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(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(jìn)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(shù)：
液壓脹形加工，與其他成形加工方法相比，具有很多優(yōu)點(diǎn)。例如，由于能加工長(zhǎng)度方向截面形狀不同的復(fù)雜形狀的零件，所以能將必須用傳統(tǒng)的進(jìn)行焊接接合的機(jī)械零件以整體成形進(jìn)行加工。另外，由于該加工能在施加加工的整個(gè)部位上產(chǎn)生加工硬化，所以即使采用軟質(zhì)的毛坯管也能獲得高強(qiáng)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(jié)性良好)。因此，不需要手工矯正制品尺寸的工序，能簡(jiǎn)化工序。
液壓脹形加工，具有上述優(yōu)點(diǎn)，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(shí)，采用長(zhǎng)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(duì)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(shí)施液壓脹形加工作為加工工序的最終工序。經(jīng)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(guī)定形狀的液壓脹形加工品。
圖1是采用傳統(tǒng)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(nèi)的直毛坯管P1中，通過注入口3注入加工液，將內(nèi)壓作為負(fù)荷。并且，利用施加內(nèi)壓負(fù)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(nèi)壓負(fù)荷及軸推壓進(jìn)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(jìn)毛坯管鼓出時(shí)的金屬塑性流動(dòng)、提高毛坯管擴(kuò)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(dāng)不實(shí)施軸推壓且只用內(nèi)壓負(fù)荷進(jìn)行加工時(shí)，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(huì)導(dǎo)致毛坯管P1斷裂。即，毛坯管P1的可成形范圍(擴(kuò)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(yōu)點(diǎn)之一是能獲得軸向截面形狀不同的復(fù)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(zhǎng)增加率(擴(kuò)管率)＝{(該部位的加工品的外周長(zhǎng)/毛坯管的圓周長(zhǎng))-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(qū)域以外，周長(zhǎng)增加率(擴(kuò)管率)最高也為25％左右。
超過該界限的周長(zhǎng)增加率(擴(kuò)管率)，就不能實(shí)施液壓脹形加工。按照這樣的周長(zhǎng)增加率(擴(kuò)管率)的制約條件，為了提高加工品形狀設(shè)計(jì)的自由度并獲得具有更復(fù)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(gè)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(duì)于用直毛坯管難于成形的零件，例如，對(duì)于沿軸向周長(zhǎng)變化大的零件，能降低伴隨加工的周長(zhǎng)增加率，并能形成規(guī)定的加工形狀(例如，特開2001-321842號(hào)公報(bào)，第1頁，參照?qǐng)D2)。
但是，在采用軸向截面形狀變化的錐毛坯管并進(jìn)行液壓脹形加工時(shí)，在使用上述圖1所示的直毛坯管用軸推壓工具時(shí)，難以對(duì)錐毛坯管施加軸推壓。
圖2是用傳統(tǒng)的直毛坯管用軸推壓工具進(jìn)行對(duì)錐毛坯管的軸推壓時(shí)所產(chǎn)生的問題說明圖。如該圖所示，本身在大直徑側(cè)不能進(jìn)行對(duì)錐毛坯管TP1的軸推壓，另外，雖然在小直徑側(cè)能對(duì)錐毛坯管TP1進(jìn)行軸推壓，但當(dāng)伴隨軸推壓、隨著軸推壓工具4進(jìn)入了上下模具1、2內(nèi)部，會(huì)使軸推壓工具4側(cè)的錐毛坯管TP1的內(nèi)外面的約束變得不充分，會(huì)產(chǎn)生密封泄漏。
圖3是采用傳統(tǒng)錐管的液壓脹形加工工序說明圖，(a)是加工前的狀態(tài)，(b)是施加內(nèi)壓負(fù)荷前的狀態(tài)，(c)是加工結(jié)束時(shí)的狀態(tài)。
