WO2019189873A1 - 成形品の製造方法 - Google Patents
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- B21D5/01—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves between rams and anvils or abutments
Definitions
- the present invention relates to a method for producing a molded product using a metal plate.
- Tubular parts such as curved pipes with curved shapes, different diameter pipes with different outer diameters in the longitudinal direction, and irregular sectional pipes with different sectional shapes in the longitudinal direction are widely used in automobile parts and household electrical products. Development of technology for manufacturing such tubular parts is being promoted.
- Patent Document 1 discloses a technique for forming a straight steel pipe by sequentially performing a C press, a U press, and an O press.
- C press a C press
- U press a U press
- O press a technique for forming a straight steel pipe by sequentially performing a C press, a U press, and an O press.
- Patent Document 2 proposes a method of manufacturing a straight-shaped different-diameter pipe by performing UO molding using a mold having a guide blade for a longitudinal end portion.
- Patent Document 3 and Patent Document 4 propose a method for manufacturing a curved hollow pipe, which is a method of bending in the longitudinal direction during U molding, wherein the U molding process includes a drawing process.
- Patent Document 5 proposes a method for manufacturing a tubular molded product, in which bending in the longitudinal direction is performed after U molding.
- Patent Document 2 is a method for producing straight-shaped different-diameter pipes, and it is difficult to form a curved pipe.
- the methods described in Patent Document 3 and Patent Document 4 actually have a large number of steps and a low yield.
- further suppression of occurrence of molding defects such as cracks and wrinkles during bending is desired.
- the gist of the present disclosure is as follows. (1) a first bending step in which a metal plate is press-molded to obtain a curved intermediate product that bends with a curvature ⁇ in the longitudinal direction; U-step for obtaining the first curved U-section intermediate product having a bottom portion having the curvature ⁇ by press-molding the curved intermediate product into a substantially U-shaped section; A method of manufacturing a molded product, comprising: an O step of press-molding the first curved U-section intermediate product so as to form a closed section and obtaining a tubular molded product having a bottom portion having the curvature ⁇ .
- a first curved U cross-section intermediate product provided with a bottom having the curvature ⁇ obtained in the U step is formed by press forming the first curved U cross section.
- the second curved U-section intermediate product is press-molded so as to form a closed section, and a tubular molded product having a bottom portion having the curvature ⁇ is obtained.
- the ratio ⁇ / ⁇ of the curvature ⁇ of the first curved U-section intermediate product to the curvature ⁇ of the second curved U-section intermediate product is 0.5 to 0.8.
- Method for producing molded articles (4) In at least one of the U step and the second bending step, a compressive force in a plate thickness direction is applied to the vertical wall portion having the substantially U-shaped cross section, according to any one of (1) to (3) above. Method for producing molded articles. (5) In any one of the above (1) to (4), the direction in which the bottom portion of the first curved U-section intermediate product is bent in the longitudinal direction is convex to the inside of the first curved U-section intermediate product. Method for producing molded articles.
- a tubular molded product having a curved pipe, a different diameter pipe, or a modified cross-section pipe it is possible to manufacture a tubular molded product having a curved pipe, a different diameter pipe, or a modified cross-section pipe, and to provide a method for manufacturing a molded product that has a high yield and can suppress the occurrence of molding defects. can do.
- FIG. 1 is a process diagram showing an example of a first bending process in the method for producing a molded article of the present invention.
- FIG. 2 is a process diagram showing an example of a U process in the method for manufacturing a molded article of the present invention.
- FIG. 3 is a process diagram showing an example of the O process in the method for manufacturing a molded article of the present invention.
- FIG. 4 is a process diagram showing an example of a first bending process in the method for producing a molded article of the present invention.
- FIG. 5 is a process diagram showing an example of the U process in the method for manufacturing a molded article of the present invention.
- FIG. 6 is a process diagram showing an example of a second bending process in the method for producing a molded article of the present invention.
- FIG. 1 is a process diagram showing an example of a first bending process in the method for producing a molded article of the present invention.
- FIG. 2 is a process diagram showing an example of a U process in
- FIG. 7 is a process diagram showing an example of the O process in the method for producing a molded article of the present invention.
- FIG. 8 is a schematic plan view showing an example of a metal plate used in the method for producing a molded article of the present invention.
- FIG. 9 is a schematic perspective view showing an example of the tubular molded product of the present invention.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing another example of a mold used in the U process in the method for producing a molded article of the present invention.
- FIG. 11 is a process diagram showing another example of the first bending process in the method for manufacturing a molded article of the present invention.
- FIG. 12 is a process diagram showing another example of the U process in the method for manufacturing a molded article of the present invention.
- FIG. 13 is a process diagram showing another example of the second bending process in the method for manufacturing a molded article of the present invention.
- FIG. 14 is a process diagram showing another example of the O process in the method for manufacturing a molded article of the present invention.
- FIG. 15 is a cross-sectional view showing another example of a mold used in the second bending step in the method for producing a molded article of the present invention.
- FIG. 16 is a schematic perspective view showing another example of the tubular molded article of the present invention.
- FIG. 17 is a schematic perspective view of the first mold.
- FIG. 18 is a front view of the evaluated curved cylindrical tube and a cross-sectional view perpendicular to the axial direction of the curved cylindrical tube at the right end.
- FIG. 19 is a front view of the evaluated curved conical tube and a cross-sectional view at the right end and the left end in the direction perpendicular to the axial direction of the curved conical tube.
- FIG. 20 is a graph showing a formable range of the curved cylindrical tube and the curved conical tube when the plate thickness of the metal plate is 2.6 mm.
- FIG. 21 is a graph showing a formable range of a curved cylindrical tube and a curved conical tube when the thickness of the metal plate is 2.0 mm.
- the method for producing a molded product of the present invention mainly has two embodiments. In the following, each embodiment will be described separately.
- the manufacturing method of the molded product of 1st embodiment is a 1st bending process which press-molds a metal plate, and obtains the curved intermediate product which bends by the curvature (alpha) in a longitudinal direction,
- the said curved intermediate product is substantially U-shaped cross section.
- the manufacturing method of the first embodiment by performing bending in the longitudinal direction before forming the metal plate into a U-shaped cross section, it is possible to suppress the occurrence of molding defects at the bottom of the U-shaped cross section.
- a metal plate is molded to obtain a curved intermediate product that is bent with a curvature ⁇ in the longitudinal direction.
- the forming method is preferably press forming, but is not particularly limited as long as it can be formed by bending a metal plate in the longitudinal direction.
- FIGS. 1A to 1D are process diagrams showing an example of the first bending process.
- 1 (a) and 1 (c) are front views
- FIG. 1 (b) is a side view of FIG. 1 (a)
- FIG. 1 (d) is a side view of FIG. 1 (c).
- FIG. 17 shows a perspective view of the first mold 100.
- the first mold 100 includes a die 11 and a punch 12, and the bottom 11 a of the recess of the die 11, the upper surface 11 b of the die 11 and the bottom 12 a of the punch 12 are all curved in the longitudinal direction. .
- the die 11 preferably has a support portion 11d that is disposed at the bottom of the die 11 and is movable in the vertical direction.
- the support portion 11d is supported from below by a load source (not shown). Although it does not specifically limit as a load source, A hydraulic cylinder, a spring, a gas cushion, etc. can be used.
- a metal plate 1 a is placed between the die 11 and the punch 12 of the first mold 100, and as shown in FIGS. 1C and 1D, the upper surface 11 b of the die 11 of the first mold and the punch 12.
- the metal plate 1a can be bent by being sandwiched between the bottom portion 12a of the metal plate 1a. Thereby, the intermediate product 1b which bends with the curvature ⁇ in the longitudinal direction as shown in FIGS. 1C and 1D is obtained.
- the curvature in the present application is the reciprocal of the radius of curvature in the longitudinal direction on the inner peripheral surface of the curved portion (curved portion) of the metal plate.
- the bending part in this application shows the part bent in the longitudinal direction of the metal plate by the 1st bending process or the 2nd bending process in 2nd Embodiment mentioned later.
- the curvature ⁇ is calculated as a reciprocal of a radius of curvature obtained from a curve indicated by a surface on the inner peripheral side (die 11 side) of the bent portion 1b 1 in the longitudinal sectional view shown in FIG.
- the metal plate 1a is bent while being sandwiched between the upper surface 11b of the die 11 of the first mold and the bottom 12a of the punch 12 and supporting the metal plate 1a by the support portion 11d.
- the curvature ⁇ can be controlled better.
- the support portion 11d may move according to the load with which the metal plate 1a is pushed into the bottom 12a side of the punch 12 as long as the metal plate 1a is not plastically deformed into a substantially U-shaped cross section.
- the metal plate is not particularly limited as long as it can be formed, and for example, a hot rolled steel plate, a cold rolled steel plate, a plated steel plate and the like can be used.
- a so-called tailored blank obtained by connecting a plurality of metal plates may be used.
- a differential thickness steel plate can also be used as the metal plate.
- a stack of a plurality of metal plates, a stack of non-metal materials on a metal plate, or a so-called laminate plate may be used.
- the material of the metal plate is not particularly limited as long as it can be molded, and examples thereof include Fe-based, Al-based, Cu-based, and Ti-based materials.
- the thickness of the metal plate is not limited as long as it can be molded, and varies depending on the material and the shape of the molded product, but is preferably in the range of 1.0 to 5.0 mm, for example. If the plate thickness is too thin, wrinkles and cracks may occur in the bent portion during bending. If the plate thickness is too thick, an excessive load may be required for molding.
- the shape of the metal plate is appropriately adjusted according to the shape of the molded product.
- the length of the U-shaped cross section at the bent portion is the same as that of the metal plate before forming so as to have the U-shaped cross section.
- the plate width d2 of the region that becomes the portion may be designed wider than the plate width d1 of the region that becomes the straight portion.
- the straight portion in the present application indicates a portion that is not bent in the longitudinal direction of the metal plate, that is, a portion in which the curvature in the longitudinal direction does not change in the first bending step or the second bending step in the second embodiment described later.
- the curved intermediate product 1b obtained in the first bending step is curved in the longitudinal direction, and the cross section is formed in a straight line in the width direction of the curved intermediate product 1b.
- the bent intermediate product 1b obtained in the first bending step is formed into a substantially U-shaped cross section, and the first bent U cross sectional intermediate product 1c having a bottom bent in the longitudinal direction. Get.
- press molding is used. Although it will not specifically limit if it is a metal mold
- the curved intermediate product 1b is placed between the die 11 and the punch 12 of the first mold 100, and the curved intermediate product 1b is press-molded into a substantially U-shaped cross section by the concave portion of the die 11 and the punch 12.
- FIG. 2E is a perspective view of the first curved U-section intermediate product 1c obtained in the U process.
- the curved intermediate product 1b When the curved intermediate product 1b is press-molded into a substantially U-shaped cross section in the U process, it is desirable that the curved intermediate product 1b is sandwiched between the bottom 12a of the punch 12 and the support 11d of the die 11. . Thereby, the curvature (alpha) of the music intermediate product 1b can be maintained more favorably also in the 1st music U cross-section intermediate product 1c.
- the first curved U-section intermediate product 1c is formed such that the bottom 3 is curved in the longitudinal direction.
- the “bottom part 3 of the first curved U-section intermediate product 1c” in the present application is an edge portion 1c 1 between the two edge portions 1c 1 on the cut surface obtained by cutting the first curved U-section intermediate product 1c perpendicularly to the longitudinal direction.
- the first curved U-section intermediate product 1c includes a bent portion 10a in which the bottom portion 3 is curved in the longitudinal direction, and a straight portion 10b in which the bottom portion 3 extends linearly in the longitudinal direction and the length of the substantially U-section is equal along the center line. And have.
- the radius of curvature in the longitudinal direction on the inner peripheral surface of the bent portion 10a of the first curved U-section intermediate product 1c varies depending on the material, the shape of the molded product, etc., but preferably the width of the U-shaped section is 2 It can be set within the range of 5 to 10 times.
