WO2016125506A1 - 部材の接合方法 - Google Patents
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- WO2016125506A1 WO2016125506A1 PCT/JP2016/050045 JP2016050045W WO2016125506A1 WO 2016125506 A1 WO2016125506 A1 WO 2016125506A1 JP 2016050045 W JP2016050045 W JP 2016050045W WO 2016125506 A1 WO2016125506 A1 WO 2016125506A1
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- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
- B21D39/03—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of sheet metal otherwise than by folding
Definitions
- the present invention relates to a method for joining members.
- high strength steel sheets called high-tension steel are used. Although these high tensile strengths are effective in reducing weight and improving safety, they are still heavy compared to low specific gravity materials such as aluminum. Further, high tension steel has problems such as a decrease in formability due to its high strength, an increase in forming load, and a decrease in dimensional accuracy. In order to solve these problems, in recent years, multi-materials have been used in which extruded products, cast products, and press-formed products using aluminum having a lighter specific gravity than steel plates are used together with steel parts.
- the problem with this multi-material is the joining of steel plate parts and light metal parts such as aluminum.
- welding technology typified by spot welding, brittle intermetallic compounds (IMC) occur at the interface between the steel plate and aluminum plate, which causes problems, so electromagnetic forming joining, screw fastening represented by bolts and nuts, Friction stir welding (FSW: friction ⁇ ⁇ ⁇ stir welding), rivet, self-piercing rivet (SPR: self-piercing rivet), mechanical clinching, bonding, and other joining technologies are put into practical use in any one or a combination of two or more Has been.
- IMC brittle intermetallic compounds
- Patent Document 1 in a method of connecting metal plate materials to each other, a through hole is formed in one plate material, a hollow protruding portion that fits into the through hole is formed in the other plate material, and the protruding portion is a through hole. And a method of caulking by pressing and crushing is disclosed.
- Patent Document 2 in a method of joining a first plate-like member having a protrusion and a second plate-like member having a through hole, both members are overlapped and supported so that the protrusion passes through the through hole.
- a method of supporting by a member and crushing and caulking a protrusion with a pressing member is disclosed.
- Patent Document 3 discloses a method of forming a bottomed cylindrical caulking portion (projection) in two steps in a method of joining a plurality of metal plate-like bodies by caulking.
- Patent Document 1 and Patent Document 2 do not describe any method for forming the protruding portion (projection).
- press parts are required to be lighter, and materials with high strength and low workability are often used. ) Is not easy to form.
- An object of the present invention is to provide a method for joining members that can improve the joining strength, has high strength, and can be used for difficult-to-work members.
- the present invention provides a first member and a second member provided with a through hole, and uses a first mold set to partially bulge while elastically holding the first member, A protrusion having a first diameter larger than the second diameter in the final shape that can be inserted into the through hole is formed on the first member, and a second mold set is used to move the protrusion from the first diameter to the first diameter.
- the projection is formed in such a manner that the first member and the second member are overlapped so that the projection is inserted into the through hole.
- a method for joining members that are crushed to caulk the first member and the second member is provided.
- the final-shaped protrusion is formed in a two-step process, the load on the first member can be reduced, and the protrusion can be formed without causing damage such as cracking to the first member.
- the protrusion formed in the two-stage process has a sufficient height even when the first member is high in strength and difficult to process, so that a sufficient interlock portion for caulking is expressed when the protrusion is crushed Can be made. As a result, the bonding strength between the first member and the second member can be improved.
- the first member and the second member may be made of materials having different strengths.
- the first member may be made of steel and the second member may be made of an aluminum alloy.
- high strength steel material and aluminum alloy material which is a low specific gravity material, and can correspond to multi-purpose material with high versatility that realizes strength and light weight.
- the first mold set may include an initial forming die, a punch, and a first stripper.
- the punch may be a stepped punch having a first curved surface having a spherical head shape at a central portion and a second curved surface having a curvature different from that of the first curved surface at an outer peripheral portion.
- the breakage of the first member can be avoided by using a stepped punch as the punch.
- a stepped punch As the punch.
- the first member is pressed at the apex of the first curved surface having a spherical head shape.
- a 1st member is pressed with the 2nd curved surface of the outer peripheral part of a stepped punch. Accordingly, the pressing force applied to the first member is dispersed as compared with a normal ball-head shaped punch, and stress concentration can be prevented.
- the shoulder of the initial forming die may be chamfered.
- the skirt of the protrusion is lifted compared to the case without chamfering, so that the height of the protrusion can be further increased and the bonding strength can be improved.
- the second mold set may include a final molding die and a molding seat.
- molding seat may have a shaping
- the diameter of the final shaped protrusion can be controlled by the molding convex part.
- the molding convex part When there is no molding convex part, there is a possibility that the projection is deformed inward by the final molding die and the diameter is excessively reduced, or the height of the projection is lowered.
- the first member can be formed so as to be sandwiched between the final forming die and the forming convex portion by providing the forming convex portion, it is possible to prevent these and realize a stable projection forming process.
- the base of the forming convex portion of the forming seat may be provided with a chamfered and inclined collar portion.
- the inclined collar portion Since the inclined collar portion is provided, the material is pushed out toward the top of the protrusion, the height of the protrusion can be further increased, and the bonding strength can be improved.
- the second mold set further includes a second stripper, and the second stripper has the final shape in a state in which the skirt portion of the projection formed with an outer diameter larger than the final shape is pressure-restrained in a plane. You may shape
- the skirt portion of the protrusion is pressure-constrained, it is possible to prevent the protrusion wall from flowing to the skirt portion and lowering the protrusion height when forming the protrusion into the final shape.
