JP6080800B2 - 偏心拡管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は偏心拡管の製造方法に関する。

従来、偏心拡管の製造方法として、特許文献１、２に記載のものがある。

特許文献１に記載の偏心拡管の製造方法は、拡管ポンチの中心軸を素管の中心軸からずらして圧入することで、偏心拡管を形成するものである。このとき、最大径の異なる複数の拡管ポンチを用い、複数段に分けて拡管加工するものも提案されている。

特許文献２に記載の偏心拡管の製造方法は、素管の管端を中間拡管段階まで拡管加工し、素管径のままの首部から中間拡管部までが同軸となるように形成された加工管を得る同軸拡管工程と、上記首部を半径方向へ移動し、首部の中心軸と拡管部の中心軸とを偏心させるとともに、上記同軸拡管工程よりも大径の拡管ポンチを用い、上記加工管の中間拡管部を最終拡管部まで拡管する偏心拡管工程とを有するものである。

特開平11-239835号公報 特開2006-272350号公報

特許文献１に記載の偏心拡管の製造方法では、１段で拡管加工したとき、拡管部における周方向で伸びの大きい部分（素管の軸方向視で、最終拡管部の外径が素管の中心軸から最も離隔することとなる偏心促進側の管周壁部）に亀裂を生じた。複数段に分けて拡管加工したときには、加工硬化を起こし、更に大きい亀裂を生じた。

特許文献２に記載の偏心拡管の製造方法では、拡管部における亀裂は収まったものの、しわを生じた。

本発明の課題は、拡管部における周方向の伸びの可及的な均等化を図り、優れた形状の偏心拡管を製造することにある。

請求項１に係る発明は、素管の中心軸から偏心させた拡管部を管端に成形する偏心拡管の製造方法において、素管の管端を先行ポンチにより中間拡管段階まで拡管する先行拡管工程で、素管径のままの首部に連接する中間テーパ部と、中間テーパ部に連接する中間拡管部を成形された加工管を得るとともに、最終ポンチにより上記加工管を最終拡管段階まで拡管する最終拡管工程で、上記加工管の中間テーパ部と中間拡管部を、それらの管周壁が最終曲率になる最終テーパ部と、最終テーパ部に連接する最終拡管部に成形するに際し、素管の軸方向視で、最終拡管部の外径が素管の中心軸から最も離隔することとなる側を偏心促進側とし、その直径方向の反対側を偏心抑制側とするとき、先行拡管工程で、先行ポンチを用いることにより、中間拡管部及び中間テーパ部の曲率を、最終拡管部及び最終テーパ部に付与すべき最終曲率に対し、偏心抑制側で、偏心促進側におけるよりも近似させるように加工するようにしたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記先行ポンチが先端部、円錐台部及び本体部を有し、先端部は素管の内径に合致する外径の円柱状をなし、円錐台部は中間テーパ部の拡径予定内径に合致する外径の円錐台状をなし、本体部は中間拡管部の拡径予定内径に合致する外径の円柱状をなし、先端部、円錐台部及び本体部は、円錐台部及び本体部の一側稜線が先端部の一側稜線と同一線になるか、又は円錐台部及び本体部の一側稜線が先端部の一側稜線の外側になるように互いの軸心が偏心されてなり、前記最終ポンチは先端部、円錐台部及び本体部を有し、先端部は素管の内径に合致する外径の円柱状をなし、円錐台部は最終テーパ部の拡径予定内径に合致する外径の円錐台状をなし、本体部は最終拡管部の拡径予定内径に合致する外径の円柱状をなし、先端部、円錐台部及び本体部は、円錐台部及び本体部の一側稜線が先端部の一側稜線と同一線になるか、又は円錐台部及び本体部の一側稜線が先端部の一側稜線の外側になるように互いの軸心が偏心されてなるようにしたものである。

(a)素管に対し、最終拡管工程の完了までに与えるべき周方向の伸びが他の部分（偏心促進側の管周壁部）よりも小さくなりがちな偏心抑制側の管周壁部に着目したとき、先行ポンチを用いる先行拡管工程では、加工管の中間拡管部及び中間テーパ部における上記偏心抑制側の管周壁部を、最終拡管工程で付与されるべき最終曲率に近似するように大きく拡径する。これにより、加工管の中間拡管部及び中間テーパ部の各断面では、先行拡管工程の終了までに、偏心抑制側の材料が偏心促進側へ続く周方向の両側方に向けて積極的に張り出され流動されるものになる。

