JP5608537B2 - フランジ付きパイプの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ブッシュやスリーブ等に使用される、パイプ部材の端面にフランジ部が形成されているフランジ付きパイプの製造方法に関する。

フランジ付きパイプの形状をプレス加工で成形するのに、板金プレス成形と、冷間鍛造成形の２つの方法がある。図６ａに示すように、板金プレス成形を用いる場合は、素材に対し、絞り加工→ピアス加工→バーリング加工→しごき加工（一段）→しごき加工（二段）が順次行われる。これらは５つの工程からなる。各工程のおおよその荷重は、絞り加工：４３０ｋＮ、ピアス加工２３０ｋＮ、バーリング・リストライク加工：１０１０ｋＮ、しごき加工（一段）：２３０ｋＮ、しごき加工（二段）：１７０ｋＮで、合計で２０７０ｋＮである。図７に前記板金プレス成形により得られたフランジ付きパイプの断面形状を示す。そのフランジ付きパイプ１００は、そのフランジ部１０１の下面とパイプ部１０２の内面とが連続する部位（フランジ部開口端）１０３にＲ形状（円弧状）のダレが生じている。

冷間鍛造成形を用いる場合は、図６ｂに示すように、素材の焼鈍・ボンデ処理→前方押出し工程→ピアス工程→ヘディング工程が順次行われる。これらは４つの工程からなる。各工程のおおよその荷重は、前方押出し加工：８３５０ｋＮ、ピアス加工：１０５０ｋＮ、ヘディング：３７００ｋＮであり、合計で１３１００ｋＮである。

その他、バーリング加工による前記パイプ部分の肉厚の減少を抑える成形方法として特許文献１〜５がある。特許文献１にはピアス加工した部位にネッキング加工およびバーリング加工して肉厚のボス部を成形する方法が開示されている。特許文献２には筒状のバーリングを軸方向に圧縮して肉厚にする方法が記載されている。なお、このもののフランジ部の開口端に、その部分のダレ（Ｒ形状）の半径を小さくするための、ヘディング、しごき加工などを施す工程を追加することが開示されている。特許文献３には下孔が形成された底壁に絞り加工を施し、次いで下孔にバーリング加工を施すことにより、底壁部分を筒状壁部分に押し出して肉厚にすることが開示されている。特許文献４には、絞り加工により肉厚にした後、バーリング加工を施すことが開示されている。特許文献５にはバーリング加工による筒状部に、絞り加工を施すことが開示されている。

さらに、コーナー部のダレや肉重なりをなくす方法として特許文献６がある。それにはＬ字状の部品の一方の部材をその外面から軸方向に圧縮しつつ、他方の部材の外側の面との間でしごき加工を施すことが開示されている。

特開２０００−７９４３８号公報 特開２００２−２３９６６３号公報 特開２０１０−７５９３１号公報 特開平１０−１１８７２２号公報 特開２００９−８１２６号公報 特開平８−３０９４６９号公報

プレス成形により得られたフランジ付きパイプに生じるダレ（図７の符号１０３参照）をなくすには、さらなるヘディングなどの加工が必要である。しかし、そのような加工を行うと、前記フランジ部開口端１０３と反対側の面の部位１０４に引き込みや重なりなどの欠陥が生じやすくなる。

一方、冷間鍛造により形成したフランジ付きパイプには、ダレは生じない。しかし、鍛造加工のため素材には焼鈍とボンデ処理のような特殊な潤滑処理が必要である。また、成形には大きな成形力とエネルギーを必要とするので、プレス設備も大きな能力のものが必要となる。

特許文献１〜５のバーリング加工による成形方法では、加工の際にパイプ部の内面とフランジ部の外面との角部にダレが生じやすい。そして、そのダレを取り除くために追加工が必要である。特許文献６の成形も一次成形後に行うものである。

そこで、本発明は小さな成形力で、かつ、簡易な方法でダレを取り除いたフランジ付きパイプを製造する方法を提供することを課題とする。

本発明のフランジ付きパイプの製造方法（請求項１）は、フランジ付きパイプの製造方法であって、加工されるべき部材の中央穴の内周縁にバーリング加工を施してパイプ部を形成する際に、バーリングパンチを内型として、外型によって、加工されるべき部材の外周から半径方向内向きに圧縮力を付与するものであり、前記外型が、バーリングパンチの外周との間に隙間を空けて配置される筒状で、その内面にバーリングパンチの軸方向の基端側に向かうにつれて小径となるテーパ面が形成されており、前記加工されるべき部材に対してバーリングパンチと反対側から筒状のリングパンチを前記隙間へ、バーリングパンチに対し相対移動させることにより、前記外型に前記バーリングパンチと同じ方向に、前記加工されるべき部材に対する相対移動をさせ、それにより、前記外型のテーパ面で加工されるべき部材に前記圧縮力を付与する、ことを特徴とする。

