JP6135158B2 - Axle housing and method of manufacturing axle housing - Google Patents
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Description
本発明は、トラック等の車両に使用されるアクスルハウジングおよびその製造方法に関し、さらに詳しくは、本体とチューブエンドの間の溶接部が高い強度を有するアクスルハウジングおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to an axle housing used for a vehicle such as a truck and a manufacturing method thereof, and more particularly to an axle housing having a high strength welded portion between a main body and a tube end and a manufacturing method thereof.
トラックをはじめとする大型車両の後車軸用等に、鋼板製のアクスルハウジングが用いられる。アクスルハウジングは、プロペラシャフトの先端部とディファレンシャルギア、アクスルシャフト等を収容するとともに、積載物等の荷重を支持する役割を果たす。 Steel axle housings are used for the rear axles of large vehicles such as trucks. The axle housing serves to support a load such as a load while accommodating the tip of the propeller shaft, a differential gear, an axle shaft, and the like.
アクスルハウジングの端部には、ホイールベアリングを支持し、アクスルシャフトの回転をホイールに伝達するためのパイプ状のチューブエンド（スピンドル）が取り付けられる。チューブエンドの取り付け構造の一例として、図７（ａ）に示すように、本体８０の端部の筒状部に同径のチューブエンド９０の端縁を突き合わせて溶接８５を施した突き合わせ構造がある。また、別の例として、図７（ｂ）に示すように、本体８０の端部の筒状部（またはチューブエンド９０）に段差を形成したインロー構造に溶接８５を施したものが挙げられる。（例えば特許文献１）。いずれの場合にも、溶接部８５は、本体８０の筒状部およびチューエンド９０の周に沿って、全周にわたって形成される。
A pipe-like tube end (spindle) for supporting the wheel bearing and transmitting the rotation of the axle shaft to the wheel is attached to the end of the axle housing. As an example of the tube end mounting structure, as shown in FIG. 7A, there is a butting structure in which the end of the
従来一般に、上記のようなアクスルハウジング本体８０の筒状部とチューブエンド９０との間の溶接部８５は、相互に仮固定した本体８０とチューブエンド９０を１周だけ軸回転させながらアーク溶接を行うことによって全周にわたって形成される。しかし、通常は、本体８０の筒状部およびチューブエンド９０は、機械的強度を確保するために、ある程度板厚の大きい材料から構成されており、溶接部の幅Ｗに対する高さＨが大きくなりがちである。一般に、Ｈ／Ｗで規定される溶接部の縦横比（図６参照）が大きくなると、溶融金属の冷却中に溶接部８５に収縮割れが発生しやすい。溶接部が炭素鋼よりなる場合には、縦横比Ｈ／Ｗが１．２〜１．３以上となると、収縮割れが顕著に発生しやすくなる。
Generally, the
車両積載物等の荷重を支持するというアクスルハウジングの機能に鑑みると、アクスルハウジングは高い機械的強度を有する必要がある。特に、溶接部には高い機械的強度が求められる。しかし、上記のようにアクスルハウジングの本体８０とチューブエンド９０の間の溶接部８５に収縮割れが発生すると、本体８０とチューブエンド９０の間の接合部に高い機械的強度を得られない。また、このような収縮割れの発生により、走行中の車両から後車軸部が急に外れるというような事故に至る可能性もある。
In view of the function of the axle housing that supports a load such as a vehicle load, the axle housing needs to have high mechanical strength. In particular, high mechanical strength is required for the weld. However, when shrinkage cracks occur in the
本発明が解決しようとする課題は、本体部とチューブエンドの間の溶接部において、収縮割れの発生が防止され、高い機械的強度を有するアクスルハウジング、およびそのようなアクスルハウジングの製造方法を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide an axle housing having high mechanical strength in which shrinkage cracking is prevented from occurring in a welded portion between a main body portion and a tube end, and a method for manufacturing such an axle housing. There is to do.
上記課題を解決するために、本発明にかかるアクスルハウジングは、車両のディファレンシャルギアを収容する胴部と前記胴部の両端に延出した筒状部とを有する本体部と、前記筒状部の先端に溶接によって接合されたチューブエンドと、を備え、前記筒状部と前記チューブエンドの間の溶接部は、２回以上の溶接によって形成された、同種金属よりなる２層以上の溶接層から形成されていることを要旨とする。 In order to solve the above-described problems, an axle housing according to the present invention includes a main body having a trunk portion that accommodates a differential gear of a vehicle, and cylindrical portions that extend to both ends of the trunk portion, and the cylindrical portion. A tube end joined to the tip by welding, and the welded portion between the tubular portion and the tube end is formed from two or more weld layers made of the same metal formed by two or more welds. The gist is that it is formed.
