中空穩定器的製造方法與流程
2023-12-07 18:40:46 1
本發明涉及一種中空結構的中空穩定器的製造方法。
背景技術：
汽車等車輛具備用於抑制車輪的上下偏移導致的車身側傾的穩定器(穩定杆或防傾杆)。通常，穩定器由具備在車寬方向上延伸的扭轉部和朝著車輛的前後方向彎曲成形的左右一對臂部並大致呈u字形的棒體構成。在車輛中，通過將各臂部的前端分別連接到車輪的懸架裝置上、並將扭轉部插入到固定在車身側的襯套中，而在懸架在左右懸架裝置之間的狀態下支撐穩定器。
在行駛過程中，當車輛轉彎或通過起伏不平的路面時，由於左右車輪的上下移動，會在左右懸架裝置之間產生行程差。此時，向穩定器的各臂部分別輸入各懸架裝置間的行程差導致的負載(位移)，通過來自各臂部的負載(位移差)而將扭轉部扭轉，並產生試圖恢復扭轉變形的彈力。穩定器通過試圖恢復該扭轉變形的彈力，來控制左右車輪的上下位移差，提高車身的側傾剛度，抑制車身的側傾。
作為穩定器的形態，有具有實心結構的實心穩定器和具有中空結構的中空穩定器。實心穩定器具有機械強度優異、能夠將製造成本也抑制得較低的特性。相對於此，中空穩定器與實心穩定器相比，雖然不容易確保機械強度，但是一種適於實現車輛的輕量化的形態。通常，作為中空穩定器的原材料，使用有縫鋼管、無縫鋼管、鍛接鋼管等。這些當中，有縫鋼管的製造成本較低且量產性優異，所以較多用作中空穩定器的原材料。
中空穩定器多數通過如下方式製造：對這種鋼管實施彎曲加工來賦形為產品形狀，之後實施熱處理。作為彎曲加工，是使用nc折彎機進行的冷彎曲加工、使用整體彎曲模型進行的熱彎曲加工等根據鋼管的厚度、外徑來實施。另外，通常，作為熱處理，是進行油淬或水淬和回火。或者，還有對冷彎曲加工過的鋼管實行實施退火而不是淬火回火的軋制模型的步驟。然後，實施過熱處理的鋼管經過由噴丸硬化進行的表面加工處理、塗裝處理等精加工處理來產品化。
近年來，在汽車等車輛中，通過電動機、二次電池的裝配，車輛重量呈現大重量化的趨勢。與此相伴，針對中空穩定器，為了對應更高的應力，要求機械強度、疲勞耐性等的進一步提高。一直以來，作為中空穩定器的原材料，使用管厚度(t)和外徑(d)的比值(t/d)比較小、管厚度未滿5.5mm左右、且尺寸精度、成形性良好的薄壁有縫鋼管。但是，現在，通過將大徑厚壁的有縫鋼管熱縮徑軋制，針對各種外徑，製造出了更厚壁的鋼管。而且，通過擴大鋼管厚度(t)和外徑(d)的比值(t/d)的選擇範圍，也擴大了注重於機械強度的確保的中空穩定器的設計範圍。
例如，在專利文獻1中，作為一種提供低價高質量的鋼管的技術，公開了壁厚度t和外徑d的百分比為t/d≧20％的中空穩定器用有縫焊接鋼管。另外，記載了壁厚度t和外徑d的百分比為t/d≧20％的中空穩定器用有縫焊接鋼管可以通過採用有縫焊接後縮徑軋制的有縫焊接鋼管來實現，通過用張力減徑機熱軋鋼管來對鋼管的外徑進行縮徑，其結果是，與軋制前相比可以增加t/d(參照第0009段)。
另外，在專利文獻2中，作為一種獲得穩定器的耐久性的技術，公開了一種中空穩定器的製造方法，其特徵在於，進行縮管步驟，即在熱或溫的溫度範圍內對有縫鋼管縮管而使壁厚度對外徑的比率為18～35％，進行將縮管過的有縫鋼管冷成形為穩定器形狀的成形步驟，針對成形過的穩定器半成品進行熱處理步驟，接著，進行對穩定器半成品投射丸粒的噴丸硬化，接著對穩定器半成品進行塗裝。
[專利文獻1]日本特開2004-009126號公報
[專利文獻2]日本特開2002-331326號公報
技術實現要素：
發明所要解決的課題
通常，在實際使用時，中空穩定器的彎曲部會同時產生較大的彎曲應力和扭轉應力，是應力較高的部位。因此，彎曲部是中空穩定器中最希望強度、疲勞強度(耐久性)的提高的部位。另外，在對作為中空穩定器原材料的鋼管實施淬火的製造方法中，有時會實施由通電加熱進行的加熱處理。中空穩定器的彎曲部在通電加熱時，有時會發生電流密度增高、產生局部高溫化的情況。另外，即使淬火時進行冷卻，但彎曲部由於是凹狀的，冷卻速度很容易降低。因此，彎曲部有可能淬火不完全、硬度下降。
另外，在對鋼管實施淬火時，有時在預先堵塞鋼管的管端的開口後，將鋼管浸漬到冷卻劑中來進行冷卻處理。因為兩管端密封過的鋼管從外面側被冷卻，所以內面側與外面側相比，淬火較差，很難確保硬度。因此，鋼管的內面、尤其其中的彎曲部的內面比起中空穩定器的外面側等，有更容易成為疲勞破壞的起點的趨勢。
這樣的話，管厚度(t)和外徑(d)的比值(t/d)越大，在鋼管的內面側產生的淬火的惡化越明顯。通常，已知對鋼管的內面實施噴丸硬化來確保內面側的硬度的方法，但這種方法中，工作量、製造成本會大幅增加，在製造步驟上很難兼顧淬火處理。因此，需要一種能夠使鋼管的彎曲部具有良好的淬火硬度的技術。
因此，本發明的目的是提供一種能夠使作為中空穩定器的原材料的鋼管的彎曲部具有良好的淬火硬度的中空穩定器的製造方法。
