JPH06292929A - 管状フレーム部材を成形し且つ液圧穴抜き加工する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、管状ブランクから複雑な形
状のフレーム部材を成形する装置を提供することにあ
る。 【構成】 本発明によれば、両端部を備えた管状ブラン
クからフレーム部材を成形する方法において、ブランク
内に内部圧力を加え且つブランクの両端部に外部圧力を
加えることによりブランクの一部を拡大して拡大管を形
成する工程と、拡大管の側面形状及び断面形状を変える
ことによりフレーム部材を形成する工程とからなること
を特徴とするフレーム部材の成形方法が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は管状材料を冷間成形する
技術分野に関し、より詳しくは、管状ブランク（管状素
材）から複雑な形状のフレーム部材を成形及び穴抜き加
工（ピアシング）する装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用フレーム部材の主要設計は、強
度及び荷重支持を目的とした「ボックス」形式のもので
ある。これらのフレーム部材は、水平及び垂直の両方向
の輪郭が大きく変化しているものがよくある。また、こ
れらの管状部材の断面（横断面）形状は、しばしば、ほ
ぼ正方形から、長方形、円形、更には非常に平坦化した
断面形状へと、又は上記形状の任意の不規則な組合せ形
状へとかなり極端に変化する。これ迄、全体として円筒
状の管状ブランクを冷間成形又は熱間成形することによ
り、断面形状の変化する簡単で大きな半径をもつ輪郭を
得てきたが、最近の製造方法では、「Ｕ」形断面をもつ
２つのスタンピング部材を組み立て、次に一体溶接する
ことにより完成部品を形成して、複雑な形状のボックス
状断面をもつ管状部材を製造している。残念なことに、
これらの方法の材料及び労働力消費は極めて非効率的で
ある。マンドレルを用いて（又は用いないで）管状ブラ
ンクを曲げ、引っ張り（ストレッチング）、押圧し（デ
プレッシング）、且つ半径方向に拡管加工（エキスパン
ディング）させる一般的な作業は知られている。大多数
の金属について、小径管を大きな半径の弧に曲げること
はかなり簡単である。しかしながら、管の直径が増大し
且つ管を曲げるべき半径が減少すると、管の曲げ工程に
は、管の内側曲げ半径での圧縮と外側半径での引張りと
の或る程度の組合せが必要である。管の外側曲げ面は材
料定格延び特性の全範囲に亘って引っ張ることができる
けれども、所与の直径をもつ管を、内側曲げ面での大き
な座屈又は外側半径での好ましくない変形に遭遇するこ
となく、比較的小さい曲げ半径の回りで満足のいくよう
に曲げることはできない。幾つかの例では、ディンプリ
ングを制御することにより、管の内側曲げ面でのリップ
リングの制御を可能にし、これにより外側曲げ面での引
張りを小さくして、或る直径をもつ管の、比較的小さな
半径の回りでの曲げを達成している。

【０００３】管を曲げる方法の他の例が米国特許第4,70
4,886 号に開示されており、該特許には、ブランクに横
方向の力を加えておきながら、管ブランクの内部を加圧
し、ブランクの両端部をグリップし、両端部で長手方向
の引張り力を加えることによりブランクを曲げる技術が
開示されている。米国特許第4,567,543 号には、管ブラ
ンクの領域を押圧し、次に、１対の型（ダイ）により形
成される補完形状をもつキャビティ内でブランクを拡管
加工する技術が開示されている。また、米国特許第4,82
9,803 号には、予備成形された管ブランクを内部加圧
し、ブランクの回りで１対の型半部を閉じ、係合する型
キャビティ内でブランクを部分的に変形させ、次に、内
部加圧をブランクの壁の降伏限度以上に増大させて、係
合する型キャビティ内部と一致するまでブランクを拡管
することによりボックス状フレーム部材を形成する技術
が開示されている。また、ボックス状断面の両管状部材
を一体結合して自動車用の立体フレームを形成するに
は、各管状部材に穴を切削加工すなわち穴抜き加工しな
ければならない。管状部材に穴抜き加工すなわち穴を切
削するには、管の内部にダイブロック又はダイボタンを
挿入し、穴抜き加工すべき管の表面に当接させて配置す
る。次に、管の外面にパンチを打ちつけ、穴を切削す
る。管を穴抜き加工するとき、マンドレル、ダイブロッ
ク又はダイボタンを使用して管の壁面を支持する。壁面
を支持しなければ、管にきれいに穴抜き加工することは
できない。壁面を支持しなければ、穴の周囲の管壁が変
形され易い傾向を有する。管の内面に当接させてマンド
レル、ダイブロック又はダイボタンを配置するため、Ｕ
形断面の２つのスタンピング部材の組立て及び溶接を行
う前に、スタンピング部材に穴抜き加工するのが一層容
易である。

【０００４】従って、管状ブランクを、水平方向及び垂
直方向輪郭及び断面形状に変化を有するフレーム部材で
あって、完成したフレーム部材の壁厚の変化量が小さい
フレーム部材に成形する装置を提供することが望まれて
いる。また、管の壁すなわち表面を支持するための中実
マンドレル、ダイブロック又はダイボタンを使用しない
で完成フレーム部材に穴抜き加工及び切削する装置を提
供することが望まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、管状
ブランクから複雑な形状のフレーム部材を成形する装置
を提供することにある。本発明の他の目的は、破裂及び
褶曲（フォールディング）等の欠陥がないフレーム部材
を製造する管成形装置を提供することにある。本発明の
他の目的は、管状ブランクから、定形フレーム部材を迅
速且つ経済的に製造することにある。本発明の他の目的
は、成形工程中の型キャビティ内への材料流れの量を制
御する装置を提供することにある。本発明の他の目的
は、完成フレーム部材にきれいに穴抜き加工ができる装
置を提供することにある。本発明の他の目的は、鋼製管
状ブランクから立体フレーム部材を成形することにあ
る。本発明の更に他の目的は、部材の長手方向に沿って
断面が変化する管状部材を成形することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】管状ブランクから複雑な
形状をもつフレーム部材を成形する本発明の方法及び装
置は、ステーションからステーションへとブランクを移
送し、各ステーションにおいて種々のツーリング（tool
ing)を実行する。第１ステーションでは、拡大管を形成
する型キャビティ内にブランクを置いて該ブランクの内
部に圧力を加え且つブランクの両端部に圧縮力を加える
ことにより、ブランクを、管の全長に亘って変化する断
面をもつ管に拡管する。ブランクは型キャビティ内に拡
大可能になり、且つ管の両端部に加えられる圧縮力によ
り、材料が型キャビティ内に流れることが可能になり、
従って拡管工程中にブランクが破裂する傾向が低減され
る。他のステーションでは、拡大管にベンドを導入する
ことにより拡大管が予備成形される。拡大管は予備成形
管を形成する型キャビティ内に置かれ、拡大管の回りで
型キャビティが閉じられると拡大管の内部が加圧され
る。次に、他のステーションで、ベンドを形成する型キ
ャビティ内に予備成形管を置き、型キャビティを閉じて
予備成形管の内部を加圧することにより、予備成形管の
ベンド（曲り）を増大させる。上記ステーションで拡大
管が予備成形され且つ曲げられるとき、これらのステー
ションにおいて、型キャビティ内への管の材料の流れを
制御して、褶曲の生じる可能性を低減させる。フレーム
部材の形状は、別のステーションで横方向のベンドを導
入し且つ曲り管の断面形状を変えることにより完成され
る。曲り管は型キャビティ内に置かれ、該型キャビティ
を閉じると加圧される。型キャビティを閉じた後、管の
断面形状を変えるべく管内の圧力を増大させる。次に、
他のステーションで、フレーム部材の内部を流体で加圧
し且つ穴抜き加工パンチをフレーム部材に打ちつけるこ
とにより、完成したフレーム部材に穴抜き加工をするこ
とができる。最後に、フレーム部材を取り出す前に、フ
レーム部材の両端部をクロッピング（切除）し且つフレ
ーム部材の内部からスラグをフラッシング（高圧水洗）
する。

【０００７】本発明の上記目的及び長所は、好ましい実
施例についての以下の説明から明らかになるであろう。

【０００８】

【実施例】図１は、複雑な形状のフレーム部材を成形し
且つ穴抜き加工するための、本発明の好ましい実施例に
よる装置を示すものである。より詳しくは、フレーム部
材は、垂直輪郭、水平輪郭及び／又は断面輪郭を変化さ
せることができる。本発明の好ましい実施例によれば、
フレーム部材は、自動車用の後方レール部材を有してい
る。しかしながら、本発明は、立体フレーム部材を含む
種々の目的及び構造のための管状フレーム部材の成形に
適応できる。図１に示す装置は、ブランクに種々のツー
リングを行う一連のステーションを有している。概略的
に説明すると、本発明の装置は、図２に示すステーショ
ンＩにおいて、管状ブランク１２を、ホッパ１４から傾
斜路１６を下降させて、シャトルトランスファ２０（該
シャトルトランスファ２０は、ブランク１２をステーシ
ョンIIの液体充填形タブに供給する）のリフト機構１８
に供給する。ブランク１２は、直径の変化する管を形成
すべく、より詳しくは管状ブランク１２にバルジ（張出
し部の成形）すべく、ステーションIIのタブ内で圧縮力
に曝されると同時に内部加圧される。トランスファシャ
トル装置のリフト機構１８（該機構１８については後で
詳述する）は、ブランク、予備成形管又は最終成形管を
ステーションからステーションへと移送する。ステーシ
ョンIIでブランク１２にバルジが形成されたならば、こ
のバルジ管はステーションIII に移送され、ここでベン
ドが導入されて予備成形される。次に、予備成形管はス
テーションIVに移送され、ここで予備成形管のベンドが
増大される。この曲げられた管（以下、「曲り管」と呼
ぶ）は、次にステーションＶに移送され、ここで別のベ
ンドが導入され（このベンドは、ステーションIII 及び
IVで導入されたベンドの平面とは異なる平面で形成され
る）且つ管の断面形状が変えられて完成管が成形され
る。次に、管はステーションVIに移送され、ここで、フ
レーム部材に沿う種々の位置で穴抜き加工が行われる。
穴抜き加工された管は、次にエンドクロッピング（端部
切除加工）ステーションに移送され、ここで、フレーム
部材の両端部に穴抜き加工される。このフレーム部材は
フラッシングステーションに移送され、ここで、管を取
り外す前に、フレーム部材の内部からスラグをフラッシ
ングする。

【０００９】液体が充填されるタブには多くのステーシ
ョンが配置されており、タブでは、後で詳述するよう
に、ステーションで管に生じるツーリングが、実質的に
浸漬された状態で行われる。本発明の好ましい実施例に
使用される液体は、９５％が水で、残余の５％は、錆及
び腐食を防止し且つ潤滑を助けるための添加剤からな
る。この液体は、E. F. Houghton & Company社からHydr
olubric 143 の名称で販売されている。ステーションと
関連する別々のタブを備えたものとして幾つかのステー
ションが図示されているけれども、１つのタブ内に他の
ステーションを配置してもよいし、全てのステーション
を備えた装置全体を１つのタブ内に配置することもでき
る。また、ステーション間にアイドルステーションを配
置してもよい。シャトルトランスファ装置２０は、移動
シャトル２１を支持する、全体として固定された基礎支
持ビーム（図示せず）を有している。移動シャトル２１
は２つの長いボックス状ビーム２３を有しており、該ビ
ーム２３は、その各端部がクロスレール（図示せず）を
介して互いに取り付けられている。関連するリフト機構
を備えた２つの移動ビーム（より詳しくは、移動機構）
は、ビーム２３に取り付けられた１対の固定アーム２５
を有している（これらの幾つかが図１に示されてい
る）。各対の固定アーム２５は、ビームから、移送すべ
き部分の両端部の中心上の位置まで内方に突出してい
る。各固定アーム２５は、装置のステーションのために
働くべく上下移動するクランプ固定具２７（図２）を有
している。トランスファ装置２０は、シャトルトが、そ
の部品を一直線上にある次のステーションに供給した
後、前のステーションに戻ることができ、この間に、各
ステーションは、ステーションに供給された部品にツー
リングを実行する。

