JPWO2020203899A1 - 部材の製造方法、自動車用部材の製造方法、及び金型 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2019年3月29日に、日本に出願された特願2019−066238号及び特願2019−066239号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
例えば、トーションビーム式サスペンション装置は、左右の車輪をアームにより回転自在に支持するとともに左右端近傍にスプリングの一端を配置可能とされたトーションビームAssyと、トーションビームと車体とを連結するスプリングと、アブソーバとを備えた構成とされている。
そして、トーションビームAssyは、車体の左右側から中央に向かって伸びるピボット軸を介して車体と接続されることで、左右の車輪が車体に対して揺動するようになっている。
本発明のある観点によれば、金属材料板を加工して、筒状部の断面形状が図心線に沿って変化する断面形状変化部と、前記筒状部の周長が図心線に沿って変化するとともに前記周長の変化率が変化する周長変化率変化部と、前記筒状部の図心線が曲率を有する湾曲部と、のうち、少なくともいずれか一つを含む特定三次元筒状部を備えた部材を製造する部材の製造方法であって、U成形パンチを含むU成形金型を用いて前記金属材料板をU成形することで、断面視凹形状のU成形品を製造するU成形工程と、前記U成形品の側端部同士をO成形金型により当接することで当接部を形成するO成形工程と、を含み、前記U成形パンチの前記特定三次元筒状部に対応する部位のパンチ幅Duと、前記O成形金型の前記特定三次元筒状部に対応する部位の凹部幅Doとの比からなる成形条件比a=Du/Doが、0.85以上0.95以下に設定されることを特徴とする部材の製造方法が提供される。
また、成形条件比aが1.0未満に設定されているので、U成形品をO成形金型内に容易に配置することができる。
その結果、特定三次元筒状部からなる筒状部及び少なくとも一部が特定三次元筒状部とされた筒状部を効率的に形成することができ、ひいては、部材及び自動車用部材を容易に軽量化するとともに製造コストを削減することができる。
また、隙間が形成されている場合に、隙間の間隔は、隙間が形成された区間の一部が他の部分と異なって形成されていてもよい。すなわち、全区間にわたって一定である必要はないものとする。
なお、プレス成形工程におけるプレス成形パンチの進退方向及びO成形工程における第1凹型及び第2凹型(O成形金型を構成する金型)の相対移動方向は、図心線と直交する方向である必要がないことはいうまでもない。
また、周長変化部において、図心線に沿って設定した任意の二点における周長の差を、この二点間の図心線に沿った長さで除した数値(の百分率)を周長変化率という。
また、周長変化率変化部とは、周長変化率が図心線に沿って変化する部分をいう。
その結果、金属材料板を押さえるために必要とされた延出部をトリミングする工程を設ける必要がなく、フランジレス成形品を効率的に形成することが可能となり、生産性を向上することができる。
また、断面形状変化部における断面形状の変化は、図心線に沿って設定した任意の二点における前記断面形状の図心線と当接部を含む方向における長さの差を、この二点間の図心線に沿った長さで除した数値(の百分率)として示される。
また、周長変化率変化部の第1端部と第2端部の間における周長変化率の変化(数値)とは、周長変化率変化部の第1端部(始点)、第2端部(終点)のそれぞれの周長変化率の差を、第1端部と第2端部との図心線に沿った間隔(長さ、寸法)で除した値(絶対値)によって定義するものとする。
周長変化率は、例えば、形状測定器により測定した曲面形状や、他の測定方法で測定したデータに基づいて算出することが可能である。なお、本発明の形状に関する他のパラメータも同様の方法で測定することが可能である。
また、金属材料板の形状及び板厚とは、部材及び特定三次元筒状部に対応して形成された金属材料板の形状及び金属材料板の板厚をいう。
また、U成形工程における成形条件とは、例えば、U成形パンチ(例えばプレス成形パンチ、曲げ成形パンチ)の幅Du、成形凹型(例えばプレス成形凹型、曲げ成形凹型)の形状、U成形工程における成形荷重、あるいは、U成形工程における、成形凹型に対するU成形パンチの変位(成形凹型とU成形パンチとの相対的位置)等をいう。
また、O成形工程における成形条件とは、O成形金型の当接部形成凹部の形状(凹部幅Doを含む)、O成形工程における成形荷重、あるいはO成形金型における第1凹型に対する第2凹型の変位(O成形金型の第1凹型と第2凹型の相対的位置)をいう。
なお、上記パラメータに代用可能なパラメータを使用してもよいし、上記パラメータ以外のパラメータを含めてもよい。
その結果、次に示すような第1〜第6の知見を得た。なお、本実施形態において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
第1の知見は、周長変化率変化部に関する知見である。
以下、図1A〜図1F、及び図2を参照して、本発明の第1の知見について説明する。図1A〜図1F、及び図2は、本発明に係る第1の知見を説明する図である。また、図1D、図1E、図1Gにおいて、互いに向かい合う矢印は圧縮の歪を示し、互いに反対側を向く矢印は引張の歪を示している。
第1の知見は、例えば、図1Aに示すように、軸線(図心線)方向から見たときに円形とされた閉断面を有し、この閉断面の周長が図心線に沿って一定の変化率で漸次変化する円錐状形状部M101と、円錐状形状部M101の小径側に接続された断面円形のストレート部M102と、円錐状形状部M101とストレート部M102との接続部に形成され周長変化率が変化する周長変化率変化部M103とを備えた部材モデル(以下、第1のモデルという)M100の例である。
金属材料板W100は、円錐状形状部M101と対応する扇形状部W101と、ストレート部M102と対応する矩形部W102と、周長変化率変化部M103と対応する接続部W103とを備えている。
また、プレス成形パンチD112は、プレス成形凹部D111Aとの間に所定の間隔を以ってプレス成形品の内周面と対応するように構成されたプレス成形凸部D112Aが形成されている。
