專利名稱：液壓脹形加工用異型毛坯管及其加工裝置、方法和加工品的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種供液壓脹形加工用的異型毛坯管、及采用該異型毛坯管進行液壓脹形加工的液壓脹形加工裝置、液壓脹形加工方法、以及施加了液壓脹形加工的液壓脹形加工品。
背景技術：
液壓脹形加工，與其他成形加工方法相比，具有很多優點。例如，由于能加工長度方向截面形狀不同的復雜形狀的零件，所以能將必須用傳統的進行焊接接合的機械零件以整體成形進行加工。另外，由于該加工能在施加加工的整個部位上產生加工硬化，所以即使采用軟質的毛坯管也能獲得高強度的制品。
并且，加工后的回彈小，制品的尺寸精度良好(形狀凍結性良好)。因此，不需要手工矯正制品尺寸的工序，能簡化工序。
液壓脹形加工，具有上述優點，最近，特別是作為汽車用零件的制造方法被采用。
通常，在利用液壓脹形加工成形加工管時，采用長度方向具有均勻圓截面的直管(以下，稱為「直毛坯管」)作為毛坯料，在對該毛坯料施加了作為「予成形」的彎曲加工及壓變形加工后，實施液壓脹形加工作為加工工序的最終工序。經過這樣一系列的加工工序，可以制造由直毛坯管被加工成規定形狀的液壓脹形加工品。
圖1是采用傳統直毛坯管并獲得制品的液壓脹形加工加工工序中的最終工序的說明圖。如該圖所示，在作為最終工序的液壓脹形加工中，在被定位于上下模具1、2內的直毛坯管P1中，通過注入口3注入加工液，將內壓作為負荷。并且，利用施加內壓負荷、兼作密封工具的軸推壓工具4、5，從兩管端向軸向推壓毛坯管P1(以下，稱為「軸推壓」)。
在液壓脹形加工中，將施加內壓負荷及軸推壓進行組合，制造具有各種截面形狀的制品P2。另外，兼作密封工具的軸推壓工具4、5，與未圖示的液壓缸連接，并在液壓脹形加工中，控制其軸向位置及軸推壓力。
液壓脹形加工中的、從管端沿軸向的軸推壓，具有促進毛坯管鼓出時的金屬塑性流動、提高毛坯管擴管界限的效果。為此，在液壓脹形加工中，從管端沿軸向的軸推壓，是極其重要的加工工序。
具體的是，在液壓脹形加工中，當不實施軸推壓且只用內壓負荷進行加工時，隨著毛坯管P1的鼓出、板厚明顯減薄。因此，在液壓脹形加工途中，會導致毛坯管P1斷裂。即，毛坯管P1的可成形范圍(擴管界限)受到限制。
并且，在液壓脹形加工中，具有因毛坯管形狀引起的問題。如前所述，即使作為該加工的優點之一是能獲得軸向截面形狀不同的復雜加工形狀，但能獲得的加工形狀也受到限制。
例如，在定義了周長增加率(擴管率)＝{(該部位的加工品的外周長/毛坯管的圓周長)-l}×100％的情況下，雖然要依賴于加工品所要求的形狀特性或使用的毛坯管條件(材料，壁厚)，但除了軸推壓有效的管端部區域以外，周長增加率(擴管率)最高也為25％左右。
超過該界限的周長增加率(擴管率)，就不能實施液壓脹形加工。按照這樣的周長增加率(擴管率)的制約條件，為了提高加工品形狀設計的自由度并獲得具有更復雜截面的加工品，就必須在毛坯管形狀上下工夫。
為了解決這個問題，有人提出用略呈圓錐狀的毛坯管(以下，稱為「錐毛坯管」)取代直毛坯管的提案。即，通過采用錐毛坯管，對于用直毛坯管難于成形的零件，例如，對于沿軸向周長變化大的零件，能降低伴隨加工的周長增加率，并能形成規定的加工形狀(例如，特開2001-321842號公報，第1頁，參照圖2)。
但是，在采用軸向截面形狀變化的錐毛坯管并進行液壓脹形加工時，在使用上述圖1所示的直毛坯管用軸推壓工具時，難以對錐毛坯管施加軸推壓。
圖2是用傳統的直毛坯管用軸推壓工具進行對錐毛坯管的軸推壓時所產生的問題說明圖。如該圖所示，本身在大直徑側不能進行對錐毛坯管TP1的軸推壓，另外，雖然在小直徑側能對錐毛坯管TP1進行軸推壓，但當伴隨軸推壓、隨著軸推壓工具4進入了上下模具1、2內部，會使軸推壓工具4側的錐毛坯管TP1的內外面的約束變得不充分，會產生密封泄漏。
