JP2018051622A - バルジ成形装置及びバルジ成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金型の制作作業の簡略化を図るとともに、金型の磨耗を防止し、コストの低廉化を実現できるようにする。【解決手段】管体２０の周面に凸形状を成形するバルジ成形装置１０の金型を、外型３、第１の板材４、第２の板材５で構成した。管体２０を半径方向に拘束する外型３の内周面と管体２０との間に全面にわたって第１の板材４、第２の板材５を挟み込む。内側に位置する第２の板材５には、管体２０の周面に形成すべき凸形状に対応する形状の開口部を形成した。ウレタンゴム６を上方からプランジャ７で押圧することで、ウレタンゴム６が管体２０の内周面を外側に向かって押圧し、管体２０の周面における開口部５１に対向する部分が凸形状に変形する。【選択図】図３

Description

この発明は、金型に収納した管体の内部を加圧することで、管体の周面を金型に彫り込まれた凸形状に変形させるバルジ成形装置及びバルジ成形方法に関する。

管体の周面を所定の凸形状に変形させるための成形方法として、ウレタンバルジ成形が知られている。従来のウレタンバルジ成形は、内側面に所定の凹形状を彫り込んだ金型に管体を収納し、この管体の内部にウレタンゴムを挿入した後、ウレタンゴムを膨張させることで管体を金型に押し付け、金型に彫り込まれた凹形状に倣うように管体の周面を凸形状に変形させる。

金型は、内側面に放電加工又はＮＣ３次元加工機を用いた切削加工によって凹形状が彫り込まれる。また、金型は、管体の収納及び取り出しを考慮して管体の軸方向に直交する面内で複数に分割されている。

特開２００５−３１３１８７号公報

しかし、従来のバルジ成形では、金型の内側面に対する凹形状の彫り込みに、放電加工や切削加工を用いていたため、金型の制作作業が長時間化する。また、成形後の管体の真円度を高めるために金型を多数に分割すると、管体の周面に形成すべき図柄に対応した凹形状を複数の金型の内側面に跨がって形成する必要が生じる場合がある。この場合には、隣り合う金型の間の合わせ目が管体の図柄に現れないように、複数の金型を高い寸法精度で制作しなければならない。さらに、成形作業の繰り返しによって凹形状が磨耗すると、金型全体を交換する必要か生じる。これらによってバルジ成形のコストが高騰する。

このような問題は、ウレタンゴムを用いたウレタンバルジ成形のみならず、変形時の体積変化が小さい低圧縮性又は非圧縮性の流動体を用いたハイドロフォーミングを含む全てのバルジ成形に生じる。

この発明の目的は、凸形状が形成される管体の外側面とこの管体を半径方向に拘束する複数の外型の内側面との間に介在する板材の内型とで金型を構成することで、金型の製作作業の簡略化を図るとともに、金型の磨耗を防止し、コストの低廉化を実現できるバルジ成形装置及びバルジ成形方法を提供することにある。

この発明のバルジ成形装置は、複数の外型、内型、加圧機構を備えている。複数の外型は、管体の外周部を周方向に沿って複数に分割したそれぞれの領域で、管体の半径方向に沿って互いに接近及び離間する方向に往復自在に配置されている。内型は、少なくとも１枚の金属平板を素材として、外型の内周面と管体の外周面との間に配置される。外型は、内型を挟んで管体を半径方向に拘束する。加圧機構は、内型内に配置された管体の内部を加圧する。

この発明のバルジ成形方法は、管体の外周部を周方向に沿って複数に分割したそれぞれの領域で、管体の半径方向に沿って互いに接近及び離間する方向に往復自在に配置される複数の外型と、少なくとも一枚の金属平板を素材として、外型の内周面と管体の外周面との間の一部に配置される内型と、内型内に配置された管体の内部を加圧する加圧機構と、を準備し、管体と外型との間の一部に内型を介在させた状態で、加圧機構によって管体の内側を加圧する。

管体と外型との間の一部に内型を介在させた状態で、加圧機構によって管体の内側を加圧すると、管体の外周面における内型が存在しない部分が外側に膨張し、凸形状が形成れる。内型は、少なくとも一枚の金属平板を素材とするため、管体に形成すべき凸形状に応じた凹形状が容易に形成される。

