JP5530168B2

JP5530168B2 - パイプ部材の成形方法

Info

Publication number: JP5530168B2
Application number: JP2009289982A
Authority: JP
Inventors: 幹夫森永; 雅彦山中; 豊多田; 浩一佐藤; 正昭水村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2029-12-22
Also published as: JP2011131219A

Description

本発明は、例えば自動車のステアリングハンガービームなどのように大径部、小径部や曲部などから構成されるパイプ部材の成形方法に関する。

自動車の幅方向に横架されてインストルメントパネルをボディに取り付けるための部材であるステアリングハンガービームは、ドライバー（運転者席）側の剛性がアシスタント（助手席）側の剛性よりも高いものが要求される。このため、外径を拘束された金属製パイプの内側にこれと略同径の金属製パイプを縮径しつつ圧入することで多重管構造部分を一体的に形成したステアリングハンガービームが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、剛性が必要とされる部位に補強用の金具を溶接で組み込んだステアリングハンガービームが知られている。

特許第３８６５６２６号公報

しかし、特許文献１に記載の技術においては、剛性が要求される部分に必要な剛性を持たせることができるものの、外径を拘束された金属製パイプの内側にこれと略同径の金属製パイプを縮径しつつ圧入して二重管部を形成するため、大きな駆動力を必要とする。また、補強用の金具を溶接で組み込む場合には、必要な剛性を確保できるものの、重量増、溶接方向指定などによる設計制限、溶接工数増、部品点数増や溶接熱歪発生などの問題が発生する。

本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、軽量化、加工工数と部品点数の削減や曲げ精度の安定化などが図れるパイプ部材の成形方法を提供しようとするものである。

上記課題を解決すべく請求項１に係る発明は、板厚減少率を３０％以下に保ち拡径加工や曲げ加工を施して所望な形状に成形するパイプ部材の成形方法であって、前記拡径加工が、押し拡げポンチを用いる押し拡げ拡径加工工程と、この押し拡げ拡径加工工程で拡径されたパイプ内に液圧をかけながらパイプ軸方向を圧縮して拡径加工するハイドロフォーム工程からなるものである。

前記パイプ部材を、自動車の幅方向に横架されてインストルメントパネルをボディに取り付けるためのステアリングハンガービームとすることができる。

また、前記ステアリングハンガービームをドライバー側端部、ドライバー側、中央部ドライバー側、中央部アシスタント側、アシスタント側、アシスタント側端部から構成し、ドライバー側端部は押し拡げ拡径後にハイドロフォームによる拡径、ドライバー側は押し拡げ拡径、中央部ドライバー側は押し拡げ拡径後にプレス又はベンダー曲げして更にハイドロフォームによる拡径修正、中央部アシスタント側は押し拡げ拡径後にプレス又はベンダー曲げして更にハイドロフォームによる拡径修正、アシスタント側は加工なし、アシスタント側端部はハイドロフォームによる拡径で夫々成形することができる。

請求項４に係る発明は、パイプの板厚減少率を３０％以下に保ち拡径加工を施して所望な形状に成形するパイプ部材の成形方法であって、前記拡径加工が、パイプ内に液圧をかけながらパイプ軸方向を圧縮して拡径加工するハイドロフォーム工程からなり、前記パイプ部材が、自動車の幅方向に横架されてインストルメントパネルをボディに取り付けるためのステアリングハンガービームである。

本発明によれば、パイプ部材の板厚減少率を３０％以下に保ちパイプ部材を拡径することができるので、重量や部品点数を増やすことなく必要とされる剛性を確保することができる。また、押し拡げポンチを用いる押し拡げ拡径加工や曲げ加工を施した後で、パイプ部材全体にハイドロフォームによる内圧拡径、修正成形や修正拡径などの加工を施すので、パイプ部材全体に加工硬化が生じ、パイプ部材全体の強度アップを図ることができる。