- the third mold set may include a presser and a caulking seat. Further, the pusher may have a tapered shape toward the caulking seat, and may have an end at a position corresponding to the center of the protrusion.
- the presser When the presser has a tapered shape, the presser presses the central part of the protrusion, so that the outer shape can be enlarged while the protrusion is crushed, the interlock part can be enlarged, and the joining strength can be improved.
- the end portion of the pusher may be bitten into the central portion of the protrusion to reduce the thickness.
- the material of the first member flows out to the side (to the interlock part), so that the interlock part can be enlarged and the joint strength can be improved.
- the caulking seat may have caulking convex portions that are inserted inside the protrusions.
- the caulking seat has the caulking convex part, the protrusion can be pressed against the caulking convex part and crushed, so that it can be caulked and joined more reliably in a stable state.
- the height of the caulking convex portion of the caulking seat is equal to or greater than the sum of the thickness of the first member and the thickness of the second member, and twice the thickness of the first member. It may be less than the total thickness.
- the caulking convex portion is positioned higher than the second member because the height of the caulking convex portion is equal to or greater than the total thickness of the first member and the second member, and the protrusion is pressed against the caulking convex portion to be crushed. it can. Moreover, excessive crushing can be prevented by being less than the sum of the thickness of the 2nd member and the 2nd thickness of the 1st member. As a result, stable caulking can be realized, and a stable bonding strength can be obtained.
- the outer diameter of the presser may be equal to or smaller than the outer diameter of the protrusion formed by the second mold set.
- the close bending of the first member can be prevented. If the outer diameter of the pusher exceeds the radius of the protrusion, the bent member called close contact bending may be brought into close contact with each other at the bent portion, and bending without a gap may occur. In this case, cracks often occur and can be prevented by using this method.
- the presser may have an outer peripheral pressing portion that protrudes toward the caulking seat so as to cover the protrusion.
- the first member and the second member can be pressed and crushed prior to the crushing of the protrusion. Accordingly, the height of the protrusion can be relatively increased, the interlock portion can be enlarged, and the bonding strength can be improved. This is particularly effective in caulking of high-tension steel and ultra-high-tension steel that are difficult to increase the height of the protrusions.
- a counterbore part may be provided on the opposite side of the contact surface of the second member with the first member.
- the height of the projection can be made relatively higher by providing a spot facing. Specifically, the height of the projection can be increased by the counterbore at the maximum by the thickness of the second member. Moreover, when crushing a protrusion, since it can crush by the board
- the height of the protrusion provided on the first member can be increased, and a sufficient interlock portion for caulking can be expressed, so that the joining strength can be improved. Moreover, this method has high strength and can be used for difficult-to-work members.
- Sectional drawing which shows the protrusion after caulking joining of steel parts and aluminum parts. Sectional drawing which shows before formation of the protrusion of the 1st process which concerns on 1st Embodiment.
- the cross-sectional schematic diagram which shows after formation of the protrusion of the 1st process which concerns on 1st Embodiment.
- Sectional drawing which shows before final shape shaping
- Sectional drawing which shows the final shape shaping
- Sectional drawing which shows after the crimping joining of the 3rd process which concerns on 1st Embodiment.
- die set of another example Sectional drawing which shows before the crimping joining of the 3rd metal mold
- die set of another example Sectional drawing which shows the steel components which have the counterbore which inclined. The perspective view which crimped and joined the steel bumper beam and aluminum stay which concern on 10th Embodiment.
- Sectional drawing before the bending process of the steel bumper beam after a 2nd process Sectional drawing after the bending process of the steel bumper beam after a 2nd process.
- Sectional drawing which shows before crimping joining of a 3rd process Sectional drawing which shows after caulking joining of a 3rd process.
- the perspective view which shows the caulking joining of the hole part of a large dimension The perspective view which shows the caulking joining of a hat channel and a closing plate.
- FIG. 1 shows a cross section of a state in which a steel part (first member) 1 and an aluminum part (second member) 10 are caulked.
- the steel part 1 is made of steel such as high-tension steel, and a protrusion 2 is provided on a plate-like portion.
- the aluminum component 10 is made of an aluminum alloy, and a through hole 11 is provided in a plate-like portion.
- the steel part 1 and the aluminum part 10 are arranged so as to overlap each other with the protrusions 2 inserted through the through holes 11, and are crimped by crushing the protrusions 2 to develop the interlock portions 3.
- the first to third steps in the caulking joining method of the present embodiment will be described.
- the protrusions 2 are formed
- the protrusions 2 formed in the first step are formed into final shapes
- the protrusions 2 are crushed to form the steel part 1 and the aluminum part 10. It is tightening.
- a diameter (first diameter) larger than the diameter (second diameter) De (see FIG. 3B) of the final shape by drawing using the first mold set 20.
- the diameter 2) of the projection 2 of Ds is formed.
- the first mold set 20 includes a punch 21, an initial forming die 22, and a first stripper 23.
- the punch 21 has a cylindrical shape, and the upper end 21a in the drawing has a spherical head shape.
- the initial forming die 22 has a recess 22a into which the punch 21 is partially inserted during press working. The dimensions of the end 21a and the recess 22a of the punch 21 and the initial forming die 22 are determined so that the protrusion 2 is formed to have a diameter Ds larger than the final shape diameter De (see FIG. 3B).
- the first stripper 23 includes a plate presser 23a for pressing the steel part 1 and a cushion 23b for elastically urging the plate presser 23a toward the initial forming die 22 (upward in the drawing). , Arranged around the punch 21.