ここで、前記筒状部の先端部は、加熱しながら長手方向に押し込んで肉厚を大きくする据え込み加工と、内壁面の一部の切削による黒皮の除去とを施されており、前記黒皮を除去された部位がそれ以外の部位と同じかそれよりも大きい肉厚を有し、前記チューブエンドは、前記筒状部に締り嵌め状に圧入され、前記筒状部の先端部と前記チューブエンドの外壁面の間に前記溶接部が形成されていることが好ましい。 Here, the tip of the cylindrical portion is subjected to upsetting to increase the thickness by pushing in the longitudinal direction while heating, and removal of the black skin by cutting a part of the inner wall surface, The part from which the black skin has been removed has the same or larger thickness as the other parts, and the tube end is press-fitted into the tubular part in an interference fit, and the tip part of the tubular part is It is preferable that the weld is formed between the outer wall surfaces of the tube end.
さらに、前記溶接部の溶込み率が１０５％以上であることが好適である。 Furthermore, it is preferable that the penetration rate of the welded portion is 105% or more.
また、前記溶接部は、炭素鋼よりなり、前記筒状部の長手方向に沿った幅（Ｗ）に対する高さ（Ｈ）の比Ｈ／Ｗで表される縦横比が１．２以上であり、前記各溶接層は、縦横比が１．２未満であるとよい。 Moreover, the said weld part consists of carbon steel, and the aspect ratio represented by ratio H / W of the height (H) with respect to the width (W) along the longitudinal direction of the said cylindrical part is 1.2 or more. The weld layers may have an aspect ratio of less than 1.2.
そして、車両に組み付けられた状態で該車両の進行方向に平行になる軸を前後軸、該車両の天地方向に平行になる軸を上下軸として、前記溶接部の溶接の始点および終点が、該始点および終点と前記筒状部の中心軸を結ぶ直線が前記上下軸よりも前記前後軸に平行に近くなる位置に形成されていることが好ましい。 Then, the welding start point and end point of the welded portion are defined by taking the axis parallel to the traveling direction of the vehicle in the assembled state in the vehicle as the front-rear axis and the axis parallel to the vertical direction of the vehicle as the vertical axis, It is preferable that a straight line connecting the start point and the end point and the central axis of the cylindrical portion is formed at a position closer to the front and rear axes than the vertical axis.
本発明にかかるアクスルハウジングの製造方法は、車両のディファレンシャルギアを収容する胴部と前記胴部の両端に延出した筒状部とを有する本体部と、前記筒状部の先端に取り付けられたチューブエンドと、を備えるアクスルハウジングの製造方法において、前記筒状部を２回以上回転させながら溶接を行うことで、前記筒状部と前記チューブエンドの間に、同種金属よりなる２層以上の溶接層を有する溶接部を形成することを要旨とする。 A method for manufacturing an axle housing according to the present invention includes a main body having a trunk portion that accommodates a differential gear of a vehicle, and cylindrical portions that extend to both ends of the trunk portion, and is attached to the tip of the cylindrical portion. In the manufacturing method of an axle housing provided with a tube end, welding is performed while rotating the cylindrical part twice or more, so that two or more layers made of the same metal are provided between the cylindrical part and the tube end. The gist is to form a welded portion having a weld layer.
ここで、前記筒状部の先端部を加熱しながら長手方向に押し込むことにより、前記筒状部の先端部の肉厚を大きくする据え込み加工を行った後、前記筒状部の先端部の内壁面の一部を切削して黒皮を除去し、前記筒状部の先端部の肉厚を前記据え込み加工前の肉厚と同じかそれよりも大きくし、前記チューブエンドを前記筒状部に締り嵌め状に圧入した後、前記溶接部を形成することが好適である。 Here, after performing the upsetting process to increase the thickness of the distal end portion of the tubular portion by pushing in the longitudinal direction while heating the distal end portion of the tubular portion, the distal end portion of the tubular portion is A part of the inner wall surface is cut to remove the black skin, the thickness of the tip of the cylindrical part is equal to or greater than the thickness before the upsetting, and the tube end is formed into the cylindrical shape. It is preferable to form the welded part after press-fitting into the part in an interference fit.
さらに、前記各溶接層を、炭素鋼を用いて、前記筒状部の長手方向に沿った幅（Ｗ）に対する高さ（Ｈ）の比Ｈ／Ｗで表される縦横比が１．２未満となるように形成し、前記溶接部を、縦横比が１．２以上となるように形成することが好ましい。 Furthermore, the aspect ratio represented by ratio H / W of the height (H) with respect to the width | variety (W) along the longitudinal direction of the said cylindrical part is used for each said weld layer as less than 1.2. It is preferable to form the welded portion so that the aspect ratio is 1.2 or more.
また、前記各溶接層を形成するための溶接は、前記筒状部の回転中心を通る鉛直方向軸からずれた位置に溶接ワイヤを配置して行うとよい。 Further, the welding for forming each weld layer may be performed by placing a welding wire at a position shifted from a vertical axis passing through the rotation center of the cylindrical portion.