【００１０】かくして、第１対の固定アーム２５が、ス
テーションＩの傾斜路１６の端部上に位置決めされる。
固定アーム２５のクランプ固定具２７が下降され、傾斜
路１６の端部においてブランク１２の各端部を掴む。次
にクランプ固定具２７が上昇され、固定アーム２５がス
テーションIIのタブ上の位置まで直線移動（並進）す
る。次にクランプ固定具２７が下降され、ブランク１２
がステーションIIのタブ内に解放される。次に、固定ア
ーム２５が直線移動してステーションＩ上のこれらの前
の位置まで戻り、次のブランク１２を待機する。この
間、第２対の固定アーム２５がステーションII上の位置
まで直線移動する。ステーションIIでのツーリングが完
了すると、第２対のアームのクランプ固定具２７が下降
され、ステーションIIで形成されたバルジ管を掴む。次
に、クランプ固定具２７が上昇され、第２対のアームが
ステーションIII 上の位置まで前方に直線移動される。
次にクランプ固定具２７が下降され、バルジ管がステー
ションIII のタブ内に配置される。次にクランプ固定具
２７が上昇され、第２対のアームが直線移動してステー
ションII上のこれらの前の位置まで戻る。部品がステー
ションIIからステーションIII へと移動されると、前述
のようにして部品がステーションＩからステーションII
へと供給される。残余の対の固定アーム２５も、ステー
ションIII 〜ステーションVIに関して同様な作動を行う
が、ステーションＶでは、ブランク１２が型上に置かれ
る前に好ましくは９０°回転される点が異なっている。
従って、ステーションＶへの管の供給に使用されるトラ
ンスファアームは、管を回転させるためのローテータカ
ップを備えている。本発明に使用できるトランスファ装
置の説明に関しては米国特許出願第07/837,081号を参照
されたい（該米国特許出願を参考として本願に取り入れ
る）。もちろん、他の形式のトランスファ装置を使用し
て、或るステーションから他のステーションに管を供給
できる。別の構成として、管をステーションからステー
ションへと手で移送することもできる。出発材料 管状ブランク１２は、冷間圧延アルミニウムキルド鋼か
ら形成した円形の溶接鋼管が好ましい。ブランクは、好
ましくは約2.10mm（約0.083 インチ）から約2.50mm（約
0.098 インチ）の範囲の出発厚さ、及び、好ましくは約
101.6 mm（約4.00インチ）の外径を有している。材料は
34,000 psi（約2,390 kg/cm²）の初期降伏点を有してお
り、成形中の加工硬化により、降伏強さは52,000 psi
（約3,660kg/cm²）に達する。ステーションＩ 図２は、図１のステーションＩの側面図である。ステー
ションＩは、ブランクフィーダ及びバニシングステーシ
ョンを有している。概略的には、ステーションＩは、１
対の攪拌装置（図示せず）を備えたホッパ１４と、管ブ
ローアウト装置（図示せず）を備えた傾斜路１６と、好
ましくは傾斜路１６の端部に設けられたバニシングユニ
ット（図示せず）とを有している。本発明のステーショ
ンＩは、ここに参考として取り入れる米国特許出願第07
/837,081号に開示されたものと同一であり、従って詳細
には説明しない。一度に１本のブランクがバニシングユ
ニットに供給され、バニシングユニットではブランクの
外端部がバニシングされる。最前方のブランクがバニシ
ングされている間に、次に並んだ管状ブランクに高圧の
エアブラストが吹きつけられ、緩く付着したあらゆる塵
埃をブランクから除去する。ブランクがバニシングされ
た後、傾斜路１６の底部に設けられたローラ（図示せ
ず）がブランクを回転させる。ブランクが回転されると
き、光ビーム（好ましくはレーザからの光ビーム）を用
いてブランクの溶接シームを検出する。溶接シームが検
出されたならばローラを停止し、ブランクがステーショ
ンII〜ステーションVIに供給される前に、ブランクの溶
接シームを適正に配向する。ステーションII 図３は、液圧成形（ハイドロフォーミング）ステーショ
ンIIの装置３０を示す平面図である。ステーションIIの
装置３０は、ベース３４と側壁３６とにより形成された
タブ３２内に配置されており、タブ３２には前述の液体
が充填されている。概略的には、装置３０は、２つの型
半部３８、４０と、該型半部３８、４０の両端部４６、
４８に配置されたロックブロック４４と、タブ３２の内
側に沿ってシャトル機構５０と、油圧シリンダ５４とを
有している。シャトル機構５０はシールユニット４２に
より付勢され、両型半部３８、４０を一体化すると共に
ロックブロック４４をこれらの係合位置に直線移動させ
る。図３は、ロックブロック４４とシールユニット４２
とが係合位置にあるところを示すものである。シャトル
機構５０については後に詳述する。互いに閉じた型半部
３８、４０は、破線５１で示す型キャビティを形成す
る。

【００１１】図４〜図６は、図３の液圧成形ステーショ
ンIIのロックブロック４４及びシールユニット４２が種
々の位置にあるところを示す、図３の１／２の側断面図
である。図４〜図６には、ステーションIIの１／２のみ
が示されているけれども、ステーションIIは、中心線５
６に関してほぼ対称形である。図４には、ロックブロッ
ク４４４４及びシールユニット４２が後退位置にあると
ころが示されている。タブ３２のベース３４に取り付け
られたブラケット５８が型半部３８、４０の各端部の近
くに配置されており、ブランク１２を、型半部３８、４
０により形成される型キャビティ６０内で同心状に保持
するのに使用される。型半部３８、４０の内部には凹部
（図示せず）があり、該凹部はブラケット５８の回りで
型が閉じることを可能にする。型キャビティ６０により
成形される管は、キャビティ６０の一端近くに配置され
たバルジ領域７７を有している。型キャビティ６０によ
り成形される管は、バルジ領域７７の両側にテーパ状断
面を有するのが好ましい。図面には、バルジ領域７７が
型キャビティ６０の一端の近くに配置されたものが示さ
れているけれども、バルジ領域７７は型キャビティ６０
の任意の部分に沿って配置できる。また、型キャビティ
６０に多数のバルジを設けることもできる。図４に示す
ように、管状ブランク１２の外径は、型キャビティ６０
の任意の断面の直径より小さい。

【００１２】管状ブランク１２の長さは、型キャビティ
６０により成形される管の長さより長くなくてはならな
い。従って、ブランク１２が型キャビティ６０内に配置
されると、ブランク１２の両端部６２が、図４に示すよ
うに型キャビティ６０の外側に突出する。型キャビティ
６０は９８インチ（約２４９cm）、一方、管状ブランク
１２の長さは１１２インチ（約２８４cm）であるのが好
ましい。しかしながら、本発明は他のサイズの管にも使
用でき、型キャビティ６０は上記特定寸法に限定される
ものではない。型キャビティ６０の両端部に配置された
ロックブロック４４及びシールユニット４２は、タブ３
２のベース３４に沿ってトラック組立体６４により支持
されている。トラック６４は、シャトル機構５０（図３
参照）により、ロックブロック４４を、タブ３２のベー
ス３４に沿って、装置３０の中心線５６に対して垂直な
方向に直線移動できるようにする。シールユニット４２
は、タブ３２の側壁３６を介してシリンダ５４と係合す
る。シリンダ５４のピストン５５は、シールユニット４
２を、装置３０の中心線５６に対して垂直な方向に直線
移動させる。詳細に説明するように、一方のシリンダ５
４はシャトル機構５０を付勢し、該シャトル機構５０
は、型半部３８、４０を閉じさせ且つロックブロック４
４と型半部３８、４０の両端部とを係合させる。

【００１３】ロックブロック４４は、該ロックブロック
４４を水平方向に貫通している円筒状ボア６８を有して
いる。ブロック４４は、前面７０及び後面７２を有して
いる。後面７２は実質的に平坦である。前面７０には、
円筒状凹部７４が形成されている。各型半部３８、４０
は、型キャビティ６０の開口に隣接して型の側部に形成
された円筒状棚部７６の１／２を有している。型半部３
８、４０が一体化されると、型キャビティ６０への開口
の回りで円筒状棚部７６が形成される。円筒状棚部７６
は、ロックブロック４４の前面７０の円筒状凹部７４内
に嵌合される寸法を有している。ブロック４４は、その
係合位置まで直線移動されると、後に詳述するように、
両型半部３８、４０を一体にロックする。ブロック４４
を貫通するボア６８は前面７０で座ぐりされ、チャンフ
ァ（面取り部）７８を形成している。ボア６８の直径
は、管状ブランク１２の外径よりも僅かに大きい。ボア
６８の直径よりも大きな直径をもつチャンファ７８は、
ボア６８とブランク１２との整合が僅かにずれていて
も、ブロック４４がブランク１２の露出端部６２と係合
できるようにする。シールユニット４２は、このベース
８２の中央から垂直に延びた全体として円筒状のロッド
部分８０を有している。ロッド８０は、当業者に明らか
な慣用的手段によりベース８２に取り付けられている。
ロッド８０の直径は、ロックブロック４４のボア６８の
直径よりも僅かに小さい。ロッド８０は、そのの一端の
一部が切削され、チャンファ７８が形成されている。チ
ャンファ８４に沿うロッド８０の直径はブランク１２の
内径よりも小さく、これにより、後に詳述するように、
ロッド８０の端部のみがブランク１２内に挿入される。
チャンファ８４から先端側に位置するロッド８０の直径
は、ブランク１２の内径にほぼ等しい。管腔８６が、シ
ールユニット４２のロッド８０及びベース８２の部分を
通って延びている。管腔８６の一端には加圧流体源（図
示せず）が連結されており、管腔８６の他端は、後に詳
述するように、シールユニット４２がその係合位置へと
直線移動されると、ブランク１２の内部と連通する。