この構成において、加圧機構は、変形時の体積変化が小さい低圧縮性又は非圧縮性の流動体又は柔軟材料の加圧部材と、加圧部材を管体の軸方向に押圧する押圧部材と、管体の軸方向の第１の端部を閉塞する閉塞部材と、で構成することができる。

閉塞部材によって第１の端部を閉塞した管体の内部に第２の端部から加圧部材を挿入した後に、押圧部材によって加圧部材を管体の軸方向に押圧することで、管体の内部を半径方向に加圧することができる。

内型は、管体に形成すべき凸形状に応じた凹形状の開口部を有する金属平板とすることができる。

管体に形成すべき凸形状に応じた金型を容易に低コストで製作することができ、外型の磨耗を防止できるとともに、内型の磨耗時の交換作業も容易になる。

金属平板を素材として、複数の外型の内周面と管体の外周面との間に全周にわたって厚さ方向に密着させて配置される２枚以上の内型を備え、２枚以上の内型のうち少なくとも最も内側に位置する内型を、管体に形成すべき凸形状に応じた形状の開口部を有するものとすることができる。

２枚以上の内型に開口部を形成することにより、管体の周面に階段状の凸形状を形成することができる。また、２枚以上の内型のうち最も外側に位置する内型に開口部を形成しないことにより、加圧部材の加圧によって変形した管体の外周面が外型に直接接触することがなく、外型に磨耗を生じることがない。

この発明によれば、金型の制作作業の簡略化を実現できるとともに、金型の磨耗を防止し、コストの低廉化を実現できる。

この発明の実施形態に係るバルジ成形装置の断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、同バルジ成形装置の第２の板材の外観図、及び同バルジ成形装置で成形される管体の外観図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の実施形態に係るバルジ成形方法を示す断面図である。 この発明の別の実施形態に係るバルジ成形装置の第１及び第２の板材の外観図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、この発明のさらに別の実施形態に係るバルジ成形装置の第２の板材の外観図である。 この発明の実施形態に係るバルジ成形装置において一体型のウレタンを用いた加圧部材の変形状態を示す断面図である。 この発明の実施形態に係るバルジ成形装置において分割型のウレタンを用いた加圧部材の変形状態を示す断面図である。

以下に、この発明の実施形態に係るバルジ成形装置及びバルジ成形方法について図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、この発明の実施形態に係るバルジ成形装置１０は、ベース１、駆動部材２、外型３、第１の板材４、第２の板材５、ウレタンゴム６、プランジャ７、リング８を備え、ウレタンバルジ成形によって管体２０の周面に凸形状を成形する。

ベース１は、一例として円盤状を呈し、中央部に第１の凸部１１、第２の凸部１２、孔部１３が同心円状に形成されており、外側部の周方向における等間隔の４カ所（図１では２カ所のみが現れる。）に雌ネジ部１４が形成されている。第１の凸部１１及び第２の凸部１２は、ベース１の上面から上方に突出している。

孔部１３には、プランジャ７の軸部７３の下端部が上方から貫通する。孔部１３の下方に露出した軸部７３の下端面には、ワッシャ１６を介して固定ネジ１５が螺合する。ワッシャ１６は、孔部１３の下縁部に当接してプランジャ７の上限位置を規定する。雌ネジ部１４には、ボルト２１が螺合する。第２の凸部１２は、この発明の閉塞部材であり、管体２０の内径に等しい外径を有し、管体２０の第２の端部である下端部が外嵌して閉塞される。

駆動部材２は、一例として内周面が截頭円錐形状を呈する筒状体であり、下端部に形成されたフランジ２２の周方向における等間隔の４カ所（図１では２カ所のみが現れる。）に貫通孔２３が形成されている。ボルト２１は、貫通孔２３にネジ部を貫通させた後に、雌ネジ部１４に螺合する。駆動部材２は、ボルト２１によって平面内における移動を規制された状態で、ベース１上の所定範囲内を上下方向に移動自在にされている。

外型３は、それぞれが管体２０の外周部を一例として４分割に等分した領域に位置する全４個で構成されている。各外型３の外周面は、駆動部材２の内周面と同一の截頭円錐形状に形成されている。各外型３の内周面は、管体２０の外径よりも大きい内径の円筒形状に形成されている。各外型３は、底面をベース１の上面に接触しており、図示しないキーを介して管体２０の半径方向にのみ往復移動自在にされている。また、各外型３の底部には、第１の凸部１１が嵌合する段部３１が形成されている。

