JP4119557B2

JP4119557B2 - Axial pressing method

Info

Publication number: JP4119557B2
Application number: JP05506199A
Authority: JP
Inventors: 博俊菱田; 逸朗弘重
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2019-03-03
Also published as: JP2000246362A

Description

【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又は液圧バルジ加工と呼ばれるパイプの軸押し加工法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属パイプを素材として素材長手方向中間に膨出部を持つト型、人型、Ｙ型等の形状のパイプを製造するために、従来からハイドロフォーミング又は液圧バルジ加工と呼ばれる塑性加工法が知られている。この方法は、例えば図１に示すように人型の空洞部１を持つ金型２の内部に素材となる金属パイプをセットし、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。金属パイプは内部に流体圧が加えられた状態で端面を軸押しされ、金型２の空洞部１の形状に沿って例えば人型に塑性変形することとなる。この場合、流体圧は図２に示すように軸押しストロークの増加分に対して比例して増加される。
【０００３】
このような軸押し加工においては、加工中における金属パイプの座屈や膨出部のコーナーしわの防止が重要な課題となる。内部に加えられる流体圧Ｐは金属パイプの壁面に垂直に作用するので、加工中の座屈を防止する力として作用する。一方、軸押し力Ｆは座屈を発生させる力として作用する。このため、軸押し力Ｆの変化に応じて流体圧Ｐを正比例させることが座屈を防止する安定な加工条件となる。
【０００４】
ところが、図３に示す膨出部５のコーナー部の曲率半径Ｒとパイプ径Ｄとの比Ｒ／Ｄが小さい場合には、上記のような座屈を防止する加工条件では膨出部５の成形がうまくできないことがある。そこで例えば特開平７−１５５８５７号公報に示すように、膨出部にカウンターウエイトを掛けて密封し、内部に加えられる流体圧Ｐのみを付す工程を加える工夫もなされているが、この方法ではカウンターウエイトの制御が難しいうえに、カウンターウエイトを用いると加工速度が落ちたり、加工が不連続になったりするため、生産効率が悪くなるという問題があった。
【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、Ｒ／Ｄが小さく加工条件が厳しい場合にも、座屈や膨出部のコーナーしわを発生させることなく、また生産効率を低下させることなくパイプの軸押し加工を行うことができる方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軸押し加工法は、金型の内部にセットされた金属パイプの端面を、金属パイプ内に次第に増加する流体圧を加えながら中間に膨出部を持つ形状に軸押しする軸押し加工法において、軸押しストロークの増加分に対する流体圧の増加分を、加工開始から金属パイプの膨出高さが膨出部の直径の 1/4 〜 3/4 の範囲となるまでの軸押しの初期には低く、初期以降の金属パイプの膨出部高さが膨出部の直径の 1/2 〜 3/2 の範囲となるまでの中期には高く、中期以降の終期には再び低く変化させて最終圧に到達させることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の軸押し加工法によれば、軸押しの初期には流体圧を従来よりも低めにして速やかに膨出部を形成し、次に流体圧を従来よりも高くすることにより膨出部を更に膨らませるとともに座屈を防ぎ、最後に流体圧を従来レベルに戻しながら最終圧に到達させることにより、膨出部のコーナー部を折れ込ませ、最終形状とする。このためコーナー部のＲ／Ｄが小さく加工条件が厳しい場合にも、金属パイプに座屈や膨出部のコーナーしわを生じさせることなく所望形状に加工することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図４は本発明の軸押し加工法における軸押しストロークと、金属パイプ内に加えられる流体圧との関係を示すグラフであり、金属パイプ内に次第に増加する流体圧を加えながら軸押しすることは従来と同様である。しかし一点鎖線で示したように、従来法では軸押しストロークと流体圧とは比例関係にあるが、本発明では加工開始からｓ₁までの軸押しの初期には軸押しストロークの増加分に対する流体圧の増加分を低くし、ｓ₁における流体圧Ｐ₁を従来法における流体圧の50〜90％とする。ｓ₁は金属パイプの膨出高さh が膨出部の直径Ｄ_HFの1/4 〜3/4 の範囲となる軸押しストロークである。
【０００９】
このとき、図５（Ａ）に示されるように、金属パイプは内圧による強い抵抗を受けることなく軸押し金具４により速やかに両側から軸押しされ、中央部が金型２の空洞部１の形状に沿って膨出部５を形成しはじめる。しかし流体圧は低いので膨出部５と金型２のコーナー部の内面との間にはやや隙間が残存している。（図５（Ｂ））
【００１０】
次にｓ₁からｓ₂までの軸押しの中期には、軸押しストロークの増加分に対する流体圧の増加分を高くし、ｓ₂における流体圧Ｐ₂を好ましくは従来法における流体圧の150 ％以上とする。ｓ₂は金属パイプの膨出部高さh が膨出部の直径Ｄ_HFの1/2 〜3/2 の範囲となる軸押しストロークである。
【００１１】
このとき、図５（Ｃ）に示されるように、金属パイプには軸押しストロークの増加分に比較して強い内圧が加えられるため、膨出部５は上方に延びることとなる。しかしこのまま加工を継続すると膨出部５の上端に割れが生じるため、軸押しの後期には再び軸押しストロークの増加分に対する流体圧の増加分を低くして最終圧とする。この最終圧Ｐ₃は従来法と同じ値である。
【００１２】
このように軸押しの後期に流体圧の増加分を低くしてながら最終圧Ｐ₃とすれば、膨出部５の上端に割れが生じることを防止しつつ、図５（Ｄ）に示されるように膨出部のコーナー部を金型２のコーナー部に沿って折れ込ませ、最終形状とすることができる。このため本発明の方法によれば、コーナー部のＲ／Ｄが小さく加工条件が厳しい場合にも、金属パイプに座屈および膨出部のコーナーしわを生じさせることなく所望形状に加工することができる。
【００１３】
【実施例】
内径が33mm、肉厚が0.8mm 、長さが180 mmのステンレス製の金属パイプを図１のような人型の空洞部１を持つ金型２内にセットし、その両端を、軸押し金具４によりそれぞれ25mmずつ軸押しした。このとき軸押しストロークが15mmのときの流体圧Ｐ₁を25MPa 、軸押しストロークが20mmのときの流体圧Ｐ₂を 55MPa、軸押しストロークが25mmのときの流体圧Ｐ₃を60MPa となるよう変化させた。この結果、前記したＲ／Ｄの値が0.1 である場合にも、膨出部高さを20mm以上とすることができた。これに対して、軸押しストロークの増加に連れて直線的に流体圧を60MPa まで増加させる従来法では、膨出部高さを15mmまでしか加工することができなかった。
【００１４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の軸押し加工法によれば、軸押しストロークの増加分に対する流体圧の増加分を、軸押しの初期には低く、中期には高く、終期には再び低く変化させて最終圧とすることにより、コーナー部のＲ／Ｄが小さく加工条件が厳しい場合にも、金属パイプを座屈を生じさせることなく所望形状に加工することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】軸押し加工法を示す斜視図である。
