| JP3799926 | CRANKCASE |
| JP3646688 | HYDRAULIC MOLDING METHOD OF HOLLOW STRUCTURAL PARTS AND ITS STRUCTURE |
| JP55070424 | PRESS WORKING METHOD |
福士 孝聡 (〒71 東京都千代田区丸の内二丁目6番1号 新日本製鐵株式会社内 Tokyo, 〒1008071, JP)
ANAI Isao (6-1 Marunouchi 2-chome, Chiyoda-k, Tokyo 71, 〒1008071, JP)
穴井 功 (〒71 東京都千代田区丸の内二丁目6番1号 新日本製鐵株式会社内 Tokyo, 〒1008071, JP)
YAMAMOTO Yasushi (6-1 Marunouchi 2-chome, Chiyoda-k, Tokyo 71, 〒1008071, JP)
山本 康士 (〒71 東京都千代田区丸の内二丁目6番1号 新日本製鐵株式会社内 Tokyo, 〒1008071, JP)
新日本製鐵株式会社 (〒71 東京都千代田区丸の内二丁目6番1号 Tokyo, 〒1008071, JP)
FUKUSHI Takaaki (6-1 Marunouchi 2-chome, Chiyoda-k, Tokyo 71, 〒1008071, JP)
福士 孝聡 (〒71 東京都千代田区丸の内二丁目6番1号 新日本製鐵株式会社内 Tokyo, 〒1008071, JP)
ANAI Isao (6-1 Marunouchi 2-chome, Chiyoda-k, Tokyo 71, 〒1008071, JP)
穴井 功 (〒71 東京都千代田区丸の内二丁目6番1号 新日本製鐵株式会社内 Tokyo, 〒1008071, JP)
YAMAMOTO Yasushi (6-1 Marunouchi 2-chome, Chiyoda-k, Tokyo 71, 〒1008071, JP)
| 上型及び下型の間で鋼管を潰して断面V字状とする、異形断面筒状部材のプレス成形方法であって、 前記上型の先端部の曲率半径をR 1 、この上型の前記先端部に対応する前記下型の底部の曲率半径をR 2 、前記鋼管の板厚をtとしたとき、R 1 、R 2 、tが、 R 1 +2t=R 2 、かつ、 1.5t≦R 1 ≦3t を満たすことを特徴とする異形断面筒状部材のプレス成形方法。 |
| 前記上型がその下死点に至る前までの間に、この上型の前記先端部と前記鋼管との間及び前記下型の前記底部と前記鋼管との間に隙間を設けた状態でプレスする工程と; 前記上型が前記下死点に達した際に、前記隙間を完全に潰すようにプレスして異形断面筒状部材とする工程と; 前記上型及び前記下型を開いた後に前記異形断面筒状部材に生じるスプリングバックにより、同異形断面筒状部材の前記底部におけるV溝面に圧縮残留応力を付与する工程と; を含むことを特徴とする請求項1に記載の異形断面筒状部材のプレス成形方法。 |
| 請求項2に記載の異形断面筒状部材のプレス成形方法により製造される断面V字状の異形断面筒状部材であって、 前記異形断面筒状部材の前記V溝面に、前記スプリングバックにより形成される前記圧縮残留応力を有することを特徴とする異形断面筒状部材。 |
| 自動車用足廻り部材であることを特徴とする請求項3に記載の異形断面筒状部材。 |
本発明は、アクスルビーム等の自動車用足
り部材に用いられる異形断面筒状部材のプ
ス成形方法と、このプレス成形方法により
形した異形断面筒状部材とに関する。
本願は、2008年5月12日に、日本に出願された
特願2008-124787号に基づき優先権を主張し、そ
内容をここに援用する。
自動車の車輪間に配置されるアクスルビー
や、その周辺のサスペンッション部材等の
動車用足廻り部材として、従来から異形断
筒状部材が広く使用されている。
このような異形断面筒状部材は、走行中に
撃荷重やねじり荷重等を繰り返し受けるた
、高強度に加え、高い耐疲労性が必要であ
。また、最近では、アクスルビーム等の自
車用足廻り部材は、複数の部材を用いて成
するのではなく、1本の鋼管をプレス加工し
て成形することが要求されている。
下記特許文献1には、高強度の鋼管をプレ ス加工して異形断面形状とした中空構造のア クスルビームが開示されている。
しかしながら、上記特許文献1のアクスルビ
ームは、応力集中部の残留応力を制御して材