【００１４】図５及び図６に示すように、一方の油圧シ
リンダ５４を作動するとピストン５５が型半部に向かっ
て伸長される。ピストン５５はシャトル機構５０を駆動
する。図３に示すシャトル機構５０は２つのレール部材
９０を有しており、該レール部材９０上にはアンギュラ
ドライバ面９１及びドエル面９２が設けられている。型
半部３８、４０の側部に沿って、対向するアンギュラド
ライバ面９３及びドエル面９４が配置されている。ピス
トン５５が伸長するとレール９０が移動し、これによ
り、レール９０及び型半部３８、４０に配置されたアン
ギュラドライバ面とドエル面とが係合される。これらの
面が係合すると、型半部３８、４０がレール９０に対し
て垂直な方向に移動され、型キャビティ６０が閉じられ
る。同時に、ロックブロック４４が型半部３８、４０の
方向に直線移動される。ロックブロック４４が直線移動
すると、ブランク１２の露出端部６２がロックブロック
４４のボア６８内に入る。ブロック４４は、該ブロック
４４の前面７０に形成された円筒状凹部７４が型半部３
８、４０の両側の円筒状棚部７６を包囲するまで、型半
部３８、４０に向かって直線移動する。かくして、凹部
７４は型半部３８、４０を一体にロックして、成形工程
中に型半部３８、４０が分離することを防止する。シー
ルユニット４２は、シリンダ５４に連通しているピスト
ンロッド５５により、ロックブロック４４の方向への直
線移動が続けられる。シールユニット４２のロッド８０
が、ブロック４４のボア６８を通って挿入される。ブラ
ンク１２の一部もボア６８に配置され、図５に示すよう
に、ロッド８０の端部がブランク１２内に入る。シール
ユニット４２のロッド８０が管１２の端部と完全に係合
すると、先ず、流体が管を通して圧送（ポンピング）さ
れ、流体がタブ３２内に入ると、管内に捕捉されている
ことがある全ての空気が追い出される。管１２から空気
が追い出された後、シールユニット４２が付勢され、管
１２の内部に圧力が加えられる。

【００１５】ロッド８０の端部のみがブランク１２内に
入るので、シールユニット４２は、該シールユニット４
２が型半部３８、４０に向かって直線移動を続けると
き、ブランク１２を圧縮状態下に置く。同時に、シール
ユニット４２の管腔８６を通してブランク１２の内部に
加圧流体が供給される。前述のように、ステーションII
は、その中心線５６に関してほぼ対称であり、従って、
ブランク１２の反対側端部（図示せず）も、該端部と関
連する同一のロックブロック及びシールユニット（図示
せず）を有している。しかしながら、本発明の目的を達
成するのに、ステーションIIに変更を加えることができ
る。例えば、管の一端に１つのみのシールユニットを設
けることにより、ステーションIIを非対称にしてもよ
い。また、型キャビティ６０により成形される形状が中
心線５６に関して非対称になるようにしてもよい。本発
明は、図示された特定部品に限定されるものではなく、
自動車等の多くの領域で使用される種々の部品（管に種
々の形状をもたせることが要求される）にも使用でき
る。次に、図３〜図６に関連してステーションIIの作動
を説明する。ステーションＩのバニシング作業の終時
に、型半部３８、４０が開かれ、ロックブロック４４及
びシールユニット４２が後退される。バニシングユニッ
トから解放されると、トランスファシャトル装置がブラ
ンク１２をステーションIIのタブ３２に移送する。ブラ
ンク１２は、直ぐに流体レベル下の浴内に沈下して、ブ
ラケット５８により支持される。ステーションIIの成形
作業は、タブ３２内の水性浴中に完全に浸漬した状態で
行われる。ブランク１２は、ロックブロック４４及びシ
ールユニット４２がブランク１２の端部と係合する前
に、流体が充填されたタブ３２内に浸漬されるため、ブ
ランク１２の内部が液体で充満される。ブランク１２が
準備位置に受け入れられ且つ適正に配置されたことを出
力するためのリミットスイッチ（図示せず）を設けるこ
とができる。他の任意の所望のセンサと共にリミットス
イッチを装置の全体に亘って配置し、機械の全体的作動
を制御するマイクロプロセッサ（図示せず）に信号を送
出するように構成できる。ブランク１２が適正に位置決
めされたことを確認した後、少なくとも一方の油圧シリ
ンダ５４を付勢して、シャトル機構５０により、両型半
部３８、４０をこれらの閉鎖位置（図３）に一体化させ
る。今や、管状ブランク１２は、型半部３８、４０によ
り形成された型キャビティ６０内でブラケット５８によ
り同心状に支持された状態にある。シャトル機構５０は
また、ロックブロック４４を型半部に向かって直線移動
させる。ブランク１２の露出端部６２がロックブロック
４４のボア内に挿入され、ロックブロック４４は、該ブ
ロック４４の前面７０に形成された円筒状凹部７４が型
半部３８、４０の端部に形成された円筒状棚部７６を包
囲するまで型半部３８、４０に向かって直線移動する。
かくして、型半部３８、４０ロックブロック４４により
所定位置にロックされ、これにより、成形工程中に型半
部３８、４０が分離することが防止される。

【００１６】シールユニット４２もシリンダ５４のピス
トン５５によりロックブロック４４に向かって直線移動
され、各シールユニット４２のロッド８０がロックブロ
ック４４のボア６８内に入る。ロッド８０の端部は、ボ
ア６８内に配置されたブランク１２の内部に挿入され
る。管１２からは、該管１２内に捕捉されたあらゆる空
気が追い出される。シールユニット４２は、ブロック４
４に向かって直線移動し続ける。この間、加圧流体が管
腔８６を通ってブランク１２の内部に供給され、同時
に、ブランク１２は、シールユニット４２の前進により
圧縮された状態に置かれる。シールユニット４２は、シ
ールユニット４２のベース８２がブロック４４の後面７
２と接触するまで、ブロック４４に向かって直線移動を
続ける。前述のように、ブランク１２が浴の表面より下
に浸漬されているので、ブランク１２の内部は、ロック
ブロック４４及びシールユニット４２がブランク１２と
係合する前に、水性浴の流体で充満される。ブロック４
４及びシールユニット４２がブランク１２と係合する
と、シールユニット４２の管腔８６を通してブランク１
２の内部に加圧流体を供給することにより、ブランク１
２の内部圧力が増大される。管１２に加えられる内部圧
力は、管１２の降伏点より大きい。同時に、シールユニ
ット４２は型半部３８、４０に向かって直線移動し、こ
れにより管状ブランク１２を圧縮状態下に置く。シール
ユニット４２により加えられる圧縮力は、ブランク１２
の加圧内部と協働して、金属が型キャビティ６０内に流
れることを助ける。ブランク１２の端部に加えられる圧
縮力と、ブランク１２の内部に加えられる圧力との相互
作用により、管状ブランク１２が、型半部３８、４０に
より形成される型キャビティ６０に充満され、同時に、
管壁が薄くなる量を減少させる。それどころか、管状ブ
ランク１２の両端部からの金属が型キャビティ６０内に
流れることを可能にする。ブランク１２の端部からの金
属が型キャビティ６０内に流れるとき、シールユニット
４２は、図６に示すように、ブランク１２の端部と係合
したまま直線移動する。管状ブランク１２の長さは、図
４に示す元の長さから、図６に示す最終的な長さに短縮
されていることが分かるであろう。

【００１７】ステーションIIで成形された管の各断面の
周囲は、後に詳述するように、最終的に形成される所望
のレール部材の各断面の周長にほぼ等しくなるように選
択される。従って、最終的に成形されるレール部材は、
更に拡管することなく、ステーションIIで形成される管
を単に整形（修正）することにより製造できる。ステー
ションIIでの作業中に、ブランク１２が、管壁の塑性座
屈を生じ易いことが発見されている。この塑性座屈は、
未占拠の型キャビティ領域で管の螺旋変形（スパイラリ
ング）を招き、このため、バルジ領域７７のように、型
の直径に急激な変化がある箇所で管壁に褶曲が形成され
る。螺旋変形の大きさは、ブランク１２が成形されると
きに、ブランク１２の内部圧力を増大させ且つシールユ
ニット４２によりブランク１２の両端部に加えられる圧
力を増大させることにより低減できることが判明してい
る。増大される内部圧力は、ブランク１２にバーストを
生じさせることなくブランク壁を安定化するのに充分な
ものでなくてはならない。約1,500 psi(約１０５kg/c
m²）から約3,100 psi(２１８kg/cm²）への管の内部圧力
の増大及び約７５０ psi（約５３kg/cm²）から約2,000
psi(約１４１kg/cm²）への外部圧力の増大により、座屈
の低減が助けられることが判明している。管に加えられ
る内部圧力及び外部圧力は、当業者に良く知られた電子
制御装置及び空気圧制御装置により調節される。管に加
えられる内部圧力の増大は、機械的増圧機により達成さ
れる。

【００１８】上記圧力及び力に曝された、4.00インチ
（約１０cm）の直径、約0.095 インチ（約2.4 mm）の壁
厚をもつ長さ１１２インチ（約２８４cm）のブランクか
ら、１０７インチ（約２７２cm）の最終長さと、5.41イ
ンチ（約13.7cm）のバルジ直径をもつバルジ管が成形さ
れた。バルジ領域における管壁の厚さ減少は約５〜７％
であり、厚さ減少をより小さくできると考えられる。例
えば５０％の直径増大のように、より大きな拡管を達成
できた。しかしながら、管壁の薄くなる量を低減するに
は、ブランクの長さは、ブランク材料が型キャビティ内
に充分に流れ得る長さにすべきである。他の考察と一致
するけれども、管状ブランクの長さが充分であれば、管
の薄壁化がゼロで、完成バルジ直径を１００％以上拡管
できる。しかしながら、好ましい実施例では、摩擦的拘
束及び変形速度（すなわち歪み硬化速度）が示唆する有
効な製造適用例は約５０％の拡管である。拡管の後、管
の内部に加えていた圧力を遮断する。パージ弁を開い
て、管の内部圧力を解放する。ピストン５５及びこれに
取り付けられたシールユニット４２を後退させれば、シ
ャトル機構５０のレール９０により、ロックブロック４
４が型半部３８、４０から離れる方向に直線移動され
る。各ブロック４４の前面７０の円筒状凹部７４が型半
部３８、４０の円筒状棚部７６をもはや包囲しなくなっ
た後、シャトル機構５０により型半部３８、４０が開か
れる。

【００１９】ひとたび型半部３８、４０が開かれると、
管は、シャトルトランスファ装置２０によりステーショ
ンIIのタブから持ち上げられ、ステーションIII のタブ
に供給される。ステーションIII ステーションIII では、バルジ管が予備成形される。よ
り詳しくは、図７から分かるように、バルジ管にベンド
が導入される。ステーションIII で導入されるベンドは
ステーションIVで増大され、このことは、ステーション
IV及び図１５に関連して詳細に説明する。管のベンドの
半径は、約３５０mmから約２００mmに減少させるのが好
ましい。特定寸法をもつ特定実施例について説明するけ
れども、本発明はそのような寸法及び形状に限定される
ものではない。最初に形成した小さな半径のベンドに代
えて管の予備成形を行うと、ベンドの内部に沿う管材料
の褶曲量が低減されることが判明している。図７は液圧
成形ステーションIII の側断面図であり、該ステーショ
ンIII は、型１０２上に下降されるパンチ１００と、型
キャビティ内で成形される管１０１の両端部と係合する
シールユニット１０４とを有している。図１４に概略的
に示すように、ステーションIII は、ストロークの終時
に休止時間（ドエルタイム）が得られる可変ラム速度プ
レス１４を有しており、該プレス１４は、パンチ１００
を垂直に往復移動させる１対のオーバヘッド油圧シリン
ダ組立体１０８を備えている。ベース１１２及び側壁１
１４を備えたタブ１１０は、ステーションIIのタブ内に
収容される水性溶液が適当なレベルまで充填される。図
７には、パンチ１００がその下降位置にあるところが示
されている。ステーションIII のこの断面図から明らか
なように、型１０２及びパンチ１００により形成される
型キャビティが垂直に曲げられた管を成形する。より詳
しくは、垂直ベンドは、管１０１に３箇所の変曲ベンド
１１６、１１８、１２０を同時に創成することにより形
成される。好ましくは、ベンド１１８は約３５０mmの半
径を有し、一方ベンド１１６、１２０はそれぞれ約３３
８mm、186.5 mmの半径を有する。もちろん、これら以外
の半径を管に形成することができる。図８は、パンチ１
００を除去した状態のステーションIII の平面図であ
る。図７及び図８から分かるように、ステーションIII
では、バルジ管の垂直輪郭のみが変えられる。ベンド１
１８は垂直にあると考えているけれども、管は、該ベン
ド１１８が水平又は他の任意の平面内にあるように回転
することもできる。管の全長に亘って一定直径をもつ管
を曲げるには、当業者に知られた慣用的な曲げ装置が使
用されている。ステーションIIの装置により形成された
管はテーパ状であるので、これらの慣用的曲げ装置は、
このテーパ状の管を曲げるのに使用できない。