(b)従って、最終ポンチを用いる最終拡管工程で、加工管の偏心促進側の管周壁部（周方向の伸びが大きくなる部分）を含む全周が、最終曲率に合致するように拡径されるとき、加工管の中間拡管部及び中間テーパ部の各断面では、偏心抑制側から流れ込み済の材料が偏心促進側の伸びに供され、偏心拡管成形を円滑に進行させるものになる。これにより、拡管部における周方向の伸びの可及的な均等化を図り、優れた形状の偏心拡管を製造することができる。

図１は拡管用プレス機を示す模式図である。 図２は拡管金型装置を示す模式図である。 図３は拡管過程を示す模式図である。 図４は偏心拡管の最終形状を示す模式図である。 図５は先行ポンチを示す模式図である。 図６は最終ポンチを示す模式図である。 図７は先行拡管工程を示す模式図である。 図８は最終拡管工程を示す模式図である。

図1に示した拡管用プレス機１００は、ベッド１０１と、ベッド１０１に対して上下動するラム１０２を有する。ラム１０２は、油圧式、機械式、サーボモータ式等のいかなる動力により上下動されるものでも良い。

プレス機１００には、金型装置２００が着脱される。金型装置２００は、ベッド１０１に固定される下ベース２０１と、ラム１０２に固定される上ベース２０２を有する。

金型装置２００の下ベース２０１は、第１と第２のカムスライド２１１、２１２が対応するガイドレース上にスライド可能に並置され、第１のカムスライド２１１には先行ポンチ１０が取着され、第２のカムスライド２１２には最終ポンチ２０が取着される。下ベース２０１は、第１と第２のカムスライド２１１、２１２の前方（各カムスライド２１１、２１２に取着された各ポンチ１０、２０の軸方向に沿う前方）に、第１と第２の下金型２１３、２１４が固定的に並置されている。

金型装置２００の上ベース２０２は、第１と第２のドライバ２２１、２２２が、第１と第２のカムスライド２１１、２１２の上方位置に固定的に並置されている。上ベース２０２は、第１と第２のドライバ２２１、２２２の前方かつ、第１と第２の下金型２１３、２１４の上方位置に、第１と第２の上金型２２３、２２４を並置させている。このとき、上ベース２０２は、第１と第２の各上金型２２３、２２４を、ガススプリング２２３Ａ、２２４Ａを介して支持している。

プレス機１００は、(A)先行ポンチ１０を用いる先行拡管工程で素管１（図３（Ａ））から加工管２（図３（Ｂ））を成形し、(B)最終ポンチ２０を用いる最終拡管工程で加工管２から偏心拡管３（図３（Ｃ）、図４）を成形する。偏心拡管３は、素管１の中心軸ｃから偏心（偏心量ｅ）させた最終拡管部３Ａ（中心軸ｆ）を素管１の管端に成形されたものである。

即ち、プレス機１００は、素管１の管端を先行ポンチ１０により中間拡管段階まで拡管する先行拡管工程で、素管１の直径のままの円筒状首部１Ｎに連接するする中間テーパ部２Ｔと、中間テーパ部２Ｔに連接する円筒状中間拡管部２Ａを成形された加工管２を得る。そして、プレス機１００は、最終ポンチ２０により上記加工管２を最終拡管段階まで拡管する最終拡管工程で、上記加工管２の中間テーパ部２Ｔと中間拡管部２Ａの管周壁が最終曲率になる最終テーパ部３Ｔと、最終テーパ部３Ｔに連接する円筒状最終拡管部３Ａにまで成形された偏心拡管３を得る。このプレス機１００によって素管１の管端に偏心拡管３を成形する拡管過程では、素管１の軸方向視で、最終拡管部３Ａの外径が素管１の中心軸ｃから最も離隔することとなる側を偏心促進側Ｋとし、その直径方向の反対側を偏心抑制側Ｌとするものとする（図７）。

尚、本実施例では、加工管２は、中間拡管部２Ａと中間テーパ部２Ｔと素管１の一側稜線（素管１の軸方向視で、中間拡管部２Ａの外径が素管１の中心軸ｃから最も離隔する側に対する直径方向の反対側を一側という）が同一線になるように成形される。また、偏心拡管３は、最終拡管部３Ａと最終テーパ部３Ｔと素管１の一側稜線（素管１の軸方向視で、最終拡管部３Ａの外径が素管１の中心軸ｃから最も離隔する側に対する直径方向の反対側を一側という）が同一線になるように成形される。

