JP6519984B2

JP6519984B2 - 同時異種加工管部材の製造方法

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Publication number: JP6519984B2
Application number: JP2014093458A
Authority: JP
Inventors: 水村　正昭; 正昭水村; 井口　敬之助; 敬之助井口; 聡白神; 翔平田村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2014-04-30
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2034-04-30
Also published as: JP2015208773A

Description

本発明は、断面が環状の直管材に、直接、断面加工と曲げ加工を同時に施して製造した管部材に関する。

近年、自動車用部品、建材用部品、家具用部品などを製造する分野では、剛性を確保したうえで製品を軽量化することが要求されている。製品の構成部品を中空化することが、軽量化のための有効な一手段であるが、多くの部品は、小スペースでの配置、複数部品の一体化、意匠性の確保などの点から、素材を曲げ加工して製造されている。

例えば、自動車の衝突対策部品のバンパービームは、通常、断面矩形の素管に、車体の前面形状に適合するように曲げ加工を施して製造されている（例えば、特許文献１、参照）。

断面矩形の素材管に曲げ加工を施し、湾曲した管、又は、直線部と湾曲部が混在する管を製造する場合、管のエネルギー吸収量は、加工硬化した分増大するが、曲げ加工中、座屈したり、破断したりする場合がある。また、曲げ加工後の管の湾曲部で断面形状の精度が低下したり、断面肉厚が不均一になる場合がある。

特許文献２には、断面が円環状の直管に、ロールプレス曲げ加工を施して湾曲した角管を製造する方法と装置が開示されている。

この方法と装置によれば、曲げ加工中、座屈や破断を起こさずに、滑らかに湾曲した角管を製造することができるが、下型のロールを架台上でスライドさせる構造や、内側に向かって常に力を負荷する構造を採用している点で、装置の構造が複雑であり、また、曲げ加工中、管の中央部の外側は金型に拘束されていないので、その部分の形状精度が低下するという課題を抱えている。

特開平１０−１８０３６０号公報特開２００７−３０７６１５号公報

本発明は、従来技術の上記現状を踏まえ、断面が環状の直管材（以下「環状直管材」ということがある。）を、座屈や破断を起こさずに加工して、断面形状が高精度の、種々の形状の管部材を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決する手法を、シミュレーション手法を用いて鋭意検討した。その結果、次の知見を得るに至った。

(x)環状直管材に、上下のプレス金型で、断面加工と曲げ加工を、直接、同時に施して、座屈や破断を起こさずに、断面形状が高精度（型の輪郭どおり）の管部材を製造することができる。

(y)上下のプレス金型の形状・構造を変更して、環状直管材から、断面形状が高精度で、用途に応じた形状の管部材を、座屈や破断を起こさずに製造することができる。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
（１）断面が凹みのない滑らかな閉曲線からなる環状の直管材に、長手方向に湾曲部を含む上下のプレス金型を用いて、断面加工と曲げ加工を、直接、同時に施して、同時異種加工管部材を製造する製造方法であって、管部材の長手方向において、
前記上下のプレス金型の湾曲部で、前記直管材に、該湾曲部の湾曲形状に対応する湾曲部を形成しつつ、該湾曲部を含む前記直管材の断面形状を、前記上下のプレス金型の型の輪郭どおりの断面形状に成形する
ことを特徴とする同時異種加工管部材の製造方法。
（２）前記断面形状が、管部材の長手方向において、連続的に又は不連続的に変化していることを特徴とする前記（１）に記載の同時異種加工管部材の製造方法。
（３）前記上下のプレス金型の各々は、底面部と該底面部から立設する縦壁部とを有し、該上下のプレス金型が閉じた状態で、前記管部材の湾曲部の全周が、前記底面部及び前記縦壁部に当接していることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の同時異種加工管部材の製造方法。

