JP6665643B2 - 拡径管部品の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、拡径管部品の製造方法および製造装置に関する。

一般的に、自動車や自動二輪車の排気系部品には、拡管加工（口広げ加工）された部品が使用されている。これらは、溶接レス、コスト低減の観点から、一体成形とすることが望まれている。

一方で、例えば、金属管の端部に偏心かつ拡径させた先端部を有する等、特殊な形状が要請されている。

特殊な形状の拡管加工された部品として、所定の径を有する一般部と、筒体の先端に形成されるとともにこの一般部に対して所定の大きさに拡径され、一般部の軸方向に対して所定の交差角で偏心する軸方向を有する拡径部と、一般部と拡径部との間に形成されるとともに一般部から先端部に向かって所定の傾斜角に拡径する変化部とを軸方向へ並んで有する拡径管部品がある。

金属管に特殊な形状を加工する方法としては、特許文献１〜３に開示されるように、バルジ成形（ハイドロフォーミング）を行う成形方法が提案されている。

また、特許文献４〜６に開示されるように、回転する成形型に、管状の素材を加工ローラやへらで押し付けて成形する塑性加工の一手法であるスピニング加工が提案されている。

特開２０００−２２５４２２号公報 特開２００４−２６８０９６号公報 特開２０００−０４５７６７号公報 特開２０００−１９００３８号公報 特開２００３−０１０９３５号公報 特開２００９−０１８３４２号公報

しかし、バルジ成形やスピニング加工では、加工装置が大きく高価であることに加え、サイクルタイムが長く、生産性が低いとともに、端部の加工度が大きい成形品の場合には成形品の肉厚にばらつきが生じ、割れやしわなどが発生しやすいという課題がある。特に、高強度の素材や溶接管に対する加工では、端部の加工度が大きい成形品をバルジ成形やスピニング加工で製造することは困難である。

このような状況から、端部加工度が大きい拡径管部品を、低コスト、低タクトタイムで生産性が高く製造できる製造方法および製造装置が求められている。

本発明の目的は、上記拡径管部品の製造方法および製造装置を提供することにある。

本発明は以下に列記のとおりである。

（１）金属製の素材である筒体に加工を行って、所定の径を有する一般部と、前記筒体の先端に形成されるとともに前記一般部に対して所定の大きさに拡径され、前記一般部の軸方向に対して所定の交差角で偏心する軸方向を有する拡径部と、前記一般部と前記拡径部との間に形成されるとともに前記一般部から前記拡径部に向かって所定の傾斜角に拡径する変化部とを軸方向へ並んで有する拡径管部品を製造する方法であって、
同心拡管パンチを、前記筒体の軸方向へ押し込んで前記筒体に同心拡管加工を行うことにより、第１の中間成形品を製造する少なくとも一つの同心拡管工程と、
前記変化部の内面形状と合致する外面形状を有する偏心拡管パンチを、前記変化部の外面形状と合致する内面形状を有する金型に設置された前記第１の中間成形品における前記同心拡管加工が行われた部分の軸方向へ押し込んで前記第１の中間成形品に偏心拡管加工を行うことにより、前記変化部の形状を有するとともに最終製品である拡径管部品よりも端部が拡管されている第２の中間成形品を製造する偏心拡管工程と、
前記拡径部の外面形状と合致する内面形状を有する縮径パンチを、前記第２の中間成形品の前記端部の外側に押し込んで前記第２の中間成形品の前記端部に縮径加工（口絞り加工）を行う縮径加工工程と
を含むことを特徴とする拡径管部品の製造方法。

（２）前記縮径パンチは、前記第２の中間成形品の軸方向へ、前記第２の中間成形品の前記端部の外側から押し込むことにより、縮径加工することを特徴とする（１）項に記載された拡径管部品の製造方法。

（３）前記同心拡管工程は、前記変化部の前記傾斜角よりもパンチ半角が大きいとともに、前記筒体の内径よりも大きく、前記変化部の内径よりも小さい外径を有する同心拡管パンチを前記筒体の軸方向へ押し込むことにより、前記筒体を拡管率２５％以下で同心拡管加工することを特徴とする（１）項または（２）項に記載された拡径管部品の製造方法。

本発明において「拡管率」とは、各工程における拡管加工前の拡管部の外径を基準にした拡大率をいう。すなわち、拡管率は、｛（各工程における拡管加工後の拡管部の外径−各工程における拡管加工前の拡管部の外径）／各工程における拡管加工前の拡管部の外径｝×１００（％）として求められる。

もしくは、各工程における拡管加工前の拡管部の外径をｄ_０とし、各工程における拡管加工後の拡管部の外径ｄ_１とした場合に、拡管率＝{(ｄ_１−ｄ_０)／ｄ_０}×１００（％）である。

なお、同心拡管工程は、少なくとも一つ有すればよいが、最終製品の形状によっては、複数工程とすることもできる。例えば、同心拡管工程を三段階に分けて加工する場合は、下記のように成形することができる。

（１）〜（３）項のいずれかに記載の拡径管部品の製造方法において、同心拡管工程が、第１の同心拡管工程、第２の同心拡管工程、第３の同心拡管工程からなる。

第１の同心拡管工程は、前記変化部の前記傾斜角よりもパンチ半角が大きいとともに前記筒体の内径よりも大きく、前記変化部の内径よりも小さい外径を有する第１の同心拡管パンチを前記筒体の軸方向へ押し込むことにより、前記筒体を拡管率２５％以下で拡管加工して、第１ａの中間成形品を製造する。

