異型斷面筒狀部件的加壓成形方法和利用該加壓成形方法成形的異型斷面筒狀部件的製作方法

2023-05-06 18:10:51

專利名稱：異型斷面筒狀部件的加壓成形方法和利用該加壓成形方法成形的異型斷面筒狀部件的製作方法
技術領域：
本發明涉及前橋梁(axle beam)等汽車行走部件所用的異型斷面筒狀部件的加壓 成形方法和利用該加壓成形方法成形的異型斷面筒狀部件。本申請基於2008年5月12日提出的日本專利申請第2008-1 24787號公報並主 張其優先權，這裡引用其內容。
背景技術：
作為配置在汽車車輪間的前橋梁、或其周邊的懸架部件等汽車行走部件，以往一 直廣泛使用異型斷面筒狀部件。這樣的異型斷面筒狀部件由於在行走中反覆接受衝擊載荷或扭轉載荷等，因此除 了高強度以外，高的耐疲勞性是必要的。此外，最近，對於前橋梁等汽車行走部件，不要求採 用多個部件成形，而是要求通過加壓加工1根鋼管來成形。在下述專利文獻1中公開了通過加壓加工高強度鋼管而形成了異型斷面形狀的 中空結構的前橋梁。專利文獻1 日本特開2001-321846號公報但是，上述專利文獻1的前橋梁為了通過控制應力集中部的殘餘應力來提高材料 的耐疲勞性而進行了淬火等熱處理。而且，需要用於防止因熱處理而產生的氧化鐵皮的氣 氛控制或除鐵皮工序。其結果是，存在不僅發生了熱處理成本、而且為處置上述氧化鐵皮還 產生了多餘成本的問題。此外，還有因實施熱處理而造成製品精度下降、向車體上的組裝作業變得困難的 問題。

發明內容
本發明是鑑於上述事情而完成的，其目的在於提供一種在通過鋼管的加壓成形 來製造前橋梁等異型斷面筒狀部件時，可在不實施以往的淬火等熱處理的情況下改善耐疲 勞性、削減成本及工序道次、此外還可確保製品精度、改善向車體上的組裝作業性的異型斷 面筒狀部件的加壓成形方法和利用該加壓成形方法成形的異型斷面筒狀部件。本發明為了解決上述課題並實現上述目的，採取了以下的手段。即(1)本發明是通過在上模和下模之間壓潰鋼管而形成斷面V字狀的異型斷面筒狀 部件的加壓成形方法，其中，當設定所述上模的頂端部的曲率半徑為R1、與該上模的頂端部 對應的所述下模的底部的曲率半徑為R2、所述鋼管的板厚為t時，Ri、R2、t滿足Ri+2t = R2, 且滿足 1. 5t < R1 < 3t。(2)在上述(1)所述的異型斷面筒狀部件的加壓成形方法中，具有以下工序在所 述上模到達其下止點之前的期間，以在該上模的所述頂端部與所述鋼管之間以及所述下模 的所述底部與所述鋼管之間設置有間隙的狀態進行加壓的工序；在所述上模到達所述下止點時，以完全壓潰所述間隙的方式加壓從而形成異型斷面筒狀部件的工序；在打開所述上 模和所述下模間之後，通過在所述異型斷面筒狀部件上產生的回彈，對該異型斷面筒狀部 件的所述底部的V槽面賦予壓縮殘餘應力的工序。(3)此外，本發明是利用上述(1)所述的異型斷面筒狀部件的加壓成形方法製造 的斷面V字狀的異型斷面筒狀部件，其中，在所述異型斷面筒狀部件的所述V槽面上具有通 過所述回彈形成的所述壓縮殘餘應力。(4)上述(3)所述的異型斷面筒狀部件也可以是汽車行走部件。在上述(1)所述的異型斷面筒狀部件的加壓成形方法中，由於採用了滿足札+21 =R2,且滿足1. 5t ^ R1 ^ 3t的上模及下模，因此能夠控制異型斷面筒狀部件的殘餘應力。 因而，不需要以往的在加壓成形後的淬火等熱處理，通過只利用加壓工序對容易疲勞損傷 的規定位置賦予壓縮的殘餘應力，就能夠得到高的耐疲勞性。另外，上述(3)所述的異型斷面筒狀部件由於在部件底部的V槽面具有壓縮的殘 餘應力，因此能夠得到高的耐疲勞性，能夠實現長壽命化。特別是，在將上述(3)所述的異型斷面筒狀部件應用於汽車行走部件時，能夠實 現汽車的低成本化及長壽命化。


