JP2009509774A - Apparatus and method for manufacturing a closed cross-section member with adjustable length punch and / or mold - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の分野は、自動車の分野である。特に、本発明は、自動車用の非剛性アクスルに関する。
非剛性アクスルは、一般的に、二つの車輪間に捻れ要素を形成するように設計されたアクスルを意味するために用いられる用語である。
The field of the invention is that of automobiles. In particular, the invention relates to a non-rigid axle for an automobile.
Non-rigid axle is a term generally used to mean an axle designed to form a torsion element between two wheels.
従来、非剛性アクスルは、各々が車輪を搭載するための支持体を有する二つの縦方向アームを具備しており、これらのアームは、クロスメンバー又はプロフィールとして知られる横方向の接続要素によって接続されている。
アクスルの設計中に、アクスルの品質を評価するために特に考慮される二つのパラメータがある。それらは曲げと捻れである。
Traditionally, non-rigid axles have been provided with two longitudinal arms each having a support for mounting wheels, which are connected by a transverse connecting element known as a cross member or profile. ing.
During axle design, there are two parameters that are specifically considered to assess axle quality. They are bending and twisting.
非剛性アクスルの原理は、相対的な捻り撓み性に大きな曲げ剛性を組み合わせることを可能にする。一般に、曲げ剛性と(相対的な)捻り撓み性との所望のバランスは、クロスメンバーの断面の幾何学的形状により、その慣性の捻れモーメント及び曲げが得られることから達成される。
最近数年の間に、多数の利点が提供されたことに起因して、自動車製造市場の下部及び中間セクターでは非剛性アクスル技術が大きく進歩した。これらの利点には、動作と設計の良好なバランス、及び主に全てが溶接された構造のアセンブリを用いていることにより製造費が安いという事実が含まれる。
The principle of a non-rigid axle makes it possible to combine a large bending stiffness with a relative torsional flexibility. In general, the desired balance between bending stiffness and (relative) torsional flexibility is achieved because the cross-member geometry of the cross member provides its inertial torsional moment and bending.
During the last few years, non-rigid axle technology has made significant progress in the lower and middle sectors of the automotive manufacturing market due to the numerous benefits offered. These advantages include a good balance between operation and design, and the fact that manufacturing costs are low, mainly due to the use of an all-welded construction assembly.
これらの利点は、接地システムの設計者を、一貫して技術を絶対的な限界へ推し進める方向へ導く。実際に、非剛性アクスルは、大きな弾性的変形を受ける構成部品の各々の耐久性により左右される寿命、及び縦方向と横方向の剛性の微妙なバランスを含む、特定数の限界に直面している。
絶えず増大する快適さと運転性の向上に対する要望は、特に、二つのトレーリングアーム間に捻れ剛性を導入する解決法のための非剛性アクスルの設計に向けられている。このアクスルは、広く「アンチロールバー」又は「ARB」として知られ、コーナーリングの際の車両本体のローリングを制限すると同時に、路面の不均一性のボディへの伝達を確実に除外するアクスルアセンブリの優れた垂直方向の柔軟性を維持することを目的としている。
These advantages lead the ground system designer to consistently push the technology to absolute limits. In fact, non-rigid axles face a certain number of limits, including the lifespan that depends on the durability of each component that undergoes large elastic deformations, and a delicate balance of longitudinal and lateral stiffness. Yes.
The desire for ever-increasing comfort and operability is particularly addressed in the design of non-rigid axles for solutions that introduce torsional stiffness between two trailing arms. This axle, widely known as “anti-roll bar” or “ARB”, is a superior axle assembly that limits rolling of the vehicle body during cornering and at the same time reliably eliminates transmission of road surface unevenness to the body. The purpose is to maintain vertical flexibility.
しかしながら、動作品質と全く折り合うことなく大型車両(大型セダン型乗用車、ミニバン又は場合によっては実用車)に非剛性アクスル技術を拡大することは、偶発的な力に対する静的抵抗力であるか又はアクスルアセンブリの寿命を表す荷重サイクルに対する疲労強度であるかに関わらず、最も大きな応力を受ける構成部品を、その絶対的な動作限界に導くことになる。
従って、接続要素又はクロスメンバーは、特に耐久性と動作の観点から、開発の難しい構成部品の一つを形成する。
However, extending non-rigid axle technology to large vehicles (large sedan passenger cars, minivans or even commercial vehicles) without any trade-off with operational quality is a static resistance to accidental forces or axles Regardless of the fatigue strength for a load cycle that represents the life of the assembly, the component that receives the most stress will lead to its absolute operating limit.