在采用傳統(tǒng)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(shí)施軸推壓，所以一般只用內(nèi)壓負(fù)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(shí)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(chǎn)生破裂限度的成形范圍內(nèi)進(jìn)行加工。因此，實(shí)際狀況是在液壓脹形加工中不能充分發(fā)揮采用錐毛坯管的效果。
為此，希望開發(fā)能在采用錐毛坯管進(jìn)行液壓脹形加工時(shí)，對(duì)毛坯管施加內(nèi)壓負(fù)荷并從管端沿軸向進(jìn)行軸推壓的技術(shù)。
在對(duì)傳統(tǒng)的錐毛坯管實(shí)施液壓脹形加工時(shí)，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(shí)的問題。
圖4是接合具有長(zhǎng)方形截面的液壓脹形加工品時(shí)的問題說明圖。該圖(a)表示傳統(tǒng)液壓脹形加工品的形狀，(b)表示本發(fā)明的液壓脹形加工品的形狀，并表示各個(gè)加工品管端部相對(duì)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(tǒng)的錐毛坯管作為原料而進(jìn)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(shí)，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(jié)合實(shí)行插接結(jié)合時(shí)，同樣地由于不能確保精度，而難于定位。因此，必須進(jìn)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述傳統(tǒng)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(duì)毛坯管施加內(nèi)壓負(fù)荷并從管端實(shí)施沿軸向的軸推壓、以獲得大擴(kuò)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(dá)到上述目的，本發(fā)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(zhǎng)，并且至少在一端側(cè)形成有平行部。
本發(fā)明的液壓脹形加工用異型毛坯管，優(yōu)選所述平行部的長(zhǎng)度，為被施加液壓脹形加工的軸推壓量和進(jìn)行液壓脹形加工時(shí)密封所要求的長(zhǎng)度的共計(jì)長(zhǎng)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(yōu)選使所述平行部上的角部的曲率半徑R、對(duì)應(yīng)于與管端部軸向距離相對(duì)應(yīng)的異型毛坯管周長(zhǎng)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(cè)內(nèi)面、及對(duì)應(yīng)于該端側(cè)內(nèi)面的軸推壓工具外面上設(shè)有平行部，只要將這樣構(gòu)成的本發(fā)明異型毛坯管裝在本發(fā)明的液壓脹形加工裝置的模具內(nèi)，就能組合內(nèi)壓負(fù)荷及軸推壓加工。
因此，在液壓脹形加工時(shí)，可以獲得比以往加工大的擴(kuò)管率，并且，也能容易地進(jìn)行與其他零件的接合。


圖1是采用傳統(tǒng)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(tǒng)直毛坯管使用軸推壓工具、對(duì)傳統(tǒng)直毛坯管進(jìn)行軸推壓時(shí)所產(chǎn)生問題的說明3是采用采用傳統(tǒng)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(tài)，(b)表示施加內(nèi)壓負(fù)荷前的狀態(tài)，(c)表示加工結(jié)束時(shí)的狀態(tài)。
圖4是接合具有長(zhǎng)方形截面的液壓脹形加工品時(shí)問題的說明圖，(a)是采用傳統(tǒng)直毛坯管的液壓脹形加工品形狀，(b)是本發(fā)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(gòu)成本發(fā)明的液壓脹形加工用異型毛坯管的錐管形狀實(shí)例的截面圖。
圖6是本發(fā)明異型毛坯管整體結(jié)構(gòu)實(shí)例圖，(a)是在具有圓形截面的錐部?jī)啥诵纬删哂袌A截面的平行部的實(shí)例，(b)是在具有長(zhǎng)方形截面的錐部?jī)啥嗽O(shè)置具有長(zhǎng)方形截面的平行部的實(shí)例。
圖7是本發(fā)明其他異型毛坯管整體結(jié)構(gòu)實(shí)例圖，是在大直徑側(cè)平行部與中央錐部之間具有過渡部的實(shí)例。