- the width of the U-shaped cross section refers to a width W at which the inner surfaces of the first curved U cross section intermediate product 1c face each other, for example, as shown in FIG.
- the first curved U-section intermediate product 1c obtained in the U process has a bent portion whose bottom 3 is curved in the longitudinal direction, and is substantially U-shaped in a circumferential section (a section perpendicular to the longitudinal direction). It is formed in a cross section.
- the direction in which the bottom 3 of the first curved U-section intermediate product 1c is curved in the longitudinal direction is a direction that protrudes inward of the first curved U-section intermediate product 1c, that is, as shown in FIG. 2 (e). However, as shown in FIG. 2 (e '), it may be curved in a direction that protrudes outward from the first curved U-section intermediate product 1c.
- the inside of the first curved U-section intermediate product 1c is the side where the bottom 12a of the punch 12 of the first mold 100 abuts against the bottom 3, and the outside of the first curved U-section intermediate product 1c is the first mold.
- the bottom portion 11 a of the die 11 of the mold 100 is the side in contact with the bottom portion 3.
- the end portion along the longitudinal direction of the bent portion of the first curved U-section intermediate product 1c may be formed in a straight line shape, or may be convex outward, for example, as shown in FIG. Further, it may be formed to be curved.
- the mold used in the U process may be the first mold 100 used in the first bending process, and the curvature radii in the longitudinal direction of the bottom 11a of the recess of the die 11, the upper surface 11b of the die 11 and the bottom 12a of the punch 12 are equal. It is desirable that it be formed. Moreover, about the support part 11d of the die
- the magnitude of the load that supports the support portion 11d of the die 11 from below is also adjusted as appropriate according to the shape, material, and plate thickness of the obtained first curved U-section intermediate product, and may change during molding, for example.
- molding may be performed while applying a compressive force in the thickness direction to the vertical wall portion having a substantially U-shaped cross section.
- a compressive force in the thickness direction to the vertical wall portion having a substantially U-shaped cross section for example, as shown in FIG. 10A, the vertical wall portion 11 e of the die 11 of the first mold 100 is replaced with the die 11. It is possible to use a method in which the vertical wall portion 11e of the die 11 is pressed toward the punch 12 as shown by the white arrow in FIG.
- a hydraulic cylinder, a spring, a gas cushion, or the like can be used.
- the magnitude of the pressurization is appropriately adjusted according to the shape, material, and plate thickness of the first curved U-section intermediate product to be obtained, and may change during molding, for example.
- press molding is used as a method of forming the first curved U-section intermediate product 1c so as to form a closed section.
- a core may be used as necessary.
- the tubular molded product 1d can be stably molded even if the circumferential shape of the first curved U-section intermediate product 1c is complicated.
- 3 (f) to 3 (h) are process diagrams showing an example of the O process in the method for manufacturing a molded product according to the first embodiment.
- 3 (f) is a front view
- FIG. 3 (g) is a side view of FIG. 3 (f)
- FIG. 3 (h) is a perspective view of a tubular molded product 1d obtained in the O step.
- a third mold 300 is prepared.
- the third mold 300 has a die 31 and a punch 32.
- the bottom 31a of the concave portion of the die 31 and the bottom 32a of the concave portion of the punch 32 are formed to be curved in the longitudinal direction.
- Both the concave portion of the die 31 and the concave portion of the punch 32 have a substantially semicircular cross-sectional shape.
- the first curved U-section intermediate product 1c is placed between the die 31 and the punch 32 of the third mold 300 and press-molded so as to form a closed cross-section. Both edges 1c 1 are butted against each other.
- a tubular molded article 1d as shown in FIG. 3 (h) is obtained.
- the tubular molded product 1d is formed with a butting portion 4 and a bottom portion 5 positioned on the opposite side of the butting portion 4 being curved in the axial direction.
- the tubular molded product 1d includes a bent portion 10a in which the bottom portion 5 is curved in the axial direction, and a straight portion 10b in which the bottom portion 5 extends linearly in the axial direction and the length in the circumferential direction is equal along the center line. Yes.
- the metal plate When forming into a U-shaped cross section and bending in the longitudinal direction at the same time as in the past, the metal plate is bent in the plate width direction and also in the longitudinal direction, so that a compressive force is applied to the bottom surface in a nearly flat state. It is easy to generate wrinkles. In addition, even when bending in the longitudinal direction is performed after forming into a U-shaped cross section, depending on the shape and material of the molded product, excessive deformation occurs at the bottom, and molding defects tend to occur.
- the first curved U-section intermediate product 1c is formed into a first curved U-section intermediate product 1c having a U-shaped cross-sectional shape. It is possible to reduce the deformation in the longitudinal direction that occurs at the bottom 3 of the plate. Thereby, generation
- the first curved U-section intermediate product 1c is press-molded so as to form a closed section.
- the closed cross section is a closed cross section in the circumferential cross section, and is a concept that includes not only a completely closed cross section but also a case where a gap exists between butted edges. That is, at the butt portion 4 of the tubular molded product 1d, the edge portions 1c 1 may be in close contact with each other or may be separated from each other.
- the length of the gap in the plate width direction is preferably more than 0 mm to 10 mm.
- the tubular molded product 1d obtained in the O step has a bent portion in which the bottom portion 5 located on the opposite side of the butting portion 4 is curved in the longitudinal direction, and a closed cross section is formed in the cross section in the circumferential direction.
- the direction in which the bottom portion 5 of the tubular molded product 1d curves in the longitudinal direction is preferably a direction that is convex toward the inside of the tubular molded product 1d, but may be a direction that is convex toward the outside of the tubular molded product 1d.
- the abutting portion 4 may be formed in a straight line shape, or may be formed in a curved shape so as to be convex outward, for example.
- the inside of the tubular molded product 1d is the side where the bottom 32a of the punch 32 of the third mold 300 abuts against the bottom 5, and the outside of the tubular molded product 1d is the bottom 31a of the die 31 of the third mold 300. Is the side in contact with the bottom 5.
- the cross-sectional shape in the circumferential direction of the tubular molded product 1d is not particularly limited, and may be various shapes such as a circle, an ellipse, a quadrangle, and a vertically asymmetric shape.
- a welding step of welding the butt portion 4 of the tubular molded product 1d may be performed.
- the welding method include arc welding and laser welding.
- the end bending of the metal plate 1a may be performed before the first bending step.
- the molded product manufactured according to the first embodiment is a tubular molded product 1d.
- the shape of the tubular molded product 1d is not particularly limited as long as it can be satisfactorily molded by the method of the first embodiment.
- the circumferential cross-sectional shape as shown in FIG. Examples thereof include a curved pipe having a shape, a curved pipe having an asymmetrical cross-sectional shape in the circumferential direction as shown in FIG. 9B, and a different-diameter pipe and a modified cross-sectional pipe (not shown).
- the tubular molded article 1d manufactured according to the first embodiment can be, for example, a curved pipe, a different diameter pipe, a modified cross-section pipe, or the like as shown in FIGS. 16 (a) to 16 (f).
- the second embodiment is a preferred embodiment of the method for producing a molded article of the present invention.
- a metal plate is press-molded to obtain a curved intermediate product that bends in the longitudinal direction with a curvature ⁇ , and the curved intermediate product is press-molded into a substantially U-shaped cross section to have the curvature ⁇ .
- a first curved U cross-section intermediate product having a bottom having a curvature ⁇ obtained in the U process is formed by press molding.
- the second curved U-section intermediate product is press-molded so as to form a closed section, and a tubular molded product having a bottom portion having a curvature ⁇ is obtained.
- the manufacturing method of the second embodiment by performing bending in the longitudinal direction before forming the metal plate into the U-shaped cross section, it is possible to suppress the occurrence of molding defects at the bottom of the U-shaped cross section. Therefore, it is possible to obtain a tubular molded product free from molding defects.
- the first bending step and the second bending step are performed by dispersing the bending process in the longitudinal direction, whereby the bottom portion of the U-shaped cross section and the end along the longitudinal direction of the bending portion are formed. It is possible to appropriately adjust the longitudinal deformation that occurs in the part. Therefore, the occurrence of molding defects can be more effectively suppressed.
- the moldable range can be further expanded. Therefore, for example, a tubular molded product having a bent portion having a small radius of curvature and a tubular molded product having a tapered portion can be stably molded while suppressing the occurrence of wrinkles and cracks.
- a metal plate is molded to obtain a curved intermediate product that is bent with a curvature ⁇ in the longitudinal direction.
- the forming method is preferably press forming, but is not particularly limited as long as it can be formed by bending a metal plate in the longitudinal direction.
- FIGS. 4A to 4F are process diagrams showing an example of the first bending process.
- 4 (a), 4 (c), and 4 (e) are front views
- FIG. 4 (b) is a side view of FIG. 4 (a)
- FIG. 4 (d) is a side view of FIG. 4 (c)
- 4 (f) is a side view of FIG. 4 (e).
- a first mold 100 is prepared.
- the first mold 100 includes a die 11 and a punch 12, and the bottom 11 a of the recess of the die 11, the upper surface 11 b of the die 11 and the bottom 12 a of the punch 12 are all curved in the longitudinal direction. .
- the die 11 preferably has a support portion 11d that is disposed at the bottom of the die 11 and is movable in the vertical direction.
- the support portion 11d is supported from below by a load source (not shown). Although it does not specifically limit as a load source, A hydraulic cylinder, a spring, a gas cushion, etc. can be used.
- a metal plate 1 a is placed between the die 11 and the punch 12 of the first mold 100, and as shown in FIGS. 4C and 4D, the upper surface 11 b of the die 11 of the first mold and the punch 12.
- the metal plate 1a can be bent so as to have a curvature ⁇ .
- a curved intermediate product 1b having a curvature ⁇ that bends in the longitudinal direction as shown in FIGS. 4 (e) and 4 (f) is obtained.
- the metal plate 1a is bent while being sandwiched between the upper surface 11b of the die 11 of the first mold and the bottom 12a of the punch 12 and supporting the metal plate 1a by the support portion 11d.
- the curvature ⁇ can be controlled better.
- the support portion 11d may move according to the load with which the metal plate 1a is pushed into the bottom 12a side of the punch 12 as long as the metal plate 1a is not plastically deformed into a substantially U-shaped cross section.
- the curvature ⁇ of the bottom of the first curved U-section intermediate product 1c is preferably 50% to 80% of the curvature ⁇ of the bottom of the second curved U-section intermediate product obtained in the second bending step described later. That is, the ratio ⁇ / ⁇ of the curvature ⁇ of the intermediate product of the first curved U section to the curvature ⁇ of the intermediate product of the second curved U section is 0.5 to 0.8.
- the curvature ⁇ is within the preferable range, the deformation in the longitudinal direction occurring at the bottom of the U-shaped cross section and the end along the longitudinal direction of the curved portion can be adjusted more appropriately, and the occurrence of molding defects Can be more effectively suppressed.
- the curved intermediate product 1b having the curvature ⁇ obtained in the first bending process is formed into a substantially U-shaped cross section, and includes a bottom portion having a curvature ⁇ that bends in the longitudinal direction.
- the first curved U-section intermediate product 1c is obtained.
- press molding is used. Although it will not specifically limit in the U process if it is a metal mold
- die 100 used at a 1st bending process can be used.
- the curved intermediate product 1b is placed between the die 11 and the punch 12 of the first mold 100, and the curved intermediate product 1b is press-molded into a substantially U-shaped cross section by the concave portion of the die 11 and the punch 12.
- FIG. 5G is a perspective view of the first curved U-section intermediate product 1c obtained in the U process.
- the curved intermediate product 1b When the curved intermediate product 1b is press-molded into a substantially U-shaped cross section in the U process, it is desirable that the curved intermediate product 1b is sandwiched between the bottom 12a of the punch 12 and the support 11d of the die 11. .
- a first curved U cross section obtained by press-molding the curved intermediate product 1b into a substantially U-shaped cross section while the curved intermediate product 1b is sandwiched between the bottom 12a of the punch 12 and the support portion 11d of the die 11.