さらに、前記バーリングパンチの外周に、軸方向に平行なパンチのストレート面と、そのストレート面の端部から先細りになるようにパンチのテーパ面とが形成され、前記リングパンチの内周面に、パンチのストレート面に平行なリングのストレート面がパンチのストレート面と間隔を空けるように形成されており、前記バーリングパンチのストレート面とリングパンチのストレート面とにより、しごき加工がさらに施されるものが好ましい（請求項２）。

また、前記外型のテーパ面の下端からストレート面が形成されており、そのストレート面とテーパ面との境が、前記バーリングパンチの外周のストレート面とテーパ面との境より軸方向の同じ位置か、それより基端側であり、前記バーリングパンチのテーパ面により加工されるべき部材の開口を拡径させる際に、外型によって、加工されるべき部材の外周から半径方向内向きに圧縮力を付与するものが好ましい（請求項３）。
さらに、前記バーリングパンチの先端付近に先細りのテーパ面が形成されており、前記外型のテーパ面の軸線となす角度は、前記バーリングパンチのテーパ面と軸線がなす角度と同じか、それより小さく設定されるものが好ましい（請求項４）。

本発明のフランジ付きパイプの製造方法（請求項１）は、バーリングパンチによりパイプ部を形成する際に、前記バーリングパンチを内型として、外型により加工されるべき部材の外周から半径方向の内向きの圧縮力を付与するので、材料を内径側に流動させること
により、フランジ部の開口端に材料を充満させることができる。そのため、前記開口端付近のダレの発生を防止することができる。また、材料を内径側に流動させているので、フランジ部の板厚を加工前の板厚より厚くすることができる。

このような製造方法において、前記外型が、バーリングパンチの外周との間に隙間を空けて配置される筒状で、その内面にバーリングパンチの軸方向の基端側に向かうにつれて小径となるテーパ面が形成され、前記バーリングパンチと同じ方向に、加工されるべき部材に対し相対移動させることにより、半径方向内向きの圧縮応力を付与するので、材料を内径側に流動させる効果が一層高い。

そして、加工されるべき部材に対してバーリングパンチと反対側から筒状のリングパンチを前記隙間へ、バーリングパンチに対し相対移動させることにより、前記圧縮力を付与するので、簡易な構成で半径方向内向きの圧縮力を付与することができる。

さらに、前記バーリングパンチの外周に、軸方向に平行なパンチのストレート面と、そのストレート面の端部から先細りなるようにパンチのテーパ面とが形成され、前記リングパンチの内周面に、パンチのストレート面に平行なリングのストレート面がパンチのストレート面と間隔を空けるように形成されており、前記バーリングパンチのストレート面とリングパンチのストレート面とにより、しごき加工がさらに施される場合（請求項２）は、バーリングパンチのストレート面とリングパンチのストレート面とでしごき加工を行ってパイプ部を形成することができる。一度に全ての加工を行うことができるので成形力を小さくできる。

また、前記外型のテーパ面の下端からストレート面が形成されており、そのストレート面とテーパ面との境が、前記バーリングパンチの外周のストレート面とテーパ面との境より軸方向の同じ位置か、それより基端側であり、前記バーリングパンチのテーパ面により加工されるべき部材の開口を拡径させる際に、外型によって、加工されるべき部材の外周から半径方向内向きに圧縮力を付与する場合（請求項３）は、バーリングパンチが加工されるべき部材の開口を拡径させる際に、外型のテーパ面で加工されるべき部材の外周を内向きに圧縮し、ダレが生じる部位に材料を充填することができる。