料の耐疲労性を高めるために焼入れ等の熱処
理を行っている。さらには、熱処理によって
生じる酸化スケールを防止するための雰囲気
制御や脱スケール工程を必要とする。この結
果、熱処理のコストだけでなく、上記酸化ス
ケールに対応するために余分なコストも発生
する問題があった。
加えて、熱処理を施すことによって製品精
が低下し、車体への組み付け作業が困難に
るという問題もあった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたも であって、鋼管のプレス成形によりアスク ビーム等の異形断面筒状部材を製造する際 、従来のような焼入れ等の熱処理なしに耐 労性を改善し、コスト及び工程数を削減し また、製品精度を確保して車体への組み付 作業性も改善させることができる異形断面 状部材のプレス成形方法と、このプレス成 方法により成形した異形断面筒状部材との 供を目的とする。
本発明は、上記課題を解決して係る目的を
成するために以下の手段を採用した。すな
ち、
(1)本発明は、上型及び下型の間で鋼管を潰し
て断面V字状とする、異形断面筒状部材のプ
ス成形方法であって、前記上型の先端部の
率半径をR 1
、この上型の前記先端部に対応する前記下型
の底部の曲率半径をR 2
、前記鋼管の板厚をtとしたとき、R 1
、R 2
、tが、R 1
+2t=R 2
、かつ、1.5t≦R 1
≦3tを満たす。
(2)上記(1)に記載の異形断面筒状部材のプレ ス成形方法では、前記上型がその下死点に至 る前までの間に、この上型の前記先端部と前 記鋼管との間及び前記下型の前記底部と前記 鋼管との間に隙間を設けた状態でプレスする 工程と;前記上型が前記下死点に達した際に 前記隙間を完全に潰すようにプレスして異 断面筒状部材とする工程と;前記上型及び前 下型間を開いた後に前記異形断面筒状部材 生じるスプリングバックにより、同異形断 筒状部材の前記底部におけるV溝面に圧縮残 留応力を付与する工程と;を含んでもよい。
(3)また、本発明は、上記(1)に記載の異形断 面筒状部材のプレス成形方法により製造され る断面V字状の異形断面筒状部材であって、 記異形断面筒状部材の前記V溝面が、前記ス リングバックにより形成される前記圧縮残 応力を有する。
(4)上記(3)に記載の異形断面筒状部材は、自 動車用足廻り部材であってもよい。
上記(1)に記載の異形断面筒状部材のプレス 形方法では、R 1 +2t=R 2 、かつ、1.5t≦R 1 ≦3tを満たす上型及び下型を用いるので、異 断面筒状部材の残留応力を制御できる。よ て、従来のようなプレス成形後に焼入れ等 熱処理を必要とせず、疲労損傷しやすい所 の位置にプレス工程のみで圧縮の残留応力 付与して高い耐疲労性を得ることができる
さらに、上記(3)に記載の異形断面筒状部材
、部材底部のV溝面に圧縮の残留応力を有す
るので、高い耐疲労性が得られて長寿命化が
達成できる。
特に、上記(3)の異形断面筒状部材を自動車
足廻り部材に適用した場合は、自動車の低
スト化及び長寿命化が達成できる。
以下に、図面を参照しつつ本発明の好まし
実施形態を示す。
図1は、本発明の異形断面筒状部材のプレス
成形方法により成形した異形断面筒状部材の
一実施形態であるアクスルビーム1を示す。
た、図2は、図1のA-A断面図を示す。
このアクスルビーム1は、図2に示されるよ
に、上下一対の型(後述)間で1本の鋼管を潰
て断面V字状にプレス成形されたものである
符号1aは、アクスルビーム1の加工前鋼管の
面形状中の上の弧に対応する上板であり、
号1bは、同断面形状中の下の弧に対応する
板である。さらに、符号2a、2bは、それぞれ
板1a、1bの底部であり、符号2c、2dは、それ
れ底部2a、2bのV溝面である。
前記アクスルビーム1において、疲労試験時
に発生する応力は、上板1aの底部2aのV溝面2c
もっとも高くなる。そのため、上板1aの底部
2aのV溝面2cに圧縮の残留応力を有することが
求されている。したがって、本実施形態で
、部材底部2aのV溝面2cに圧縮残留応力を付
して耐疲労性を改善させている。
本実施形態では、上下一対の型間で鋼管を
して断面V字状の異形断面筒状部材を製造す
るプレス成形方法を行う際に、上型の先端部
の曲率半径をR 1
(mm)、この上型の先端部に対応する下型の底
の曲率半径をR 2
(mm)、鋼管の板厚をt(mm)として、R 1
、R 2