先行ポンチ１０は、図５に示す如く、先端部１０Ｎ、円錐台部１０Ｔ及び本体部１０Ａを有する。先端部１０Ｎは素管１の内径に合致する外径の円柱状をなす。円錐台部１０Ｔは加工管２の中間テーパ部２Ｔの拡径予定内径に合致する外径の円錐台状をなす。本体部１０Ａは加工管２の中間拡管部２Ａの拡径予定内径に合致する外径の円柱状をなす。そして、先端部１０Ｎ、円錐台部１０Ｔ及び本体部１０Ａは、円錐台部１０Ｔ及び本体部１０Ａの一側稜線（先行ポンチ１０の軸方向視で、本体部１０Ａの外径が先端部１０Ｎの中心軸ｉから最も離隔する側に対する直径方向の反対側を一側という）が先端部１０Ｎの一側稜線と同一線をなすように設定される。

最終ポンチ２０は、図６に示す如く、先端部２０Ｎ、円錐台部２０Ｔ及び本体部２０Ａを有する。先端部２０Ｎは素管１の内径に合致する外径の円柱状をなす。円錐台部２０Ｔは偏心拡管３の最終テーパ部３Ｔの拡径予定内径に合致する外径の円錐台状をなす。本体部２０Ａは偏心拡管３の最終拡管部３Ａの拡径予定内径に合致する外径の円柱状をなす。そして、先端部２０Ｎ、円錐台部２０Ｔ及び本体部２０Ａは、円錐台部２０Ｔ及び本体部２０Ａの一側（最終ポンチ２０の軸方向視で、本体部２０Ａの外径が先端部２０Ｎの中心軸ｊから最も離隔する側に対する直径方向の反対側を一側という）が先端部２０Ｎの一側稜線と同一線をなすように設定される。

(A)先行拡管工程８（図７）
(1)プレス機１００のベッド１０１に組込み済の金型装置２００の下ベース２０１が備える第１のカムスライド２１１に先行ポンチ１０を取着する（図７（Ａ））。そして、上記下ベース２０１が備える第１の下金型２１３に素管１の管端をセットする（図７（Ａ））。

(2)プレス機１００のラム１０２を下降動作させ、ラム１０２に組込み済の金型装置２００の上ベース２０２が備える上金型２２３を上記下金型２１３に型合せし、下金型２１３と上金型２２３の間に素管１の管端をクランプする（図７（Ｂ））。素管１の管端は、ガススプリング２２３Ａによって加圧される上金型２２３と下金型２１３により挟圧される。

金型装置２００において、下金型２１３と上金型２２３は互いに当接するように型合せされた状態で、素管１の首部１Ｎに接し、加工管２の中間テーパ部２Ｔ、中間拡管部２Ａの各外周面を成形可能にする金型内面を形成する。

(3)プレス機１００のラム１０２を更に下降させ、ガススプリング２２３Ａが圧縮端に到達するまでの過程で、上ベース２０２が備えるドライバ２２１の下向き斜面が下ベース２０１上の第１のカムスライド２１１の上向き斜面に当たると、第１のカムスライド２１１は下ベース２０１のガイドレール上を前方へスライドする。これにより、第１のカムスライド２１１に取着されている先行ポンチ１０が、前方へ移動し、下金型２１３と上金型２２３の間にクランプされている素管１の管端の内径部に押込まれる。先行ポンチ１０の先端部１０Ｎ、円錐台部１０Ｔ、本体部１０Ａが順に素管１の管端の内径部に押込まれ、その押込み端で、先端部１０Ｎは素管１の首部１Ｎに到達し、円錐台部１０Ｔは加工管２の中間テーパ部２Ｔを成形し、本体部１０Ａは加工管２の中間拡管部２Ａを成形し、加工管２を得るものになる（図７（Ｃ））。