【００２０】図７に示す各シールユニット１０４は、型
１０２の側部に隣接して配置されたライザ１２２上に取
り付けられている。ライザ１２２は、ボルト又はねじ
（図示せず）等の適当な手段によりタブ１１０のベース
１１２に固定されている。図９及び図１０は、シールユ
ニット１０４のそれぞれ平面図及び断面図である。各シ
ールユニット１０４は油圧シリンダ組立体１３０を有し
ている。該油圧シリンダ組立体１３０は外方に延びたピ
ストンロッド１３２を備えており、該ピストンロッド１
３２の端部にはシールスライドツール１３４が堅固に連
結されている。ツール１３４はボア１３６を形成してお
り、該ボア内には２つのＯリング１３８、１４０が座合
している。第１Ｏリング１３８は先端縁１４２から短距
離引っ込んだ位置に配置され、第２Ｏリング１４０は、
第１Ｏリング１３８から短距離引っ込んだ位置に配置さ
れている。ボア１３６は端ぐりされて導入部１４４を形
成しており、管１０１の端部とボア１３６との不整合に
対応できるようになっている。各ツール１３４は、ピス
トンロッド１３２と最初に型上に置かれた管の端部との
一致する共通軸線１４８似沿って往復摺動できるように
ギブ１４６により取り付けられている。各ツール１３４
は外方に延びた１対のフランジ１５０を形成しており、
該フランジ１５０はギブ１４６の相手スロット１５２内
に延入している。

【００２１】図１１は、図９及び図１０に示す本発明の
好ましい実施例によるシールユニット１０４に取り付け
られたグリッパ１６０の断面図である。管に小半径のベ
ンドを形成することによって、管の両端部からの金属が
非常に迅速に型キャビティ内に引き込まれ、このため、
特にベンドの内側半径部分では金属が倍化することが判
明している。これを避けるため、成形工程中の管１０１
の両端部からの金属の流れを制御するグリッパ１６０が
設けられている。グリッパ１６０は円筒状ブロック１６
２を有しており、該ブロック１６２はこれを貫通する流
体孔１６４を備えている。管の内部には孔１６４を通し
て加圧流体が供給される。流体孔１６４の回りには、グ
リッパ１６０をシールユニット１０４のボア１３６内に
ボルト止めする端ぐり１６６が設けられている。後に詳
述するように、グリッパ１６０のねじ用の端ぐり１６６
は、ねじ１６７の直径よりも0.010 インチ（約0.25mm）
大きい。端ぐり１６６をねじよりも大きくすることによ
り、グリッパ１６０は、シールユニット１０４のボア１
３６の底部で浮動できるようになる。シールユニット１
０４のボア１３６内でグリッパ１６０が浮動できること
の重要性は、グリッパ１６０を備えたシールユニット１
０４の作動を説明するときに明らかになるであろう。グ
リッパ１６０の外部には、１組のビード１６９が設けら
れている。グリッパ１６０の直径は管の内径より小さ
く、このため、管は、図１１に示すようにグリッパ１６
０の外面上に嵌合される。

【００２２】グリッパ１６０は、ねじ１６７によりシー
ルユニット１０４のボア１３６内に取り付けるのが好ま
しいけれども、シールユニット１０４のボア内で浮動で
きるものであれば他の任意の慣用的な手段を用いること
ができる。グリッパ１６０の外面とボア１３６の表面と
の間にはギャップが形成され、このギャップにより、図
１１に示すように、管の端部がこれらの間に嵌合され
る。プランジャ１７０（図１２の側面図参照）が、シー
ルユニット１０４の孔１７２を通って垂直移動できるよ
うに設けられており、これにより、プランジャ１７０
は、グリッパ１６０の１組のビード１６９上に下降でき
る。プランジャ１７０をその上昇位置と下降位置との間
で直線移動させるのに、例えば、油圧シリンダ１０３
（図７）等の慣用的手段を使用できる。プランジャ１７
０はビード１６９の組に対して管を押しつけ、これによ
り、管の端部をグリップし且つ型キャビティ内への金属
の流れを制御するのに使用される。図１２は、図１１に
示されたプランジャ１７０の側面図である。番号１７３
で示すプランジャ１７０の表面は、管の外面に一致する
ように湾曲している。プランジャ１７０の曲率半径は約
1.9 mmが好ましい。

【００２３】図１３は、グリッパ１６０の外面上に形成
するのが好ましいビード１６９を詳細に示すものであ
る。ビード１６９は、好ましくは、約0.030 インチ（約
0.76mm）の高さＨと、約0.015 インチ（約0.38mm）の幅
Ｗとを有する。ビード１６９の頂面は水平な平面である
が、ビードの側面は垂直であるのが好ましい。ビード１
６９の側面は、好ましくは0.020 インチ（約0.51mm）以
下の半径でグリッパ１６０の外面に連続している。ビー
ド１６９のこの構造により、ビードが管材料内に食い込
んで、型内への材料の流れが制御される。次に、シール
ユニット１０４及びグリッパ１６０の作動について説明
する。１つのシールユニット１０４のみが示されている
けれども、シールユニット１０４は、管の反対側端部に
おいても、管内に取り付けられたグリッパ１６０を有し
ている。グリッパ１６０は各シールユニット１０４に使
用されて、この特定部分を形成しているけれども、グリ
ッパ１６０を使用するか否かの決定は、成形される特定
部分に基づいて定める。グリッパ１６０は一方のシール
ユニット１０４のみに使用でき、必ずしも両方のシール
ユニットに使用する必要はない。シールユニット１０４
が直線移動されて管１０１の端部と係合するとき、管の
端部はボア１３６内に入り、グリッパ１６０上を摺動す
る。かくして、管１０１の端部はグリッパ１６０とボア
１３６との間にサンドイッチされる。シールユニット１
０４がひとたび管１０１の端部と係合すると、プランジ
ャ１７０がシールユニット１０４の孔１７２を通って下
降され、これにより、プランジャ１７０の湾曲面１７３
が管１０１の外面に対して押しつけられる。プランジャ
１７０により加えられる圧力により、プランジャの湾曲
面１７３に隣接する管の部分がグリッパ１６０のビード
１６９の組上に押しつけられる。プランジャ１７０によ
り加えられる圧力により、グリッパ１６０はシールユニ
ット１０４のボア１３６の底部へと垂直方向に直線移動
され、ここで、ビード１６９の底部が管１０１の底部に
対して押しつけられる。前述のように、端ぐり１６６と
ねじ１６７とにより浮動構造が得られるため、グリッパ
１６０は、プランジャ１７０により圧力が加えられると
移動できる。

【００２４】図１１のグリッパ１６０のビード１６９
は、グリッパの外面の周囲に均一に設けられたものが示
されているが、他の種々の構成のビードを使用できる。
例えば、プランジャ１７０の湾曲面１７３に最も近いビ
ード１６９の部分は、管１０１のバルジ断面に最も近い
シールユニット１０４に配置されるグリッパ１６０から
は除去してもよい。また、本発明は、単一又は複数のビ
ードでも実施することができる。グリッパ１６０は、プ
ランジャ１７０と組み合わされて、型１０２及びパンチ
１００により形成される型キャビティ内に流動する管材
料の量及び速度を制御する。しかしながら、型キャビテ
ィ内への材料の流動量を制御することにより、これに付
随して管の壁が薄くなる。この効果を補償するため、好
ましい実施例では、所望の完成フレーム部材のゲージ値
より１クラス上のゲージ値をもつ管状ブランクが使用さ
れる。図１４は、図７の液圧成形ステーションIII を示
す断面図である。型１０２は垂直パンチ係合壁２００を
形成しており、該壁２００の基部は、型キャビティ内に
形成される部分プリント（part print）の下半部を形成
する上向き棚部２０２へと滑らかに移行している。型１
０２は、棚部２０２の左下に定形の垂直踵部２０４を形
成している。踵部２０４は、パンチ１００の型係合壁２
０６と入れ子式（テレスコピック）に係合する輪郭を有
しており、この点に関しては後に詳述する。パンチ１０
０は、垂直な型係合壁２０６を形成する、下方に延びた
補完部分を形成している。壁２０６は、その頂部が、型
キャビティ内に形成される部分プリントの上半部を形成
する下向き棚部２０８に滑らかに移行している。パンチ
１００は更に、棚部２０８の右側に垂直踵部２１０を形
成している。踵部２１０は、型１０２の踵部２０４と同
様に、実質的に完全な隣接係合関係をなして型１０２の
パンチ係合壁２００と入れ子式に係合できる輪郭を有し
ている。すなわち、パンチ１００が垂直下方に打ち降ろ
されるとき、棚部２０８が棚部２０２と一定の垂直整合
し、垂直踵部２１０が垂直壁２００に沿って摺動し且つ
垂直壁２０６が垂直踵部２０４に沿って摺動する。

【００２５】パンチ係合壁２００が棚部２０２に滑らか
に移行している反面、棚部２０２と踵部２０４との間の
移行部は、番号２１２で示すように鋭い鋭角を形成して
いる。棚部２０２と踵部２０４との間の全交差部（enti
re intersection)は、約１／１６インチ（約1.59mm）の
半径で、半径方向にずれている。この半径は、変形され
る管の特性及び管が受ける力に基づいて変えられる。本
実施例においては、番号２１２で示す箇所の１／１６イ
ンチ（約1.59mm）の半径は非常に小さく、後述の管の内
部加圧工程中に、箇所２１２で管を外方に変形させるこ
とはない。型係合壁２０６と、パンチ１００の棚部２０
８及び踵部２１０との移行部も同様な関係を有してい
る。本実施例における両棚部２０２、２０８は、図７か
ら明らかなように、これらの長さに沿って垂直方向に変
化している。両棚部２０２、２０８の中央断面２１４、
２１６は、図７に示すように、下方に突出している。か
くして、ステーションIIからの水平方向に直線状のバル
ジ管がステーションIII の型１０２上に置かれると、管
は、図７に示すように、型１０２の前部２１８及び後部
２２０においてのみ棚部２０２と接触する。パンチ１０
０が型１０２に向かって下方に打ち降ろされるとき、棚
部２０８の下方に突出した中央部分のみが最初に管と接
触する。パンチ１００を更に下降移動させると、もちろ
ん、管は棚部２０２と２０８との間で曲がり始める。