- the steel part 1 is fixed so as not to move by the first stripper 23 and the initial forming die 22.
- the end 21a of the punch 21 pushes the steel part 1 into the recess 22a while the first stripper 23 holds the steel part 1 around the punch 21.
- the protrusion 2 is formed by pressing.
- the formed protrusion 2 has a generally dome shape and is formed based on the shape of the punch 21.
- the second mold set 30 is used to form the protrusion 2 formed in the first step into a final shape diameter De.
- the second mold set 30 includes a final molding die 31 and a molding seat 32.
- the final shaping die 31 has a recess 31a.
- the concave portion 31 of the final molding die 31 is smaller than the concave portion 22 a of the initial molding die 22. For this reason, the diameter of the protrusion 2 formed in the first step can be reduced.
- the molding seat 32 has a support surface 32 a that is flat with respect to the final molding die 31.
- the steel part 1 is supported by the support surface 32a.
- the protrusion 2 formed in the first step is inserted into the recess 31a of the final forming die 31 by the forming process, whereby the protrusion 2 is reduced in diameter and formed into the final shape diameter De. .
- the protrusion 2 is only reduced in diameter, and the height is not substantially changed.
- the steel part 1 and the aluminum part 10 are caulked using the third mold set 40.
- the third mold set 40 includes a pusher 41 and a crimping seat 42.
- the presser 41 has a flat pressing surface 41a on the bottom surface, and the protrusion 2 is crushed toward the crimping seat 42 by the pressing surface 41a.
- the crimping seat 42 has a support surface 42 a that is flat with respect to the presser 41 on the upper surface.
- the steel part 1 and the aluminum part 10 are disposed so as to overlap each other with the protrusion 2 inserted through the through hole 11 and supported by the support surface 42a.
- a plate presser 43 may be arranged on the outer periphery of the presser 41. As shown in FIG. Stable caulking is possible by lowering the plate holder 43 in advance and restraining the skirt portion 2a of the protrusion 2 via the aluminum part 10, and lowering the pusher 41 and crushing the protrusion 2 in this state.
- the protrusion 2 since the final-shaped protrusion 2 is formed in a two-step process, the protrusion 2 can be formed with a small number of man-hours without causing damage such as cracks in the steel part 1. Furthermore, since the protrusion formed in the two-stage process has a sufficient height even when the steel part 1 is high in strength and difficult to process, a sufficient interlock portion for caulking when it is crushed. 3 can be expressed. For this reason, the joint strength between the steel part 1 and the aluminum part 10 can be improved.
- a steel part 1 made of high strength steel and an aluminum part 10 made of an aluminum alloy material, which is a low specific gravity material, are joined to make a highly versatile multimaterial that achieves strength and light weight.
- the materials of the members to be joined are not limited to these, and members of various materials can be used.
- the shape of the stepped punch 24 of the first mold set 20 of the present embodiment is different from the first curved surface 24a having a spherical head shape at the central portion and the first curved surface 24a at the outer peripheral portion. It has the 2nd curved surface 24b of curvature.
- a stepped punch 21 as shown in FIG.
- Rupture of the steel part 1 can be avoided by using the stepped punch 21 as the punch 21 in this way.
- the steel part 1 is first pressed by the top of the first curved surface 24a having a spherical head shape.
- the steel part 1 is pressed by the second curved surface 24 b of the outer peripheral portion of the stepped punch 21. Therefore, the pressing force applied to the steel part 1 is dispersed as compared with the normal ball-head shaped punch 21, and stress concentration can be prevented.
- the shoulder 22b of the initial molding die 22 of the first mold set 20 of this embodiment is chamfered.
- the chamfering is not limited to the C surface, and the chamfering may be performed at any angle.
- the shoulder 22b is chamfered, the skirt 2a (see FIG. 2B) of the protrusion 2 is lifted compared to the case where there is no chamfering, so that the height of the protrusion 2 can be further increased and the bonding strength is improved. it can.
- (Fourth embodiment) 7A and 7B is the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 2A to 4B except for the portion related to the molding seat 32. Therefore, the same components as those shown in FIGS. 2A to 4B are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
- the molding seat 32 of the second mold set 30 of this embodiment includes a molding convex portion 32b.
- the forming convex portion 32 b is cylindrical and extends vertically upward toward the final forming die 31.
- the molding convex part 32 b is inserted into the protrusion 2.
- the forming protrusion 32 b supports the steel part 1 from the inside and forms the protrusion 2 so as to sandwich the steel part 1 together with the final forming die 31.
- the final shape diameter De (see FIG. 3B) of the protrusion 2 can be controlled by the molding convex portion 32b.
- molding convex part 32b When there is no shaping
- the steel part 1 can be molded so as to be sandwiched between the final molding die 31 and the molding convex portion 32b, so that these can be prevented and a stable projection molding process can be realized.
- the molding convex portion 32b preferably has a diameter of 2/3 or less compared to the punch 21 (see FIGS. 2A and 2B) of the first mold set 20, and thus a more stable molding process is possible.
- FIGS. 8A and 8B The joining method of this embodiment shown in FIGS. 8A and 8B is the same as that of the fourth embodiment of FIGS. 7A and 7B except for the portion related to the second stripper 33. Therefore, the same components as those shown in FIGS. 7A and 7B are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
- the second mold set 30 of the present embodiment includes a second stripper 33.
- the second stripper 33 includes a plate presser 33 a for pressing the steel part 1 and a cushion 33 b for urging the plate presser 33 a toward the final forming die 31.
- the cushion 33b has one end connected to the final molding die 31 and the other end connected to the plate presser 33a. Accordingly, the second stripper 33 is movable in the vertical direction in the figure, and the plate presser 33a presses and fixes the steel part 1 against the support surface 32a of the molding seat 32.
