JP3672408B2 - 枠状構造体の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は枠状構造体の製造技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は代表的な枠状構造体の斜視図であり、この枠状構造体１００は、アルミサッシ枠であり、段部１０１を含む上枠１０２，下枠１０３，左枠１０４及び右枠１０５を口の字状に組合わせたものである。
図１７（ａ）〜（ｃ）は従来の枠状構造体の製造工程図である。
（ａ）にて長尺アルミ材を所定の長さに切断して、上枠１０２，下枠１０３，左枠１０４及び右枠１０５を得る。押出し加工にてかなり複雑な断面（例えば段部１０１を含む角断面）の長尺アルミ材が簡単に製造できるのでこれを素材とすればよい。
（ｂ）にて上枠１０２，下枠１０３，左枠１０４及び右枠１０５を口の字状に組合わせる。
（ｃ）にて枠同士を溶接にて接続する。１０６・・・（・・・は複数を示す。以下同様。）はビードである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記枠状構造体１００は全体形状が簡単で断面が一様のものであれば問題ないが、断面形状が場所毎に変わるものには適さない。
【０００４】
ところで車両のドアを取付けるドア取付け枠は、湾曲部を含み、３次元的に湾曲するものも少なくなく、且つ部分毎に断面形状が変化するので、上記枠状構造体１００の技術ではとても対応できない。そこで、形状が複雑な枠状構造体はプレス成形によらざるを得ない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、平板からプレス曲げした素材を組合わせ、スポット溶接して枠状構造体を製造する従来技術に代る技術を研究する過程で、アルミニウム合金製丸パイプを素材にして複雑な形状の枠状構造体を製造することに成功した。
具体的には、請求項１の方法は、製品肉厚と伸び率とから母材としてのアルミニウム合金製丸パイプの肉厚を選定する工程と、選定したパイプをベンダにて製品形状に近似した形状にまで塑性加工するフォーミング工程と、フォーミング材を接合してフープにする接合工程と、製品の外周面を規定するキャビティを有するブロー成形金型の前記キャビティに前記フォーミング材を投入する工程と、金型に納めたフォーミング材を軟化点以上で且つ溶融点未満の温度まで加熱する工程と、加熱された中空のフォーミング材に高圧流体を吹込んで拡張させ、外周面を前記キャビティの外周面に押圧するブロー成形工程とからなる枠状構造体を製造する。
【０００６】
伸び率を考慮して母材の肉厚を選定したので、仕上り品の肉厚が所望のものとなり、必要な剛性を保つことができる。
基本的に溶接構造物ではないので、ビード処理は極く少なく、製品の外観形状が良好となる。
トリミングを必要としないので、歩留りがよくコストダウンが図れる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、枠状構造体を車両のドア取付け枠を例に説明する。
図１は本発明方法で製造した車両のドア枠の外形図であり、ドア取付け枠１は、上枠部２、前傾斜枠部３、前縦枠部４、下枠部５、後傾斜枠部６及び後縦枠部７とからなる中空環状体である。
図２は図１の２−２線断面図であり、前記前傾斜枠部３は車室側面３ａと後面３ｂがストレート面であり、車外面３ｃ及び前面３ｄに段部３ｅ，３ｆを有する。
図３は図１の３−３線断面図であり、下枠部５は縦長の矩形断面を呈し、車室側面５ａの前部と、車外面５ｂの後部とに段部５ｃ，５ｄを有する。
図４は図１の４−４線断面図であり、後傾斜枠部６はテーパ面６ａ，６ｂと段部６ｃとを有する。
図５は図１の５−５線断面図であり、後縦枠部７は室内面７ａの後部と、車外面７ｂの前部に段部７ｃ，７ｄを有する。
このように、ドア取付け枠１は部分毎に断面形状が異なる。
【０００８】
図６は本発明に係るブロー成形金型の説明図であり、ブロー成形金型１０は固定型としての下型１１と、可動型としての上型１２からなり、下型１１に溝１３とロケットピン１４，１４、上型１２に溝１５とピン受け孔１６，１６とブローパイプ挿入孔１７とを有し、下型１１に上型１２を重ね、溝１３と溝１５とを合せることでブロー成形のための成形空間としてのキャビティを形成する。
【０００９】
図７はブロー成形金型のキャビティの断面図であり、図は前記図２の断面を得るためのものであり、下型１１の溝１３に、上型１２の溝１５を重ね、必要に応じて置き型１８をセットすることで、必要なキャビティ１９を形成する。このキャビティ１９の輪郭は図２の断面の外周面に合致する。場所毎にキャビティ１９の形状が異なるが説明は省略する。