圖8是關(guān)于在大直徑側(cè)端部具有平行部的本發(fā)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(fā)明異型毛坯管其他實(shí)施例及對(duì)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(cè)的放大圖，(c)是所使用的兼作小口徑側(cè)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(cè)具有矩形截面時(shí)所用的本發(fā)明異型毛坯管端面形狀的示意圖，(a)是距小口徑側(cè)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(cè)具有矩形截面時(shí)所用的本發(fā)明異型毛坯管端面形狀的示意圖，(a)是距大口徑側(cè)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(shí)其截面形狀的實(shí)例圖。
圖13是液壓脹形加工品具有L字型截面時(shí)其截面形狀的實(shí)例圖。
圖14是本發(fā)明方法第1實(shí)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(shí)的示意圖。(a)是表示錐管向模具本體中放入狀態(tài)的剖面圖，(b)是在液壓脹形加工前形成平行部狀態(tài)的剖面圖，(c)是結(jié)束液壓脹形加工以后狀態(tài)的剖面圖。
圖15是表示小口徑側(cè)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(guān)系的示意圖，(a)～(c)相當(dāng)于上述圖14(a)～(c)圖。
圖16是表示大口徑側(cè)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(guān)系的示意圖，(a)～(c)相當(dāng)于上述圖14(a)～(c)圖。
圖17是本發(fā)明方法第2實(shí)施例的說明圖，是表示在向模具本體中放入之前，預(yù)先形成異型毛坯管的管端部平行部時(shí)的示意圖。(a)是表示將異型管向模具本體中放入狀態(tài)的剖面圖，(b)是在液壓脹形加工前狀態(tài)的剖面圖，(c)是結(jié)束了液壓脹形加工以后狀態(tài)的剖面圖。
圖18是本發(fā)明方法第3實(shí)施例的說明圖，是表示在向模具本體中放入之前，預(yù)先形成異型毛坯管的管端部平行部的其他實(shí)施例，(a)～(c)與上述圖17的情況相同。
圖19是本發(fā)明方法第4實(shí)施例的說明圖，是以大口徑側(cè)為基準(zhǔn)單純地沿軸向增加大口徑側(cè)平行部?jī)?nèi)側(cè)型腔的結(jié)構(gòu)實(shí)例圖。(a)～(c)與上述圖17的情況相同。
圖20是兼作本發(fā)明的液壓脹形加工裝置結(jié)構(gòu)部件密封工具的軸推壓工具結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖5是構(gòu)成本發(fā)明的液壓脹形加工用異型毛坯管的錐管形狀實(shí)例的截面圖。本發(fā)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(zhǎng)，且至少在一端側(cè)(在圖5所示的實(shí)例中，小口徑和大口徑側(cè)的兩端)形成有平行部11a、11b。
本發(fā)明的液壓脹形加工用異型毛坯管，其上述平行部11a、11b的長(zhǎng)度，最好為用液壓脹形加工的軸推壓量與密封所必須長(zhǎng)度的共計(jì)長(zhǎng)度以上。
圖6是本發(fā)明的異型毛坯管整體結(jié)構(gòu)實(shí)例圖，(a)是在具有圓形截面的錐部?jī)啥诵纬删哂袌A截面平行部的實(shí)例，(b)是在具有長(zhǎng)方形截面的錐部?jī)啥嗽O(shè)置具有長(zhǎng)方形截面平行部的實(shí)例。
用圖6(a)(b)進(jìn)一步說明上述圖5(a)所示的實(shí)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?jī)啥诵纬删哂袌A形截面的平行部11a、11b的結(jié)構(gòu)。
另外，圖6(b)是在具有長(zhǎng)方形截面的錐部?jī)啥嗽O(shè)置具有長(zhǎng)方形截面的平行部11a、11b。在該圖6(b)所示的實(shí)例中，平行部11a、11b的全長(zhǎng)在小口徑側(cè)11a具有如后所述圖10(a)所示的截面，及在大口徑側(cè)11b具有如后所述圖11(c)所示的截面。
圖7是本發(fā)明的其他異型毛坯管整體結(jié)構(gòu)實(shí)例圖，與上述圖6的結(jié)構(gòu)相比，是在大直徑側(cè)平行部與中央錐部之間具有過渡部的異型毛坯管結(jié)構(gòu)。