各外型３は、一例として互いの間に配置された図示しない弾性部材の弾性力により、互いに離間する方向に付勢されている。この弾性力により、各外型３は、ベース１上で外側に向けて付勢されている。各外型３の外周面が駆動部材２の内周面と同一の截頭円錐形状に形成されているため、駆動部材２を下降させると各外型３が管体２０の半径方向に沿って互いに接近するように移動し、駆動部材２を上昇させると各外型３が管体２０の半径方向に沿って互いに離間するように移動する。

なお、駆動部材２は、４個の外型３のそれぞれを個別に駆動するものであってもよい。また、駆動部材２は内側面を平面状の傾斜面で形成することもでき、この場合には、各外型３の外側面を駆動部材２の内側面に常時当接する平面状の傾斜面で形成する。さらに、駆動部材２は、管体２０の外周部を複数に等分した領域に位置する複数の部材とし、管体２０の半径方向に移動するように構成してもよい。

第１の板材４及び第２の板材５は、それぞれこの発明の内型に相当し、例えば板厚１ｍｍのＳＵＳ３０４を素材とする金属平板を円筒状に湾曲させたものである。第１の板材４及び第２の板材５は、第１の板材４を外側にして重ねた状態で外型３の内部に挿入される。一例として、第１の板材４は、外側面の全面を外型３の内周面に対向させる。第２の板材５は、一例として図２（Ａ）に示すように開口部５１を備えている。開口部５１は、図２（Ｂ）に示す管体２０の外周面に形成すべき凸形状２４に対応した形状にされている。

外型３の内径は、管体２０の外径に第１の板材４と第２の板材５との板厚の和の２倍を加えた大きさにされている。第１の板材４及び第２の板材５のそれぞれは、必ずしも１枚の金属平板で構成する必要はない。管体２０の周方向に沿って複数に分割することもできる。

ウレタンゴム６は、この発明の加圧部材に相当し、変形時の体積変化が小さい低圧縮性の柔軟材料であり、管体２０の内径に略一致する外径の円筒形状を呈している。

プランジャ７は、この発明の押圧部材であり、頭部７１、円盤部７２及び軸部７３を同心上に一体に配置して構成されている。円盤部７２の外径は、管体２０の内径よりも僅かに小さくされている。軸部７３の外径は、ウレタンゴム６の内径に略等しくされている。軸部７３には、下端面に露出したネジ穴が形成されている。ネジ穴には、固定ネジ１５が螺合する。プランジャ７は、ウレタンゴム６及び第２の凸部１２とともにこの発明の加圧機構を構成する。

プランジャ７は、ウレタンゴム６を確実に保持するために、上限位置をワッシャ１６で位置決めされる軸部７３を備えているが、ウレタンバルジ加工中にウレタンゴム６の変位を確実に規制できることを条件に、軸部７３を省略できる。

リング８は、環状を呈し、外型３の上部に形成された凹部３５に嵌入する。各外型３の内周面は、上部におけるリング８との当接と下部における第１の凸部１１との当接により、管体２０の軸方向の全長にわたって真円に維持される。外型３の真円度を確実に維持できることを条件に、リング８を第１の凸部１１とともに省略することもできる。

図３に示すように、この発明のバルジ成形方法は、バルジ成形装置１０を用いて実施することができる。まず、駆動部材２を上方に位置させて各外型３を互いに離間させる。このとき、第１の板材４及び第２の板材５は、第１の板材４を外側にして重ねた状態で、各外型３の内部に収納されている（図３（Ａ））。

次いで、ウレタンゴム６が内部に挿入された管体２０を第２の板材５の内部に挿入する（図３（Ｂ））。ウレタンゴム６には、プランジャ７の軸部７３が貫通している。

この状態から、駆動部材２を下降させて各外型３を互いに接近させ、第１の板材４及び第２の板材５を介して管体２０を半径方向に沿って内向きに押圧し、管体２０を半径方向に拘束する。この後、頭部７１を介してプランジャ７を下降させ、円盤部７２を介してウレタンゴム６の第１の端部である上端部を上方から軸方向に沿って押圧する（図３（Ｃ））。ウレタンゴム６は、低圧縮性の柔軟材料であるため、管体２０の内周面を外側に向けて押圧する。