【００２６】パンチ１００が完全に伸長して型１０２と
係合すると、棚部２０２、２０８が図１４に断面で示す
ような閉鎖キャビティ（該キャビティは予備成形管の部
分プリントを形成する）を形成する。パンチ１００の垂
直移動限度は、シリンダ組立体の作動を制御するトラン
スデューサにより制御される。次に、図７〜図１４を参
照して、ステーションIII の作動について説明する。パ
ンチ１００がその上方に後退した位置にあり且つシール
ユニット１０４が完全に後退されると、トランスファ装
置は、管をステーションIIからステーションIII に供給
して、管を下方の型１０２により形成された棚部２０２
上に置く。次にリフト機構が管を解放し且つシャトルト
ランスファがそのアイドル位置に戻る。タブ１１０が、
シールユニット１０４より充分に上のレベルであって、
管が型１０２上に置かれたときの管より上方のレベルま
で、水性浴が充填される。管がタブ１１０内で且つ型１
０２上に置かれると、管には水性浴の溶液が自動的に充
填される。リフト機構がシールユニットの経路をクリア
し且つシールユニットが同時的且つ入れ子式に管の端部
の回りに配置される。シールユニット１０４のＯリング
１３８、１４０は、約８００〜９００ psi（約５６〜６
３kg/cm²）の圧力が管内に作用できるようにシールを維
持できる。Ｏリング１３８、１４０が管の端部と係合し
て該端部をシールすべく配置されると、管と、通孔（ベ
ントポート、図示せず）を除くボア１３６とにより形成
される閉鎖体積が形成される。管の内部がパージされ、
管内に捕捉された気泡の量を最少にする。次に、プラン
ジャ１７０を、シールユニット１０４内の管の端部上に
下降させる。

【００２７】次に、パンチ１００が管捕捉位置へと迅速
に打ち降ろされる。この位置で、棚部２０８の下方に突
出する中央部分は、管の直ぐ上にある。また、下方に延
びた型係合壁２０６が、管及び型１０２の一部を入れ子
式に包囲した状態にある。この時点で、型係合壁２０６
の下縁部は、最下方位置にある棚部２０２の弧状縁部よ
り下を通過している。管が棚部２０２と垂直方向に完全
に整合していない場合には、パンチ１００の型係合壁２
０６がカム作用して、管を、その垂直方向整合位置へと
内方に移動させる。今や、管は、棚部２０２、２０８及
び垂直壁２０６、２１０により形成された棚部パッキン
キャビティ（stuffing ledge cavity)内に完全に捕捉さ
れ、管及びシールユニット１０４のボア１３６が浴の溶
液で完全に充満される。ツール１３４が完全に伸長し、
管の内部液圧が大雑把に見て降伏圧力以下にあり、且つ
パンチ１００が管捕捉位置に休止すると、パンチ１００
がその完全伸長位置に打ち降ろされる。棚部２０２、２
０８が互いに接近するときに、該棚部２０２、２０８及
び垂直壁２０６、２１０により形成される棚部パッキン
キャビティ内に管が完全に捕捉されると、管はもはや逃
れることはできない（すなわち、締めつけられてしま
う）。それどころか、管は、パンチ１００が完全に伸長
したときに、棚部２０２、２０８により完全に形成され
る、収縮した一定輪郭のキャビティに一致するに過ぎな
い。管内の内部液圧により創出される可撓性マンドレル
は、棚部２０２、２０８の形状による、管の座屈のない
実質的に均一な変形を確保する。成形工程中に、管の端
部はキャビティに向かって引き寄せられる。管の端部と
の係合状態を保つため、シールユニットもキャビティの
方向に直線移動する。

【００２８】成形完了後、適当な弁手段（図示せず）
が、管内の残留圧力を浴に解放する。管内の圧力が低下
するやいなや、ツール１３４が後退され且つパンチ１０
０がその後退位置に打ち上げられる。次に、トランスフ
ァシャトル装置が管をステーションIVに供給する。管内
に一定圧力を維持するには、管内に発生する圧力を成形
工程中に低下させるなくてはならないことが判明してい
る。プレスの全ストローク中に維持される内部圧力は、
約８００〜９００ psi（約５６〜６３kg/cm²）の範囲内
にあるのが好ましい。内部圧力は当業者に知られた手段
によりモニタリング及び制御され、従ってこれ以上詳細
にする必要はない。ステーションIV 図１５は液圧成形ステーションIVの側断面図であり、該
ステーションIVでは、ステーションIII の予備成形管が
更に曲げられて、好ましくは２００mmの半径をもつ垂直
ベンドを形成する。ステーションIVは、型３００及びパ
ンチ３０２により形成されるキャビティを除き、ステー
ションIII と実質的に同一であり、従って、同じ部品に
は同じ参照番号が使用されている。より詳しくは、図８
に示したステーションIII の型及びパンチにより形成さ
れる成形型は、ステーションIVの成形型と同じである。
従って、ステーションIII と同様に、ステーションIVは
管の垂直輪郭を変えるに過ぎない。ステーションIVはス
テーションIII と同様に作動し、従って詳細に説明する
必要はない。ステーションIII で用いた内部圧力と同じ
内部圧力が、ステーションIVでの管内でも維持される。

【００２９】ステーションIVで成形される管の厚さは、
ベンドの内側で約１４％増加し、一方ベンドの外側で約
１７％減少することが判明している。バルジ領域の厚さ
は実質的に不変である。成形完了後、内部圧力が解放さ
れ、次に、ツール１３４が後退され且つパンチがその後
退位置に打ち上げられる。次に、シャトルトランスファ
装置が管をステーションＶに供給する。管は、ステーシ
ョンＶの型上に置かれる前に９０°回転される。ステーションＶ 次に、張出し成形（バルジ）され且つ垂直方向に曲げら
れた管に、横方向曲げ及び管の断面変化が導入される。
この部分の所望の形状は、垂直方向及び横方向に変化す
る輪郭をもつ変化する断面を有することが好ましい。図
１６は、シールユニット３０４と係合した状態で開放位
置にあるステーションＶの側断面図である。概略的に
は、ステーションＶは、ストロークの終時にドエル時間
（休止時間）が得られる可変ラム速度プレス３０７を有
しており、該プレス３０７は、パンチ３０２を垂直方向
に往復移動させる１対のオーバヘッド油圧シリンダ組立
体３０６（図１８）を備えている。ベース３１０及び壁
３１２を備えたタブ３０８には、ステーションII〜ステ
ーションIVのタブ内に収容されたものと同じ水性溶液
が、適当なレベルまで充填されている。図１に示したよ
うに、ステーションIV及びステーションＶは１つのタブ
を共有するのが好ましい。

【００３０】図１７は、ステーションＶの型３００の平
面図である。ステーションIVで形成された管がステーシ
ョンＶに供給され且つ型３００のキャビティ内に置かれ
る前に管が９０°回転され、ステーションIII 及びステ
ーションIVで形成された垂直ベンドが水平になるように
する。図１６及び図１８から明らかなように、型及びパ
ンチにより形成されるキャビティは、全体として矩形の
変化する断面をもつ垂直方向に曲げられた管を形成す
る。しかしながら、ステーションＶの垂直ベンドはステ
ーションIII 及びステーションIVにより形成された垂直
ベンドに対して垂直である。ステーションIII 〜ステー
ションＶで形成されるベンドの傾斜は垂直又は水平と呼
ばれるが、製造すべき部品に基づいて、他の配向も可能
である。管の端部はステーションからステーションへと
変えられないため、シールユニット３０４はステーショ
ンIII 及びステーションIVに関連して説明したものと同
じであり、従って詳細に説明する必要はない。しかしな
がら、ステーションＶのシールユニット３０４には、該
ユニット内に取り付けられた前述のグリッパは設けられ
ていない。図１８はステーションＶの型及びパンチを示
す断面図である。型３００は垂直パンチ係合壁３２０を
形成しており、該パンチ係合壁３２０の基部は、型キャ
ビティ内に形成される部分プリントの下半部を形成する
上向き棚部３２２へと滑らかに移行している。棚部３２
２の左下で、型は、一定輪郭の垂直踵部３２４を形成し
ている。踵部３２４は、型係合壁３２６と入れ子式に係
合できる輪郭を有しており、この点については後に詳述
する。パンチ３０２は、垂直型係合壁３２６を形成する
下方に延びた補完部分３２８を形成している。壁３２６
の頂部は、型キャビティ内に形成される部分プリントの
上半部を形成する下向き棚部３３０へと滑らかに移行し
ている。パンチ３０２は更に、棚部３３０の右側に、垂
直踵部３３２を形成している。型３００の踵部３２４と
同様に、踵部３３２は、実質的に完全な隣接係合をなし
てパンチ係合壁３２０と入れ子式に係合できる輪郭を有
している。すなわち、パンチ３０２が垂直方向に打ち降
ろされるとき、棚部３３０が棚部３２２と一定の垂直整
合をして、垂直踵部３３２が垂直壁３２０に沿って摺動
し且つ垂直壁３２６が垂直踵部３２４に沿って摺動す
る。

【００３１】パンチ係合壁３２０は棚部３２２に滑らか
に移行しているけれども、棚部３２２と踵部３２４との
間の移行部は番号３３２で示すように鋭い鋭角を形成し
ている。棚部３２２と踵部３２４との間の全交差部は、
約１／１６インチ（約1.59mm）の半径で、半径方向にず
れている。この半径は、変形される管の特性及び管が受
ける力に基づいて変えられる。本実施例においては、番
号３３２で示す箇所の１／１６インチ（約1.59mm）の半
径は非常に小さく、後述の管の内部加圧工程中に、箇所
３３２で管を外方に変形させることはない。型係合壁３
２６と、パンチ３０２の棚部３３０及び踵部３３２との
移行部も同様な関係を有している。本実施例における両
棚部３２２、３３０は、図１６から明らかなように、こ
れらの長さに沿って垂直方向に変化している。型キャビ
ティの断面形状は、図１８に示すように全体として矩形
である。両棚部３２２、３３０は、図１６に示すよう
に、下方に突出している。ステーションIVからの管がス
テーションＶの型上に置かれる前に、管はトランスファ
シャトルのリフト機構により９０°回転される。かくし
て、ステーションIII 及びステーションIVで形成された
管の垂直ベンドが、図１６に破線で示し且つ図１７の平
面図から分かるように、ステーションＶの型を横切って
水平方向に横たえられる。管は、型３００の前部３３８
及び後部３４０においてのみ棚部３３２と接触する。パ
ンチ３０２が型３００に向かって下方に打ち降ろされる
とき、棚部３３０の下方に突出した部分３３４のみが最
初に管と接触する。パンチ３０２を更に下降移動させる
と、もちろん、管は棚部３２２と３３０との間で曲がり
始める。

【００３２】パンチ３０２が完全に伸長して型３００と
係合すると、棚部３２２、３３０が図１８に断面で示す
ような閉鎖キャビティ（該キャビティは部分的に形成さ
れるフレーム部材の部分プリントを形成する）を形成す
る。パンチ３０２の垂直移動限度は、シリンダ組立体の
作動を制御するトランスデューサにより制御される。こ
の実施例では、棚部３２２、３３０により形成される閉
鎖キャビティの断面形状が、キャビティの全長に沿って
かなり変化する。閉鎖キャビティにより形成される断面
の周囲は、キャビティ内に置かれる管の実質的に円形の
断面形状と比較して、実質的に矩形である。次に、図１
６〜図１８を参照して、ステーションＶの作動について
説明する。パンチ３０２がその上方に後退した位置にあ
り且つシールユニット３０４が完全に後退されると、ト
ランスファ装置は、ステーションIVからの管がステーシ
ョンＶに供給される。管は型３００の棚部３２２上に置
かれる前に９０°回転される。タブには、シールユニッ
ト３０４より充分に上のレベルであって、管が型３００
上に置かれたときの管の頂部より上方のレベルまで、水
性浴が充填される。管がタブ内で且つ型３００上に置か
れると、管には水性浴の溶液が自動的に充填される。リ
フト機構がシールユニットの経路をクリアし且つシール
ユニットが同時的且つ入れ子式に管の端部の回りに配置
される。シールユニットのＯリングは、約3,500 psi
（約２４６kg/cm²）の圧力が管内に作用できるようにシ
ールを維持できる。Ｏリングが管の端部と係合して該端
部をシールすると、管と、通孔（図示せず）を除くボア
とにより形成される閉鎖体積が形成される。管の内部が
パージされ、管内に捕捉された気泡の量を最少にする。
管の内部には９００ psi（約６３kg/cm²）の圧力が維持
され、一方シールユニット３０４のツールが更に伸長さ
れる。