上記発明にかかるアクスルハウジングにおいては、溶接部が一度の溶接で形成されず、２層以上の溶接層に分けて２回以上の溶接で形成されている。溶接部全体として、幅（Ｗ）に対する高さ（Ｈ）の比である縦横比Ｈ／Ｗが大きくても、各溶接層を単位とした縦横比を、溶接層全体の縦横比よりも小さくすることができる。よって、溶接部全体を一度の溶接で形成する場合に比べ、溶接時の収縮割れが起こりにくくなる。これにより、本体部とチューブエンドの間の溶接部において、高い機械的強度が得られる。 In the axle housing according to the invention, the welded portion is not formed by one welding, but is formed by two or more weldings divided into two or more welding layers. Even if the aspect ratio H / W, which is the ratio of the height (H) to the width (W), is large as a whole welded portion, the aspect ratio of each weld layer is made smaller than the aspect ratio of the entire weld layer. be able to. Thus, shrinkage cracking during welding is less likely to occur than when the entire weld is formed by a single weld. Thereby, high mechanical strength is obtained in the weld between the main body and the tube end.
ここで、前記筒状部の先端部が、据え込み加工と、黒皮の除去とを施されており、前記黒皮を除去された部位がそれ以外の部位と同じかそれよりも大きい肉厚を有し、前記チューブエンドが、前記筒状部に締り嵌め状に圧入され、前記筒状部の先端部と前記チューブエンドの外壁面の間に前記溶接部が形成されている場合には、筒状部のチューブエンドと接合される部位の肉厚が他の部位よりも小さくなっていないことの効果により、上記のように溶接部が２層以上の溶接層よりなっていることの効果に加えて、本体部とチューブエンドの間の接合部位の機械的強度が一層高くなる。さらには、チューブエンドが筒状部に締り嵌め状に圧入されていることによっても、突き合わせ構造や単なるインロー構造に上記の溶接部が形成される場合と比較して、接合部位の機械的強度が向上される。 Here, the tip of the cylindrical portion is subjected to upsetting and removal of the black skin, and the portion where the black skin is removed is the same as or larger than the other portions. When the tube end is press-fitted into the tubular portion in an interference fit, and the welded portion is formed between the distal end portion of the tubular portion and the outer wall surface of the tube end, Due to the effect that the thickness of the part joined to the tube end of the cylindrical part is not smaller than the other part, the effect that the welded part is composed of two or more weld layers as described above. In addition, the mechanical strength of the joint portion between the main body and the tube end is further increased. Furthermore, even when the tube end is press-fitted into the cylindrical portion, the mechanical strength of the joining portion is lower than when the welded portion is formed in a butt structure or a simple spigot structure. Be improved.
さらに、前記溶接部の溶込み率が１０５％以上である場合には、溶接部においてさらに高い機械的強度が得られる。 Furthermore, when the penetration rate of the weld is 105% or more, higher mechanical strength can be obtained at the weld.
また、前記溶接部が炭素鋼よりなる場合に、前記筒状部の長手方向に沿った幅（Ｗ）に対する高さ（Ｈ）の比Ｈ／Ｗで表される縦横比が１．２以上であり、前記各溶接層の縦横比が１．２未満であれば、溶接層ごとの収縮割れを効果的に回避しつつ、通常の１回の溶接で形成したならば収縮割れが発生しやすい大きな縦横比を有する溶接部を形成することができる。 Moreover, when the said weld part consists of carbon steel, the aspect ratio represented by ratio H / W of the height (H) with respect to the width (W) along the longitudinal direction of the said cylindrical part is 1.2 or more. Yes, if the aspect ratio of each weld layer is less than 1.2, the shrinkage cracking for each weld layer is effectively avoided, while the shrinkage cracking is likely to occur if it is formed by one ordinary welding. A weld having an aspect ratio can be formed.
そして、車両に組み付けられた状態で該車両の進行方向に平行になる軸を前後軸、該車両の天地方向に平行になる軸を上下軸として、前記溶接部の溶接の始点および終点が、該始点および終点と前記筒状部の中心軸を結ぶ直線が前記上下軸よりも前記前後軸に平行に近くなる位置に形成されている場合には、他の部位に比して強度において劣る傾向がある溶接の始点および終点に、車両積載物等からの荷重が相対的に印加されにくくなる。よって、始点および終点以外の特に高い強度を有する溶接部で荷重を支持することができ、上記のように収縮割れを回避することで得られた溶接部の高い強度を有効に利用することができる。 Then, the welding start point and end point of the welded portion are defined by taking the axis parallel to the traveling direction of the vehicle in the assembled state in the vehicle as the front-rear axis and the axis parallel to the vertical direction of the vehicle as the vertical axis, When a straight line connecting the start point and the end point and the central axis of the cylindrical portion is formed at a position closer to the front and rear axes than the vertical axis, the strength tends to be inferior compared to other parts. A load from a vehicle load or the like is relatively less likely to be applied to the start and end points of a certain weld. Therefore, the load can be supported by a welded portion having a particularly high strength other than the start point and the end point, and the high strength of the welded portion obtained by avoiding shrinkage cracking as described above can be effectively used. .