【００１０】
図８は本発明に係るブロー設備及び加熱設備の原理図であり、加熱炉２０は炉殻２１に断熱材２２を内張りし、炉壁にヒータ２３，２３を取付け、炉床２４にピア２５，２５，２５及び温度センサ２６（例えばサーモカップル）を取付け、この温度センサ２６の温度信号を炉温制御部２７で受け、炉温が所定値になるように炉温制御部２７で温度制御する。２８は給電制御部である。加熱温度は４８０〜５５０℃である。
また、ブロー設備３０はコンプレッサ３１、圧力調整弁３２、耐熱性フレキシブルチューブ３３等からなり、圧縮空気を金型１０へ供給する。本例は加圧媒体が空気であるが、酸化を嫌うなら窒素ガスなどの不活性ガスを使用し、前記コンプレッサ３１をガスボンベに変更する。
【００１１】
以上に述べた設備を使用して前記ドア取付け枠１を製造する方法を次に説明する。
図９（ａ），（ｂ）は本発明に係る肉厚の選定要領図である。
（ａ）は製品肉厚と伸び率とから肉厚ｔ１を選定したアルミニウム合金製丸パイプ４１を示す。
（ｂ）は製品４０であり、この製品４０の肉厚はｔ２である。
製品４０の肉厚中心周長をＬ２、母材としての丸パイプ４１の肉厚中心周長をＬ１とすれば、概ねＬ１×ｔ１＝Ｌ２×ｔ２の式が成立し、母材の厚さｔ１は、（Ｌ２×ｔ２）／Ｌ１で求めることができる。たとえば、外径４８ｍｍの丸パイプのＬ１が１５０ｍｍ、製品のＬ２が３７０ｍｍ、製品の肉厚ｔ２が２．０ｍｍであれば、ｔ１は約４．９ｍｍとなる。従って、５．０ｍｍ厚さの丸パイプ４１を選定するばよい。ここで選定とは、予め製造した肉厚の異なる丸パイプ群から選び出すこと、所望の肉厚のパイプをその都度製造することを含む。
【００１２】
図１０（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るドア取付け枠の製造工程図（前期）である。
｛切断工程｝（ａ）において、選定したＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金製丸パイプから所定長さのアルミニウム合金製丸パイプ４１を切出す。
｛フォーミング工程｝（ｂ）において、ベンダ４２にて曲げ成形する。
（ｃ）は丸パイプ４１をプレスにて楕円断面パイプにする工程、（ｄ）は丸パイプ４１をドロー加工にて小径化する工程を示し、必要に応じこれらの加工を加える。
【００１３】
図１１（ａ）〜（ｃ）は異なる肉厚のパイプ同士の接合工程図（第１実施例）である。
（ａ）は、管端に開先を取った肉厚ｔ１の丸パイプ４１Ａと、管端を中ぐりして厚い肉厚ｔ４を薄い肉厚ｔ３にした丸パイプ４１Ｂを示す。
（ｂ）は、丸パイプ４１Ａ，４１Ｂ同士を突き合せ、外から突合せ溶接した後の断面を示す。４４はビード、４６は余盛である。基本的に同一肉厚のパイプ同士を接合するため、溶接は容易であり、溶接欠陥が出にくい。
（ｃ）は、前記余盛４６をバイトで切削又はグラインダで研削することで除去し、ビード４４外面をパイプ４１Ａ，４１Ｂの外周に面一にしたものである。面一にしたことにより、次のブロー成形が容易になる。
【００１４】
図１２（ａ），（ｂ）は本発明に係るドア取付け枠の製造工程図（中期）である。
（ａ）は曲げ加工されたパイプの両端同士を溶接にて接合してフープ（輪）にし、このフープに加圧パイプ４３を取り付けた状態を示す。４４はビードである。得られたフォーミング材４５は、製品形状とほぼ同じ輪郭を呈する。
（ｂ）において、前記フォーミング材４５をブロー成形金型１０のキャビティ１９に納め、図８に示した加熱炉２０にて軟化点以上（溶融点未満）の温度（４８０〜５５０℃の範囲から選択した温度）まで温め、その後に加圧流体を送って、ブロー成形する。
【００１５】
図１３（ａ）〜（ｆ）は本発明に係るドア取付け枠の製造工程図（後期）、すなわちブロー成形工程図である。
（ａ）において、金型のキャビティ１９に楕円成形したフォーミング材４５Ａを収納し、これを温間ブロー成形する。
（ｂ）はブロー成形後の成形品Ｗ１（ドア取付け枠１の一部）を示し、成形品Ｗ１の外周面は金型のキャビテイ１９の外周面で規定さたことになる。これで、前記図２に示す断面が成形できる。
（ｃ）において、金型のキャビティ１９にフォーミング材４５Ｂを収納し、これを温間ブロー成形する。
（ｄ）はブロー成形後の成形品Ｗ２を示し、前記図５に示す断面が成形できる。
（ｅ）において、金型のキャビティ１９にフォーミング材４５Ｃを収納し、これを温間ブロー成形する。
（ｆ）はブロー成形後の成形品Ｗ３を示し、前記図３に示す断面が成形できる。
このように、キャビティにアルミニウム合金製丸パイプがそのままで収納できない場合には、楕円化するか、小径化して納めるようにする。