また、パイプ部材がステアリングハンガービームであれば、ドライバー（運転者席）側の剛性とアシスタント（助手席）側の剛性を所望な剛性にして成形することができる。

ステアリングハンガービームが、曲げ加工を必要としない直線的なパイプ構造体の場合には、曲げ加工を必要とせずハイドロフォームで要求される強度と剛性を満足させることができる。また、補強金具の取付作業や溶接作業などが不要となるので工数の低減が図れると共に、部品点数の削減と重量の低減が可能になる。

本発明に係るパイプ部材の成形方法が適用されて成形されたステアリングハンガービームの外観図押し拡げ拡径加工の説明図ハイドロフォームの原理説明図ドライバー側端部の成形の説明図で、（ａ）は押し拡げ拡径加工、（ｂ）はハイドロフォームアシスタント側端部の成形の説明図で、（ａ）は押し拡げ拡径加工、（ｂ）はハイドロフォーム本発明に係るパイプ部材の成形方法が適用されて成形された他のステアリングハンガービームの説明図で、（ａ）は外観図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面拡大矢視図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面拡大矢視図、（ｄ）はＣ−Ｃ線断面拡大矢視図

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。本発明に係るパイプ部材の成形方法が適用されて成形されたステアリングハンガービーム１は、図１に示すように、ドライバー側端部２、ドライバー側３、中央部ドライバー側４、中央部アシスタント側５、アシスタント側６、アシスタント側端部７から構成されている。

ステアリングハンガービーム１は、外径がＡ（例えば、４２．７ｍｍ）で板厚がＢ（例えば、１．４ｍｍ）のパイプ（鋼管）に拡径加工や曲げ加工を施すことにより所望な形状に成形される。拡径加工としては、押し拡げポンチを用いる押し拡げ拡径加工（押し拡げ拡径加工工程）と、この押し拡げ拡径加工で拡径されたパイプ内に液圧をかけながらパイプ軸方向を圧縮して拡径加工するハイドロフォーム（ハイドロフォーム工程）が用いられる。

押し拡げ拡径加工には、図２に示すように、一対のクランプ型からなる成形型１０と、先端が略円錐形状の前記押し拡げポンチ１１を使用する。成形型１０にはパイプ１２を拡径するためのキャビティ１０ａが形成されている。

成形型１０を用いて成形するには、先ず成形型１０内にパイプ１２を挿入し、成形型１０を構成するクランプ型を閉じる。次いで、押し拡げポンチ１１をパイプ１２内に圧入してキャビティ１０ａと押し拡げポンチ１１の形状によりパイプ１２を拡径する。

ハイドロフォームとは、図３に示すように、上型１３ａと下型１３ｂからなるハイドロフォーム金型１３にセットしたパイプ１２内に液体（例えば、水）１４を充填し、内圧をかけてパイプ１２を膨らませると同時に、パイプ１２を油圧シリンダなどの工具１５で長さ方向に圧縮する（軸押し）技術で、成形後のパイプ１２は短くなるが、板厚がほとんど変わらないため、プレスよりも大きな変形が可能で、パイプ１２を複雑な形状に成形することができる技術である。

ドライバー側端部２の成形は、図４（ａ）に示すように、先ず成形型１０内にパイプ１２を挿入し、成形型１０を構成するクランプ型を閉じる。次いで、パイプ１２の端部内に押し拡げポンチ１１を圧入して押し拡げ拡径する（外径４２．７ｍｍから外形６０．５ｍｍ）。

次いで、図４（ｂ）に示すように、押し拡げポンチ１１の圧入により拡径したパイプ１２の端部をハイドロフォーム金型１３にセットし、ハイドロフォームポンチ１５をパイプ１２に押し当て加圧時のシールを行う。次いで、液体１４をパイプ１２内に充填し、押し拡げポンチ１１により拡径したパイプ１２の端部をハイドロフォームポンチ１５による軸押しと液体１４による内圧で拡径する（外径６０．５ｍｍから外形８０ｍｍ）。以上でドライバー側端部２が成形される。

このように、押し拡げポンチ１１による押し拡げ拡径後に、ドライバー側端部２のみの成形を行うため、加工加圧の削減と拡径時間の削減が図れる。更に、加圧力削減により、ハイドロフォーム設備の簡素化が図れる。