上記発明にかかるアクスルハウジングの製造方法によると、溶接部を２回以上の溶接で形成しているため、一度の溶接で縦横比の大きい溶接部を形成することによる溶接部の割れの発生を防止することができる。これにより、本体部とチューブエンドの間の溶接部の強度が高いアクスルハウジングを製造することができる。 According to the method for manufacturing an axle housing according to the invention, since the welded portion is formed by two or more welds, the occurrence of cracks in the welded portion due to forming a welded portion having a large aspect ratio by one welding is prevented. can do. Thereby, the axle housing with high strength of the weld between the main body and the tube end can be manufactured.
ここで、前記各溶接層を形成するための溶接を、前記筒状部の回転中心を通る鉛直方向軸からずれた位置に溶接ワイヤを配置して行う場合には、溶融金属が回転によって溶接部位から流出することを回避でき、高い溶込み率を達成することができるので、高い機械的強度を有する溶接部を形成することができる。 Here, when welding for forming each weld layer is performed by placing a welding wire at a position shifted from a vertical axis passing through the rotation center of the tubular portion, the molten metal is welded by rotation. It is possible to avoid outflow from the steel and to achieve a high penetration rate, so that a weld having high mechanical strength can be formed.
以下、本発明の一実施形態にかかるアクスルハウジングおよびその製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, an axle housing and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１に本発明の一実施形態にかかるアクスルハウジング１の概略を示す。アクスルハウジング１は、トラック等の大型車両の後車軸用等に用いられ、ディファレンシャルギア等を収容するギアボックスとして機能するとともに、車両積載物等の荷重を支持する役割を果たす。 FIG. 1 shows an outline of an axle housing 1 according to an embodiment of the present invention. The axle housing 1 is used for a rear axle of a large vehicle such as a truck, and functions as a gear box that accommodates a differential gear and the like, and plays a role of supporting a load such as a vehicle load.
アクスルハウジング１の本体部１０は、トランスミッションから動力を伝達するプロペラシャフトの先端部とディファレンシャルギア等を収容する胴部１１を中央に有する。胴部１１は、鋼板が半筒形（断面略Ｕ字形または断面略コの字形）に曲げられ、略円環状に膨出形成されている。
The
胴部１１の両端部には、中空の筒状部１２が形成されている。筒状部１２には、アクスルシャフトが挿通される。また、胴部１１と筒状部１２の間の空隙部には、略三角形板状の三角板１３が取付けられている。アクスルハウジング１の本体部１０には、計４枚の三角板１３が備えられている。
Hollow
本体部１０の筒状部１２の先端には、チューブ状の構造を有するチューブエンド２０が同軸状に取り付けられている。チューブエンド２０は、ホイールベアリングを支持し、アクスルシャフトからの動力をホイールに伝達する役割を果たす。
A
本体部１０の胴部１１の両端面１１ａには、最終的にそれぞれフランジ（不図示）およびカバー（図１では不図示、図５参照）が取り付けられる。フランジおよびカバーによって気密にされた空間に機械油が注入されて使用される。本体部１０には、この機械油を抜くためのドレイン穴１４が形成されている。
A flange (not shown) and a cover (not shown in FIG. 1, refer to FIG. 5) are finally attached to both end faces 11a of the
次に、上記アクスルハウジング１の構造の詳細を、その製造方法とともに説明する。 Next, the details of the structure of the axle housing 1 will be described together with its manufacturing method.
アクスルハウジング１の本体部１０は、半筒形（断面略Ｕ字形または断面略コの字形）に形成され、さらに中央の胴部１１となる部位が膨出形成された、２つの本体部材１０ａを主体として形成される。本体部材１０ａは、プレス加工、プラズマ切断等によって形成される。
The
２つの本体部材１０ａは、相互に突き合わせて溶接される。さらに、別途形成した三角板１３が溶接され、本体部１０が形成される。本体部材１０の筒状部１２の先端部１２ａの端縁には、チューブエンド２０との溶接のための開先面３０ａが形成される（図３（ｂ）参照）。
The two
次に本体部１０にチューブエンド２０を取り付けるが、それに先立ち、チューブエンド２０の取り付け部位となる筒状部１２の先端部１２ａに対して、図２に示すような据え込み加工を行うことが好適である。つまり、高周波誘導加熱等の方法によって筒状部１２の先端部１２ａを均一に加熱しながら、プレス等の手法によって加熱された部分を外側から叩くように押し込む。これにより、図２（ａ）のように、余剰部１２ｂの金属材を軟化させた状態で筒状部１２の内側に移動させ、先端部１２ａに、壁面の肉厚が当初よりも内壁面側に大きくなった厚肉部１２ｃが形成される。据え込み加工前には、筒状部１２の壁面は均一な厚さを有していたので、厚肉部１２ｃの肉厚は、その他の部位の肉厚よりも大きくなっている。
Next, the
その後、図２（ｂ）のように、厚肉部１２ｃの内壁面を切削することで、表面の黒皮（酸化被膜）を除去し、黒皮除去部１２ｄを形成する。材料の表面を一部切削するので、切削前と比較して切削後の鋼材の厚さは小さくなる。しかし、上記のように、筒状部１２の先端部１２ａに対して据え込み加工が行われ、厚肉部１２ｃの壁面を厚くした上で切削を行っている。よって、切削する厚さを、据え込み加工によって増加した分の厚さ以下としておけば、黒皮除去部１２ｄの肉厚を、据え込み加工前の先端部１２ａの肉厚と同じかそれよりも大きくすることができる。つまり、黒皮除去部１２ｄの肉厚を、黒皮除去部１２ｄ以外の領域の肉厚と同じかそれよりも大きくすることができる。このように、黒皮除去部１２ｄについて、肉厚を据え込み加工前と同じかそれよりも大きくし、そして据え込みと黒皮除去を受けていない箇所と同じかそれよりも大きい肉厚を確保することで、肉厚が小さくなることによる、筒状部１２の先端部１２ａにおける機械的強度の低下を回避することができる。
