潰しながら、第２ハイドロフォーム金型で型締めを行って、ハイドロフォーム加工を行った。最終製品の曲げ部の外側となるハイドロフォーム金型の曲率半径は、中央部で１１１ｍｍ、中央部から左右４５度の位置で１６５ｍｍとし、その範囲外では、直線状に連続的に変化するようにした。

その結果、曲げ部の管軸に対して、内側に拡管され、曲げ部の外側は、ほぼ同一の曲率半径からなる本発明加工品を得ることができた。なお、拡管部の大きさは、実施例１の場合と同様で、金属管の端部の円相当径（外径）６３．５ｍｍに対して、断面のＹ方向寸法は、最大で１．６７倍、Ｚ方向寸法は、最大で２．１７倍である。

前述したように、本発明によれば、従来よりも、ハイドロフォームを適用し得る部品の範囲を拡大することができる。これにより、自動車の軽量化がさらに進み、燃費が向上し、地球温暖化の抑制にも貢献することができる。よって、本発明は、自動車産業において利用可能性が高いものである。

ハイドロフォーム技術の進展を示す図である。 本発明のハイドロフォーム加工品（本発明加工品）の一形状を示す図である。図２（ａ）は、側面形状を示し、図２（ｂ）は、断面形状を示す。 金属管の端部の円相当径に対する、Ｙ方向及びＺ方向における断面寸法の比を示す図である。 本発明加工品の別の形状を示す図である。図４（ａ）は、側面形状を示し、図４（ｂ）は、断面形状を示す。 金属管の端部の円相当径に対する、Ｙ方向及びＺ方向における断面寸法の比を示す図である。 中間製品の形状の設計を説明する図である。図６（ａ）は、最終製品の形状の側断面（Ｘ−Ｙ面）形状を示し、図６（ｂ）は、最終製品の、管軸Ｘに垂直な断面での断面（Ｙ−Ｚ面）形状を示す。 は、中間製品の形状の設計において、最終製品の形状の周長と、中間製品の形状の周長を示す図である。 中間製品の形状の設計において、１方向にだけ拡管した中間製品の断面（Ｙ−Ｚ面）形状を示す図である。 中間製品の形状の設計において、１方向にだけ拡管した中間製品の形状を示す図である。図９（ａ）は、側面（Ｘ−Ｙ面）形状を示し、図９（ｂ）は、上面（Ｘ−Ｚ面）形状を示す。 ハイドロフォーム加工（第１ハイドロフォーム工程での加工）の態様を示す図である。図１０（ａ）は、金属管を、上金型と下金型の間に挟持した態様を示し、図１０（ｂ）は、両管端から、軸押しパンチを矢印方向に押し込んでいく態様を示す。 別のハイドロフォーム加工（第１ハイドロフォーム工程での加工）の態様を示す図である。図１１（ａ）は、金属管を、上金型及び上金型に設けたカウンターパンチと下金型の間に挟持した態様を示し、図１１（ｂ）は、両管端から軸押しパンチを矢印方向に押し込んでいき、カウンターパンチが後退する態様を示す。 別のハイドロフォーム加工（第１ハイドロフォーム工程での加工）の態様を示す図である。図１２（ａ）は、金属管を、可動金型と下金型の間に挟持した態様を示し、図１２（ｂ）は、管端と可動金型を、軸押しパンチで矢印方向に押し込んでいく態様を示す。 別のハイドロフォーム加工（第１ハイドロフォーム工程での加工）の態様を示す図である。図１３（ａ）は、金属管を、上金型と下金型の間に挟持した態様を示し、図１３（ｂ）は、両管端から、軸押しパンチを矢印方向に押し込んでいく態様を示す。 別のハイドロフォーム加工（第１ハイドロフォーム工程での加工）の態様を示す図である。図１４（ａ）は、金属管を、上金型と下金型の間に挟持した態様を示し、図１４（ｂ）は、両管端から、軸押しパンチを矢印方向に押し込んでいく態様を示す。 第１ハイドロフォーム工程で加工して得た中間製品に３点曲げ加工を施す態様を示す図である。図１５（ａ）は、中間製品を支点で支えている態様を示し、図１５（ｂ）は、中間製品にパンチを押し込んで、曲げ加工を施す態様を示す。 曲げ部を有する中間製品にハイドロフォーム加工（第２ハイドロフォーム工程での加工）を施す態様を示す図である。図１６（ａ）は、中間製品を下金型に装着した態様を示し、図１６（ｂ）は、Ｙ方向に潰しながら型締を行う態様を示し、図１６（ｃ）は、内圧を負荷し、及び／又は、軸方向に押し込み最終製品を得る態様を示す。 拡管部が曲げ部の管軸に対して内側に突出している場合の曲げ加工の態様を示す図である。図１７（ａ）は、中間製品を支点で支えている態様を示し、図１７（ｂ）は、中間製品に、凹部を設けたパンチを押圧して、曲げ加工を施す態様を示す。 中間製品の形状の設計に用いる最終製品の形状を示す図である。図１８（ａ）は、最終製品の側断面（Ｘ−Ｙ面）形状を示し、図１８（ｂ）は、管軸Ｘ方向の断面（Ｙ−Ｚ面）形状を示す。 中間製品の形状の設計において、最終製品の形状の周長と、中間製品の形状の周長を示す図である。 中間製品の形状の設計において、１方向にだけ拡管した中間製品の断面（Ｙ−Ｚ面）形状を示す図である。 中間製品の形状の設計において、１方向にだけ拡管した中間製品の形状を示す図である。図２１（ａ）は、側面（Ｘ−Ｙ面）形状を示し、図２１（ｂ）は、上面（Ｘ−Ｚ面）形状を示す。 可動金型装置を用いて、ハイドロフォーム加工（第１ハイドロフォーム工程での加工）を行なう態様を示す図である。図２２（ａ）は、ハイドロフォーム上金型と下金型との間に、金属管（鋼管）を挟持した態様を示し、図２２（ｂ）は、軸押しパンチを押し込んで、ハイドロフォーム加工を行なう態様を示す図である。 中間製品に、３点曲げプレス加工を施す態様を示す図である。図２３（ａ）は、支点の上に中間製品を載置した態様を示し、図２３（ｂ）は、上方からパンチを押し込んで、曲げ加工を行なう態様を示す。 中間製品に、第２ハイドロフォーム加工を施す態様を示す図である。図２４（ａ）は、中間製品を下金型の上に載置した態様を示し、図２４（ｂ）は、上方から上金型を降下させて、型締めを行なう態様を示し、図２４（ｃ）は、軸押しパンチを両端から押し込むとともに、内圧を負荷する態様を示す。