圖3是采用傳統錐管的液壓脹形加工工序說明圖，(a)是加工前的狀態，(b)是施加內壓負荷前的狀態，(c)是加工結束時的狀態。
在采用傳統錐管TP1的液壓脹形加工中，如圖3所示，使用了前端部為錐狀的軸推壓工具6、7，但由于不能實施軸推壓，所以一般只用內壓負荷完成液壓脹形加工。另外，圖3中的TP2是形成了管端部以后的錐毛坯管，TP3表示液壓脹形加工后的制品(液壓脹形加工品)。
在圖3所示的加工工序中，由于不能實施錐毛坯管TP2的軸推壓，所以如上所述，只能在液壓脹形加工階段不產生破裂限度的成形范圍內進行加工。因此，實際狀況是在液壓脹形加工中不能充分發揮采用錐毛坯管的效果。
為此，希望開發能在采用錐毛坯管進行液壓脹形加工時，對毛坯管施加內壓負荷并從管端沿軸向進行軸推壓的技術。
在對傳統的錐毛坯管實施液壓脹形加工時，除了軸推壓困難的問題以外，還有液壓脹形加工品與其他部件接合時的問題。
圖4是接合具有長方形截面的液壓脹形加工品時的問題說明圖。該圖(a)表示傳統液壓脹形加工品的形狀，(b)表示本發明的液壓脹形加工品的形狀，并表示各個加工品管端部相對于軸向的傾斜。(c)表示上述(a)和(b)的液壓脹形加工品的截面形狀。
以傳統的錐毛坯管作為原料而進行液壓脹形加工的制品PT3，如圖4(a)所示，管端部只傾斜了θ。因此，在與其他部件焊接、接合時，由于難于確保精度，所以不容易與其他部件接合。
而且，在將管端以插入其他零件中結合實行插接結合時，同樣地由于不能確保精度，而難于定位。因此，必須進行在液壓脹形加工以后切掉液壓脹形加工品端部等的后加工。
發明內容
本發明鑒于上述傳統的問題，其目的在于提供一種在采用軸向橫截面形狀變化的異型毛坯管的液壓脹形加工中，能對毛坯管施加內壓負荷并從管端實施沿軸向的軸推壓、以獲得大擴管率的液壓脹形加工用異型毛坯管，以及采用該異型毛坯管的液壓脹形加工裝置、液壓脹形加工方法、及液壓脹形加工品。
為達到上述目的，本發明的液壓脹形加工用異型毛坯管，是供液壓脹形加工用的異型毛坯管，具有其外徑從軸向的一方朝另一方逐漸增加或減少的周長，并且至少在一端側形成有平行部。
本發明的液壓脹形加工用異型毛坯管，優選所述平行部的長度，為被施加液壓脹形加工的軸推壓量和進行液壓脹形加工時密封所要求的長度的共計長度以上。
并且，是供制造具有矩形截面或多邊形狀截面的液壓脹形加工品的異型毛坯管，優選使所述平行部上的角部的曲率半徑R、對應于與管端部軸向距離相對應的異型毛坯管周長差的變化而變化。
并且，分別在上下兩模具本體至少一方的端側內面、及對應于該端側內面的軸推壓工具外面上設有平行部，只要將這樣構成的本發明異型毛坯管裝在本發明的液壓脹形加工裝置的模具內，就能組合內壓負荷及軸推壓加工。
因此，在液壓脹形加工時，可以獲得比以往加工大的擴管率，并且，也能容易地進行與其他零件的接合。
圖1是采用傳統直毛坯管并獲得制品的液壓脹形加工的加工工序中最終工序的說明圖。
圖2是傳統直毛坯管使用軸推壓工具、對傳統直毛坯管進行軸推壓時所產生問題的說明3是采用采用傳統直毛坯管的液壓脹形加工工序說明圖，(a)表示加工前的狀態，(b)表示施加內壓負荷前的狀態，(c)表示加工結束時的狀態。
圖4是接合具有長方形截面的液壓脹形加工品時問題的說明圖，(a)是采用傳統直毛坯管的液壓脹形加工品形狀，(b)是本發明的液壓脹形加工品形狀，(c)表示它們的截面形狀。
圖5是構成本發明的液壓脹形加工用異型毛坯管的錐管形狀實例的截面圖。
圖6是本發明異型毛坯管整體結構實例圖，(a)是在具有圓形截面的錐部兩端形成具有圓截面的平行部的實例，(b)是在具有長方形截面的錐部兩端設置具有長方形截面的平行部的實例。
圖7是本發明其他異型毛坯管整體結構實例圖，是在大直徑側平行部與中央錐部之間具有過渡部的實例。
圖8是關于在大直徑側端部具有平行部的本發明異型毛坯管制造方法的說明圖，(a)是整體立體圖，(b)是展開圖，(c)是接近(b)所示展開圖的圓錐形形狀示意圖。