プレス成形工程では、図1D、図1Eに示すように、周長変化率変化部M103と対応する部位M113に圧縮の歪が発生する。なお、フランジレス化工程は、上述したプレス成形凹型内に延出部を挿入するものであってもよいし、後述する第1実施形態に示されるように、延出部をトリミングするものであってもよい。
当接部形成工程では、図1Gに示すように、周長変化率変化部M103の当接部M100Cに引張の歪が発生する。
図2は、本発明に係るプレス成形工程の概略、O成形工程の概略、及び成形条件比aを構成するプレス成形パンチ幅DuとO成形金型の凹部幅(当接部形成凹部の幅)Doを概念的に示す図である。
また、金属材料板の形状及び板厚とは、部材及び特定三次元筒状部(ここでは周長変化率変化部M103)に対応して形成された金属材料板の形状及び金属材料板の板厚をいう。
また、U成形工程(ここではプレス成形工程)における成形条件とは、例えば、U成形パンチ(ここではプレス成形パンチ)の幅Du、成形凹型(ここではプレス成形凹型)の形状、U成形工程における成形荷重、あるいは、U成形工程における、成形凹型に対するU成形パンチの変位(プレス成形凹型とプレス成形パンチとの相対的位置)等をいう。
また、O成形工程における成形条件とは、O成形金型の当接部形成凹部の形状(凹部幅Doを含む)、O成形工程における成形荷重、あるいはO成形金型における第1凹型に対する第2凹型の変位(O成形金型の第1凹型と第2凹型の相対的位置)をいう。もちろん、これら以外のパラメータを考慮してもよい。
第1の知見は、例えば、図18Aに示すように、軸線(図心線)方向から見たときに円形とされた閉断面を有し、この閉断面の周長が図心線に沿って一定の変化率で漸次変化する円錐状形状部M101’と、円錐状形状部M101’の小径側に接続された断面円形のストレート部M102’と、円錐状形状部M101’とストレート部M102’との接続部に形成され周長変化率が変化する周長変化率変化部M103’とを備えた部材モデル(以下、第1のモデルという)M100’の例である。
金属材料板W100’は、円錐状形状部M101’と対応する扇形状部W101’と、ストレート部M102’と対応する矩形部W102’と、周長変化率変化部M103’と対応する接続部W103’とを備えている。
また、曲げ成形パンチD112’は、曲げ成形凹部D111A’との間に所定の間隔を以って曲げ成形品M110’の内周面と対応するように構成された曲げ成形凸部D112A’が形成されている。
その結果、図18Dに示すように、曲げ成形パンチD112’側が開口され曲げ成形凹型D111’側にくぼむ凹形状部が形成される部材(曲げ成形品)M110’が形成される。
曲げ成形工程では、周長変化率変化部M103’と対応する部位M113’の凹形状部側に、図18Dに示すような圧縮の歪が発生する。曲げ成形品M110’は、円錐状形状部M101’と対応する部位M111’と、ストレート部M102’と対応する部位M112’と、周長変化率変化部M103’と対応する部位M113’とを有する。
O成形工程では、周長変化率変化部M103の当接部M100Cに、図18Fに示すような引張の歪が発生する。
図19は、本発明に係る曲げ成形工程、O成形工程の概略、及び成形条件比aを構成する曲げ成形パンチ幅DuとO成形金型の凹部幅(当接部形成凹部の幅)Doを概念的に示す図である。
成形条件比aは、図19に示すように、曲げ成形工程において曲げ成形する曲げ成形型のうち、曲げ成形凹型に金属材料を押圧する曲げ成形パンチの曲げ成形凸部の幅Duと、O成形工程において使用するO成形金型(第1凹型及び第2凹型)の当接部形成凹部の幅Doの比(Du/Do)によって定義される数値である。
第2の知見は、断面形状変化部に関する知見である。
以下、図3A〜図3Dを参照して、本発明の第2の知見について説明する。図3A〜図3Dは、本発明に係る第2の知見を説明する図である。また、図3D、図3Fにおいて、互いに向かい合う矢印は圧縮の歪を示し、互いに反対側を向く矢印は引張の歪を示している。
第2の知見は、例えば、図3Aに示すように、軸線(図心線)方向から見たときに矩形とされた矩形閉断面M201と、円形とされた円形閉断面M202と、円形閉断面と矩形閉断面との間に形成され図心線に沿って漸次形状変化する断面形状変化部M203とを備えた部材モデル(以下、第2のモデルという)M200の例である。
プレス成形工程では、断面形状変化部M203と対応する部位M213の凹形状部側に、図3Dに示すような圧縮及び引張の歪が発生する。なお、符号M210は、フランジレスプレス成形品を示している。フランジレスプレス成形品M210は、矩形閉断面M201と対応する部位M211と、円形閉断面M202と対応する部位M212と、断面形状変化部M203と対応する部位M213とを有する。
O成形工程では、断面形状変化部M203の当接部M200C側に、図3Fに示すような圧縮及び引張の歪が発生する。
第2の知見は、例えば、図20Aに示すように、軸線(図心線)方向から見たときに矩形とされた矩形閉断面M201’と、円形とされた円形閉断面M202’と、円形閉断面と矩形閉断面との間に形成され図心線に沿って漸次形状変化する断面形状変化部M203’とを備えた部材モデル(以下、第2のモデルという)M200’の例である。
曲げ成形工程では、断面形状変化部M203’と対応する部位M213’の凹形状部側に、図20Dに示すような圧縮及び引張の歪が発生する。フランジレスプレス成形品M210’は、矩形閉断面M201’と対応する部位M211’と、円形閉断面M202’と対応する部位M212’と、断面形状変化部M203’と対応する部位M213’とを有する。
O成形工程では、断面形状変化部M203’の当接部M200C’側に、図20Fに示すような圧縮及び引張の歪が発生する。
第3の知見は、湾曲部に関する知見である。
以下、図4A〜図4Dを参照して、本発明の第3の知見について説明する。図4A〜図4Dは、本発明に係る第3の知見を説明する図である。また、図4D、図4Fにおいて、互いに向かい合う矢印は圧縮の歪を示し、互いに反対側を向く矢印は引張の歪を示している。
第3の知見は、例えば、図4Aに示すように、例えば、円形閉断面が成形方向に湾曲状に曲がった湾曲部を備えた部材モデル(以下、第3のモデルという)M300の例である。
プレス成形工程では、プレス成形品M310の凹形状部側に、図4Dに示すような圧縮の歪が発生する。なお、符号M310は、フランジレスプレス成形品を示している。
O成形工程では、当接部M300C側に、図4Fに示すような圧縮の歪が発生する。