第２の同心拡管工程は、前記傾斜角よりもパンチ半角が大きいとともに前記第１ａの中間成形品の軸方向端部における内径よりも大きく、前記変化部の内径よりも小さい外径を有する第２の拡管パンチを前記第１ａの中間成形品の軸方向へ前記第１の同心拡管パンチの手前位置まで押し込むことにより、前記第１ａの中間成形品を拡管率２５％以下で拡管加工して、第１ｂの中間成形品を製造する。

さらに、第３の同心拡管工程は、前記傾斜角よりもパンチ半角が大きいとともに前記第１ｂの中間成形品の軸方向端部における内径よりも大きく、前記変化部の内径よりも小さい外径を有する第３の拡管パンチを前記第１ｂの中間成形品の軸方向へ前記第２の同心拡管パンチの手前位置まで押し込むことにより、前記第１ｂの中間成形品を拡管率２５％以下で拡管加工して、第１ｃの中間成形品を製造する。

そして、前記変化部の内面形状と合致する外面形状を有する偏心拡管パンチを、前記変化部の外面形状と合致する内面形状を有する金型に設置された前記第１ｃの中間成形品における前記同心拡管加工が行われた部分の軸方向へ押し込んで前記第１ｃの中間成形品に偏心拡管加工を行うことにより、前記変化部の形状を有するとともに最終製品である拡径管部品よりも端部が拡管されている第２の中間成形品を製造する。

また、第１の同心拡管パンチ、第２の同心拡管パンチ、第３の同心拡管パンチのパンチ半角を同じとすることも、本発明で好ましく用いられる態様の一つである。

（４）前記拡径部の先端に形成される減肉部を切断する工程をさらに含むことを特徴とする（１）項から（３）項までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造方法。

本発明において、「減肉部」とは、拡径加工前の素管（本発明においては筒体ともいう）の肉厚と、最終製品である拡径管部品の肉厚を比較した場合の、肉厚減少部をいう。具体的には、減肉率＝｛（拡径加工前の肉厚−拡径加工後の肉厚）／拡径加工前の肉厚｝×１００（％）である。もしくは、口広げ成形前の素材鋼管の肉厚をｔ_０とし、端部口広げ鋼管の軸方向端部における口広げ成形後の肉厚をｔ_１とした場合に、減肉率＝{(ｔ_０−ｔ_１)／ｔ_０}×１００（％）である。減肉率が正に大きくなるほどより減肉していることを表す。

（５）前記筒体は溶接管であることを特徴とする（１）項から（４）項までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造方法。

（６）前記素材が、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有することを特徴とする（１）項から（５）項までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造方法。

（７）前記拡径管部品が自動車または自動二輪車のエンジン排気系マフラーまたは触媒ケースであることを特徴とする（１）項から（６）項までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造方法。

（８）金属製の素材である筒体に加工を行って、所定の径を有する一般部と、前記筒体の先端に形成されるとともに前記一般部に対して所定の大きさに拡径され、前記一般部の軸方向に対して所定の交差角で偏心する軸方向を有する拡径部と、前記一般部と前記拡径部との間に形成されるとともに前記一般部から前記拡径部に向かって所定の傾斜角に拡径する変化部とを軸方向へ並んで有する拡径管部品を製造する装置であって、
前記筒体の軸方向へ押し込まれ、前記筒体に同心拡管加工を行うことにより、第１の中間成形品を製造する少なくとも一つの同心拡管パンチと、
前記変化部の外面形状と合致する内面形状を有する金型と、
前記変化部の内面形状と合致する外面形状を有し、前記金型に設置された前記第１の中間成形品における前記同心拡管加工が行われた部分の軸方向へ押し込まれ、前記第１の中間成形品に偏心拡管加工を行うことにより、前記変化部の形状を有するとともに最終製品である拡径管部品よりも端部が拡管されている第２の中間成形品を製造する偏心拡管パンチと、
前記拡径部の外面形状と合致する内面形状を有し、前記第２の中間成形品の前記端部の外側に押し込むことにより、前記第２の中間成形品の前記端部に縮径加工を行う縮径パンチと
を備えることを特徴とする拡径管部品の製造装置。

（９）前記縮径パンチは、前記第２の中間成形品の軸方向へ、前記第２の中間成形品の外側から押し込まれることを特徴とする（８）項に記載された拡径管部品の製造装置。

（１０）前記同心拡管パンチは、前記変化部の前記傾斜角よりもパンチ半角が大きいとともに前記筒体の内径よりも大きく、前記変化部の内径よりも小さい外径を有し、前記筒体の軸方向へ押し込まれることにより、前記筒体を拡管率２５％以下で拡管加工することを特徴とする（８）項または（９）項に記載された拡径管部品の製造装置。

（１１）前記拡径部の先端に形成される減肉部を切断する切断手段をさらに備えることを特徴とする（８）項から（１０）項までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造装置。

（１２）前記素材が溶接管であることを特徴とする（８）項から（１１）項までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造装置。

（１３）前記素材が、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有することを特徴とする（８）項から（１２）項までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造装置。