【図２】従来法における、軸押しストロークと流体圧との関係を示すグラフである。
【図３】軸押し加工されたパイプの断面図である。
【図４】本発明法における、軸押しストロークと流体圧との関係を示すグラフである。
【図５】本発明法における加工工程の説明図である。
【符号の説明】
１空洞部
２金型
３液圧供給孔
４軸押し金具
５膨出部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in a method for axially pushing a pipe called hydroforming or hydraulic bulging.
[0002]
[Prior art]
In order to manufacture pipes with a bulge at the middle in the longitudinal direction of a metal pipe, such as a to-type, human-type, and Y-type pipes, a conventional plastic processing method known as hydroforming or hydraulic bulging is known. It has been. In this method, for example, as shown in FIG. 1, a metal pipe as a material is set inside a mold 2 having a human-shaped cavity 1, and both ends thereof are connected by a shaft pressing metal fitting 4 provided with a hydraulic pressure supply hole 3. It is a method of pushing the shaft. The end face of the metal pipe is axially pressed in a state where fluid pressure is applied to the inside of the metal pipe, and the metal pipe is plastically deformed into, for example, a human shape along the shape of the cavity 1 of the mold 2. In this case, as shown in FIG. 2, the fluid pressure is increased in proportion to the increase in the axial pushing stroke.
[0003]
In such a shaft pressing process, it is important to prevent buckling of metal pipes and corner wrinkles of the bulging part during processing. Since the fluid pressure P applied to the inside acts perpendicularly to the wall surface of the metal pipe, it acts as a force for preventing buckling during processing. On the other hand, the axial pushing force F acts as a force for generating buckling. For this reason, making the fluid pressure P directly proportional to the change in the axial pressing force F is a stable processing condition for preventing buckling.
[0004]
However, when the ratio R / D between the radius of curvature R of the corner portion of the bulging portion 5 shown in FIG. 3 and the pipe diameter D is small, the processing conditions for preventing buckling as described above are sufficient for the bulging portion 5. Molding may not be successful. Therefore, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-155857, there has been devised a method of adding a process of applying only a fluid pressure P applied to the inside by applying a counterweight to the bulging portion and sealing it. In addition to difficulty in controlling the weight, there is a problem in that the use of a counterweight causes the processing speed to drop or the processing to become discontinuous, resulting in poor production efficiency.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves the above-described conventional problems, and even when R / D is small and the processing conditions are severe, the pipe does not cause buckling or corner wrinkles of the bulging portion, and does not reduce the production efficiency. The present invention has been made in order to provide a method capable of performing the axial pressing process.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The axial pressing method of the present invention made to solve the above-described problem is that the end face of the metal pipe set in the mold is bulged in the middle while applying gradually increasing fluid pressure into the metal pipe. in processing method press axial pressing axis into a shape having, axial pressing the increase in fluid pressure to increase the stroke, 1/4 to the diameter of the bulging height bulge portion of the metal pipe from the machining start 3 / It is low in the initial stage of axial push until it reaches the range of 4 , and is high in the middle period until the bulge height of the metal pipe after the initial period is in the range of 1/2 to 3/2 of the diameter of the bulge. In the final period after the middle period, the pressure is changed again to reach the final pressure.