ドライバー側３の成形は、成形型１０を用いてドライバー側端部２を押し拡げ拡径する時に、押し拡げポンチ１１を更にパイプ１２内に圧入して押し拡げ拡径する（外径４２．７ｍｍから外形６０．５ｍｍ）ことにより行われる。

また、中央部ドライバー側４の成形は、ドライバー側端部２の成形と同様に、先ず成形型１０内にパイプ１２を挿入し、成形型１０を構成するクランプ型を閉じる。次いで、曲げ加工で不足する断面周長を予めみ込んでパイプ１２内に押し拡げポンチ１１を圧入して押し拡げ拡径する（外径４２．７ｍｍから外形５２ｍｍ）。

次いで、押し拡げポンチ１１の圧入により拡径したパイプ１２の２箇所４ａ，４ｂをプレス曲げ加工する。更に、プレス若しくはベンダー曲げ加工しパイプ１２をハイドロフォーム金型１３にセットし、液体１４をプレス若しくはベンダー曲げ加工しパイプ１２内に充填して、液体１４による内圧で押し拡げポンチ１１を用いた押し拡げ拡径やプレス若しくはベンダー曲げ加工などによる変形部位の修正成形を行う。以上で中央部ドライバー側４が成形される。

中央部アシスタント側５の成形も、ドライバー側端部２の成形と同様に、先ず成形型１０内にパイプ１２を挿入し、成形型１０を構成するクランプ型を閉じる。次いで、曲げ加工で不足する断面周長を予めみ込んでパイプ１２内に押し拡げポンチ１１を圧入して押し拡げ拡径する（外径４２．７ｍｍから外形４５ｍｍ）。

次いで、押し拡げポンチ１１の圧入により拡径したパイプ１２の２箇所５ａ，５ｂをプレス若しくはベンダー曲げ加工する。更に、プレス若しくはベンダー曲げ加工しパイプ１２をハイドロフォーム金型１３にセットし、液体１４をプレス若しくはベンダー曲げ加工しパイプ１２内に充填して、液体１４による内圧で押し拡げポンチ１１を用いた押し拡げ拡径やプレス若しくはベンダー曲げ加工などによる変形部位の修正成形を行う。以上で中央部アシスタント側５が成形される。

このように、中央部ドライバー側４及び中央部アシスタント側５の成形において、押し拡げポンチ１１を用いた押し拡げ拡径とプレス若しくはベンダー曲げ加工後に、押し拡げ拡径とプレス若しくはベンダー曲げ加工による変形部位に対してハイドロフォームによる内圧修正成形を行うので、延びの限界値に近づいていても亀裂が発生せず必要な形状を確保することができる。

アシスタント側６の成形は、特に行われず、アシスタント側６はパイプ（外径４２．７ｍｍ、板厚１．４ｍｍ）１２のままである。

アシスタント側端部７の成形は、図５（ａ）に示すように、先ずパイプ１２の端部をハイドロフォーム金型１３にセットし、ハイドロフォームに用いる軸押し用の油圧シリンダ（不図示）の先端に押し拡げポンチ１１を取り付け、ハイドロフォーム前に押し拡げポンチ１１をパイプ１２の端部に圧入して押し拡げ拡径する（外径４２．７ｍｍから外形６０．５ｍｍ）ことにより行われる。

次いで、図５（ｂ）に示すように、押し拡げポンチ１１の圧入により拡径したパイプ１２の端部を、押し拡げポンチ１１のテーパ部分１１ａでパイプ１２をハイドロフォーム金型１３に押し当て加圧時のシールを行う。次いで、液体１４をパイプ１２内に充填し、液体１４による内圧で押し拡げポンチ１１を用いた押し拡げ拡径による変形部位の修正成形を行う。以上でアシスタント側端部７が成形される。

このように、軸押し用の油圧シリンダに取り付けた押し拡げポンチ１１による押し拡げ拡径後に、押し拡げポンチ１１のテーパ部分１１ａでパイプ１２をハイドロフォーム金型１３に押し当て加圧時のシールを行って液体１４を充填するため、押し拡げポンチ１１が占める体積に相当する空間へ液体１４を充填する必要がないので、液体１４の削減と液体充填時間の短縮が図れる。