図１は本発明の製造方法の概略図を示す。 図２は本発明の製造方法に用いる装置の概略側面図である。 図３は製造方法の詳細を示す工程図である。 図４は図３の工程Ｓ１〜Ｓ４の部分拡大図である。 図５は図３の工程Ｓ５〜Ｓ７の部分拡大図である。 図６ａは板金プレス加工を用いてフランジ付きパイプを成形する方法を示す従来の概略工程図、図６ｂは冷間鍛造を用いてフランジ付きパイプを成形する方法を示す従来の概略工程図である 図７は従来の成形方法で得られたフランジ付きパイプの一例を示す断面図である。

図１を用いて本発明のフランジ付きパイプの製造方法（以下、製造方法）の概略を説明する。その製造方法１０は、加工されるべき部材（以下、半製品）１１にバーリング加工を施す工程１３をし、その工程１３の際に半製品１１の外周から半径方向の内向きの圧縮力を付与する加工を施す工程１４を行い、フランジ付きパイプ１２を得るというものである。

図に示すように本製造方法１０により加工される半製品１１は中央に中央穴１１ａが形成された板状の部材である。外形および中央穴１１ａは、例えば円形である。

前記フランジ付きパイプ１２はパイプ部１２ａと、そのパイプ部１２ａの開口端から外向きに延びるフランジ部１２ｂとを備えている。そのフランジ部１２ｂの厚みＴは半製品１１の板厚ｔより厚い。

図２に本製造方法１０（図１参照）に用いる装置（金型）を示す。その装置１は、バーリング加工を行うためのバーリングパンチ（内型）２と、そのバーリングパンチの外周との間に隙間１ａを空けて同心状に配置される外型３（以下、ダイス）とを備えている。また、半製品１１に対してバーリングパンチ２と反対側から前記隙間１ａへ、バーリングパンチに対し相対移動可能に設けられた筒状のリングパンチ４を備えている。さらに、前記リングパンチ４と先端同士を突き合わせるように、ノックアウトブロック５がバーリングパンチに対し相対移動可能に設けられている。

前記バーリングパンチ２は円柱状の部材であり、その周面は軸方向に平行なストレート面２ｂと、そのストレート面２ｂから連続するテーパ面２ａとが形成された、先細り形状である。図ではバーリングパンチのテーパ面２ａの軸線となす角度を符号αで示している。なお、バーリングパンチ２の断面形状は、円形の他、多角形状でもよい。

前記ダイス３は、前記バーリングパンチ２と共に、例えばプレス機械のボルスタ（図示せず）に取り付けられ、リングパンチ４はスライド（図示せず）に取り付けられている。そのスライドに取り付けられたリングパンチ４が下降することにより半製品１１が押動される。これにより前記ダイス３は半製品１１に対し相対的に移動可能にされている。前記ダイス３は、その上側の内面にバーリングパンチ２の軸方向の先端から基端側に向かうにつれて先細りとなる円錐面からなるテーパ面３ａが形成されている。一方、下側の内面は前記テーパ面３ａの下端からバーリングパンチのストレート面２ｂに対向するようにダイス３のストレート面３ｂが形成され、下方の開口端まで続いている。なお、ダイス３の断面形状は、円形の他、多角形状でもよい。

また、前記ダイスのテーパ面３ａの軸線となす角度βは、前記バーリング加工１３によりパイプ部１２ａの加工を適切に行うため（図４の工程Ｓ２〜Ｓ４参照）、前記バーリングパンチのテーパ面２ａの角度αと同じか、それより小さく設定されるのがよい。これにより、半製品１１の中央穴１１ａに近い側の部位はバーリングパンチのテーパ面２ａにより拡径され（パイプ部１２ａとなる）、半製品１１の外側の部位（中央穴１１ａから遠い側）はダイスのテーパ面３ａにより内向きに圧縮される。
また、リングパンチ４が配置される位置を半製品１１のダイス３寄りにすることで、半製品１１の中央穴１１ａに近い側をバーリングパンチのテーパ面２ａにより拡径することができ、バーリング加工１３によりパイプ部１２ａの加工を適切に行うことができる（図４の工程Ｓ２〜Ｓ４参照）。
さらに、ダイスのテーパ面３ａとストレート面３ｂとの境界（符号３ｃ参照）がバーリングパンチの前記境界２ｃと軸方向に同じ高さか、下方に配置されているのが好ましい。バーリングパンチが半製品の中央穴１１ａを拡径させる際に、ダイス３のテーパ面３ａで半製品１１の外周を内向きに圧縮し、半製品１１の内向きの材料流れを形成し、加工をスムーズにするためである。