Thereafter, as shown in FIG. 2B, the inner wall surface of the
次に、筒状部１２にチューブエンド２０を取り付ける。チューブエンド２０は、本体部１０とは別に鍛造材を用いて製造しておく。この際、チューブエンド２０の端部の外径は、筒状部１２の先端部１２ａの内径、つまり黒皮除去部１２ｄ内径よりもわずかに大きく形成しておくとよい。また、チューブエンド２０の先端にも、本体部１０との溶接のための開先面３０ｂが形成される（図３（ｂ）参照）。
Next, the
次いで、本体部１０の筒状部１２の中空部内に、チューブエンド２０を締り嵌め状に圧入する。この際、チューブエンド２０の端部と筒状部１２は、黒皮除去部１２ｄの少なくとも一部において重なるようにする。チューブエンド２０を筒状部１２に締り嵌め状に圧入することで、チューブエンド２０が本体部１０に対して強固に結合される。
Next, the
そして、図３に示すように、筒状部１２の先端部１２ａ端縁の、チューブエンド２０の外壁に接する箇所に、本体部１０とチューブエンド２０の間を固定するための溶接を施し、溶接部３１を形成する。本アクスルハウジング１は、この溶接部３１の構成および製造方法に特徴を有する。
And as shown in FIG. 3, the welding for fixing between the main-
ここで、図６を参照して、溶接部の構造パラメータの定義を説明しておく。溶接母材６１（アクスルハウジング１においては、本体部１０の先端部１２ａ）の板厚をｔとし、溶接部６０における溶融金属（ビード）の浸入深さ、つまり母材６１の表面からビードの先端までの距離をＨとすると、溶込み率は、Ｈ／ｔ×１００（％）で表される。また、溶接部６０の幅、つまり母材６１平面方向の溶接部６０の長さをＷ、溶接部６０の高さ、つまり溶接部６０の上端部からビードの先端までの距離をＨとして、縦横比は、Ｈ／Ｗ×１００（％）で表される。溶接部６０が２層以上の溶接層からなる場合にも、それぞれの溶接層の縦横比は、それぞれの溶接層の幅に対する高さの比で表される。
Here, with reference to FIG. 6, the definition of the structural parameter of the welded portion will be described. The thickness of the weld base material 61 (in the axle housing 1, the
本アクスルハウジング１においては、図３のように、溶接部３１が、それぞれ全周にわたって形成された第一溶接層３１ａおよび第二溶接層３１ｂの２層構造から形成されている。第一溶接層３１ａと第二溶接層３１ｂは、同じ金属材料よりなる。溶接部３１の形成方法については、後に詳しく記載するが、チューブエンド２０を圧入した本体部１０の筒状部１２を、チューブエンド２０とともに、筒状部１２の中心軸Ａ１の周りに１周回転させながら溶接を行い、第一溶接層３１ａを形成する。溶接層３１ａのビードが十分に冷却され、凝固した後、筒状部１２をもう１周回転させながら溶接を行い、第二溶接層３１ｂを形成する。一般的な溶接法においては、筒状部１２を１周回転させる一度の溶接工程で、所望される高さを有する溶接部を形成する。これに対して、本アクスルハウジング１においては、第一溶接層３１ａと第二溶接層３１ｂの集合として、所望の高さの溶接部３１を形成する。
In the axle housing 1, as shown in FIG. 3, the welded
本溶接部３１においては、一般的な一度で行う溶接と同様に溶接部全体が単一の金属種よりなり、第一溶接層３１ａと第二溶接層３１ｂが相互に空隙なく接合されている。しかし、第一溶接層３１ａと第二溶接層３１ｂとは、２回の溶接工程の中で受けている熱履歴が異なるので、２つの溶接層３１ａ、３１ｂの間には明確な界面が存在する。
In the main welded
一般にアクスルハウジングの本体部は、車両積載物等の荷重を支持できるだけの高い強度を備えるように、比較的板厚の大きい鋼材から製造される。例えば、板厚を６ｍｍとする構成を例示することができる。板厚の大きい鋼材を使用する場合、その溶接部においては、高さＨが大きくなり、その結果として縦横比Ｈ／Ｗが大きくなる傾向がある。溶接部の縦横比が大きくなると、収縮割れ、つまりビードの凝固時の応力による溶接部の割れが発生しやすくなる。溶接材料として一般的な炭素鋼を使用する場合には、おおむね縦横比Ｈ／Ｗが１．２〜１．３またはそれよりも大きくなると、収縮割れの発生確率が顕著に高くなる。縦横比の大きい溶接部を一度の溶接で形成する場合、このような収縮割れの影響を直接受けることになる。アクスルハウジングの本体部とチューブエンドの間の溶接部に収縮割れが発生すると、この部位の機械的強度が低くなってしまう。 In general, the main body portion of the axle housing is manufactured from a steel material having a relatively large thickness so as to have a high strength enough to support a load such as a vehicle load. For example, a configuration in which the plate thickness is 6 mm can be exemplified. When using a steel material having a large plate thickness, the height H increases in the welded portion, and as a result, the aspect ratio H / W tends to increase. When the aspect ratio of the welded portion is increased, shrinkage cracking, that is, cracking of the welded portion due to stress during solidification of the bead tends to occur. When a general carbon steel is used as the welding material, when the aspect ratio H / W is approximately 1.2 to 1.3 or more, the occurrence probability of shrinkage cracks is significantly increased. When a weld with a large aspect ratio is formed by a single weld, it is directly affected by such shrinkage cracking. When shrinkage cracks occur in the welded portion between the main body portion of the axle housing and the tube end, the mechanical strength of this portion is lowered.