以下，參照?qǐng)D7(a)(b)詳細(xì)說明上述圖5(b)所示的實(shí)施例。圖7(a)是在具有圓截面的錐部?jī)啥诵纬删哂袌A截面平行部11a、11b的毛坯管，并在大口徑側(cè)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(zhǎng)方形截面的錐部?jī)啥嗽O(shè)置具有長(zhǎng)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(cè)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(jiǎn)單的長(zhǎng)方形截面的結(jié)構(gòu)，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(shí)，若將液壓脹形加工后最終端面形狀設(shè)計(jì)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(zhǎng)方形截面的毛坯管，但中央部為長(zhǎng)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(jìn)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(jié)構(gòu)。
圖8是關(guān)于在大直徑側(cè)端部具有平行部的本發(fā)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(guān)于在具有圖8(a)所示圓截面的錐部大口徑側(cè)端部具有平行部11b的本發(fā)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(cè)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(shí)線表示與其近似的錐形形狀。
根據(jù)實(shí)線與虛線的比較可知，當(dāng)單純彎曲在圖8(c)上以實(shí)線表示的錐形時(shí)，在b-c-e的區(qū)域及b’-c’-e’的區(qū)域產(chǎn)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(fā)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(jiǎn)單的方法，如用圖8所說明的，是將具有本發(fā)明的異型毛坯管11展開形狀的板簡(jiǎn)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(fā)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(duì)小口徑側(cè)進(jìn)行擴(kuò)內(nèi)徑加工、對(duì)大口徑側(cè)進(jìn)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(zhǎng)部位進(jìn)行壓變形加工可以獲得圖6(b)所示的形狀。
在本發(fā)明的說明中，所謂的「單純的錐管」，是本發(fā)明的異型毛坯管的原料，是指還沒有在一端側(cè)或兩端側(cè)形成平行部的錐管。
當(dāng)是上述圖7(a)所示的形狀時(shí)，例如，也可以將「單純的錐管」作為原料在小口徑側(cè)、大口徑側(cè)同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)內(nèi)徑加工。另外，利用在中央的筒身長(zhǎng)部位進(jìn)行壓變形加工可以獲得圖7(b)所示的形狀。
圖9是本發(fā)明的異型毛坯管的其他實(shí)施例及對(duì)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(cè)的放大圖，(c)是對(duì)其使用的兼作小口徑側(cè)密封工具用的軸推壓工具放大圖。在如圖9所示的實(shí)施例中，圖(a)所示的形式是在長(zhǎng)方形截面的錐部的兩端形成了長(zhǎng)方形截面的平行部11a、11b。
另外，在圖9所示的實(shí)施例中，在單純的錐管小口徑側(cè)平行部11a、在與δL+L0對(duì)應(yīng)的部分，在大口徑側(cè)平行部11b、在與δL+L0對(duì)應(yīng)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(huì)因液壓脹形加工時(shí)的軸推壓而產(chǎn)生縱彎曲，并能進(jìn)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(cè)具有矩形截面時(shí)所用的本發(fā)明異型毛坯管端面形狀的示意圖，(a)是從小口徑側(cè)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(fā)明的異型毛坯管小口徑側(cè)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(yù)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(cè)端部的角部曲率半徑為R0、從小口徑側(cè)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(cè)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(guān)系。