[0007]
According to the shaft pressing method of the present invention, at the initial stage of the shaft pressing, the bulging portion is formed by quickly forming the bulging portion by lowering the fluid pressure lower than the conventional one, and then increasing the fluid pressure higher than the conventional one. Is further expanded and buckling is prevented, and finally the final pressure is reached while returning the fluid pressure to the conventional level, whereby the corner portion of the bulging portion is folded to obtain the final shape. Therefore, even when the R / D of the corner portion is small and the processing conditions are severe, the metal pipe can be processed into a desired shape without causing buckling or corner wrinkling of the bulging portion.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention are shown below.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the shaft pressing stroke and the fluid pressure applied to the metal pipe in the shaft pressing method of the present invention, and the shaft pressing while applying gradually increasing fluid pressure to the metal pipe It is the same as the conventional one. However, as indicated by the alternate long and short dash line, in the conventional method, the axial pressing stroke and the fluid pressure are proportional to each other. However, in the present invention, at the initial stage of axial pressing from the start of machining to s _1, The increase in pressure is reduced, and the fluid pressure P ₁ at s ₁ is set to 50 to 90% of the fluid pressure in the conventional method. s ₁ is a shaft pushing stroke in which the bulging height h of the metal pipe is in a range of 1/4 to 3/4 of the diameter D _HF of the bulging portion.
[0009]
At this time, as shown in FIG. 5A, the metal pipe is quickly axially pressed from both sides by the shaft pressing metal fitting 4 without receiving strong resistance due to internal pressure, and the central portion is the shape of the cavity portion 1 of the mold 2. The bulging part 5 begins to be formed along However, since the fluid pressure is low, a slight gap remains between the bulging portion 5 and the inner surface of the corner portion of the mold 2. (Fig. 5 (B))
[0010]
Then the mid axial pressing from s ₁ to s _2, the axial pressing to increase the increment of the fluid pressure to increase the stroke, the fluid pressure P ₂ in the s ₂ preferably 150% of the fluid pressure in the conventional method That's it. s ₂ is a shaft pushing stroke in which the height h of the bulging portion of the metal pipe is in the range of 1/2 to 3/2 of the diameter D _HF of the bulging portion.
[0011]
At this time, as shown in FIG. 5 (C), since a strong internal pressure is applied to the metal pipe as compared with the increase in the axial pushing stroke, the bulging portion 5 extends upward. However, if the machining is continued as it is, the upper end of the bulging portion 5 is cracked. Therefore, in the latter half of the axial pressing, the increase in the fluid pressure with respect to the increase in the axial pressing stroke is again reduced to the final pressure. This final pressure P ₃ is the same value as in the conventional method.
