專利名稱：具有通孔的金屬制構(gòu)件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明例如可以用于轉(zhuǎn)向柱及其制造方法，所述轉(zhuǎn)向柱，利用液壓成形法在中空管狀材料的軸向方向的中間部形成膨脹部之后，通過在該膨脹部的側(cè)壁部形成通孔，將該膨脹部作為轉(zhuǎn)向柱托架?；蛘?，也可以用在利用液壓成形法加工構(gòu)成汽車車身的金屬板之后，在該金屬板的一部分上形成安裝門把手、方向指示器等用安裝孔的情況下。
總之，作為本發(fā)明的對象的金屬制構(gòu)件，包括金屬板制的構(gòu)件，指的是形成上述通孔的部分為板狀(包括平板狀、弧板狀)的金屬制構(gòu)件。不言而喻，將平板狀的金屬板進行加工制成的金屬板制構(gòu)件，也包括在電焊管、擠壓管等中在管壁部分形成通孔的金屬管。
背景技術：
在構(gòu)成汽車用轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向柱中，在組裝到稱為可傾斜式轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向盤的高度位置調(diào)節(jié)裝置、或者稱為伸縮式轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向盤的前后位置調(diào)節(jié)裝置上的轉(zhuǎn)向柱的軸向方向的中間部，有必要固定稱為轉(zhuǎn)向柱托架的托架。在過去，一般地，將這種轉(zhuǎn)向柱托架與轉(zhuǎn)向柱分開獨立形成，之后，焊接固定到轉(zhuǎn)向柱上。與此相對，在專利文獻1中，如圖15～16所示，記載了一種結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，使構(gòu)成轉(zhuǎn)向柱1的金屬制中空管的軸向方向的中間部向徑向方向的外方膨出，將該膨出的部分作為轉(zhuǎn)向柱托架2。通過采用這種結(jié)構(gòu)，可以減少部件的數(shù)目，實現(xiàn)重量輕、廉價的汽車用轉(zhuǎn)向裝置。
為了制造上面所述的成一整體地設置轉(zhuǎn)向柱托架2的轉(zhuǎn)向柱1，利用液壓成形法，向構(gòu)成該轉(zhuǎn)向柱1的(鋼板制或者鋁合金制的)金屬管3的內(nèi)周面施加液壓(例如，水壓)，如圖15～圖16所示，使該金屬管3的一部分向徑向方向的外方膨出(塑性變形)。另外，為了利用上述液壓成形法使上述金屬管3的軸向方向的中間部膨出，例如，如后面的圖19所示，將作為原材料的中空構(gòu)件11(金屬管)置于能夠分開的、具有與將要擴徑制造的上述金屬管3的外表面形狀相稱的內(nèi)表面形狀的金屬模具6內(nèi)。然后，利用軸向推壓工具19a、19b堵塞該中空構(gòu)件11的兩端，向中空構(gòu)件11內(nèi)例如附加196MPa(2000kg/cm2)左右高壓的液壓。通過附加液壓，將上述中空構(gòu)件11的軸向方向的中間部向徑向方向的外方擴徑至貼緊到金屬模具6的模腔的內(nèi)表面上為止，在該中空構(gòu)件11的軸向方向的中間部形成膨出部7。這時，為了防止該膨出部7的厚度變薄，借助上述兩個軸向推壓工具19a、19b向軸向方向壓縮上述中空構(gòu)件11，促進向上述膨出部7的材料供給。
另外，進而如圖18(A)-(B)所示，存在使以上述方式膨出的部分進一步膨出的情況。這樣，在形成于上述轉(zhuǎn)向柱1的一部分上的上述轉(zhuǎn)向柱托架2上，例如，有必要形成用于插入傾斜螺栓4用的通孔5。另外，這些各個通孔5，有必要在使上述金屬管3的一部分塑性變形、形成上述轉(zhuǎn)向柱托架2之后形成。進而，在構(gòu)成伸縮式轉(zhuǎn)向裝置的情況下，有必要將上述各個通孔5制成沿著上述轉(zhuǎn)向柱1的軸向方向長的長孔。
作為用于在如上所述的中空材料中利用液壓成形方法膨出的部分上形成通孔的技術，過去，已知有專利文獻2～3以及非專利文獻1中記載的液壓穿孔等。下面，利用圖19對于其中的非專利文獻1中記載的現(xiàn)有技術的三個例子進行說明。
首先，在該圖19的左端部所示的第一個例子的情況下，在利用液壓成形法使設置在金屬模具6內(nèi)的原材料膨出、形成膨出部7的工序完成之后，在保持向該膨出部7的內(nèi)側(cè)賦予液壓的狀態(tài)不變的情況下，將沖頭9向上述膨出部7推壓，其中，所述沖頭9嵌入安裝到設置在上述金屬模具6的一部分中與將要形成通孔5的部分相吻合的位置上的圓柱形孔8內(nèi)，其前端面的形狀與上述膨出部7的外表面相一致。然后，利用該沖頭9沖壓該膨出部7的一部分，形成上述通孔5。通過利用該沖頭9沖壓該膨出部7的一部分產(chǎn)生的沖壓片10，殘留在配備有該膨出部7的中空構(gòu)件11的內(nèi)部。
其次，在圖19的中央部所示的第二個例子的情況下，在利用液壓成形法使設置在金屬模具6內(nèi)的原材料膨出、形成膨出部7的工序完成之后，在保持向該膨出部7的內(nèi)側(cè)賦予液壓的狀態(tài)不變的情況下，將沖頭9a向上述膨出部7推壓，其中，所述沖頭9a嵌入安裝到設置在上述金屬模具6的一部分中與將要形成通孔5a的部分相吻合的位置上的圓柱形孔8a內(nèi)，其前端面向一個方向傾斜。然后，利用該沖頭9a將該膨出部7的一部分刺破，形成上述通孔5a。由于為了形成該通孔5a而用以打破上述膨出部7的側(cè)壁的剪切或者破裂從該通孔5a的一側(cè)開始，向另一側(cè)逐漸進行，所以，伴隨著上述通孔5a的加工生成的沖壓片10a，在該通孔5a的加工完畢之后，會以原封不動地連接在上述膨出部7的側(cè)邊上的狀態(tài)殘留下來。
進而，在圖19的右端部所示的第三個例子的情況下，在利用液壓成形法使設置在金屬模具6內(nèi)的原材料膨出、形成膨出部7的工序完成之后，在保持向該膨出部7的內(nèi)側(cè)賦予液壓的狀態(tài)不變的情況下，使滑動工具13向遠離上述膨出部7的方向移動，其中，所述滑動工具13嵌入安裝到設置在上述金屬模具6的一部分中與將要形成通孔5b的部分相吻合的位置上的沖孔12內(nèi)。其結(jié)果是，以前相互接觸的這些滑動工具13的前端面與膨出部7的外表面分離。由于上述液壓在上述膨脹部7的內(nèi)表面上繼續(xù)增加，所以，在膨出部7的側(cè)壁的一部分中與上述沖孔12相吻合的部分伴隨著失去支承而被強烈地壓向該沖孔12內(nèi)，剪切或者破裂，形成上述通孔5b。由于由此所產(chǎn)生的沖壓片10b被收集在上述沖孔12內(nèi)，所以，在下一次加工之前，通過使上述滑動工具13前進等將其除去。
如上所述，在非專利文獻1中記載的三種現(xiàn)有技術中，根據(jù)圖19的左端部所示的第一個例子，伴隨著形成通孔5而生成的沖壓片10殘留在中空構(gòu)件11的內(nèi)部。因此，在形成上述通孔5之后，有必要將該沖壓片10從該中空構(gòu)件11中取出。但是，在與該沖壓片10的尺寸相比、該中空構(gòu)件11的端部開口狹窄，或者該中空構(gòu)件11具有復雜的形狀等情況下，存在著不能或者很難從該中空構(gòu)件11的內(nèi)部取出上述沖壓片10的可能性。另外，在上述第一個例子的情況下，為了形成上述通孔5，伴隨著利用前述沖頭9強力地推壓上述膨出部7的外周面，在該膨出部7之中上述通孔5的周圍部分，向上述中空構(gòu)件11的徑向方向的內(nèi)方變形(松弛)。因此，在加工完畢之后，很難確保該周圍部分的形狀精度及尺寸精度。
其次，根據(jù)圖19的中央部所示的第二個例子，很難如所希望的那樣正確地控制加工后的通孔5a的形狀及尺寸。特別是，沖壓片10a的基端部處連接狀態(tài)的膨出部7的側(cè)壁的一部分上，上述通孔5a的一個端部(圖19的左端部)，保持側(cè)壁的一部分彎曲變形的狀態(tài)不變，所以，只有彎曲變形的部分的側(cè)壁下垂變形。與此相對，在上述通孔5a的中間部乃至另一個端部(圖19的右端部)，通過被前述沖頭9a向徑向方向內(nèi)方強力推壓，上述側(cè)壁向上述膨出部7的內(nèi)方變形。其結(jié)果是，不管是在哪一個部分，很難確保與上述通孔5a的形狀及尺寸相關的精度。另外，由于沖壓片10a以從膨出部7的內(nèi)表面向徑向方向的內(nèi)方突出的狀態(tài)殘留下來，所以，根據(jù)中空構(gòu)件11的用途，也存在著上述沖壓片10a成為障礙的可能性。
在考慮到這些問題的情況下，根據(jù)圖19的右端部所示的第三個例子，優(yōu)選地，在中空構(gòu)件11的膨出部7上形成通孔5b。考慮到這種情況，利用圖20～23，對于前述圖15所示的、為了制造成一整體地設置有轉(zhuǎn)向柱托架2的轉(zhuǎn)向柱1而在前面所考慮的方法進行說明。在這種前面考慮的方法中，首先，如圖20所示，將作為原材料的板厚為T1的金屬管3配置在金屬模具6a內(nèi)的規(guī)定位置上。如圖21所示，該金屬模具6a是將一對金屬模具元件15在中間對接構(gòu)成的，在其內(nèi)部配備有圓孔部16和凹部17，其中，可以將在上述金屬管3的兩端部以及中間部中的周向方向的一個半部幾乎沒有間隙地內(nèi)嵌到所述圓孔部16內(nèi)，所述凹部17從該圓孔部16的中間部向徑向方向的外方突出。該凹部17的內(nèi)表面的形狀與將要形成的上述膨出部7的外表面的形狀相一致。另外，在上述兩個金屬模具元件15的一部分上，在從上述圓孔部16的中心軸朝著上述凹部17向圓孔部16的徑向方向的外方偏移的相互吻合的位置，分別設置沖孔12a。并且，將滑動工具13a能夠分別相對于上述凹部17前進和后退地緊密內(nèi)嵌到所述各個沖孔12a內(nèi)。
