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発明の名称 予曲げ軸押し加工法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−150047(P2001−150047A)
公開日 平成13年6月5日(2001.6.5)
出願番号 特願平11−340161
出願日 平成11年11月30日(1999.11.30)
代理人 【識別番号】100059096
【弁理士】
【氏名又は名称】名嶋 明郎 (外2名)
発明者 菱田 博俊 / 弘重 逸朗
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 予曲げ加工された金属管を成形金型内にセットし、この金属管の内部に液圧を加えながら端面を軸押しして所定の曲がり形状に成形するに際し、成形により得られる形状の曲がりの中立軸よりも、曲がりの中立軸が曲率中心に近い内側に位置するように予曲げ加工された金属管を用いることを特徴とする予曲げ軸押し加工法。
【請求項2】 円弧状に予曲げ加工された金属管を用いることを特徴とする請求項1記載の予曲げ軸押し加工法。
【請求項3】 成形により得られる形状の曲がりが、円弧状であることを特徴とする請求項2記載の予曲げ軸押し加工法。
【請求項4】 成形により得られる形状の曲がりの曲率半径Rに対して、予曲げ加工された金属管の曲率半径を1.05R〜1.25Rとしたことを特徴とする請求項3記載の予曲げ軸押し加工法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハイドロフォーミング法又は液圧バルジ加工法とも呼ばれるパイプの軸押し加工法のうち、特に素材として予曲げ加工された金属管を用いる予曲げ軸押し加工法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】金属管を素材として、素材長手方向の中間を拡管させたり、あるいは素材長手方向の中間に膨出部を持つト型、人型、Y型等の形状の部品を製造する為に、従来から軸押し加工法が知られている。この方法は、例えば図4に示す様にツチノコ型の空洞部1を持つ成形金型2の内部に素材となる金属管をセットし、その両端を液圧供給孔3を備えた軸押し金具4により軸押しする方法であったり、または図5に示す様に人型の空洞部1を持つ成形金型2の内部に素材となる金属管をセットし、その両端を液圧供給孔3を備えた軸押し金具4により軸押しする方法である。金属管は内部に液圧が加えられた状態で端面を軸押しされ、成形金型2の空洞部1の形状に沿って塑性変形する。
【0003】しかしこのように直管のまま膨出部を成形するだけではなく、実際にはむしろ曲った管に膨出部を成形する事が望まれる場合が多い。軸押し加工法では直管を曲げる加工はできないので、このような場合には軸押し加工を実施する前後に曲げ加工工程を追加するのが現実的である。ところが現状では軸押し加工を行ってから曲げ加工をする技術が確立されていないので、事前に素材に予曲げ加工を施し、それを軸押し加工する方法が専らである。最も典型的な予曲げ軸押し加工法は、図6に示す予曲げ金属管をツチノコ型に拡管するものや、または図7に示す予曲げ金属管に枝管を成形するものである。これらの場合、素材の予曲げは成形により得られる形状と一致するように行われている。
【0004】ところが、曲げ加工は材料にとって最も過酷な加工の一つであり、予曲げだけで材料はほぼ限界変形量まで達しているのが普通である。従ってその後の軸押し加工を行う際に、よほど加工条件を適切に設定しないと軸押し加工中に素材は割れてしまう。