圖1是表示本發明的一實施方式的前橋梁的立體圖。圖2是圖1的A-A線的剖視圖。圖3是表示在加壓工序中上模到達其下止點之前的剖視圖。圖4是表示在加壓工序中上模到達其下止點時的剖視圖。圖5是表示加壓成形後的前橋梁底部的剖視圖。圖6是斷面V字狀筒狀部件中的V槽部的耐疲勞性評價試驗片的立體圖。圖7是表示耐疲勞性評價試驗的試驗狀況的圖示。圖8A是本發明的實施例中的試驗片的殘餘應力的圖示。圖8B是比較例2 4中的試驗片的殘餘應力的圖示。圖8C是比較例2 4中的試驗片的破壞例的圖示。符號說明1-前橋梁，Ia-上板，Ib-下板，2_底部，2a-上板的底部，2b-下板的底部，2c-上板 的底部的V槽面，2d-下板的底部的V槽面，3-間隙，4-間隙，11-上模，Ila-上模的頂端部， 12-下模，12a-下模的底部，21-耐疲勞性試驗片，22-固定側夾具，23-振動側夾具，24-振 動器，30-裂紋
具體實施例方式以下，參照附圖對本發明的優選實施方式進行說明。圖1示出通過本發明的異型斷面筒狀部件的加壓成形方法成形的異型斷面筒狀 部件的一實施方式即前橋梁1。此外，圖2示出圖1的A-A線的剖視圖。該前橋梁1如圖2所示，是通過在上下一對模(後述)之間壓潰1根鋼管並加壓 成形成斷面V字狀的前橋梁。符號Ia是前橋梁1的與加工前鋼管的斷面形狀中的上方的
4弧對應的上板，符號Ib是與該斷面形狀中的下方的弧對應的下板。另外，符號2a、2b分別 是上板la、lb的底部，符號2c、2d分別是底部2a、2b的V槽面。在所述前橋梁1中，疲勞試驗時發生的應力在上板Ia的底部2a的V槽面2c處最 高。因此，要求在上板Ia的底部2a的V槽面2c具有壓縮的殘餘應力。所以，在本實施方 式中，通過對部件底部2a的V槽面2c賦予壓縮殘餘應力來改善耐疲勞性。在本實施方式中，在進行通過在上下一對模之間壓潰鋼管制造斷面V字狀的異型 斷面筒狀部件的加壓成形方法時，當設定上模的頂端部的曲率半徑為R1 (mm)、與該上模的 頂端部對應的下模的底部的曲率半徑為R2(Him)、鋼管的板厚為t (mm)時，以Ri、R2、t滿足下 式(1)、式(2)的方式加壓成形。R^2t = R2........................ (1)1. 5t ^ R1 ^ 3t..................... (2)在本實施方式中，對用於使回彈後的前橋梁1的底部2的V槽面2c、2d的殘餘應 力壓縮、即通過回彈在底部2的V槽面2c、2d上形成壓縮的殘餘應力的加壓加工條件進行 了規定。所述式(1)是在上模(後述)到達下止點時使模與被成形品的間隙消失所必要的 條件。此外，如後所述，為了在上模到達下止點之前在模與作為被成形品的鋼管的規定位置 之間殘餘間隙,R1 ^ 3t是必要的。另一方面，為了在加壓成形中不發生成形裂紋，1. 5t ^ R1 是必要的。所以，有必要滿足式(2)的條件。以下，對本發明的加壓成形工序進行說明。圖3 圖5都是前橋梁1的底部2的加壓成形工序的剖視圖。圖3 圖5分別示 出上模到達下止點之前的加壓成形工序的放大剖視圖、上模到達下止點時的加壓成形工序 的放大剖視圖、開模後的前橋梁1的底部2的放大剖視圖。再有，在圖3 圖5中，符號11為上模，符號12為下模。此外，在將母材即鋼管在 上模11與下模12之間加壓成形時，在模間上板Ia和下板Ib密合。最初，將被成形品即鋼管放置在下模12上，通過使上模1下降而在上模11與下模 12之間壓潰鋼管，加壓成形成為斷面V字狀的前橋梁，在這點上，與以往基本相同。