在制造成一整體地設置有上述轉(zhuǎn)向柱托架2的轉(zhuǎn)向柱1的情況下，首先，如圖20～21所示，以利用上述兩個金屬模具元件15夾持上述金屬管3的方式，將該金屬管3內(nèi)嵌到上述圓孔部16內(nèi)。在這種狀態(tài)下，該金屬管3的中間部的圓周方向的一個半部與上述凹部17對向。其次，一面借助軸向推壓工具19沿著相互接近的方向推壓該金屬管3的軸向方向的兩端緣，一面將液壓(一般為水壓)導入到該金屬管3的內(nèi)側(cè)。該液壓的導入，例如，通過一個或者兩個軸向推壓工具19的中心孔18進行。另外，在這樣進行的上述液壓導入的初期階段，使上述兩個滑動工具13a的前端面20和上述凹部17的內(nèi)表面相一致。
當這樣將液壓導入到上述金屬管3的內(nèi)部、并且使上述兩個軸向推壓工具19向相互接近的方向移動時，上述金屬管3的軸向方向中間部的圓周方向的一個半部朝著上述凹部17膨出。即，通過一面向該金屬管3的內(nèi)周面上朝著徑向方向的外方施加強大的力，一面賦予將該金屬管3向軸向方向壓縮的力，如圖22～23所示，將該金屬管3加工成與前述金屬模具6a的內(nèi)表面形狀相符的形狀，即，加工成在中間部的圓周方向的一個半部中具有朝著徑向方向的外方突出的膨出部7a的形狀。
如果從這樣形成膨出部7a的狀態(tài)起，使上述兩個滑動工具13a從剛剛形成之后的該膨出部7a的側(cè)壁14退避的話，則這兩個側(cè)壁14的一部分之中與上述兩個沖孔12a吻合的部分被存在于上述膨出部7a內(nèi)側(cè)的液壓推壓，被壓入到這兩個沖孔12a內(nèi)，在該部分形成通孔5c。
如上所述，可以設想，如果將在上述金屬管3的一部分中利用液壓成形法形成膨出部的技術和前述圖19的右端部所示的現(xiàn)有技術的第三個例子組合起來的話，可以高效率地在上述膨出部7a的一部分中形成通孔5c。但是，通過本發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，只通過簡單地將上述兩個技術組合起來，并不一定能夠穩(wěn)定地形成上述通孔5c。下面在圖22～23的基礎上加上圖24～25說明其原因。
在利用液壓成形法在上述金屬管3的一部分上形成膨出部7a的情況下，在對應于該膨出部7a的部分上，將構(gòu)成上述金屬管3的金屬板向表面的方向上拉伸，所以，雖然將該金屬管3向軸向方向壓縮、促進材料向該膨出部7a的供該，但是，上述金屬板變得比原來的板厚T1(參照圖20)小。并且，這種板厚變小的程度即使在上述膨出部7a之中也會產(chǎn)生差異。具體地說，由于越遠離該膨出部7a的基部(圖22～23的下部)、越減少材料的供給量，所以，在靠近該基部的部分中，板厚變小的程度低，越靠近前端部(圖22～23的上部)，板厚變小的程度越顯著。進而，即使在該前端部中，在曲率變大(曲率半徑變小)的圖23的左右兩個角部及其附近，板厚變小的程度變得顯著。
并且，在前述兩個側(cè)壁14之中將要形成上述兩個通孔5c的部分的板厚，相對于這兩個通孔5c的寬度方向(圖22～25的上下方向)變成不均勻(逐漸變化)的狀態(tài)。具體地說，在上述兩個側(cè)壁14之中將要形成上述兩個通孔5c的部分的截面形狀成為楔形。并且，在這兩個通孔5c的寬度方向的兩端緣部分中的上述兩個側(cè)壁14的板厚T2、T3(參照圖24)，在靠近上述膨出部7a的基端處變大，在靠近其前端處變小(T2＞T3)。
在形成上述膨出部7a時，適當?shù)卦O定導入到上述金屬管3內(nèi)部的液壓的升壓模式和使前述軸向推壓工具19前進的模式(軸向推壓模式)。即，在相對于軸向推壓量的增加而言、液壓的上升快的情況下，膨出部的厚度減薄變得顯著，產(chǎn)生裂紋的可能性變高。相反地，在軸向推壓量的增加先于液壓的上升的情況下，容易發(fā)生材料的壓曲。一般地，在設定成在不發(fā)生壓曲的范圍內(nèi)優(yōu)先進行軸向推壓、最終軸向推壓量大時，可以使在上述兩端緣部分中的板厚T2、T3的差小，并且與原來的板厚T1的差也小。在作為圖19的右端部所示的外沖壓液壓沖孔，采用前述非專利文獻1記載的通常的加工方法的情況下，在上述各部的板厚T1、T2、T3中，上述兩端緣部分的板厚T2、T3之差，從板厚大的一側(cè)觀察，在5％以內(nèi)，更優(yōu)選地，在3％以內(nèi)時，從形成上述兩個通孔5c的方面來說，是優(yōu)選的。但是，在制品形狀的非對稱性顯著的情況下，即使調(diào)整軸向推壓模式或液壓的升壓模式，也不能充分消除板厚的不均勻性，特別是，如圖20～23所示，在只于金屬管3的一側(cè)形成膨出部7a的情況下，如上所述，將要形成通孔5c的側(cè)壁14的板厚變成不均勻的狀態(tài)。換句話說，從板厚大的一側(cè)觀察，上述兩端緣部分的板厚T2、T3之差有時會超過3％，進而會超過5％。
這樣，雖然將要形成通孔5c的側(cè)壁14的板厚變得不均勻，但是，如圖21、23～25所示，在使用前端面20是與所述兩個側(cè)壁14平行的平坦面的滑動工具13a的情況下，難以穩(wěn)定地形成上述通孔5c。即，在使用其前端面20為上述簡單形狀的滑動工具13a的情況下，在通孔的形狀為橢圓形或長圓形等復雜形狀、或者即使為簡單的圓形時，在加工開口面積大的通孔的情況下，不能將沖壓片從將要成為通孔的部分完全除掉，容易變成該沖壓片與原材料部分地連接的狀態(tài)。特別是，像在上述側(cè)壁14上形成上述通孔5c的情況下那樣，在板厚不均勻的部分上形成通孔的情況下，容易產(chǎn)生上述問題。
即，盡管在如上述兩端緣部分的板厚T2、T3中存在著超過5％的差，但是，在如上所述利用前端面20平坦的滑動工具13a形成通孔5c的情況下，與該滑動工具13a開始后退的基本上同時，在上述側(cè)壁14的一部分中與沖壓孔12a對向的部分向著該沖壓孔12a內(nèi)開始變形(剪切)。并且，在上述滑動工具13a后退到某種程度的時刻，在上述側(cè)壁14的一部分上與沖壓孔12a對向的部分之中，板厚T3小的部分比同樣的部分中板厚T2大的部分先破裂。其結(jié)果是，如圖25所示，上述側(cè)壁14的一部分上與沖壓孔12a對向的部分中的板厚T2大的部分，保持與上述側(cè)壁14連接的狀態(tài)不變，變成在將要抽出的部分的兩側(cè)存在相同的液壓的狀態(tài)。即，金屬管3內(nèi)部的液壓會從破裂的部位消失。其結(jié)果是，即使令上述滑動工具13a后退得更多，也不能進行上述板厚T2大、與上述側(cè)壁14連接的部分的剪切，不能形成上述通孔5c。這樣，將要抽出的部分的一部分變成原樣與側(cè)壁14連接的狀態(tài)的現(xiàn)象，將要形成通孔的部分的厚度差越大則越顯著，另外，該通孔的形狀，與圓孔的情況相比，如長孔等那樣，其形狀越復雜，則上述現(xiàn)象越顯著。
另外，如前面所述的圖19所示的那樣，在過去已知的液壓穿孔的情況下，因為膨出部7相對于中空構(gòu)件11的中心軸是對稱(或者基本上對稱)的形狀，將要形成通孔的部分的管壁的厚度在全周上基本上是均勻的，所以，在把將要抽出的部分向徑向方向的外側(cè)取出的所謂外沖壓的情況下，也能夠形成通孔。但是，在前述轉(zhuǎn)向柱1的轉(zhuǎn)向柱托架2的情況下，如前面所述，很難把將要形成通孔的部分的管壁的厚度制造地均勻。另外，在圖19的左部及中央部所記載的開孔方法的情況下，即使將要形成通孔的部分的厚度是不均勻的，該通孔的形成本身也是可能的，不過，存在著如前面所述的問題。
另外，前述專利文獻2、3所記載的方法，整個工藝復雜，不能避免成本增高。從而，不能代替通過以良好的效率連續(xù)地進行膨出部7a的加工和通孔5c的形成作業(yè)，以圖降低成本的方法。
專利文獻1特開平8-276852號公報專利文獻2特開平6-292929號公報專利文獻3特開2001-314926號公報非專利文獻1Frank-Ulrich LEITLOFF/Steffen GEISWEID著“汽車工業(yè)中管液壓成形技術的應用”，Journal of the JSTP vol.39no.453(1998-10)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明鑒于上述情況，其目的是，實現(xiàn)一種在金屬制的至少一部分為板狀的構(gòu)件的一部分上，在該板狀的部分的板厚存在差異的厚度不均勻的部分中，穩(wěn)定地而且低成本地進行形成通孔的作業(yè)的結(jié)構(gòu)及方法。
根據(jù)本發(fā)明的具有通孔的金屬制構(gòu)件，在金屬制的至少一部分為板狀的構(gòu)件的一部分上，在該板狀部分的厚度存在差異的厚度不均勻的部分中，以貫通該部分的狀態(tài)設置通孔。
該通孔是利用如下所述的液壓穿孔形成的即，在使上述厚度不均勻的部分的一個面與金屬模具接觸的狀態(tài)下，一面向該厚度不均勻的部分的另一個面上施加液壓，一面在該厚度不均勻的部分的一部分中將與設置在上述金屬模具上的沖孔對應的部分壓入該沖孔。
這種液壓穿孔，例如，通過在將要形成上述通孔的整個周緣上使剪切現(xiàn)象同時結(jié)束來進行。
為了使這種剪切現(xiàn)象同時結(jié)束，例如，在將要形成通孔的周緣上，根據(jù)厚度的分布，調(diào)整利用液壓穿孔進行的剪切加工開始的時刻。
或者，在將要形成通孔的周緣上，根據(jù)厚度的分布，調(diào)整達到斷裂的裂紋發(fā)生的時刻。