そこで従来は材質をより高質のものに変更したり、または予曲げした材料を一旦加熱して歪を解放したうえで軸押し加工する等のコストのかかる手法に頼ってきた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来の問題点を解決し、予曲げされた金属管を素材の割れを抑制しつつ所定の曲がり形状にまで軸押し加工することができる予曲げ軸押し加工法を提供するためになされたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するためになされた本発明の予曲げ軸押し加工法は、予曲げ加工された金属管を成形金型内にセットし、この金属管の内部に液圧を加えながら端面を軸押しして所定の曲がり形状に成形するに際し、成形により得られる形状の曲がりの中立軸よりも、曲がりの中立軸が曲率中心に近い内側に位置するように予曲げ加工された金属管を用いることを特徴とするものである。
【0007】なお、円弧状に予曲げ加工された金属管を用いることが好ましく、また成形により得られる形状の曲がりが、円弧状であるようにすることが好ましい。この場合、成形により得られる形状の曲がりの曲率半径Rに対して、予曲げ加工された金属管の曲率半径を1.05R〜1.25Rとすることが好ましい。
【0008】上記のように本発明の予曲げ軸押し加工法は、軸押し加工を実施する際に加工後の形状の軸線と予曲げした材料の軸線とがほぼ一致する様にしてきた従来の経験則を、予曲げした材料の軸線がより直線に近い形状を取るように変更したものである。これには一見発見し難い材料力学的な理論が存在しているので、以下に発明の実施の形態とともに詳細に説明する。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は本発明による拡管型の予曲げ軸押し加工法の実施形態を示す断面図である。成形により得られる最終形状すなわち成形金型2の空洞部1の形状は、狭管部6を両端に持ち中央部5が拡管されているツチノコ形状であり、且つ曲げ半径R、曲げ角度θの曲がりツチノコ形状をしている。
【0010】このような形状に予曲げ軸押し加工を行う場合、従来は図6に示したように、成形により得られる形状と同一の曲げ半径Rと曲げ角度θを持ち、狭管部6の半径とほぼ同一径の予曲げ金属管Pを成形金型2内にセットして軸押し加工を実施していた。即ち予曲げ金属管Pと最終形状の曲がりの中立軸は正確に一致していた。
【0011】軸押し加工の際には予曲げ金属管Pの内部に液圧をかけるが、予曲げ金属管Pはこの内圧により内部から外部方向に押される。その力Fは、F=内圧×表面積で表される。ところが予曲げ金属管Pの内側と外側では管の表面積が異なり外側の表面積の方が大きいので、それだけ予曲げ金属管P全体が外側に向かって押される。即ち、図6の予曲げ金属管Pは内圧により曲がり部の中央においてその法線方向に力Fを受けて、成形金型2の外側の内面7に近づく様に変形する。この結果、予曲げ金属管Pの外表面は軸押し加工のかなり早期に成形金型2の外側の内面7に接触し、それにより発生した摩擦力により接触部分のそれ以上の変形が阻止され、以後はより狭い部分で膨張変形を実行する事になる。これが予曲げ軸押し加工において予曲げ金属管Pが割れ易くなる一因である。
【0012】これに対して本発明では、図1に示す如く予曲げ金属管Pの曲げ半径R` を成形金型2の曲げ半径(成形により得られる形状の曲げ半径)Rより大きくし、予曲げ金属管Pの曲がりの中立軸O` を成形により得られる形状の曲がりの中立軸Oよりも曲率中心に近い内側に移動させて、成形金型2の内側の内面8に近くしてある。この状態から予曲げ金属管Pに内圧を付加すると、前記したと同様に予曲げ金属管Pは成形金型2の外側の内面7に近づく様に変形するので、予曲げ金属管Pの曲がりの中立軸O` を最初から内側に移動させてある分だけ予曲げ金属管Pが早期に成形金型2の外側の内面7に接触することを阻止できる。この結果、従来より長時間にわたり全体均一変形の時間を持つ事が可能となり、割れもそれだけ遅らせることができることとなる。
【0013】曲げ箇所が一個所であれば、曲げ角度θは変更できないが、図2に示す様な連続曲げ形状の場合には、曲げ角度θも小さくできる。図5では、曲げの連接点9において滑らかに曲率が変化する様に、成形金型曲げ半径R1およびR2より大きい予曲げ半径R1` およびR2, を採用し、且つ成形金型曲げ角度θ1およびθ2より狭い予曲げ角度θ1` およびθ2, を採用している。