（１４）前記拡径管部品が自動車または自動二輪車のエンジン排気系マフラーまたは触媒ケースであることを特徴とする（８）項から（１３）項までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造装置。

本発明によれば、所定の径を有する一般部と、筒体の先端に形成されるとともに一般部に対して所定の大きさに拡径され、一般部の軸方向に対して所定の交差角で偏心する軸方向を有する拡径部と、一般部と拡径部との間に形成されるとともに一般部から先端部に向かって所定の傾斜角に拡径する変化部とを軸方向へ並んで有する拡径管部品の製造方法および製造装置を提供することができる。

また、本発明の製造方法および製造装置によれば、管状材料を所定の金型にセットし、所定の拡径パンチで口広げ加工後口絞り加工を実施することができるため、複数の金型を用いる必要がなく、材料の掴み換えが不要のため、工程およびコストを削減することができる。さらに、材料と拡径パンチの軸心がずれることが防げるため、製品寸法形状が安定し、製品歩留まりも向上することができる。

図１は、本発明により製造される拡径管部品の一例を示す断面図である。 図２（ａ）〜図２（ｅ）は、本発明の好ましい製造工程を経時的に示す説明図である。 図３は、本発明により製造された拡径管部品の減肉率を示すコンター図であり、図３（ａ）は拡径管部品の正面図、図３（ｂ）は拡径管部品の上面図、図３（ｃ）は拡径管部品の下面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。

１．拡径管部品
図１は、本発明により製造される拡径管部品の一例を示す断面図である。

図１に示すように、本発明によって製造される拡径管部品Ｐ３は、所定の径を有する一般部Ｐ３１、変化部Ｐ３２および拡径部Ｐ３３とを軸方向へ並んで有する。

拡径部Ｐ３３は、筒体の先端に形成されるとともに一般部Ｐ３１に対して所定の大きさに拡径され、一般部Ｐ３１の軸方向に対して所定の交差角θで偏心する軸方向を有する。

交差角θは５〜３０°の範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば、拡径管部品Ｐ３の減肉部の形成が抑制され、製品破断を抑えることができ、歩留り低下を大幅に抑えることができる。

交差角θが５°未満であれば、本発明の目的である端部加工度が大きい拡径管部品を得るものではなくなり、本発明ではなく従来技術でも製造できるため、本発明を適用する意味がない。一方、交差角θが３０°を超えると、場合によっては加工途中で割れが発生し、割れが発生しなくとも十分な寸法精度を有する拡径管部品Ｐ３を製造することが難しい。

変化部Ｐ３２は、一般部Ｐ３１と拡径部Ｐ３３との間に形成されるとともに一般部Ｐ３１から拡径部Ｐ３３に向かって所定の傾斜角（α１，α２）に拡径される。変化部の傾斜角は、拡径管部品Ｐ３の周方向に一定ではなくなるため、図１では、拡径管部品Ｐ３の断面図により、傾斜角α１，α２を示す。

また、傾斜角α１，α２は、素材からの最終的な拡管率が１００％以下となるように設定することが好ましい。この範囲内であれば、拡径管部品Ｐ３の減肉部の形成が抑制され、製品破断を抑えることができ、歩留り低下を大幅に抑えることができる。

２．本発明に係る製造装置
図２（ａ）〜図２（ｅ）は、本発明の好ましい製造工程を経時的に示す説明図である。

図２（ａ）〜図２（ｅ）に示すように、本発明に係る製造装置０は、同心拡管パンチ１と、偏心拡管パンチ２と、縮径パンチ３と、金型４とを備える。

（２−１）同心拡管パンチ１
図２（ａ）に示すように、同心拡管パンチ１は、筒体Ｐの拡管加工孔側の端部Ｐａ側から筒体Ｐの軸方向へ押し込まれ、筒体Ｐに同心拡管加工を行うことにより、第１の中間成形品Ｐ１を製造する。

同心拡管パンチ１は、本発明において製造される所望の拡径管部品Ｐ３の変化部Ｐ３２における所定の傾斜角αよりも大きな傾斜角β（以下、「パンチ半角β」という）となる傾斜部１１を、筒体圧入側先端に有することが好ましい。ここで、傾斜角αとは変化部Ｐ３２の断面周方向の各位置における平均値を指す。

また、同心拡管パンチ１は、筒体Ｐの内径よりも大きく、変化部Ｐ３２の内径よりも小さい外径ｄを有することが好ましい。一つの同心拡管パンチ１による拡管率は２５％以下が好ましく、さらに好ましくは２０〜２５％の範囲である。

パンチ半角βは、傾斜角αの大きさや変化部Ｐ３２の長さによって適宜調整することができる。例えば、パンチ半角βは、傾斜角αよりも大きい角度であって、３０°〜６０°の範囲であることが好ましい。パンチ半角βが３０°未満であると、金属材の押し込み不足となり変化部における割れが生じ易く、傾斜角βが大きくなるにつれ、パンチの押圧による荷重が大き過ぎて座屈を生じ易く、傾斜角βが６０°を超えると、拡管加工孔側の端部が外側に巻き込まれるようなカーリング変形が生じるため、好ましくない。