為此，例如，作為插入到金屬模具的沖孔內(nèi)的滑動工具，根據(jù)承受剪切加工的材料的厚度分布，使用具有其前端面在厚度小的一側(cè)向金屬模具的內(nèi)側(cè)方向突出、在厚度大的一側(cè)向金屬模具的外側(cè)方向凹入的形狀的滑動工具。并且，在使上述金屬模具的內(nèi)表面碰到上述厚度不均勻的部分的一個面的狀態(tài)下，一面向該厚度不均勻的部分的另一個面施加液壓，一面使上述滑動工具向從該厚度不均勻的部分退避的方向位移，借助上述液壓，將該厚度不均勻的部分的一部分上對應于上述沖孔的部分壓入到該沖孔內(nèi)。
或者，使用這樣的金屬模具，即，作為金屬模具的沖孔的周緣部的刀尖部分的截面形狀的曲率半徑，對應于該刀尖部分承擔剪切加工的材料的厚度分布，在厚度大的一側(cè)曲率半徑形成得小，在厚度小的一側(cè)曲率半徑形成得大。
在任何一種情況下，在上述厚度不均勻的部分中，使對應于上述沖孔的整個周緣的部分產(chǎn)生剪切力，使得在該部分中發(fā)生剪切現(xiàn)象，進而，與上述剪切現(xiàn)象同時，與斷裂相結(jié)合，在與上述沖孔相吻合的部分上形成上述通孔。
下面，參照圖1對這一點進行說明。該圖1(A)～(C)是分階段地表示在利用液壓穿孔進行的剪切加工當中，在金屬制構(gòu)件一部分中的板狀部分(下面，稱為“金屬板25”)的一部分上形成通孔的狀態(tài)的剖視圖。前面所述的所謂外沖壓的液壓穿孔，基本上是利用作為設置在金屬模具6上的沖孔12周緣部的刀尖部分進行的剪切加工，更詳細地說，這種剪切加工如下面所述。首先，如圖1(A)所示，在使滑動工具13從金屬模具6的沖孔12向外側(cè)移動的開始階段，金屬板25的一部分進入通過滑動工具13的退避而產(chǎn)生的凹部內(nèi)，該部分塑性變形成凸狀。
當在發(fā)生這種塑性變形之后、繼續(xù)上述滑動工具13的移動(退避)時，如圖1的(B)所示，借助設置在上述沖孔12的周緣部的刀尖部分26，在上述金屬板25的一部分的一個面(外面，圖1的右面)側(cè)，開始形成剪切面27。然后，在這種剪切面27的加工進行到某種程度的階段，如圖1(C)所示，從該剪切面27發(fā)生的裂紋28(龜裂)貫通至上述金屬板25的另一個面(圖1的左面)側(cè)，被切削殘留的該金屬板25瞬間斷裂，剪切加工結(jié)束。由此產(chǎn)生的沖壓片10被向該金屬板25的一面?zhèn)扰懦?。在該金屬?5的外表面上，即，在制品的表面上，如圖1(C)所示，不會產(chǎn)生塌邊等不適當?shù)牟糠帧?br> 利用外沖壓液壓穿孔進行的剪切加工，如上所述，是塑性變形、剪切加工和斷裂的復合加工，但是，在本發(fā)明的情況下，通過根據(jù)厚度分布調(diào)整它們當中的剪切加工開始的時刻，不管板厚分布如何，都可以利用上述外沖壓液壓穿孔形成通孔。另外，在本文獻的權利要求的范圍及說明書中，將上述圖1(B)所示的剪切面27開始形成的時刻作為“剪切加工開始的時刻”，將該圖(C)所示的裂紋28沿著金屬板25的厚度方向貫通、斷裂結(jié)束，將材料完全分離的時刻作為“到達斷裂的裂紋發(fā)生的時刻”(剪切現(xiàn)象結(jié)束的時刻)。
與上述的本發(fā)明相對，為了能夠在上述金屬板25中的厚度不均勻的部分形成通孔，如果在該部分上不采取特殊措施而實施如前述圖19的右端部所示的外沖壓液壓穿孔，則在將要形成的通孔的周圍之中厚度最薄的部分處，剪切現(xiàn)象先結(jié)束，在該部分，裂紋28沿著上述金屬板25的厚度方向貫通。由于上述局部的剪切現(xiàn)象結(jié)束，如借助前述圖25所說明的那樣，會引起卸壓，不能進行以后的剪切加工，產(chǎn)生如圖25所示的切削殘余。因此，在現(xiàn)有技術中，如前面所述，為了在厚度不均勻的部分形成通孔，不能采用外沖壓液壓穿孔。與此相對，在本發(fā)明的情況下，即使是厚度不均勻的部分，由于根據(jù)其厚度分布改變剪切加工開始的時刻，所以，可以避免厚度小的部分的剪切現(xiàn)象部分地先進行到斷裂、該厚度小的部分的剪切現(xiàn)象比厚度大的部分明顯先結(jié)束的情況。具體地說，與厚度小的部分相比，在厚度大的部分，例如，使剪切加工開始的時刻提前，使得在厚度小的部分和厚度大的部分，剪切加工結(jié)束、直到斷裂的裂紋發(fā)生的時刻相一致(在通孔的全周上同時發(fā)生最后的斷裂)。即，在將要形成的通孔的全周上，使剪切現(xiàn)象結(jié)束的時刻相一致，能夠進行沒有切削殘余的完全的外沖壓液壓穿孔。
用于實施上述這樣的本發(fā)明的最恰當?shù)臓顩r在于，并不一定必須嚴格地根據(jù)厚度分布控制剪切加工開始的時刻。即，在形成上述通孔時，在對應于上述通孔的周緣部的部分上產(chǎn)生的剪切現(xiàn)象的最后，是由裂紋的貫通引起的斷裂，只要這種斷裂在通孔的周緣部進行某種程度的剪切現(xiàn)象的話，就會沿著該周緣部傳播。從而，如果按照以一定程度的精度使剪切余量的殘留量相一致(在一部分上發(fā)生裂紋的瞬間，在剩余部分上將剪切進行到一定程度以上)的方式、調(diào)整上述剪切現(xiàn)象的進行的時刻的話，剪切現(xiàn)象結(jié)束(裂紋發(fā)生)的時刻，變成在實際上相一致。即，如果對上述剪切加工開始的時刻進行調(diào)整，使之達到在上述通孔的周緣部遍及全周同時引起斷裂的程度的話，就足夠了。而且，由于這種定時的調(diào)整，例如，通過變更滑動工具的前端面的形狀就可以比較簡單地進行，所以，上述剪切加工開始的時刻的調(diào)整，從使上述裂紋發(fā)生的時刻相一致的觀點出發(fā)，是極為現(xiàn)實的對策。
另外，假定在全周上剪切加工開始的時刻是同時的，在將要形成通孔的周緣上，根據(jù)厚度分布調(diào)整達到斷裂的裂紋發(fā)生的時刻，使得在厚度大的部分與厚度小的部分相比更早地發(fā)生由裂紋引起的斷裂的話，能夠在全周上使斷裂同時結(jié)束。即，通過根據(jù)金屬板的厚度分布調(diào)整達到斷裂的裂紋發(fā)生的時刻，在將要形成的通孔的周緣的全周上，可以使剪切現(xiàn)象結(jié)束的時刻相一致，外沖壓液壓穿孔成為可能。例如，通過對金屬模具側(cè)進行設計，具體地說，通過改變作為金屬模具的沖孔的周緣部的刀尖部分的截面形狀的曲率半徑，這種對策是可能的。即，使用根據(jù)承受剪切加工的材料的厚度分布、該刀尖部分的截面形狀的曲率半徑在厚度大的一側(cè)小、在厚度小的一側(cè)大的金屬模具，使得在該厚度小的一側(cè)由裂紋引起的斷裂的發(fā)生推遲。這樣，即使不進行剪切加工開始的時刻的調(diào)整，也可以使剪切現(xiàn)象結(jié)束(發(fā)生裂紋)的時刻相一致。另外，通過將對滑動工具的前端部的形狀進行的設計和對上述刀尖部分的曲率半徑進行的設計加以組合，也可以使剪切現(xiàn)象結(jié)束的時刻相一致。
另外，如前者那樣通過對滑動工具的前端部的形狀進行設計、使得上述斷裂在全周同時發(fā)生的技術，通過將剪切加工開始的時刻的調(diào)整和裂紋發(fā)生的時刻的調(diào)整兩者組合起來，使剪切現(xiàn)象結(jié)束的時刻相一致。與此相對，如后者那樣通過對刀尖部分的曲率半徑進行設計、使上述斷裂在全周上同時發(fā)生的技術，主要通過達到斷裂的裂紋發(fā)生的時刻的調(diào)整，使剪切現(xiàn)象結(jié)束的時刻相一致。從而，根據(jù)材料的厚度分布進行工具設計，以便獲得在將要形成的通孔的周緣部的整個長度上使剪切現(xiàn)象同時結(jié)束所必須的時刻之差。例如，為了能夠在厚度薄的部分推遲剪切開始的時刻，在加工的初期階段，在賦予該部分垂直于剪切面的方向的壓縮應力，或者加大沖孔的端緣部(刀尖部分)的曲率半徑。另一方面，為了在厚度厚的部分將剪切開始的時刻提前，將剪切開始本身提前、或者在加工的初期階段賦予該部分拉伸應力。
成為本發(fā)明的對象的具有通孔的金屬制構(gòu)件，由于與液壓成形法(液壓成形)組合是恰當?shù)?，所以，一般地，是具有封閉截面的管狀構(gòu)件，但是，也可以是板狀構(gòu)件，其形狀沒有特定的限制。在管狀構(gòu)件的情況下，可以是電焊管，無縫管(包括擠壓成形管)的任何一種。另外，在板狀構(gòu)件之中將要形成通孔的部分并不局限于平坦部，也可以是彎曲部。例如，對于車身等的平板乃至彎曲板，可以采用液壓成形以及液壓穿孔。在這種情況下，由于在將平板乃至彎曲板成形之后，可以原封不動地繼續(xù)形成通孔，所以，可以簡化加工工藝。有代表性的具有通孔的金屬制構(gòu)件，例如，是具有整體型的轉(zhuǎn)向柱托架的轉(zhuǎn)向柱用外管，該整體型的轉(zhuǎn)向柱托架例如利用液壓成形形成。另外，在具有通孔的金屬制構(gòu)件中的厚度不均勻的部分，指的是厚度存在差異的部分，不僅包括該厚度連續(xù)地變化的情況，也包括分階段地變化或者連續(xù)地并且分階段地變化(連續(xù)變化的部分和分階段變化的部分混合存在)的情況。
在金屬制構(gòu)件中，將要形成通孔的部分(厚度不均勻的部分)中的厚度變化率(最小厚度與最大厚度之差)沒有特定的限制。與變化率的大小無關，本發(fā)明都是有效的。但是，當考慮到厚度的變化率越大、借助一般的外沖壓的液壓穿孔形成通孔越困難的情況，則厚度的變化率越大，本發(fā)明的有效性就越大。即，在3％以上的情況下，實施本發(fā)明是有效的，在5％以上的情況下，則更為有效。
上述厚度不均勻的部分是由各種因素造成的。不僅在利用如前面所述的液壓成形形成膨出部時產(chǎn)生，而且在拉深加工、彎曲加工等其它的塑性加工中也會產(chǎn)生。進而，由于即使除塑性加工之外也有時產(chǎn)生厚度不均勻，所以，在劃定本發(fā)明的技術范圍的情況下，產(chǎn)生上述厚度不均勻部分的原因沒有限制。同樣地，如前面所述，對于厚度不均勻的部分的形狀也沒有特定的限制。例如，在彎曲加工管的情況下，彎曲的外周側(cè)厚度減薄，彎曲的內(nèi)周側(cè)厚度增加，產(chǎn)生厚度差。在實施該彎曲加工的原材料上實施液壓成形加工、形成平坦部的情況下，結(jié)果也會產(chǎn)生厚度差。在由于這樣的原因而產(chǎn)生厚度差的平坦面乃至彎曲面上形成通孔的情況下，本發(fā)明也是有效的。進而，對金屬的種類也沒有特定的限制?？梢允卿摰辱F系合金、鋁系合金、銅系合金等非鐵合金，當然，也可以是其它各種金屬、合金。