R0≥R(x)≥R1 ……(1)在圖10所示的實(shí)施例中，各截面的4個(gè)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(xì)的是，以單純的錐管的兩端部為基準(zhǔn)周長(zhǎng)的、距管端部X位置的周長(zhǎng)差δd(x)可由下述(2)求得。其中，D0表示小口徑側(cè)外徑、D0’表示大口徑側(cè)外徑、LT表示錐管的長(zhǎng)度。
δd(x)＝π·(D0’-D0)·X/LT ……(2)在用預(yù)成形將端部的截面形成寬為W0、高為H0的矩形時(shí)，如圖10所示，通過對(duì)應(yīng)于上述周長(zhǎng)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(dāng)?shù)念A(yù)成形形狀。
圖11是液壓脹形加工品的大口徑側(cè)具有矩形截面時(shí)所用的本發(fā)明的異型毛坯管端面形狀的示意圖，(a)是從大口徑側(cè)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(fā)明的異型毛坯管大口徑側(cè)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(yù)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(cè)端部的角部曲率半徑為R0’、從大口徑側(cè)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(cè)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(guān)系。
R0’≤R’(x)≤R1’ ……(1’)并且，以單純的錐管大的兩端部為基準(zhǔn)周長(zhǎng)的、距管端部X位置的周長(zhǎng)差δd(x)，可由下述(2’)求得。其中，D0表示小口徑側(cè)外徑、D0’表示大口徑側(cè)外徑、LT表示錐管的長(zhǎng)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(shí)，如圖11所示，對(duì)應(yīng)于上述周長(zhǎng)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(dāng)?shù)念A(yù)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(fā)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(jìn)行液壓脹形加工時(shí)能極其穩(wěn)定的實(shí)行軸推壓。
圖12是液壓脹形加工品具有梯形截面時(shí)其截面形狀的實(shí)例圖。圖13是液壓脹形加工品具有L字型截面時(shí)其截面形狀的實(shí)例圖。它們都是在大口徑側(cè)預(yù)成形的截面形狀實(shí)例，(a)是從大口徑側(cè)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(fā)明的液壓脹形加工裝置、及用其進(jìn)行液壓脹形加工的方法。
圖14是本發(fā)明方法第1實(shí)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(shí)的示意圖。(a)是表示錐管向模具中放入狀態(tài)的剖面圖，(b)是在液壓脹形加工前形成了平行部狀態(tài)的剖面圖，(c)是結(jié)束了液壓脹形加工以后狀態(tài)的剖面圖。
圖15是表示小口徑側(cè)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(guān)系的示意圖，(a)～(c)相當(dāng)于上述圖14(a)～(c)圖。
圖16是表示大口徑側(cè)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(guān)系的示意圖，(a)～(c)相當(dāng)于上述圖14(a)～(c)圖。
圖17是本發(fā)明方法第2實(shí)施例的說明圖，是表示在向模具本體中放入之前，預(yù)先形成異型毛坯管的管端部平行部時(shí)的示意圖。(a)是表示異型管向模具本體中放入狀態(tài)的剖面圖，(b)是在液壓脹形加工前狀態(tài)的剖面圖，(c)是結(jié)束了液壓脹形加工以后狀態(tài)的剖面圖。
圖18是本發(fā)明方法第3實(shí)施例的說明圖，是表示在向模具本體中放入之前，預(yù)先形成了異型毛坯管的管端部平行部的其他實(shí)施例，(a)是表示異型管向模具本體中放入狀態(tài)的剖面圖，(b)是在液壓脹形加工前狀態(tài)的剖面圖，(c)是結(jié)束了液壓脹形加工以后狀態(tài)的剖面圖。
本發(fā)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(gè)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(fā)明的異型毛坯管11兩端部的結(jié)構(gòu)。