- the curvature of the bottom 3 of the intermediate product 1c can be controlled better.
- the first curved U-section intermediate product 1c is formed such that the bottom 3 is curved in the longitudinal direction.
- the first curved U-section intermediate product 1c includes a bent portion 10a in which the bottom portion 3 is curved in the longitudinal direction, and a straight portion 10b in which the bottom portion 3 extends linearly in the longitudinal direction and the length of the substantially U-section is equal along the center line. And have.
- the first curved U-section intermediate product 1c is bent in the longitudinal direction.
- the direction of bending in the second bending step is the same as the direction in which the bottom 3 of the first curved U-section intermediate product 1c bends in the longitudinal direction.
- press molding is preferable, but it is not particularly limited as long as the first curved U-section intermediate product can be bent in the longitudinal direction.
- FIGS. 6H to 6J are process diagrams showing an example of the second bending process.
- 6 (h) is a front view
- FIG. 6 (i) is a side view of FIG. 6 (h)
- FIG. 6 (j) is a second curved U-section intermediate product 1e obtained in the second bending step.
- FIG. 6 (h) is a front view
- FIG. 6 (i) is a side view of FIG. 6 (h)
- FIG. 6 (j) is a second curved U-section intermediate product 1e obtained in the second bending step.
- a second mold 200 is prepared.
- the second mold 200 has a die 21 and a punch 22, and the bottom 21 a of the concave portion of the die 21 and the bottom 22 a of the punch 22 are formed to be curved in the longitudinal direction.
- a first curved U-section intermediate product 1c having a bottom 3 having a curvature ⁇ in a longitudinal direction is placed, and the first curved U-section intermediate product 1c is elongated.
- the second curved U-section intermediate product 1e having the bottom 6 having a curvature ⁇ that bends in the longitudinal direction as shown in FIG. 6 (j) is obtained.
- the direction of bending in the second bending step is the same as the direction in which the bottom 3 of the first curved U-section intermediate product 1c bends in the longitudinal direction.
- the curvature ⁇ of the second curved U-section intermediate product 1e is larger than the curvature ⁇ , and is substantially maintained at the bottom 5 of the tubular molded product 1d obtained in the O process.
- the curvature ⁇ is calculated as the reciprocal of the radius of curvature obtained from the curve indicated by the inner peripheral surface in the longitudinal direction of the bottom 6 of the bent portion 10a.
- the second curved U-section intermediate product 1e is formed such that the bottom 6 is curved in the longitudinal direction.
- the second curved U-section intermediate product 1e includes a bent portion 10a in which the bottom portion 6 is curved in the longitudinal direction, and a straight portion 10b in which the bottom portion 6 extends linearly in the longitudinal direction and the length of the substantially U-section is equal along the center line. And have.
- the curvature radius in the longitudinal direction on the inner peripheral surface of the bent portion 10a of the second curved U-section intermediate product 1e varies depending on the material, the shape of the molded product, etc., but preferably the width of the U-shaped section is 1 It can be set within the range of 5 to 10 times.
- the width of the U-shaped cross section refers to a width W where the inner surfaces of the first curved U cross section intermediate product 1c face each other as shown in FIG. 6 (i), for example.
- the second curved U-section intermediate product 1e obtained in the second bending step has a bent portion in which the bottom 6 is curved in the longitudinal direction, and is substantially in a circumferential section (a section perpendicular to the longitudinal direction). It has a U-shaped cross section.
- the second curved U-section intermediate product 1e is curved inward, that is, curved upward in the drawing as shown in FIG. It may be a direction that protrudes outward from the second curved U-section intermediate product 1.
- the inner side of the second curved U-section intermediate product 1e is the side where the bottom 22a of the punch 22 of the second mold 200 abuts against the bottom 6, and the outer side of the second curved U-section intermediate product 1e is the second mold.
- the bottom 21 a of the die 21 of the mold 200 is the side that contacts the bottom 6.
- the end portion along the longitudinal direction of the bent portion of the second curved U-section intermediate product 1e may be formed in a straight line, or may be formed to be curved so as to protrude outward, for example. Good.
- molding may be performed while applying a compressive force in the thickness direction to the vertical wall portion having a substantially U-shaped cross section.
- a compressive force in the thickness direction to the vertical wall portion having a substantially U-shaped cross section for example, as shown in FIG. 10A, the vertical wall portion 21 e of the die 21 of the second mold 200 is replaced with the die 21.
- the vertical wall portion 21e of the die 21 is pressurized toward the punch 22 as shown by a white arrow in FIG.
- a hydraulic cylinder, a spring, a gas cushion, or the like can be used.
- the magnitude of the pressurization is appropriately adjusted according to the shape, material, and plate thickness of the second curved U-section intermediate product to be obtained, and may change during molding, for example.
- the second curved U-section intermediate product 1e is press-molded so as to form a closed section, and a tubular molded product 1d is obtained.
- press molding is used.
- a core may be used as necessary. By using the core, even if the circumferential cross-sectional shape is complicated, it can be stably molded.
- FIG. 7 (k) to 7 (m) are process diagrams showing an example of the O process in the method for manufacturing a molded product according to the second embodiment.
- FIG. 7 (k) is a front view
- FIG. 7 (l) is a side view of FIG. 7 (k)
- FIG. 7 (m) is a perspective view of a tubular molded product 1d obtained in the O step.
- a third mold 300 is prepared.
- the third mold 300 has a die 31 and a punch 32.
- the bottom 31a of the concave portion of the die 31 and the bottom 32a of the concave portion of the punch 32 are formed to be curved in the longitudinal direction.
- Both the concave portion of the die 31 and the concave portion of the punch 32 have a substantially semicircular cross-sectional shape.
- the second curved U-section intermediate product 1e is placed between the die 31 and the punch 32 of the third mold 300 and molded to obtain a tubular molded product 1d as shown in FIG.
- the tubular molded product 1d is formed with a butting portion 4 and a bottom portion 5 positioned on the opposite side of the butting portion 4 being curved in the axial direction.
- the tubular molded product 1d includes a bent portion 10a in which the bottom portion 5 is curved in the axial direction, and a straight portion 10b in which the bottom portion 5 extends linearly in the axial direction and the length in the circumferential direction is equal along the center line. Yes.
- the second curved U-section intermediate product 1e is press-molded so as to form a closed section.
- the closed cross section is a closed cross section in the circumferential cross section, and is a concept that includes not only a completely closed cross section but also a case where a gap exists between butted edges. That is, at the butt portion 4 of the tubular molded product 1d, the edge portions 1e 1 may be in close contact with each other or may be separated from each other.
- the length of the gap in the plate width direction is preferably more than 0 mm to 10 mm.
- a welding step of welding the butt portion 4 of the tubular molded product 1d may be performed after the O step.
- Examples of the welding method include arc welding and laser welding.
- the end bending of the metal plate may be performed before the first bending step.
- the molded article manufactured according to the second embodiment is a tubular molded article, and can be, for example, a curved pipe, a different diameter pipe, a modified cross-section pipe or the like.
- a circumferential cross-sectional shape as shown in FIGS. 16A and 16B is a circular shape, a curved pipe having a bent portion 10a and a straight portion 10b, and FIG.
- the circumferential cross-sectional shape as shown in c) is a circular shape, and a trumpet-shaped different-diameter pipe having a bent portion 10a, a straight portion 10b, and a tapered portion 10c, and a circumferential direction as shown in FIG.
- the cross-sectional shape changes from a circular shape to a quadrangular shape, a trumpet-shaped different-diameter pipe having a bent portion 10a, a straight portion 10b, and a tapered portion 10c, and the circumferential cross-sectional shape as shown in FIG.
- FIGS. 11A to 11D are process diagrams showing an example of the first bending process of this variation.
- 11 (b) and 11 (d) are front views, FIG. 11 (a) is a top view of FIG. 11 (b), and FIG. 11 (c) is a top view of FIG. 11 (d).
- a metal plate 1a as shown in FIGS. 11A and 11B is prepared.
- a curved intermediate product 1b that bends in the longitudinal direction with a curvature ⁇ is press-molded.
- FIGS. 12E to 12H are process diagrams showing an example of the U process of this variation.
- 12 (f) is a front view
- FIG. 12 (e) is a top view of FIG. 12 (f)
- FIG. 12 (g) is a cross-sectional view taken along broken line xx in FIG. 12 (f).
- FIG. 12 (h) is a cross-sectional view taken along the broken line yy of FIG. 12 (f).
- the curved intermediate product 1b is press-molded into a substantially U-shaped cross section so that the bottom 3 has a curvature ⁇ and a longitudinal direction as shown in FIGS. 12 (e), (f), (g), and (h).
- a first curved U-section intermediate product 1c is obtained which is formed in a curved shape and has a substantially U-shaped section in the circumferential section.
- FIGS. 13 (i) to (l) are process diagrams showing an example of the second bending process of this variation.
- 13 (j) is a front view
- FIG. 13 (i) is a top view of FIG. 13 (j)
- FIG. 13 (k) is a left side view of the cross-sectional view taken along broken line xx of FIG. 13 (j).
- FIG. 13 (l) is a cross-sectional view taken along a broken line yy in FIG. 13 (j).
- the curved U-section intermediate product 1c is bent in the longitudinal direction.
- the direction of bending in the second bending step is the same as the direction in which the bottom 3 of the first curved U-section intermediate product 1c bends in the longitudinal direction.
- the bottom 6 is formed to be curved in the longitudinal direction with a curvature ⁇ , and is substantially U-shaped in the circumferential section.
- a second curved U-section intermediate product 1e formed in the section is obtained.
- FIG. 14 (O process) 14 (m) to 14 (o) are process diagrams showing an example of the O process of this variation.
- 14 (n) is a left side view of FIG. 14 (m)
- FIG. 14 (o) is a right side view of FIG. 14 (m).
- the tubular molded product 1d is molded.
- the butting portion 4 and the bottom portion 5 located on the opposite side of the butting portion 4 are formed to be curved in the axial direction with a curvature ⁇ .
- the deformation in the longitudinal direction generated at the bottom of the U-shaped cross section is reduced, thereby forming defects. Can be suppressed. Therefore, it is possible to obtain a tubular molded product free from molding defects.
- the bottom part of the U-shaped section and the longitudinal direction of the bending part Longitudinal deformation occurring at the end along the line can be appropriately adjusted. Therefore, it is possible to effectively suppress the occurrence of molding defects.
- the moldable range can be further expanded. Therefore, for example, a tubular molded product having a bent portion having a small radius of curvature and a tubular molded product having a tapered portion can be stably molded while suppressing the occurrence of wrinkles and cracks.
- Example 1 A bent tube 1d having a curvature ⁇ as shown in FIG.
- the curvature ⁇ in the longitudinal direction on the inner peripheral surface of the bent portion 10a of the bent round tube 1d is 0.000465 (1 / mm) (the radius of curvature is 215 mm), the bent angle of the bent portion 10a is 40 °, The outer diameter was 65 mm, and the length of the straight portion 10b was 150 mm.
- the bending angle of the bent portion refers to a line obtained by extending the axis of one straight portion of the tubular molded product (broken line in FIG. 16A) and a line obtained by extending the axis of the other straight portion (FIG. 16A). The smaller one of the angles formed by the broken line).
- a hot rolled steel plate having a shape with a wider bending center than the width at both ends as shown in FIG. 8, TS: 390 MPa, and a plate thickness of 2.6 mm was used.
- the first bending process, the U process and the O process shown in FIGS. 1 to 3 were performed in order using a mold as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).
- Example 1 A bent round tube similar to that of Example 1 was produced except that the forming into a U-shaped cross section and the bending in the longitudinal direction were simultaneously performed.
- Example 2 A bent round tube similar to that in Example 1 was produced.
- a hot rolled steel plate having a shape with a wider bending center than the width at both ends as shown in FIG. 8, TS: 390 MPa, and a plate thickness of 2.6 mm was used.
- Example 3 A bent round tube 1d having a curvature ⁇ as shown in FIG.