以上の説明では、同心拡管パンチ１を一つ有する場合を例にとったが、同心拡管パンチは少なくとも一つ有すればよく、最終製品形状によっては、複数の同心拡管パンチを有することもできる。例えば、同心拡管パンチを三つ有する場合を、図２（ａ）〜図２（ｃ）を例にとって説明する。

図２（ａ）に示す第１の同心拡管パンチ１と、図２（ｂ）に示す第２の同心拡管パンチ１−１と、図２（ｃ）に示す第３の同心拡管パンチ１−２を用いる。

図２（ａ）に示すように、第１の同心拡管パンチ１は、本発明において製造される所望の拡径管部品Ｐ３の変化部Ｐ３２における所定の傾斜角αよりも大きなパンチ半角β１となる傾斜部１１ａを筒体圧入側先端に有する。また、第１の同心拡管パンチ１は、筒体Ｐの内径よりも大きく、変化部Ｐ３２の内径よりも小さい外径ｄ１を有することが好ましい。

第１の同心拡管パンチ１ａは、筒体Ｐの拡管加工孔側の端部から筒体Ｐの軸方向へ押し込まれることにより、筒体Ｐを拡管加工して、第１ａの中間成形品Ｐ１ａを製造する。

第１の同心拡管パンチ１ａによる筒体Ｐからの拡管率は好ましくは２５％以下であり、さらに好ましくは２０〜２５％の範囲である。

図２（ｂ）に示すように、第２の同心拡管パンチ１−１は、本発明において製造される所望の拡径管部品の変化部Ｐ３２における所定の傾斜角αよりも大きなパンチ半角β２となる傾斜部１１ｂを第１ａの中間成形品Ｐ１ａ圧入側先端に有する。また、第２の同心拡管パンチ１−１は、第１ａの中間成形品Ｐ１ａの軸方向端部における内径よりも大きく、変化部Ｐ３２の内径よりも小さい外径ｄ２を有することが好ましい。

第２の同心拡管パンチ１−１は、第１ａの中間成形品Ｐ１ａの拡管加工孔側の端部から第１ａの中間成形品Ｐ１ａの軸方向へ第１の同心拡管パンチ１の押し込み位置の手前位置まで押し込まれることにより、第１ａの中間成形品Ｐ１ａを拡管加工して、第１ｂの中間成形品Ｐ１ｂを製造する。

第２の同心拡管パンチ１ｂによる第１ａの中間成形品Ｐ１ａからの拡管率は好ましくは２５％以下であり、さらに好ましくは２０〜２５％の範囲である。

図２（ｃ）に示すように、第３の同心拡管パンチ１−２は、本発明において製造される所望の拡径管部品の変化部Ｐ３２における所定の傾斜角αよりも大きなパンチ半角β３となる傾斜部１１ｃを第１ｂの中間成形品Ｐ１ｂ圧入側先端に有する。また、第３の同心拡管パンチ１−２は、第１ｂの中間成形品Ｐ１ｂの軸方向端部における内径よりも大きく、変化部３２の内径よりも小さい外径ｄ３を有することが好ましい。

第３の同心拡管パンチ１−２は、第１ｂの中間成形品Ｐ１ｂの拡管加工孔側の端部から第１ｂの中間成形品Ｐ１ｂの軸方向へ前記第２の同心拡管パンチの押し込み位置の手前位置まで押し込まれることにより、第１ｂの中間成形品Ｐ１ｂを拡管加工して、第１ｃの中間成形品Ｐ１ｃを製造する。

第３の同心拡管パンチ１ｃによる第１ｂの中間成形品Ｐ１ｂからの拡管率は好ましくは２５％以下であり、さらに好ましくは２０〜２５％の範囲である。

パンチ半角β１、β２、β３は、傾斜角αの大きさや変化部Ｐ３２の長さによって適宜調整することができる。例えば、パンチ半角β３は、傾斜角αよりも大きい角度であって、３０°〜６０°の範囲であることが好ましい。パンチ半角β２が３０°未満であると、金属材の押し込み不足となり変化部における割れが生じ易く、パンチ半角β２が大きくなるにつれ、パンチの押圧による荷重が大き過ぎて座屈を生じやすく、パンチ半角β２が６０°を超えると、拡管加工孔側の端部が外側に巻き込まれるようなカーリング変形が生じるため好ましくない。

各同心拡管パンチ１ａ〜１ｂのパンチ半角β１、β２、β３の関係は、特に限定されるものではない。所望の拡径管部品変化部の形状に合わせて適宜設定できるものである。例えば、β１＝β２＝β３でもよいし、β１＜β２＜β３でもよいし、あるいはβ１＜β２＞β３でもよい。

偏心拡管パンチ２、金型４については、同心拡管パンチ１を一つ有する場合と同じ後述のものを用いることができる。

以上のように複数の同心拡管パンチを用いることで、所望の形状に成形された拡径管部品の変化部Ｐ３２、拡管部Ｐ３３における減肉率を減少させることができるため、好ましい。

（２−２）偏心拡管パンチ２
図２（ｄ）に示すように、偏心拡管パンチ２は、所望の拡径管部品Ｐ３の変化部Ｐ３２の内面形状と合致する外面形状を有する。偏心拡管パンチ２は、金型４に設置された第１の中間成形品Ｐ１または第１ｃの中間成形品Ｐ１ｃにおける同心拡管加工が行われた部分の軸方向へ押し込まれ、第１の中間成形品Ｐ１または第１ｃの中間成形品Ｐ１ｃに偏心拡管加工を行うことにより、変化部Ｐ３２の形状を有するとともに最終製品である拡径管部品Ｐ３よりも端部が拡管されている第２の中間成形品Ｐ２を製造する。