用於解決課題的方法
為了解決上述問題，本發明涉及的第一中空穩定器的製造方法，其中管狀中空穩定器在車輛上具備並具備有在車寬方向上延伸的扭轉部、在車輛的前後方向上延伸的臂部和用於連接所述扭轉部與所述臂部的彎曲部，其特徵在於：包括對作為中空穩定器的原材料的管材實施彎曲加工，來成形為具備有所述彎曲部的產品形狀的成形步驟、和對實施了彎曲加工的所述管材實施淬火的淬火步驟；在所述淬火步驟中，將所述管材浸漬到冷卻劑中，並向所述彎曲部的外面噴射冷卻劑，來進行冷卻處理。
另外，本發明涉及的第二中空穩定器的製造方法，其中管狀中空穩定器在車輛上具備並具備有在車寬方向上延伸的扭轉部、在車輛的前後方向上延伸的臂部和用於連接所述扭轉部與所述臂部的彎曲部，其特徵在於：包括對作為中空穩定器的原材料的管材實施彎曲加工，來成形為具備有所述彎曲部的產品形狀的成形步驟、和對實施了彎曲加工的所述管材實施淬火的淬火步驟；在所述淬火步驟中，將所述管材浸漬到冷卻劑中，並向所述管材的內部噴入冷卻劑，來進行冷卻處理。
根據本發明，可以提動一種能夠使作為中空穩定器的原材料的鋼管的彎曲部具有良好的淬火硬度的中空穩定器的製造方法。另外，根據這種製造方法，可以提供一種彎曲部的硬度提高、強度較高的輕量中空穩定器。
附圖說明
圖1a是表示連接在車輛具備的懸架裝置上的中空穩定器的一個例子的立體圖。
圖1b是表示連接在車輛具備的懸架裝置上的中空穩定器的一個例子的平面圖。
圖2是實心穩定器和等價尺寸的中空穩定器在重量、外面應力和內面應力方面的比較圖。
圖3是表示本發明的實施方式涉及的中空穩定器的製造方法的流程圖。
圖4是表示對彎曲成形過的管材的彎曲部的內側從外面進行局部淬火的狀態的俯視圖。
圖5是表示通過由內面噴射進行的淬火方法，對彎曲成形過的管材從內面進行局部淬火的狀態的俯視圖。
圖6是表示通過由內面噴射進行的淬火方法，對彎曲成形過的管材從內面進行局部淬火的狀態的另一個例子的俯視圖。
圖7是用硬度表示外面噴射的效果的圖。
圖8是通過疲勞試驗表示水淬和由內面噴射進行的淬火的效果、以及與只有水淬的情況進行的比較的s-n圖。
具體實施方式
首先，參照附圖對通過本發明的實施方式涉及的中空穩定器的製造方法製造的中空穩定器進行說明。並且，對於各圖中共通的部件，給予相同的符號進行表示，並省略重複的說明。
圖1是表示中空穩定器的一個例子的圖。圖1a是連接在車輛具備的懸架裝置上的中空穩定器的立體圖。圖1b是中空穩定器的平面圖。
在本實施方式涉及的中空穩定器的製造方法中，可以製造出如圖1a和圖1b所示的車輛用中空穩定器1。中空穩定器1是一種採用中空鋼管等成形的管狀穩定器。中空穩定器1具備：在車寬方向上延伸的扭轉部1a、以及在車輛的前後方向上延伸的左右一對臂部1b、1b。
中空穩定器1是如下結構：中空穩定器1具有在彎曲部1c、1c處分別彎曲並與左右一對臂部1b、1b相連的大致u字形的形狀，其中彎曲部1c、1c對稱地位於在車寬方向上延伸的扭轉部1a的兩端。並且，彎曲部1c具有2個以上。
中空穩定器1的扭轉部1a的外徑d為約10mm～約43mm，板厚度為約2mm～約10mm。後述t/d表示上述(板厚度t/外徑d)。在各臂部1b、1b的前端具有作為安裝部的板狀連接部(螺栓孔部)1d、1d。連接部(螺栓孔部)1d、1d通過衝壓加工形成為具有安裝孔1d1、1d1的板狀(扁平狀)。
臂部1b、1b的前端的各連接部1d、1d經由穩定器連杆2、2分別連接到固定在未圖示的車身上的左右一對懸架裝置3、3上。在各懸架裝置3的車軸部3a上安裝未圖示的車輪。懸架裝置3具有壓縮彈簧和液壓減震器，用於通過內部摩擦、粘滯阻力減衰來自車輪的撞擊、振動等以緩和傳送到車身。
扭轉部1a插入到固定在車身的未圖示的橫梁等處的橡膠製襯套4上，並懸掛在左右懸架裝置3、3之間。通過這種結構，當左右車輪的上下移動使左右懸架裝置3、3產生行程差時，位移導致的負載會從各懸架裝置3、3傳遞到各臂部1b、1b，扭轉部1a扭轉變形。而且，扭轉部1a會產生試圖恢復該扭曲變形的彈力。中空穩定器1通過克服這種扭轉變形的彈力，抑制車身的左右傾斜來提高側傾剛度，使車輛行駛更穩定。
中空穩定器1以有縫鋼管、sr(stretchreduce)管(熱軋有縫鋼管)、有縫拉制鋼管等鋼管為原材料。有縫鋼管是鋼板在熱狀態下通過軋輥成形為管筒狀，作為管筒的長度方向接縫的寬度方向的端部通過電阻焊接合。而且，因為管筒的接縫上的外面焊縫是功能性障礙，所以通過切削加工將其除去。sr管是準備大徑的有縫鋼管，並進行高頻加熱。然後，通過由熱拉深加工進行的成形，厚壁化為小徑管，即製成了厚壁小徑管的有縫鋼管。另外，有縫拉制鋼管是通過由插入插銷進行的冷拉加工等來縮徑作為主要材料的有縫鋼管、sr管得到的鋼管。通常，伴隨有縫拉制鋼管的拉制加工的截面積的減少率在30％以上45％以下左右的範圍內。