本アクスルハウジング１の溶接部３１においては、図３（ｂ）に示すように、第一溶接層３１ａの縦横比ｈ１／ｗ１および第二溶接層３１ｂの溶接層の縦横比ｈ２／ｗ２が、溶接部３１全体としての縦横比Ｈ／Ｗよりも小さくなる。第一溶接層３１ａを構成するビードが完全に凝固してから第二溶接層３１ｂを形成するので、それぞれの溶接層の凝固の過程において、単独の溶接層の収縮の影響しか受けない。これにより、第一溶接層３１ａおよび第二溶接層３１ｂのそれぞれにおいて、溶接部３１全体と同形状の溶接部を一度の溶接で形成した場合と比較して、収縮割れの発生確率が低減される。その結果、溶接部３１全体としての収縮割れの発生確率も低減される。このように、収縮割れの発生を回避しながら、所望される高さの溶接部３１を形成することで、アクスルハウジング１の本体部１０とチューブエンド２０の間の接合部において高い機械的強度が得られる。
In the welded
上記のように、炭素鋼を用いて一度の溶接で形成される溶接部の縦横比Ｈ／Ｗが１．２〜１．３またはそれよりも大きくなると、収縮割れが発生しやすくなる。アクスルハウジング１の本体部１０とチューブエンド２０の間の溶接部３１においては縦横比Ｈ／Ｗが１．２以上となりがちであるが、上記のように溶接部３１を第一溶接層３１ａと第二溶接層３１ｂとに分けて２回の溶接で形成することで、それぞれの溶接層３１ａ、３１ｂの縦横比ｈ１／ｗ１、ｈ２／ｗ２は、１．２未満とすることができる。溶接部の縦横比を１．２未満とすると、収縮割れの発生を高い確率で防止することができる。ここで、１．２との閾値は、炭素鋼に対して適用されるものであるが、溶接部の縦横比がある閾値以上となると収縮割れが顕著に発生しやすくなり、その閾値未満である場合には収縮割れの発生が抑制されるという現象は、鋼種を問わず観測される。よって、具体的な閾値を鋼種に応じて適切に設定すれば、溶接層ごとの縦横比がその閾値未満となるようにしながら、全体としてその閾値以上の縦横比を有する溶接部を形成するという手法を適用することができる。
As described above, when the aspect ratio H / W of a welded portion formed by one-time welding using carbon steel is 1.2 to 1.3 or larger, shrinkage cracks are likely to occur. In the welded
さらに、溶接部３１全体の溶込み率、つまり筒状部１２の先端部１２ａの肉厚に対するビードの浸入深さの比は、１００％よりも高くすることが好ましく、さらには１０５％以上とすることが好ましい。溶込み率が大きいほど溶接部の機械的強度が高くなり、溶接部３１を２層の溶接層３１ａ、３１ｂから構成して収縮割れを回避することの効果と合わせて、溶接部３１において高い機械的強度を達成することができる。
Further, the penetration ratio of the entire welded
図３（ｂ）に示すように、溶接部３１の端縁となる筒状部１２の端面およびチューブエンド２０の外壁面には、溶接部３１の溶込み率を上げやすくするために、開先面３０ａ、３０ｂがそれぞれ形成されている。ここで、開先角度θ１（開先面３０ａと開先面３０ｂのなす角度）が大きいほど、溶接層３１ａ、３１ｂの縦横比ｈ１／ｗ１、ｈ２／ｗ２を小さくしやすく、収縮割れを防止しやすくなるが、開先角度θ１を大きくしすぎると、大きな体積のビードが形成されるので、本体部１０およびチューブエンド２０の材料自体に与える熱影響が大きくなり、歪みを生じる原因となる。最適な開先角度として、６０°との角度を例示することができる。
As shown in FIG. 3 (b), in order to easily increase the penetration rate of the welded
次に、図４を参照しながら、溶接部３１を形成するための溶接方法について詳細に説明する。
Next, a welding method for forming the welded
溶接部３１は、アーク溶接によって形成することが好適である。この際、トーチ４０の位置を固定し、チューブエンド２０を圧入した本体部１０を筒状部１２の中心軸Ａ１の周りに回転させながら、筒状部１２とチューブエンド２０の間の境界部の全周にわたって溶接を行えばよい。この際、最初に、筒状部１２を１周させながら第一溶接層３１ａを形成し、第一溶接層３１ａが凝固してから、筒状部１２をさらに１周させ、第二溶接層３１ｂを形成する。後に例示する条件に代表される一般的な溶接条件では、筒状部１２を１周回転させる間に、既に形成された第一溶接層３１ａは十分に冷却されて凝固するので、第一溶接層３１ａと第二溶接層３１ｂの形成は、連続的に行うことができる。
The welded
このとき、トーチ４０を、形成する溶接部３１の真上の位置、つまり回転中心となる筒状部１２の中心軸Ａ１を通る鉛直方向の軸Ａ２上に配置すると、筒状部１２の回転によって、溶融した金属が溶接箇所から流出してしまい、溶込み率を上げることが困難になる。そこで、図４（ｂ）に示すように、トーチ４０を、軸Ａ２からあるオフセット量ｄ１だけずれた位置に配置すればよい。すると、回転に伴う溶接金属の流出を避け、溶接部３１において高い溶込み率を達成しやすくなる。
At this time, if the
また、溶接の始点および終点においては、アークが安定しない傾向があり、それ以外の箇所と比較して高い機械的強度を得ることが難しい。アクスルハウジングにおいては、車両の積載物等からの荷重を受けても損傷されないように、荷重を集中的に受ける車両の天地方向（上下方向）に位置する部位において特に高い機械的強度を有することが望ましく、相対的に機械的強度の低い部位は天地方向から遠い位置に配置されることが望ましい。図５は、アクスルハウジング１を筒状部１２の先端側から見た模式図であるが、車両に組み付けられる際に、胴部１１の端面１１ａが車両の進行方向前方または後方となり（車両の後車軸部に使用する場合は、カバー２１が取り付けられている側が後方）、ドレイン穴１４が形成された方向が車両の下方となる。なお、図５ではチューブエンド２０は省略している。車両の前後方向に平行な軸を前後軸ａ１、車両の天地方向に平行な軸を上下軸ａ２として、溶接の始点３２、および通常始点と重なる終点は、この点３２と筒状部１２の中心軸を結ぶ直線ａ３が、上下軸ａ２よりも前後軸ａ１に平行に近くなる位置に配置されることが好ましい。直線ａ３が前後軸ａ１に平行に近いほど好ましく、最も好ましいのは、溶接の始点（および終点）３２が筒状部１２の最前部または最後部に配置される場合である。