【００３３】次に、パンチ３０２が管捕捉位置へと迅速
に打ち降ろされる。この位置で、棚部３３０の下方に突
出する部分は、管の直ぐ上にある。また、下方に延びた
型係合壁３２６が、管及び型３００の一部を入れ子式に
包囲した状態にある。この時点で、型係合壁３２６の下
縁部は、最下方位置にある棚部３２２の弧状縁部より下
を通過している。管が棚部３２２と垂直方向に完全に整
合していない場合には、パンチ３０２の型係合壁３２６
がカム作用して、管を、その垂直方向整合位置へと内方
に移動させる。今や、管は、棚部３２２、３３０及び垂
直壁３２６、３３２により形成された棚部パッキンキャ
ビティ内に完全に捕捉され、管及びシールユニットのボ
アが浴の溶液で完全に充満される。パンチ３０２がその
完全係合位置まで下降された後、管内の圧力が3,500 p
si（約２４６kg/cm²）に増大される。シールユニット３
０４が完全に係合し、管の内部液圧が大雑把に見て降伏
圧力以下にあり、且つパンチ１００が管捕捉位置に休止
すると、パンチ３０２がその完全伸長位置（図１８）に
打ち降ろされる。棚部３２２、３３０が互いに接近する
ときに、該棚部３２２、３３０及び垂直壁３２６、３３
２により形成される棚部パッキンキャビティ内に管が完
全に捕捉されると、管はもはや逃れることはできない
（すなわち、締めつけられてしまう）。それどころか、
管は、パンチ３０２が完全に伸長したときに、棚部３２
２、３３０により完全に形成される、収縮した一定輪郭
のキャビティに一致するに過ぎない。管内の内部液圧に
より創出される可撓性マンドレルは、棚部３２２、３３
０の形状による、管の座屈のない実質的に均一な変形を
確保する。

【００３４】管に加えられる内部圧力は、好ましくは約
８５０ psi（約６０kg/cm²）から約3,500 psi（約２４
６kg/cm²）に増大させ、これにより、管が型キャビティ
のコーナ内を満たし、管の断面形状が実質的に円形から
実質的に矩形に変更されるようにする。各矩形断面の周
囲は、キャビティ内に置かれた管の周囲と同じか、これ
より僅かに小さい。所望ならば、管は必要に応じて（好
ましいくは、ブランクの元のサイズの約８〜２５％か
ら）拡管できる。拡管の限度は、使用される材料及び最
終的な所望形状により決定される。成形完了後、適当な
弁手段（図示せず）を介して、管内の残留圧力を浴に解
放する。管内の圧力の低下後、ツールが後退され且つパ
ンチ１００がその後退位置に打ち上げられる。次に、シ
ャトルが、そのアイドル位置（この位置で、リフト機構
がステーションIVとステーションＶとの中間で休止して
いる）から、後方位置（この位置で、リフト機構がステ
ーションＶの上に位置している）まで直線移動する。次
に、リフト機構が打ち降ろされて、部分的に成形された
フレーム部材をクランプし、次に打ち上げられて、該フ
レーム部材をタブの外に持ち上げる。次に、シャトル
は、リフト機構がステーションVI上に位置する前方位置
へと直線移動する。ステーションVI 図１９は、ステーションVIの平面図である。ステーショ
ンVIのツーリングは、ステーションＶで形成されたフレ
ーム部材を穴抜き加工するのに使用される。概略的に
は、ステーションVIは、ベース４０２及び壁４０４によ
り形成されたタブ４００を有している。タブ４００のベ
ース４０２にはライザ４０６（図２０）が取り付けられ
ており、該ライザ４０６には支柱４０８及びスライド４
１０が取り付けられている。支柱４０８は、ボルト又は
ねじ（図示せず）等の慣用的手段により固定されてい
る。スライド４１０はトラック４１２（図２１）上に取
り付けられており、該トラック４１２は、後に詳述する
ように、スライド４１０を、支柱４０８に近づく方向及
び離れる方向に移動可能にする。タブ４００の両端部に
おいて、タブ壁４０４には、これを貫通してシリンダユ
ニット４１６が取り付けられている。シリンダ４１６
は、シールユニット４１８と管の両端部とを係合させる
のに使用される。シールユニット４１８は、ステーショ
ンＶのシールユニットと同一である。シリンダ４１４は
１つのタブ壁４０４を貫通して取り付けられており、後
に詳述するように、スライド４１０を支柱４０８に近づ
く方向及び離れる方向に直線移動させるのに使用され
る。

【００３５】図１９を参照すると、支柱４０８及びスラ
イド４１０上の種々の位置に穴抜き加工ユニット４２０
が取り付けられている。支柱４０８及びスライド４１０
に沿う特定位置に或る数の穴抜き加工ユニット４２０が
示されているけれども、穴抜き加工ユニット４２０の数
及び位置は、フレーム部材に加工すべき穴の個数及び位
置に基づいて変えることができる。図１９及び図２０の
破線４２２から分かるように、スライド４１０及び支柱
４０８にはステーションＶの型キャビティと同じ型キャ
ビティが形成されている。ステーションVIの型キャビテ
ィは、ステーションＶで形成された管の形状を変えるも
のではなく、管に穴抜き加工をする間に、単に管を収容
しておくに過ぎないものである。従って、ステーション
Ｖで形成された管は、ステーションVIの支柱４０８及び
スライド４１０により形成される型キャビティ内にぴっ
たりと嵌合される。図２０は図１９の２０−２０線に沿
うステーションVIの部分断面図であり、穴抜き加工ユニ
ット４２０は除去されている。スライド４１０及び支柱
４０８内に置かれた管の形状が、破線４２２により図示
されている。ステーションIII 〜ステーションＶのシー
ルユニットと同様にして、ライザ４２４には各シールユ
ニット４１８が取り付けられている。スライド４１０を
支柱４０８に近づけ又は離れる方向に直線移動させるの
に、タブ４００の１つの壁４０４に取り付けられたシリ
ンダユニット４１４が使用される。スライド４１０に沿
って形成された開口４２６を図示するため、穴抜き加工
ユニット４２０（図１９）は除去されている。開口４２
６は側壁を貫通して型キャビティの内部へと延びてお
り、該開口４２６には穴抜き加工ユニット４２０を取り
付けることができる。支柱４０８（図２０には示されて
いない）に沿っても、同様な開口が設けられている。タ
ブ４００は、前述のように他のステーションのタブに使
用されたものと同じ液体が充填されている。タブ内の液
体のレベルは、タブ内に配置された装置が実質的に浸漬
されるレベルである。

【００３６】図２１は図１９の２１−２１線に沿うステ
ーションVIの断面図である。スライド４１０は、支柱４
０８と係合した位置にあるところが示されている。スラ
イド４１０及び支柱４０８の両側には、当業者に良く知
られているように、スライド４１０及び支柱４０８の磨
耗を低減させるための磨耗プレート４３０が設けられて
いる。型キャビティの断面から明らかなように、型キャ
ビティは、この中に置かれる管と実質的に同じ形状を有
している。２つの穴抜き加工ユニット４２０が、スライ
ド４１０に設けられた開口４２６（図２０）内に取り付
けられている。穴抜き加工ユニット４２０は、管の隣接
側面に２つの穴を穿けることができるように配置されて
いる。概略的には、各穴抜き加工ユニット４２０はシリ
ンダ４３４及びパンチ４３６を有している。シリンダ４
３４は、パンチ４３６をその後退位置と穴抜き加工位置
との間で直線移動させる。スライド４１０の開口４２６
内には、貫通ボアを備えたブロック４３８が配置されて
いる。しかしながら、図２９に関連して説明するよう
に、ブロック４３８には幾つかのボアが設けられてい
る。前述のように、図２０に示す開口４２６は型キャビ
ティの内部へと延びていて、型キャビティ内に置かれた
管の外面の一部を露出している。ブロック４３８は、慣
用的手段により開口４２６内に取り付けられている。ブ
ロック４３８内のボアは、図２１に示すように、パンチ
４３６が該ボアを通ることができる寸法を有している。
より詳しくは、ボア及びパンチ４３６の直径は、パンチ
４３６がボア内に係合するときボアが実質的にシールさ
れるように、ピッタリと密接する寸法を有している。チ
ャンファ４４１は、パンチ４３６とボアとの間のあらゆ
る不整合を矯正するためのものである。

【００３７】図２２は、本発明に関連して使用されるパ
ンチ４３６の好ましい実施例を示している。パンチ４３
６は管壁係合部分４３８を有しており、該部分４３８
は、図２４に示すように楕円形であり且つ焼入れ鋼で作
られている。部分４３８の一端は穴抜き加工面４４０で
あり、該穴抜き加工面４４０は、管の壁を穴抜きすなわ
ち切削するためのパンチの一部である。パンチ４３６の
穴抜き加工面４４０の形状は、管状壁にきれいに穴抜き
加工できるように特別設計されている。より詳しくは、
パンチは、必要な穴抜き加工力を低減でき且つ穴抜き加
工した穴の回りの管壁の表面変形を低減できる特別な大
きさの剪断逃げ面及び先端角をもつように設計されてい
る。また、パンチのこの設計により、パンチ面を横切る
バランスのとれた荷重圧力が得られ、且つ管壁からの完
全なスラグ除去が可能になる。図２２に示すように、穴
抜き加工面４４０は全体として凹状面である。穴抜き加
工面４４０の縁部から点Ｐ₁ までの離隔量ｄ₁ は約0.38
インチ（約１０mm）が好ましい。穴抜き加工面４４０は
全体として凹状であるが、穴抜き加工面４４０の縁部
は、図２６に詳細に示すように直線状セグメントｄ₂ を
有している。図２６に示すように、直線状セグメントｄ
₂ は水平に対して角度α₁ を形成しており、この角度α
₁ は約７０°である。直線状セグメントｄ₂ は好ましく
は0.03インチ（約0.76mm）である。パンチ面の形状、よ
り詳しくは図２６に示すようなパンチ面の縁部は、管壁
に加えられる力が慣用的なパンチのように全面に亘って
加えられるのではなく、管壁に集中できるナイフエッジ
を与える。また、パンチのナイフエッジが管壁のスラグ
出口を切削するとき、スラグがパンチ面４４０の凹状部
分内に押し込められる。これは、形成される穴の縁部の
周囲で管壁に加えられる力を低減させる助けをする。図
２３〜図２６には特定サイズのパンチが示されているけ
れども、他の種々のサイズのパンチを使用して管に種々
のサイズの穴をパンチング加工できる。パンチのサイズ
は変えることができるけれども、パンチ面４４０の設計
は、管壁にきれいな穴抜き加工が行えるようにするに
は、特定量の剪断逃げ面及び先端角を与えるものでなく
てはならない。