- the material of the wall 2b of the protrusion 2 is the base of the protrusion 2.
- the height may be reduced by escaping to the portion 2a. Therefore, as shown in FIG. 8A, before the final molding die 31 is lowered, the plate holder 23a is arranged on the outer periphery of the final molding die 31, and the bottom portion 2a of the protrusion 2 is suppressed by the plate holder 23a. More preferably, the final forming die 31 is lowered to the final shape as shown in 8B.
- the skirt portion 2a of the protrusion 2 is pressed and restrained, so that when the protrusion 2 is formed into a final shape, the material of the wall portion 2b of the protrusion 2 flows to the skirt portion 2a and the protrusion 2 It is possible to prevent the height from being lowered.
- (Sixth embodiment) 9A and 9B is the same as the fourth embodiment of FIGS. 8A and 8B except for the portion related to the molding seat 32. Therefore, the same components as those shown in FIGS. 8 and 8B are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
- the molding seat 32 of the second mold set 30 of the present embodiment is provided with a flange portion 32c inclined at the root of the molding convex portion 32b.
- the collar part 32c is provided over the perimeter of the shaping
- (Seventh embodiment) 10A and 10B is the same as the first embodiment of FIGS. 2A to 4B except for the portion related to the caulking seat 42. Therefore, the same components as those shown in FIGS. 2A to 4B are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
- the caulking receiving seat 42 of the third mold set 40 of the present embodiment includes caulking convex portions 42b.
- the caulking convex portion 42 b has a columnar shape and extends vertically upward toward the pusher 41.
- the caulking convex portion 42 b is inserted into the protrusion 2.
- the caulking convex portion 42b supports the steel part 1 from the inside and is caulked and joined.
- the outer diameter D1 of the pusher 41 used for crushing the protrusion 2 is equal to or smaller than the outer diameter D2 of the protrusion 2 formed by the second mold set 30 (D1 ⁇ D2). It is preferable.
- the height Hh of the crimping convex portion 42b of the crimping seat 42 is equal to or greater than the sum of the thickness Hs of the steel part 1 and the thickness Ha of the aluminum part 10 (Hs + Ha ⁇ Hh). It is preferable to use a caulking seat 42 that is twice the thickness of the steel part 1 and the total thickness of the aluminum part 10 (Hh ⁇ 2 ⁇ Hs + Ha).
- the height Hh of the crimping protrusion 42b is equal to or greater than the sum of the thickness Hs of the steel part 1 and the thickness Ha of the aluminum part 10 (Hs + Ha ⁇ Hh), so that the upper surface 42c of the crimping protrusion 42b is made of aluminum. It is positioned higher than the part 10. Therefore, the protrusion 2 can be pressed and crushed against the crimping convex portion 42b. Moreover, excessive crushing is prevented by the fact that the height Hh of the crimping convex portion 42b is less than the total of the thickness Hs of the steel part 1 and the thickness Ha of the aluminum part 10 (Hh ⁇ 2 ⁇ Hs + Ha). it can. As a result, stable caulking can be realized, and a stable bonding strength can be obtained.
- the center of the pressing surface 41a bulges toward the crimping seat 42 (downward in the drawing).
- the bulging shape of the presser 41 is formed in accordance with the top (center) 2 c of the protrusion 2. Therefore, as shown in FIG. 11B, the outer shape can be enlarged while the protrusion 2 is crushed.
- the bulging shape of the pusher 41 can be variously considered, and for example, it may be a truncated cone shape as shown in FIGS. 12A and 12B or a hemispherical shape as shown in FIGS. 13A and 13B.
- the outer shape can be enlarged while the projection 2 is crushed, the interlock portion 3 can be enlarged, and the bonding strength can be improved.
- the presser 41 when the presser 41 has a conical shape, the upper end 42c of the caulking convex portion 42b of the caulking seat 42 is utilized, and the lower end portion 41c in the conical shape is shown. Can be made to bite into the central portion 2c of the protrusion 2 to reduce the thickness.
- the interlock part 3 can be enlarged and the joint strength is improved. it can.
- FIGS. 15A to 16B The joining method of this embodiment shown in FIGS. 15A to 16B is the same as the seventh embodiment of FIGS. 10A and 10B except for the portion related to the outer peripheral pressing portion 41b. Therefore, the same components as those shown in FIGS. 10A and 10B are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
- the presser 41 of the third mold set 40 of this embodiment includes an outer peripheral pressing portion 41b.
- the outer peripheral pressing portion 41 b is provided on the outer peripheral portion of the pusher 41 and protrudes downward so as to embrace the outer peripheral portion of the protrusion 2.
- the steel part 1 and the aluminum part 10 can be pressed and crushed prior to crushing the protrusion 2 as shown in FIG. 15B. Accordingly, the height of the protrusion 2 can be relatively increased, the interlock portion 3 can be enlarged, and the bonding strength can be improved. This is particularly effective in the caulking process of high-tension steel material or ultra-high-tension steel material in which it is difficult to increase the height of the protrusion 2.
- the inner diameter of the outer peripheral pressing portion 41b may be enlarged. By enlarging the inner diameter, deformation of the edge 11a of the through hole 11 of the aluminum part 10 can be reduced. Thus, you may change the internal diameter of the outer periphery press part 41b as needed.
- the counterbore part 12 is provided in the edge part 11a of the through-hole 11 on the opposite side of the contact surface with the steel part 1 of the aluminum part 10 through all the 1st-3rd processes. Also good.