また、図２（ｄ）に示すように、変化部Ｐ３２の内面形状のみならず、拡径部Ｐ３３の一部の内面形状と合致する外面形状を有してもよい。その場合、後述する縮径パンチ３の形状も、偏心拡管パンチ２で形成された拡径部Ｐ３３の一部の形状以外の部分における拡径部Ｐ３３外面形状と合致する内面形状を有すればよい。

また、偏心拡管パンチ２は、変化部Ｐ３２の形状によっては複数に分割されていてもよい。

（２−３）縮径パンチ３
図２（ｅ）に示すように、縮径パンチ３は、所望の拡径管部品の拡径部Ｐ３３の外面形状と合致する内面形状を有する。縮径パンチ３は、第２の中間成形品Ｐ２における偏心拡管が行われた部分の端部の外側に押し込まれ、第２の中間成形品Ｐ２の端部に縮径加工を行うことにより、所望の拡径管部品Ｐ３を製造する。

縮径パンチ３は、第２の中間成形品Ｐ２の端部に、外側から、軸方向へ押し込まれることが好ましい。縮径パンチ３が第２の中間成形品Ｐ２の端部に軸方向へ押し込まれる場合、金型４を移動させることなく、縮径加工できるため、好ましい。また、金型４を移動する場合であっても、縮径パンチ３が押し込まれる箇所の一部だけ、金型４を第２の中間成形品Ｐ２から外側へ移動させるように設計すればよいため、簡易な工程で製造することができる。

（２−４）金型４
金型４は、第２の中間成形品Ｐ２を内部に配置でき、拡径管部品Ｐ３（最終製品の形状）の変化部Ｐ３２の外面形状と合致する内面形状を有する。

図２においては、金型４が上型４ａと下型４ｂに分かれている態様を示したが、本発明はこの態様に限定されるものではなく、一体であっても、さらに複数に分割されていてもよい。

拡管加工孔側の端部の反対側の端部には、プレートなどを設けて金型４の端部を閉じた状態とすることが好ましい。

また、本発明の製造装置は、拡径管部品Ｐ３の拡径部Ｐ３３の先端に形成される減肉部を切断する切断手段をさらに備えてもよい。

図３は、本発明により製造された拡径管部品Ｐ３の減肉率を示すコンター図であり、図３（ａ）は拡径管部品Ｐ３の正面図、図３（ｂ）は拡径管部品Ｐ３の上面図、図３（ｃ）は拡径管部品Ｐ３の下面図である。図３（ａ）〜図３（ｃ）では、減肉率の正の値が大きいほど減肉が大きいことを示す。

例えば、図３に示された拡径管部品Ｐ３の先端部には減肉の程度が大きい部分（減肉率１０〜２０％）が存在するが、この部分は切断し、拡径管部品Ｐ３の減肉部を無くすことができる。

さらにまた、素材となる筒体Ｐが溶接管である場合は、筒体Ｐを金型４にセットする際に、該溶接管を、拡径管部品Ｐ３の変形部Ｐ３２における断面の中心点となる位置より最も近い周方向部分に溶接部が位置するように設置することが、拡径加工時の破断を抑制することができるため、好ましい。

金型やパンチの押圧機構は、既存の手段を用いることができ、例えば、油圧シリンダー、ガスシリンダー、ばねやゴムなどの加圧機構が例示される。

本発明の製造装置によれば、管状材料を所定の金型にセットし、所定の拡径パンチで口広げ加工後に口絞り加工を行うため、複数の金型を用いる必要がなく、材料の掴み換えが不要であるため、工程やコストを削減することができる。さらに、材料と拡径パンチの軸心がずれることも防止できるため、拡径管部品Ｐ３の寸法精度が安定するとともに製品歩留まりも向上する。

以上、同心拡管パンチ１（１−１，１−２）と、偏心拡管パンチ２と、縮径パンチ３と、金型４とを備える形態を例にとって説明したが、最終製品（拡径管部品Ｐ３）の形状によっては、同心拡管パンチ１（１−１，１−２）の他に、さらに別の外径を有する同心拡管パンチを適宜追加してもよい。

３．本発明に係る製造方法
本発明に係る製造方法は、同心拡管工程、偏心拡管工程、縮径加工工程を含む。

（３−１）同心拡管工程
図２（ａ）に示すように、同心拡管工程では、筒体Ｐの拡管加工孔側の端部側から筒体Ｐの軸方向へ、同心拡管パンチ１を押し込んで筒体Ｐに同心拡管加工を行うことにより、第１の中間成形品Ｐ１を製造する。

所望の変化部Ｐ３２の形状に成形する偏心拡管工程の前段に、筒体Ｐを断面周方向へ均一に拡管する同心拡管工程を備えることで、変化部Ｐ３２の形状が断面周方向において異なる形状であっても、変化部Ｐ３２断面周方向における肉厚の減肉を抑制することができるため、好ましい。