圖9是本發明異型毛坯管其他實施例及對其使用軸推壓工具的示意圖，(a)是整體立體圖，(b)是小口徑側的放大圖，(c)是所使用的兼作小口徑側密封工具用的軸推壓工具放大圖。
圖10是液壓脹形加工品的小口徑側具有矩形截面時所用的本發明異型毛坯管端面形狀的示意圖，(a)是距小口徑側端部沿軸向只離開δL+L0位置的截面圖，(c)是管端部的截面圖，(b)是它們中間位置的截面圖。
圖11是液壓脹形加工品的大口徑側具有矩形截面時所用的本發明異型毛坯管端面形狀的示意圖，(a)是距大口徑側端部沿軸向只離開δL’+L0’位置的截面圖，(c)是管端部的截面圖，(b)是它們中間位置的截面圖。
圖12是液壓脹形加工品具有梯形截面時其截面形狀的實例圖。
圖13是液壓脹形加工品具有L字型截面時其截面形狀的實例圖。
圖14是本發明方法第1實施例的說明圖，是表示先用液壓脹形加工而形成異型毛坯管的管端部平行部時的示意圖。(a)是表示錐管向模具本體中放入狀態的剖面圖，(b)是在液壓脹形加工前形成平行部狀態的剖面圖，(c)是結束液壓脹形加工以后狀態的剖面圖。
圖15是表示小口徑側的上模具本體、兼作密封工具的軸推壓工具及異型毛坯管之間關系的示意圖，(a)～(c)相當于上述圖14(a)～(c)圖。
圖16是表示大口徑側的上模具本體、兼作密封工具的軸推壓工具及異型毛坯管之間關系的示意圖，(a)～(c)相當于上述圖14(a)～(c)圖。
圖17是本發明方法第2實施例的說明圖，是表示在向模具本體中放入之前，預先形成異型毛坯管的管端部平行部時的示意圖。(a)是表示將異型管向模具本體中放入狀態的剖面圖，(b)是在液壓脹形加工前狀態的剖面圖，(c)是結束了液壓脹形加工以后狀態的剖面圖。
圖18是本發明方法第3實施例的說明圖，是表示在向模具本體中放入之前，預先形成異型毛坯管的管端部平行部的其他實施例，(a)～(c)與上述圖17的情況相同。
圖19是本發明方法第4實施例的說明圖，是以大口徑側為基準單純地沿軸向增加大口徑側平行部內側型腔的結構實例圖。(a)～(c)與上述圖17的情況相同。
圖20是兼作本發明的液壓脹形加工裝置結構部件密封工具的軸推壓工具結構示意圖。
具體實施例方式
圖5是構成本發明的液壓脹形加工用異型毛坯管的錐管形狀實例的截面圖。本發明的液壓脹形加工用異型毛坯管11，是供液壓脹形加工的異型毛坯管，如該圖(a)(b)所示，其外徑具有從軸向的一方朝另一方逐漸增加或減少的周長，且至少在一端側(在圖5所示的實例中，小口徑和大口徑側的兩端)形成有平行部11a、11b。
本發明的液壓脹形加工用異型毛坯管，其上述平行部11a、11b的長度，最好為用液壓脹形加工的軸推壓量與密封所必須長度的共計長度以上。
圖6是本發明的異型毛坯管整體結構實例圖，(a)是在具有圓形截面的錐部兩端形成具有圓截面平行部的實例，(b)是在具有長方形截面的錐部兩端設置具有長方形截面平行部的實例。
用圖6(a)(b)進一步說明上述圖5(a)所示的實施例。圖6(a)表示了最基本的形式，是在具有圓形截面的錐部兩端形成具有圓形截面的平行部11a、11b的結構。
另外，圖6(b)是在具有長方形截面的錐部兩端設置具有長方形截面的平行部11a、11b。在該圖6(b)所示的實例中，平行部11a、11b的全長在小口徑側11a具有如后所述圖10(a)所示的截面，及在大口徑側11b具有如后所述圖11(c)所示的截面。
圖7是本發明的其他異型毛坯管整體結構實例圖，與上述圖6的結構相比，是在大直徑側平行部與中央錐部之間具有過渡部的異型毛坯管結構。
以下，參照圖7(a)(b)詳細說明上述圖5(b)所示的實施例。圖7(a)是在具有圓截面的錐部兩端形成具有圓截面平行部11a、11b的毛坯管，并在大口徑側平行部11b與中央的錐部之間具有過渡部11c。
另外，圖7(b)是在具有長方形截面的錐部兩端設置具有長方形截面的平行部11a、11b的毛坯管，并與上述同樣地在大口徑側平行部11b與中央的錐部之間具有過渡部11c。