この先行拡管工程で、先行ポンチ１０は、円錐台部１０Ｔにより成形される加工管２の中間テーパ部２Ｔ、及び本体部１０Ａにより成形される加工管２の中間拡管部２Ａの各曲率ρ2を、偏心拡管３の最終テーパ部３Ｔ、最終拡管部３Ａにそれぞれ予定されている最終曲率ρ3に対し、偏心抑制側Ｌで、偏心促進側Ｋにおけるよりも近似させるように加工する。即ち、図３に示す如く、加工管２の中間テーパ部２Ｔ、中間拡管部２Ａの偏心抑制側Ｌの曲率ρ2L（図３（Ｂ））は、偏心拡管３の最終テーパ部３Ｔ、最終拡管部３Ａに予定されている最終曲率ρ3（図３（Ｃ））に近接するように大きく拡径される。加工管２の中間テーパ部２Ｔ、中間拡管部２Ａの偏心促進側Ｋの曲率ρ2K（図３（Ｂ））は大きく拡径されず、偏心拡管３の最終テーパ部３Ｔ、最終拡管部３Ａに予定されている最終曲率ρ3（図３（Ｃ））に遠く及ばない。

(B)最終拡管工程（図８）
(1)プレス機１００のベッド１０１に組込み済の金型装置２００の下ベース２０１が備える第２のカムスライド２１２に最終ポンチ２０を取着する（図８（Ａ））。そして、上記下ベース２０１が備える第２の下金型２１４に、前述した先行拡管工程で加工済の加工管２をセットする（図８（Ａ））。

(2)プレス機１００のラム１０２を下降動作させ、ラム１０２に組込み済の金型装置２００の上ベース２０２が備える第２の上金型２２４を上記下金型２１４に型合せし、下金型２１４と上金型２２４の間に加工管２をクランプする（図８（Ｂ））。加工管２は、ガススプリング２２４Ａによって加圧される上金型２２４と下金型２１４により挟圧される。

金型装置２００において、下金型２１４と上金型２２４は互いに当接するように型合せされた状態で、素管１の首部１Ｎに接し、偏心拡管３の最終テーパ部３Ｔ、最終拡管部３Ａの最終曲率が付与された各外周面を成形可能にする金型内面を形成する。

このとき、加工管２の偏心抑制側Ｌの中間テーパ部２Ｔ、中間拡管部２Ａは先行拡管工程で最終曲率近くまで拡管されており、本実施例では、上金型２２４の金型曲面に概ね合致する。

(3)プレス機１００のラム１０２を更に下降させ、ガススプリング２２４Ａが圧縮端に到達するまでの過程で、上ベース２０２が備えるドライバ２２２の下向き斜面が下ベース２０１上のカムスライド２１２の上向き斜面に当たると、カムスライド２１２は下ベース２０１のガイドレール上を前方へスライドする。これにより、カムスライド２１２に取着されている最終ポンチ２０が、前方へ移動し、下金型２１４と上金型２２４の間にクランプされている加工管２の内径部に押込まれる。最終ポンチ２０の先端部２０Ｎ、円錐台部２０Ｔ、本体部２０Ａが順に加工管２の内径部に押込まれ、その押込端で、先端部２０Ｎは素管１の首部１Ｎに到達し、円錐台部２０Ｔは偏心拡管３の最終テーパ部Ｔを成形し、本体部２０Ａは偏心拡管３の最終拡管部３Ａを成形し、偏心拡管３を得るものになる（図８（Ｃ））。尚、プレス機１００による、上述の(A)先行拡管工程と、(B)最終拡管工程は、同時並行的に行なわれる。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)素管１に対し、最終拡管工程の完了までに与えるべき周方向の伸びが他の部分（偏心促進側Ｋの管周壁部）よりも小さくなりがちな偏心抑制側Ｌの管周壁部に着目したとき、先行ポンチ１０を用いる先行拡管工程では、加工管２の中間拡管部２Ａ及び中間テーパ部２Ｔにおける上記偏心抑制側Ｌの管周壁部を、最終拡管工程で付与されるべき最終曲率に近似するように大きく拡径する。これにより、加工管２の中間拡管部２Ａ及び中間テーパ部２Ｔの各断面では、先行拡管工程の終了までに、偏心抑制側Ｌの材料が偏心促進側Ｋへ続く周方向の両側方に向けて積極的に張り出され流動されるものになる。