第3の知見は、例えば、図21Aに示すように、例えば、円形閉断面が成形方向に湾曲状に曲がった湾曲部を備えた部材モデル(以下、第3のモデルという)M300’の例である。
曲げ成形工程では、曲げ成形品M310’の凹形状部側に、図21Dに示すような圧縮の歪が発生する。
O成形工程では、当接部M300C’側に、図21Fに示すような引張及び圧縮の歪が発生する。
上述した各知見(及び後述する各実施形態)が適用可能な金属材料(金属板)は特に制限されないが、例えば鋼板であってもよい。鋼板としては、例えば薄肉材(板厚/相当径(筒状部の長手方向に垂直な断面の直径)が10%以下)やハイテン材(引張強さ(TS)が300MPa以上、より好ましくは400MPa以上)等が挙げられる。これらの鋼板を使用する場合にはスプリングバックが大きくなるが、成形条件比aを0.85〜0.95と設定することによりスプリングバックを適切に抑制可能とすることができる。他の種類の金属板としては、例えばAl板等が挙げられる。金属板の厚さも特に制限されないが、例えば1.0〜2.9mmであってもよい。
当接予定部の歪量の評価には、幾何学的な関係に基づく計算が有効であり、例えば、有限要素法を用いた解析が特に有効である。
・断面形状変化部の断面形状の図心線と当接部を含む方向における長さの図心線に沿う変化Rhが10〜50%、周長変化率変化部の周長変化率の変化Rcが0.035mm−1〜0.35mm−1、湾曲部の曲率Rlが0.002mm−1〜0.02mm−1となるという条件のうち、少なくとも1つ以上が満たされる。
・成形条件比aが0.85〜0.95となる。
以下、図5から図16Gを参照して、本発明の第1実施形態に係るトレーリングアーム本体について説明する。
図5は、本発明の第1実施形態に係るトーションビーム式リアサスペンション装置(トーションビーム式サスペンション装置)に用いられるトーションビームAssyの概略構成を説明する斜視図である。
また、トーションビームAssy1の図示しない緩衝受部には、緩衝装置であるアブソーバの一端側が連結されるようになっている。
図6は、トレーリングアーム本体100を説明する斜視図である。また、図7Aは、トレーリングアーム本体100の成形方向のプレス成形パンチ側からトレーリングアーム本体100を見た図であり、図7Bは図心線を含んで成形方向に形成される面と直交する方向(すなわち側面)からトレーリングアーム本体100を見た図であり、図7Cは、図7Bにおいて矢視VIIC−VIICで示したトレーリングアーム本体100のフロント側閉断面100Fを示す図であり、図7Dは、図7Bにおいて矢視VIID−VIIDで示したトレーリングアーム本体100のリア側閉断面100Rを示す図である。
また、リア側閉断面100Rは、図6、図7Dに示すように、円形閉断面とされていて、リア側閉断面100Rには車輪取付部材10R側が溶接により取付けられている。
なお、この実施形態において、シーム部100Sは、例えば、トーションビームAssy1における車体内方側に配置されるようになっている。
また、この実施形態では、例えば、周長変化部103に湾曲部104が形成され、湾曲部104に周長変化率変化部105が形成されている。
この実施形態において、湾曲部104は、図心線(不図示)の曲率が0.002mm−1以上0.02mm−1以下の範囲で構成されている。
この実施形態において、周長変化率変化部105は、例えば、周長変化率の変化が0.035mm−1以上0.35mm−1以下の範囲となるように構成されている。
なお、この実施形態では、例えば、周長変化率変化部105において周長変化部103の拡径状態は維持されるが、縮径部やストレート形状に移行する筒状部に周長変化率変化部105が構成されてもよい。
(1)材料鋼板準備工程は、プレス成形工程で成形する材料鋼板(金属材料板)を準備する工程である(S01)。
材料鋼板準備工程では、例えば、当接部形成工程で当接するフランジレスプレス成形品を展開し、その外形に余肉が付加された材料鋼板を準備する。なお、後述するトリミング工程を設定する必要がない場合には、フランジレスプレス成形品を展開した外形のままでもよい。また、例えば、トリミング工程で形状を調整することを前提に矩形の材料鋼板を準備することも可能である。
(2)プレス成形工程は、材料鋼板(金属材料板)を、プレス成形型によってプレス成形することにより、Z軸方向におけるプレス成形パンチ側が開口されたプレス成形部を成形する工程である(S02)。
プレス成形工程では、材料鋼板(金属材料板)を、プレス成形金型(プレス成形型)によってプレス成形(プレス成形)して断面視凹形状を有するプレス成形品(プレス成形部)を成形する。
(3)トリミング工程(フランジレス化工程)は、第1実施形態では、プレス成形工程において形成された延出部(プレス成形品の断面視凹形状部の両側端部から外部に延出して形成された余肉)をトリミング型により除去して、両側が側端部とされたフランジレスプレス成形品を形成する工程である(S03)。
なお、プレス成形工程において、余肉がないフランジレスプレス成形品を成形可能である場合にはプレス成形型内でフランジレス化工程が完了する構成としてもよい。
(4)O成形工程(当接部形成工程)は、フランジレスプレス成形品の側端部(当接予定部)を、O成形金型により当接させる工程である(S04)。
(5)接合工程は、当接部形成品(O成形品)の両側端部同士を互いに接合して接合部を形成する工程である(S05)。
接合工程では、当接部形成品の当接部の両側端部同士を、溶接等により互いに接合してシーム部(接合部)を形成する。
シーム部(接合部)の接合に際しては、アーク溶接のほか、レーザ溶接等を適用することができる。
図9は、トレーリングアーム本体100の製造工程の詳細な手順の一例を示すフローチャートであり、S101は鋼板準備工程を、S102〜S104はプレス成形工程を、SS105〜S107はトリミング工程(フランジレス化工程)を、S108〜S111はO成形工程(当接部形成工程)を、S112は接合工程を示している。なお、S113は、トレーリングアーム本体100にピボット取付部材10F及び車輪取付部材10Rを溶接により取付けて、トレーリングアーム10を形成する工程を示している。
まず、図9に示す材料鋼板準備工程(S101)について説明する。
この実施形態では、トレーリングアーム本体100のフランジレスプレス成形品を展開したものに、余肉を付加した材料鋼板(金属材料板)を準備する。