すなわち、初期工程から偏心拡管した場合、拡管される側だけが極端に減肉することを防ぎ、また、従来方法では当該箇所の管軸方向に材料が流入しやすくなるため、製品の端面が真っすぐではなく斜めになる現象を、本発明ではより小さく抑えることができ、製品の歩留りを向上できる。

同心拡管工程では、素管である筒体Ｐの内径よりも大きく、変化部Ｐ３２の内径よりも小さい外径を有する同心拡管パンチ１を用いて、筒体Ｐに同心拡管加工を行うことが好ましい。

また、本発明において製造される所望の拡径管部品の変化部Ｐ３２における所定の傾斜角αよりも大きな傾斜角β（以下、「パンチ半角β」という）となる傾斜部１１を、筒体圧入側先端に有する同心拡管パンチを用いることが好ましい。ここで、傾斜角αとは、変化部Ｐ３２断面周方向における各傾斜角の平均値を指す。

同心拡管工程における金属材の押し込み量は、傾斜角αの大きさや変化部Ｐ３２の長さに対して、パンチ半角βを調整することによって、適宜調整することができる。金属材の押し込み不足となる場合は、変化部における割れが生じやすく、押し込み量が増大になると、パンチの押圧による荷重が大き過ぎて座屈を生じやすく、さらに押し込み量が増えると、拡管加工孔側の端部が外側に巻き込まれるようなカーリング変形が生じるため、パンチ半角βは、傾斜角αよりも大きい角度であって、３０°〜６０°の範囲であることが好ましい。

一つの同心拡管工程における拡管率は２５％以下が好ましく、さらに好ましくは２０〜２５％の範囲である。

特に限定されないが、好ましくは、同心拡管工程の際に筒体Ｐは金型４の内部に配置されている。

（３−２）偏心拡管工程
図２（ｄ）に示すように、偏心拡管工程では、変化部Ｐ３２の内面形状と合致する外面形状を有する偏心拡管パンチ２と、変化部Ｐ３２の外面形状と合致する内面形状を有する金型４を用いる。

金型４の内部に設置された第１の中間成形品Ｐ１における同心拡管加工が行われた部分の軸方向へ、偏心拡管パンチ２を押し込んで第１の中間成形品Ｐ１に偏心拡管加工を行うことにより、変化部Ｐ３２の形状を有するとともに最終製品である拡径管部品Ｐ３よりも端部が拡管されている第２の中間成形品Ｐ２を製造する。

また、図２（ｂ）に示すように、変化部Ｐ３２の内面形状のみならず、拡径部Ｐ３３の一部の内面形状と合致する外面形状を有する金型４、および偏心拡管パンチ２を用いて偏心拡管加工を行ってもよい。その場合、偏心拡管加工において、所望の拡径管部品Ｐ３の拡径部Ｐ３３の一部が同時に形成されるため、後段の縮径加工においては、偏心拡管工程で形成されなかった拡径部Ｐ３３の形状部分において縮径加工を行えばよい。

さらにまた、用いる金型４や偏心拡管パンチ２が、複数に分割されている場合、各偏心拡管パンチの押し込みは、数段階にわけてもよい。

（３−３）縮径加工工程
図２（ｅ）に示すように、縮径加工工程では、拡径部Ｐ３３の外面形状と合致する内面形状を有する縮径パンチ３を、第２の中間成形品Ｐ２の端部の外側に押し込んで第２の中間成形品Ｐ２の端部に縮径加工を行う。

縮径パンチ２は、第２の中間成形品Ｐ２の軸方向へ、第２の中間成形品Ｐ２の端部の外側から押し込むことにより、縮径加工を行うことが好ましい。このように軸方向から縮径パンチを押し込むことで、金型４を大幅に移動することなく、縮径加工できるため、好ましい。また、金型４を移動する場合であっても、縮径パンチ３が押し込まれる箇所の一部だけ、金型４を第２の中間成形品Ｐ２から外側へ移動させるように設計すればよいため、簡易な工程で製造することができる。

また、本発明の製造方法は、拡径管部品Ｐ３の拡径部Ｐ３３の先端に形成される減肉部を切断する切断工程をさらに含んでもよい。例えば、図４に示された拡径管部品の先端部には、減肉部が示されるが、点線において切断し、拡径管部品の減肉部を切除することができる。

さらにまた、素材となる筒体Ｐが溶接管である場合は、筒体Ｐを金型４にセットする際に、該溶接管を、所望の形状を備える拡径管部品Ｐ３の変形部Ｐ３２における断面の中心点となる位置より最も近い周方向部分に溶接部が位置するように設置することが、拡径加工時の破断を抑制することができるため、好ましい。

金型やパンチの押圧は、既存の手段を用いることができ、例えば、油圧シリンダー、ガスシリンダー、ばねやゴムなどの加圧機構が挙げられる。

本発明の製造方法によれば、管状材料を所定の金型にセットし、所定の拡径パンチで口広げ加工後口絞り加工を実施することができるため、複数の金型を用いる必要がなく、材料の掴み換えが不要のため、工程・コスト削減とすることができる。さらに、材料と拡径パンチの軸心がずれることが防げるため、製品寸法形状が安定し、製品歩留まりも向上する。

以上は、１つの同心拡管工程、偏心拡管工程、縮径加工工程からなる製造方法を説明したが、拡径管部品の形状によっては、別の外径を有する同心拡管パンチによるさらなる同心拡管工程を追加してもよい。