- the curvature ⁇ in the longitudinal direction on the inner peripheral surface of the bent portion 10a of the bent round tube 1d is 0.01 (1 / mm) (the radius of curvature is 100 mm), the bending angle of the bent portion 10a is 40 °, The outer diameter was 65 mm, and the length of the straight portion 10b was 150 mm.
- a hot rolled steel plate having a shape with a wider bending center than the width at both ends as shown in FIG. 8, TS: 390 MPa, and a plate thickness of 2.6 mm was used.
- Example 2 A bent round tube similar to that of Example 3 was produced except that the forming into a U-shaped cross section and the bending in the longitudinal direction were simultaneously performed.
- Example 4 A trumpet-shaped different-diameter pipe 1d as shown in FIG.
- the curvature ⁇ in the longitudinal direction on the inner peripheral surface of the bent portion 10a of the different diameter tube 1d is 0.0025 (1 / mm) (the radius of curvature is 400 mm), the bending angle of the bent portion 10a is 10 °, and the straight portion 10b
- the outer diameter was 40 mm, and the length of the straight portion 10b was 150 mm.
- a cold-rolled steel plate with TS: 270 MPa and a plate thickness of 1.2 mm was used as the metal plate.
- the first bending process, the U process, the second bending process, and the O process were performed in this order by the processes as shown in FIGS.
- Example 3 A trumpet-shaped different-diameter pipe similar to that of Example 4 was produced except that the forming into a U-shaped cross section and the bending in the longitudinal direction were simultaneously performed.
- FIG. 18 shows a front view of the curved cylindrical tube evaluated and a cross-sectional view perpendicular to the axial direction of the curved cylindrical tube at the right end.
- FIG. 19 shows a front view of the curved conical tube evaluated and a cross-sectional view at the right end and the left end in the direction perpendicular to the axial direction of the curved conical tube.
- the curved cylindrical tube was defined by three parameters: a cylindrical portion outer diameter D, a radius of curvature ⁇ in the axis of the curved portion, and a bending angle ⁇ .
- the curved conical tube was defined by four parameters obtained by adding the opening angle ⁇ of the conical portion to the three parameters of the curved cylindrical tube.
- the finite element method was used to evaluate the moldable range.
- FEM finite element method
- the tool was a rigid body.
- the blank was modeled using shell elements, and the material properties were approximated by the Swift equation from the stress-strain diagram obtained in the tensile test.
- Coulomb friction with a friction coefficient of 0.15 was used between the tool and the plate.
- the mesh is set by first dividing it into 75 parts in the longitudinal direction (about 4 mm) and 26 parts in the circumferential direction (about 4.6 mm). A setting (Refinement function) to be divided (divided into four equal parts) was used.
- the curved cylindrical tube and the curved conical tube were divided into 88 parts (about 5 mm) in the longitudinal direction and 56 parts (about 4 mm) in the circumferential direction.
- the integration points were 5 points in the thickness direction.
- FIG. 20 shows the formable range of the curved cylindrical tube and the curved conical tube when the thickness of the metal plate is 2.6 mm.
- FIG. 21 shows a formable range of the curved cylindrical tube and the curved conical tube when the thickness of the metal plate is 2.0 mm.
- the shape parameter of the curved cylindrical tube and the curved conical tube strongly influences the moldability, and is one of the cylindrical part outer diameter D / curvature radius ⁇ , so this is taken as the vertical axis, and the relationship with the curvature ⁇ / ⁇ ratio is evaluated. did.
- Table 2 shows the material characteristics for which the moldable range was evaluated in FIGS. The tensile test of the material was performed using a No. 5 test piece according to JIS Z2241 “Metal material tensile test method”.
- buckling is likely to occur because the plate thickness of the metal plate A is thin, and the formable range of the metal plate A has moved to the side where the buckling limit is smaller on D / ⁇ compared to the metal plate C. . Moreover, since the metal plate A was more ductile than the metal plate C, the fracture limit moved to the side with a larger D / ⁇ .
- ⁇ / ⁇ 0.5 to 0.8 is preferable for forming a curved cylindrical tube and a curved conical tube without generating wrinkles and cracks.
Landscapes
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Abstract
本発明は、管状成形品を製造するに際して、成形不良の発生を抑制することが可能な成形品の製造方法を提供することを目的とする。 金属板をプレス成形し、長手方向に曲率αで曲がる曲中間品を得る第1曲げ工程と、前記曲中間品を略U字形断面にプレス成形し、前記曲率αを有する底部を備えた第1曲U断面中間品を得るU工程と、前記第1曲U断面中間品を閉断面を形成するようにプレス成形し、前記曲率αを有する底部を備えた管状成形品を得るO工程とを有することを特徴とする成形品の製造方法を提供することにより、上記目的を達成する。
Description
本発明は、金属板を用いた成形品の製造方法に関するものである。
自動車部品や家庭電気製品には、曲がり形状を有する曲管や、長手方向に外径が異なる異径管、長手方向に断面形状が異なる異形断面管等の管状部品が多用されており、このような管状部品を製造する技術の開発が推進されている。
従来、管状部品の製造においては、ストレート形状の厚肉大径管を中心にUO成形が行われてきた。例えば特許文献1には、Cプレス、Uプレス、Oプレスを順に行い、ストレート形状の鋼管を成形する技術が開示されている。しかしながら、従来のUO成形では、曲管や異径管、異形断面管を成形することは困難である。
近年、UO成形を発展させ、曲管や異径管、異形断面管等の3次元形状を有する管状部品を成形する技術が開発されている。例えば特許文献2には、縦方向端部用のガイドブレードを備える金型を用いてUO成形を行い、ストレート形状の異径管を製造する方法が提案されている。また、特許文献3および特許文献4には、U成形時に長手方向の曲げ加工を行う方法であって、U成形工程を絞り加工を含む工程とする、湾曲中空パイプの製造方法が提案されている。また、特許文献5には、U成形後に長手方向の曲げ加工を行う、管状成形品の製造方法が提案されている。
しかしながら、特許文献2に記載の方法は、ストレート形状の異径管の製造方法であり、曲管を成形することは難しい。特許文献3および特許文献4に記載の方法は、現実的には工程数が多く、歩留りが低い。また、特許文献5等に記載の従来技術においては、曲げ加工中に割れやシワ等の成形不良が発生することのさらなる抑制が望まれている。
このように、曲管、異径管、または異形断面管の管状成形品を製造することができ、歩留まりが高く、成形不良の発生を抑制することが可能な成形品の製造方法が望まれている。
本開示の要旨とするところは以下の通りである。
(1)金属板をプレス成形し、長手方向に曲率αで曲がる曲中間品を得る第1曲げ工程と、