在上述圖6(b)或圖7(b)中，雖出示了被形成于兩端部的平行部11a、11b的形狀為簡單的長方形截面的結構，但也可以是如后述圖12所示的錐形截面形狀或如后述圖13所示的L字型截面形狀、或者形成未圖示的多邊形截面形狀。
此時，若將液壓脹形加工后最終端面形狀設計為與制品端面形狀一致，則可提高材料利用率，是理想的。
另外，在圖6(b)或圖7(b)中表示了中央錐部也為長方形截面的毛坯管，但中央部為長方形截面沒有特別的理由，也可以是圖6(a)或圖7(a)所示的圓截面，也可以是進行彎曲加工或從上下左右的壓變形加工而能插入液壓脹形加工的模具的結構。
圖8是關于在大直徑側端部具有平行部的本發明的異型毛坯管的制造方法的說明圖，(a)是整體立體圖，(b)是展開圖，(c)是接近(b)所示的展開圖的錐形形狀示意圖。
關于在具有圖8(a)所示圓截面的錐部大口徑側端部具有平行部11b的本發明的異型毛坯管11的制造方法，說明如下圖8(a)所示的異型毛坯管11，是將圖8(b)所示形狀的板單純地彎曲并將a-b與a’-b’、c-d與c’-d’、b-e與c-e、b’-e與c’-e、的端部接合，就可以獲得如圖8(a)所示的在大口徑側端部具有平行部11b的異型毛坯管11。
另一方面，在圖8(c)上，將該(b)按虛線拼合，并以實線表示與其近似的錐形形狀。
根據實線與虛線的比較可知，當單純彎曲在圖8(c)上以實線表示的錐形時，在b-c-e的區域及b’-c’-e’的區域產生多余的料。即，在以錐形形狀作為原料的卷板工序中，很難制造如本發明的異型毛坯管11的、在端部具有平行部11a的異型毛坯管。
最簡單的方法，如用圖8所說明的，是將具有本發明的異型毛坯管11展開形狀的板簡單地彎曲并接合的方法，但以下說明以除此以外的方法來制造如上述圖6、圖7所示形狀的本發明的異型毛坯管11的方法。
例如，將「單純的錐管」作為原料并通過對小口徑側進行擴內徑加工、對大口徑側進行縮外徑加工即可獲得上述圖6(a)所示形狀。并且，除了上述以外，在中央的筒身長部位進行壓變形加工可以獲得圖6(b)所示的形狀。
在本發明的說明中，所謂的「單純的錐管」，是本發明的異型毛坯管的原料，是指還沒有在一端側或兩端側形成平行部的錐管。
當是上述圖7(a)所示的形狀時，例如，也可以將「單純的錐管」作為原料在小口徑側、大口徑側同時進行擴內徑加工。另外，利用在中央的筒身長部位進行壓變形加工可以獲得圖7(b)所示的形狀。
圖9是本發明的異型毛坯管的其他實施例及對其使用軸推壓工具的示意圖，(a)是整體立體圖，(b)是小口徑側的放大圖，(c)是對其使用的兼作小口徑側密封工具用的軸推壓工具放大圖。在如圖9所示的實施例中，圖(a)所示的形式是在長方形截面的錐部的兩端形成了長方形截面的平行部11a、11b。
另外，在圖9所示的實施例中，在單純的錐管小口徑側平行部11a、在與δL+L0對應的部分，在大口徑側平行部11b、在與δL+L0對應的部分，形成具有與制品大致相同寬度、高度尺寸的矩形截面。
并且，以如后所述那樣決定角部的曲率半徑R，以此在液壓脹形加工中利用模具本體12、13及兼作密封工具的軸推壓工具14、15，就不會因液壓脹形加工時的軸推壓而產生縱彎曲，并能進行極其順利的材料壓入。
圖10是液壓脹形加工品的小口徑側具有矩形截面時所用的本發明異型毛坯管端面形狀的示意圖，(a)是從小口徑側端部沿軸向只離開δL+L0位置的截面圖，(c)是管端部的截面圖，(b)是它們中間位置的截面圖。
即，圖10是本發明的異型毛坯管小口徑側平行部11a的各截面形狀的說明圖，從(a)到(c)的截面寬度W0及高度H0大致為一定。另外，利用預成形使角部的曲率半徑R分階段地變化。
如圖10(a)～(c)所示，若小口徑側端部的角部曲率半徑為R0、從小口徑側端部沿軸向只離開δL+L0位置的角部曲率半徑為R1、從小口徑側端部沿軸向只離開X位置的角部曲率半徑為R(x)，則具有下述(1)式的關系。