【００３８】図２３は、管壁に穴抜き加工するのに使用
できる穴抜き加工パンチ５００の別の実施例を示してい
る。パンチ５００は、丸縁部５０６に導かれる尖端面す
なわちアングル状面５０４を有している。パンチ５００
は、該パンチ５００が管壁を貫通しており穴抜き加工位
置にあるところが示されている。図２２のパンチは管壁
からスラグを完全除去できるけれども、図２３のパンチ
は完全に除去することはできない。それどころか、パン
チ５００では、管壁の一部及びタブ５０２が切削されな
い状態に残される。パンチ５００が管壁に打ちつけられ
るとき、丸縁部５０６は管壁を貫通切削せず、タブ５０
２を形成する。パンチが管の内部に入ると、管の切削部
分が図２３に示すように管の内部に押し曲げられる。図
２２のパンチ４３６とは異なり、図２３のパンチ５００
により穴抜き加工された管の内部からはいかなるスラグ
も除去されない。また、管壁からスラグを除去するのに
要する力に比べ、管壁を部分的に切削するには殆ど力を
要しない。図２６は、図１９の２７−２７線に沿うステ
ーションVIの断面図である。フレーム部材のこの部分
で、管の頂部及び底部には穴が穿けられる。前述のよう
に、スライド４１０及び支柱４０８の両方に穴抜き加工
ユニットを取り付けることができる。図２７に示すよう
に、スライド４１０には穴抜き加工ユニット４５０が取
り付けられ、一方支柱４０８にはユニット４５２が取り
付けられている。前述のように、パンチのサイズは、図
２７に示すように、スライド４１０に取り付けられたユ
ニット４５０のパンチの方が支柱４０８に取り付けられ
たユニット４５２のパンチよりも大きな穴を形成できる
ように変えることができる。

【００３９】図２８は、図１９の線２８−２８線に沿う
ステーションVIの別の断面図である。フレーム部材のこ
の断面では、フレーム部材の側部に１つの穴のみが穴抜
き加工される。図２９は、図１９の２９−２９線に沿う
本発明の装置の断面図である。図１９に示すように、各
穴抜き加工ユニットには、幾つかのパンチを設けること
ができる。図２９では、管の頂部に異なるサイズの３つ
の穴が穴抜き加工されており、一方、管の底部には異な
るサイズの２つの穴が穴抜き加工されている。各穴抜き
加工ユニットに関連するブロック４３７は、これを貫通
する適当数のボアを有しており、該ボアは、特定の穴抜
き加工ユニットに使用されるパンチの個数及びサイズに
適応できる正しい寸法を有している。図３０は、穴抜き
加工以外の方法で管に穴を形成するのに使用される他の
形式のパンチを示すものである。パンチ４６０は、凹状
縁部４６４を備えた実質的な平坦面４６２を有してい
る。図３１は、図１９の３１−３１線に沿う本発明の装
置の断面図である。フレーム部材のこの断面で、前述の
他の穴抜き加工ユニットに使用した穴抜き加工パンチに
代えて、図３０のパンチを使用する。ユニットは、図２
２又は図２３のいずれかの穴抜き加工パンチに代えて図
３０のパンチが使用される点を除き、前述の穴抜き加工
ユニットのパンチと同じである。パンチ４６０は、図３
１に示すように、フレーム部材の一部を変形させるのに
使用される。より詳しくは、パンチ４６０は、穴抜き加
工に代えて管の表面にエンボスを形成するのに使用され
る。図３０のパンチは前述の穴抜き加工パンチと同様に
してシリンダユニットに取り付けられ、従って詳細に説
明する必要はない。本発明の原理を用いて管壁に他の種
々の形状を形成することは、当業者にとって明らかであ
ろう。

【００４０】次に、図１９〜図２１に関連してステーシ
ョンVIの作動を説明する。スライド４１０がこの後退位
置にあるとき、ステーションＶで形成された管がステー
ションVIに移送され、該管はステーションVIにおいて支
柱４０８の型キャビティ内に置かれる。種々のステーシ
ョンに関連して説明したように、ステーションVIの装置
は、管が支柱４０８の型キャビティ内に置かれたときに
管の内部が液体で充満されるように浸漬される。シール
ユニット４１８は管の両端部と係合し、管の内部から、
前述のように、捕捉された気泡を追い出す。管がパージ
された後、シールユニット４１８は、管の内部を好まし
くは９００ psi（６３kg/cm²）に加圧する。管の内部圧
力は、当業者に良く知られた外部圧力ポンプ及びこれに
関連する電子−機械装置等の慣用的手段によりモニタリ
ングされ且つ調節される。重要なことは、内部圧力を、
拡管を生じさせる圧力以下に維持することである。次
に、シリンダ４１４を付勢してスライド４１０をその係
合位置に直線移動させ、これにより型キャビティを閉鎖
する。型キャビティが閉鎖されたならば、管内の内部圧
力を好ましくは約3,400 psi（約２３９kg/cm²）に増大
させる。次に、穴抜き加工ユニット４２０を付勢して、
種々の位置において管の穴抜き加工を行う。この穴抜き
加工は、穴抜き加工ユニットのパンチを非常に高速度
（好ましくは約1,350 インチ／秒（約3,429 cm／秒) ）
で直線移動させることにより達成される。パンチが管に
入ると、パンチにより形成された穴がパンチによりシー
ルされ、従って流体又は圧力の認識できる程の損失は生
じない。管の内部の流体は穴抜き加工される管の表面の
支持体として機能し、管にきれいに穴抜き加工又は切削
することを可能にする。幾つかの穴は同時に穴抜き加工
してもよいし、連続的に穴抜き加工してもよい。しかし
ながら、図３０及び図３１の変形パンチ４６０は、穴抜
き加工が完了するまで付勢しない。

【００４１】穴抜き加工作業の完了後、管の内部圧力が
解放され且つ穴抜き加工ユニットのパンチが後退され
る。次にスライド４１０が後退され、これにより型キャ
ビティが開かれる。穴抜き加工された管がステーション
VIから取り出されて、管の両端部のクロッピング加工ス
テーション及び管の内部からスラグをフラッシングする
ステーションに供給する。管は、ここに参考として取り
入れる米国特許出願第07/837,081号で説明されているよ
うにして取り外される。エンドクロッピングステーショ
ンの後に、フレーム部材の端部に別の穴抜き加工を行う
ことができる。以上、本発明を特定のフレーム部材に関
連して図示したが、本発明の教示により、他の寸法及び
形状をもつフレーム部材を成形することができる。ま
た、本発明によれば、鋼材等の材料からフレーム部材を
成形できるため、これらのフレーム部材を、例えば自動
車及びトラック用の立体フレームに使用することができ
る。アルミニウム押出しにより成形された構成部品から
なる立体フレームは知られているけれども、アルミニウ
ム押出しは一定の断面形状、従って押出し部材の全長に
亘って一定の構造的強度に制限されている。本発明は管
状ブランクを使用して、該管状ブランクの所望の領域を
好ましくは５０％程度拡大できる。管状部材のこの拡管
は、冷間加工により降伏強度レベルを増大させる。従っ
て、管状部材の構造的強度及び断面形状を、管の全長に
亘る正確な負荷条件に従って変えることができる。

【００４２】また、本発明に従って成形された管から立
体フレームを構成することにより、伝統的な鍛鋼フレー
ム部分に使用されているネスト形「Ｃ」断面にする必要
がなくなる。この結果、重量を低減でき且つ高価なＭＩ
Ｇ溶接及びこれに付随する熱歪みをなくすことができる
ため、一層軽量で寸法的に一定した部材が得られる。複
雑で高強度で成形可能な継手を製造するための、特に米
国特許第5,069,271 号及び第4,651,799 号、また、第5,
113,924 号、第5,042,561 号、第4,961,455 号、第4,60
6,396 号、第4,589,466 号、第4,532,976 号、第4,508,
157 号、第4,340,108 号、第4,112,997 号. 第3,900,06
4 号及び第3,863,706 号（これらは参考としてここに取
り入れる）に開示されている薄壁鋳造の技術を使用すれ
ば、伝統的な鋼材立体フレームに付随する問題が解決さ
れる。慣用的なフレーム設計は、フレームの継手部分で
他の部分にスポット溶接された鍛鋼部分を使用する。こ
れらの溶接部及び継手の設計は剛性に欠け、且つ負荷条
件下での移動を許容する。この移動は、許容設計荷重を
低下させる。また、継手は高負荷及び高応力を受ける領
域である。薄壁鋳造は、高降伏強度をもつ材料の使用に
より、大きな許容荷重をもつ剛性の大きい継手が得られ
る。従って、フレーム部材の断面形状が変えられること
及び薄壁鋳造技術を使用できることにより、重量の大幅
な低減を図ることができる。特に、薄壁鋳造技術を用い
た継手で連結された、本発明に従って成形された管によ
り製造された中間サイズの自動車用立体フレームは、ラ
ップ形継手で連結された伝統的に製造された鍛鋼立体フ
レームに比べ、立体フレームの重量を約２０〜４０％低
減する。

【００４３】以上、本発明を特定の好ましい実施例に関
連して説明したが、当業者であれば、本発明の基本的特
徴から逸脱することなく、上記変更に加え、他の種々の
変更をなし得ることは明らかである。従って、それらの
全ての変更は、本発明の真の精神及び法的に有効な範囲
内のものとして保護されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施例による、複雑な形状の
フレーム部材を成形及び液圧穴抜き加工するための装置
を示す平面図である。

【図２】図１のステーションＩを示す側面図である。

【図３】図１の液圧穴抜き加工ステーションIIの平面図
であり、型半部、ロックブロック及びシールユニットが
係合位置にあるところを示すものである。

【図４】図３の液圧穴抜き加工ステーションIIの１／２
を示す側断面図であり、ロックブロック及びシールユニ
ットが型半部から後退した位置にあるところを示すもの
である。

【図５】図３の液圧穴抜き加工ステーションIIの１／２
を示す側断面図であり、ロックブロックがその係合位置
に直線移動しているところを示すものである。

【図６】図３の液圧穴抜き加工ステーションIIの１／２
を示す側断面図であり、ロックブロック及びシールユニ
ットの両方がこれらの係合位置に直線移動しているとこ
ろを示すものである。

【図７】図１の液圧穴抜き加工ステーションIII の部分
側断面図であり、パンチが型上に下降されており且つシ
ールユニットが管の端部と係合しているところを示すも
のである。

【図８】図７の液圧穴抜き加工ステーションIII の平面
図であり、パンチを取り外したところを示すものであ
る。

【図９】図７のシールユニットを示す平面図である。

【図１０】図７及び図９のシールユニットを示す断面図
である。

【図１１】本発明の好ましい実施例による、図９及び図
１０のシールユニットに取り付けられたグリッパを示す
断面図である。

【図１２】図１１のグリッパ及びシールユニットに関連
して使用されるプランジャを示す側面図である。

【図１３】図１１のグリッパの外面に形成されたビード
を示す詳細図である。

【図１４】液圧穴抜き加工ステーションIII を示す断面
図である。

【図１５】図１の液圧穴抜き加工ステーションIVの部分
側断面図であり、パンチが型上に下降されており且つシ
ールユニットが管の端部と係合しているところを示すも
のである。

【図１６】図１の液圧穴抜き加工ステーションＶの部分
側断面図であり、パンチが型の上方に上昇されており且
つシールユニットが管の端部と係合しているところを示
すものである。