并且，在上述軸推壓工具的任意一方上設(shè)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(cè)(在圖14、圖17及圖18所示的實(shí)例中為小口徑側(cè)和大口徑側(cè)的兩端側(cè))內(nèi)面、及與該端面內(nèi)面對(duì)應(yīng)的軸推壓工具外面上，分別設(shè)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(shí)從內(nèi)面約束毛坯管，并發(fā)揮能圓滑變形的作用。
在該液壓脹形加工裝置上，當(dāng)小口徑部側(cè)的軸推壓量為δL、大口徑部側(cè)的軸推壓量為δL’、小口徑部側(cè)所需密封長(zhǎng)度為L(zhǎng)0、大口徑部側(cè)所需密封長(zhǎng)度為L(zhǎng)0’時(shí)，設(shè)在兩模具本體12、13的至少一方端側(cè)(在圖14、圖17及圖18所示的實(shí)例中為小口徑側(cè)和大口徑側(cè)的兩端側(cè))內(nèi)面的平行部12a、12b、13a、13b的長(zhǎng)度，在設(shè)在小口徑部側(cè)時(shí)最好為δL+L0以上，在設(shè)在大口徑部側(cè)時(shí)最好為δL’+L0’以上。
同樣，對(duì)應(yīng)于設(shè)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(zhǎng)度，在設(shè)在小口徑部側(cè)時(shí)最好為δL+L0以上，在設(shè)在大口徑部側(cè)時(shí)最好為L(zhǎng)0’以上。
但是，在本發(fā)明的液壓脹形加工裝置中，小口徑側(cè)(大口徑側(cè))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(cè)端部(大口徑側(cè)端部)。與此同時(shí)，平行部14a(15a)，必須在軸推壓結(jié)束時(shí)不能在平行部14a(15a)最前端部分與異型毛坯管11內(nèi)面之間產(chǎn)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(shí)施液壓脹形加工之前，在上下模具本體12、13內(nèi)形成管端部的平行部11a、11b時(shí)，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(cè)的兼作密封工具的軸推壓工具14(參照?qǐng)D15)忽略前端局部凹部的包絡(luò)線周長(zhǎng)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(zhǎng)度D0’大口徑部的外徑B.大口徑側(cè)的兼作密封工具的軸推壓工具15(參照?qǐng)D16)忽略前端局部凹部的包絡(luò)線周長(zhǎng)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(yù)先形成異型毛坯管11管端部上的平行部11a、11b時(shí)，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(cè)的兼作密封工具的軸推壓工具14(參照?qǐng)D17)前端部的周長(zhǎng)SD0，滿足下述(5)式。
SD0≤平行部14a的周長(zhǎng)SD ……(5)D.大口徑側(cè)的兼作密封工具的軸推壓工具15(參照?qǐng)D17)前端部的周長(zhǎng)SD0’，滿足下述(6)式。
SD0’≤平行部15a的周長(zhǎng)SD’ ……(6)在使用本發(fā)明的液壓脹形加工裝置形成液壓脹形加工品17時(shí)，例如，如圖上述14(a)所示，將作為本發(fā)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(duì)上下模具本體12、13內(nèi)。
然后，在液壓脹形加工之前，沿軸向移動(dòng)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(fā)明的異型毛坯管11上形成平行部11a、11b。
此時(shí)，不需要同時(shí)進(jìn)行利用軸推壓工具14、15對(duì)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(nèi)對(duì)異型毛坯管11進(jìn)行穩(wěn)定的軸推壓時(shí)間即可。
此時(shí)，若以上述尺寸為基準(zhǔn)進(jìn)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(shè)計(jì)，則能順利地將軸推壓工具14、15插入錐管PT內(nèi)。
在上述圖14(b)的狀態(tài)下，如圖15(b)及16(b)所示，在錐管PT的兩管端，在小口徑側(cè)形成L0以上、理想的是δL+L0以上長(zhǎng)度的平行部11a、11b，在大口徑側(cè)形成L0’以上長(zhǎng)度的平行部11a、11b，可獲得本發(fā)明的異型毛坯管11。然后，在完全進(jìn)行加工液密封的狀態(tài)下，對(duì)該異型毛坯管11施加內(nèi)壓負(fù)荷。