例如，在外徑為約12mm～約44mm、板厚度t為約2mm～約6.5mm的中空穩定器1中使用有縫鋼管。是t/d＝0.09～0.22左右的中空穩定器1。另外，在外徑為約12mm～約44mm、板厚度t為約2mm～約10mm的中空穩定器1中使用sr管。是t/d＝0.12～0.31左右的中空穩定器1。
圖2是實心穩定器和等價尺寸的中空穩定器在重量、外面應力和內面應力方面的比較。橫軸上取t(板厚度)/d(外徑)，縱軸上取重量(實線)、外面應力(虛線)、內面應力(點劃線)。圖2中，以實心穩定器的情況為100％，表現了中空穩定器中重量、外面應力、內面應力如何變化。因此，實心穩定器的重量、外面應力是100％，實心穩定器因為沒有內面且不發生內面應力，所以內面應力是0％。
對於重量，實心穩定器是100％，隨著t/d降低(板厚度t變薄)，因為板厚度t的變化即是外徑的變化，所以重量比呈2次函數降低。如果從實心穩定器變為t/d降低的中空穩定器，截面積減少，所以外面應力、內面應力有增加的趨勢。
外面應力在從實心穩定器到t/d＝0.275以上的中空穩定器1之間相等，以t/d＝約0.275為界，隨著t/d降低，外面應力增加。並且，如果是t/d＝約0.275的中空穩定器1，重量可以降低約20％。
對於內面應力，實心穩定器是0％，隨著t(板厚度)減少(t/d降低)，截面積減少，內面應力增加。t/d為約0.275以下時的內面應力與外面應力相比，變化較大。t/d＝約0.18以下時，發生來自內面的疲勞破壞。t/d＝約0.18以下時，內面應力和外面應力同時急劇上升。那麼，t/d＝約0.18以下時，內面硬度的提高更重要。
對於內面應力，實心穩定器是0％，隨著t(板厚度)減少(t/d降低)，截面積減少，內面應力增加。t/d為約0.275以下時的內面應力與外面應力相比，變化較大。t/d＝約0.18以下時，發生來自內面的疲勞破壞。t/d＝約0.18以下時，內面應力和外面應力同時急劇上升。那麼，t/d＝約0.18以下時，內面硬度的提高更重要。
從以上所述，可認為t/d＝約0.18以下時，內面應力和外面應力同時急劇上升，所以更需要內面側和外面側的硬度提高。另外，中空穩定器1中，由於t/d＝約0.18～0.275等的板厚度t變厚，如上所述，彎曲部1c的內側的淬火有可能不完全。另一方面，t(板厚度)較厚接近實心的t/d＝0.275以上時，外面應力與實心時的情況相同，內面應力較低，所以可以不對內面應力管理。
如圖1b所示，中空穩定器1具備的扭轉部1a和臂部1b分別具有大致直管狀的形狀。另一方面，彎曲部1c具有在中空穩定器1的軸方向上具有曲率的彎曲形狀。並且，本說明書中，彎曲部1c是指，如圖1b中虛線所示，由大致直管狀的扭轉部1a和在中空穩定器1的軸方向上具有曲率的部位的界線、與大致直管狀的臂部1b和在中空穩定器1的軸方向上具有曲率的部位的界線夾出的區域。因此，在中空穩定器1具有多段彎曲的產品形狀的情況下，彎曲部1c具有一部分直管狀的區間也無妨。
在中空穩定器1的實際使用時，對臂部1b的一端側給予的負載由於與另一端側連接，會發生彎曲應力和扭轉應力，通常，該彎曲部1c是中空穩定器1中的最大主應力分布的區域。因此，可以說管厚度(t)和外徑(d)的比值(t/d)在預定範圍內時，提高中空穩定器1的疲勞強度的基礎上，鋼管的內面側的硬度、特別是彎曲部1c的內面側的硬度的確保很重要。
特別是，sr管的情況下，中空穩定器1的彎曲部1c、1c(參照圖1a和圖1b)的內側可能不完全淬火。究其原因，認為在淬火時，是由厚壁化、在形狀方面冷卻劑很難接觸導致的冷卻速度降低造成的。淬火不完全時，對中空穩定器1的耐久性有不好的影響。
於是，本實施方式涉及的中空穩定器的製造方法中，對作為中空穩定器1的管材的鋼管實施淬火時，向鋼管噴射冷卻劑，來進行冷卻處理，提高彎曲部1c的外面還有內面的淬火，實現彎曲部1c的內側的淬火硬度的提高。
圖3是表示本發明的實施方式涉及的中空穩定器的製造方法的流程圖。
圖3所示的中空穩定器的製造方法包括如下：成形步驟s10、淬火步驟s20、回火步驟s30、管端加工步驟s40、表面加工步驟s50和塗裝步驟s60。該製造方法中，通過依次經過這些步驟進行中空穩定器1的製造。
作為中空穩定器的原材料的管材的長度和外徑能夠根據所需的產品形狀，成為適當的尺寸。如上所述，有縫鋼管的情況下，採用如下範圍：扭轉部1a的外徑為約12mm～約44mm，板厚度t為約2mm～約6.5mm。t/d＝0.09～0.22左右。sr管的情況下，例如可採用如下範圍：扭轉部1a的外徑為約12mm～約44mm，板厚度為約2mm～約10mm。t/d＝0.12～0.31左右。
中空穩定器1的管材優選管厚度(t)和外徑(d)的比值(t/d)為0.10以上。彎曲成形時，管材彎曲，有如下趨勢：管材的彎曲外側在彎曲方向上被拉伸，管厚度(t)變薄，另一方面，彎曲內側在彎曲方向上被壓縮，管厚度(t)變厚。管厚度(t)和外徑(d)的比值(t/d)為0.10以上的話，這樣管材的截面形狀扁平化較少，所以可以優選用作原材料。