Thus, the connecting element or cross member forms one of the difficult-to-develop components, especially in terms of durability and operation.
現在、非剛性アクスルの、縦方向のアームを接続するクロスメンバーは、二つの異なる技術を用いて製造されている。
第一の技術では、クロスメンバーは、U字型、V字型又はL字型の断面を作るように曲げられる(又はプレス加工される)シート状の金属要素から製造される。これらのクロスメンバーは通常、アクスルに捻れ剛性を提供するアンチロールバーと組み合わせなければならない。
Currently, cross members connecting longitudinal arms of non-rigid axles are manufactured using two different technologies.
In the first technique, the cross member is manufactured from a sheet-like metal element that is bent (or pressed) to create a U-shaped, V-shaped or L-shaped cross section. These cross members typically must be combined with an anti-roll bar that provides torsional rigidity to the axle.
第二の技術は、クロスメンバーにアンチロール剛性機能を組み込む。
この場合、クロスメンバーはほぼ円形の断面を有するチューブから製造され、このチューブの少なくとも中心部に変形ステップが行われて(その結果壁の一部が壁の別の部分に対して押しつぶされる)、所望の捻れ及び曲げ剛性が得られる(例:Peugeot806(登録商標)又はOpel Zafira(登録商標))
The second technique incorporates an anti-roll stiffness function in the cross member.
In this case, the cross member is manufactured from a tube having a substantially circular cross section, and a deformation step is performed at least in the center of the tube (so that part of the wall is crushed against another part of the wall), The desired torsional and bending stiffness can be obtained (eg Peugeot 806® or Opel Zafira®)
要件を満たすのに必要な多種多様なアンチロール剛性は、クロスメンバーの断面形状を変えることにより及び/又はチューブの厚みを変更することにより、提供される。
本発明は、この第二の技術を用いて製造されたクロスメンバーに適用される。これらのクロスメンバーは、「閉じた形状のクロスメンバー」又は「閉断面のクロスメンバー」という名称で知られている。
The wide variety of anti-roll stiffness necessary to meet the requirements is provided by changing the cross-sectional shape of the cross member and / or by changing the tube thickness.
The present invention applies to cross members manufactured using this second technique. These cross members are known under the names “closed cross member” or “closed cross member”.
一般に、チューブ製のクロスメンバーを用いる非剛性アクスルは全て、中心領域にU字型又はV字型断面を有するくぼみを有している。
クロスメンバーのチューブは、その捻れ剛性を低減するために横方向の部分だけが変形され、端部には大きな捻れ慣性を有する断面(例えば、円形断面)が維持されるので、サスペンションアームへの溶接が容易である。
In general, all non-rigid axles that use a tube cross member have a recess with a U-shaped or V-shaped cross section in the central region.
The tube of the cross member is deformed only in the lateral direction to reduce its torsional rigidity, and a cross-section having a large torsional inertia (for example, a circular cross-section) is maintained at the end, so that the welding to the suspension arm Is easy.
上述の技術の一方では、非剛性アクスルのクロスメンバーは、大きな曲げ剛性と小さい捻れ剛性とを特徴とし、捻れ剛性を正確に測定することが必要である(アクスルのアンチロール剛性に関連して)。
閉断面のクロスメンバーに関する限り、全剛性はクロスメンバーによって付与され、その捻れ慣性は技術的仕様に必要なアンチロール剛性に適合するように慎重に選択される。その結果、アクスルのアンチロール剛性の公差は、完全にクロスメンバー自体の同交差に依存している。
On the other hand, the non-rigid axle cross member is characterized by a large bending stiffness and a small torsional stiffness, and it is necessary to accurately measure the torsional stiffness (relative to the anti-roll stiffness of the axle). .
As far as closed cross-section crossmembers are concerned, total stiffness is provided by the crossmember, and its torsional inertia is carefully selected to match the anti-roll stiffness required for technical specifications. As a result, the axle anti-roll stiffness tolerance is entirely dependent on the same crossing of the cross member itself.