前記曲中間品を略U字形断面にプレス成形し、前記曲率αを有する底部を備えた第1曲U断面中間品を得るU工程と、
前記第1曲U断面中間品を閉断面を形成するようにプレス成形し、前記曲率αを有する底部を備えた管状成形品を得るO工程と
を有することを特徴とする成形品の製造方法。
(2)前記U工程と前記O工程との間において、前記U工程で得られた前記曲率αを有する底部を備えた第1曲U断面中間品を、プレス成形により、前記第1曲U断面中間品の前記底部が長手方向に曲がる向きと同じ向きに曲げ加工し、長手方向に曲がる曲率βを有する底部を備えた第2曲U断面中間品を得る第2曲げ工程を含み、
前記O工程において、前記第2曲U断面中間品を閉断面を形成するようにプレス成形し、前記曲率βを有する底部を備えた管状成形品を得る
上記(1)に記載の成形品の製造方法。
(3)前記第2曲U断面中間品の前記曲率βに対する前記第1曲U断面中間品の前記曲率αの比率α/βが0.5~0.8である、上記(2)に記載の成形品の製造方法。
(4)前記U工程及び前記第2曲げ工程の少なくとも一方において、前記略U字形断面の縦壁部に板厚方向の圧縮力を付与する、上記(1)~(3)のいずれかに記載の成形品の製造方法。
(5)前記第1曲U断面中間品の前記底部が長手方向に曲がる向きが、前記第1曲U断面中間品の内側に凸である、上記(1)~(4)のいずれかに記載の成形品の製造方法。
(1)金属板をプレス成形し、長手方向に曲率αで曲がる曲中間品を得る第1曲げ工程と、
前記曲中間品を略U字形断面にプレス成形し、前記曲率αを有する底部を備えた第1曲U断面中間品を得るU工程と、
前記第1曲U断面中間品を閉断面を形成するようにプレス成形し、前記曲率αを有する底部を備えた管状成形品を得るO工程と
を有することを特徴とする成形品の製造方法。
(2)前記U工程と前記O工程との間において、前記U工程で得られた前記曲率αを有する底部を備えた第1曲U断面中間品を、プレス成形により、前記第1曲U断面中間品の前記底部が長手方向に曲がる向きと同じ向きに曲げ加工し、長手方向に曲がる曲率βを有する底部を備えた第2曲U断面中間品を得る第2曲げ工程を含み、
前記O工程において、前記第2曲U断面中間品を閉断面を形成するようにプレス成形し、前記曲率βを有する底部を備えた管状成形品を得る
上記(1)に記載の成形品の製造方法。
(3)前記第2曲U断面中間品の前記曲率βに対する前記第1曲U断面中間品の前記曲率αの比率α/βが0.5~0.8である、上記(2)に記載の成形品の製造方法。
(4)前記U工程及び前記第2曲げ工程の少なくとも一方において、前記略U字形断面の縦壁部に板厚方向の圧縮力を付与する、上記(1)~(3)のいずれかに記載の成形品の製造方法。
(5)前記第1曲U断面中間品の前記底部が長手方向に曲がる向きが、前記第1曲U断面中間品の内側に凸である、上記(1)~(4)のいずれかに記載の成形品の製造方法。
本開示によれば、曲管、異径管、または異形断面管の管状成形品を製造することができ、歩留まりが高く、成形不良の発生を抑制することが可能な成形品の製造方法を提供することができる。
以下、本発明の成形品の製造方法の実施態様について、図面を参照しながら説明する。
本発明の成形品の製造方法は、主に2つの実施態様を有する。以下、各実施態様に分けて説明する。
1.第1実施態様
第1実施態様の成形品の製造方法は、金属板をプレス成形し、長手方向に曲率αで曲がる曲中間品を得る第1曲げ工程と、前記曲中間品を略U字形断面にプレス成形し、前記曲率αを有する底部を備えた第1曲U断面中間品を得るU工程と、前記第1曲U断面中間品を閉断面を形成するようにプレス成形し、前記曲率αを有する底部を備えた管状成形品を得るO工程とを有することを特徴とする。
第1実施態様の成形品の製造方法は、金属板をプレス成形し、長手方向に曲率αで曲がる曲中間品を得る第1曲げ工程と、前記曲中間品を略U字形断面にプレス成形し、前記曲率αを有する底部を備えた第1曲U断面中間品を得るU工程と、前記第1曲U断面中間品を閉断面を形成するようにプレス成形し、前記曲率αを有する底部を備えた管状成形品を得るO工程とを有することを特徴とする。
第1実施態様の製造方法によれば、金属板をU字形断面に成形する前に長手方向の曲げ加工を行うことにより、U字形断面の底部における成形不良の発生を抑制することができる。
(第1曲げ工程)
第1実施態様の成形品の製造方法における第1曲げ工程では、金属板を成形し、長手方向に曲率αで曲がる曲中間品を得る。成形方法としては、プレス成形が好ましいが、金属板を長手方向に湾曲して成形することができる方法であれば、特に限定されるものではない。
第1実施態様の成形品の製造方法における第1曲げ工程では、金属板を成形し、長手方向に曲率αで曲がる曲中間品を得る。成形方法としては、プレス成形が好ましいが、金属板を長手方向に湾曲して成形することができる方法であれば、特に限定されるものではない。
図1(a)~(d)は、第1曲げ工程の一例を示す工程図である。図1(a)、(c)は正面図であり、図1(b)は図1(a)の側面図であり、図1(d)は図1(c)の側面図である。
第1曲げ工程では、図1(a)、(b)に示すように、第1金型100を準備する。図17に、第1金型100の斜視図を示す。第1金型100は、ダイ11およびポンチ12を有しており、ダイ11の凹部の底部11a、ダイ11の上面11bおよびポンチ12の底部12aはいずれも長手方向に湾曲して形成されている。
ダイ11は、好ましくは、ダイ11の底部に配置され上下方向に移動可能な支持部11dを有している。支持部11dは、図示しない荷重源により下方から支えられている。荷重源としては、特に限定されないが、油圧シリンダー、バネ、ガスクッションなどを用いることができる。
第1金型100のダイ11およびポンチ12の間に金属板1aを載置し、図1(c)、(d)に示すように、第1金型のダイ11の上面11bと、ポンチ12の底部12aとで挟持することで、金属板1aを湾曲させることができる。これにより、図1(c)、(d)に示すような長手方向に曲率αで曲がる曲中間品1bが得られる。本願における曲率とは、金属板の湾曲している部分(曲がり部)の内周側の表面における長手方向の曲率半径の逆数とする。本願における曲がり部とは、第1曲げ工程または後述する第2実施形態における第2曲げ工程で、金属板の長手方向に曲げられた部分を示す。曲率αは、図1(c)に示す長手方向の断面図において、曲がり部1b1の内周側(ダイ11側)の表面が示す曲線から曲率半径を求め、その逆数として算出される。
好ましくは、第1金型のダイ11の上面11bと、ポンチ12の底部12aとで挟持し、支持部11dで金属板1aを支えながら、金属板1aを湾曲させる。これにより、曲率αをより良好に制御することができる。金属板1aを湾曲させる際、支持部11dは、金属板1aが略U字形断面に塑性変形しない範囲で、金属板1aがポンチ12の底部12a側に押し込まれる荷重に応じて動いてもよい。
金属板としては、成形可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば熱間圧延鋼板、冷間圧延鋼板、めっき鋼板等を用いることができる。金属板として、複数の金属板をつなぎ合わせたもの、いわゆるテーラードブランクを用いてもよい。金属板として、差厚鋼板を用いることもできる。金属板として、複数の金属板を重ね合わせたものや金属板に非金属素材を重ね合わせたもの、いわゆる積層板を用いてもよい。
金属板の材料としては、成形可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えばFe系、Al系、Cu系、Ti系等の材料が挙げられる。
金属板の板厚としては、成形可能な程度であればよく、材料や成形品の形状等に応じて異なるが、例えば1.0~5.0mmの範囲内であることが好ましい。板厚が薄すぎると、曲げ加工時に曲がり部にシワや割れが発生するおそれがある。また、板厚が厚すぎると、成形に過大な荷重を要する場合がある。
金属板の形状としては、成形品の形状に応じて適宜調整される。例えば金属板を、長手方向に対して垂直な断面がU字形断面となるように成形するときには、曲がり部におけるU字形断面の長さが、U字形断面を有するように成形する前の金属板の板幅長さから増加または減少する。このため、金属板の曲がり部になる領域の板幅を、目的とする第1曲U断面中間品のU字形断面の長さと異なる長さで設計してもよい。例えば、図2(e)に示すような曲率αを有する曲がり部10aおよびストレート部10bを備えた第1曲U断面中間品1cを作製する場合、図8に示すように、金属板1aの曲がり部になる領域の板幅d2を、ストレート部になる領域の板幅d1よりも広く設計してもよい。本願におけるストレート部とは、第1曲げ工程または後述する第2実施形態における第2曲げ工程において、金属板の長手方向に曲げられない部分、すなわち長手方向における曲率が変化しない部分を示す。
第1曲げ工程で得られる曲中間品1bは、長手方向に湾曲するものであり、曲中間品1bの幅方向においては、その断面は直線状に形成されている。
(U工程)
U工程では、図2(e)に示すように、第1曲げ工程で得られた曲中間品1bを略U字形断面に成形し、長手方向に曲がる底部を有する第1曲U断面中間品1cを得る。
U工程では、図2(e)に示すように、第1曲げ工程で得られた曲中間品1bを略U字形断面に成形し、長手方向に曲がる底部を有する第1曲U断面中間品1cを得る。
U工程では、プレス成形が用いられる。U工程では、第1曲U断面中間品を得られる金型であれば特に限定されないが、第1曲げ工程で用いられる第1金型100を用いることができる。第1金型100のダイ11およびポンチ12の間に曲中間品1bを載置し、ダイ11の凹部とポンチ12とで曲中間品1bを略U字形断面にプレス成形し、図2(e)に示すような第1曲U断面中間品1cが得られる。図2(e)は、U工程で得られる第1曲U断面中間品1cの斜視図である。
U工程で曲中間品1bを略U字形断面にプレス成形する際、曲中間品1bが、ポンチ12の底部12aと、ダイ11の支持部11dとの間で挟持された状態であることが望ましい。これにより、曲中間品1bの曲率αを第1曲U断面中間品1cでもより良好に維持することができる。
第1曲U断面中間品1cは、底部3が長手方向に湾曲して形成されている。本願における「第1曲U断面中間品1cの底部3」とは、第1曲U断面中間品1cを長手方向に垂直に切断した切断面において、両方の縁部1c1間の縁部1c1と反対側の湾曲した領域を示す。第1曲U断面中間品1cは、底部3が長手方向に湾曲する曲がり部10aと、底部3が長手方向に直線状に延び、略U断面の長さが中心線に沿って等しいストレート部10bとを有している。
第1曲U断面中間品1cの曲がり部10aの内周側の表面における長手方向の曲率半径としては、材料や成形品の形状等に応じて異なるが、好ましくは、U字形断面の幅の2.5~10倍の範囲内で設定することができる。曲率半径の下限が前記好ましい範囲内の場合、U工程で曲がり部にシワや割れが発生することをより抑制することができる。曲率半径の上限が上記範囲内の場合、U字形断面に成形する前に長手方向の曲げ加工を行うことの効果をより安定して得ることができる。ここで、U字形断面の幅とは、例えば図3(g)に示されるような、第1曲U断面中間品1cの内面同士が対向する幅Wを指す。
U工程で得られる第1曲U断面中間品1cは、底部3が長手方向に湾曲する曲がり部を有するものであり、周方向の断面(長手方向に対して垂直な断面)においては略U字形断面に形成されている。第1曲U断面中間品1cの底部3が長手方向に湾曲する方向としては、第1曲U断面中間品1cの内側に凸となる方向、すなわち、図2(e)に示すように図中における上方に湾曲することが好ましいが、図2(e’)に示すように、第1曲U断面中間品1cの外側に凸となる方向で湾曲してもよい。第1曲U断面中間品1cの内側とは、第1金型100のポンチ12の底部12aが底部3に当接する側であり、第1曲U断面中間品1cの外側とは、第1金型100のダイ11の底部11aが底部3に当接する側である。第1曲U断面中間品1cの曲がり部の長手方向に沿った端部は、直線状に形成されていてもよく、または、図16(f)に示すように、例えば外側に凸になるように、湾曲して形成されていてもよい。
U工程で用いる金型は第1曲げ工程で用いられる第1金型100でもよく、ダイ11の凹部の底部11a、ダイ11の上面11b、及びポンチ12の底部12aの長手方向の曲率半径が等しく形成されていることが望ましい。また、ダイ11の支持部11dについては、例えばダイ11の長手方向の全長にわたって配置されていてもよく、ダイ11の長手方向の一部に配置されていてもよく、得られる第1曲U断面中間品に応じて適宜選択される。
ダイ11の支持部11dを下方から支える荷重の大きさも、得られる第1曲U断面中間品の形状や材質、板厚に応じて適宜調整され、例えば成形中に変化してもよい。
U工程においては、略U字形断面の縦壁部に、板厚方向の圧縮力を付与しながら成形を行ってもよい。略U字形断面の縦壁部に板厚方向の圧縮力を付与する方法として、例えば、図10(a)に示すように、第1金型100のダイ11の縦壁部11eを、ダイ11の下部11fに対して左右に移動可能な構造としておき、図10(b)において白抜き矢印に示すように、ダイ11の縦壁部11eをポンチ12側に加圧する方法を用いることができる。加圧する方法としては、油圧シリンダー、バネ、ガスクッションなどを用いることができる。加圧の大きさは、得られる第1曲U断面中間品の形状、材質、及び板厚に応じて適宜調整され、例えば成形中に変化してもよい。