以下、図10を参照して、材料鋼板W0について説明する。図10は、第1実施形態に係るトレーリングアーム本体100を製造するための材料鋼板の概略構成の一例を説明する図である。
また、材料鋼板W0は、トレーリングアーム本体100のフロント側の矩形閉断面と対応するフロント側端部WFからリア側の円形閉断面と対応するリア側端部WRに向かって、ストレート形状部101と対応するストレート対応部W101と、断面形状変化部102と対応する断面形状変化対応部W102と、周長変化部103と対応する周長変化対応部W103と、湾曲部104と対応する湾曲対応部W104と、周長変化率変化部105と対応する周長変化率変化対応部W105とを備え、それぞれの部位に応じて形成された当接予定部である側端部W10Eの外方に余肉を含んだ側部WEが形成されている。
なお、鋼板材料の材質、厚さを限定する必要はないが、引張強さ300MPa以上、より好ましくは400MPa以上、厚さ1.0〜2.9mm程度の材料鋼板(例えば、薄板鋼板)に対して第1実施形態に係るプレス成形方法を適用することが、スプリングバックの影響を抑制することが可能な点で好適である。
プレス成形工程では、図9のS102〜S104に示すように、材料鋼板をプレス成形金型(プレス成形型)に配置し、プレス成形パンチにより押圧してプレス成形して、形成した余肉付きプレス成形品を取り出す。
また、鋼板押え工具D13は、下面に鋼板押え形状部D11Sと対応する鋼板押え形状部D13Sが形成されていて、プレス成形時にプレス成形パンチD12の両側で材料鋼板W0をプレス成形下型D11に押圧するようになっている。
(1)まず、材料鋼板W0をプレス成形型D10に配置する(S102)。
材料鋼板W0をプレス成形型D10に配置するときは、図15A、図16Aに示すように、材料鋼板W0をプレス成形凹型D11に載置して、鋼板押え工具D13を下降させて鋼板押え形状部D13Sと鋼板押え形状部D11Sによって材料鋼板W0を挟持する。
また、材料鋼板W0の上方にプレス成形パンチD12を位置させる。
プレス成形パンチD12により材料鋼板W0を押圧する際には、図15B、図16Bに示すように、プレス成形パンチD12をZ軸方向に下降させて、鋼板押え部材D13によって材料鋼板W0を挟持した状態で、プレス成形凸部D12Aによって材料鋼板W0を押圧する。
プレス成形下型D11に載置された材料鋼板W0は、プレス成形凹部D11A内においてプレス成形されるまで、鋼板押え部材D13によって鋼板押え形状部D11Sと鋼板押え形状部D13Sの間に挟まれ、プレス成形凸部D12A及びプレス成形凹部D11Aが共同して材料鋼板W0を絞り成形する。
その結果、余肉付きプレス成形品(プレス成形品)110が形成される。また、材料鋼板W0が、鋼板押え部材D13によって押圧されているので、材料鋼板W0を安定して絞り成形することができる。
なお、プレス成型に際して、部分的に絞り成形されていない箇所があってもよい。
余肉付きプレス成形品(プレス成形品)110は、図15B、図16Bの右図に示すように、凹形状部を有するとともに、長手方向の一端側がトレーリングアーム100のフロント側閉断面100F(図7B参照)と対応するフロント側断面110Fとされ、他端側がリア側閉断面100R(図7B参照)と対応するリア側断面110Rとされている。
第1実施形態において、トリミング工程(フランジレス化工程)では、図9のS105〜S107に示すように、余肉付きプレス成形品110をトリミング型に配置して、トリミング型においてプレス成形品の余肉を除去してフランジレスプレス成形品を形成し、トリミング型からフランジレスプレス成形品を取り出す。
この実施形態では、図15B、図16Bに示した余肉付きプレス成形品(プレス成形品)110の両端部に、当該両側端部から外部に延出するフランジ状の余肉(延出部)110Hが形成され、この余肉110Hをトリミング工程において除去する場合の例を示している。なお、トリミング工程を設けるかどうかは、必要に応じて、任意に設定可能である。例えば、延出部が存在しなければトリミング工程を省略してもよい。
(1)余肉付きプレス成形品(プレス成形品)110をトリミング金型D20に配置する(S105)。
具体的には、図15C、図16Cに示すように、余肉付きプレス成形品110をトリミング下型D21の凹部D21Aに配置して、上部のトリム刃D22及びくさび機構D24を下降させて、左右のトリム刃D22を余肉付きプレス成形品110の両側端部に形成された余肉110H、110Hの間に位置させる。
そして、くさび機構D24を駆動(くさび機構D24をさらに下降)して、左右のトリム刃D22をY軸方向に余肉110H、110Hより外方まで移動させてフランジ状の余肉110H、110Hをせん断、除去する。
その結果、図15C、図16Cに示すように、プレス成形品110の余肉110H、110Hが除去されて、側端部120E、120Eが正確に形成されたトリミング後のプレス成形品(フランジレスプレス成形品)120が形成される。
O成形工程(当接部形成工程)では、図9のS108〜S111に示すように、フランジレスプレス成形品をO成形金型(当接部形成型)に配置し、O成形金型においてフランジレスプレス成形品を押圧し、フランジレスプレス成形品の当接予定部(側端部)を当接させて、当接部形成品を取り出す。
以下、図13A、図15D〜図15F、図16D〜図16Fを参照して、O成形金型D30の概略構成について説明する。図13Aは、第1実施形態に係るトレーリングアーム本体の製造におけるO成形金型D30を説明する斜視図である。
ストレート形状部131、断面形状変化部132、周長変化部133、湾曲部134、周長変化率変化部135は、それぞれトレーリングアーム本体100のストレート形状部101、断面形状変化部102、周長変化部103、湾曲部104、周長変化率変化部105と対応した構成とされている。
なお、図13Aに示す符号Doは、下型(第1凹型)D31の下型凹部D31Aの幅を示している。
なお、図13Bは、当接部形成品130を上型D32側から見た図であり、図13Cは、成形方向に形成され図心線を含む面と直交する方向(すなわち側面)から当接部形成品130を見た図である。
図14に示す成形条件比a1、a2、a3、a4、a5は、それぞれトレーリングアーム本体100のストレート形状部101、断面形状変化部102、周長変化部103、湾曲部104、周長変化率変化部105と対応して、トレーリングアーム本体100の図心線に沿って変化するように構成されている。また、成形条件比a1、a2、a3、a4、a5は、0.85以上0.95以下に適宜設定されている。これらの値は、上述した成形条件比設定工程を1または複数のサイクルで行うことで設定されてもよい。