但是，在 本實施方式中，在以下方面具有特徵。如圖3所示，在上模11到達下止點之前的加壓成形工序中，上板Ia和下板Ib都 是曲率半徑隊、R2減小的一般的彎曲變形。但是，形成V字狀的前橋梁1的底部2的上模 11和下模12的曲率半徑RpR2如式(2)中限制那樣小，因此被成形品與模不配合地產生過 度彎曲。其結果是，上模11的頂端部Ila與上板Ia的對應部分之間產生間隙3。同樣，在 下模12的底部12a兩側的部分與下板Ib的對應部分之間也產生間隙4、4。而且，在上模11到達下止點之前，在具有所述間隙3、4的情況下進行加壓成形。再 有，在該狀態下，上板Ia的底部2a的V槽面2c及下板Ib的底部2b的V槽面2d為壓縮應 力狀態。另外，如圖4所示，在上模11到達下止點時，為如式⑴中限制的那樣的上下模 11、12與被成形品之間不殘留間隙的模設計，因此如果繼續成形，則施加使得上模11的頂 端部Ila與上板Ia的對應部分的間隙3及下模12的底部12a兩側的部分與下板Ib的對 應部分的間隙4、4壓潰的變形。即，在這種情況下，底部2的V槽面2c、2d返彎曲，也就是說，產生曲率半徑禮、R2變大的變形。再有，在此狀態下，是上板Ia的底部2a及下板Ib的底部2b通過模而被壓寬的加 工，V槽面2c、2d都呈拉伸應力狀態。也就是說，在底部2的V槽面2c、2d上都產生使本身 的曲率半徑Rl、R2減小的應力。最後，如圖5所示，如果通過使上模11上升而使被成形品從模中脫模，則通過將上 模11到達下止點時的底部2的V槽面2c、2d的曲率半徑RpR2增大的加工的反作用力產生 減小曲率半徑RpR2的回彈。其結果是，前橋梁的底部2的V槽面2c、2d通過加壓成形後的 回彈而被賦予壓縮的殘餘應力。在上述的實施方式中，作為異型斷面筒狀部件的一例子示出了前橋梁，當然也能 廣泛地應用於其周邊的懸架部件等要求耐疲勞性的其它汽車行走部件。此外，鋼管材料沒 有任何限定，能夠以所有鋼管材料為對象。也就是說，採用本發明的加壓成形方法，無論怎 樣的鋼管材料都能改善耐疲勞性。從以上的說明闡明了 採用本發明的加壓成形方法，由於能夠對發生應力高的部 位賦予壓縮殘餘應力，因而能夠大幅度改善疲勞壽命。加之，在以往方法中，由於疲勞壽命 短，因此在加壓成形後通過實施淬火等熱處理來改善疲勞壽命。而在本發明中，即使不進行 熱處理也能夠改善疲勞壽命，因此還可削減熱處理成本及簡化工序。另外，由於不需要熱處 理，因此還具有能夠確保製品精度的優點。實施例如表1所示，在不同的t、Ri、R2的條件下對採用具有780MPa級的強度的鋼板形成 的鋼管進行加壓成形，得到圖6所示的斷面V字狀筒狀部件。再有，對於表1的比較例，對 沒有滿足本發明的條件的數值劃出下劃線。此外，加壓成形後的部件底部2的V槽面2c、2d 的殘餘應力的性質見表1。為了評價上述筒狀部件的底部2的耐疲勞性，如圖6所示，從斷面V字狀筒狀部件 的長度方向中央部切下寬20mm的試驗片21。在切下該試驗片21時，長度方向的殘餘應力 被釋放。但是，圓周方向的約束被保留，因此切斷前後的試驗片底部2的V槽面2c、2d的殘 餘應力的值幾乎沒有變化。如圖7所示，由固定側夾具22和振動側夾具23夾住切下的V字 狀試驗片的兩端，為了對試驗片21附加士500MPa的交變應力，通過振動器24，以頻率IHz 使振動側夾具23向圖7箭頭所示的水平方向(V形狀的寬度增減的方向)振動，進行疲勞 試驗。通過該疲勞試驗產生裂紋的發生次數見表1。這裡，以疲勞裂紋發生次數低於1萬次 的疲勞壽命短的(C)、疲勞裂紋發生次數在1萬次以上且低於10萬次的(B)、疲勞裂紋發生 次數在10萬以上的具有優良的疲勞壽命的(A)這3階段進行評價。