(O工程)
O工程では、図3に示すように第1曲U断面中間品1cを閉断面を形成するようにプレス成形し、管状成形品1dを得る。
O工程では、図3に示すように第1曲U断面中間品1cを閉断面を形成するようにプレス成形し、管状成形品1dを得る。
第1曲U断面中間品1cを閉断面を形成するように成形する方法としては、プレス成形が用いられる。第1曲U断面中間品1cを閉断面を形成するように成形する際には、必要に応じて中子を用いてもよい。中子を用いることにより、第1曲U断面中間品1cの周方向の断面形状が複雑な形状であっても安定して管状成形品1dを成形することができる。
図3(f)~(h)は第1実施態様の成形品の製造方法におけるO工程の一例を示す工程図である。図3(f)は正面図であり、図3(g)は図3(f)の側面図であり、図3(h)は、O工程で得られる管状成形品1dの斜視図である。
O工程では、図3(f)、(g)に示すように、第3金型300を準備する。第3金型300は、ダイ31およびポンチ32を有している。ダイ31の凹部の底部31aおよびポンチ32の凹部の底部32aは長手方向に湾曲して形成されている。ダイ31の凹部およびポンチ32の凹部はいずれも略半円形の断面形状を有している。
第3金型300のダイ31およびポンチ32の間に第1曲U断面中間品1cを載置して閉断面を形成するようにプレス成形し、第1曲U断面中間品1cの板幅方向の両方の縁部1c1を互いに突き合わせる。図3(h)に示すような管状成形品1dが得られる。管状成形品1dは、突合せ部4および突合せ部4の反対側に位置する底部5が軸方向に湾曲して形成されている。管状成形品1dは、底部5が軸方向に湾曲する曲がり部10aと、底部5が軸方向に直線状に延び、周方向の長さが中心線に沿って等しいストレート部10bとを有している。
従来のようにU字形断面への成形および長手方向の曲げ加工を同時に行う場合には、金属板を板幅方向に曲げるとともに長手方向にも曲げるため、ほぼ平坦に近い状態の底面に圧縮力が生じ、シワが発生しやすい。また、U字形断面へ成形した後に長手方向の曲げ加工を行う場合にも、成形品の形状や素材によっては底部に過大な変形が生じ、成形不良が発生しやすい。
これに対し第1実施態様においては、金属板1aを長手方向の曲げ加工を行った後にU字形断面形状の第1曲U断面中間品1cに成形することにより、第1曲U断面中間品1cの底部3に生じる長手方向の変形を小さくすることが可能となる。これにより、底部3の成形不良の発生を抑制することが可能である。したがって、成形不良のない管状成形品1dを得ることができる。
O工程では、第1曲U断面中間品1cを閉断面を形成するようにプレス成形する。閉断面とは、周方向の断面における閉断面であり、完全に閉じた断面だけでなく、突き合わされた縁部の間に隙間が存在する場合も含まれる概念である。すなわち、管状成形品1dの突合せ部4では、縁部1c1同士が密着していてもよく離れていてもよい。突き合わされた縁部1c1の間に隙間が存在する場合、好ましくは、隙間の板幅方向の長さは、0mm超~10mmである。
O工程で得られる管状成形品1dは、突合せ部4の反対側に位置する底部5が長手方向に湾曲する曲がり部を有するものであり、周方向の断面においては閉断面が形成されている。管状成形品1dの底部5が長手方向に湾曲する方向としては、管状成形品1dの内側に凸となる方向が好ましいが、管状成形品1dの外側に凸となる方向でもよい。突合せ部4は、直線状に形成されていてもよく、または、例えば外側に凸になるように、湾曲して形成されていてもよい。管状成形品1dの内側とは、第3金型300のポンチ32の底部32aが底部5に当接する側であり、管状成形品1dの外側とは、第3金型300のダイ31の底部31aが底部5に当接する側である。
管状成形品1dの周方向の断面形状は、特に限定されるものではなく、円形、楕円形、四角形や、上下非対称の形状等、種々の形状にすることができる。
(その他の工程)
第1実施態様において、O工程後に、管状成形品1dの突合せ部4を溶接する溶接工程を行ってもよい。溶接方法としては、例えばアーク溶接、レーザ溶接等が挙げられる。
第1実施態様において、O工程後に、管状成形品1dの突合せ部4を溶接する溶接工程を行ってもよい。溶接方法としては、例えばアーク溶接、レーザ溶接等が挙げられる。
また、第1実施態様においては、第1曲げ工程前に、金属板1aの端曲げ、いわゆるC成形等の加工を行ってもよい。
(成形品)
第1実施態様により製造される成形品は、管状成形品1dである。管状成形品1dの形状としては、第1実施態様の方法により良好に成形可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば図9(a)に示すような周方向の断面形状が円形状である曲管や、図9(b)に示すような周方向の断面形状が上下非対称の形状である曲管、図示しないが異径管や異形断面管等を例示することができる。また、第1実施態様により製造される管状成形品1dは、例えば図16(a)~(f)に示すような曲管、異径管、異形断面管等であることができる。
第1実施態様により製造される成形品は、管状成形品1dである。管状成形品1dの形状としては、第1実施態様の方法により良好に成形可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば図9(a)に示すような周方向の断面形状が円形状である曲管や、図9(b)に示すような周方向の断面形状が上下非対称の形状である曲管、図示しないが異径管や異形断面管等を例示することができる。また、第1実施態様により製造される管状成形品1dは、例えば図16(a)~(f)に示すような曲管、異径管、異形断面管等であることができる。
2.第2実施態様
第2実施態様は、本発明の成形品の製造方法の好ましい実施態様である。第2実施態様は、金属板をプレス成形し、長手方向に曲率αで曲がる曲中間品を得る第1曲げ工程と、前記曲中間品を略U字形断面にプレス成形し、前記曲率αを有する底部を備えた第1曲U断面中間品を得るU工程と、プレス成形により、前記第1曲U断面中間品の前記底部が長手方向に曲がる向きと同じ向きに曲げ加工し、長手方向に曲がる曲率βを有する底部を備えた第2曲U断面中間品を得る第2曲げ工程と、前記第2曲U断面中間品を閉断面を形成するようにプレス成形し、前記曲率βを有する底部を備えた管状成形品を得るO工程とを有する。
第2実施態様は、本発明の成形品の製造方法の好ましい実施態様である。第2実施態様は、金属板をプレス成形し、長手方向に曲率αで曲がる曲中間品を得る第1曲げ工程と、前記曲中間品を略U字形断面にプレス成形し、前記曲率αを有する底部を備えた第1曲U断面中間品を得るU工程と、プレス成形により、前記第1曲U断面中間品の前記底部が長手方向に曲がる向きと同じ向きに曲げ加工し、長手方向に曲がる曲率βを有する底部を備えた第2曲U断面中間品を得る第2曲げ工程と、前記第2曲U断面中間品を閉断面を形成するようにプレス成形し、前記曲率βを有する底部を備えた管状成形品を得るO工程とを有する。
すなわち、第2実施態様は、第1実施態様におけるU工程とO工程との間において、U工程で得られた曲率αを有する底部を備えた第1曲U断面中間品を、プレス成形により、第1曲U断面中間品の底部が長手方向に曲がる向きと同じ向きに曲げ加工し、長手方向に曲がる曲率βを有する底部を備えた第2曲U断面中間品を得る第2曲げ工程を含み、O工程において、第2曲U断面中間品を閉断面を形成するようにプレス成形し、曲率βを有する底部を備えた管状成形品を得ることを特徴とする。
第2実施態様の製造方法によれば、金属板をU字形断面に成形する前に長手方向の曲げ加工を行うことにより、U字形断面の底部における成形不良の発生を抑制することができる。したがって、成形不良のない管状成形品を得ることができる。
また、第2実施態様においては、第1曲げ工程と第2曲げ工程とで、長手方向の曲げ加工を分散して行うことにより、U字形断面の底部と、曲り部の長手方向に沿った端部とに生じる長手方向の変形を適切に調節することができる。したがって、成形不良の発生をより効果的に抑制することができる。
このように第2実施態様においては、成形可能範囲をさらに拡大させることができる。そのため、例えば曲率半径が小さい曲がり部を有する管状成形品やテーパー部を有する管状成形品も、シワや割れの発生を抑制して、安定して成形可能である。
(第1曲げ工程)
第2実施態様の成形品の製造方法における第1曲げ工程では、金属板を成形し、長手方向に曲率αで曲がる曲中間品を得る。成形方法としては、プレス成形が好ましいが、金属板を長手方向に湾曲して成形することができる方法であれば、特に限定されるものではない。
第2実施態様の成形品の製造方法における第1曲げ工程では、金属板を成形し、長手方向に曲率αで曲がる曲中間品を得る。成形方法としては、プレス成形が好ましいが、金属板を長手方向に湾曲して成形することができる方法であれば、特に限定されるものではない。
図4(a)~(f)は、第1曲げ工程の一例を示す工程図である。図4(a)、(c)、(e)は正面図であり、図4(b)は図4(a)の側面図であり、図4(d)は図4(c)の側面図であり、図4(f)は図4(e)の側面図である。
第1曲げ工程では、図4(a)、(b)に示すように、第1金型100を準備する。第1金型100は、ダイ11およびポンチ12を有しており、ダイ11の凹部の底部11a、ダイ11の上面11bおよびポンチ12の底部12aはいずれも長手方向に湾曲して形成されている。
ダイ11は、好ましくは、ダイ11の底部に配置され上下方向に移動可能な支持部11dを有している。支持部11dは、図示しない荷重源により下方から支えられている。荷重源としては、特に限定されないが、油圧シリンダー、バネ、ガスクッションなどを用いることができる。
第1金型100のダイ11およびポンチ12の間に金属板1aを載置し、図4(c)、(d)に示すように、第1金型のダイ11の上面11bと、ポンチ12の底部12aとで挟持することで、金属板1aを、曲率αを有するように湾曲させることができる。これにより、図4(e)、(f)に示すような長手方向に曲がる曲率αを有する曲中間品1bが得られる。
好ましくは、第1金型のダイ11の上面11bと、ポンチ12の底部12aとで挟持し、支持部11dで金属板1aを支えながら、金属板1aを湾曲させる。これにより、曲率αをより良好に制御することができる。金属板1aを湾曲させる際、支持部11dは、金属板1aが略U字形断面に塑性変形しない範囲で、金属板1aがポンチ12の底部12a側に押し込まれる荷重に応じて動いてもよい。
第1曲U断面中間品1cの底部の曲率αは、好ましくは、後述する第2曲げ工程で得られる第2曲U断面中間品の底部の曲率βの50%~80%である。すなわち、第2曲U断面中間品の曲率βに対する第1曲U断面中間品の曲率αの比率α/βが0.5~0.8である。曲率αが、前記好ましい範囲内にあることにより、U字形断面の底部と曲り部の長手方向に沿った端部とに生じる長手方向の変形をより適切に調節することができ、成形不良の発生をより効果的に抑制することができる。
金属板および曲中間品1bについてのその他の構成は、上記第1実施態様の第1曲げ工程と同様であるので、ここでの説明は省略する。
(U工程)
U工程では、図5(g)に示すように、第1曲げ工程で得られた曲率αを有する曲中間品1bを略U字形断面に成形し、長手方向に曲がる曲率αを有する底部を備えた第1曲U断面中間品1cを得る。
U工程では、図5(g)に示すように、第1曲げ工程で得られた曲率αを有する曲中間品1bを略U字形断面に成形し、長手方向に曲がる曲率αを有する底部を備えた第1曲U断面中間品1cを得る。
U工程では、プレス成形が用いられる。U工程では、第1曲U断面中間品1cを得られる金型であれば特に限定されないが、第1曲げ工程で用いられる第1金型100を用いることができる。第1金型100のダイ11およびポンチ12の間に曲中間品1bを載置し、ダイ11の凹部とポンチ12とで曲中間品1bを略U字形断面にプレス成形し、図5(g)に示すような曲率αを有する底部3を備えた第1曲U断面中間品1cが得られる。第1曲げ工程で形成した金属板1aの曲率αは、U工程で得られる第1曲U断面中間品1cの底部3において実質的に維持される。図5(g)は、U工程で得られる第1曲U断面中間品1cの斜視図である。
U工程で曲中間品1bを略U字形断面にプレス成形する際、曲中間品1bが、ポンチ12の底部12aと、ダイ11の支持部11dとの間で挟持された状態であることが望ましい。曲中間品1bがポンチ12の底部12aとダイ11の支持部11dとの間で挟持された状態で、曲中間品1bを略U字形断面にプレス成形することにより、得られる第1曲U断面中間品1cの底部3の曲率をより良好に制御することができる。
第1曲U断面中間品1cは、底部3が長手方向に湾曲して形成されている。第1曲U断面中間品1cは、底部3が長手方向に湾曲する曲がり部10aと、底部3が長手方向に直線状に延び、略U断面の長さが中心線に沿って等しいストレート部10bとを有している。