隨后，逐漸提高加工液的內(nèi)壓，并且一邊向軸向移動(dòng)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(fā)明方法的液壓脹形加工品17。
即，將本發(fā)明的異型毛坯管11放入本發(fā)明的液壓脹形加工裝置上并進(jìn)行液壓脹形加工，可軸推壓的結(jié)果、即用本發(fā)明方法的液壓脹形加工品17，能獲得比以往大的擴(kuò)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(duì)于軸心垂直，所以能容易地進(jìn)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(fā)明方法第4實(shí)施例的說明圖，是以大口徑側(cè)為基準(zhǔn)單純地沿軸向增加大口徑側(cè)平行部?jī)?nèi)側(cè)型腔的結(jié)構(gòu)實(shí)例圖。(a)是表示錐管向模具本體放入狀態(tài)的剖面圖，(b)是在液壓脹形加工前形成平行部狀態(tài)的剖面圖，(c)是結(jié)束了液壓脹形加工以后狀態(tài)的剖面圖。
圖19所示的實(shí)施例是與上述圖14、圖17及圖18所示實(shí)施例不同的實(shí)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(nèi)側(cè)的型腔，不是象上述圖14等所示實(shí)例的局部狹窄，而是以大口徑端為基準(zhǔn)，沿軸向單純地減少上述12b、13b內(nèi)側(cè)的型腔。
在圖19所示的實(shí)施例中，由于軸推壓阻力小，有利于金屬變形，所以能擴(kuò)大可成形的范圍(擴(kuò)管界限)。因此，利用本發(fā)明的液壓脹形加工裝置，最好將模具本體12、13型腔形狀設(shè)計(jì)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(fù)雜的形狀。
如上所述，上述圖18表示使用圖9(a)所示的本發(fā)明的異型毛坯管11時(shí)的實(shí)施例，在采用其加工時(shí)，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(nèi)。圖9(b)是本發(fā)明的異型毛坯管11小口徑側(cè)的放大圖。另一方面，其小口徑側(cè)平行部11a的截面形狀，如上述圖10所示。
對(duì)于具有這樣截面形狀的異型毛坯管11，使用表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的兼作密封工具的軸推壓工具14、15進(jìn)行成形。即，圖9(c)所示的兼作小口徑側(cè)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(tài)，將軸推壓工具14、15壓入端部，在圖18(b)階段，結(jié)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(shí)，處于進(jìn)行完全施加內(nèi)壓負(fù)荷的加工液的密封狀態(tài)。
隨后，一邊升高加工掖的內(nèi)壓，一邊再沿軸向移動(dòng)軸推壓工具14、15，則能獲得實(shí)施液壓脹形加工的、用本發(fā)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(yù)先或在其以前的階段形成管端的平行部11a、11b?？梢岳美罴庸?、擴(kuò)孔加工、陷型模鍛加工、旋壓加工等現(xiàn)有的加工方法實(shí)施加工。
圖20是兼作本發(fā)明的液壓脹形加工裝置結(jié)構(gòu)部件的密封工具的軸推壓工具結(jié)構(gòu)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(shí)的結(jié)構(gòu)實(shí)例，圖(b)是在同一端面14b、15b上添加了凸起14c、15c的結(jié)構(gòu)實(shí)例，圖(c)是在平行部14a、15a與端面14b、15b的交界部增加了臺(tái)階14d、15d的結(jié)構(gòu)實(shí)例，圖(d)是在平行部14a、15a上增加了O型環(huán)18的結(jié)構(gòu)實(shí)例。
圖20(a)～(d)所示的任何結(jié)構(gòu)實(shí)例，都滿足上述(3)～(6)式所示的平行部14a、15a與前端周長(zhǎng)的關(guān)系。
上述的實(shí)施例，只是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)例，所表示的模具本體12、13型腔形狀是比較簡(jiǎn)單的形狀，但也可以是代表通常汽車零件的3維復(fù)雜形狀。
另外，在上述的實(shí)施例中，表示的是從小口徑側(cè)和大口徑側(cè)兩方進(jìn)行軸推壓的實(shí)例，但也可以從任意一方單側(cè)用本發(fā)明的方法、而另一方根據(jù)傳統(tǒng)方法進(jìn)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(jù)其情況決定本發(fā)明的應(yīng)用范圍即可。