本発明によれば、環状直管材に、上下のプレス金型で、断面加工と曲げ加工を、直接、同時に施して、断面形状が高精度で、種々の形状の管部材を提供することができる。

断面形状が高さ４２ｍｍ×幅３０ｍｍで、曲げ角度：２０°、曲げＲ：８００ｍｍの湾曲角管を示す図である。（ａ）は湾曲角管の側断面を示し、（ｂ）は湾曲角管の平面態様を示し、（ｃ）は湾曲角管の正面態様を示す。環状直管材を、一旦、断面が偏平な直管材（幅２８ｍｍ）に成形し、その後、湾曲角管に成形する態様を示す。（ａ）は、環状直管材にプレス加工を施して成形した偏平直管材の断面を示し、（ｂ）は、偏平直管材に、上下のプレス金型で、断面加工と曲げ加工を同時に施す態様を模式的に示す。長尺の環状直管材の場合の曲げ形状（同時異種加工管部材の形状）の例を示す図である。（ａ）は、中央の湾曲部の両側に直線部がある形状を示し、（ｂ）は、中央の直線部の両側に湾曲部がある形状を示し、（ｃ）は、中央の直線部の両側に、（ｂ）の湾曲部の湾曲とは逆に湾曲する湾曲部がある形状を示し、（ｄ）は、左右非対称の全体が湾曲する形状を示す。上プレス金型と下プレス金型で断面加工された同時異種加工管部材の断面形状の例を示す。（ａ）は、６角形の断面形状を示し、（ｂ）は、楕円形の断面形状を示し、（ｃ）は、任意形状の断面形状を示し、（ｄ）は、４面が凹面の断面形状を示す。

本発明の同時異種加工管部材の製造方法（以下「本発明管部材の製造方法」ということがある。）は、
断面が凹みのない滑らかな閉曲線からなる環状の直管材に、長手方向に湾曲部を含む上下のプレス金型を用いて、断面加工と曲げ加工を、直接、同時に施して、同時異種加工管部材を製造する製造方法であって、管部材の長手方向において、
前記上下のプレス金型の湾曲部で、前記直管材に、該湾曲部の湾曲形状に対応する湾曲部を形成しつつ、該湾曲部を含む前記直管材の長手方向の断面形状を、前記上下のプレス金型の型の輪郭どおりの断面形状に成形する
ことを特徴とする。

以下、本発明管部材の製造方法について説明する。

特許文献２に開示の、円環状管にロールプレス曲げ加工を施して角管を製造する方法と装置においては、前述したように、装置の構造が複雑であり、また、曲げ加工中、管の中央部の外側は金型に拘束されていないので、その部分の形状精度が低下するという課題を抱えている。

このことを踏まえ、本発明者らは、環状直管材に、上下のプレス金型を用いて、断面加工と曲げ加工を、直接、同時に施し、断面形状が高精度（型の輪郭どおり）の管を製造することを発想し、シミュレーションで、その実現性を確認した。

図１に、シミュレーションで、φ４２．７ｍｍ、厚さ１．６ｍｍの環状直管材に、上下のプレス金型で、曲げ角度２０°の曲げ加工と断面加工を同時に施して製造した“断面形状：高さ４２ｍｍ×幅３０ｍｍ、曲げＲ：８００ｍｍ”の湾曲角管１を示す。

図１（ａ）に湾曲角管１の側断面を示し、図１（ｂ）に湾曲角管１の平面態様を示し、図１（ｃ）に湾曲角管１の正面態様を示す。

本発明者らは、環状直管材に、上下のプレス金型で、断面加工と曲げ加工を、直接、同時に施して、座屈や破断を起こさずに、断面形状が高精度（型の輪郭どおり）の湾曲角管を製造できることを確認した。

上下のプレス金型で、環状直管材に断面加工と曲げ加工を、直接、同時に施す場合、金型の型形状によっては、加工中に不均一な塑性変形が起き、型の輪郭どおりの断面形状が得られないか、又は、管周方向の肉厚が均一にならないことが懸念される。この場合、環状直管材を、一旦、断面が偏平な環状の直管材（偏平直管材）に成形し、その後、上下のプレス金型で成形してもよい。

図２に、環状直管材を、一旦、断面が偏平な直管材（幅２８ｍｍ）に成形し、その後、湾曲角管に成形する態様を示す。図２（ａ）に、環状直管材にプレス加工を施して成形した偏平直管材の断面を示し、図２（ｂ）に、偏平直管材に、上下のプレス金型で、断面加工と曲げ加工を同時に施す態様を模式的に示す。

図２（ｂ）に示すように、偏平直管材１を、長径方向を垂直にして上プレス金型２と下プレス金型３の間に装着し、偏平直管材１に、断面加工と曲げ加工を同時に施して、湾曲角管（図１、参照）を製造することができる。

環状直管材の環状は、円、楕円、偏平円に限らず、凹みのない滑らかな閉曲線を含む。このような環状を選択することで、塑性加工の均一性を確保することができる。また、環状直管材はテーラードブランク材で作製したものでもよい。

次に、本発明者らは、上下のプレス金型の型形状・構造を変更して、環状直管材から、断面形状が高精度（型の輪郭どおり）で、用途に応じた形状の管部材を、座屈や破断を起こさずに製造できることを確認した。

図１及び図２に示すシミュレーションは、曲げ角度２０°で行ったが、本発明者らは、曲げ角度が２０°を超えても、断面加工と曲げ加工を同時に、環状直管材を座屈や破断を起こさずに行うことができることを確認した。