中空穩定器1的管材可以是錳硼鋼、彈簧鋼等適當的材料。這些當中優選的材料是錳硼鋼。錳硼鋼的碳(c)含量優選為0.20質量％以上且0.35質量％以下。通過使碳含量為0.20質量％以上，可以確保良好的強度、硬度。另外，通過使碳含量為0.35質量％以下，可以確保良好的成形性、有縫鋼管制造時的焊接性。
成形步驟s10是，對作為中空穩定器的原材料的管材實施彎曲加工，來成形為具備有彎曲部的產品形狀的步驟。該步驟中，通過彎曲管材，形成左右一對彎曲部1c、1c，並近似賦形為扭轉部1a和臂部1b通過各彎曲部1c連接的產品形狀。管材的焊接部的餘高可以是只除去管材的外面側，也可以是外面側和內面側都除去。並且，彎曲加工能夠根據所需的產品形狀在多個部位實施、以形成多個彎曲部1c。
管材的成形通過彎曲加工進行。另外，彎曲加工可以是使用整體彎曲模型的模型成形、以及使用折彎機的彎曲成形中的任意一個。特別優選為使用整體彎曲模型的模型成形。通常，在使用整體彎曲模型的模型成形中，具有管材的彎曲外側分別被拉向兩管端側，彎曲部1c的截面形狀扁平化的趨勢。但是，管材的管厚度(t)和外徑(d)的比值(t/d)為0.10以上的話，扁平化的可能性較低，所以能夠使用整體彎曲模型實施集中的多段彎曲的情況較多。
作為彎曲加工中的加熱方法，可以利用由加熱爐進行的加熱、通電加熱、高頻感應加熱等適當的方法。通電加熱通過快速加熱，可以在抑制脫碳的同時對管材進行加熱處理。因此，優選採用通電加熱。模型成形中的加熱溫度優選為約900℃以上且約1200℃以下。該溫度下的模型成形的加工性好，量產性也高。另一方面，在720℃以下進行彎曲加工時，除模型成形以外，也可以是使用折彎機的彎曲成形。
淬火步驟s20是對實施了彎曲加工的管材實施淬火的步驟。該步驟中，詳細來說，對通過加熱處理奧氏體化的鋼管，使用液體冷卻劑，以下部臨界冷卻速度以上的速度進行冷卻處理。
管材的加熱處理可以通過由加熱爐進行的加熱、通電加熱、高頻感應加熱等適當的方法進行。這些當中特別優選的方法是通電加熱。例如，可以通過分別在管材的兩端連接兼作為電極的夾具，對管材的兩端間通電進行通電加熱。通電加熱能夠在低廉的處理設備中實施，能夠快速加熱，所以適於實現良好的生產性。另外，可以快速且在長度方向上均勻地使管材升溫，所以在可以將脫碳、熱變形抑制在較低程度這一點上是有效的。並且，成形步驟s10中，進行使用整體彎曲模型的熱彎曲加工可以是進行管材的加熱處理作為彎曲加工的前一步驟的步驟。
管材的加熱處理可以一併使用滲碳劑來進行。即，淬火過程s20中，也能夠對管材實施滲碳淬火。滲碳淬火可以只對管材的外面、或管材的內面、或外面和內面中的雙方實施。作為滲碳法，可以使用固體滲碳法、氣體滲碳法和液體滲碳法中的任意一種。作為固體滲碳法，對木炭或骨炭使用碳酸鋇(baco3)等滲碳促進劑。氣體滲碳法是使用含c的天然氣等氣體，在爐中混合空氣使其不完全燃燒，再加熱進行的。液體滲碳法是在將nacn等作為主要成分的鹽浴中加熱進行的。
實施滲碳淬火時，管材的厚度(t)和外徑(d)的比值(t/d)優選為0.10以上且未滿0.275，更優選為0.10以上且未滿0.18。通過在這種對內面側的淬火硬度的要求變高的比值(t/d)的範圍中，實施滲碳淬火的方式，可以在實現表面有預定的硬度的中空穩定器1時，避免對疲勞強度的提高沒有幫助的不必要的滲碳淬火的實施。另外，不論管材的材質，均可以肯定後述淬火處理中的淬火效果。另一方面，管材的厚度(t)和外徑(d)的比值(t/d)為0.275以上時，可以不對管材的內面實施滲碳淬火。
管材的冷卻處理(淬火處理)可以通過水淬、水溶液淬火、鹽水淬火、油淬等使用液體冷卻劑的適當的方法進行。水淬是使用水作為冷卻劑的方法。水溫可以為0℃以上且100℃以下左右，優選為5℃以上且40℃以下的溫度範圍。水溶液淬火(聚合物淬火)是使用添加過高分子聚合物的水溶液作為冷卻劑的方法。作為高分子聚合物，可以使用例如聚亞烷基二醇、聚乙烯吡咯烷酮等各種高分子聚合物。鹽水淬火是使用添加過氯化鈉等鹽類的水溶液作為冷卻劑的方法。
冷卻處理可以根據管材的材質、管厚度(t)、外徑(d)等實施，以達到適當的冷卻速度。特別優選的冷卻處理是進行水淬。這是因為水淬時，可以降低使用過的冷卻劑的廢棄物成本、冷卻劑導致的環境負荷。另外，在冷卻劑自身的處理、淬火後管材中冷卻劑的除去等也可以較簡單地進行這一點上是有利的。
圖4是表示對彎曲成形過的管材的彎曲部的內側從外面進行局部淬火的狀態的俯視圖。