以上のように、ステアリングハンガービーム１を構成するドライバー側端部２、ドライバー側３、中央部ドライバー側４、中央部アシスタント側５、アシスタント側６、アシスタント側端部７の各成形が、押し拡げポンチ１１を用いる押し拡げ拡径加工工程と、この押し拡げ拡径加工工程で拡径されたパイプ１２内に液圧をかけてパイプ１２の内圧拡径、修正成形や修正拡径などを行うハイドロフォーム工程との組み合わせによって行われるので、ステアリングハンガービーム１の生産性が向上する。

また、パイプ１２に押し拡げポンチを用いる押し拡げ拡径加工やプレス若しくはベンダー曲げ加工を施した後で、パイプ１２全体にハイドロフォームによる内圧拡径、修正成形や修正拡径などの加工を施すので、パイプ１２全体に加工硬化が生じ、パイプ１２全体の強度アップを図ることができる。

次に、図６（ａ）に示すように、取り付けられる部位の空間に余裕がある場合のステアリングハンガービーム２１は、曲げ加工を必要としない直線的なパイプ構造体になる。このようなステアリングハンガービーム２１には、先ず過剰な仕様にならない外径と板厚を備えたパイプを選定し、要求される強度と剛性に対してパイプ形状のままでは満足しない部位の最適断面形状を見付け出す。

次いで、上述したハイドロフォーム（ハイドロフォーム工程）を適用することにより、パイプの各部位２１ａ，２１ｂ，２１ｃが、図６（ｂ）〜（ｄ）に示すように、最適断面形状に成形され、所望のステアリングハンガービーム２１が作製される。

このようなハイドロフォーム（ハイドロフォーム工程）を適用することにより、従来の技術では必要とされた補強金具の取付作業や溶接作業などが不要となるので工数の低減が図れると共に、部品点数の削減と重量の低減が可能になる。

本発明によれば、パイプ部材の板厚減少率を３０％以下に保ちパイプ部材を拡径／修正拡径することができるので、重量や部品点数を増やすことなく必要とされる剛性を確保することができるパイプ部材の成形方法を提供することができる。特に、ステアリングハンガービームに適用すれば、ドライバー（運転者席）側の剛性とアシスタント（助手席）側の剛性を所望な剛性にして成形することができる。

１，２１…ステアリングハンガービーム、２…ドライバー側端部、３…ドライバー側、４…中央部ドライバー側、５…中央部アシスタント側、６…アシスタント側、７…アシスタント側端部、１０…成形型、１１…押し拡げポンチ、１２…パイプ、１３…ハイドロフォーム金型、１４…液体。

Claims

パイプの板厚減少率を３０％以下に保ち拡径加工や曲げ加工を施して所望な形状に成形するパイプ部材の成形方法であって、前記パイプ部材は自動車の幅方向に横架されてインストルメントパネルをボディに取り付けるためのステアリングハンガービームであり、前記拡径加工が、押し拡げポンチを用いる押し拡げ拡径加工工程と、この押し拡げ拡径加工工程で拡径されたパイプ内に液圧をかけながらパイプ軸方向を圧縮して拡径加工するハイドロフォーム工程からなり、前記ステアリングハンガービームはドライバー側端部、ドライバー側、中央部ドライバー側、中央部アシスタント側、アシスタント側、アシスタント側端部から構成され、ドライバー側端部は押し拡げ拡径後にハイドロフォームによる拡径、ドライバー側は押し拡げ拡径、中央部ドライバー側は押し拡げ拡径後にプレス若しくはベンダー曲げして更にハイドロフォームによる拡径修正、中央部アシスタント側は押し拡げ拡径後にプレス曲げして更にハイドロフォームによる拡径修正、アシスタント側は加工なし、アシスタント側端部はハイドロフォームによる拡径で夫々成形されることを特徴とするパイプ部材の成形方法。