Claims (2)

1. 金属管を素材とし、冷間の塑性加工で一体的に加工するハイドロフォーム加工品の製造方法であって、第１ハイドロフォーム工程、曲げ加工工程、及び、第２ハイドロフォーム工程の３工程からなり、
   第１ハイドロフォーム工程では、前記金属管の両端から軸押しして管軸方向に押し込み、同時に、内圧を高めて、管軸を含む断面上で、前記金属管の一部を、管軸を基準に１方向にだけ拡管して拡管部を形成し、前記管軸を含む断面上で、前記拡管部が最終製品の形状の周長の９０〜１００％の範囲の周長を有し、かつ、前記管軸を含む断面上で、前記拡管部の高さが、最終製品の形状の高さよりも大きい中間製品を成形し、
   曲げ加工工程では、前記中間製品を前記中間製品の前記拡管部を含む位置で、前記菅軸を基準に前記拡管部の高さが最も大きい方向を外側にして曲げ部を形成し、
   第２ハイドロフォーム工程では、前記曲げ加工工程後の中間製品を、下金型に装着し、前記曲げ部外側のハイドロフォーム金型の前記曲げ部の曲率半径を、（曲率半径の最大値−曲率半径の最小値）／曲率半径の最小値≦５０％の範囲とした上金型で、前記拡管部の高さ方向に潰しながら型締めを行い、次いで、前記中間製品に、内圧を負荷するか、前記中間製品の管端部の管軸方向に押し込むかの少なくともいずれかを行い、
   最終製品が、曲げ部を１箇所以上有し、前記曲げ部の少なくとも１箇所に、前記管軸に垂直な断面における曲げ部外側に向かう方向、及び、その方向に垂直な方向の寸法が、前記金属管の端部の円相当径の１．３５倍以上の拡管部を有し、かつ、前記曲げ部の内側の、前記曲げ加工工程での曲げ方向の曲率半径をほぼ一定とすることを特徴とするハイドロフォーム加工品の製造方法。
2. 金属管を素材とし、冷間の塑性加工で一体的に加工するハイドロフォーム加工品の製造方法であって、第１ハイドロフォーム工程、曲げ加工工程、及び、第２ハイドロフォーム工程の３工程からなり、
   第１ハイドロフォーム工程では、前記金属管の両端から軸押しして管軸方向に押し込み、同時に、内圧を高めて、管軸を含む断面上で、前記金属管の一部を、管軸を基準に１方向にだけ拡管して拡管部を形成し、前記管軸を含む断面上で、前記拡管部が最終製品の形状の周長の９０〜１００％の範囲の周長を有し、かつ、前記管軸を含む断面上で、前記拡管部の高さが、最終製品の形状の高さよりも大きい中間製品を成形し、
   曲げ加工工程では、前記中間製品を前記中間製品の前記拡管部を含む位置で、前記菅軸を基準に前記拡管部の高さが最も大きい方向を内側にして曲げ部を形成し、
   第２ハイドロフォーム工程では、前記曲げ加工工程後の中間製品を、下金型に装着し、前記曲げ部外側のハイドロフォーム金型の前記曲げ部の曲率半径を、（曲率半径の最大値−曲率半径の最小値）／曲率半径の最小値≦５０％の範囲とした上金型で、前記拡管部の高さ方向に潰しながら型締めを行い、次いで、前記中間製品に、内圧を負荷するか、前記中間製品の管端部の管軸方向に押し込むかの少なくともいずれかを行い、
   最終製品が、曲げ部を１箇所以上有し、前記曲げ部の少なくとも１箇所に、前記管軸に垂直な断面における曲げ部内側に向かう方向、及び、その方向に垂直な方向の寸法が、前記金属管の端部の円相当径の１．３５倍以上の拡管部を有し、かつ、前記曲げ部の外側の、前記曲げ加工工程での曲げ方向の曲率半径をほぼ一定とすることを特徴とするハイドロフォーム加工品の製造方法。