淬火過程s20中，如圖4所示，將彎曲加工過的管材1s導入未圖示的充滿冷卻劑的淬火槽中，浸漬到淬火槽中的冷卻劑中實施淬火。圖4中，表示了待淬火處理的管材1s被固定到淬火治具j上、整個淬火治具j被投入到淬火槽中的狀態。管材1s在兩管端1s1、1s2的開口未堵塞的狀態下，整體浸漬到冷卻劑中。因此，管材1s的外面1e的大部分和管材1s的內面1f均為接觸到冷卻劑的狀態。並且，圖4中，管材1s的透視截面通過虛線示出，淬火治具j的大概的形狀通過2點劃線示出為矩形。
如圖4所示，淬火夾具j具備有夾子c1、c2、c3、c4和支撐部j1、j2。淬火夾具j支撐待淬火處理的管材1s，較容易地輸送淬火槽的槽內和槽外之間的管材1s。淬火夾具j可具有在充滿淬火槽的冷卻劑中，使管材1s搖動的功能。
淬火夾具j可以是具備有例如板狀、拼接板狀、板條狀等適當形態的本體的結構。另外，可以是能支撐待淬火處理的管材1s的適當的大小。淬火夾具j可以與未圖示的可動機構等連接，在淬火槽的槽內和槽外之間插脫自由，以將固定在淬火槽的槽外的管材1s轉送到淬火槽的槽內。另外，淬火夾具j可以通過未圖示的可動機構等，在單軸方向或其他軸(原文可能是多軸)方向上往返自由運動，以使管材1s在冷卻劑中能夠搖動。搖動速度優選為220mm/sec以上，更優選為350mm/sec以上。搖動速度的上限雖然也根據管材1s的固定狀態、冷卻劑的振動狀態等，但優選為650mm/sec以下左右。
夾子c1、c2、c3、c4固定在淬火夾具j上，可自由拆裝地握持住待淬火處理的管材1s。在圖4中，在扭轉部1a上具備4個夾子c1、c2、c3、c4，但作為替代，也能夠設置適當的個數、配置。但是，夾子c1、c2、c3、c4優選的是設置在固定管材1s的直管狀部分、即扭轉部1a和臂部1c中的至少一個的位置上，更優選的是設置在只固定扭轉部1a的位置上，以防止管材1s的熱變形。另外，管材1s的外面中與夾子c1、c2、c3、c4相接的被拘束部1h(參照圖1b)因為與冷卻劑的接觸惡化、冷卻速度降低，所以優選設置於在遠離彎曲部1c的區間握持的位置上。
支撐部j1、j2是支撐待淬火處理的管材1s的部位。支撐部j1、j2例如由基座等構成，固定設置在淬火夾具j上，以相對淬火夾具j具有高度。在圖4中，在臂部1b的管端1s1、1s2側具備支撐部j1、j2，但作為替代，也能夠設置適當的個數、配置。但是，將夾子c1、c2、c3、c4設置在握持扭轉部1a的位置上時，優選為至少設置在握持臂部1b的位置上。
本實施方式涉及的中空穩定器的製造方法中，淬火步驟s20中，對浸漬到冷卻劑中的管材1s的彎曲部1c、1c的內側1c1、1c2的各外面1e實施冷卻處理，即連續噴射(外面噴射)冷卻劑的噴射流、即噴射水流。冷卻劑的噴射可以通過圖4所示的冷卻劑噴射工具(n1、h1、p1、n2、h2、p2)進行。來自冷卻劑噴射工具的冷卻劑的噴射優選為將管材1s浸漬到淬火槽中的同時快速開始，優選為至少達到ms相變點為止。
冷卻劑噴射工具具備有噴嘴(n1、n2)、軟管(h1、h2)和小型潛水泵(p1、p2)。如圖4所示，冷卻劑噴射工具分別配置在待淬火處理的管材1s的兩管端1s1、1s2。冷卻劑噴射工具優選為在冷卻處理期間，相對待淬火處理的管材1s的位置是固定的。因此，在冷卻劑中搖動管材1s時，為了冷卻劑噴射工具也同步，例如可以固定在淬火夾具j上，也可以與淬火夾具j整體設置。
噴嘴n1、n2是噴出冷卻劑的部位。如圖4所示，優選的是，一邊的噴嘴n1配置為與浸漬到冷卻劑中的管材1s的一邊的彎曲部1c的內側1c1的外面1e相對，另一邊的噴嘴n2配置為與另一邊的彎曲部1c的內側1c2的外面1e相對。在淬火步驟s20中實施通電加熱時，管材1s的彎曲部1c的內側1c1、1c2具有由於電流密度的集中而容易高溫化的趨勢。因此，若將冷卻劑直接噴射到彎曲部1c、1c的彎曲內側1c1、1c2的各外面1e上，在高效提高冷卻速度這一點上是有利的。
軟管h1、h2通過泵p1、p2連接噴嘴n1、n2和未圖示的冷卻劑供給源。軟管h1優選為由橡膠製、樹脂制、金屬制例如不鏽鋼(sus)做成的蛇紋管結構的撓性管構成，若具有可撓性、防鏽性等、可以順暢地長時間供給冷卻劑的水的功能的話，並不特別限定。軟管h1、h2形成從冷卻劑供給源到泵p1、p2的流過冷卻劑的流路。作為冷卻劑供給源，可以利用充滿冷卻劑的淬火槽自身、儲存向淬火槽供給的冷卻劑的冷卻劑儲槽等。即軟管h1、h2可以是與淬火槽的槽內連通、從噴嘴n1、n2循環噴射淬火槽內的冷卻劑的形態，軟管h1、h2也可以是與冷卻劑儲槽等連通、從噴嘴n1、n2噴射從淬火槽外新供給的冷卻劑的形態。
通過用以上冷卻劑噴射工具(n1、h1、p1、n2、h2、p2)實施冷卻處理，即向浸漬到冷卻劑中的管材1s的彎曲部1c的彎曲內側1c1、1c2的各外面1e噴射冷卻劑，可以增大管材1s的彎曲部1c的彎曲內側1c1、1c2的各外面1e和彎曲部1c附近的冷卻劑之間的傳熱率。因此，能夠進一步提高管材1s的彎曲部1c的冷卻速度。其結果是，不僅對於中空穩定器1的彎曲部1c的外面1e，而且對於內面1f，均可以提高馬氏體形成率。而且，通過確保彎曲部1c的外面1e和內面1f的硬度，可以製造疲勞耐久性良好的中空穩定器1。由冷卻劑噴射工具進行的外面噴射的流量期望為噴射流量8.5升/min以上，流速2000mm/sec以上。