In addition, at the start and end points of welding, the arc tends to be unstable, and it is difficult to obtain high mechanical strength as compared with other points. The axle housing has a particularly high mechanical strength in a portion located in the vertical direction of the vehicle that receives the load in a concentrated manner so that the axle housing is not damaged even if it receives a load from a load or the like of the vehicle. Desirably, it is desirable that the portion having relatively low mechanical strength is disposed at a position far from the top and bottom. FIG. 5 is a schematic view of the axle housing 1 as viewed from the front end side of the
本アクスルハウジング１においては、溶接部３１を２回に分けて形成するため、一度だけの溶接で形成する溶接部に比べて薄い溶接層を形成する必要がある。溶接電流、筒状部１２の回転速度をはじめとする種々のパラメータを適宜調節することによって、所望の厚さの溶接層３１ａ、３１ｂを形成することができる。
In the present axle housing 1, since the welded
筒状部１２の板厚が６ｍｍ、開先角度θ１が６０°の場合に、ワイヤ径１．６ｍｍの炭素鋼（大同特殊鋼製「ＤＳ６０」）よりなる溶接ワイヤを用いて炭酸ガスアーク溶接を行う際の、第一溶接層３１ａおよび第二溶接層３１ｂの形成に適したパラメータの一例を表１に示す。ここで、図４中に示すように、回転中心オフセット量ｄ１（チューブエンド２０側が＋、本体部１０側が−）、開先中心オフセット量ｄ２、チップ高さｄ３、ワイヤ突出量ｄ４の各パラメータを定義する。狙い角θ２は、筒状部１２の中心軸Ａ１と、トーチ４０の中心軸Ａ３の延長線とがなす角であり、図４に示したトーチ４０が垂直に起立した状態においては、θ２＝９０°である。また、回転速度とは、筒状部１２を中心軸Ａ１の周りに回転させる速度を指す。第一溶接層３１ａと第二溶接層３１ｂの形成条件は、主に溶接電流と回転速度において異なっている。
When the thickness of the
以上のように、本実施形態にかかるアクスルハウジング１においては、（ｉ）本体部１０の筒状部１２とチューブエンド２０の間の溶接部３１が２層の溶接層３１ａ、３１ｂよりなることにより、溶接時の収縮割れの発生が防止され、高い機械的強度が得られる。さらに、これと合わせて、（ｉｉ）筒状部１２に据え込み加工を行うことで、加工前の肉厚が維持されていること、（ｉｉｉ）チューブエンド２０が締り嵌め状に圧入されていること、（ｉｖ）溶接部３１の溶込み率が１０５％以上であること、の効果により、本体部１０とチューブエンド２０の間の接合部において、さらに高い機械的強度が達成されている。ただし、本発明において、上記（ｉｉ）〜（ｉｖ）の構成は必ずしも備えられなければならないものではなく、種々の構成に対して、上記（ｉ）の溶接部を適用することができる。例えば、本体部１０とチューブエンド２０を突き合わせて溶接する場合に、突き合わせ溶接部を２層の溶接層より構成すれば、収縮割れが防止されることで、１回の溶接で突き合わせ溶接を行う場合よりも溶接部の機械的強度を向上させることができる。
As described above, in the axle housing 1 according to the present embodiment, (i) the welded
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態においては、溶接部を２層の溶接層より形成する構成を示したが、溶接層を３層以上とすることもできる。最終的に形成したい溶接部全体の縦横比Ｈ／Ｗ等に応じて、１層ごとの溶接層での収縮割れを効果的に回避できるように、層数を適宜選択すればよい。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, in the said embodiment, although the structure which forms a welding part from two layers of welding layers was shown, a welding layer can also be made into three or more layers. What is necessary is just to select the number of layers suitably according to the aspect ratio H / W etc. of the whole welding part to form finally so that the shrinkage crack in the welding layer for every layer can be avoided effectively.
１ アクスルハウジング
１０ 本体