- the cross-sectional shape of the inclined surface at this time is not particularly limited, and may be linear or curvilinear.
- the bonding strength is taken into consideration for the inclination angle ⁇ (45 degrees in this embodiment) shown in the figure. And decide.
- the height of the protrusion 2 can be made relatively higher by providing the counterbore part 12. Specifically, the height of the protrusion 2 can be increased by the counterbore at the maximum by the thickness of the aluminum component 10. Further, when crushing the protrusion 2, it can be crushed as much as the plate thickness of the aluminum part 10 at the maximum, so that the interlock portion 3 can be enlarged and the bonding strength can be improved.
- a square tubular aluminum stay 10 is joined to a steel bumper beam 1 having a cross section of a hat channel by multi-point caulking.
- the steel bumper beam 1 is a 980 MPa class cold-rolled steel plate having a thickness of 1.4 mm, the side wall 1 a has a height of 70 mm, the bottom 1 b has a width of 120 mm, and the overall length is It is molded into a 1000 mm hat channel mold.
- the protrusions 2 are provided on the side wall portion 1a on one side of the steel bumper beam 1 at six places, for a total of 12 places on both sides.
- the aluminum stay 10 is made of an aluminum alloy of A6063, and is a pipe type having a square cross section with a plate thickness of 3 mm, an internal dimension of 120 mm and a length of 150 mm.
- the aluminum stay 10 is processed into a shape that allows both side walls 1a of the steel bumper beam 1 to be sandwiched from the outside.
- the aluminum stay 10 is provided with a through hole 11 through which the projection 2 is inserted, and is joined to the through hole 11 by caulking the projection 2.
- FIG. 19A to FIG. 19D show a process of forming the protrusion 2 as the first step.
- a spherical head-shaped round bar (punch) 21 capable of forming the protrusion 2
- a first stripper 23 having a plate holder 23 a and a cushion 23 b
- the spherical head-shaped round bar 21 can be inserted.
- a first mold set 20 including an initial molding die 22 provided with a recess 31a is prepared.
- a steel plate (steel bumper beam) 1 is set in the first mold set 20, and as shown in FIG. 19B, the steel plate 1 is pressed by a plate holder 23a elastically biased toward the initial forming die 22 by a cushion 23b.
- FIG. 19C shows the protrusion 2 after the formation of the protrusions 2.
- FIG. 20A to 20C show a process of forming the protrusion 2 as the second step.
- a final molding die 31 provided with a molding seat 32 having a flat support surface 32a and a concave portion 31a having a smaller diameter than the concave portion 22a of the initial molding die 22 (see FIGS. 19A to 19C).
- a second mold set 30 including a second stripper 33 having a plate presser 33a and a cushion 33b is prepared.
- the steel plate 1 after the formation of the protrusions 2 is set in the second mold set 30, that is, placed on the support surface 32a, and is elastically moved toward the final forming die 31 by the cushion 33b as shown in FIG.
- FIG. 21A and 21B show a process of forming the steel plate 1 into a hat channel shape.
- a lower mold 51 for supporting the steel plate 1 after the formation of the protrusions 2 and an upper mold 50 for bending are prepared.
- the lower mold 51 includes a convex portion 51a having a flat upper surface 51b and a flat side surface 51c.
- the upper mold 50 includes a concave portion 50b corresponding to the convex portion 51a.
- the bending process is performed such that the upper die 50 is lowered, the steel plate 1 is bent by the shoulder 50a, and the steel plate 1 is partially sandwiched by the convex portions 51a and the concave portions 50b.
- a steel bumper beam 1 having a channel cross section is completed.
- the upper die 50 incorporates a leading pad (not shown) to prevent the movement (displacement) of the steel plate 1 due to bending.
- 22A and 22B show the caulking process of the steel bumper beam 1 and the aluminum stay 10.
- die set 40 provided with the crimping seat 42 which can fit the steel bumper beam 1, and the presser 41 for caulking is prepared.
- the steel bumper beam 1 is fitted to and supported by a crimping seat 42.
- the aluminum stay 10 is disposed so as to overlap the steel bumper beam 1 with the protrusion 2 inserted into the through hole 11.
- the pusher 41 is lowered to caulk the six protrusions 2 of the side wall 1 a and the through holes 11 of the aluminum stay 10. Thereafter, the steel bumper beam 1 is turned upside down to complete the caulking process at six locations on the opposite side wall 1a.
- the present invention can also be applied to joining of the hat channel 4 and the closing plate 15. If this method is used in this way, it is possible to easily join different types of members such as the steel part 1 and the aluminum part 10.