R0≥R(x)≥R1 ……(1)在圖10所示的實施例中，各截面的4個角部的曲率半徑相同，但不是必須使其相同，也可以使角部是不同的曲率半徑。
更詳細的是，以單純的錐管的兩端部為基準周長的、距管端部X位置的周長差δd(x)可由下述(2)求得。其中，D0表示小口徑側外徑、D0’表示大口徑側外徑、LT表示錐管的長度。
δd(x)＝π·(D0’-D0)·X/LT ……(2)在用預成形將端部的截面形成寬為W0、高為H0的矩形時，如圖10所示，通過對應于上述周長差δd(x)而將角部的曲率半徑R(x)的尺寸在軸向位置上變化，能決定適當的預成形形狀。
圖11是液壓脹形加工品的大口徑側具有矩形截面時所用的本發明的異型毛坯管端面形狀的示意圖，(a)是從大口徑側端部沿軸向只離開δL’+L0’位置的截面圖，(c)是管端部的截面圖，(b)是它們中間位置的截面圖。
即，圖11是本發明的異型毛坯管大口徑側平行部11b的各截面形狀的說明圖，從(a)到(c)的截面寬度W0’及高度H0’大致為一定。另外，利用預成形使角部的曲率半徑R分階段地變化。
如圖11(a)～(c)所示，若大口徑側端部的角部曲率半徑為R0’、從大口徑側端部沿軸向只離開δL’+L0’位置的角部曲率半徑為R1’、從大口徑側端部沿軸向只離開X位置的角部曲率半徑為R’(x)，則具有下述(1’)式的關系。
R0’≤R’(x)≤R1’ ……(1’)并且，以單純的錐管大的兩端部為基準周長的、距管端部X位置的周長差δd(x)，可由下述(2’)求得。其中，D0表示小口徑側外徑、D0’表示大口徑側外徑、LT表示錐管的長度。
δd(x)＝π·(D0’-D0)·X/LT ……(2’)在將端部的截面形成寬為W0’、高為H0’的矩形時，如圖11所示，對應于上述周長差δd(x)，通過將角部曲率半徑R’(x)的尺寸在軸向位置變化，能決定適當的預成形形狀。
以上說明的是液壓脹形加工品具有矩形截面的情況，但本發明的異型毛坯管不局限于此，也可以采用組合矩形或多邊形形狀，并在進行液壓脹形加工時能極其穩定的實行軸推壓。
圖12是液壓脹形加工品具有梯形截面時其截面形狀的實例圖。圖13是液壓脹形加工品具有L字型截面時其截面形狀的實例圖。它們都是在大口徑側預成形的截面形狀實例，(a)是從大口徑側端部沿軸向只離開δL’+L0’位置的截面圖，(c)是管端部的截面圖，(b)是它們中間位置的截面圖。
以下，參照
本發明的液壓脹形加工裝置、及用其進行液壓脹形加工的方法。
圖14是本發明方法第1實施例的說明圖，是表示先用液壓脹形加工形成異型毛坯管的管端部平行部時的示意圖。(a)是表示錐管向模具中放入狀態的剖面圖，(b)是在液壓脹形加工前形成了平行部狀態的剖面圖，(c)是結束了液壓脹形加工以后狀態的剖面圖。
圖15是表示小口徑側的上模具本體、兼作密封工具的軸推壓工具及異型毛坯管之間關系的示意圖，(a)～(c)相當于上述圖14(a)～(c)圖。
圖16是表示大口徑側的上模具本體、兼作密封工具的軸推壓工具及異型毛坯管之間關系的示意圖，(a)～(c)相當于上述圖14(a)～(c)圖。
圖17是本發明方法第2實施例的說明圖，是表示在向模具本體中放入之前，預先形成異型毛坯管的管端部平行部時的示意圖。(a)是表示異型管向模具本體中放入狀態的剖面圖，(b)是在液壓脹形加工前狀態的剖面圖，(c)是結束了液壓脹形加工以后狀態的剖面圖。
圖18是本發明方法第3實施例的說明圖，是表示在向模具本體中放入之前，預先形成了異型毛坯管的管端部平行部的其他實施例，(a)是表示異型管向模具本體中放入狀態的剖面圖，(b)是在液壓脹形加工前狀態的剖面圖，(c)是結束了液壓脹形加工以后狀態的剖面圖。