、tが、下記の(1)、(2)式を満たすようにプレ
成形した。
R 1
+2t=R 2
・・・・・(1)
1.5t≦R 1
≦3t・・・・・(2)
本実施形態においては、スプリングバック
のアクスルビーム1の底部2のV溝面2c、2dの残
留応力を圧縮にする、即ち、スプリングバッ
クにより底部2のV溝面2c、2dに圧縮の残留応力
を形成するためのプレス加工条件を規定して
いる。
前記(1)式は、上型(後述)が下死点に達した に型と被成形品との隙間をなくすために必 な条件である。また、後述するように、上 が下死点に至る前に型と被成形品である鋼 の所定位置との間に隙間を残すためには、R 1 ≦3tが必要である。一方、プレス成形中に成 割れしないようにするためには、1.5t≦R 1 が必要である。したがって、(2)式の条件を満 たす必要がある。
以下に、本発明のプレス成形工程について
明する。
図3~図5は、いずれもアクスルビーム1の底部
2におけるプレス成形工程の断面図である。
3~図5は、それぞれ、上型が下死点に至る前
プレス成形工程の拡大断面図、上型が下死
に達した際のプレス成形工程の拡大断面図
型開き後におけるアクスルビーム1の底部2の
拡大断面図を示す。
なお、図3~図5において、符号11は上型、符
12は下型である。また、母材である鋼管を上
型11及び下型12の間でプレス成形した場合、
間では、上板1aと下板1bとが密着される。
最初に、被成形品である鋼管を下型12にセ
トし、上型11を下降させて上型11及び下型12
間で鋼管を潰して断面V字状のアクスルビー
にプレス成形する点は、従来と基本的に同
である。しかしながら、本実施形態では以
の点で特徴を有している。
図3に示されるように、上型11が下死点に至
前のプレス成形工程においては、上板1a、
板1bともに曲率半径R 1
、R 2
が小さくなる一般的な曲げ変形である。しか
しながら、V字状のアスクルビーム1の底部2を
形成する上型11と下型12の曲率半径R 1
、R 2
は、(2)式で制限したように小さいため、被成
形品が型になじまずに曲げ過ぎが生じる。こ
の結果、上型11の先端部11aと上板1aの対応部
との間に隙間3が生じる。同様に、下型12の
部12a両サイドの部分と下板1bの対応部分との
間にも隙間4、4が生じる。
そして、上型11が下死点に至る前は、前記
間3、4を有したままプレス成形が進行する。
なお、この状態においては、上板1aの底部2a
V溝面2c及び下板1bの底部2bのV溝面2dは、圧縮
力状態である。
さらに、図4に示されるように、上型11が下
点に達した際、(1)式に制限したような上下
11、12と被成形品との間に隙間が残らない型
設計であるため、成形を続けると、上型11の
端部11aと上板1aの対応部分との隙間3及び下
12の底部12a両サイドの部分と下板1bの対応部
分との隙間4、4を潰すような変形が加わる。
まり、この場合には、底部2のV溝面2c、2dは
げ戻し、すなわち、曲率半径R 1
、R 2
が大きくなる変形を生じる。
なお、この状態においては、上板1aの底部2a
及び下板1bの底部2bは、型により押し広げら
る加工であり、いずれのV溝面2c、2dも、引張
応力状態となる。即ち、底部2のV溝面2c、2dに
は、ともに自身の曲率半径R 1
、R 2
を小さくしようとする応力が生じる。
最後に、図5に示されるように、上型11を上 させて被成形品を型から開放すると、上型1 1が下死点に達した際の底部2のV溝面2c、2dの 率半径R 1 、R 2 を大きくする加工の反動で、曲率半径R 1 、R 2 を小さくするスプリングバックが生じる。こ の結果、アクスルビームの底部2のV溝面2c、2d は、プレス成形後のスプリングバックにより 圧縮の残留応力が付与される。
上記した実施形態では、異形断面筒状部 の一例としてアクスルビームを示したが、 の周辺のサスペンッション部材等の耐疲労 を要求されるその他の自動車用足廻り部材 も、広く適用できることは勿論である。ま 、鋼管材料は何ら限定されるものではなく あらゆるものを対象とすることができる。 なわち、本発明のプレス成形方法を用いれ 、どんな鋼管材料であっても耐疲労性を改 できる。
以上の説明からも明らかなように、本発 のプレス成形方法を用いれば、発生する応 が高い部位に圧縮残留応力を付与できるた に、疲労寿命を大幅に改善できる。加えて 従来方法では、疲労寿命が短いため、プレ 成形後に焼入れ等の熱処理を実施して疲労 命を改善していた。一方で、本発明では、 処理無しでも疲労寿命を改善できるため、 処理コストの削減及び工程の簡略化が可能 ある。更には、熱処理を必要としないため 製品精度を確保できるという利点もある。