第1金型および第1曲U断面中間品についてのその他の構成は、上記第1実施態様のU工程と同様であるので、ここでの説明は省略する。
(第2曲げ工程)
第2曲げ工程では、第1曲U断面中間品1cを長手方向に曲げ加工する。第2曲げ工程で曲げ加工する方向は、第1曲U断面中間品1cの底部3が長手方向に曲がる向きと同じ方向である。これにより、長手方向に曲がる曲率βを有する底部6を備えた第2曲U断面中間品1eが得られる。
第2曲げ工程では、第1曲U断面中間品1cを長手方向に曲げ加工する。第2曲げ工程で曲げ加工する方向は、第1曲U断面中間品1cの底部3が長手方向に曲がる向きと同じ方向である。これにより、長手方向に曲がる曲率βを有する底部6を備えた第2曲U断面中間品1eが得られる。
加工方法としては、プレス成形が好ましいが、第1曲U断面中間品を長手方向に曲げ加工することができる方法であれば特に限定されるものではない。
図6(h)~(j)は、第2曲げ工程の一例を示す工程図である。図6(h)は正面図であり、図6(i)は図6(h)の側面図であり、図6(j)は、第2曲げ工程で得られる第2曲U断面中間品1eの斜視図である。
第2曲げ工程では、図6(h)、(i)に示すように、第2金型200を準備する。第2金型200は、ダイ21及びポンチ22を有しており、ダイ21の凹部の底部21aおよびポンチ22の底部22aは長手方向に湾曲して形成されている。
第2金型200のダイ21及びポンチ22の間に長手方向に曲がり曲率αを有する底部3を備えた第1曲U断面中間品1cを載置し、第1曲U断面中間品1cを長手方向に曲げ加工して、図6(j)に示すような長手方向に曲がる曲率βを有する底部6を備えた第2曲U断面中間品1eが得られる。第2曲げ工程で曲げ加工する方向は、第1曲U断面中間品1cの底部3が長手方向に曲がる向きと同じ方向である。第2曲U断面中間品1eの曲率βは、曲率αよりも大きく、O工程で得られる管状成形品1dの底部5において実質的に維持される。曲率βは、図6(j)に示すように、曲がり部10aの底部6の長手方向における内周側の表面が示す曲線から曲率半径を求め、その逆数として算出される。
第2曲U断面中間品1eは、底部6が長手方向に湾曲して形成されている。第2曲U断面中間品1eは、底部6が長手方向に湾曲する曲がり部10aと、底部6が長手方向に直線状に延び、略U断面の長さが中心線に沿って等しいストレート部10bとを有している。
第2曲U断面中間品1eの曲がり部10aの内周側の表面における長手方向の曲率半径としては、材料や成形品の形状等に応じて異なるが、好ましくは、U字形断面の幅の1.5~10倍の範囲内で設定することができる。曲率半径の下限が前記好ましい範囲内の場合、第2曲げ工程で曲がり部にシワや割れが発生することをより抑制することができる。曲率半径の上限が上記範囲内の場合、第2曲げ工程において第1曲U断面中間品に対する長手方向の曲げ加工を行うことの効果をより安定して得ることができる。ここで、U字形断面の幅とは、例えば図6(i)に示されるような、第1曲U断面中間品1cの内面同士が対向する幅Wを指す。
第2曲げ工程で得られる第2曲U断面中間品1eは、底部6が長手方向に湾曲する曲がり部を有するものであり、周方向の断面(長手方向に対して垂直な断面)においては略U字形断面に形成されている。底部が長手方向に湾曲する方向としては、第2曲U断面中間品1eの内側に凸となる方向、すなわち、図6(j)に示すように図中における上方に湾曲することが好ましいが、第2曲U断面中間品1の外側に凸となる方向でもよい。第2曲U断面中間品1eの内側とは、第2金型200のポンチ22の底部22aが底部6に当接する側であり、第2曲U断面中間品1eの外側とは、第2金型200のダイ21の底部21aが底部6に当接する側である。第2曲U断面中間品1eの曲がり部の長手方向に沿った端部は、直線状に形成されていてもよく、または、例えば外側に凸になるように、湾曲して形成されていてもよい。
第2曲げ工程においては、略U字形断面の縦壁部に、板厚方向の圧縮力を付与しながら成形を行ってもよい。略U字形断面の縦壁部に板厚方向の圧縮力を付与する方法として、例えば図10(a)に示すように、第2金型200のダイ21の縦壁部21eを、ダイ21の下部21fに対して左右に移動可能な構造としておき、図10(b)において白抜き矢印に示すように、ダイ21の縦壁部21eをポンチ22側に加圧する方法を用いることができる。加圧する方法としては、油圧シリンダー、バネ、ガスクッションなどを用いることができる。加圧の大きさは、得られる第2曲U断面中間品の形状、材質、及び板厚に応じて適宜調整され、例えば成形中に変化してもよい。
(O工程)
O工程では、第2曲U断面中間品1eを閉断面を形成するようにプレス成形し、管状成形品1dを得る。
O工程では、第2曲U断面中間品1eを閉断面を形成するようにプレス成形し、管状成形品1dを得る。
閉断面を形成するように成形する方法としては、プレス成形が用いられる。閉断面を形成するように成形する際には、必要に応じて中子を用いてもよい。中子を用いることにより、周方向の断面形状が複雑な形状であっても安定して成形することができる。
図7(k)~(m)は第2実施態様の成形品の製造方法におけるO工程の一例を示す工程図である。図7(k)は正面図であり、図7(l)は図7(k)の側面図であり、図7(m)は、O工程で得られる管状成形品1dの斜視図である。
O工程では、図7(k)、(l)に示すように、第3金型300を準備する。第3金型300は、ダイ31およびポンチ32を有している。ダイ31の凹部の底部31aおよびポンチ32の凹部の底部32aは長手方向に湾曲して形成されている。ダイ31の凹部およびポンチ32の凹部はいずれも略半円形の断面形状を有している。
第3金型300のダイ31およびポンチ32の間に第2曲U断面中間品1eを載置して成形し、図7(m)に示すような管状成形品1dが得られる。管状成形品1dは、突合せ部4および突合せ部4の反対側に位置する底部5が軸方向に湾曲して形成されている。管状成形品1dは、底部5が軸方向に湾曲する曲がり部10aと、底部5が軸方向に直線状に延び、周方向の長さが中心線に沿って等しいストレート部10bとを有している。
O工程では、第2曲U断面中間品1eを閉断面を形成するようにプレス成形する。閉断面とは、周方向の断面における閉断面であり、完全に閉じた断面だけでなく、突き合わされた縁部の間に隙間が存在する場合も含まれる概念である。すなわち、管状成形品1dの突合せ部4では、縁部1e1同士が密着していてもよく離れていてもよい。突き合わされた縁部1e1の間に隙間が存在する場合、好ましくは、隙間の板幅方向の長さは、0mm超~10mmである。
O工程で得られる管状成形品についてのその他の構成は、上記第1実施態様のO工程と同様であるので、ここでの説明は省略する。
(その他の工程)
第2実施態様において、O工程後に、管状成形品1dの突合せ部4を溶接する溶接工程を行ってもよい。溶接方法としては、例えばアーク溶接、レーザ溶接等が挙げられる。
第2実施態様において、O工程後に、管状成形品1dの突合せ部4を溶接する溶接工程を行ってもよい。溶接方法としては、例えばアーク溶接、レーザ溶接等が挙げられる。
また、第2実施態様においては、第1曲げ工程前に、金属板の端曲げ、いわゆるC成形等の加工を行ってもよい。
(成形品)
第2実施態様により製造される成形品は、管状成形品であり、例えば曲管、異径管、異形断面管等であることができる。管状成形品の形状としては、例えば図16(a)、(b)に示すような周方向の断面形状が円形状であり、曲がり部10aとストレート部10bとを有する曲管や、図16(c)に示すような周方向の断面形状が円形状であり、曲がり部10aとストレート部10bとテーパー部10cとを有するラッパ状の異径管、図16(d)に示すような周方向の断面形状が円形状から四角形状に変化し、曲がり部10aとストレート部10bとテーパー部10cとを有するラッパ状の異径管、図16(e)に示すような周方向の断面形状が上下非対称の形状であり、曲がり部10aとストレート部10bとを有する曲管、図16(f)に示すような曲がり部10a、ストレート部10bおよびテーパー部10cをそれぞれ複数有する異径管等を例示することができる。
第2実施態様により製造される成形品は、管状成形品であり、例えば曲管、異径管、異形断面管等であることができる。管状成形品の形状としては、例えば図16(a)、(b)に示すような周方向の断面形状が円形状であり、曲がり部10aとストレート部10bとを有する曲管や、図16(c)に示すような周方向の断面形状が円形状であり、曲がり部10aとストレート部10bとテーパー部10cとを有するラッパ状の異径管、図16(d)に示すような周方向の断面形状が円形状から四角形状に変化し、曲がり部10aとストレート部10bとテーパー部10cとを有するラッパ状の異径管、図16(e)に示すような周方向の断面形状が上下非対称の形状であり、曲がり部10aとストレート部10bとを有する曲管、図16(f)に示すような曲がり部10a、ストレート部10bおよびテーパー部10cをそれぞれ複数有する異径管等を例示することができる。
(第2実施態様の変化態様)
第2実施態様の変化態様を以下に説明する。
第2実施態様の変化態様を以下に説明する。
(第1曲げ工程)
図11(a)~(d)は、本変化態様の第1曲げ工程の例を示す工程図である。図11(b)、(d)は正面図であり、図11(a)は図11(b)の上面図であり、図11(c)は図11(d)の上面図である。
図11(a)~(d)は、本変化態様の第1曲げ工程の例を示す工程図である。図11(b)、(d)は正面図であり、図11(a)は図11(b)の上面図であり、図11(c)は図11(d)の上面図である。
第1曲げ工程では、図11(a)、(b)に示すような金属板1aを準備する。
次に、図11(c)、(d)に示すように、長手方向に曲率αで曲がる曲中間品1bをプレス成形する。
(U工程)
図12(e)~(h)は、本変化態様のU工程の例を示す工程図である。図12(f)は正面図であり、図12(e)は図12(f)の上面図であり、図12(g)は図12(f)の破線部x-xにおける断面図であり、図12(h)は図12(f)の破線部y-yにおける断面図である。
図12(e)~(h)は、本変化態様のU工程の例を示す工程図である。図12(f)は正面図であり、図12(e)は図12(f)の上面図であり、図12(g)は図12(f)の破線部x-xにおける断面図であり、図12(h)は図12(f)の破線部y-yにおける断面図である。
U工程では、曲中間品1bを略U字形断面にプレス成形することで、図12(e)、(f)、(g)、(h)に示すように、底部3が曲率αで長手方向に湾曲して形成され、周方向の断面おいては略U字形断面に形成された、第1曲U断面中間品1cが得られる。
(第2曲げ工程)
図13(i)~(l)は、本変化態様の第2曲げ工程の例を示す工程図である。図13(j)は正面図であり、図13(i)は図13(j)の上面図であり、図13(k)は図13(j)の破線部x-xにおける断面図左側面図であり、図13(l)は図13(j)の破線部y-yにおける断面図である。
図13(i)~(l)は、本変化態様の第2曲げ工程の例を示す工程図である。図13(j)は正面図であり、図13(i)は図13(j)の上面図であり、図13(k)は図13(j)の破線部x-xにおける断面図左側面図であり、図13(l)は図13(j)の破線部y-yにおける断面図である。
第2曲げ工程では、曲U断面中間品1cを長手方向に曲げ加工する。第2曲げ工程で曲げ加工する方向は、第1曲U断面中間品1cの底部3が長手方向に曲がる向きと同じ方向である。これにより、図13(i)、(j)、(k)、(l)に示すように、底部6が曲率βで長手方向に湾曲して形成され、周方向の断面おいては略U字形断面に形成された、第2曲U断面中間品1eが得られる。
(O工程)
図14(m)~(o)は、本変化態様のO工程の例を示す工程図である。図14(n)は図14(m)の左側面図であり、図14(o)は図14(m)の右側面図である。
図14(m)~(o)は、本変化態様のO工程の例を示す工程図である。図14(n)は図14(m)の左側面図であり、図14(o)は図14(m)の右側面図である。
O工程では、管状成形品1dを成形する。突合せ部4および突合せ部4の反対側に位置する底部5が軸方向に曲率βで湾曲して形成されている。
第2実施態様の変化態様においても、金属板をU字形断面に成形する前に長手方向の曲げ加工を行うことにより、U字形断面の底部に生じる長手方向の変形を小さくすることで、成形不良の発生を抑制することが可能である。したがって、成形不良のない管状成形品を得ることができる。
また、第2実施態様の変化態様においても、第1曲げ工程と第2曲げ工程とで、長手方向の曲げ加工を分散して行うことにより、U字形断面の底部と、曲り部の長手方向に沿った端部とに生じる長手方向の変形を適切に調節することができる。したがって、成形不良の発生を効果的に抑制することができる。