根據(jù)如上述方式構(gòu)成的本發(fā)明的具有通孔的金屬制構(gòu)件及其制造方法，可以穩(wěn)定地并且低成本地進行這樣的作業(yè)即，在金屬制的至少一部分呈板狀的構(gòu)件的一部分上，在呈該板狀的部分的厚度具有差異的厚度不均勻部分上形成通孔。
即，通過對滑動工具的前端面的形狀或者金屬模具中的沖壓孔的周緣部的形狀進行設計，即使在上述呈板狀的構(gòu)件的一部分的板厚不均勻的情況下，也能夠在沖壓孔的兩側(cè)緣彼此之間消除乃至降低該板厚的差異。因此，伴隨著使上述滑動工具從上述厚度不均勻的部分退避，使得在該厚度不均勻的部分中與上述沖壓孔對向的部分在該沖壓孔的全周斷裂，可靠地形成上述通孔。


圖1是表示液壓穿孔的進行狀態(tài)的部分剖視圖，用于說明本發(fā)明的原理。
圖2是以形成通孔之前的狀態(tài)表示本發(fā)明的實施例1的與圖23的A部相當?shù)姆糯笃室晥D。
圖3是表示本發(fā)明的實施例1的通孔形成的過程當中的狀態(tài)的與圖2同樣的圖示。
圖4是表示本發(fā)明的實施例1的繼續(xù)的狀態(tài)的與圖2同樣的圖示。
圖5是表示在本發(fā)明的實施例1中已經(jīng)形成了通孔的狀態(tài)的與圖2同樣的圖示。
圖6是表示本發(fā)明的實施例1的變形例的與圖2同樣的圖示。
圖7是以形成通孔之前的狀態(tài)表示本發(fā)明的實施例2的與圖23的A部相當?shù)姆糯笃室晥D。
圖8是表示在本發(fā)明的實施例2中已經(jīng)形成了通孔的狀態(tài)的與圖7同樣的圖示。
圖9是表示作為本發(fā)明的實施例3的、形成通孔用的滑動工具的三個例子的剖視圖。
圖10是表示本發(fā)明的實施例4的與圖23的A部相當?shù)姆糯笃室晥D。
圖11表示本發(fā)明的實施例5，(A)是側(cè)視圖，(B)(C)分別是以在相互不同的方向切斷的狀態(tài)表示形成通孔的部分的剖視圖。
圖12是用于說明通孔的形狀的部分側(cè)視圖。
圖13是表示本發(fā)明的實施例6的與圖11同樣的圖示。
圖14是表示本發(fā)明的實施例7的與圖11同樣的圖示。
圖15是表示成一整體地設置有轉(zhuǎn)向柱托架的轉(zhuǎn)向柱的現(xiàn)有技術例的剖視圖。
圖16是表示該現(xiàn)有技術例的部分剖視圖。
圖17是圖16的B向視圖。
圖18是圖17的C-C剖視圖，(A)表示轉(zhuǎn)向柱托架的側(cè)壁部，(B)表示使側(cè)壁部進一步膨出的狀態(tài)。
圖19是表示在將金屬管塑性變形構(gòu)成的膨出部上形成通孔的方法的三個例子的剖視圖。
圖20是表示以前提出的在金屬管上形成膨出部、進而在該膨出部上形成通孔的方法的準備工藝的剖視圖。
圖21是圖20的D-D剖視圖。
圖22是表示在所述金屬管上形成膨出部的狀態(tài)的剖視圖。
圖23是圖22的E-E剖視圖。
圖24是圖23的A部放大剖視圖。
圖25是用于說明利用以前提出的方法不能形成通孔的理由的與圖24同樣的剖視圖。
符號說明1 轉(zhuǎn)向柱2 轉(zhuǎn)向柱托架3 金屬管4 傾斜螺栓5、5a、5b、5c、5d、5e、5f 通孔6、6a 金屬模具7、7a 膨出部8、8a 圓柱形孔9、9a 沖頭10、10a、10b、10c 沖壓片11 中空構(gòu)件
12、12a、12b 沖孔13、13a、13b、13c、13d、13e 滑動工具14 側(cè)壁15 金屬模具元件16 圓孔部17 凹部18 中心孔19、19a、19b 軸向推壓工具20、20a、20b、20c、20d 前端面21、21a、21b、21c 平坦面22、22a 傾斜面23 間隙24、24a 傾斜部25 金屬板26、26a、26b 刀尖部分27 剪切面28 裂紋29 傾斜部具體實施方式
在實施使用具有根據(jù)承擔剪切加工的材料的厚度分布前端面在厚度小的一側(cè)向金屬模具的內(nèi)側(cè)方突出、在厚度大的一側(cè)向金屬模具的外側(cè)方向凹入的形狀的滑動工具的本發(fā)明的情況下，例如，使滑動工具的前端面中最突出的部分位于與金屬模具的內(nèi)表面相一致的部分。并且，使該前端面在該厚度不均勻的部分中板厚小的一側(cè)與厚度不均勻的部分的一個面接觸，而在板厚大的一側(cè)隔著間隙與所述一個面對向。通過從這種狀態(tài)使上述滑動工具在沖壓孔的內(nèi)側(cè)向從上述厚度不均勻的部分退避的方向位移，形成通孔。
在這種結(jié)構(gòu)的情況下，在使上述滑動工具退避之前的狀態(tài)(使滑動工具的前端面中最突出的部分位于與金屬模具的內(nèi)表面相一致的部分的狀態(tài))，在上述厚度不均勻部分的一部分中與上述間隙對向的部分、即上述板厚大的一側(cè)的部分，被稍稍壓入到該間隙內(nèi)。其結(jié)果是，在該板厚大的一側(cè)的部分中，在與上述沖壓孔的開口部的一端緣接觸的部分中，與其它部分相比，剪切加工先開始。同時，該部分的板厚稍稍減少，該部分的板厚與上述板厚小的一側(cè)的部分中和上述沖壓孔的開口部另一端緣對向的部分的板厚之差降低或者消除。因此，如果使上述滑動工具從這種狀態(tài)退避的話，則在上述其它部分也開始剪切加工。并且，在上述厚度不均勻的部分中，與上述沖壓孔對向的部分在該沖壓孔的開口部周緣的全周上斷裂，被壓入到?jīng)_壓孔內(nèi)，形成上述通孔。
或者，使在滑動工具的前端面中最突出的部分從金屬模具的內(nèi)表面突出，使最不突出的部分與該內(nèi)表面相一致或者位于比該內(nèi)表面凹入的部分處。在將上述滑動工具的前端部配置在這樣的位置上的狀態(tài)下，在厚度不均勻的部分的一個面上，使液壓作用到與上述滑動工具所對著的面相反側(cè)的面上，使該厚度不均勻的部分依照該滑動工具的前端部進行彎曲。由于在這種狀態(tài)下，該滑動工具的前端面變成與這樣彎曲的上述厚度不均勻的部分的一個面接觸的狀態(tài)，所以，通過從這種狀態(tài)使上述滑動工具在沖壓孔的內(nèi)側(cè)向從上述厚度不均勻的部分退避開的方向位移，形成通孔。
在這樣構(gòu)成的情況下，通過使液壓作用到上述厚度不均勻的部分的一個面上，在該厚度不均勻的部分的一部分上，在與將要形成通孔的部分的兩端緣對應的部分之中，板厚變小的一側(cè)的部分在與當使上述滑動工具后退而形成上述通孔時變形的方向相反的方向上產(chǎn)生比較大的變形。與此相對，板厚比較大的一側(cè)的部分在與當形成上述通孔時變形的方向相反的方向上不變形，或者，即使在變形的情況下，其變形量也很小。
如果從根據(jù)厚度不均勻的部分的一部分中將要形成通孔的部分之中的與兩個端緣對應的部分的板厚、使這兩個部分的形狀變成上述的形式的狀態(tài)起，使上述滑動工具在沖壓孔內(nèi)從上述厚度不均勻的部分退避開，則在該厚度不均勻的部分中與該沖壓孔吻合的部分被壓入到該沖壓孔內(nèi)。這時，上述板厚比較大的部分立即被壓入到該沖壓孔內(nèi)，開始剪切加工，與此相對，上述板厚變小的部分，在一度變形到與其它部分平行之后，被壓入到上述沖壓孔內(nèi)。并且，在上述板厚變小的部分一度變形到與其它部分平行，進而，被壓入到上述沖壓孔內(nèi)的過程中，向該部分施加壓縮應力，變成該部分難以斷裂(斷裂的時刻推遲)的狀態(tài)。另外，該部分的板厚稍稍增大。
因此，在從上述板厚比較大的部分中的剪切開始到斷裂的時刻與從上述板厚變小的部分中的剪切開始到斷裂的時刻之間，沒有大的差異。其結(jié)果是，在上述厚度不均勻的部分中，與上述沖壓孔對向的部分一面遍及該沖壓孔的周緣部的全周同時斷裂，一面被壓入到該沖壓孔內(nèi)，形成上述通孔。
在實施本發(fā)明的情況下，例如，將厚度不均勻部分的一部分中的板厚逐漸變化的部分作為通過液壓成形法使原材料的一部分膨出形成的膨出部的側(cè)壁。
在這種情況下，例如，將金屬制構(gòu)件作為利用液壓成形法使中空管的一部分向徑向方向的外方膨出、在該膨出形成的膨出部的側(cè)壁部上形成通孔的轉(zhuǎn)向柱。并且，繼續(xù)這種膨出部的加工作業(yè)，進行通孔的形成作業(yè)。
如果以這樣的形式實施本發(fā)明的話，則無需轉(zhuǎn)換原材料，就可以連續(xù)地進行膨出部的形成和通孔的形成，通過工藝的簡化，降低制造成本。
另外，在這種情況下，例如，在考慮到包含中空管的中心軸且向垂直于膨出部膨出的方向擴展的假想平面的情況下，將整個通孔形成在從該假想平面在上述膨出的方向上離開的位置上。
在構(gòu)成膨出部的側(cè)壁部中，存在于這樣的位置上的部分的板厚逐漸變化。因此，借助本發(fā)明在這樣的側(cè)壁部上形成通孔是有效的。
實施例1圖2～5表示本發(fā)明的實施例1。另外，本實施例的特征在于，利用前述圖20～23所示的液壓成形法使金屬管3的一部分向徑向方向的外方塑性變形，形成前述圖15～16所示的膨出部7a，之后，通過對在該膨出部7a的側(cè)壁14上形成通孔5c的工藝進行設計，可靠地形成通孔5c。關于形成上述膨出部7a的問題，由于與前面所述一樣，所以，省略或者簡化其重復說明，下面以本實施例的特征部分為中心，進行說明。