閉断面のアクスルクロスメンバーの製造(チューブの変形による)の間、製造者は通常、技術的仕様により自動車製造者によって特定されるアンチロール剛性の公差に適合することの難しさに直面する。
アンチロール剛性に影響する要因の一つは、チューブ厚のばらつきである。
During the manufacture of a closed cross-section axle cross member (due to tube deformation), the manufacturer typically faces difficulty in meeting the anti-roll stiffness tolerances specified by the car manufacturer according to technical specifications.
One factor affecting anti-roll stiffness is tube thickness variation.
この問題は、チューブ厚のばらつきに対するアクスルのアンチロール剛性の感度を低減することにある。
大きさの程度は、チューブ厚の±0.1mmのばらつきが、技術的仕様において約3倍のアクスルのアンチロール剛性の公差の幅を生じるようなものである。
The problem is to reduce the sensitivity of the axle anti-roll stiffness to tube thickness variations.
The degree of size is such that a variation of ± 0.1 mm in tube thickness results in an axle anti-roll stiffness tolerance range of about three times in technical specifications.
閉断面のトーションビームアクスルのアンチロール剛性に対する制御を保つというこの問題には、複数の解決法が適用されている。
第一の解決法は、分類方法を用いて、チューブ供給者と協働し、(圧延及び溶接プロセスに起因する)チューブ厚のばらつきを制御することである。
しかし現実には、このような解決法の可能性は比較的限定されている。
Several solutions have been applied to this problem of maintaining control over the anti-roll stiffness of a closed section torsion beam axle.
The first solution is to use a classification method to work with the tube supplier to control tube thickness variations (due to rolling and welding processes).
In reality, however, the possibilities for such solutions are relatively limited.
第二の解決法は、厚みの公差を改善するために、圧延及び溶接プロセスにより得られるチューブに再び同様の加工を行って使用することである。
この解決法は効果的であることが分かっているが、付随するコストが高くなる。従って、アクスルの全体的なコストが増大し、これは通常自動車製造業者の要求に合わない。
The second solution is to use the same processing again on the tube obtained by rolling and welding processes in order to improve the thickness tolerance.
While this solution has proven effective, the associated costs are high. Thus, the overall cost of the axle is increased, which usually does not meet the demands of automobile manufacturers.
別の解決法によれば、形成される断面の幾何学的形状の制御を改善するホットプレス処理を行う。
しかしながら、現実には、この技術では、厚みのばらつきに対する感受性を低減できないことが分かっている。
According to another solution, a hot pressing process is performed which improves the control of the geometric shape of the cross section formed.
In reality, however, it has been found that this technique cannot reduce sensitivity to thickness variations.
更に別の解決法によれば、クロスメンバーの両端の、チューブのシート状金属は、(押し抜きにより一方の金属シートを他方のシートに入れる)「クリンチ」の方法を用いて接続されている。
この解決法は、動作区域(最小の捻れ慣性を有する区域)の実際の長さのばらつきを良好に制御できるが、チューブ厚のばらつきを補償しない。
According to yet another solution, the sheet metal of the tube at both ends of the cross member is connected using a “clinch” method (punching one metal sheet into the other).
This solution can better control the actual length variation of the operating area (the area with the minimum torsional inertia) but does not compensate for tube thickness variations.
本発明は、特に、従来技術の欠点を低減することを目的とする。
具体的には、本発明の目的は、従来技術の解決法と比べて、クロスメンバーの捻れ剛性のばらつきを良好に制御できる、非剛性アクスルの閉断面のクロスメンバーを製造する技術を提案することである。
The present invention is particularly aimed at reducing the disadvantages of the prior art.
Specifically, the object of the present invention is to propose a technique for producing a cross member having a closed cross section of a non-rigid axle, which can better control the variation in torsional rigidity of the cross member as compared with the prior art solution. It is.
本発明の別の目的は、設計が単純で実施が容易な、このような技術を提供することである。
本発明の別の目的は、このような技術に対応する製造方法を提案することである。
Another object of the present invention is to provide such a technique that is simple in design and easy to implement.