從實施例1 3中明確確認了，本發明的異型斷面筒狀部件如圖8A所示，對底部 2的V槽面2c、2d賦予了足夠的壓縮殘餘應力，大幅度改善了耐疲勞性。作為比較例1，表示曲率半徑R1小於式(2)的情況。此時，由於曲率半徑R1過小， 因此在成形時在底部2發生裂紋，不能成形。作為比較例2，表示曲率半徑R1大於式⑵的情況。此時，由於曲率半徑R1過大， 因此在加壓工序中被成形品一直以沒有間隙的狀態與模密合地成形。因此，不發生底部2 的返彎曲，在上模11達到下止點時，上板Ia的底部2a的V槽面2c的應力為壓縮應力。因 此，通過其後的回彈，V槽面2c產生圖8B所示的拉伸殘餘應力，耐疲勞性降低。其結果是，
6在不耐實用的短時間內，在上板la的底部2a的V槽面2c上產生圖8C所示的裂紋30。作為比較例3、4，表示曲率半徑R2沒有滿足式(1)的情況。由於曲率半徑R2沒有 滿足式(1)，因此在上模11到達下止點時，被成形品與模的間隙殘留。因此，不能向底部2 進行充分的返彎曲，上板la的底部2a的V槽面2c的應力為壓縮應力。因而，通過其後的 回彈，v槽面2c產生圖8b所示的拉伸張力殘餘應力，耐疲勞性降低。其結果是，在不耐實 用的短時間內，在上板la的底部2a的V槽面2c上產生圖8C所示的裂紋30。這樣，在沒有滿足本發明條件的比較例中，在底部2的加工中產生裂紋、或在上板 la的底部2a的V槽面2c上產生拉伸殘餘應力，因此不能得到良好的耐疲勞性。從以上結果確認，在本發明的條件下，通過對鋼管加壓成形而製造的異型斷面筒 狀部件被賦予了充分的壓縮殘餘應力，因此具有優良的耐疲勞性。表權利要求
一種異型斷面筒狀部件的加壓成形方法，其是通過在上模及下模之間壓潰鋼管而形成為斷面V字狀的異型斷面筒狀部件的加壓成形方法，其特徵在於當設定所述上模的頂端部的曲率半徑為R1、與該上模的所述頂端部對應的所述下模的底部的曲率半徑為R2、所述鋼管的板厚為t時，R1、R2、t滿足R1+2t＝R2，且滿足1.5t≤R1≤3t。
2.根據權利要求1所述的異型斷面筒狀部件的加壓成形方法，其特徵在於，具有以下工序在所述上模到達其下止點之前的期間，以在該上模的所述頂端部與所述鋼管之間以及 所述下模的所述底部與所述鋼管之間設置有間隙的狀態進行加壓的工序；在所述上模到達所述下止點時，以完全壓潰所述間隙的方式加壓從而形成異型斷面筒 狀部件的工序；在打開所述上模和下模後，通過在所述異型斷面筒狀部件上產生的回彈，對該異型斷 面筒狀部件的所述底部的V槽面賦予壓縮殘餘應力的工序。
3.一種異型斷面筒狀部件，其是利用權利要求2所述的異型斷面筒狀部件的加壓成形 方法製造的斷面V字狀的異型斷面筒狀部件，其特徵在於在所述異型斷面筒狀部件的所述V槽面上具有通過所述回彈形成的所述壓縮殘餘應力。
4.根據權利要求3所述的異型斷面筒狀部件，其特徵在於所述異型斷面筒狀部件是 汽車行走部件。全文摘要
本發明提供一種異型斷面筒狀部件的加壓成形方法，是通過在上模和下模之間壓潰鋼管而形成斷面V字狀的異型斷面筒狀部件的加壓成形方法，當設定所述上模的頂端部的曲率半徑為R1、與該上模的所述頂端部對應的所述下模的底部的曲率半徑為R2、所述鋼管的板厚為t時，R1、R2、t滿足R1+2t＝R2，且滿足1.5t≤R1≤3t。
文檔編號B60G9/04GK101980804SQ20098011157
公開日2011年2月23日 申請日期2009年5月12日 優先權日2008年5月12日
發明者中村英幸, 堀直樹, 山本康士, 福士孝聰, 穴井功, 門間義明 申請人:新日本制鐵株式會社