本發明的液壓脹形加工裝置，例如，具有形成了圖14、圖17及圖18所示型腔的上下模具本體12、13、及將前端部插入兩模具本體12、13的各個端部的兼作密封工具的軸推壓工具14、15。并且，兩模具本體12、13及軸推壓工具14、15，是能由兩者來夾持、保持本發明的異型毛坯管11兩端部的結構。
并且，在上述軸推壓工具的任意一方上設有注入加工液的注入孔，并且在上述模具本體的至少一方端側(在圖14、圖17及圖18所示的實例中為小口徑側和大口徑側的兩端側)內面、及與該端面內面對應的軸推壓工具外面上，分別設有平行部12a、12b、13a、13b、14a、15a。
該軸推壓工具14、15外面的平行部14a、15a，在軸壓時從內面約束毛坯管，并發揮能圓滑變形的作用。
在該液壓脹形加工裝置上，當小口徑部側的軸推壓量為δL、大口徑部側的軸推壓量為δL’、小口徑部側所需密封長度為L0、大口徑部側所需密封長度為L0’時，設在兩模具本體12、13的至少一方端側(在圖14、圖17及圖18所示的實例中為小口徑側和大口徑側的兩端側)內面的平行部12a、12b、13a、13b的長度，在設在小口徑部側時最好為δL+L0以上，在設在大口徑部側時最好為δL’+L0’以上。
同樣，對應于設在該模具本體12、13的平行部12a、12b、13a、13b，軸推壓工具14、15的平行部14a、15a的長度，在設在小口徑部側時最好為δL+L0以上，在設在大口徑部側時最好為L0’以上。
但是，在本發明的液壓脹形加工裝置中，小口徑側(大口徑側)的兼作密封工具的軸推壓工具14(15)的前端部，必須能插入作為異型毛坯管11的單純的錐管PT或異型毛坯管11小口徑側端部(大口徑側端部)。與此同時，平行部14a(15a)，必須在軸推壓結束時不能在平行部14a(15a)最前端部分與異型毛坯管11內面之間產生間隙。
因此，例如，如圖14所示，在將作為異型毛坯管11的單純的錐管PT放入在上下模具本體12、13上以后，在實施液壓脹形加工之前，在上下模具本體12、13內形成管端部的平行部11a、11b時，兼作密封工具的軸推壓工具必須滿足下述A、B的條件。
A.小口徑側的兼作密封工具的軸推壓工具14(參照圖15)忽略前端局部凹部的包絡線周長SD0，滿足下述(3)式。
SD0≤(DO-2t/cosθ)×π ……(3)其中，D0小口徑部的外徑t異型毛坯管11的壁厚θ＝tan-1{(D0’-D0)/(2·LT)}LT錐管PT的長度D0’大口徑部的外徑B.大口徑側的兼作密封工具的軸推壓工具15(參照圖16)忽略前端局部凹部的包絡線周長SD0’，滿足下述(4)式。
SD0’≤(D0’-2t/cosθ)×π ……(4)另一方面，如上述圖17所示，在將其放入上下模具本體12、13之前，預先形成異型毛坯管11管端部上的平行部11a、11b時，兼作密封工具的軸推壓工具滿足下述C、D的條件。
C.小口徑側的兼作密封工具的軸推壓工具14(參照圖17)前端部的周長SD0，滿足下述(5)式。
SD0≤平行部14a的周長SD ……(5)D.大口徑側的兼作密封工具的軸推壓工具15(參照圖17)前端部的周長SD0’，滿足下述(6)式。
SD0’≤平行部15a的周長SD’ ……(6)在使用本發明的液壓脹形加工裝置形成液壓脹形加工品17時，例如，如圖上述14(a)所示，將作為本發明的異型毛坯管11材料的的單純的錐管PT裝在液壓脹形加工裝置的一對上下模具本體12、13內。
然后，在液壓脹形加工之前，沿軸向移動兼作密封工具的軸推壓工具14、15，在被上下模具本體12、13和軸推壓工具14、15夾持的錐管PT管端或兩端，如圖14(b)所示，在本發明的異型毛坯管11上形成平行部11a、11b。
此時，不需要同時進行利用軸推壓工具14、15對異型毛坯管11的軸推壓，例如也可以在用軸推壓工具1在某種程度推壓的階段再開始軸推壓工具14的推壓。因此，只要選定能在模具本體12、13內對異型毛坯管11進行穩定的軸推壓時間即可。
此時，若以上述尺寸為基準進行模具本體12、13和兼作密封工具的軸推壓工具14、15的尺寸設計，則能順利地將軸推壓工具14、15插入錐管PT內。