Another object of the present invention is to propose a manufacturing method corresponding to such a technique.
これらの目的は、後述で明らかになる他の目的と共に、自動車の非剛性アクスルの二つの縦方向アームを接続する閉断面のクロスメンバーを製造するための工作機械機器設備を課題とする本発明によって実現される。前記工作機械機器設備は、パンチと協働して前記クロスメンバーの前記閉断面上に一定の長さの捻じれゾーンを形成する少なくとも一つの金型と、前記クロスメンバーを規定の位置に保持する手段とを具備し、前記金型及び/又は前記パンチの長さが調節可能であることにより、前記捻れゾーンの前記長さを変更できることを特徴とする。
従って、これは、クロスメンバーの捻れゾーン(「作動ゾーン」としても知られる)の長さと、従ってその捻れ剛性の調節を可能にする適応システムとなる。
These objectives, together with other objectives that will become apparent later, are intended to be machine tool equipment for producing a cross-section of a closed cross section connecting two longitudinal arms of a non-rigid axle of an automobile. Realized. The machine tool equipment equipment holds the cross member in a predetermined position and at least one mold that cooperates with a punch to form a twisted zone of a certain length on the closed cross section of the cross member. And the length of the twist zone can be changed by adjusting the length of the mold and / or the punch.
This therefore provides an adaptive system that allows adjustment of the length of the torsional zone of the cross member (also known as the “actuation zone”) and thus its torsional stiffness.
捻れゾーンの長さのこのような変更は、単に成形工作機械機器設備のパンチと金型の寸法形状を調節することにより、並びにそのような調節を工作機械機器設備に統合された方法で行うことにより達成できる。これについて後述で更に詳細に説明する。
好ましい解決法によれば、前記金型と前記パンチの各々は、互いに離れたり近づいたりできる少なくとも二つの部品を具備している。
Such changes in the length of the torsional zone should be made simply by adjusting the punch and mold dimensions of the forming machine tool equipment and in a manner integrated with the machine tool equipment. Can be achieved. This will be described in more detail later.
According to a preferred solution, each of the mold and the punch comprises at least two parts that can be moved away from each other.
これは、次に、クロスメンバーの望ましい捻れ剛性に適合するように工作機械機器設備を調節するための、特に単純で効果的な方法を提供する。
第一の実施形態によれば、前記金型及び/又は前記パンチの前記二つの部品は、少なくとも一つの作動シリンダーによって作動させることができる。
This in turn provides a particularly simple and effective way to adjust the machine tool equipment to match the desired torsional stiffness of the cross member.
According to a first embodiment, the two parts of the mold and / or the punch can be actuated by at least one actuating cylinder.
第二の実施形態によれば、前記金型及び/又は前記パンチの前記二つの部品は、ネジ手段により保持されて互いに連続する。
この場合、工作機械機器設備は、好ましくは、前記金型及び/又は前記パンチの前記二つの部品間に配置できる一組のシムを具備する。
According to a second embodiment, the two parts of the mold and / or the punch are held by screw means and are continuous with each other.
In this case, the machine tool equipment preferably comprises a set of shims that can be arranged between the two parts of the mold and / or the punch.
この場合、この一組のシムは、所望の精度で一定の範囲を覆うことができる、異なる厚みの多様なシムを含むことができる。
有利な解決法によれば、前記保持手段は、少なくとも一つの可変移動クランプを具備している。
このようなクランプは、工作機械機器設備のモジュール特性に寄与し、クロスメンバーの厚みと長さの両方に工作機械機器設備を適応させることができる。
In this case, the set of shims can include a variety of shims of different thicknesses that can cover a certain range with the desired accuracy.
According to an advantageous solution, the holding means comprise at least one variable displacement clamp.
Such a clamp contributes to the module characteristics of the machine tool equipment and can adapt the machine tool equipment to both the thickness and length of the cross member.