【００１６】
以上の温間ブロー成形により、図２〜図５の断面を有する図１のドア取付け枠１を製造することができる。
【００１７】
尚、図１０（ａ）〜（ｄ）で述べた加工工程の順序は変更可能であり、例えば（ａ）→（ｃ）及び／又は（ｄ）→（ｂ）であってもよい。または、図１０（ａ）→（ｂ）→図１２（ａ）→図９（ｃ），（ｄ）であってもよい。
更に、本実施例ではドア取付け枠を例に説明したが、本発明の枠状構造体はこれに限るものではなく、車両用枠、建築用枠、装飾用枠など広義の枠に適用できる。
【００１８】
図１４（ａ），（ｂ）は異なる肉厚のパイプ同士の接合工程図（第２実施例）である。
（ａ）は、管端に開先を取った肉厚ｔ３の丸パイプ４１Ａと、管端をテーパ状に中ぐりして厚い肉厚ｔ４を先端だけ薄い肉厚ｔ３にした丸パイプ４１Ｂを示す。
（ｂ）は、丸パイプ４１Ａ，４１Ｂ同士を突き合せ、外から突合せ溶接した後に、余盛をバイトで切削又はグラインダで研削することで除去し、ビード４４外面をパイプ４１Ａ，４１Ｂの外周に面一にしたものである。
第１実施例に比較してテーパ穴加工に熟練を要するが、肉厚が徐々に変化するために強度的には有利となる。
【００１９】
図１５（ａ），（ｂ）は異なる肉厚のパイプ同士の接合工程図（第３実施例）である。
（ａ）は、管端に開先を取った肉厚ｔ３の丸パイプ４１Ａと、管端の外面をテーパ状に削って厚い肉厚ｔ４を先端だけ薄い肉厚ｔ３にした丸パイプ４１Ｂを示す。
（ｂ）は、丸パイプ４１Ａ，４１Ｂ同士を突き合せ、外から突合せ溶接した後に、余盛をバイトで切削又はグラインダで研削することで除去し、ビード４４外面をパイプ４１Ａの外周に面一にしたものである。
第１実施例に比較してテーパ穴加工に熟練を要するが、肉厚が徐々に変化するために強度的には有利となる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１の方法は、母材としてのアルミニウム合金製丸パイプの肉厚を選定する工程と、選定したパイプをフォーミングする工程と、フォーミング材を接合してフープにする接合工程と、フォーミング材を金型に投入する工程と、金型に納めたフォーミング材を加熱する工程と、中空のフォーミング材ブロー成形する工程とからなる。
【００２１】
伸び率を考慮して母材の肉厚を選定したので、仕上り品の肉厚が所望のものとなり、必要な剛性を保つことができる。
基本的に溶接構造物ではないので、ビード処理は極く少なく、製品の外観形状が良好となる。また、トリミングを必要としないので、歩留りがよくコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法で製造した車両のドア枠の外形図
【図２】図１の２−２線断面図
【図３】図１の３−３線断面図
【図４】図１の４−４線断面図
【図５】図１の５−５線断面図
【図６】本発明に係るブロー成形金型の説明図
【図７】ブロー成形金型のキャビティの断面図
【図８】本発明に係るブロー設備及び加熱設備の原理図
【図９】本発明に係る肉厚の選定要領図
【図１０】本発明に係るドア取付け枠の製造工程図（前期）
【図１１】異なる肉厚のパイプ同士の接合工程図（第１実施例）
【図１２】本発明に係るドア取付け枠の製造工程図（中期）
【図１３】本発明に係るドア取付け枠の製造工程図（後期）
【図１４】異なる肉厚のパイプ同士の接合工程図（第２実施例）
【図１５】異なる肉厚のパイプ同士の接合工程図（第３実施例）
【図１６】代表的な枠状構造体の斜視図
【図１７】従来の枠状構造体の製造工程図
【符号の説明】
１…枠状構造体（ドア取付け枠）、１０…ブロー成形金型、１９…キャビティ、２０…加熱炉、３０…ブロー設備、４１，４１Ａ，４１Ｂ…アルミニウム合金製丸パイプ（丸パイプ）、４２…ベンダ、４５…フォーミング材、ｔ１〜ｔ４…丸パイプの肉厚。

Claims (1)

1. 製品肉厚と伸び率とから母材としてのアルミニウム合金製丸パイプの肉厚を選定する工程と、選定したパイプを所定の長さに切断する工程と、このパイプをベンダにて製品形状に近似した形状にまで塑性加工するフォーミング工程と、フォーミング材を接合してフープにする接合工程と、製品の外周面を規定するキャビティを有するブロー成形金型の前記キャビティに前記フォーミング材を投入する工程と、金型に納めたフォーミング材を軟化点以上で且つ溶融点未満の温度まで加熱する工程と、加熱された中空のフォーミング材に高圧流体を吹込んで拡張させ、外周面を前記キャビティの外周面に押圧するブロー成形工程とからなる枠状構造体の製造方法。

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