在上述圖14(b)的狀態下，如圖15(b)及16(b)所示，在錐管PT的兩管端，在小口徑側形成L0以上、理想的是δL+L0以上長度的平行部11a、11b，在大口徑側形成L0’以上長度的平行部11a、11b，可獲得本發明的異型毛坯管11。然后，在完全進行加工液密封的狀態下，對該異型毛坯管11施加內壓負荷。
隨后，逐漸提高加工液的內壓，并且一邊向軸向移動軸推壓工具14、15，一邊施加液壓脹形加工，如上述圖14(c)所示，可形成用本發明方法的液壓脹形加工品17。
即，將本發明的異型毛坯管11放入本發明的液壓脹形加工裝置上并進行液壓脹形加工，可軸推壓的結果、即用本發明方法的液壓脹形加工品17，能獲得比以往大的擴管率。
另外，如上述圖4(b)所示，由于液壓脹形加工品17的端面相對于軸心垂直，所以能容易地進行與其他零件、部件的接合焊接，并能決定插接的位置。
圖19是本發明方法第4實施例的說明圖，是以大口徑側為基準單純地沿軸向增加大口徑側平行部內側型腔的結構實例圖。(a)是表示錐管向模具本體放入狀態的剖面圖，(b)是在液壓脹形加工前形成平行部狀態的剖面圖，(c)是結束了液壓脹形加工以后狀態的剖面圖。
圖19所示的實施例是與上述圖14、圖17及圖18所示實施例不同的實例。即，是在兩模具本體12、13的兩端部同樣具有平行部12a、12b、13a、13b、但兩模具本體12、13的大口徑的平行部12a、12b內側的型腔，不是象上述圖14等所示實例的局部狹窄，而是以大口徑端為基準，沿軸向單純地減少上述12b、13b內側的型腔。
在圖19所示的實施例中，由于軸推壓阻力小，有利于金屬變形，所以能擴大可成形的范圍(擴管界限)。因此，利用本發明的液壓脹形加工裝置，最好將模具本體12、13型腔形狀設計為圖19所示的形狀。
另一方面，在汽車零件中，大多制品端部截面形狀具有近似矩形或矩形的組合、或多邊形等形狀等復雜的形狀。
如上所述，上述圖18表示使用圖9(a)所示的本發明的異型毛坯管11時的實施例，在采用其加工時，將上述圖9(a)所示的異型毛坯管11放入在模具本體12、13內。圖9(b)是本發明的異型毛坯管11小口徑側的放大圖。另一方面，其小口徑側平行部11a的截面形狀，如上述圖10所示。
對于具有這樣截面形狀的異型毛坯管11，使用表示本發明一個實施例的兼作密封工具的軸推壓工具14、15進行成形。即，圖9(c)所示的兼作小口徑側密封工具的軸推壓工具14，具有寬度為W0-2t、高度為H0-2t、角部的曲率半徑為R1的平行部14a。
從上述圖18(a)的狀態，將軸推壓工具14、15壓入端部，在圖18(b)階段，結束異型毛坯管11端部的成形，在能獲得如上述圖9(b)所示的異型毛坯管11的同時，處于進行完全施加內壓負荷的加工液的密封狀態。
隨后，一邊升高加工掖的內壓，一邊再沿軸向移動軸推壓工具14、15，則能獲得實施液壓脹形加工的、用本發明方法加工的液壓脹形加工品17。
另外，也可以在液壓脹形加工之前，預先或在其以前的階段形成管端的平行部11a、11b。可以利用拉深加工、擴孔加工、陷型模鍛加工、旋壓加工等現有的加工方法實施加工。
圖20是兼作本發明的液壓脹形加工裝置結構部件的密封工具的軸推壓工具結構示意圖。圖(a)是用與異型毛坯管11端面接觸的端面14b、15b密封時的結構實例，圖(b)是在同一端面14b、15b上添加了凸起14c、15c的結構實例，圖(c)是在平行部14a、15a與端面14b、15b的交界部增加了臺階14d、15d的結構實例，圖(d)是在平行部14a、15a上增加了O型環18的結構實例。
圖20(a)～(d)所示的任何結構實例，都滿足上述(3)～(6)式所示的平行部14a、15a與前端周長的關系。
上述的實施例，只是本發明的一個具體實例，所表示的模具本體12、13型腔形狀是比較簡單的形狀，但也可以是代表通常汽車零件的3維復雜形狀。