表1に示すように、780MPa級の強度を有する鋼
板を用いて形成した鋼管を、異なるt、R 1
、R 2
の条件でプレス成形し、図6のような断面V字
筒状部材を得た。なお、表1の比較例につい
て本発明の条件を満たさない数値には下線を
引いた。また、プレス成形後の部材底部2のV
面2c、2dの残留応力の性質を表1に示す。
前記筒状部材の底部2の耐疲労性を評価する
ため、図6に示すように断面V字状筒状部材の
手方向中央部から、幅20mmの試験片21を切り
した。その試験片21を切り出す際に長手方
の残留応力は解放される。しかしながら、
方向の拘束は保たれているため、切断前後
の試験片底部2のV溝面2c、2dの残留応力の値
、ほとんど変化がなかった。図7に示すよう
、切り出したV字状試験片の両端を固定側保
持具22と振動側保持具23とで保持し、試験片21
に±500MPaの両振り応力がかかるように、振動
保持具23を振動器24により周波数1Hzで図7の
印で示す水平方向(V形状の幅が増減する方向
)に振幅させて疲労試験を行った。この疲労
験によって生じたき裂の発生回数を表1に示
。ここで、疲労き裂発生回数が、1万回未満
の疲労寿命の短いもの(C)、1万回以上10万回未
満のもの(B)、10万回以上の優れた疲労寿命を
するもの(A)の3段階で評価した。
実施例1~3から明らかなように、本発明の異
断面筒状部材は、図8Aに示すように、底部2
V溝面2c、2dに十分な圧縮残留応力が付与さ
ており、耐疲労性が大幅に改善されている
とを確認した。
比較例1として、曲率半径R 1
が(2)式よりも小さい場合を示す。この場合は
、曲率半径R 1
が小さすぎるために成形時に底部2に割れが
生し、成形できなかった。
比較例2として、曲率半径R 1
が(2)式よりも大きい場合を示す。この場合は
、曲率半径R 1
が大きすぎるため、プレス工程中、隙間がな
いまま、常に被成形品が型に密着して成形さ
れる。そのため、底部2の曲げ戻しがおきず
上型11が下死点に達した際、上板1aの底部2a
V溝面2cの応力は圧縮応力である。故に、そ
後のスプリングバックによりV溝面2cは、図8B
に示すような引張り残留応力を生じ、耐疲労
性が低下する。その結果、実用に耐えない短
時間で上板1aの底部2aのV溝面2cに、図8Cに示す
ような亀裂30を生じる。
比較例3、4として、曲率半径R 2
が(1)式を満たさない場合を示す。曲率半径R 2
が(1)式を満たさないため、上型11が下死点に
した際、被成形品と型との隙間が残る。そ
ため、底部2に十分な曲げ戻しが行われず、
上板1aの底部2aのV溝面2cの応力は圧縮応力で
る。故に、その後のスプリングバックによ
V溝面2cは、図8Bに示すような引張り残留応力
を生じ、耐疲労性が低下する。その結果、実
用に耐えない短時間で上板1aの底部2aのV溝面2
cに、図8Cに示すような亀裂30を生じる。
このように、本発明の条件を満たさない比
例では、底部2の加工中に割れが生じたり、
上板1aの底部2aのV溝面2cに引張り残留応力が
じたりするため、十分な耐疲労性を得るこ
ができなかった。
以上の結果から、本発明の条件で、鋼管を
レス成形して製造した異形断面筒状部材は
十分な圧縮残留応力が付与されているため
優れた耐疲労性を有することを確認した。
以上、添付図面を参照しながら本発明の 適な実施形態について説明したが、本発明 かかる例のみに限定されない。当業者であ ば、特許請求の範囲に記載された範疇内に いて、各種の変更例または修正例に想到し ることは明らかであり、それらについても 然に本発明の技術的範囲に属するものと了 される。
アクスルビーム等に使用される異形断面 状部材のプレス成形方法とその方法により 形した異形断面筒状部材を提供することが きる。
1 アクスルビーム
1a 上板
1b 下板
2 底部
2a 上板の底部
2b 下板の底部
2c 上板の底部のV溝面
2d 下板の底部のV溝面
3 隙間
4 隙間
11 上型
11a 上型の先端部
12 下型
12a 下型の底部
21 耐疲労性試験片
22 固定側保持具
23 振動側保持具
24 振動器
30 亀裂
Next Patent: WO/2009/139430