本発明はまた、自動車の非剛性アクスルの二つの縦方向アームを接続するための閉断面のクロスメンバーの製造方法に関し、本方法では、パンチと協働して前記クロスメンバーの前記閉断面上に一定の長さの捻れゾーンを形成する少なくとも一つの金型と、前記クロスメンバーを規定の位置に保持する手段とを具備する工作機械機器設備を使用し、前記金型及び/又は前記パンチの長さを調整することにより前記捻れゾーンの前記長さを調節するステップを含むことを特徴とする。
好ましくは、本方法は、前記クロスメンバーの所望の捻れ剛性及び前記断面の壁厚に従って、前記捻れゾーンの前記長さを計算する予備ステップを含む。
有利な解決法によれば、本方法は、前記保持手段を形成する二つのクランプの移動を調整するステップを含む。
The present invention also relates to a method of manufacturing a cross-section of a closed cross-section for connecting two longitudinal arms of a non-rigid axle of an automobile, wherein the method works on the closed cross-section of the cross member in cooperation with a punch. Using machine tool equipment comprising at least one mold forming a torsion zone of a certain length and means for holding the cross member in a defined position, the length of the mold and / or the punch Adjusting the length of the torsional zone by adjusting the height.
Preferably, the method includes a preliminary step of calculating the length of the torsion zone according to the desired torsional stiffness of the cross member and the wall thickness of the cross section.
According to an advantageous solution, the method comprises the step of adjusting the movement of the two clamps forming the holding means.
本発明の他の特徴及び長所は、完全に非制限的な例示的実施形態として提示され、及び添付図面に示される本発明の好ましい実施形態についての後述の説明により更に明らかとなる。 Other features and advantages of the present invention will be more fully apparent from the following description of preferred embodiments of the invention, presented as a completely non-limiting exemplary embodiment and shown in the accompanying drawings.
図1〜3に示すように、閉断面のクロスメンバーは、従来技術によりチューブ1から製造され、このチューブの断面は、捻れゾーンを製造するために、プレス機を用いて変形される。
従来の工作機械機器設備は、プレス機によって作動され、互いに協働して捻れゾーンを形成するパンチ2及び金型3、並びにチューブ1の両端に押し付けられるクランプ4を具備している。
1-3, a closed cross-section cross member is manufactured from the
A conventional machine tool equipment includes a
最初の段階では、チューブをプレス機上に置き、チューブを固定するためにクランプをチューブの近くに配置し、次いでプレス機を閉じる。
図2は、所定の固定長を有する捻れゾーンを形成するステップを示し、金型3とパンチ2との間でチューブが押しつぶされている。
形成ステップの最後にプレス機を開き(従って金型3とパンチ2が互いに離れる)、クランプをチューブから外す(図3)。
In the first stage, the tube is placed on the press, a clamp is placed near the tube to secure the tube, and then the press is closed.
FIG. 2 shows a step of forming a twisted zone having a predetermined fixed length, in which the tube is crushed between the
At the end of the forming step, the press is opened (thus the
図4a及び4bに示すように、閉断面のクロスメンバーの捻じれゾーンは、クロスメンバーの中心部に対応するゾーンLに付与された名称である。
このようなクロスメンバーでは、チューブの断面の幾何学的形状と、チューブ厚と、捻れゾーンの長さとが、クロスメンバーの捻れ剛性を得る上で重要な要因である。
As shown in FIGS. 4a and 4b, the twisted zone of the cross member having the closed cross section is a name given to the zone L corresponding to the center of the cross member.
In such a cross member, the cross-sectional geometry of the tube, the tube thickness, and the length of the torsion zone are important factors in obtaining the torsional rigidity of the cross member.
加えて、任意の断面形状とチューブ厚について、捻れゾーンの長さΔLが変動すると、次のように、クロスメンバーの捻れ剛性Rが変動する。即ち、Lが増えるとRが減少し、逆にLが減るとRが増加する。
従って、捻れゾーンLの長さが最小の時、クロスメンバーの捻れ剛性は最大である(図5)。逆に、捻れゾーンLの長さが最大の時、クロスメンバーの捻れ剛性は最小である(図6)。
In addition, for any cross-sectional shape and tube thickness, when the twist zone length ΔL varies, the twist stiffness R of the cross member varies as follows. That is, when L increases, R decreases, and conversely, when L decreases, R increases.
Therefore, when the length of the torsion zone L is minimum, the torsional rigidity of the cross member is maximum (FIG. 5). Conversely, when the length of the torsion zone L is maximum, the torsional rigidity of the cross member is minimum (FIG. 6).