在本實施例的情況下，在構(gòu)成金屬模具6a的金屬模具元件15的一部分上，在上述側(cè)壁14中的將要形成上述通孔5c的部分中，設置具有與該通孔5c相稱的(實質(zhì)上相一致的)形狀(例如長圓形)的沖壓孔12a。并且，在該沖壓孔12a內(nèi)，緊密并且可相對于上述側(cè)壁14進退地嵌入安裝用于形成上述通孔5c的滑動工具13b。在本實施例中使用的上述滑動工具13b的前端面20a，將上述沖壓孔12a(或者通孔5c)的寬度方向(圖2～5的上下方向)的一個端部(圖2～5的上端部)作為與上述金屬模具元件15的內(nèi)表面平行的平坦面21，將中間部乃至另一端部(圖2～5的下端部)作為隨著遠離該平坦面21而向遠離上述側(cè)壁14的方向傾斜的傾斜面22。在實施用于在上述金屬管3的一部分上形成上述膨出部7a的液壓成形工藝時，使上述滑動工具13b在前述沖壓孔12a內(nèi)前進，使上述平坦面21位于和上述金屬模具元件15的內(nèi)表面相同的平面上。從而，在上述滑動工具13b的前端面20a之中對應于上述傾斜面22的部分成為比上述金屬模具元件15的內(nèi)表面凹的狀態(tài)。
在使上述滑動工具13b如上所述地前進的狀態(tài)下，將液壓導入到上述金屬管3的內(nèi)部，同時，一面施加將該金屬管3向軸向方向壓縮的方向的力，一面形成上述膨出部7a。在這種情況下，如前面所述，該膨出部7a的側(cè)壁14的板厚越靠近圖2～5的上方則變得越小。在本實施例的情況下，伴隨著上述膨出部7a的加工，在該膨出部7a的側(cè)壁14的一部分中，與上述傾斜面22對向的部分如圖2所示稍稍進入存在于所述側(cè)壁14與傾斜面22之間的間隙23內(nèi)。并且，在這樣進入間隙23內(nèi)的部分上，施加垂直于剪切面方向的拉伸應力，同時，在上述側(cè)壁14的一部分中，在與存在于上述沖壓孔12a的周緣部處的刀尖部分26碰到的部分上，施加剪切應力。
即，在與上述間隙23對向的部分的兩端緣部中，在與上述平坦面21和上述傾斜面22的連接部對向的一側(cè)(圖2的上側(cè))，除施加若干相對于剪切面垂直的方向的拉伸方向的應力之外，還施加彎曲應力，使上述側(cè)壁14的一部分彎曲。與此相對，在和存在于上述沖壓孔12a的開口周緣部的上述刀尖部分26對向的一側(cè)(圖2的下側(cè))，借助該刀尖部分26和液壓，施加剪切應力，在該部分中開始剪切加工。同時，上述部分的板厚T4與不存在上述間隙23的狀態(tài)的板厚T2(參照圖24)相比變小(T4＜T2)。
另一方面，在與上述沖壓孔12a的寬度方向兩端緣對向的上述側(cè)壁14中，與上述平坦面21和前述金屬模具元件15的內(nèi)表面的連接部相對應的部分，在圖2所示的狀態(tài)下，剪切加工尚未開始，關于該部分的板厚T3，借助前述圖20～23所示的液壓成形法，不足以變成使金屬管3的一部分向徑向方向的外方塑性變形、形成膨出部7a的狀態(tài)。即，上述部分的板厚T3不會由于使用本實施例的滑動工具13b而特別減少。
這樣，在本實施例的情況下，由于對滑動工具13b的前端面20a的形狀進行設計，在實施液壓成形工藝時，恰當?shù)叵拗圃撉岸嗣?0a的位置，所以，在上述側(cè)壁14的一部分上，在與沖壓孔12a對向的部分中，剪切加工先從板厚大的一側(cè)(圖2的下側(cè))開始。另外，在上述側(cè)壁14中，將位于上述沖壓孔12a的寬度方向的兩端緣部的部分的板厚T4、T3之差抑制得很小。即，在液壓成形工藝結(jié)束時，使比較大的部分的板厚(從T2)降低變成T4，而不使比較小的部分的板厚降低，使其保持在T3不變，所以，可以使上述寬度方向的兩端緣部的板厚T4、T3基本上相等(T4≈T3)，此外，能夠很容易地使剪切加工結(jié)束的時刻相一致(容易同時結(jié)束)。
于是，如圖3所示，使上述滑動工具13b在上述沖壓孔12a內(nèi)開始后退。通過該后退開始，在上述側(cè)壁14的一部分中與沖壓孔12a對向的部分之中，板厚小的一側(cè)(圖3的上側(cè))也開始剪切加工。當從這種狀態(tài)使上述滑動工具13b如圖4所示進一步后退時，在上述側(cè)壁14的一部分中與沖壓孔12a對向的部分的全周(板厚大的一側(cè)及小的一側(cè)、以及之間的部分)，進行剪切加工。并且，伴隨著該剪切加工的進行，在上述側(cè)壁14的一部分中與沖壓孔12a對向的部分的全周上，幾乎同時地產(chǎn)生如圖1(C)所示的裂紋。
其結(jié)果是，與上述沖壓孔12a對向的部分，如圖5所示，被存在于上述側(cè)壁14的內(nèi)側(cè)部分處的液壓沖壓，成為沖壓片10c，被壓入到上述沖壓孔12a內(nèi)。這時，與上述沖壓孔12a對向的部分的周緣部從剪切加工達到斷裂，但是，通過如上所述從板厚大的部分先開始剪切加工，以及通過該部分的周緣部的板厚T4、T3在全周上基本上相等(T4≈T3)、容易使該部分的剪切加工結(jié)束的時刻相一致，在上述周緣部的全周上，實質(zhì)上同時發(fā)生這種斷裂，形成上述沖壓片10c。如前述圖15所示，在側(cè)壁14的一部分上與沖壓孔12a對向的部分不會原封不動地保持與該側(cè)壁連接的狀態(tài)。其結(jié)果是，在上述側(cè)壁14中與前述沖壓孔12a吻合的部分上，可靠地形成前述通孔5c。
另外，上述沖壓片10c被壓入到上述沖壓孔12a內(nèi)，不會殘留在包含前述膨出部7a的金屬管3內(nèi)。從而，在形成上述通孔5c之后，不需要將上述沖壓片10c從該金屬管3的內(nèi)部取出的工藝及裝置。因此，可以將制造配備有上述膨出部7a及通孔5c的制品用的裝置小型化(節(jié)省空間)等，降低制造該制品所需要的成本。
另外，為了可靠地沖壓將要形成上述通孔5c的部分，根據(jù)上述金屬管3的材質(zhì)、原來的板厚等，從設計上和實驗上確定在上述板厚大的一側(cè)剪切加工的開始比板厚小的一側(cè)提前的程度，或者確定令上述寬度方向的兩端緣部的板厚T4、T3基本上相等、易于使剪切加工結(jié)束的時刻相一致的程度。例如，在成一整體地設置在由軟鋼板、鋁合金板等制造的轉(zhuǎn)向柱上的轉(zhuǎn)向柱托架上形成通孔的情況下，通過適當?shù)貙η笆龌瑒庸ぞ?3b的前端部分的形狀進行設計，使上述剪切加工的開始時刻錯開。另外，如上所述，為了使上述寬度方向上的兩端緣部的板厚T4、T3的關系成為容易使剪切加工結(jié)束的時刻相一致的關系，根據(jù)液壓、上述金屬管3的材質(zhì)、與原來的板的關系，基于實驗數(shù)據(jù)控制相對于上述寬度方向的前述傾斜面22的寬度尺寸。
另外，例如，在將形成膨出部7a、進而在該膨出部7a的側(cè)壁14上形成通孔5c的金屬管3從由前述金屬模具元件15構(gòu)成的金屬模具6a中取出之后，通過使前述滑動工具13b前進、從上述沖壓孔12a中將被壓入到上述沖壓孔12a內(nèi)的上述沖壓片10c壓出，可以容易地將上述沖壓片10c從上述金屬模具6a中取出?；蛘?，在上述金屬管3是軟鋼板等磁性材料制造的情況下，在將金屬管3從金屬模具6a中取出之后，利用磁鐵吸附上述沖壓片10c，也可以從上述沖壓孔12a中將其取出。進而，也可以在上述金屬模具6a的內(nèi)部設置排出通路，該排出通路從上述沖壓孔12a通向外部空間，具有只使上述沖壓片10c通過的大小。在這種情況下，在將上述金屬管3從上述金屬模具6a中取出之后，利用另外導入到上述沖壓孔12a內(nèi)的空氣壓或液壓，將利用導入到上述金屬管3內(nèi)的液壓壓入到上述沖壓孔12a內(nèi)的上述沖壓片10c從該沖壓孔12a排出。在任何一種情況下，伴隨著上述通孔5c的加工而被壓入到該沖壓孔12a內(nèi)的上述沖壓片10c，在下一個加工作業(yè)之前，從該沖壓孔12a排出。
另外，在本實施例的情況下，在如圖2所示的通孔形成加工的初期階段，使上述滑動工具13b的前端面20a的平坦面21存在于與金屬模具元件15的內(nèi)表面相同的位置上。但是，如圖6所示，也可以使該平坦面21存在于比該內(nèi)表面稍稍凹入的位置上。在這種情況下，如圖6所示，與上述平坦面21不比金屬模具元件15的內(nèi)表面凹入的狀態(tài)相比，板厚小的部分被略微壓入到?jīng)_壓孔12a內(nèi)。從而，在板厚大的部分和小的部分，剪切加工的開始時刻的錯開變小。究竟采用圖2和圖6中的哪一種，根據(jù)上述板厚大的部分和小的部分之差等從設計上決定(通過實驗等設定其條件)。
實施例2圖7～8表示本發(fā)明的實施例2。關于在本實施例中使用的滑動工具13c的前端面20b，與上述實施例1的情況一樣，配備有與側(cè)壁14中板厚比較小的部分對向的平坦面21a、和與側(cè)壁14中板厚比較大的部分對向的傾斜面22a。但是，在本實施例中使用的滑動工具13c的情況下，該傾斜面22a的傾斜角度比上述實施例1中使用的滑動工具13b的傾斜面22(參照圖2～6)平緩。
在本實施例的情況下，在使這樣的滑動工具13c的前端部比金屬模具元件15的內(nèi)表面稍稍突出的狀態(tài)下，將液壓導入到金屬管3的內(nèi)側(cè)，進行液壓成形，使該金屬管3的一部分向徑向方向的外方塑性變形，形成膨出部7a。即，使作為上述滑動工具13c的前端面20b中最突出的部分的上述平坦面21a從上述金屬模具元件15的內(nèi)表面突出。與此相對，使作為上述前端面20b中最不突出的部分的上述傾斜面22a中離上述平坦面21a最遠的部分處于與上述金屬模具元件15的內(nèi)表面相一致的部分的位置上。并且，在這種狀態(tài)下，將液壓導入到上述金屬管3的內(nèi)側(cè)，使該金屬管3的一部分向徑向方向的外方膨出，形成上述膨出部7a。