回火步驟s30是對實施過淬火的管材實施回火的步驟。該步驟中，詳細來說，在將管材加熱處理到ac1相變點以下的預定溫度後，進行適當的冷卻處理。管材的加熱處理可以通過由加熱爐進行的加熱、通電加熱、高頻感應加熱等適當的方法進行。回火溫度根據所需的產品規格可以為適當的溫度，但是，通常，優選為200℃以上且未滿400℃，更優選為200℃以上且290℃以下，進一步優選為230℃以上且270℃以下。另一方面，管材的冷卻處理可以通過水冷、空冷等適當的方法和時間進行。並且，根據待製造的中空穩定器1的材質、產品規格，回火步驟s30是能夠省略實施的。
管端加工步驟s40是對管材實施管端加工來形成連接部的步驟。該步驟中，例如，通過由衝壓進行的壓縮加工對彎曲成形過的管材的末端塑性變形、形成扁平狀後，用開孔模型開孔。從而形成連接部1d、1d，該連接部在彎曲成形過的管材的末端分別具有安裝孔1d1、1d1。並且，連接部1d、1d的形態、形成方法沒有特別限制。
表面加工步驟s50是對管材的外面實施噴丸硬化的步驟。噴丸硬化可以在約900℃以下和在約720℃以下的任一溫度中進行，也可以改變粒徑、投射速度等條件，反覆進行多次。通過實施噴丸硬化，可以對中空穩定器1的表面給予壓縮殘餘應力，在提高疲勞強度、耐磨性的同時，防止應變失效裂紋、應力腐蝕破裂等。噴丸硬化對t/d＝約0.18以下的中空穩定器1的耐久性提高等是有效的。並且，根據中空穩定器1的材質、剷平規格，表面加工步驟s50是能夠省略實施的。
塗裝步驟s60是對管材的表面實施塗裝的步驟。該步驟中，因為對管材進行塗裝處理，所以首先進行表面清潔、表面處理。對管材的表面實施除去油脂、異物等除去處理、基底處理等各種預處理。作為基底處理，例如可以形成磷酸鋅、磷酸鐵等的塗層。然後，對管材進行使用塗料的塗裝。作為塗料，優選使用粉末塗料，例如，可以適當地使用環氧樹脂制的粉末塗料。作為塗裝方法，例如可以使用為了在中空穩定器1的表面形成厚50μm以上左右的塗層而進行塗料噴射的方法、塗料浸泡的方法。使用粉末塗料時，用於燒制的加熱處理可以通過由加熱爐進行的加熱和紅外線加熱中的任意一個進行。作為塗裝處理，可以實施電沉積塗裝、溶劑塗裝等。
經過以上步驟，可以製造中空穩定器1。製造的中空穩定器1中，由於在淬火步驟s20中，對管材的彎曲部1c實施冷卻速度變高的淬火處理，所以不僅對於彎曲部1c的外面1e，而且對於內面1f，均實現了近似目標硬度的高淬火硬度。因此，根據本實施方式涉及的中空穩定器的製造方法，可以製造疲勞耐久性良好的中空穩定器1。
接著，對本發明的其他實施方式涉及的中空穩定器的製造方法進行說明。
圖5是表示通過由內面噴射進行的淬火方法，對彎曲成形過的管材從內面進行淬火的狀態的俯視圖。
該中空穩定器的製造方法中，在淬火步驟s20中，代替向管材1s的彎曲部1c、1c的內側1c1、1c2的各外面噴射冷卻劑的冷卻處理(參照圖4)，採用將管材1s浸漬到冷卻劑中並向管材1s的內部噴入(內面噴射)冷卻劑的冷卻處理(參照圖5)。冷卻劑的噴入可以通過圖5所示的冷卻劑噴入工具(n3、h3、p3、n4、h4、p4)進行。冷卻劑的噴入優選為將管材1s浸漬到淬火槽中的同時快速開始，優選為至少達到ms相變點為止。另外，從抑制管材1s的外面和內面的冷卻速度差的觀點看，優選為向管材1s的內部噴入冷卻劑並搖動管材1s。
該製造方法中，中空穩定器1的管材優選為管厚度(t)和外徑(d)的比值(t/d)為0.10以上，更優選為0.25以上且未滿0.275。若管厚度(t)和外徑(d)的比值(t/d)為0.10以上，可以適當的使用作為如上所述的原材料。一方面，若管厚度(t)和外徑(d)的比值(t/d)為未滿0.275，中空穩定器1的內面側發生的應力(主應力)變高，相對於以每種材料的理想硬度為目標實施淬火的外面側，發生更近似的內面應力(參照圖2)。因此，這種情況下，若應用向管材1s的內部噴入冷卻劑的冷卻處理，在可以提高內面側的淬火這一點上是有利的。另一方面，對於管厚度(t)和外徑(d)的比值(t/d)為0.275以上的鋼管，針對中空穩定器的疲勞耐久性，內面側的硬度的幫助較低，所以可以不應用向管材1s的內部噴入冷卻劑的冷卻處理。
如圖5所示，冷卻劑噴入工具具備有噴嘴(n3、n4)、軟管(h3、h4)和小型潛水泵(p3、p4)。冷卻劑噴射工具分別配置在待淬火處理的管材1s的兩管端1s1、1s2。冷卻劑噴入工具優選為在冷卻處理期間，相對待淬火處理的管材1s的位置是固定的。因此，在冷卻劑中搖動管材1s時，為了冷卻劑噴入工具也同步，例如可以固定在淬火夾具j上，也可以與淬火夾具j整體設置。