(b)従って、最終ポンチ２０を用いる最終拡管工程で、加工管２の偏心促進側Ｋの管周壁部（周方向の伸びが大きくなる部分）を含む全周が、最終曲率に合致するように拡径されるとき、加工管２の中間拡管部２Ａ及び中間テーパ部２Ｔの各断面では、偏心抑制側Ｌから流れ込み済の材料が偏心促進側Ｋの伸びに供され、偏心拡管成形を円滑に進行させるものになる。これにより、拡管部における周方向の伸びの可及的な均等化を図り、優れた形状の偏心拡管３を製造する。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、本発明において、加工管２は、中間拡管部２Ａと中間テーパ部２Ｔの一側稜線を素管１の一側稜線の外側に位置するように成形され、また、偏心拡管３は、最終拡管部３Ａと最終テーパ部３Ｔの一側稜線を素管１の一側稜線の外側に位置するように成形されても良い。これに対応する先行ポンチ１０にあっては、円錐台部１０Ｔ及び本体部１０Ａの一側稜線が先端部１０Ｎの一側稜線の外側になるように互いの軸心が偏心され、最終ポンチ２０にあっては、円錐台部２０Ｔ及び本体部２０Ａの一側稜線が先端部２０Ｎの一側稜線の外側になるように互いの軸心が偏心される。

また、本発明において、先行拡管工程は２段階以上の複数段階に分割され、各段階で最大径の異なる複数の先行ポンチを用いるものとしても良い。先行拡管工程の各段階で、中間拡管部及び中間テーパ部の曲率を、最終拡管部及び最終テーパ部に付与すべき最終曲率に徐々に近接させる。そして、この先行拡管工程の各段階で、中間拡管部及び中間テーパ部の曲率は、最終拡管部及び中間テーパ部に付与すべき最終曲率に対し、偏心抑制側Ｌで、偏心促進側Ｋにおけるよりも近似させるように加工する。

尚、本発明の実施に用いられる偏心拡管製造装置は、プレス機１００に金型装置２００を着脱可能にセットしてなるものに限らず、専用機からなるものであっても良い。

本発明によれば、拡管部における周方向の伸びの可及的な均等化を図り、優れた形状の偏心拡管を製造することができる。

１ 素管
１Ｎ 首部
２ 加工管
２Ａ 中間拡管部
２Ｔ 中間テーパ部
３ 偏心拡管
３Ａ 最終拡管部
３Ｔ 最終テーパ部
１０ 先行ポンチ
１０Ａ 本体部
１０Ｎ 先端部
１０Ｔ 円錐台部
２０ 最終ポンチ
２０Ａ 本体部
２０Ｎ 先端部
２０Ｔ 円錐台部
Ｋ 偏心促進側
Ｌ 偏心抑制側

Claims (2)

1. 素管の中心軸から偏心させた拡管部を管端に成形する偏心拡管の製造方法において、
   素管の管端を先行ポンチにより中間拡管段階まで拡管する先行拡管工程で、素管径のままの首部に連接する中間テーパ部と、中間テーパ部に連接する中間拡管部を成形された加工管を得るとともに、
   最終ポンチにより上記加工管を最終拡管段階まで拡管する最終拡管工程で、上記加工管の中間テーパ部と中間拡管部を、それらの管周壁が最終曲率になる最終テーパ部と、最終テーパ部に連接する最終拡管部に成形するに際し、
   素管の軸方向視で、最終拡管部の外径が素管の中心軸から最も離隔することとなる側を偏心促進側とし、その直径方向の反対側を偏心抑制側とするとき、
   先行拡管工程で、先行ポンチを用いることにより、中間拡管部及び中間テーパ部の曲率を、最終拡管部及び最終テーパ部に付与すべき最終曲率に対し、偏心抑制側で、偏心促進側におけるよりも近似させるように加工することを特徴とする偏心拡管の製造方法。
2. 前記先行ポンチが先端部、円錐台部及び本体部を有し、先端部は素管の内径に合致する外径の円柱状をなし、円錐台部は中間テーパ部の拡径予定内径に合致する外径の円錐台状をなし、本体部は中間拡管部の拡径予定内径に合致する外径の円柱状をなし、先端部、円錐台部及び本体部は、円錐台部及び本体部の一側稜線が先端部の一側稜線と同一線になるか、又は円錐台部及び本体部の一側稜線が先端部の一側稜線の外側になるように互いの軸心が偏心されてなり、
   前記最終ポンチは先端部、円錐台部及び本体部を有し、先端部は素管の内径に合致する外径の円柱状をなし、円錐台部は最終テーパ部の拡径予定内径に合致する外径の円錐台状をなし、本体部は最終拡管部の拡径予定内径に合致する外径の円柱状をなし、先端部、円錐台部及び本体部は、円錐台部及び本体部の一側稜線が先端部の一側稜線と同一線になるか、又は円錐台部及び本体部の一側稜線が先端部の一側稜線の外側になるように互いの軸心が偏心されてなる請求項１に記載の偏心拡管の製造方法。

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