在上述金屬模具元件15的內(nèi)表面的一部分上，由于上述滑動工具13c的前端部突出，所以，在形成有上述膨出部7a的狀態(tài)下，構(gòu)成該膨出部7a的側(cè)壁14的一部分如圖7所示仿照上述滑動工具13c的前端部彎曲。即，在該側(cè)壁14中與上述平坦面21a接觸的部分變成最遠離上述金屬模具元件15的內(nèi)表面的狀態(tài)，與上述傾斜面22a接觸的部分沿著該傾斜面22a傾斜，越朝向上述平坦面21a，越向距上述金屬模具元件15的內(nèi)表面的距離變大的方向傾斜。
因此，如圖8所示，如果從這種狀態(tài)使上述滑動工具13c在沖壓孔12a的內(nèi)側(cè)朝著從上述側(cè)壁14退避的方向位移的話，則在該側(cè)壁14的一部分中與該沖壓孔12a相吻合的部分在沖壓孔12a的全周上斷裂，形成與該沖壓孔12a相吻合的通孔5c。
在本實施例的情況下，由于以下的理由，在上述側(cè)壁14的一部分中與上述沖壓孔12a相吻合的部分在沖壓孔12a的全周上斷裂。首先，為了形成上述膨出部7a，在使液壓作用到上述金屬管3的內(nèi)側(cè)、形成該膨出部7a的工序的最終階段，該膨出部7a的側(cè)壁14的一部分被壓到上述滑動工具13c的前端部上，所述部分仿照該前端部變形。具體地說，在上述側(cè)壁14的一部分上，在與將要形成上述通孔5c的部分的兩端緣相對應的部分之中，板厚變小的一側(cè)(圖7的上側(cè))的部分，在與使上述滑動工具13c后退、形成上述通孔5c時變形的方向相反的方向上，進行比較大的變形(彎曲)。在這種狀態(tài)下，這樣大的彎曲的部分的板厚變?yōu)門6。與此相對，板厚比較大的一側(cè)(圖7的下側(cè))的部分，向與形成上述通孔5c時變形的方向相反的方向變形，但是，其變形量很小，該部分的板厚變成T5。
因此，如果從上述側(cè)壁14的一部分將要中形成上述通孔5c的部分按照上述那樣進行變形的狀態(tài)起，使上述滑動工具13c在上述沖壓孔12a內(nèi)稍稍退避到表示前述實施例1的圖2所示的程度，則與在上述比較大的板厚T5的部分中、如該圖2所示立即開始剪切加工相反，在上述比較小的板厚T6的部分中，尚未開始剪切加工。不如說，該比較小的板厚T6的部分變成相對于剪切面被向垂直方向壓縮、施加壓縮應力、難以發(fā)生裂紋的狀態(tài)。當從這種狀態(tài)進一步使上述滑動工具13c在上述沖壓孔12a內(nèi)稍稍退避到表示前述實施例1的圖3所示的程度時，在上述比較小的板厚T6的部分，也開始剪切加工。并且，當使上述滑動工具13c經(jīng)由表示前述實施例1的圖4的狀態(tài)進一步退避時，如圖8所示，在上述側(cè)壁14的一部分中與上述沖壓孔12a對向的部分的全周(上述比較大的板厚T5的部分及上述比較小的板厚T6的部分、以及之間部分)上進行剪切加工。并且，伴隨著上述剪切加工的進行，在上述側(cè)壁14的一部分中與沖壓孔12a對向的部分的全周上，基本上同時發(fā)生如前述圖1(C)所示的裂紋。
其結(jié)果是，與上述沖壓孔12a對向的部分，如圖8所示，被存在于上述側(cè)壁14的內(nèi)側(cè)部分處的液壓沖壓，成為沖壓片10c，被壓入到上述沖壓孔12a內(nèi)。另外，如上所述，在上述側(cè)壁14的一部分中與沖壓孔12a對向的部分的全周上，基本上同時發(fā)生裂紋，可以認為，這是在使上述剪切加工開始的時刻錯開的基礎之上，還縮小各部分的板厚之差作出的貢獻。即，如上述圖7所示，當使上述滑動工具13c在上述沖壓孔12a內(nèi)從上述側(cè)壁14退避時，在該側(cè)壁14中與該沖壓孔12a吻合的部分被壓入到該沖壓孔12a內(nèi)。這時，具有上述比較大的板厚T5的部分立即開始被壓入到該沖壓孔12a內(nèi)。與此相對，上述板厚T6小的部分一度變形到與其它部分平行之后，被壓入到上述沖壓孔12a內(nèi)。并且，在上述板厚T6小的部分一度變形到與其它部分平行、進而被壓入到上述沖壓孔12a內(nèi)的過程中，與向該部分施加壓縮應力同時，該部分的板厚稍稍增大(變得比T6大)。其結(jié)果是，在上述側(cè)壁14中與上述沖壓孔12a對向的部分，一面在該沖壓孔12a的周緣部的全周上斷裂，一面被壓入到該沖壓孔12a內(nèi)，形成上述通孔5c。
另外，在本實施例的情況下，在如圖7所示形成膨出部7a的階段，也可以使在上述滑動工具13c的前端面20b的傾斜面22a中遠離平坦面21a側(cè)的端部位于比金屬模具元件15的內(nèi)表面稍稍凹入的部分上。在這種情況下，如圖所示，與該部分比金屬模具元件15的內(nèi)表面不凹入的狀態(tài)相比，由于在膨出部7a的側(cè)壁14中與該部分接觸的部分被稍稍壓入到?jīng)_壓孔12a內(nèi)，所以，有該部分中的剪切加工的開始變得更早、同時該部分的板厚稍稍變薄的傾向。
在任何一種情況下，如圖7所示，在使金屬管3的一部分膨出、形成膨出部7a，令上述滑動工具13c的前端面20b碰到該膨出部7a的側(cè)壁14的一部分的狀態(tài)下，在該側(cè)壁部14中與上述沖壓孔12a的寬度方向的兩端緣對應的部分的板厚T5、T6之差，從板厚大的一側(cè)觀察時，優(yōu)選地在30％以內(nèi)，更優(yōu)選地，如果在20％以內(nèi)的話，對于形成上述通孔5c而言，很難產(chǎn)生問題。即，本實施例的制造方法，與前述實施例1的情況相比，在板厚之差大的情況下，是恰當?shù)?。另外，可以使在上述前端?0b中最凹入、且在上述傾斜面22a中離上述平坦面21a側(cè)遠的端部，如圖所示，與金屬模具15的內(nèi)表面相一致，或者，如上所述，使之位于稍稍凹入的部分，進而，也可以使之稍稍從該內(nèi)表面突出。
實施例3
圖9，作為本發(fā)明的實施例3，表示在前述實施例1及上述實施例2中使用的滑動工具13b、13c和能夠置換該滑動工具13b、13c的滑動工具兩個例子，共計三個例子的滑動工具。即，如上述兩個實施例所述，在形成通孔5c的情況下使用的滑動工具的前端部的形狀，并不局限于如圖9(A)所示那樣配備有截面形狀為直線狀的傾斜面22、22a的滑動工具13b(13c)，如圖9(B)(C)所示，也可以配備有截面形狀為圓弧形的曲面狀的傾斜部24、24a，雖然圖中沒有示出，但傾斜面的截面形狀也可以是將直線和曲線組合起來的復合面。另外，如上述圖9(A)中的虛線所示，也可以使形成在滑動工具13b(13c)的前端面20a(20b)上的傾斜面22(22a)傾斜角度θ在該前端面20a(20b)的長度方向(圖9的表面背面方向)的中間部變化。在將要借助液壓穿孔形成通孔的部分的厚度不僅在該通孔的寬度方向上、而且也在長度方向上變化的情況下，上述那樣的考慮是必要的。另外，在這種情況下，也可以代替上述傾斜面22(22a)的傾斜角度θ，使平坦面21(21a)的寬度W2變化，或者使兩者變化。這樣，根據(jù)材料的厚度分布的形式，按照需要，使前端面20a(20b)的形狀進行三維變化。
另外，圖9(A)，表示在上述實施例1及上述實施例2中使用的滑動工具13b(13c)，但是，這種滑動工具13b(13c)的尺寸，例如，按照下述方式來控制。即，當令該滑動工具13b(13c)的寬度為W1，該滑動工具13b(13c)的前端面20a(20b)中的平坦面21(21a)的寬度為W2，其傾斜面22(22a)的傾斜角度為θ時，可以采用0≤W2≤0.9W10.3°≤θ≤90°的范圍。
優(yōu)選地，設定在0.01W1≤W2≤0.9W10.3°≤θ≤90°的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地，設定在
0.2W1≤W2≤0.8W11 °≤θ≤20°的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選地，設定在0.2W1≤W2≤0.7W13 °≤θ≤20°的范圍內(nèi)。
總之，上述滑動工具13b(13c)的寬度W1，根據(jù)將要形成的通孔5c的寬度決定，其余的寬度W2及傾斜角度θ，根據(jù)金屬管3的材質(zhì)、板厚，通過實驗選擇最佳值。當平坦面21(21a)的寬度W2過大時，很難充分獲得通過使該平坦面21(21a)突出起到的對剪切加工開始的時刻、到達斷裂的裂紋發(fā)生的時刻的調(diào)整效果。相反地，當上述W2過小時，難以確保上述平坦面21的機械強度。從而，如果在確?；瑒庸ぞ叩臋C械強度方面沒有問題的話，也可以省略該平坦面21。關于上述傾斜角度θ，當其過小時，難以獲得通過使上述滑動工具13b(13c)退避起到的對上述各個時刻的調(diào)整效果。相反地，在上述傾斜角度θ過大的情況下，不僅難以確保上述平坦面21(21a)的機械強度，而且較厚的一側(cè)易于被過度剪切，難以調(diào)整上述各個時刻。
另外，圖9(B)(C)表示利用截面形狀的曲率半徑為R的部分圓筒面狀的凹曲面{在圖9(b)的情況下}或者凸曲面{(圖9(C)的情況下}的傾斜部24、24a代替上述傾斜面22(22a)形成的滑動工具的情況，關于形成這種傾斜部24、24a的滑動工具13d、13e，在下面所述的范圍內(nèi)選定各部分的尺寸。
即，當令各個滑動工具13d、13e的寬度為W1、各個滑動工具13d、13e的前端面20c、20d中的平坦面21b、21c的寬度為W2時，可以設定在0≤W2≤0.9W1的范圍內(nèi)，優(yōu)選地，設定在
0.01W1≤W2≤0.9W1的范圍內(nèi)。上述傾斜部24、24a的截面形狀的曲率半徑R的值可以任意設定。關于各個值，根據(jù)金屬管3的材質(zhì)、板厚，通過實驗選定最佳值。和圖9(A)所示的滑動工具13b(13C)的情況一樣。
總之，關于對本發(fā)明的實施，在使滑動工具在沖壓孔的內(nèi)側(cè)退避時，即使如膨出部的側(cè)壁那樣，在板厚存在著差異的情況下，如果是具有如下面所述的前端形狀的滑動工具的話，就可以用于本發(fā)明的實施，所述滑動工具的前端形狀，在上述沖壓孔的兩側(cè)縮小板厚的差異等，可以在全周上同時將與該沖壓孔對向的部分斷裂。