【図１７】図１６のステーションＶを示す平面図であ
る。

【図１８】液圧穴抜き加工ステーションＶの断面図であ
る。

【図１９】図１のステーションVIの平面図であり、パン
チが支柱と係合しており且つシールユニットが管の端部
と係合しているところを示すものである。

【図２０】図１９の２０−２０線に沿うステーションVI
の断面図である。

【図２１】図１９の２１−２１線に沿うステーションVI
の断面図である。

【図２２】本発明の好ましい実施例に従って使用される
穴抜き加工パンチを示す側面図である。

【図２３】穴抜き加工パンチの別の実施例を示す側面図
である。

【図２４】図２２のパンチを示す正面図である。

【図２５】図２２のパンチを示す反対側の側面図であ
る。

【図２６】図２２のパンチの一部を示す部分図である。

【図２７】図１９の２７−２７線に沿うステーションVI
の断面図である。

【図２８】図１９の２８−２８線に沿うステーションVI
の断面図である。

【図２９】図１９の２９−２９線に沿うステーションVI
の断面図である。

【図３０】本発明の別の好ましい実施例による変形パン
チを示す側面図である。

【図３１】図３０の変形パンチを使用したステーション
VIの、図１９の３１−３１線に沿う断面図である。

【符号の説明】

１２ 管状ブランク １４ ホッパ １６ 傾斜路 １８ リフト機構 ２０ シャトルトランスファ装置 ２１ 移動シャトル ２３ ボックス状ビーム ２５ 固定アーム ２７ クランプ固定具 ３０ 成形装置 ３２ タブ ３４ ベース ３６ 側壁 ３８ 型半部 ４０ 型半部 ４２ シールユニット ４４ ロックブロック ５０ シャトル機構 ５４ 油圧シリンダ ５５ ピストン ５６ 中心線 ５８ ブラケット ６０ 型キャビティ ６４ トラック組立体 ７７ バルジ領域 １００ パンチ １０２ 型 １０４ シールユニット １０８ オーバヘッド油圧シリンダ組立体 １１０ タブ １１６ 変曲ベンド １６０ グリッパ １６２ 円筒状ブロック １６９ ビード １７０ プランジャ ４２０ 穴抜き加工ユニット ４２６ 開口 ５００ 穴抜き加工パンチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 593173471 プライス エンタープライシス リミテッ ド ドゥーイング ビジネス アズ グラ フ テック インコーポレイテッド アメリカ合衆国 ミシガン州 48071 マ ディソン ハイツ シャーマン ドライヴ 31791 (72)発明者 ラルフ イー ローパー アメリカ合衆国 インディアナ州 46240 インディアナポリス サマーセット ベ イ 2930 (72)発明者 ゲアリー エイ ウェッブ アメリカ合衆国 ミシガン州 48324 ウ ェスト ブルームフィールド ウィンドサ イド 1875 (72)発明者 ダグラス ダブリュー タイガー アメリカ合衆国 オハイオ州 45069 ウ ェスト チェスター カントリー オーク ス ステーション 8262

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端部を備えた管状ブランクからフレー
   ム部材を成形する方法において、 ブランク内に内部圧力を加え且つブランクの両端部に外
   部圧力を加えることによりブランクの一部を拡大して拡
   大管を形成する工程と、 拡大管の側面形状及び断面形状を変えることによりフレ
   ーム部材を形成する工程とからなることを特徴とするフ
   レーム部材の成形方法。
2. 【請求項２】 前記フレーム部材の内部を流体で加圧す
   る工程と、 フレーム部材の内部を加圧している間にフレーム部材に
   穴抜き加工をする工程とを更に有していることを特徴と
   する請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記フレーム部材を形成する工程が、 前記拡大管にベンドを形成する工程と、 前記ベンドの曲率半径を、第１曲率半径から第２曲率半
   径に減少させる工程とからなることを特徴とする請求項
   １に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記ベンドが形成されるときに、前記拡
   大管の材料の流れを制御する工程を更に有していること
   を特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記材料の流れを制御する工程が、管の
   両端部をグリップすることにより達成されることを特徴
   とする請求項４に記載の方法。
6. 【請求項６】 両端部を備えた管状ブランクからフレー
   ム部材を成形する方法において、 開放した第１型キャビティ内にブランクを置く工程を有
   しており、前記第１型キャビティが拡大管を形成し、 前記第１型キャビティを閉じる工程と、 前記ブランクの内部に流体圧力を加え且つブランクの両
   端部に力を加えて、ブランクを前記第１型キャビティ内
   に拡大し、拡大管を形成する工程と、 前記拡大管に加えられた力及び圧力を除去する工程と、 前記拡大管を第１型キャビティから開放した第２型キャ
   ビティに移送する工程とを有しており、前記第２型キャ
   ビティが、変化する側面形状及び変化する断面形状をも
   つフレーム部材を形成し、 前記第２型キャビティを閉じる工程と、 前記拡大管の内部に、該拡大管の材料の降伏点以上の流
   体圧力を加える工程と、 前記内部圧力を除去する工程と、 前記第２型キャビティからフレーム部材を取り出す工程
   とを更に有していることを特徴とするフレーム部材の成
   形方法。
7. 【請求項７】 前記内部圧力及び圧縮力が同時にブラン
   クに加えられることを特徴とする請求項６に記載の方
   法。
8. 【請求項８】 前記第１型キャビティ内にある間に前記
   ブランクに加えられる内部圧力が、ブランクの材料の降
   伏点より大きいことを特徴とする請求項６に記載の方
   法。
9. 【請求項９】 両端部を備えた管状ブランクからフレー
   ム部材を成形する方法において、 開放した第１型キャビティ内にブランクを置く工程を有
   しており、前記第１型キャビティが拡大管を形成し、 前記第１型キャビティを閉じる工程と、 前記ブランクの内部に流体圧力を加えると同時にブラン
   クの両端部に力を加えてブランクを圧縮状態下に置き、
   拡大管を形成する工程と、 前記拡大管に加えられた力及び圧力を除去する工程と、 前記拡大管を第１型キャビティから開放した第２型キャ
   ビティに移送する工程とを有しており、前記第２型キャ
   ビティが曲り管部材を形成し、 前記第２型キャビティが拡大管の回りで閉じられると、
   拡大管の内部に該拡大管の降伏点以下の流体圧力を加え
   ることにより曲り管を形成する工程と、 前記第２型キャビティから曲り管を取り出す工程と、 前記曲り管を第３型キャビティ内に置く工程とを有して
   おり、前記第３型キャビティが、変化する側面形状及び
   変化する断面形状をもつフレーム部材を形成し、 前記曲り管の内部に、拡大管の材料の降伏点以上の流体
   圧力を加える工程と、 前記内部圧力を除去する工程と、 前記第３型キャビティからフレーム部材を取り出す工程
   とを更に有していることを特徴とするフレーム部材の成
   形方法。
10. 【請求項１０】 前記ブランクが拡大された後に、開放
    した第４型キャビティ内に曲り管を置く工程を有してお
    り、前記第４型キャビティが、前記第２型キャビティに
    より形成される曲り管の曲率半径よりも小さな曲率半径
    をもつ曲り管を形成し、 前記曲り管の回りで前記第４型キャビティが閉じられる
    と、曲り管に流体圧力を加える工程と、 前記第４型キャビティから曲り管を取出して、該曲り管
    を第３型キャビティに移送する工程とを更に有している
    ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 【請求項１１】 両端部を備えた管状ブランクからフレ
    ーム部材を成形する装置において、 前記ブランクを、所望の断面形状をもつバルジ管に拡大
    する手段を備えた第１ステーションと、 相互に協働するパンチ及び型を備えた第２ステーション
    とを有しており、前記パンチ及び型が、前記拡大管に内
    部流体圧力を加え且つ内部圧力が加えられた拡大管をパ
    ンチと型との間で圧縮して、所望の平面形状をもつ予備
    成形管を形成し、 相互に協働するパンチ及び型を備えた第３ステーション
    を更に有しており、前記パンチ及び型が、前記曲り管に
    内部流体圧力を加え且つ内部圧力が加えられた管をパン
    チと型との間で圧縮して、所望の側面形状及び変化する
    所望の断面形状をもつフレーム部材を形成することを特
    徴とするフレーム部材の成形装置。
12. 【請求項１２】 前記第２ステーションが、相互に協働
    するパンチ、型及び手段を備えており、前記パンチ、型
    及び手段が、前記予備成形管に内部流体圧力を加え且つ
    前記予備成形管をパンチと型との間で圧縮して、所望の
    平面形状をもつ曲り管を形成することを特徴とする請求
    項１１に記載の装置。
13. 【請求項１３】 両端部を備えた管状ブランクからフレ
    ーム部材を成形する装置において、 第１型キャビティと、該第１型キャビティの各端部での
    １対のシールとを与え、該シールがブランクの内部に流
    体圧力を供給でき、型キャビティの中央に向かって１対
    のシールを直線移動させる手段を更に与える第１ステー
    ションを有しており、該第１ステーションでは、前記ブ
    ランクが第１型キャビティ内に置かれ、前記ブランクの
    長さが型キャビティの長さより大きく、次に、１対のシ
    ールが型キャビティに向かって直線移動されてブランク
    の両端部と係合され、次に、流体が管の内部に供給さ
    れ、これによりブランクの内部を加圧し、前記シールが
    型キャビティの中央に向かう直線移動を続けることによ
    りブランクを圧縮下に置き、 相互に協働するパンチ及び型と、該パンチ及び型の各端
    部における１対のシールとを与え、該シールが流体を供
    給できる第２ステーションを有しており、該第２ステー
    ションでは、第１ステーションからの管が第２ステーシ
    ョンに供給され、前記シールと管の端部とを係合させ且
    つ管がパンチと型との間で圧縮されている間に管の内部
    に流体を供給することにより管の内部を加圧して曲り管
    を形成し、 相互に協働するパンチ及び型と、該パンチ及び型の各端
    部における１対のシールとを与え、該シールが流体を供
    給できる第３ステーションを有しており、該第３ステー
    ションでは、第２ステーションからの管が第３ステーシ
    ョンに供給され、前記シールと管の端部とを係合させ且
    つ管がパンチと型との間で圧縮されている間に管の内部
    に流体を供給することにより管の内部を加圧して、所望
    の側面形状及び変化する所望の断面形状をもつフレーム
    部材を形成することを特徴とするフレーム部材の成形装
    置。
14. 【請求項１４】 前記管をステーション間で移送するシ
    ャトルトランスファ装置を更に有していることを特徴と
    する請求項１３に記載の装置。
15. 【請求項１５】 穴抜き加工ユニットと、第３ステーシ
    ョンから供給されるフレーム部材の内部を加圧する手段
    とを与える第４ステーションを更に有しており、該第４
    ステーションでは、前記穴抜き加工ユニットが管に穴を
    穿ける前に、管が最初に加圧されることを特徴とする請
    求項１３に記載の装置。
16. 【請求項１６】 前記第２ステーションの各シールユニ
    ットに取り付けられたグリッパを更に有しており、該グ
    リッパには少なくとも１つのビードが設けられており、
    管の端部が前記グリッパのビード上に置かれ、前記シー
    ルユニットと協働するプランジャが前記ビードと管とを
    係合させて、第２ステーションの前記パンチ及び型内へ
    の管の材料の流れを制御することを特徴とする請求項１
    ３に記載の装置。