前記リングパンチ４は、前記隙間１ａに通され、バーリングパンチ２およびダイス３の開口と同心状に配置される筒状の部材である。なお、ここでいう隙間１ａとはバーリングパンチ２とダイス３のそれぞれのテーパ面２ａ、３ａからストレート面２ｂ、３ｂにかけての隙間のことである。そのリングパンチ４の筒状の内外面ともに前記バーリングパンチ
のストレート面２ｂと平行に形成されている。また、そのリングパンチ４の内周面とバーリングパンチのストレート面２ｂとの間には隙間１ｂが形成されている。そのリングパンチ４の先端の内面側には軸方向の上にいくにしたがって内側にくるように傾斜するテーパ面４ａが形成されている。これにより、フランジ付きパイプ１２のパイプ部１２ａにも前記テーパ面４ａに対応したテーパ面が形成される。

また、そのリングパンチ４の半製品１１に対する配置は、中央穴１１ａの開口縁から外周縁の半径方向の中央位置から外側にあるのが好ましい。すなわち、適切なバーリング加工１３によりパイプ部１２ａを形成するためである。なお、このように配置されない場合でも、前述したのとは反対に前記ダイスのテーパ面３ａの角度βを前記バーリングパンチのテーパ面２ａの角度αより大きく（傾斜を緩やかに）設定するとよい。

前記ノックアウトブロック５は、バーリングパンチのストレート面２ｂとダイスのストレート面２ｂとの間に通される筒状の部材で、バーリングパンチ２およびダイス３に対し相対移動可能に配置されている。そのノックアウトブロック５は、その下方に配置されたノックアウトピン６によって上下に押動される。

次に、図３〜図５を用いて上述の装置１を用いて、本製造方法１０によりフランジ付きパイプ１２が製造される様子を詳述する。図３に示す工程Ｓ１では、半製品１１は、その中央穴１１ａ（図４参照）にバーリングパンチのテーパ面２ａの上側の円柱状の部分が通された状態で、載置されている。そして、前記リングパンチ４が半製品１１の上面側に配置されている。なお、図ではバーリングパンチ２の上面付近でリングパンチ４が半製品１１の上面と当接されているが、プレス機械の上死点では工程Ｓ７に示すようにフランジ付きパイプ１２から離れ、バーリングパンチ２の上方に移動している。また、リングパンチ４とバーリングパンチ２の配置を上下逆にすることもできる。さらに、半製品１１には予めピアス加工などにより円形の中央穴１１ａが形成されている。

次いで、工程Ｓ２ではリングパンチ４がバーリングパンチ２およびダイス３に対し下方に移動する。リングパンチ４により半製品１１が隙間１ａに押し込まれることにより、半製品１１はバーリングパンチ２のテーパ面２ａ（図４参照）により、その中央穴１１ａ周辺の部分が上方に湾曲される（矢印Ｗ）。それと同時に、その半製品１１には、その外周からダイス３のテーパ面３ａより内向きの圧縮力（符号Ｐ参照）が加えられる。これにより半製品１１内には半径方向の内向き（矢印Ｍ）の材料流動が生じる。

次いで工程Ｓ３において、リングパンチ４により半製品１１がさら深く押し込まれると、バーリングパンチ２のテーパ面２ａ（図４参照）と半製品１１のパイプ部１２ａ（図１参照）となる部分の内周との接触面積が大きくなる。このため、前記バーリングパンチのテーパ面２ａから、前記ダイスのテーパ面３ａからの圧縮力Ｐと反対向きで同じ大きさの反作用力Ｐが作用する。これにより前記材料流動Ｍが規制を受け、フランジ部開口端（符号１５の部分）に材料が充満し、Ｒ形状のダレ（図７の符号１０３参照）が小さくなる。そして、半径方向の圧縮力により前記材料流動Ｍが生じ、板厚Ｔ´が加工前の半製品１１の厚みｔ（Ｓ１、図１参照）より大きくなる。

工程Ｓ４では、リングパンチ４が半製品１１をさらに押し込む。これにより、半製品１１のフランジ部１２ｂ（図１参照）となる部位の内外の両面は、バーリングパンチ２およびダイス３のそれぞれの境界２ｃ、３ｃ（図４参照）付近に達し、隙間１ａがストレート面２ｂ、３ｂに挟まれて細くなる。これにより、しごき加工が施されフランジ部１２ｂの外径寸法が所定の値にされる。このしごき加工により前記小さくされたダレ（Ｓ３の符号１５の部分）に材料が充満し、ダレが修正される。