(1)フランジレスプレス成形品120を、O成形金型D30に配置する(S108)。
フランジレスプレス成形品120をO成形金型D30に配置する際には、図15D、図16Dに示すように、フランジレスプレス成形品120を下型凹部D31Aが形成された下型D31に配置し、上方に上型凹部D32Aが形成された上型D32を位置させる。
O成形金型D30によりフランジレスプレス成形品120を押圧する際には、図15D、図16Dに示すように、フランジレスプレス成形品120を下型D31に配置し、上型D32を下降させて、フランジレスプレス成形品120の両側の側端部(当接予定部)120Eを上型凹部D32Aに沿わせて変形させる。
図15E、図16Eに示すように、上型凹部D32Aによってフランジレスプレス成形品120を押圧することにより、フランジレスプレス成形品120は上型凹部D32A及び下型凹部D31Aに沿って成形される。
その結果、フランジレスプレス成形品120の両側の側端部120Eが当接される。
図15F、図16Fにおいて、符号D31F、符号D31Rは、下型凹部(当接部形成凹部)D31Aのフロント側形状部及びリア側形状部を、符号D32F、符号D32Rは、上型凹部(当接部形成凹部)D32Aのフロント側形状部及びリア側形状部を示している。
当接部形成品130は、図15F、図16Fの右図に示すように、フランジレスプレス成形品120の両側の側端部120Eが当接されて当接部130Cが形成される。
また、当接部形成品130は、一端側がトレーリングアーム本体100のフロント側閉断面100Fと対応するフロント側断面130Fとされ、他端側がリア側閉断面100Rと対応するリア側断面130Rとされている。
この実施形態において、接合工程では、当接部形成品130の当接部130Cの両側端部130E同士を溶接により接合してシーム部(接合部)100Sを形成する(S112)。
当接部形成品130の当接部130Cを溶接により接合すると、図15G、図16Gに示すように、シーム部100Sが形成される。その結果、トレーリングアーム本体100が形成される。
シーム部(接合部)100Sの接合に際しては、アーク溶接のほか、レーザ溶接等を適用することができる。
この実施形態において、部材取付工程では、レーリングアーム本体100にピボット取付部材10F及び車輪取付部材10Rを溶接により接合する(S113)。
トレーリングアーム本体100に、ピボット取付部材10F及び車輪取付部材10Rを接合(溶接)して取り付ける。
その結果、図6、図7A〜図7Dに示すようなトレーリングアーム10が形成される。
その結果、トレーリングアーム本体100を効率的に製造することができ、ひいては、部材及び自動車用部材を容易に軽量化するとともに製造コストを削減することができる。
その結果、トレーリングアーム本体100を効率的に製造することができる。
以下、図17Aから図17Cを参照して、本発明の第2実施形態について説明する。
図17A〜図17Cは、本発明の第2実施形態に係るトレーリングアーム本体の製造方法の概略を説明する図であり、図17Aは、プレス成形型において材料鋼板を鋼板押え工具によって押圧した状態を、図17Bは、プレス成形型において材料鋼板をプレス成形パンチとカウンタが協働してプレス成形凹型に押圧してプレス成形する状態を、図17Cは、プレス成形が完了することによりフランジレスプレス成形品(プレス成形品)が成形された状態を示す図である。なお、第2実施形態では、それぞれトレーリングアーム本体におけるリア側から見た図を用いて説明する。
プレス成形型D10Aは、例えば、図17A〜図17Cに示すように、固定型とされるプレス成形下型(プレス成形凹型)D11Bと、プレス成形下型D11Bの上方に配置されてプレス成形下型D11Bに対して上下方向(Z軸方向)に進退可能とされるプレス成形パンチD12と、プレス成形時にプレス成形パンチD12の両側でプレス成形下型D11Bに材料鋼板W0を押圧する鋼板押え工具D13と、カウンタD11Cとを備えている。
また、この実施形態では、プレス成形凹部D11Aの底部にカウンタD11Cが収納される孔D11Hが形成されている。
また、プレス成形凹部D11Aの底部に形成された孔D11Hに収納可能とされ、プレス成形凹部D11A内に進退可能とされている。
また、カウンタD11Cは、プレス成形パンチD12と材料鋼板W0を挟持してプレス成形凹部D11Aに押圧することで、プレス成形パンチD12と協働してプレス成形するようになっている。
(1)まず、図17Aに示すように、材料鋼板W0をプレス成形凹型D11Bに配置する。
プレス成形凹型D11Bに材料鋼板W0を配置するときは、図17Aに示すように、鋼板押え工具D13を下降させて鋼板押え形状部D13Sと鋼板押え形状部D11Sによって材料鋼板W0を保持する。
また、材料鋼板W0の上方にプレス成形パンチD12を位置させるとともに、カウンタD11Cを材料鋼板W0の近傍まで上昇させる。
プレス成形パンチD12を下降させてプレス成形する際には、材料鋼板W0の両側は、鋼板押え工具D13によって押圧されている。
材料鋼板W0は、全体にわたってプレス成形凹部D11Aに沿って成形されるとともに、材料鋼板W0の両端部WE10が鋼板押え工具D13から離れてプレス成形凹部D11Aに引き込まれてプレス成形パンチD12とプレス成形凹部D11Aの間で側端部120Eが形成される。なお、プレス成型に際して、部分的に絞り成形されない箇所があってもよい。
その結果、トリミング型によるフランジレス化工程を設ける必要がなく、フランジレスプレス成形品120を効率的に形成することができ、生産性を向上することができる。
その結果、フランジレスプレス成形品120を安定かつ高品質に成形することができる。
以下、第3実施形態を説明する。第3実施形態は、上述したトレーリングアーム本体100を曲げ成形加工により製造する例である。トレーリングアーム本体100、トレーリングアーム10及びトーションビームAssy1の構造は第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
また、この実施形態において、トレーリングアーム本体100の製造工程で使用する金型は、曲げ成形工程で使用する曲げ成形型と、O成形工程(当接部形成工程)で使用するO成形金型(当接部形成型)とを備えている。