また、本発明者らは、環状直管材を、所定の位置で曲げ角度を変えて、所要の形状に曲げ加工できることを確認した。

図３に、長尺の環状直管材の場合の曲げ形状（同時異種加工管部材の形状）の例を示す。図３（ａ）に、中央の湾曲部５の両側に直線部４がある形状を示し、図３（ｂ）に、中央の直線部４の両側に湾曲部５がある形状を示し、図３（ｃ）に、中央の直線部４の両側に、図３（ｂ）の湾曲部の湾曲とは逆に湾曲する湾曲部５がある形状を示し、図３（ｄ）は、左右非対称の全体が湾曲する形状を示す。

図３には、環状直管材が長尺の場合の曲げ形状（同時異種加工管部材の形状）を例示したが、本発明者らは、環状直管材が長尺でなくても、環状直管材を、所定の位置で曲げ角度を変えて、所要の形状に曲げ加工できることを確認した。

さらに、本発明者らは、上プレス金型と下プレス金型で形成される型断面を変えても、環状直管材に、断面加工と曲げ加工を、直接、同時に施し、座屈や破断を起こさずに、断面形状が高精度（型の輪郭どおり）の管部材を製造できることを確認した。

図４に、上プレス金型３ａと下プレス金型３ｂで断面加工された同時異種加工管部材７の断面形状の例を示す。図４（ａ）に、６角形の断面形状を示し、図４（ｂ）に、楕円形の断面形状を示し、図４（ｃ）に、任意形状の断面形状を示し、図４（ｄ）に、４面が凹面の断面形状を示す。

このように、環状直管材に、断面加工と曲げ加工を、直接、同時に施し、座屈や破断を起こさずに、種々の断面形状を高精度（型の輪郭どおり）で備える管部材（同時異種加工管部材）を製造することができる。

ただし、成形後の管部材（同時異種加工管部材）は、上下プレス金型を開いて取り出す必要があるので、上記管部材の断面形状は、成形後、上下プレス金型から取り出せることができる断面形状に限られる。

同時異種加工管部材の断面形状は、管軸方向で、連続的に又は不連続的に変えることができる。それ故、上下のプレス金型の型形状・構造を変更して、環状直管材から、断面形状が高精度（型の輪郭どおり）で、用途に応じた形状の管部材を、座屈や破断を起こさずに製造することができる。

以上のシミュレーションから、環状直管材に、直接、断面加工と曲げ加工を、直接、同時に施して、断面形状が高精度で、種々の形状の管部材を得ることができることが解り、本発明管部材の製造方法に至った。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例）
プレス金型装置を用いて、φ４２．７ｍｍ、厚さ１．６ｍｍの環状直管材に、曲げ角度２２．５°で、断面加工と曲げ加工を、直接、同時に施した。加工中、座屈や破断が生じることなく、断面形状：高さ４２ｍｍ×幅３０ｍｍで、曲げＲ：７５０ｍｍの湾曲角管を得ることができた。

上記湾曲角管における断面形状は、全長にわたり型の輪郭通りであった。なお、断面肉厚は管周方向でほぼ均一であった。

前述したように、本発明によれば、本発明によれば、環状直管材に、上下のプレス金型で、断面加工と曲げ加工を、直接、同時に施して、断面形状が高精度で、種々の形状の管部材を提供することができる。よって、本発明は、鋼管加工産業において利用可能性が高いものである。

１湾曲角管
２偏平直管材
３ａ上プレス金型
３ｂ下プレス金型
４直線部
５湾曲部
６同時異種加工管部材

Claims

断面が凹みのない滑らかな閉曲線からなる環状の直管材に、長手方向に湾曲部を含む上下のプレス金型を用いて、断面加工と曲げ加工を、直接、同時に施して、同時異種加工管部材を製造する製造方法であって、管部材の長手方向において、
前記上下のプレス金型の湾曲部で、前記直管材に、該湾曲部の湾曲形状に対応する湾曲部を形成しつつ、該湾曲部を含む前記直管材の断面形状を、前記上下のプレス金型の型の輪郭どおりの断面形状に成形する
ことを特徴とする同時異種加工管部材の製造方法（ただし、バルジ加工を行う方法を除く）。
前記断面形状が、管部材の長手方向において、連続的に又は不連続的に変化していることを特徴とする請求項１に記載の同時異種加工管部材の製造方法。
前記上下のプレス金型の各々は、底面部と該底面部から立設する縦壁部とを有し、該上下のプレス金型が閉じた状態で、前記管部材の湾曲部の全周が、前記底面部及び前記縦壁部に当接していることを特徴とする請求項１又は２に記載の同時異種加工管部材の製造方法。