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Abstract
この部材の接合方法は、鋼製部品(1)と、貫通穴(11)が設けられたアルミ部品(10)とを準備する。まず、第1金型セット(20)を用い、鋼製部品(1)を弾性的に押さえつつ部分的に膨出させて、貫通穴(11)に挿通可能な最終形状における第2の径(De)よりも大きい第1の径(Ds)を有する突起(2)を鋼製部品(1)に形成する。次に、第2金型セット(30)を用い、突起(2)を第1の径(Ds)から前記第2の径(Ds)に縮径するように成形する。そして、第3金型セット(40)を用い、突起(2)が貫通穴(11)に挿通されるように鋼製部品(1)とアルミ部品(10)を重ねた状態で突起(2)を潰して鋼製部品(1)とアルミ部品(10)をかしめる。この部材の接合方法は、接合強度を向上でき、強度が高く、難加工性の部材に対しても使用できる。
Description
本発明は、部材の接合方法に関する。
自動車の軽量化や安全性向上のために、ハイテンション鋼と呼ばれる強度が高い薄鋼板が使用されている。これらのハイテンは軽量化や安全性向上に有効ではあるものの、アルミなどの低比重材料と比べると依然として重い。また、ハイテンション鋼には、その高強度ゆえに成形性が低下したり、成形荷重が上昇したり、さらには寸法精度が低下するなどの問題がある。これらの問題を解決するために、近年、鋼板よりも比重が軽いアルミなどを用いた押し出し成形品や鋳造品、プレス成形品を鋼製部品と合わせて活用するマルチマテリアル化が行われている。
このマルチマテリアル化で問題となるのは鋼板製部品とアルミなど軽金属部品との接合である。スポット溶接に代表される溶接技術においては鋼板とアルミ板の界面に脆弱な金属間化合物(IMC:intermetallic compound)が生じて問題となるため、電磁成形接合、ボルトとナットに代表されるねじ締結、摩擦撹拌接合(FSW:friction stir welding)、リベット、セルフピアスリベット(SPR:self-piercing rivet)、メカニカルクリンチング、接着などの接合技術が、いずれか1種もしくは2種以上の組み合わせにて実用化されている。
特許文献1には、金属板材を相互に接続する方法において、一方の板材に貫通穴を形成し、他方の板材に貫通穴に嵌合する中空状の突出部を形成し、突出部を貫通穴に挿入し、押圧して潰すことでかしめる方法が開示されている。
特許文献2には、突起を有する第1の板状部材と、貫通穴を有する第2の板状部材とを接合する方法において、突起が貫通穴を通過するように両部材を重ね合わせ、支え部材によって支え、押し部材によって突起を押しつぶしてかしめる方法が開示されている。
特許文献3には、複数枚の金属板状体をかしめにより接合する方法において、有底筒状のカシメ部(突起)の成形を2工程で行う方法が開示されている。
特許文献1及び特許文献2には、突出部(突起)の成形方法について何ら記載されていない。近年、自動車部品に代表されるように、プレス部品には軽量化が求められ、強度が高く加工性が低い材料が用いられることが多く、張り出し成形における割れが発生しやすくなるため突出部(突起)の形成も容易ではない。
特許文献3に記載の方法では、パンチの底部形状が平坦であり高さが稼げないこと、さらには潰し加工の前に突起の底部中央を逆凹形状に加工するなどして高さを低くしてしまうなど問題が多い。また、当該突起の潰し加工においても同様で、潰し部に生じる曲げ変形に材料の加工性が追従できない場合もあり、何らかの工夫が必要である。
本発明は、接合強度を向上でき、強度が高く、難加工性の部材に対しても使用できる部材の接合方法を提供することを課題とする。
本発明は、第1部材と、貫通穴が設けられた第2部材とを準備し、第1金型セットを用い、前記第1部材を弾性的に押さえつつ部分的に膨出させて、前記貫通穴に挿通可能な最終形状における第2の径よりも大きい第1の径を有する突起を前記第1部材に形成し、第2金型セットを用い、前記突起を前記第1の径から前記第2の径に縮径するように成形し、第3金型セットを用い、前記突起が前記貫通穴に挿通されるように前記第1部材と前記第2部材を重ねた状態で前記突起を潰して前記第1部材と前記第2部材をかしめる部材の接合方法を提供する。
2段階の工程で最終形状の突起を形成するので、第1部材に対する負荷が軽減でき、第1部材に割れなどの損傷を生じさせることなく突起を形成できる。2段階の工程で形成された突起は、第1部材が高強度で難加工性であっても十分な高さを有するので、突起を潰した際にかしめのための十分なインターロック部を発現させることができる。その結果、第1部材と第2部材の接合強度を向上できる。
前記第1部材と前記第2部材は、互いに強度の異なる材料からなっていてもよい。
材料によらずにかしめ接合できるため、強度の異なる2部材をかしめ接合でき、マルチマテリアル化に対応できる。
例えば、前記第1部材は鋼製であり、前記第2部材はアルミニウム合金製であってもよい。
特に、高強度の鋼材と、低比重材料であるアルミニウム合金材を接合して活用でき、強度と軽量性を実現した汎用性の高いマルチマテリアル化に対応できる。
前記第1金型セットは、初期成形ダイと、パンチと、第1ストリッパとを備えてもよい。また、前記パンチは、中央部に球頭形状の第1曲面、及び、外周部に前記第1曲面とは異なる曲率の第2曲面を有する段付きパンチであってもよい。
パンチを段付きパンチとすることで第1部材の破断を回避できる。段付きパンチで突起を形成する場合、まず、球頭形状の第1曲面の頂点で第1部材を押圧する。次に、段付きパンチの外周部の第2曲面で第1部材を押圧する。従って、通常の球頭形状のパンチと比べて第1部材に付加される押圧力が分散し、応力集中を防止できる。
前記初期成形ダイの肩部は、面取りされていてもよい。
初期成形ダイの肩部が面取りされていると、面取りがない場合と比べ、突起の裾野部が持ち上がるため、突起の高さをさらに高くすることができ、接合強度を向上できる。