(1)材料鋼板準備工程は、曲げ成形工程で成形する材料鋼板(金属材料板)を準備する工程である(S01’)。
材料鋼板準備工程では、例えば、曲げ成形品(曲げ成形部)を展開した外形を有する材料鋼板を準備する。
なお、必要に応じて曲げ成形品(曲げ成形部)を展開した外形に、曲げ成形工程が完了した状態で曲げ成形凹型よりも外方に残る余肉が形成されていてもよい。この場合、曲げ成形した後に、トリミングによって余肉を除去してもよい。
(2)曲げ成形工程は、材料鋼板(金属材料板)を、曲げ成形型によって曲げ成形することにより、Z軸方向における曲げ成形パンチ側が開口された曲げ成形部を成形する工程である(S02’)。
曲げ成形工程では、材料鋼板(金属材料板)を、曲げ成形型によって曲げ成形して曲げ成形品(曲げ成形部)を成形する。
(3)O成形工程(当接部形成工程)は、曲げ成形品120’(図25B参照)の両端部(当接予定部)を、O成形金型(当接部形成型)により当接させる工程である(S03’)。
この実施形態では、曲げ成形品120’の両側端部(当接予定部)をO成形金型D30’によって当接する工程である。
なお、曲げ成形工程において、曲げ成形品120’の外周と対応していない材料鋼板W0’から曲げ成形品を形成する場合には、曲げ成形品の外周に形成された余肉をトリミングにより除去した後に当接部形成工程に移行する構成としてもよい。
(4)接合工程は、当接部形成品(O成形品)の両側端部同士を互いに接合して接合部を形成する工程である(S04’)。
接合工程では、当接部形成品の当接部の両側端部同士を、溶接等により互いに接合してシーム部(接合部)を形成する。
シーム部(接合部)の接合に際しては、アーク溶接のほか、レーザ溶接等を適用することができる。
まず、図23に示す材料鋼板準備工程(S101’)について説明する。
この実施形態では、トレーリングアーム本体100を展開した形状に形成した材料鋼板(金属材料板)W0’を準備する。
以下、図24を参照して、材料鋼板W0’について説明する。図24は、第3実施形態に係るトレーリングアーム本体100を製造するための材料鋼板の概略構成の一例を説明する図である。
なお、鋼板材料の材質、厚さを限定する必要はないが、引張強さ300MPa以上、より好ましくは400MPa以上、厚さ1.0〜2.9mm程度の材料鋼板(例えば、薄板鋼板)に対して第3実施形態に係る曲げ成形方法を適用することが、スプリングバックの影響を抑制することが可能な点で好適である。
曲げ成形工程では、図23のS102’〜S104’に示すように、材料鋼板を曲げ成形型に配置し、曲げ成形パンチにより押圧して曲げ成形して、形成した曲げ成形品(曲げ成形部)を取り出す。
以下、図25A、図28A、図28B、図29A、図29Bを参照して、曲げ成形型D10’の概略構成について説明する。図11Aは、第3実施形態に係るトレーリングアーム本体の製造における曲げ成形型を説明する斜視図である。
なお、図25Aに示す符号Duは、曲げ成形パンチD12’の曲げ成形凸部D12A’の幅を示している。
なお、図25Bは、曲げ成形品120’を上側(曲げ成形パンチD12’側)から見た図であり、図25Cは、成形方向に形成され図心線を含む面と直交する方向(すなわち側面)から曲げ成形品120’を見た図である。
(1)まず、材料鋼板W0’を曲げ成形型D10’に配置する(S102’)。
材料鋼板W0’を曲げ成形型D10’に配置するときは、図28A、図29Aに示すように、材料鋼板W0’を曲げ成形凹型D11’に載置し、上方に曲げ成形パンチD12’の曲げ成形凸部D12A’を位置させる。
曲げ成形パンチD12’により材料鋼板W0’を押圧する際には、図28B、図29Bに示すように、曲げ成形パンチD12’をZ軸方向に下降させて、曲げ成形凸部D12A’によって材料鋼板W0’を押圧し、曲げ成形パンチD12’と曲げ成形凹型D11’とが協働して、材料鋼板W0’を曲げ成形凸部D12A’及び曲げ成形凹部D11A’に沿わせて曲げ成形する。
曲げ成形品120’は、図28B、図29Bの右図に示すように、凹形状部を有するとともに、一端側がトレーリングアーム100のフロント側閉断面100F(図7B参照)と対応するフロント側断面120F’とされ、他端側がリア側閉断面100R(図7B参照)と対応するリア側断面120R’とされている。
O成形工程(当接部形成工程)では、図23のS105’〜S108’に示すように、曲げ成形品(曲げ成形部)をO成形金型(当接部形成型)に配置し、O成形金型において曲げ成形品(曲げ成形部)を押圧し、曲げ成形品(曲げ成形部)の当接予定部を当接させて、当接部形成品を取り出す。
以下、図26A、図28C〜図28F、図29C〜図29Fを参照して、当接部形成型D30’の概略構成について説明する。図26Aは、第3実施形態に係るトレーリングアーム本体の製造におけるO成形金型D30’を説明する斜視図である。
ストレート形状部131’、断面形状変化部132’、周長変化部133’、湾曲部134’、周長変化率変化部135’は、それぞれトレーリングアーム本体100のストレート形状部101、断面形状変化部102、周長変化部103、湾曲部104、周長変化率変化部105と対応した構成とされている。
なお、図26Aに示す符号Doは、下型(第1凹型)D31’の下型凹部D31A’の幅を示している。
なお、図26Bは、当接部形成品130’を上型D32側から見た図であり、図26Cは、成形方向に形成され図心線を含む面と直交する方向(すなわち側面)から当接部形成品130’を見た図である。
図27に示す成形条件比a1、a2、a3、a4、a5は、それぞれトレーリングアーム本体100のストレート形状部101、断面形状変化部102、周長変化部103、湾曲部104、周長変化率変化部105と対応して、トレーリングアーム本体100の図心線に沿って変化するように構成されている。また、成形条件比a1、a2、a3、a4、a5は、例えば、0.85以上0.95以下に適宜設定されている。これらの値は、上述した成形条件比設定工程を1または複数のサイクルで行うことで設定されてもよい。
(1)曲げ成形品120’を、O成形金型D30’に配置する(S105’)。
曲げ成形品120’をO成形金型D30’に配置する際には、図28C、図29Cに示すように、曲げ成形品120’を下型凹部D31A’が形成された下型D31’に配置し、上方に上型凹部D32A’が形成された上型D32’を位置させる。