[0012]
In this way, if the final pressure P ₃ is set while decreasing the increase in the fluid pressure in the latter half of the axial push, it is shown in FIG. 5D while preventing the upper end of the bulging portion 5 from cracking. Thus, the corner portion of the bulging portion can be folded along the corner portion of the mold 2 to obtain a final shape. Therefore, according to the method of the present invention, even when the R / D of the corner portion is small and the processing conditions are severe, the metal pipe can be processed into a desired shape without causing buckling and corner wrinkles of the bulging portion. it can.
[0013]
【Example】
A stainless steel metal pipe with an inner diameter of 33 mm, a wall thickness of 0.8 mm and a length of 180 mm is set in a mold 2 having a human-shaped cavity 1 as shown in FIG. The shaft was pushed by 25 mm by 4 each. At this time, the fluid pressure P ₁ when the shaft pushing stroke is 15 mm is changed to 25 MPa, the fluid pressure P ₂ when the shaft pushing stroke is 20 mm is changed to 55 MPa, and the fluid pressure P ₃ when the shaft pushing stroke is 25 mm is changed to 60 MPa. I let you. As a result, even when the R / D value was 0.1, the height of the bulging portion could be 20 mm or more. On the other hand, with the conventional method in which the fluid pressure is linearly increased to 60 MPa as the shaft pressing stroke increases, the height of the bulging portion can be processed only up to 15 mm.
[0014]
【The invention's effect】
As described above, according to the shaft pressing method of the present invention, the increase in the fluid pressure relative to the increase in the shaft pressing stroke is low in the initial stage of the shaft pressing, high in the middle period, and low again in the final stage. By changing to the final pressure, there is an advantage that the metal pipe can be processed into a desired shape without causing buckling even when the R / D of the corner portion is small and the processing conditions are severe.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a shaft pressing method.
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a shaft pressing stroke and a fluid pressure in a conventional method.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a pipe that has been axially pressed.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a shaft pressing stroke and a fluid pressure in the method of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of processing steps in the method of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cavity part 2 Die 3 Hydraulic pressure supply hole 4 Shaft pressing metal 5 Swelling part

Claims

In the axial pressing method in which the end face of the metal pipe set inside the mold is axially pressed into a shape with a bulge in the middle while applying increasing fluid pressure in the metal pipe, the increase in axial pressing stroke The increase in fluid pressure is low at the beginning of the axial push until the bulge height of the metal pipe is in the range of 1/4 to 3/4 of the diameter of the bulge from the start of machining, and the metal after the initial The height of the bulging part of the pipe is high in the middle period until it reaches the range of 1/2 to 3/2 of the diameter of the bulging part. A featured axial pressing method.