前記第2金型セットは、最終成形ダイと、成形受座とを備えてもよい。また、前記成形受座は、前記突起の内側に挿入可能な前記突起の高さよりも低い成形凸部を有してもよい。
成形凸部により、最終形状の突起の径を制御できる。成形凸部がない場合、最終成形ダイにより突起が内側へ変形され縮径され過ぎる場合や突起の高さが低くなってしまうおそれがある。しかし、成形凸部を設けることで第1部材を最終成形ダイと成形凸部により挟み込むように成形できるため、これらを防止し、安定した突起の成形加工を実現できる。
前記成形受座の前記成形凸部の付根には、面取りされて傾斜したつば部が設けられていてもよい。
傾斜したつば部が設けられていることで材料が突起の頂部へ向かって押し出され、突起の高さをさらに高くでき、接合強度を向上できる。
前記第2金型セットは第2ストリッパをさらに備え、前記第2ストリッパが最終形状よりも外径が大きく形成された前記突起の裾野部を面直に加圧拘束した状態で前記突起を最終形状に成形してもよい。
突起の裾野部を加圧拘束しているため、突起を最終形状に成形する際に突起の壁部の材料が裾野部分へ流動して突起の高さが低くなることを防止できる。
前記第3金型セットは、押子と、カシメ受座とを備えてもよい。また、前記押子は、前記カシメ受座へ向かって先細り形状を有し、前記突起の中心部に対応する位置に端部を有してもよい。
押子が先細り形状であると、押子が突起の中心部を押圧するため、突起を潰しながら外形を拡大でき、インターロック部を拡大でき、接合強度を向上できる。
前記押子の前記端部を前記突起の前記中心部に食い込ませて厚みを減少させてもよい。
突起の中心部を減肉させることにより第1部材の材料が側方へ(インターロック部へ)流出するため、インターロック部を拡大でき、接合強度を向上できる。
前記カシメ受座は、前記突起の内側に挿入されるカシメ凸部を有してもよい。
カシメ受座がカシメ凸部を有することで、突起をカシメ凸部に押しつけて潰すことができるため、安定した状態でより確実にかしめ接合できる。
前記カシメ受座の前記カシメ凸部の高さは、前記第1部材の厚さと前記第2部材の厚さの合計以上、及び、前記第1部材の厚さの2倍と前記第2部材の厚さの合計以下であってもよい。
カシメ凸部の高さが第1部材の厚さと第2部材の厚さの合計以上であることでカシメ凸部が第2部材よりも高く位置し、突起をカシメ凸部に押しつけて潰すことができる。また、第1部材の厚さの2倍と第2部材の厚さの合計以下であることで過度な押しつぶしを防止できる。これらにより、安定したかしめ加工が実現でき、安定した接合強度が得られる。
前記押子の外径は、前記第2金型セットにより成形された前記突起の外径以下であってもよい。
押子の外径が突起の外径以下であることで第1部材の密着曲げを防止できる。押子の外径が突起の半径を上回っていると、密着曲げと呼ばれる折り曲げた部材が曲部において完全に密着して隙間が存在しない曲げが起こることがある。この場合、割れが発生することが多く、この方法を使用することでこれを防止できる。
前記押子は、前記突起を覆うように前記カシメ受座へ向かって突出した外周押圧部を有してもよい。
外周押圧部を設けることで、突起の潰し加工に先立ち、第1部材と第2部材を押圧し、潰すことができる。従って、相対的に突起の高さを高めることができ、インターロック部を拡大でき、接合強度を向上できる。これは特に突起の高さを高めにくいハイテンション鋼材や超ハイテンション鋼材のかしめ加工において有効である。
前記第2部材の前記第1部材との接触面の反対側に座ぐり部を設けてもよい。
座ぐり部を設けることで、突起の高さを相対的にさらに高くできる。具体的には、座ぐりにより、最大で第2部材の板厚分、突起の高さを高くできる。また、突起を押し潰す際も、最大で第2部材の板厚分多く押しつぶすことができるため、インターロック部を拡大でき、接合強度を向上できる。
本発明の部材の接合方法によれば、第1部材に設ける突起の高さを高くでき、かしめのための十分なインターロック部を発現させることができるため、接合強度を向上できる。また、この方法は、強度が高く、難加工性の部材に対しても使用できる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明では、方向や位置を表す用語(例えば、「上側」、「下側」等)を用いる場合があるが、これらは発明の理解を容易にするためであり、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本発明の一形態の例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
(第1実施形態)
図1は、鋼製部品(第1部材)1とアルミ部品(第2部材)10をかしめた状態の断面を示している。鋼製部品1は、ハイテンション鋼等の鋼製であり、板状の部分に突起2が設けられている。アルミ部品10は、アルミニウム合金製であり、板状の部分に貫通穴11が設けられている。鋼製部品1及びアルミ部品10は、突起2を貫通穴11に挿通した状態で重ねて配置され、突起2を押し潰してインターロック部3を発現させることでかしめられている。
図1は、鋼製部品(第1部材)1とアルミ部品(第2部材)10をかしめた状態の断面を示している。鋼製部品1は、ハイテンション鋼等の鋼製であり、板状の部分に突起2が設けられている。アルミ部品10は、アルミニウム合金製であり、板状の部分に貫通穴11が設けられている。鋼製部品1及びアルミ部品10は、突起2を貫通穴11に挿通した状態で重ねて配置され、突起2を押し潰してインターロック部3を発現させることでかしめられている。
図2Aから図4Bを参照して、本実施形態のかしめ接合方法における第1から第3工程を説明する。第1工程では突起2を形成し、第2工程では第1工程で形成された突起2を最終形状に成形し、第3工程では突起2を押し潰して鋼製部品1とアルミ部品10をかしめている。
図2A及び図2Bに示すように、第1工程では、第1金型セット20を使用した絞り成形によって最終形状の径(第2の径)De(図3B参照)よりも大きな径(第1の径)Dsの突起2を形成する。