【0014】図6の如く曲げの外側に膨出部を持つ形状への軸押し加工では、先の二例程は予曲げ形状改善の効果が見込めない。その理由は、成形金型2に膨出部があるために膨出変形による摩擦力がそれほど大きくならないので、予曲げ金属管Pの変形がロックされにくいからである。それでも内側への膨出に関しては効果が大きくなる。膨出のみの軸押し加工体系においては、曲げ半径Rを変更する代は存在しないが、径が小さ目の予曲げ金属管Pを用いる事により、曲げ半径や曲げ角度を調整する事も可能である。
【0015】図2はその例で、成形金型2の内径より小さい径の予曲げ金属管Pを用いて、可能な限り予曲げ半径R` を大きくしている。予曲げ金属管Pの径を小さくしすぎると、却って大きな膨張をしなければならないので、バランスを考えて設計する事が重要である。このバランスは、経験的には成形により得られる形状の曲がりの曲がり半径Rに対して、曲がり半径が1.05R以上、1.25R以下の範囲で確保できる。バランスは図3等の拡管型の軸押し体系においても同様に重要な検討項目である。
【0016】今迄は、予曲げ金属管Pの予曲げが正円弧である事を前提に説明してきたが、将来自由曲げ金属管が直接製造できれば、予曲げ金属管Pの予曲げ形状は正円弧に限る必要はない。また最終形状は勿論自由曲げ軸線を持っても良い。以下に、本発明の予曲げ軸押し加工法と従来の予曲げ軸押し加工法との加工性を比較した実施例を示す。
【0017】
【実施例】(実施例1)図1に示す加工体系により、本発明の予曲げ軸押し加工法を実施した。成形により得られる最終形状は、R100mm×θ90度の曲げ形状部が直径40.0mmの拡管部であり、その両端が直径35.0mmの直線狭管部である形状である。拡管部は、直管形状位置から既に始まっている。本発明による加工法で用いる金属管は、直径35.0mm×肉厚0.8mmの30K級炭素鋼管であり、R` 120mm×θ90度の予曲げ加工を施されている。R` >Rであるので鋼管の曲がりの中立軸は成形金型の空洞部の曲がりの中立軸よりも内側に偏る。この結果、従来加工法による場合には、材質が同一で曲がり軸線が成形金型のそれと一致する鋼管が最終形状を得る前に割れたのに比して、本発明の加工法によれば、鋼管が成形金型に良好に張り付いて、最終形状を精度良く得ることができた。
【0018】(実施例2)図2は、R1=100mm×θ1=40度の曲げ形状部とR2=80mm×θ2=50度の曲げ形状部とが直径60.0mmの拡管部において連接しており、その両端が直径56.0mmの直線狭管部である最終形状を得る為の軸押し加工体系である。拡管部は、直管形状位置から既に始まっている。本発明による加工法で用いる金属管は、直径56.0mm×肉厚1.2mmの30K級炭素鋼管であり、R1`=120mm×θ1’=36度およびR2’=100mm×θ2‘=42度の予曲げ加工を施されている。但し、連接点9において鋼管の軸線は成形金型のそれと一致する。R1` >R1およびR2’>R2であり、且つθ1‘<θ1およびθ2’<θ2であるので、鋼管の曲がりの中立軸は成形金型の曲がりの中立軸よりも内側に偏る。この結果、従来加工法にて用いる材質が同一で曲がり軸線が成形金型のそれと一致する鋼管が最終形状を得る前に割れたのに比して、本発明の加工法によれば、鋼管が成形金型に良好に張り付いて最終形状を精度良く得られた。
【0019】
【発明の効果】以上に説明した様に、本発明は予曲げの設計法を工夫することにより予曲げ加工により発生した歪状態をよりマイルドなものとし、且つその予曲げ形状が軸押し加工においてより全体的に歪みが分散する形状となるようにしたものであり、従来不可能であった曲がり形状を持つ拡管または膨出加工がローコストで可能となった。




 

 


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