以下に、同心拡管工程として、第１の同心拡管工程、第２の同心拡管工程、第３の同心拡管工程の３つを備える態様の製造方法について説明する。

（４−１）第１の同心拡管工程
図２（ａ）に示すように、第１の拡管工程では、本発明において製造される所望の拡径管部品Ｐ３の変化部Ｐ３２の傾斜角αよりもパンチ半角β１が大きいとともに筒体Ｐの内径よりも大きく、変化部Ｐ３２の内径よりも小さい外径ｄ１を有する第１の同心拡管パンチ１ａを用いる。筒体Ｐの端部側から、筒体Ｐの軸方向へ、第１の同心拡管パンチ１ａを押し込むことにより、筒体Ｐを拡管加工して、第１ａの中間成形品Ｐ１ａを製造する。

第１の拡管工程における拡管加工の拡管率は好ましくは２５％以下であり、さらに好ましくは２０〜２５％の範囲である。

（４−２）第２の同心拡管工程
図２（ｂ）に示すように、第２の拡管工程では、本発明において製造される所望の拡径管部品の変化部Ｐ３２における所定の傾斜角αよりもパンチ半角β２が大きいとともに筒体Ｐの内径よりも大きく、変化部Ｐ３２の内径よりも小さい外径ｄ２を有する第２の同心拡管パンチ１ｂを用いる。第１ａの中間成形品Ｐ１ａの拡管加工孔側の端部から第１ａの中間成形品Ｐ１ａの軸方向へ、第１の同心拡管工程による第１の同心拡管パンチの押し込み位置の手前まで第２の拡管パンチ１ｂを押し込むことにより、第１ａの中間成形品Ｐ１ａを拡管加工して、第１ｂの中間成形品Ｐ１ｂを製造する。

第２の同心拡管工程における拡管加工の拡管率は好ましくは２５％以下であり、さらに好ましくは２０〜２５％の範囲である。

（４−３）第３の同心拡管工程
図２（ｃ）に示すように、第３の拡管工程では、本発明において製造される所望の拡径管部品の変化部Ｐ３２における所定の傾斜角αよりもパンチ半角β３が大きいとともに筒体Ｐの内径よりも大きく、変化部Ｐ３２の内径よりも小さい外径ｄ３を有する第３の同心拡管パンチ１ｃを用いる。第１ｂの中間成形品Ｐ１ｂの拡管加工孔側の端部から第１ｂの中間成形品Ｐ１ｂの軸方向へ、第２の同心拡管工程による第２の同心拡管パンチの押し込み位置の手前まで第３の拡管パンチ１ｃを押し込むことにより、第１ｂの中間成形品Ｐ１ｂを拡管加工して、第１ｃの中間成形品Ｐ１ｃを製造する。

第３の同心拡管工程における拡管加工の拡管率は好ましくは２５％以下であり、さらに好ましくは２０〜２５％の範囲である。

偏心拡管工程、縮径加工工程については、上述の通りである。

以上のように複数の同心拡管工程を行うことで、所望の形状に成形された拡径管部品の変化部Ｐ３２、拡管部Ｐ３３における減肉率を減少させることができるため好ましい。

４．本発明に用いられる金属材
本発明は、例えば、
（ａ）口広げ成形前素材鋼管の平均肉厚をｔ_０とし、外径をＤとした場合に、比（ｔ_０／Ｄ）が０．００５〜０．３の範囲、かつｔ_０＝０．５〜３０ｍｍ、Ｄ＝１５〜７００ｍｍの範囲で、
（ｂ）口広げ成形前の素材鋼管の肉厚をｔ_０とし、端部口広げ鋼管の軸方向端部における口広げ成形後の肉厚をｔ_１とした場合の減肉率「{(ｔ_０−ｔ_１)／ｔ_０}×１００（％）」が０〜４０で、
（ｃ）端部口広げ鋼管の軸方向端部への口広げ成形した拡径部分の長さＬ（ｍｍ）が０Ｄ〜１０Ｄの範囲で、
（ｄ）端部口広げ鋼管の加工硬化係数（歪み効果指数）ｎ値は０．００５〜０．４の範囲で、
（ｅ）端部口広げ鋼管の深絞り性を表す特性値であるｒ値は０．３〜４．０の範囲で、それぞれ適用することができる。特に、口広げ成形においては、ｎ値は小さすぎると成形荷重が大きくなるため座屈し易くなり、一方、ｒ値は小さすぎると材料が流入しづらくなるため成形性に劣る（成形できる拡管率が低下する）。

素材鋼管の鋼種は本発明で特に限定されるものではない。

本発明に用いられる金属材は特に限定されないが、ステンレス鋼や高張力鋼のような、強度の高い金属材であっても、好ましく用いることができる。

また、素材は引張強度５９０ＭＰａ以上であっても好ましく用いることができる。

本発明によれば、このような強度が高い素材であっても、座屈や割れなしで拡径管部品を製造することができる。

さらにまた、本発明は、素材が溶接管であっても好ましく用いることができる。

本発明によれば、素材が溶接管であっても、溶接部近傍や、素材周方向溶接部反対側で極端な減肉や破断を抑えることができ、歩留りの低下を大幅に抑えて、拡径管部品を製造することができる。