另外，在上述的實施例中，表示的是從小口徑側和大口徑側兩方進行軸推壓的實例，但也可以從任意一方單側用本發明的方法、而另一方根據傳統方法進行，例如，也可以采用上述圖1所示的無軸推壓方式。由于軸推壓的效果因制品形狀而變化，所以，只要根據其情況決定本發明的應用范圍即可。
并且，在上述的實施例中，主要敘述了以單純的錐管形狀作為異型毛坯管11材料的情況，但在組合并焊接單純的錐管形狀、或組合了錐管和通常的直管時，由于兩端部分別近似單純的錐管的一部分，所以也適合作為本發明的異型毛坯管11的材料。
產業上的可利用性本發明的液壓脹形加工用異型毛坯管，具有其外徑從軸向的一方朝另一方逐漸增加或減少的周長，且至少在一端側形成平行部。在使用該異型毛坯管的加工裝置、加工方法中，只要在上下兩模具本體的至少一方的端側面內、及對應該端側內面的軸推壓工具的外面分別設有平行部并放入在模具內，就能進行組合內壓負荷和沿軸向軸推壓的加工。因此，在實施了液壓脹形加工的液壓脹形加工品上，能獲得大于傳統的擴管率并且容易進行與其他零件的接合，能適用于汽車用或更廣泛的產業機械用。
權利要求
1.一種液壓脹形加工用異型毛坯管，是供液壓脹形加工用的異型毛坯管，其特征在于具有其外徑從軸向的一方朝另一方逐漸增加或減少的周長，并且至少在一端側形成有平行部。
2.根據權利要求1所述的液壓脹形加工用異型毛坯管，其特征在于所述平行部的長度，為被施加液壓脹形加工的軸推壓量和進行液壓脹形加工時密封所要求的長度的共計長度以上。
3.根據權利要求1或2所述的液壓脹形加工用異型毛坯管，其特征在于是供制造具有矩形截面或多邊形狀截面的液壓脹形加工品的異型毛坯管，使所述平行部上的角部的曲率半徑R、對應于與管端部軸向距離相對應的異型毛坯管周長差的變化而變化。
4.一種液壓脹形加工裝置，具有一對模具本體、和由所述模具本體夾持并保持權利要求1～3中任意一項所述的異型毛坯管并將前端部插入所述模具本體的兩端的兼作密封工具的軸推壓工具，其特征在于在所述軸推壓工具的任意一方設有加工液的注入孔，在所述模具本體的至少一方的端側內面及對應于該端側內面的所述軸推壓工具的外面上，分別設有平行部。
5.根據權利要求4所述的液壓脹形加工裝置，其特征在于當小口徑部一側的軸推壓量為δL、大口徑部一側的軸推壓量為δL’、小口徑部一側的密封所需的長度為L0、大口徑部一側的密封所需的長度為L0’時，設于所述模具本體的小口徑部一側的平行部的長度為δL+L0以上，設于所述模具本體大口徑部一側的平行部長度為δL’+L0’以上，且設于軸推壓工具的小口徑部一側的平行部的長度為δL+L0以上，設于軸推壓工具大口徑部一側的平行部的長度為δL’+L0’以上。
6.一種液壓脹形加工方法，是使用權利要求4或5所述的液壓脹形加工裝置的液壓脹形加工方法，其特征在于在制造權利要求1～3中任意一項所述的異型毛坯管中，在所述異型毛坯管內實施組合內壓負荷和壓入加工的液壓脹形加工。
7.一種液壓脹形加工品，其特征在于將權利要求1～3中任意一項所述的異型毛坯管放入權利要求4或5所述的液壓脹形加工裝置的模具內，并在所述異型毛坯管內實施組合內壓負荷和壓入加工的液壓脹形加工。
全文摘要
本發明的液壓脹形加工用異型毛坯管，具有其外徑從軸向的一方朝另一方逐漸增加或減少的周長且至少在一端側形成有平行部。根據使用該異型毛坯管的加工裝置、加工方法，例如，在對如錐管那樣的沿軸向橫截面形狀變化的異型鋼管進行液壓脹形加工時，能進行組合內壓負荷和沿軸向的軸推壓的加工，能獲得大于傳統加工的擴管率，并且，容易進行與其他零件的接合或插接。
文檔編號B21D26/033GK1711142SQ20038010284
公開日2005年12月21日 申請日期2003年11月10日 優先權日2002年11月8日
發明者富澤淳, 小嶋正康 申請人:住友金屬工業株式會社, 住友鋼管株式會社, 三菱自動車工業株式會社