このように第2実施態様の変化態様においても、成形可能範囲をさらに拡大させることができる。そのため、例えば曲率半径が小さい曲がり部を有する管状成形品やテーパー部を有する管状成形品も、シワや割れの発生を抑制して、安定して成形可能である。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
<管状成形品の作製>
[実施例1]
図16(a)に示すような曲率αを有する曲がり丸管1dを作製した。曲がり丸管1dの曲がり部10aの内周側の表面における長手方向の曲率αは0.000465(1/mm)(曲率半径は215mm)、曲がり部10aの曲げ角度は40°、曲がり丸管の外径は65mm、ストレート部10bの長さはそれぞれ150mmとした。曲がり部の曲げ角度とは、管状成形品の片方のストレート部の軸線を延長した線(図16(a)の破線)と、もう一方のストレート部の軸線を延長した線(図16(a)の破線)とがなす角度のうち、小さい方の角度をいう。
[実施例1]
図16(a)に示すような曲率αを有する曲がり丸管1dを作製した。曲がり丸管1dの曲がり部10aの内周側の表面における長手方向の曲率αは0.000465(1/mm)(曲率半径は215mm)、曲がり部10aの曲げ角度は40°、曲がり丸管の外径は65mm、ストレート部10bの長さはそれぞれ150mmとした。曲がり部の曲げ角度とは、管状成形品の片方のストレート部の軸線を延長した線(図16(a)の破線)と、もう一方のストレート部の軸線を延長した線(図16(a)の破線)とがなす角度のうち、小さい方の角度をいう。
金属板には、図8に示すような両端の幅よりも曲げ中心の幅が広い形状を有し、TS:390MPa、板厚2.6mmの熱間圧延鋼板を用いた。
図1(a),(b)に示すような金型を用いて、図1~3に示す第1曲げ工程、U工程およびO工程を順に行った。
曲がり部に割れやシワが発生することなく成形を行うことが可能であった。また、O工程では、突合せ部が良好な状態であり、レーザアークハイブリッド溶接により接合可能であった。
[比較例1]
U字形断面への成形および長手方向の曲げ加工を同時に行ったこと以外は、実施例1と同様の曲がり丸管を作製した。
U字形断面への成形および長手方向の曲げ加工を同時に行ったこと以外は、実施例1と同様の曲がり丸管を作製した。
得られた曲がり丸管では、U字形断面の底部にシワが発生し、成形不可であった。
[実施例2]
実施例1と同様の曲がり丸管を作製した。
実施例1と同様の曲がり丸管を作製した。
金属板には、図8に示すような両端の幅よりも曲げ中心の幅が広い形状を有し、TS:390MPa、板厚2.6mmの熱間圧延鋼板を用いた。
図4(a),(b)に示すような金型を用いて、図4~7に示す第1曲げ工程、U工程、第2曲げ工程およびO工程を順に行った。
曲がり部に割れやシワが発生することなく成形を行うことが可能であった。また、O工程では、突合せ部が良好な状態であり、レーザアークハイブリッド溶接により接合可能であった。
[実施例3]
図16(b)に示すような曲率βを有する曲がり丸管1dを作製した。曲がり丸管1dの曲がり部10aの内周側の表面における長手方向の曲率βは0.01(1/mm)(曲率半径は100mm)、曲がり部10aの曲げ角度は40°、曲がり丸管の外径は65mm、ストレート部10bの長さはそれぞれ150mmとした。
図16(b)に示すような曲率βを有する曲がり丸管1dを作製した。曲がり丸管1dの曲がり部10aの内周側の表面における長手方向の曲率βは0.01(1/mm)(曲率半径は100mm)、曲がり部10aの曲げ角度は40°、曲がり丸管の外径は65mm、ストレート部10bの長さはそれぞれ150mmとした。
金属板には、図8に示すような両端の幅よりも曲げ中心の幅が広い形状を有し、TS:390MPa、板厚2.6mmの熱間圧延鋼板を用いた。
図4(a)、(b)に示すような金型を用いて、図4~7に示す第1曲げ工程、U工程、第2曲げ工程およびO工程を順に行った。
曲がり部に割れやシワが発生することなく成形を行うことが可能であった。また、O工程では、突合せ部が良好な状態であり、レーザアークハイブリッド溶接により接合可能であった。
[比較例2]
U字形断面への成形および長手方向の曲げ加工を同時に行ったこと以外は、実施例3と同様の曲がり丸管を作製した。
U字形断面への成形および長手方向の曲げ加工を同時に行ったこと以外は、実施例3と同様の曲がり丸管を作製した。
得られた曲がり丸管では、U字形断面の底部にシワが発生し、成形不可であった。
[実施例4]
図16(c)に示すようなラッパ状の異径管1dを作製した。異径管1dの曲がり部10aの内周側の表面における長手方向の曲率βは0.0025(1/mm)(曲率半径は400mm)、曲がり部10aの曲げ角度は10°、ストレート部10bの外径は40mm、ストレート部10bの長さは150mmとした。
図16(c)に示すようなラッパ状の異径管1dを作製した。異径管1dの曲がり部10aの内周側の表面における長手方向の曲率βは0.0025(1/mm)(曲率半径は400mm)、曲がり部10aの曲げ角度は10°、ストレート部10bの外径は40mm、ストレート部10bの長さは150mmとした。
金属板には、TS:270MPa、板厚1.2mmの冷間圧延鋼板を用いた。
図11~14に示すような工程により、第1曲げ工程、U工程、第2曲げ工程およびO工程を順に行った。
曲がり部に割れやシワが発生することなく成形を行うことが可能であった。また、O工程では、突合せ部が良好な状態であり、レーザアークハイブリッド溶接により接合可能であった。
[比較例3]
U字形断面への成形および長手方向の曲げ加工を同時に行ったこと以外は、実施例4と同様のラッパ状の異径管を作製した。
U字形断面への成形および長手方向の曲げ加工を同時に行ったこと以外は、実施例4と同様のラッパ状の異径管を作製した。
得られたラッパ状の異径管では、U字形断面の底部にシワが発生し、成形不可であった。
<評価>
このようにして得られた実施例1~4及び比較例1~3の管状成形品のそれぞれについて、成形途中における割れやシワの発生を調査した。また、上記の管状成形品のそれぞれについて、成形完了時における溶接不良について調査した。これらの結果を以下に併記する。
このようにして得られた実施例1~4及び比較例1~3の管状成形品のそれぞれについて、成形途中における割れやシワの発生を調査した。また、上記の管状成形品のそれぞれについて、成形完了時における溶接不良について調査した。これらの結果を以下に併記する。
成形途中における割れやシワの発生がある例(具体的には、比較例1、2、3)については、それ以降の成形が不可能となるため、O工程は行っていない。このため、成形途中における割れやシワの発生がある例では「溶接不良」が発生するかどうか判断できなかった。
表1によれば、本願発明の技術的思想の範囲に含まれる実施例1~4については、いずれも、成形中の割れ及びシワ並びに溶接不良の全ての項目で「無し」との良好な結果が出ていることが判る。これに対し、本願発明の技術的思想の範囲外である比較例1~3については、いずれも、少なくともいずれかの項目において不所望な結果が出ていることが判る。
(成形可能範囲の評価)
金属板の材料及び板厚による湾曲円筒管及び湾曲円すい管の成形可能範囲を評価した。図18に評価した湾曲円筒管の正面図及び右端部における湾曲円筒管の軸方向に垂直方向の断面図を示す。図19に評価した湾曲円すい管の正面図、並びに湾曲円すい管の軸方向に垂直方向の右端部及び左端部における断面図を示す。
金属板の材料及び板厚による湾曲円筒管及び湾曲円すい管の成形可能範囲を評価した。図18に評価した湾曲円筒管の正面図及び右端部における湾曲円筒管の軸方向に垂直方向の断面図を示す。図19に評価した湾曲円すい管の正面図、並びに湾曲円すい管の軸方向に垂直方向の右端部及び左端部における断面図を示す。
湾曲円筒管は、円筒部外径Dと湾曲部の軸線における曲率半径ρ、曲げ角度φの3つのパラメータで規定した。湾曲円すい管は、湾曲円筒管の3つのパラメータに、円すい部の開き角度θを加えた4つのパラメータで規定した。
成形可能範囲を評価には、有限要素法(FEM)を用いた。FEMには動的陽解法の汎用コードPAM-STAMPを用いた。工具は剛体とした。ブランクはシェル要素を用いてモデル化し、材料特性は引張試験で得た応力-ひずみ線図をSwift式で近似した。工具と板との間は,摩擦係数が0.15のクーロン摩擦とした。異径円管については、メッシュの設定には、始めに長手方向に75分割(約4mm)、周方向に26分割(約4.6mm)して、大きく変形する部位の要素が自動的に再分割(4等分)される設定(Refinement機能)を用いた。湾曲円筒管と湾曲円すい管については、長手方向に88分割(約5mm)、周方向に56分割(約4mm)した。積分点は板厚方向に5点とした。
金属板の板厚が2.6mmの場合の湾曲円筒管及び湾曲円すい管の成形可能範囲を図20に示す。金属板の板厚が2.0mmの場合の湾曲円筒管及び湾曲円すい管の成形可能範囲を図21に示す。湾曲円筒管及び湾曲円すい管の幾何形状パラメータで成形性に強く影響するのは円筒部外径D/曲率半径ρの1つなのでこれを縦軸にとり、曲率α/βの比率との関係を評価した。図20及び21で成形可能範囲を評価した材料特性を、表2に示す。材料の引張試験は、JIS Z2241「金属材料引張試験方法」により、5号試験片を用いて行った。
図21では、金属板Aの板厚が薄いため座屈が発生しやく、金属板Aの成形可能範囲は、金属板Cと比較して、座屈限界がD/ρの小さい側に移動した。また、金属板Aは金属板Cよりも延性に優れるため、破断限界はD/ρの大きい側に移動した。
すなわち、図20及び21から、金属板の厚みが大きい金属板Cの方が、○(欠陥無し)と△(しわ有り)との境界が,図の上側に移動し、座屈しわ限界が向上することが分かる。また、材料の延性が良いほど、○(欠陥無し)と×(割れ有り)との境界が、図の上側に移動し、破断限界が向上することが分かる。
図20及び21から、しわ及び割れを発生させずに湾曲円筒管及び湾曲円すい管を成形するには、α/β=0.5~0.8が好ましいことが分かった。
100 第1金型
200 第2金型
300 第3金型
1a … 金属板
1b … 曲中間品
1b1 曲中間品の曲がり部
1c … 第1曲U断面中間品
1c1 第1曲U断面中間品または管状成形品の長手方向に垂直方向の縁部
1e1 第2曲U断面中間品または管状成形品の長手方向に垂直方向の縁部
1d … 管状成形品
1e … 第2曲U断面中間品
3、5、6 … 底部
4 … 突合せ部
10a … 曲がり部
10b … ストレート部
10c … テーパー部
11、21、31 … ダイ
12、22、32 … ポンチ
11a、21a、31a … ダイの凹部の底部
12a、22a、32a … ポンチの底部
11b … ダイの上面
11d … 支持部
11e、21e … ダイの縦壁部
11f、21f … ダイの下部
200 第2金型
300 第3金型
1a … 金属板
1b … 曲中間品
1b1 曲中間品の曲がり部
1c … 第1曲U断面中間品
1c1 第1曲U断面中間品または管状成形品の長手方向に垂直方向の縁部
1e1 第2曲U断面中間品または管状成形品の長手方向に垂直方向の縁部
1d … 管状成形品
1e … 第2曲U断面中間品
3、5、6 … 底部
4 … 突合せ部
10a … 曲がり部
10b … ストレート部
10c … テーパー部
11、21、31 … ダイ
12、22、32 … ポンチ
11a、21a、31a … ダイの凹部の底部
12a、22a、32a … ポンチの底部
11b … ダイの上面
11d … 支持部
11e、21e … ダイの縦壁部
11f、21f … ダイの下部
Claims (5)
- 金属板をプレス成形し、長手方向に曲率αで曲がる曲中間品を得る第1曲げ工程と、
前記曲中間品を略U字形断面にプレス成形し、前記曲率αを有する底部を備えた第1曲U断面中間品を得るU工程と、
前記第1曲U断面中間品を閉断面を形成するようにプレス成形し、前記曲率αを有する底部を備えた管状成形品を得るO工程と
を有することを特徴とする成形品の製造方法。 - 前記U工程と前記O工程との間において、前記U工程で得られた前記曲率αを有する底部を備えた第1曲U断面中間品を、プレス成形により、前記第1曲U断面中間品の前記底部が長手方向に曲がる向きと同じ向きに曲げ加工し、長手方向に曲がる曲率βを有する底部を備えた第2曲U断面中間品を得る第2曲げ工程を含み、
前記O工程において、前記第2曲U断面中間品を閉断面を形成するようにプレス成形し、前記曲率βを有する底部を備えた管状成形品を得る
請求項1に記載の成形品の製造方法。 - 前記第2曲U断面中間品の前記曲率βに対する前記第1曲U断面中間品の前記曲率αの比率α/βが0.5~0.8である、請求項2に記載の成形品の製造方法。
- 前記U工程及び前記第2曲げ工程の少なくとも一方において、前記略U字形断面の縦壁部に板厚方向の圧縮力を付与する、請求項1~3のいずれか一項に記載の成形品の製造方法。
- 前記第1曲U断面中間品の前記底部が長手方向に曲がる向きが、前記第1曲U断面中間品の内側に凸である、請求項1~4のいずれか一項に記載の成形品の製造方法。
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