噴嘴n3、n4是噴出冷卻劑的部位。噴嘴n3、n4分別接近浸漬到冷卻劑中的管材1s的兩管端1s1、1s2，並與兩管端1s1、1s2的開口大致同心配置。如圖5所示，為了確保在管材1s的內部和淬火槽之間冷卻劑的出入自由，噴嘴n3、n4的前端配置在稍微遠離管端1s1、1s2的位置上。並且，冷卻劑噴入工具(n3、h3、p3、n4、h4、p4)具備的其他結構可以是與冷卻劑噴射工具((n1、h1、p1、n2、h2、p2)中的結構相同。
通過以上冷卻劑噴入工具(n3、h3、p3、n4、h4、p4)實施向浸漬到冷卻劑中的管材1s的內部噴入冷卻劑的冷卻處理，從一邊的噴嘴n3高壓噴射出的冷卻劑被從管材1s的一邊的管端1s1、1s2噴入內部(圖5的白色箭頭β1、β2)。然後，流過管材1s的內部後，從管端1s1、1s2排出(圖5的箭頭β3、β4)。通過這樣做，能夠增大管材1s的內面1f和流過管材1s的內部的冷卻劑之間的傳熱率，將管材1s的內面側的冷卻速度提高到與外面側相近的水平，其中外面側進行以理想硬度為目標的冷卻。其結果是，對於中空穩定器1的內面1f，特別是彎曲部1c、1c的內面1f1、1f2、被拘束部1h的內面1f，可以提高馬氏體形成率。而且，通過確保中空穩定器1的內面1f的硬度，可以製造疲勞耐久性良好的中空穩定器。由冷卻劑噴入工具進行的內面噴射的流量雖然也根據管材1s的內徑、臂部1b的長度、彎曲部1c的形狀等，但期望為噴射流量8.5升/min以上，流速2000mm/sec以上。
配置在管材1s的兩管端1s1、1s2的各冷卻劑噴入工具(n3、h3、p3、n4、h4、p4)優選設定為，從噴嘴n3、n4噴射出的冷卻劑流在管材1s的內部中心附近的流速變高。通過使冷卻劑噴射到彎曲部1c、1c的內面1f1、1f2附近(圖5的白色箭頭β10、β20)，如圖5的箭頭所示，可以從管材1s的兩管端1s1、1s2的周壁側高效排出冷卻劑(圖5的箭頭β3、β4)。通過用配置在管材1s的兩管端1s1、1s2附近的各冷卻劑噴入工具(n3、h3、p3、n4、h4、p4)從管材1s的兩管端1s1、1s2噴入冷卻劑，可以抑制沿管材1s的軸方向產生的熱變形。
配置在管材1s的兩管端1s1、1s2的各冷卻劑噴入工具(n3、h3、p3、n4、h4、p4)可以從兩管端1s1、1s2同時噴入冷卻劑，也可以交互噴入。通過從兩管端1s1、1s2同時噴入冷卻劑，可以使管材1s的內面1f，特別是左右一對彎曲部1c、1c的內面1f1、1f2的冷卻速度均勻且高速。另一方面，若以適當的噴射間隔從兩管端1s1、1s2交互噴入冷卻劑，可以一邊提高鋼管的彎曲部1c、1c的內面1f1、1f2的冷卻速度，一邊抑制升溫過的冷卻劑滯留在扭轉部1a的中央附近，所以容易提高遍及管材1s的兩管端1s1、1s2的軸方向上的冷卻速度的均勻性。
接著，對本發明的變形例涉及的中空穩定器的製造方法進行說明。
圖6是表示通過由內面噴射進行的淬火方法，對彎曲成形過的管材從內面進行局部淬火的狀態的另一個例子的俯視圖。
所述其他實施方式涉及的中空穩定器的製造方法中，用於淬火步驟s20中的冷卻處理的冷卻劑噴入工具(n3、h3、p3、n4、h4、p4)配置在待淬火處理的管材1s的兩管端1s1、1s2，從兩管端1s1、1s2向管材1s的內部噴入冷卻劑(參照圖5)。但是，作為替代，如圖6所示，也可以採用如下方法：只將冷卻劑噴入工具(n5、h5、p5)配置在管材1s的一邊的管端1s1，使冷卻劑在一個方向上流過管材1s的內部。
如圖6所示，冷卻劑噴入工具具備有噴嘴n5、軟管h5和小型潛水泵p5。並且，冷卻劑噴入工具(n5、h5、p5)具備的其他結構可以是與冷卻劑噴入工具((n3、h3、p3、n4、h4、p4)中的結構相同。冷卻劑噴入工具(n5、h5、p5)只配置在待淬火處理的管材1s的一邊的管端1s1。而且，另一邊的管端1s2，配置設有噴射保護g1。
噴射保護g1覆蓋固定在淬火夾具j上的管材1s的管端1s2。噴射保護g1設置為大於管材1s的外徑，以使其內面遠離管材1s。噴入到管材1s的內部的冷卻劑從管端1s2排出時撞擊噴射保護g1，起到使排出的噴射水流的流速緩和流動的作用。
通過以上冷卻劑噴入工具(n5、h5、p5)實施向浸漬到冷卻劑中的管材1s噴入冷卻劑的冷卻處理，從一邊的噴嘴n5高壓噴射的冷卻劑被從管材1s的一邊的管端1s1噴入內部(圖6的白色箭頭β5)。然後，流過管材1s的內部後，從另一邊的管端1s2排出(圖6的箭頭β6)。通過這樣做，能夠增大管材1s的內面1f和流過管材1s的內部的冷卻劑之間的傳熱率，將管材1s的內面側的冷卻速度提高到與外面側相近的水平，其中外面側進行以理想硬度為目標的冷卻。其結果是，對於中空穩定器1的內面1f，特別是彎曲部1c、1c的內面1f1、1f2、被拘束部1h的內面1f，可以提高馬氏體形成率。而且，通過確保中空穩定器1的內面1f的硬度，可以製造疲勞耐久性良好的中空穩定器。