１０ａ 本体部材
１１ 胴部
１２ 筒状部
１２ａ 先端部
２０ チューブエンド
３０ａ、３０ｂ 開先面
３１ 溶接部
３１ａ 第一溶接層
３１ｂ 第二溶接層
４０ トーチ
４１ 溶接ワイヤ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
前記筒状部と前記チューブエンドの間の溶接部は、２回以上の溶接によって形成された、同種金属よりなる２層以上の溶接層から形成され、
前記溶接部は、炭素鋼より形成され、前記筒状部の長手方向に沿った幅（Ｗ）に対する高さ（Ｈ）の比Ｈ／Ｗで表される縦横比が１．２以上であり、
前記各溶接層は、縦横比が１．２未満であることを特徴とするアクスルハウジング。 A main body portion having a trunk portion for accommodating a differential gear of a vehicle and a cylindrical portion extending to both ends of the trunk portion; and a tube end joined by welding to a tip of the cylindrical portion,
The welded portion between the tubular portion and the tube end is formed from two or more weld layers made of the same metal, formed by two or more welds,
The weld portion is formed of carbon steel, and an aspect ratio represented by a ratio H / W of a height (H) to a width (W) along the longitudinal direction of the cylindrical portion is 1.2 or more,
Each of the weld layers has an aspect ratio of less than 1.2 .
前記筒状部を２回以上回転させながら溶接を行うことで、前記筒状部と前記チューブエンドの間に、同種金属よりなる２層以上の溶接層を有する溶接部を形成し、
前記各溶接層を、炭素鋼を用いて、前記筒状部の長手方向に沿った幅（Ｗ）に対する高さ（Ｈ）の比Ｈ／Ｗで表される縦横比が１．２未満となるように形成し、
前記溶接部を、縦横比が１．２以上となるように形成することを特徴とするアクスルハウジングの製造方法。 A method for manufacturing an axle housing, comprising: a main body portion having a trunk portion that accommodates a differential gear of a vehicle; and a tubular portion that extends to both ends of the trunk portion; and a tube end that is attached to a distal end of the tubular portion. In
By performing welding while rotating the tubular part twice or more, a weld part having two or more layers of the same kind of metal is formed between the tubular part and the tube end,
Each welding layer is made of carbon steel, and the aspect ratio represented by the ratio H / W of the height (H) to the width (W) along the longitudinal direction of the cylindrical portion is less than 1.2. Formed as
The method of manufacturing an axle housing, wherein the welded portion is formed to have an aspect ratio of 1.2 or more .
前記チューブエンドを前記筒状部に締り嵌め状に圧入した後、前記溶接部を形成することを特徴とする請求項５に記載のアクスルハウジングの製造方法。 After performing the upsetting process to increase the thickness of the tip of the cylindrical part by pushing in the longitudinal direction while heating the tip of the cylindrical part, the inner wall of the tip of the cylindrical part is Cutting a part to remove the black skin, the thickness of the tip of the cylindrical part is equal to or greater than the thickness before the upsetting process,
6. The method for manufacturing an axle housing according to claim 5 , wherein the welded portion is formed after the tube end is press-fitted into the tubular portion in an interference fit.
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