O成形金型D30’により曲げ成形品120’を押圧する際には、図28C、図29Cに示すように、曲げ成形品120’を下型D31’に配置し、上型D32’を下降させて、曲げ成形品120’の両側の側端部(当接予定部)120E’を上型凹部D32A’に沿わせて変形させる。
図28D、図29Dに示すように、上型凹部D32A’によって曲げ成形品120’を押圧することにより、曲げ成形品120’は上型凹部D32A’ 及び下型凹部D31A’に沿って成形される。
その結果、曲げ成形品120’の両側の側端部120E’が当接される。
図28E、図29Eにおいて、符号D31F’、符号D31R’は、下型凹部(当接部形成凹部)D31A’のフロント側形状部及びリア側形状部を、符号D32F’、符号D32R’は、上型凹部(当接部形成凹部)D32A’のフロント側形状部及びリア側形状部を示している。
当接部形成品130’は、図28E、図29Eの右図に示すように、曲げ成形品120’の両側の側端部120E’が当接されて当接部130C’が形成される。
また、当接部形成品130’は、一端側がトレーリングアーム本体100のフロント側閉断面100Fと対応するフロント側断面130F’とされ、他端側がリア側閉断面100Rと対応するリア側断面130R’とされている。
この実施形態において、接合工程では、当接部形成品130’の当接部130C’の両側端部130E’同士を溶接により接合してシーム部(接合部)100S’を形成する(S109’)。
当接部形成品130’の当接部130C’を溶接により接合すると、図28F、図29Fに示すように、シーム部100S’が形成される。その結果、トレーリングアーム本体100が形成される。
シーム部(接合部)100S’の接合に際しては、アーク溶接のほか、レーザ溶接等を適用することができる。
この実施形態において、部材取付工程では、レーリングアーム本体100にピボット取付部材10F及び車輪取付部材10Rを溶接により接合する(S110’)。
トレーリングアーム本体100に、ピボット取付部材10F及び車輪取付部材10Rを接合(溶接)して取り付ける。
その結果、図6、図7A〜図7Dに示すようなトレーリングアーム10が形成される。
その結果、トレーリングアーム本体100を効率的に製造することができ、ひいては、部材及び自動車用部材を容易に軽量化するとともに製造コストを削減することができる。
その結果、トレーリングアーム本体100を効率的に製造することができる。
例えば、上記実施の形態においては、部材がトレーリングアーム本体100(トレーリングアーム10)である場合について説明したが、トレーリングアーム本体100に代えて、他の自動車用部材に適用してもよい。
また、自動車用部材に代えて、建築構造物や機械構造物を構成する部材に適用してもよい。
また、例えば、本発明に係る部材の製造方法を、一部又は全長にわたって周長変化率変化部、断面形状変化部や湾曲部が形成されたラインパイプ等の製造に適用してもよい。
また、断面形状変化部、湾曲部、及び周長変化率変化部以外の筒状部について、成形条件比aを0.85以上0.95以下に設定してもよい。
また、隙間が形成されている場合に、隙間の間隔が、隙間に沿った位置に応じて異なる間隔に形成されていてもよい。
また、当接部を溶接等によって接合するかどうかは任意に設定可能であり、また一部が接合された構成としてもよい。
実験例1では、上述した第2のモデルM200をプレス成形加工により製造した(第2の知見)。金属材料板W200としては、引張強さ600MPa、厚さ2.0mmの鋼板を使用した。そして、成形条件比a、断面形状変化部M203の断面形状の図心線と当接部M200Cを含む方向における長さの図心線に沿う変化Rhを様々に変更して第2のモデルM200を製造し、これらの第2のモデルM200の品質を評価した。なお、Rhは、断面形状変化部M203の長手方向の両端部及び中心部でそれぞれ測定した値の中央値とした。また、円形閉断面M202の外径は40mmで共通とした。評価項目は「スプリングバック後の当接部間の隙間」、「スプリングバック後の形状精度」とした。評価方法の詳細は以下の通りである。
第2のモデルM200をO成形金型D220から取り出した後(すなわち、第2のモデルM200がスプリングバックした後)、当接部M200C間の距離を測定した。そして、以下の評価基準でスプリングバック後の当接部間の隙間を評価した。A〜Cを合格レベルとした。結果を表1にまとめて示す。
A:当接部間が密着
B:当接部間の距離が0.5mm以下
C:当接部間の距離が2.0mm未満
D:当接部間の距離が2.0mm以上
第2のモデルM200をO成形金型D220から取り出した後(すなわち、第2のモデルM200がスプリングバックした後)、第2のモデルM200の高さ(当接部における外周面部分から当接部に対向する外周面部分までの距離(すなわち外径))を測定した。さらに、上型D222と下型D221とを完全に突き合せた状態で上型凹部D222Aの上端から下型凹部D221Aの下端までの距離(O成形金型D220の成形面高さ)を測定した。そして、第2のモデルM200の高さをO成形金型D220の成形面高さで除算し、得られた評価値と以下の評価基準に基づいて、スプリングバック後の形状精度を評価した。a〜cを合格レベルとした。結果を表1にまとめて示す。
a:評価値が1.00以上1.01未満
b:評価値が1.01以上1.03未満
c:評価値が1.03以上1.05未満
d:評価値が1.05以上
実験例2では、上述した第1のモデルM100’を曲げ成形加工により製造した(第1の知見)。金属材料板W100’としては、引張強さ600MPa、厚さ1.6mmの鋼板を使用した。そして、成形条件比a、周長変化率変化部M103’の周長変化率Rcを様々に変更して第1のモデルM100’の品質を評価した。周長変化率Rcは、周長変化率変化部M103’の両端で測定した周長変化率の差を、これら両端の図心線に沿った間隔(長さ、寸法)で除した値とした。評価項目は「スプリングバック後の当接部間の隙間」、「スプリングバック後の形状精度」とした。評価項目の測定、評価は実験例1に倣って行った。結果を表2にまとめて示す。
実験例3では、上述した第3のモデルM300’を曲げ成形加工により製造した(第3の知見)。金属材料板W300’としては、引張強さ600MPa、厚さ2.8mmの鋼板を使用した。そして、成形条件比a、第3のモデルM300’の曲率Rlを様々に変更して第3のモデルM300’の品質を評価した。なお、曲率Rlは、第3のモデルM300’の両端部及び中心部でそれぞれ測定した値の中央値とした。評価項目は「スプリングバック後の当接部間の隙間」、「スプリングバック後の形状精度」とした。評価項目の測定、評価は実験例1に倣って行った。結果を表3にまとめて示す。