第２の板材５に開口部５１が形成されている場合、管体２０の周面における開口部５１に対向する部分は、第１の板材４の内側面に当接する位置を最大位置として開口部５１内を外側に向かって通過し、それ以外の部分は、第２の板材５の内側面との当接によって真円に成形される。これによって、管体２０の周面には開口部５１の形状に応じた凸形状が形成される。

図４に示すように、第１の板材４における開口部５１に対向する部分内に、開口部５１より小さい開口部４１を形成することにより、管体２０の周面に開口部５１及び開口部４１の形状に応じた２段の凸形状を形成することができる。

管体２０の周面に凸形状を形成する場合、従来のバルジ加工では金型の内周面に放電加工や切削加工によって凸形状に対応する凹形状を形成する必要があり、金型の製作費が高騰するだけでなく、バルジ加工の繰り返しによって凹形状に磨耗による変形を生じ、定期的な金型の交換が必要となる。これに対して、この発明のバルジ成形装置及びバルジ成形方法では、管体２０の周面に形成すべき凸形状に対応した形状の開口部を金属平板に形成するだけでよく、制作費か低廉で、金型の交換も不要になる。

なお、この発明の内型は、第１の板材４及び第２の板材５の２枚の金属平板で構成するものに限らず、３枚以上の金属平板で構成することもできる。この場合に、最も外側に位置する板材に開口部を形成せず、管体２０の外周面と外型３の内周面との間に全面にわたって介在させることにより、バルジ加工を繰り返した場合にも外型３に管体２０との当接による磨耗を生じることがなく、外型３の交換が不要になる。

また、管体２０を真円度の高い円筒形状に成形するためにバルジ加工を用いる場合には、開口部の無い１枚の板材のみを使用することで、バルジ加工を繰り返した場合にも外型３に管体２０との当接による磨耗を生じることがなく、外型３の交換が不要になる。

第１の板材４及び第２の板材５は、必ずしも管体２０の外周面と外型３の内周面との間に全周にわたって配置する必要はない。例えば、管体２０の周面に軸方向における全長にわたって凸形状を形成する場合は、図５（Ａ）に示すように、少なくとも第２の板材５の周方向の一部は軸方向の全長にわたって不要となる。また、管体２０の周面における軸方向の一部に全周にわたって凸形状を形成する場合は、図５（Ｂ）に示すように、少なくとも第２の板材５の軸方向の一部は全周にわたって不要となり、第２の板材５は軸方向の中間部に間隔を設けて上下に配置される２枚の金属平板で構成することになる。

図６に示すように、一般的なウレタンバルジ成形と同様に、全体が一体のウレタンゴム６を用いた場合、プランジャ７によって軸方向に押圧すると、ウレタンゴム６の軸方向の中央部が上下端部よりも外側に拡がろうとする。このため、管体２０の内周面に作用する半径方向の押圧力は、管体２０の軸方向における中央部で大きく、上下端部で小さくなる。

管体２０の軸方向について管体２０の内周面に作用する半径方向の押圧力に大きな差を生じると、開口部５１の上下端に対向する位置では管体２０の内周面を半径方向の外側に向けて十分に押圧することができず、管体２０の外周面に形成すべき凸形状の端部に鈍りを生じる。凸形状の端部の鈍りは、外型３に凹部を形成して管体２０の外周面に深い凸形状を形成する場合には差程大きな問題とならないが、開口部５１を形成した板材５（開口部４１を形成した板材４を含む。）を用いて管体２０の外周面に薄肉の凸形状を形成する場合には仕上がりの劣化として大きな問題となる。この問題は、管体２０の外周面に形成すべき凸形状２４が上下方向に長い場合に特に顕著になる。

そこで、出願人は、図７に示すように、管体２０の軸方向に沿って一例として６個の部分に分割したウレタンゴム６１を用いることで、プランジャ７によって軸方向に押圧した際に、ウレタンゴム６１の半径方向の拡がりを軸方向の中央部と上下端部とで略一定にできることを見出した。この構成により、管体２０の内周面に作用する半径方向の押圧力が管体２０の軸方向の全域にわたって略均一になり、開口部５１を形成した板材５（開口部４１を形成した板材４を含む。）を用いて管体２０の外周面に上下方向に長い薄肉の凸形状を形成する場合にも、凸形状の端部における鈍りの発生を緩和でき、凸形状の仕上がりを向上できる。