進而，優(yōu)選地，以在側(cè)壁14中將要形成通孔的部分的厚度T(相當于圖2的T3)為基準，將滑動工具13b、13c的前端面20a、20b的從金屬模具15的內(nèi)表面突出的突出量S(圖7)或者凹入的凹入量-S(圖6)，限制在|T|＞|S|的范圍內(nèi)。當該突出量S過大時，伴隨著滑動工具的后退，附加到厚度小的部分上的壓縮應力過大，即使剪切加工進展，也不會發(fā)生裂紋。其結(jié)果是，只有厚度大的部分發(fā)生剪切，本發(fā)明的實施變得困難。另外，當上述凹入量-S過大時，從初期狀態(tài)起材料過度進入沖壓孔內(nèi)，由于滑動工具的前端面形狀，對應于厚度大的一側(cè)和厚度小的一側(cè)調(diào)整前述各個時刻的效果變小。換句話說，各個時刻的調(diào)整變得困難。
另外，在形成通孔時，關于一面使滑動工具退避一面向側(cè)壁14的一個面(與金屬模具元件15相反側(cè)的面)上作用的液壓P，在令金屬材料的剪切阻力為r，厚度為T，通孔的周長為L，通孔的面積為S的情況下，將其控制為滿足P＞(r·T·L)/S。
實施例4圖10表示本發(fā)明的實施例4。在本實施例的情況下，與前面所述的各個實施例的情況不同，對金屬模具6側(cè)進行設計。即，使刀尖部分26a、26b的截面形狀的曲率半徑相互不同，所述刀尖部分26a、26b存在于形成在金屬模具15上的沖壓孔12b的開口周緣部中的寬度方向的兩端緣處，其中，所述金屬模具元件15與將要形成通孔的側(cè)壁14對向。具體地說，縮小將要對上述側(cè)壁14中的板厚大一側(cè)進行剪切加工的圖10的下側(cè)的刀尖部分26a的截面形狀的曲率半徑(制成銳利的刃口)。與此相對，把將要對上述側(cè)壁14中的板厚小的一側(cè)進行剪切加工的圖10的上側(cè)的刀尖部分26b的截面形狀的曲率半徑形成得比較大。插入上述沖壓孔12b內(nèi)的滑動工具13的前端面20在整個面上是平坦的。
在本實施例的情況下，通過把將要對上述板厚小的一側(cè)進行剪切加工的刀尖部分26b的截面形狀的曲率半徑形成得比較大，在該板厚比較小的一側(cè)，難以進行剪切，與將上述刀尖部分26b形成銳利的刃口的情況相比，推遲在該側(cè)發(fā)生達到斷裂的裂紋的時刻?？傊?，在本實施例的情況下，通過減小本來的板厚在發(fā)生達到斷裂的裂紋的時刻容易提早的一側(cè)，有推遲該時刻的傾向。
因此，在本實施例的情況下，在板厚小的一側(cè)和大的一側(cè)，即使剪切加工開始的時刻相同，也基本上使發(fā)生達到斷裂的裂紋的時刻(剪切現(xiàn)象結(jié)束的時刻)相一致，即使板厚不同也沒有關系，可以進行沒有切削殘留的完全的外沖壓液壓穿孔。
另外，也可以在像本實施例那樣改變上述各個刀尖部分26a、26b的截面形狀的曲率半徑的同時，像前述實施例1～3所述的那樣，對滑動工具13的前端面20的形狀進行設計。具體地說，在有必要使對剪切的靈敏度鈍化的板厚小的一側(cè)，加大刀尖部分的截面形狀的曲率半徑，同時，使滑動工具13的前端面20突出到金屬模具元件15的內(nèi)部，推遲剪切加工開始的時刻。另一方面，在板厚大的一側(cè)，在減小刀尖部分的截面形狀的曲率半徑的同時，使滑動工具13的前端面20向上述金屬模具元件15的外方凹陷，促進剪切加工。
實施例5圖11～12表示本發(fā)明的實施例5。在本實施例的情況下，揭示在利用液壓成形法使金屬管3的一部分向徑向方向的外方塑性變形形成的膨出部7a的側(cè)壁14上，形成異形的通孔5d的情況。該通孔5d，將圖12(A)所示的寬度尺寸比較小的長圓形部分、和圖12(B)所示的寬度尺寸比較大的長圓形部分重合(合成)，制成圖12(C)所示的鍵孔狀。其中，這種鍵孔狀的通過5d是利用將截面形狀制成鍵孔狀的滑動工具一下子加工而成的?；瑒庸ぞ叩那岸嗣嫘螤?，按照前面說明的任意一個實施例形成。關于這種鍵孔狀的通孔5d，可以在板厚均勻的情況下加工，當然，如果應用本發(fā)明的話，即使板厚不均勻，另外，不管金屬制構(gòu)件是環(huán)狀還是板狀，都能夠利用液壓穿孔可靠地進行加工。另外，關于金屬制構(gòu)件的一部分上將要形成該通孔5d的部分的形狀，可以是平坦面、部分圓弧面、曲面等任何一種(使滑動工具的前端面的形狀分別與之相一致)。
實施例6圖13表示本發(fā)明的實施例6。在本實施例的情況下，在利用液壓成形法使金屬管3的一部分向徑向方向的外方塑性變形形成的膨出部7a的側(cè)壁14上，在跨越該膨出部7a的傾斜部29的狀態(tài)下，形成縱橫比大(狹縫狀)的通孔5e。在本實施例的情況下，滑動工具的前端面形狀與前面說明的任意一種實施例相一致，同時，與將要形成上述通孔5e的上述側(cè)壁14的外表面形狀相一致地形成。關于這種以跨越傾斜部29的狀態(tài)存在的狹縫狀的通孔5e，和上述實施例5一樣，通過應用本發(fā)明，可以利用液壓穿孔可靠地進行加工。
實施例7圖14表示本發(fā)明的實施例7。在本實施例的情況下，在利用液壓成 形法使金屬管3的一部分向徑向方向的外方塑性變形形成的膨出部7a的側(cè)壁14上，以跨越該膨出部7a的傾斜部29的狀態(tài)形成鍵孔狀的通孔5f。在本實施例的情況下，滑動工具的前端面形狀和前面說明的任意一個實施例相一致，同時，與將要形成上述通孔5f的上述側(cè)壁14的外表面形狀相一致地形成。關于這種以跨越傾斜部29的狀態(tài)存在的鍵孔狀的通孔5f，和上述實施例5、6一樣，通過應用本發(fā)明，借助液壓穿孔，能夠可靠地進行加工。
實施例8下面對于為了確認本發(fā)明的有效性所進行的實驗進行說明、利用前述圖7～8所示的實施例2的方法，實際上進行液壓成形及液壓穿孔。即，設想制作形成整體型的轉(zhuǎn)向柱托架的轉(zhuǎn)向柱用的外管，利用液壓成形，在金屬管的軸向方向中間部形成膨出部，接著，在同一個金屬模具內(nèi)，通過液壓穿孔，在該膨出部的兩側(cè)的側(cè)壁部上形成長圓形的通孔(參照圖15～17)。作為組合到金屬模具上的滑動工具，使用以平坦面和傾斜面形成前端面的圖9(A)所示的形狀的滑動工具。
在實驗中使用的金屬管，是機械結(jié)構(gòu)用的碳素鋼管(STKM11A)，外徑為60.5mm，厚度為2.0mm，全長為500mm。該材料的機械試驗值，屈服點為300MPa，抗拉強度400MPa，伸長率40％。形成通孔用的長圓形的沖壓孔的尺寸，長徑方向的長度為60mm，短徑方向的長度為10mm。
利用液壓成形形成的膨出部的擴管率約為30％，板厚在小的一側(cè)為1.8mm，在大的一側(cè)為2.0mm。為了利用液壓成形在膨出部的兩側(cè)的側(cè)壁部上形成長圓形的通孔，對滑動工具的前端面的寬度W1和平坦面的寬度W2的關系(刃背寬度比W2/W1)、傾斜面相對于平坦面的傾斜角度θ、以及初期位置的平坦面的突出量S進行各種改變。將這些值和實驗結(jié)果一起示于下面的表1。該表1中的比較例是作為滑動工具使用前端面在整個面上是平坦面的情況。


*一萬次試驗后確認，在滑動工具的前端看到崩刃如從該表1看出的那樣，通過適當?shù)剡x定滑動工具的前端面的形狀，調(diào)整剪切加工開始的時刻，以及達到斷裂的裂紋發(fā)生的時刻，可以在將要形成通孔的整個周緣部上使剪切現(xiàn)象同時結(jié)束，使全周斷裂。因此，對于板厚具有差異的膨出部的兩個側(cè)壁部，可以進行完全沒有切削殘留的液壓穿孔。另外，利用本發(fā)明的方法在膨出部的兩個側(cè)壁部上形成通孔的金屬管加工制品，可以作為轉(zhuǎn)向柱用的外管使用。更詳細地說，所獲得的外管具有沒有焊接部的整體型轉(zhuǎn)向柱托架，而且，存在于膨出部的兩個側(cè)壁部上的開孔的加工質(zhì)量很高，具有非常高的品質(zhì)。而且，通過在同一個金屬模具內(nèi)的一系列的操作，可以高效率地進行從膨出部的形成到開孔加工，所以，經(jīng)濟性非常高。
工業(yè)上的利用可能性在實施本發(fā)明的情況下，形成在金屬構(gòu)件上的通孔的數(shù)目沒有限制。即，在通孔的數(shù)目為一個或者兩個的情況下，當然即使在三個以上，通過在金屬模具上設置必要數(shù)目的沖壓孔和滑動工具，就能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。
另外，對于將要形成的通孔的形狀，可以適用于形成簡單的圓形、長圓形、橢圓形、大致的四角形或者將它們組合的形狀以及更復雜的形狀等各種形狀的通孔的形成。例如，可以適當?shù)亟M合實施前述實施例1～7的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，例如，可以使用備有多個沖壓孔及滑動工具的金屬模具，通過液壓穿孔同時形成具有相互不同形狀的多個通孔。
進而，在將本發(fā)明用于在將金屬管向徑向方向的外方塑性變形而形成的膨出部上形成通孔的情況下，并不局限于將金屬管向一個方向膨出的情況，即使是在全周上使之膨出的情況下，也可以應用本發(fā)明。即，在使金屬管在全周上膨出的情況下，通過部分地改變膨出的程度等，存在著板厚具有差異的厚度不均勻的部分，如果有必要在該部分上形成通孔的話，可以應用本發(fā)明。
總之，本發(fā)明并不局限于在中空構(gòu)件的膨出部上形成通孔的情況，在各種金屬制的構(gòu)件中，可以用于在板厚具有差異的厚度不均勻的部分上形成通孔的場合。