10 トレーリングアーム(部材、自動車用部材)
D10、D10A プレス成形型
D11 プレス成形凹型
D11A プレス成形凹部
D11B プレス成形凹部
D11C カウンタ
D12 プレス成形パンチ
D12A プレス成形凸部
D13 鋼板押え部材(金属材料押え部材)
D30 O成形金型
D31 下型(第1凹型)
D31A 下型凹部(第1凹部)
D32 上型(第2凹型)
D32A 上型凹部(第2凹部)
100 トレーリングアーム本体(筒状部、部材、自動車用部材)
101 ストレート形状部
102 断面形状変化部
103 周長変化部
104 湾曲部
105 周長変化率変化部
110 余肉付きプレス成形品(プレス成形品)
110F フロント側断面(余肉付きプレス成形品)
110R リア側断面(余肉付きプレス成形品)
120 フランジレスプレス成形品(トリミングプレス成形品)
120F フロント側断面(側フランジレスプレス成形品)
120R リア側断面(フランジレスプレス成形品品)
130 当接部形成品
130C 当接部
130F フロント側断面(当接部形成品)
130R リア側断面(当接部形成品)
Claims (11)
- 金属材料板を加工して、筒状部の断面形状が図心線に沿って変化する断面形状変化部と、前記筒状部の周長が図心線に沿って変化するとともに前記周長の変化率が変化する周長変化率変化部と、前記筒状部の図心線が曲率を有する湾曲部と、のうち、少なくともいずれか一つを含む特定三次元筒状部を備えた部材を製造する部材の製造方法であって、
U成形パンチを含むU成形金型を用いて前記金属材料板をU成形することで、断面視凹形状のU成形品を製造するU成形工程と、
前記U成形品の側端部同士をO成形金型により当接することで当接部を形成するO成形工程と、を含み、
前記U成形パンチの前記特定三次元筒状部に対応する部位のパンチ幅Duと、前記O成形金型の前記特定三次元筒状部に対応する部位の凹部幅Doとの比からなる成形条件比a=Du/Doが、0.85以上0.95以下に設定されることを特徴とする部材の製造方法。 - 前記U成形金型は、前記U成形パンチであるプレス成形パンチと、前記プレス成形パンチと対応するプレス成形凹部が形成されたプレス成形凹型とを有し、
前記U成形工程は、前記プレス成形パンチを、前記プレス成形凹型に近接する方向に相対的に移動させることで、前記金属材料板を、断面視凹形状部と、前記断面視凹形状部の両側端部から外部に延出した延出部とを有するプレス成形品に成形するプレス成形工程と、
前記プレス成形品から前記延出部を除去することで、前記U成形品を製造するフランジレス化工程と、
を含むことを特徴とする、請求項1に記載の部材の製造方法。 - 前記U成形金型は、前記U成形パンチである曲げ成形パンチと、前記曲げ成形パンチと対応する曲げ成形凹部が形成された曲げ成形凹型とを有し、
前記U成形工程は、前記曲げ成形パンチを、前記曲げ成形凹型に近接する方向に相対的に移動させることで、前記U成形品を製造することを特徴とする、請求項1に記載の部材の製造方法。 - 前記U成形工程に先立って1または複数のサイクルで行われる成形条件比設定工程をさらに含み、
前記成形条件比設定工程は、
前サイクルの前記成形条件比設定工程で設定された前記成形条件比aまたは前記成形条件比aの初期値と、前記部材の材料特性と、前記金属材料板の形状及び板厚と、前記U成形工程における成形条件と、前記O成形工程における成形条件と、を含む条件を考慮した有限要素解析を行うことで、前記U成形工程によって生じる前記特定三次元筒状部の図心線に沿った方向の歪量と、前記O成形工程によって生じる前記特定三次元筒状部の図心線に沿った方向の歪量及び前記側端部同士の相対位置と、を含む形状パラメータを推定し、
前記形状パラメータが所望の条件を満たすまで、前記成形条件比設定工程を繰り返し行うことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の部材の製造方法。 - 前記成形条件比aは、前記特定三次元筒状部の図心線に沿って変化することを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の部材の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の部材の製造方法を適用することを特徴とする自動車用部材の製造方法。
- 請求項1〜5の何れか1項に記載の部材の製造方法に用いられる金型であって、
前記U成形金型と、前記O成形金型とを備え、
前記成形条件比aが、0.85以上0.95以下に設定されることを特徴とする金型。 - 前記U成形金型は、前記U成形パンチであるプレス成形パンチと、前記プレス成形パンチと対応するプレス成形凹部が形成されたプレス成形凹型とを有することを特徴とする、請求項7に記載の金型。
- 前記U成形金型は、前記U成形パンチである曲げ成形パンチと、前記曲げ成形パンチと対応する曲げ成形凹部が形成された曲げ成形凹型とを有することを特徴とする、請求項7記載の金型。
- 前記成形条件比aは、1または複数のサイクルで行われる成形条件比設定工程により設定された値であり、
前記成形条件比設定工程は、
前サイクルの前記成形条件比設定工程で設定された前記成形条件比aまたは前記成形条件比aの初期値と、前記部材の材料特性と、前記金属材料板の形状及び板厚と、前記U成形工程における成形条件と、前記O成形工程における成形条件と、を含む条件を考慮した有限要素解析を行うことで、前記U成形工程によって生じる前記特定三次元筒状部の図心線に沿った方向の歪量と、前記O成形工程によって生じる前記特定三次元筒状部の図心線に沿った方向の歪量及び前記側端部同士の相対位置と、を含む形状パラメータを推定し、
前記形状パラメータが所望の条件を満たすまで、前記成形条件比設定工程が繰り返し行われることを特徴とする、請求項7〜9の何れか1項に記載の金型。 - 前記成形条件比aは、前記特定三次元筒状部の図心線に沿って変化することを特徴とする、請求項7〜10の何れか1項に記載の金型。
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