以上其他的實施方式涉及的中空穩定器的製造方法中，由使用冷卻劑噴入工具的內面噴射進行的冷卻處理也能夠與所述由使用冷卻劑噴射工具的外面噴射進行的冷卻處理一併進行。即，淬火步驟s20中，也能夠將管材浸漬到冷卻劑中，向管材的內部噴入冷卻劑，並向彎曲部的外面噴射冷卻劑，來進行冷卻處理。另外，這時，冷卻劑噴入工具可以只配置在待淬火處理的管材的一端側，也可以配置在管材的兩端側。並且，對於不向管材的內部噴入冷卻劑，而向彎曲部的外面噴射冷卻劑來進行冷卻處理的方式，管端加工步驟s40中進行的連接部1d的形成也可以在成形步驟s10中進行。
實施例
以下，雖然採用本發明的實施例對本發明進行了更詳細說明，但本發明的技術範圍並不限定於此。
[實施例1]
作為實施例1，實施以下方式的中空穩定器的製造方法：將作為中空穩定器的原材料的管材浸漬到冷卻劑中，並向彎曲部的外面噴射冷卻劑，來進行冷卻處理。然後，進行對於製造出的中空穩定器的彎曲部中的硬度分布的評價。並且，在實施例1中，評價多個試驗材料(實施例1-1、實施例1-2)，該試驗材料以管厚度(t)為7.5mm、外徑(d)為30mm、管厚度(t)和外徑(d)的比值(t/d)為0.25的sr鋼管為原材料。
[比較例1]
作為比較例1，實施以下中空穩定器的製造方法：除不向作為中空穩定器的原材料的管材的彎曲部的外面噴射冷卻劑、並進行冷卻處理這一點之外，與實施例1相同。然後，作為實施例1的對照，進行製造出的中空穩定器的評價。並且，在比較例1中，與實施例1相同，評價多個試驗材料(比較例1-1、比較例1-2)，該試驗材料以管厚度(t)為7.5mm、外徑(d)為30mm、管厚度(t)和外徑(d)的比值(t/d)為0.25的sr鋼管為原材料。
圖7是用硬度表示外面噴射的結果的圖。
在圖7中，橫軸表示距彎曲部的彎曲內側的外表面的距離(深度)(mm)，縱軸表示試驗力300gf中的維氏硬度(hv)。粗實線是比較例1-1涉及的中空穩定器中的測定值，細實線是比較例1-2涉及的中空穩定器中的測定值，粗虛線是實施例1-1涉及的中空穩定器中的測定值，細虛線是實施例1-2涉及的中空穩定器中的測定值。另外，圖7中，一併表示了換算成洛氏硬度hrc40和hrc43的基準線。
如圖7所示，可知，淬火步驟s20中，實施例1-1和實施例1-2涉及的中空穩定器與比較例1-1和比較例1-2涉及的中空穩定器相比，彎曲部的淬火硬度被提高。另外，可以確認，遍及距外表面的深度方向的硬度分布的均勻性比較好。因此，我們認為，對於向彎曲部的外面噴射冷卻劑來進行冷卻處理的方式的中空穩定器的製造方法，若考慮實際應用時應力的集中等，對疲勞耐久性的提高是有利的。
[實施例2]
作為實施例2，實施以下方式的中空穩定器的製造方法：將作為中空穩定器的原材料的管材浸漬到冷卻劑中，並向鋼管的內部噴入冷卻劑，來進行冷卻處理。然後，進行對於製造出的中空穩定器的疲勞耐久性的評價。並且，如圖5所示，冷卻劑向管材中的噴入由從待淬火處理的管材的兩端進行的方法進行。作為中空穩定器的原材料，採用管厚度(t)為7.5mm、外徑(d)為30.0mm、管厚度(t)和外徑(d)的比值(t/d)為0.25的sr鋼管。
[比較例2]
作為比較例2，實施以下中空穩定器的製造方法：除不向作為中空穩定器的原材料的管材的內部噴入冷卻劑就進行冷卻處理這一點之外，與實施例2相同。然後，作為實施例2的對照，進行製造出的中空穩定器的評價。
圖8是通過疲勞試驗表示水淬和由內面噴射進行的淬火的效果、以及與只有水淬的情況進行的比較的s-n圖。
圖8中，對於經過現有的冷卻處理的中空穩定器產品，點劃線表示維伯爾分布下求得50％的累計破損概率的平均值的結果，虛線表示維伯爾分布下求得10％的累計破損概率的平均值的結果。▲線是比較例2涉及的中空穩定器的測定值，△線是實施例2涉及的中空穩定器的測定值。
如圖8所示，可以確認，實施例2涉及的中空穩定器中，儘管將管厚度(t)和外徑(d)的比值(t/d)為0.25、較大的sr鋼管作為原材料，但是與比較例2涉及的中空穩定器相比，疲勞耐久性提高，能夠將破損概率抑制在較低水平。因此，我們認為，向管材的內部噴入冷卻劑來進行冷卻處理的方式的中空穩定器的製造方法對疲勞耐久性的提高是有利的。
附圖標記的說明
1穩定器
1a扭轉部
1b臂部
1c連接部
1e外面
1f內面
1h被拘束部
2穩定器連杆
3懸架裝置
3a車軸部
4襯套
c1、c2、c3、c4夾子(拘束部)
j1、j2支撐部
n1、n2噴嘴(冷卻劑噴射工具)
h1、h2軟管(冷卻劑噴射工具)
p1、p2小型潛水泵(冷卻劑噴射工具)
j淬火夾具
s10加熱步驟
s20成形步驟
s30淬火步驟
s40回火步驟
s50管端加工步驟
s60表面加工步驟
s70塗裝步驟