工程Ｓ５では、前記フランジ部１２ｂが境界２ｃ、３ｃを通過した後、パイプ部１２ａが前記境界２ｃ、３ｃを通過する（図５参照）。この際に、リングパンチ４の内面とバーリングパンチのストレート面２ｂとにより、パイプ部１２ａがしごき加工される。それにより、肉厚が薄くなり、長さが延びる。なお、工程Ｓ１〜Ｓ５までの成形力は約７００ｋＮである。

工程Ｓ６では、プレス機械の下死点でフランジ部１２ｂがリングパンチ４とノックアウトブロック５とで胴突かれ（サイジング）、フランジ部１２ｂの底面が平面に形成される。なお、本工程の成形力は約９００ｋＮである。

工程Ｓ７では、ノックアウトブロック５がノックアウトピン６により上昇し、製品であるフランジ付きパイプ１２がバーリングパンチ２とダイス３の隙間１ａから取り出される。

１ 装置（金型）
１ａ バーリングパンチと外型との間の隙間
１ｂ バーリングパンチとリングパンチとの隙間
２ バーリングパンチ
２ａ バーリングパンチのテーパ面
２ｂ バーリングパンチのストレート面
２ｃ バーリングパンチの境界
３ 外型（ダイス）
３ａ 外型（ダイス）のテーパ面
３ｂ 外型（ダイス）のストレート面
３ｃ ダイスの境界
４ リングパンチ
４ａ リングパンチのテーパ面
５ ノックアウトブロック
６ ノックアウトピン
１０ 製造方法
１１ 加工されるべき部材（半製品）
１１ａ 中央穴
１２ フランジ付きパイプ
１２ａ パイプ部
１２ｂ フランジ部
１３ バーリング加工工程
１４ 圧縮加工工程
１５ ダレ
Ｐ 圧縮力
Ｍ 材料流動
ｔ 半製品の板厚
Ｔ フランジ付きパイプのフランジ部の板厚
α バーリングパンチのテーパ面の角度
β ダイスのテーパ面の角度

Claims (4)

1. フランジ付きパイプの製造方法であって、
   加工されるべき部材の中央穴の内周縁にバーリング加工を施してパイプ部を形成する際に、バーリングパンチを内型として、外型によって、加工されるべき部材の外周から半径方向内向きに圧縮力を付与するものであり、
   前記外型が、バーリングパンチの外周との間に隙間を空けて配置される筒状で、その内面にバーリングパンチの軸方向の基端側に向かうにつれて小径となるテーパ面が形成されており、
   前記加工されるべき部材に対してバーリングパンチと反対側から筒状のリングパンチを前記隙間へ、バーリングパンチに対し相対移動させることにより、前記外型に前記バーリングパンチと同じ方向に、前記加工されるべき部材に対する相対移動をさせ、
   それにより、前記外型のテーパ面で加工されるべき部材に前記圧縮力を付与する、フランジ付きパイプの製造方法。
2. 前記バーリングパンチの外周に、軸方向に平行なパンチのストレート面と、そのストレート面の端部から先細りになるようにパンチのテーパ面とが形成され、
   前記リングパンチの内周面に、パンチのストレート面に平行なリングのストレート面がパンチのストレート面と間隔を空けるように形成されており、
   前記バーリングパンチのストレート面とリングパンチのストレート面とにより、しごき加工をさらに施す請求項１記載のフランジ付きパイプの製造方法。
3. 前記外型のテーパ面の下端からストレート面が形成されており、
   そのストレート面とテーパ面との境が、前記バーリングパンチの外周のストレート面とテーパ面との境より軸方向の同じ位置か、それより基端側であり、
   前記バーリングパンチのテーパ面により加工されるべき部材の開口を拡径させる際に、外型によって、加工されるべき部材の外周から半径方向内向きに圧縮力を付与する請求項２記載のフフランジ付きパイプの製造方法。
4. 前記バーリングパンチの先端付近に先細りのテーパ面が形成されており、
   前記外型のテーパ面の軸線となす角度は、前記バーリングパンチのテーパ面と軸線がなす角度と同じか、それより小さく設定される請求項１、２あるいは３のいずれかに記載のフランジ付きパイプの製造方法。

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