特別是，例如在將本發(fā)明用于轉(zhuǎn)向柱托架為整體型的轉(zhuǎn)向柱的制造的情況下，與前述的本發(fā)明的基本作用和效果相比，獲得更優(yōu)異的作用和效果。即，在制造這種轉(zhuǎn)向柱的情況下，如在前述圖20～23中說明的那樣，可以連續(xù)地(實質(zhì)上同時)實施用于形成成為轉(zhuǎn)向柱托架的膨出部的液壓成形工藝、和用于形成通孔的孔加工工藝。因此，可以降低制造上述轉(zhuǎn)向柱所花費的時間及勞動力，可以使制造成本降低。進而，在一個構(gòu)件上形成多個通孔的情況下，為了進行所述各個通孔的定位，無需考慮進行該構(gòu)件與所述各個通孔的定位，可以抑制成本的上升，獲得將多個通孔正確定位的制品。
另外，在將本發(fā)明應用于在轉(zhuǎn)向柱托架的膨出部上形成通孔的情況下，當然，可以是在應用于任何一個部分上的情況下，在包含所形成的通孔的周緣部在內(nèi)的該通孔的周圍的部分上，幾乎沒有下垂等材料的變形，留下良好的面。因此，在形成該通孔之后，無需用于提高上述周圍部分的精度的后續(xù)加工，或者所述后續(xù)加工變得容易，不需要或者簡化了后續(xù)加工所需的裝置或機構(gòu)，可以通過削減設備費用等來降低成本。
另外，圖示的各個實施例，表示的是對厚度存在差異的厚度不均勻的部分進行開孔(液壓穿孔)的情況。但是，在厚度(板厚)相同、加工硬化的程度存在差異的加工硬化不均勻的部分上施行開孔加工(液壓穿孔)的情況下，也有產(chǎn)生和上述厚度不均勻的部分同樣的問題的可能性。因此，在這種加工硬化不均勻的部分上，為了同時結(jié)束剪切現(xiàn)象，也可以根據(jù)加工硬化的程度調(diào)節(jié)(在設計上進行條件的設定)該部分的剪切開始的時刻等。在這種情況下，例如，使加工硬化的程度顯著的部分與前述各個實施例的說明中的厚度大(厚)的部分相對應，使加工硬化的程度低(或者不加工硬化)的部分，與在前述各個實施例的說明中的厚度小(薄)的部分相對應。根據(jù)加工硬化的程度錯開剪切開始的時刻的程度，和厚度不均勻時的情況一樣，由實驗求出。進而，不言而喻，對于厚度不均勻、而且加工硬化的程度不同的部分，可以實施本發(fā)明。在這種情況下，錯開時刻的程度根據(jù)實驗、工具厚度和加工硬化來限制。
權利要求
1.一種具有通孔的金屬制構(gòu)件，在至少一部分呈板狀的金屬制構(gòu)件的一部分上，在呈板狀的部分的厚度存在差異的厚度不均勻的部分中，以貫通該部分的狀態(tài)設置通孔，其中，該通孔是利用如下所述的液壓穿孔形成的即，在使上述厚度不均勻的部分的一個面與金屬模具接觸的狀態(tài)下，一面向該厚度不均勻的部分的另一個面上施加液壓，一面將在該厚度不均勻的部分的一部分中與設置在上述金屬模具上的沖孔對應的部分壓入該沖孔。
2.如權利要求1所述的具有通孔的金屬制構(gòu)件，其特征在于，厚度不均勻的部分的厚度逐漸變化。
3.如權利要求1～2中任何一項所述的具有通孔的金屬制構(gòu)件，其特征在于，厚度不均勻的部分是通過塑性加工形成的。
4.如權利要求3所述的具有通孔的金屬制構(gòu)件，其特征在于，塑性加工包括液壓成形法、拉深加工、彎曲加工中的至少任意一種加工。
5.如權利要求4所述的具有通孔的金屬制構(gòu)件，其特征在于，金屬制構(gòu)件是利用液壓成形法使中空管的一部分向徑向方向的外方膨出、且在該膨出的部分的側(cè)壁部上形成通孔的轉(zhuǎn)向柱。
6.如權利要求5所述的具有通孔的金屬制構(gòu)件，其特征在于，在考慮包含中空管的中心軸在內(nèi)的、在與膨出部膨出的方向垂直的方向上擴展的假想平面的情況下，整個通孔形成在從該假想平面向上述膨出的方向離開的位置處。
7.如權利要求5～6中任何一項所述的具有通孔的金屬制構(gòu)件，其特征在于，膨出的部分和未膨出的部分經(jīng)由傾斜部或者階梯部連接，通孔中的至少一部分形成在該傾斜部或者階梯部上。
8.一種具有通孔的金屬制構(gòu)件的制造方法，其特征在于，為了在金屬制的至少一部分呈板狀的構(gòu)件的一部分上、在該呈板狀的部分的厚度存在差異的厚度不均勻部分中以貫通該厚度不均勻的部分的狀態(tài)設置通孔，在施行液壓穿孔時，在將要形成的上述通孔的整個周緣上使剪切現(xiàn)象同時結(jié)束，其中，所述液壓穿孔如下所述在使該厚度不均勻的部分的一個面與金屬模具接觸的狀態(tài)下，一面向該厚度不均勻的部分的另一個面上施加液壓，一面將在該厚度不均勻的部分的一部分中與設置的上述金屬模具上的沖孔對應的部分壓入到該沖孔內(nèi)。
9.如權利要求8所述的具有通孔的金屬制構(gòu)件的制造方法，其特征在于，在將要形成的通孔的周緣處，根據(jù)厚度分布調(diào)整由液壓穿孔進行的剪切加工開始的時刻。
10.如權利要求8～9中任何一項所述的具有通孔的金屬制構(gòu)件的制造方法，其特征在于，在將要形成的通孔的周緣處，根據(jù)厚度分布調(diào)整發(fā)生達到斷裂的裂紋的時刻。
11.如權利要求8～10中任何一項所述的具有通孔的金屬制構(gòu)件的制造方法，其特征在于，作為插入金屬模具沖孔內(nèi)的滑動工具，使用如下所述的滑動工具該滑動工具根據(jù)承受剪切加工的材料的厚度分布，具有前端面在厚度小的一側(cè)向金屬模具的內(nèi)側(cè)方向突出、在厚度大的一側(cè)向金屬模具的外側(cè)方向凹入的形狀。
12.如權利要求8～11中任何一項所述的具有通孔的金屬制構(gòu)件的制造方法，其特征在于，使用如下所述的金屬模具即，作為金屬模具沖壓孔周緣部的刃尖部分的截面形狀的曲率半徑，根據(jù)該刃尖部分承受剪切加工的材料的厚度分布，在厚度大的一側(cè)所述曲率半徑形成得小，在厚度小的一側(cè)所述曲率半徑形成得大。
13.如權利要求11～12中任何一項所述的具有通孔的金屬制構(gòu)件的制造方法，其特征在于，將具有在厚度不均勻的部分中板厚小的部分比板厚大的部分向該厚度不均勻的部分側(cè)突出的前端面的滑動工具，插入到設置在金屬模具上的具有與通孔相稱的形狀及大小的沖壓孔的內(nèi)側(cè)，同時，在使上述金屬模具的內(nèi)表面碰到上述厚度不均勻的部分的一個面的狀態(tài)下，一面向該厚度不均勻的部分的另一個面施加液壓，一面使上述滑動工具沿著從上述厚度不均勻的部分退避開的方向位移，利用上述液壓，將在該厚度不均勻的部分的一部分中與上述沖壓孔對應的部分壓入到該沖壓孔內(nèi)。
14.如權利要求13所述的具有通孔的金屬制構(gòu)件的制造方法，其特征在于，通過使滑動工具的前端面中最突出的部分位于與金屬模具的內(nèi)表面相一致的部分處，使該前端面在厚度不均勻的部分中板厚小的一側(cè)與該厚度不均勻的部分的一個面接觸、在板厚大的一側(cè)隔著間隙與之對向，從這種狀態(tài)起，使上述滑動工具在沖壓孔的內(nèi)側(cè)沿著從上述厚度不均勻的部分退避開的方向位移，借此形成通孔。
15.如權利要求13所述的具有通孔的金屬制構(gòu)件的制造方法，其特征在于，使滑動工具的前端面中最突出的部分從金屬模具的內(nèi)表面突出，使最不突出的部分位于與該內(nèi)表面相一致或者比該內(nèi)表面凹入的部分處，同時，使上述前端面與仿照上述滑動工具的前端部彎曲的厚度不均勻的部分的一個面接觸，從這種狀態(tài)起，使該滑動工具在沖壓孔的內(nèi)側(cè)沿著從上述厚度不均勻的部分退避開的方向位移，借此形成通孔。
16.如權利要求8～15中任何一項所述的具有通孔的金屬制構(gòu)件的制造方法，在厚度不均勻的部分的一部分之中的板厚逐漸變化的部分，是利用液壓成形法使原材料的一部分膨出而構(gòu)成的膨出部的側(cè)壁。
17.如權利要求16所述的具有通孔的金屬制構(gòu)件的制造方法，其特征在于，金屬制構(gòu)件是利用液壓成形法使中空管的一部分向徑向方向的外方膨出、在該膨出形成的膨出部的側(cè)壁部上形成通孔的轉(zhuǎn)向柱，繼該膨出部的加工作業(yè)之后，進行該通孔的形成作業(yè)。
18.如權利要求17所述的具有通孔的金屬制構(gòu)件的制造方法，其特征在于，在考慮包含中空管的中心軸在內(nèi)的、在與膨出部的膨出方向垂直的方向上擴展的假想平面的情況下，將整個通孔形成在從該假想平面向上述膨出的方向離開的位置上。
19.如權利要求17～18中任何一項所述的具有通孔的金屬制構(gòu)件的制造方法，其特征在于，膨出部分和不膨出的部分經(jīng)由傾斜部或者階梯部連接起來，將通孔中的至少一部分形成在該傾斜部或者階梯部上。
全文摘要
本發(fā)明實現(xiàn)了穩(wěn)定地并且低成本地進行形成通孔(5c)的作業(yè)的結(jié)構(gòu)及方法，所述通孔形成在使金屬管(3)的一部分向徑向方向的外方塑性變形形成的膨出部(7a)的側(cè)壁(14)的一部分中的板厚逐漸變化的部分上。一面使液壓作用到上述側(cè)壁(14)的內(nèi)側(cè)，一面使滑動工具(13b)退避到?jīng)_壓孔(12a)內(nèi)。該滑動工具(13b)的前端面(20a)，與上述側(cè)壁(14)中、板厚比較大的部分對向的部分凹入。借助這種結(jié)構(gòu)，在該側(cè)壁(14)中，在上述滑動工具(13b)退避開始的瞬間，對和上述沖壓孔(12a)的兩個側(cè)緣吻合的部分的剪切加工的進行程度給予差異。并且，使從剪切加工轉(zhuǎn)移到斷裂的定時相一致，在上述側(cè)壁(14)中，將和該沖壓孔(12a)吻合的部分可靠地制成沖壓片(10c)，將其從該側(cè)壁(14)中取出。
文檔編號B21D26/035GK101090780SQ200680001500
公開日2007年12月19日 申請日期2006年2月14日 優(yōu)先權日2005年2月15日
發(fā)明者阿部正一, 渡邊靖, 下飯和美, 富澤淳, 內(nèi)田光俊 申請人:日本精工株式會社, 恩斯克轉(zhuǎn)向器株式會社, 住友金屬工業(yè)株式會社, 住友鋼管株式會社