并且，在上述的實(shí)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(shí)，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(fā)明的異型毛坯管11的材料。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)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(zhǎng)，且至少在一端側(cè)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(cè)面內(nèi)、及對(duì)應(yīng)該端側(cè)內(nèi)面的軸推壓工具的外面分別設(shè)有平行部并放入在模具內(nèi)，就能進(jìn)行組合內(nèi)壓負(fù)荷和沿軸向軸推壓的加工。因此，在實(shí)施了液壓脹形加工的液壓脹形加工品上，能獲得大于傳統(tǒng)的擴(kuò)管率并且容易進(jìn)行與其他零件的接合，能適用于汽車用或更廣泛的產(chǎn)業(yè)機(jī)械用。
權(quán)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(zhǎng)，并且至少在一端側(cè)形成有平行部。
2.根據(jù)權(quán)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(zhǎng)度，為被施加液壓脹形加工的軸推壓量和進(jìn)行液壓脹形加工時(shí)密封所要求的長(zhǎng)度的共計(jì)長(zhǎng)度以上。
3.根據(jù)權(quán)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(duì)應(yīng)于與管端部軸向距離相對(duì)應(yīng)的異型毛坯管周長(zhǎng)差的變化而變化。
4.一種液壓脹形加工裝置，具有一對(duì)模具本體、和由所述模具本體夾持并保持權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)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(shè)有加工液的注入孔，在所述模具本體的至少一方的端側(cè)內(nèi)面及對(duì)應(yīng)于該端側(cè)內(nèi)面的所述軸推壓工具的外面上，分別設(shè)有平行部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液壓脹形加工裝置，其特征在于當(dāng)小口徑部一側(cè)的軸推壓量為δL、大口徑部一側(cè)的軸推壓量為δL’、小口徑部一側(cè)的密封所需的長(zhǎng)度為L(zhǎng)0、大口徑部一側(cè)的密封所需的長(zhǎng)度為L(zhǎng)0’時(shí)，設(shè)于所述模具本體的小口徑部一側(cè)的平行部的長(zhǎng)度為δL+L0以上，設(shè)于所述模具本體大口徑部一側(cè)的平行部長(zhǎng)度為δL’+L0’以上，且設(shè)于軸推壓工具的小口徑部一側(cè)的平行部的長(zhǎng)度為δL+L0以上，設(shè)于軸推壓工具大口徑部一側(cè)的平行部的長(zhǎng)度為δL’+L0’以上。
6.一種液壓脹形加工方法，是使用權(quán)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(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的異型毛坯管中，在所述異型毛坯管內(nèi)實(shí)施組合內(nèi)壓負(fù)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(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的異型毛坯管放入權(quán)利要求4或5所述的液壓脹形加工裝置的模具內(nèi)，并在所述異型毛坯管內(nèi)實(shí)施組合內(nèi)壓負(fù)荷和壓入加工的液壓脹形加工。
全文摘要
本發(fā)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(zhǎng)且至少在一端側(cè)形成有平行部。根據(jù)使用該異型毛坯管的加工裝置、加工方法，例如，在對(duì)如錐管那樣的沿軸向橫截面形狀變化的異型鋼管進(jìn)行液壓脹形加工時(shí)，能進(jìn)行組合內(nèi)壓負(fù)荷和沿軸向的軸推壓的加工，能獲得大于傳統(tǒng)加工的擴(kuò)管率，并且，容易進(jìn)行與其他零件的接合或插接。
文檔編號(hào)B21D26/033GK1711142SQ20038010284
公開日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2003年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月8日
發(fā)明者富澤淳, 小嶋正康 申請(qǐng)人:住友金屬工業(yè)株式會(huì)社, 住友鋼管株式會(huì)社, 三菱自動(dòng)車工業(yè)株式會(huì)社