前述のように、図7に示す本発明の原理は、パンチ2と金型3の長さを調整可能にすることにより、必要な捻れゾーンの長さに応じて長さΔLを変更可能にすることにある。
このために、図8に示す実施形態によれば、パンチ2と金型3の各々は、それぞれ互いに近づいたり遠ざかったりすることができる二つの部品2a及び2b、並びに3a及び3bを有し、これによりΔLを変動させることが可能である。
As described above, the principle of the present invention shown in FIG. 7 makes it possible to change the length ΔL according to the length of the required twist zone by making the lengths of the
For this purpose, according to the embodiment shown in FIG. 8, each of the
部品2aと2bの間の分離と、部品3aと3bの間の分離は、それらの間に一つ又は複数のシム6を配置することにより行われる。
当然のことながら、シムの数と厚みは、所望のΔLに適合するように選択される。
The separation between the components 2a and 2b and the separation between the components 3a and 3b are performed by placing one or
Of course, the number and thickness of shims are selected to match the desired ΔL.
パンチの部品2a、2bは、ネジ付きロッド5を用いてシム6と共に保持される。金型の部品3a、3bとシム6も同様である。
更に、クランプ4の移動は、クランプを並進移動させる油圧シリンダーアクチュエータ(図示せず)によって制御される。
The punch parts 2a, 2b are held together with the
Furthermore, the movement of the
パンチと金型の長さは、例えば考慮可能な別の実施形態により車上シリンダーを用いて、油圧制御により変更できる。
このような工作機械機器設備の適応的調整は、工作機械機器設備の部分的な分解の有無に関わらず、プレス機上で、各製造工程の間に行われる(一の工程は、特定の平均チューブ厚を特徴とする一バッチのチューブによって規定される)。
The length of the punch and mold can be changed by hydraulic control, for example using an on-board cylinder according to another possible embodiment.
Such adaptive adjustment of machine tool equipment is performed on the press machine during each manufacturing process, with or without partial disassembly of the machine tool equipment (one process is a specific average Defined by a batch of tubes characterized by tube thickness).
工作機械機器設備を組み立てる前に、チューブ厚に従って捻れゾーンの長さを計算する。これは、技術的仕様に定められた剛性に準じて行われる。
従って、このような工作機械機器設備により、製造期間中に、複数の工程で構成部品を形成することが可能である。
Before assembling machine tool equipment, calculate the length of the torsion zone according to the tube thickness. This is done according to the stiffness defined in the technical specifications.
Therefore, with such machine tool equipment, it is possible to form components in a plurality of steps during the manufacturing period.
図9〜11は、厚みの所与のばらつきと、作動長の所与の変化量の関数として、本発明により得られる捻れ剛性の公差帯の一実施例を示すグラフである。
図9のグラフは、一のバッチのチューブのチューブ厚のばらつき(3.35mm〜3.55mm)を示す。
FIGS. 9-11 are graphs illustrating one example of a torsional stiffness tolerance band obtained by the present invention as a function of a given variation in thickness and a given amount of change in operating length.
The graph of FIG. 9 shows the tube thickness variation (3.35 mm to 3.55 mm) of one batch of tubes.
図10のグラフは(捻れゾーンの長さに対応する)作動長の変動を示す。
図11のグラフは捻れ剛性に関する出力データを示す。
The graph of FIG. 10 shows the variation in working length (corresponding to the length of the torsion zone).
The graph of FIG. 11 shows output data regarding torsional rigidity.
上記実施例では、作動長(図4aではLと表示)を618〜700mmで変動させることにより、±0.1mmのチューブ厚の公差について、±2m.daN/°の剛性の公差帯に適合することが可能になる。
作動ゾーンの長さを変えないと(つまり従来技術の技術を用いると)、チューブ厚のばらつきは、捻れ剛性に±7.25m.daN/°(±8%)のばらつきを招く。
In the above embodiment, the tube length tolerance of ± 0.1 mm is ± 2 m.m. by varying the operating length (labeled L in FIG. 4 a) from 618 to 700 mm. It becomes possible to adapt to a tolerance band of rigidity of daN / °.
Without changing the length of the working zone (i.e., using prior art techniques), the tube thickness variation would be ± 7.25 m. It causes a variation of daN / ° (± 8%).
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