なお、ウレタンゴム６１の分割数は、使用する素材の硬度や管体２０の素材や板厚、並びに管体２０の外周面に形成すべき凸形状等の条件に応じて、適宜選択できる。また、ウレタンゴム６１は、部分的に硬度を変化させることもできる。例えば、上下端に位置する部分の硬度をその他の部分より高くすることで、角部の破損を防止することができる。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

例えば、この発明の加圧機構を構成する加圧部材として、上記の実施形態ではウレタンゴム６を使用したが、ハイドロフォーミンクを含むバルジ加工に一般的に使用される非圧縮性又は低圧縮性の流動体又は柔軟材料を同様に用いることができる。

１−ベース
２−駆動部材
３−外型
４−第１の板材（内型）
５−第２の板材（内型）
６−ウレタンゴム（加圧部材）
７−プランジャ（押圧部材）
１０−バルジ成形装置
１２−第２の凸部（閉塞部材）
２０−管体

Claims (7)

1. 管体の外周部を周方向に沿って複数に分割したそれぞれの領域で、前記管体の半径方向に沿って互いに接近及び離間する方向に往復自在に配置された複数の外型と、
   少なくとも１枚の金属平板を素材として、前記複数の外型の内周面と前記管体の外周面との間に配置される内型と、
   前記内型内に配置された前記管体の内部を加圧する加圧機構と、
   を備え、前記複数の外型は、前記内型を挟んで前記管体を半径方向に拘束するバルジ成形装置。
2. 前記加圧機構は、前記管体の内部に挿入される低圧縮性の流動体又は柔軟材料の加圧部材と、前記加圧部材を前記管体の第１の端部側から軸方向に沿って押圧する押圧部材と、前記管体の軸方向の第２の端部を閉塞する閉塞部材と、で構成される請求項１に記載のバルジ成形装置。
3. 前記加圧部材は、前記管体の内部に挿入される円柱形状を呈し、前記軸方向に沿って複数の部分に分割して構成されたウレタンゴムである請求項２に記載のバルジ成形装置。
4. 金属平板を素材として、前記複数の外型の内周面と前記管体の外周面との間に全周にわたって厚さ方向に密着させて配置される１枚の前記内型を備え、前記内型は、前記管体に形成すべき凸形状に応じた形状の開口部を有する請求項１乃至３の何れかに記載のバルジ成形装置。
5. 金属平板を素材として、前記複数の外型の内周面と前記管体の外周面との間に全周にわたって厚さ方向に密着させて配置される２枚以上の前記内型を備え、前記２枚以上の内型のうち少なくとも最も内側に位置する内型は、前記管体に形成すべき凸形状に応じた形状の開口部を有する請求項１乃至３の何れかに記載のバルジ成形装置。
6. 管体の外周部を周方向に沿って複数に分割したそれぞれの領域で、前記管体の半径方向に沿って互いに接近及び離間する方向に往復自在に配置される複数の外型と、少なくとも一枚の金属平板を素材として、前記複数の外型の内周面と前記管体の外周面との間の一部に配置される内型と、前記内型内に配置された前記管体の内部を加圧する加圧機構と、を準備し、
   前記複数の外型によって前記内型を挟んで前記管体を半径方向に拘束した状態で、前記加圧機構によって前記管体の内側を加圧するバルジ成形方法。
7. 管体の外周部を周方向に沿って複数に分割したそれぞれの領域で、前記管体の半径方向に沿って互いに接近及び離間する方向に往復自在に配置される複数の外型と、
   少なくとも一枚の金属平板を素材として、前記複数の外型の内周面と前記管体の外周面との間の一部に配置される内型と、
   前記内型内に配置された前記管体内に挿入される円柱状のウレタンであって前記管体の軸方向に沿って複数に分割されたウレタン、前記ウレタンを前記管体の第１の端部側から前記軸方向に沿って押圧する押圧部材、及び前記管体の第２の端部側を閉塞する閉塞部材からなる加圧機構と、を準備し、
   前記管体の内部に前記ウレタンを挿入し、前記複数の外型によって前記内型を挟んで前記管体を半径方向に拘束し、前記閉塞部材によって前記管体の第２の端部側を閉塞し、前記押圧部材によって前記管体の第１の端部側から前記ウレタンを前記軸方向に沿って押圧することによって前記管体の内側を加圧するバルジ成形方法。

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