本発明によって製造された拡径管部品は、自動車または自動二輪車の触媒ケース、自動車燃料注入用の給油管等として好ましく使用することができる。

１，１−１，１−２：同心拡管パンチ
２：偏心拡管パンチ
３：縮径パンチ
４：金型

Claims (14)

1. 第１軸方向に延びかつ金属製の素材である筒体に加工を行って、前記第１軸方向に延びかつ所定の径を有する一般部と、前記筒体の先端に形成されるとともに前記一般部に対して所定の大きさに拡径され、前記第１軸方向に対して所定の交差角で偏心する第２軸方向を有する拡径部と、前記一般部と前記拡径部との間に形成されるとともに前記一般部から前記拡径部に向かって所定の傾斜角に拡径する変化部とを有する拡径管部品を製造する方法であって、
   同心拡管パンチを、前記筒体の前記先端から前記第１軸方向へ押し込んで前記筒体に同心拡管加工を行うことにより、第１の中間成形品を製造する少なくとも一つの同心拡管工程と、
   前記変化部の内面形状と合致する外面形状を有する偏心拡管パンチを、前記変化部の外面形状と合致する内面形状を有する金型に設置された前記第１の中間成形品における前記同心拡管加工が行われた部分に対して前記第１軸方向へ押し込んで前記第１の中間成形品に偏心拡管加工を行うことにより、前記変化部の形状を有するとともに最終製品である拡径管部品よりも端部が拡管されている第２の中間成形品を製造する偏心拡管工程と、
   前記拡径部の外面形状と合致する内面形状を有する縮径パンチを、前記第２の中間成形品の前記端部の外側に押し込んで前記第２の中間成形品の前記端部に縮径加工を行うことにより前記拡径部を形成する縮径加工工程と
   を含むことを特徴とする拡径管部品の製造方法。
2. 前記縮径パンチは、前記第１軸方向へ、前記第２の中間成形品の前記端部の外側から押し込むことにより、縮径加工することを特徴とする請求項１に記載された拡径管部品の製造方法。
3. 前記同心拡管工程は、前記変化部の前記傾斜角よりもパンチ半角が大きいとともに、前記筒体の内径よりも大きく、前記変化部の内径よりも小さい外径を有する同心拡管パンチを前記第１軸方向へ押し込むことにより、前記筒体を拡管率２５％以下で同心拡管加工することを特徴とする請求項１または請求項２に記載された拡径管部品の製造方法。
4. 前記拡径部の先端に形成される減肉部を切断する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造方法。
5. 前記筒体は溶接管であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造方法。
6. 前記素材は、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造方法。
7. 前記拡径管部品が自動車または自動二輪車のエンジン排気系マフラーまたは触媒ケースであることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造方法。
8. 第１軸方向に延びかつ金属製の素材である筒体に加工を行って、前記第１軸方向に延びかつ所定の径を有する一般部と、前記筒体の先端に形成されるとともに前記一般部に対して所定の大きさに拡径され、前記第１軸方向に対して所定の交差角で偏心する第２軸方向を有する拡径部と、前記一般部と前記拡径部との間に形成されるとともに前記一般部から前記拡径部に向かって所定の傾斜角に拡径する変化部とを有する拡径管部品を製造する装置であって、
   前記筒体の前記先端から前記第１軸方向へ押し込まれ、前記筒体に同心拡管加工を行うことにより、第１の中間成形品を製造する少なくとも一つの同心拡管パンチと、
   前記変化部の外面形状と合致する内面形状を有する金型と、
   前記変化部の内面形状と合致する外面形状を有し、前記金型に設置された前記第１の中間成形品における前記同心拡管加工が行われた部分に対して前記第１軸方向へ押し込まれ、前記第１の中間成形品に偏心拡管加工を行うことにより、前記変化部の形状を有するとともに最終製品である拡径管部品よりも端部が拡管されている第２の中間成形品を製造する偏心拡管パンチと、
   前記拡径部の外面形状と合致する内面形状を有し、前記第２の中間成形品の前記端部の外側に押し込まれ、前記第２の中間成形品の前記端部に縮径加工を行うことにより前記拡径部を形成する縮径パンチと
   を備えることを特徴とする拡径管部品の製造装置。
9. 前記縮径パンチは、前記第１軸方向へ、前記第２の中間成形品の外側から押し込まれることを特徴とする請求項８に記載された拡径管部品の製造装置。
10. 前記同心拡管パンチは、前記変化部の前記傾斜角よりもパンチ半角が大きいとともに前記筒体の内径よりも大きく、前記変化部の内径よりも小さい外径を有し、前記第１軸方向へ押し込まれることにより、前記筒体を拡管率２５％以下で拡管加工することを特徴とする請求項８または請求項９に記載された拡径管部品の製造装置。
11. 前記拡径部の先端に形成される減肉部を切断する切断手段をさらに備えることを特徴とする請求項８から請求項１０までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造装置。
12. 前記素材が溶接管であることを特徴とする請求項８から請求項１１までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造装置。
13. 前記素材が、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有することを特徴とする請求項８から請求項１２までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造装置。
14. 前記拡径管部品が自動車または自動二輪車のエンジン排気系マフラーまたは触媒ケースであることを特徴とする請求項８から請求項１３までのいずれか１項に記載された拡径管部品の製造装置。