図2Aに示すように、第1金型セット20は、パンチ21と、初期成形ダイ22と、第1ストリッパ23とを備える。パンチ21は円柱状であり、図において上側の端部21aは球頭形状である。初期成形ダイ22は、プレス加工の際にパンチ21が部分的に挿入される凹部22aを有する。パンチ21及び初期成形ダイ22は、突起2を最終形状の径De(図3B参照)よりも大きな径Dsに形成するように、端部21a及び凹部22aの寸法が決定されている。第1ストリッパ23は、鋼製部品1を押さえるための板押さえ23aと、板押さえ23aを初期成形ダイ22に向かって(図において上方向へ)弾性的に付勢するためのクッション23bとを備え、パンチ21の周囲に配置されている。鋼製部品1は、第1ストリッパ23と初期成形ダイ22によって移動しないように固定されている。
図2Bに示すように、プレス加工の際には、第1ストリッパ23がパンチ21の周囲で鋼製部品1を押さえた状態で、パンチ21の端部21aが鋼製部品1を凹部22a内へ押圧し、突起2を形成する。形成された突起2は、概略ドーム状であり、パンチ21の形状に基づいて形成される。
図3A及び図3Bに示すように、第2工程では、第2金型セット30を使用して、第1工程で形成した突起2を最終形状の径Deに成形加工する。
図3Aに示すように、第2金型セット30は、最終成形ダイ31と、成形受座32とを備える。最終成形ダイ31は、凹部31aを有している。最終成形ダイ31の凹部31は、初期成形ダイ22の凹部22aよりも小さい。このため、第1工程で形成された突起2を縮径できる。成形受座32は、最終成形ダイ31に対して平坦な支持面32aを有している。支持面32aによって鋼製部品1は支持されている。
図3Bに示すように、成形加工により、第1工程で形成された突起2は最終成形ダイ31の凹部31aに挿入され、これにより突起2は縮径されて最終形状の径Deに成形される。このとき、突起2は縮径されるのみであり、実質的に高さは変化していない。
図4A及び図4Bに示すように、第3工程では、第3金型セット40を使用して、鋼製部品1とアルミ部品10をかしめ加工する。
図4Aに示すように、第3金型セット40は、押子41と、カシメ受座42とを備える。押子41は底面に平坦な押圧面41aを有し、押圧面41aで突起2をカシメ受座42に向けて押し潰す。カシメ受座42は、上面に押子41に対して平坦な支持面42aを有する。鋼製部品1及びアルミ部品10は、突起2を貫通穴11に挿通させた状態で重ねて配置され、支持面42aにより支持されている。
図4Bに示すように、押子41を下降させて突起2を潰すことで、鋼製部品1とアルミ部品10をかしめ接合する。また、図4A及び図4Bに2点鎖線に示すように、押子41の外周に板押さえ43を配置してもよい。板押さえ43を先行下降させてアルミ部品10を介して突起2の裾野部2aを拘束し、その状態で押子41を下降させて突起2を押し潰すことで安定したかしめ加工が可能である。
かしめ加工では、十分なインターロック部3を発現させるために、鋼製部品1に設ける突起2の高さを高くすることが重要であるが、突起2の成形に多大な工数をかけることは生産性や製造コストなどの観点からできない。
本実施形態の方法によれば、2段階の工程で最終形状の突起2を形成するので鋼製部品1に割れなどの損傷を生じさせることなく、少ない工数で突起2を形成できる。さらに2段階の工程で形成された突起は鋼製部品1が高強度で難加工性であっても十分な高さを有するので、これを押し潰した際にかしめのための十分なインターロック部3を発現させることができる。このため、鋼製部品1とアルミ部品10の接合強度を向上できる。
また、材料によらずにかしめ接合できるため、強度の異なる2部材をかしめ接合でき、マルチマテリアル化に対応できる。本実施形態では、高強度の鋼材の鋼製部品1と、低比重材料であるアルミニウム合金材のアルミ部品10を接合し、強度と軽量性を実現した汎用性の高いマルチマテリアル化を行っている。しかし、接合する部材の材質は、これらに限らず様々な材質の部材を活用できる。
次に、第1工程の代案に関する第2及び第3実施形態を説明する。
(第2実施形態)
図5に示す本実施形態の接合方法は、パンチ21が段付きパンチ24に置換されたことに関する以外の構成は図2Aから図4Bの第1実施形態と同様である。従って、図2Aから図4Bに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。
図5に示す本実施形態の接合方法は、パンチ21が段付きパンチ24に置換されたことに関する以外の構成は図2Aから図4Bの第1実施形態と同様である。従って、図2Aから図4Bに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。
図5に示すように、本実施形態の第1金型セット20の段付きパンチ24の形状は、中央部に球頭形状の第1曲面24a、及び、外周部に第1曲面24aとは異なる曲率の第2曲面24bを有する。しかし、突起2の高さを高くするためには、図5に示すように、段付きパンチ21とすることが好ましい。
このようにパンチ21を段付きパンチ21とすることで鋼製部品1の破断を回避できる。段付きパンチ21で突起2を形成する場合、まず、球頭形状の第1曲面24aの頂部で鋼製部品1を押圧する。次に、段付きパンチ21の外周部の第2曲面24bで鋼製部品1を押圧する。従って、通常の球頭形状のパンチ21と比べて鋼製部品1に付加される押圧力が分散し、応力集中を防止できる。
(第3実施形態)
図6に示す本実施形態の接合方法は、初期成形ダイ22に関する部分以外の構成は図2Aから図4Bの第1実施形態と同様である。従って、図2Aから図4Bに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。
図6に示す本実施形態の接合方法は、初期成形ダイ22に関する部分以外の構成は図2Aから図4Bの第1実施形態と同様である。従って、図2Aから図4Bに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。
図6に示すように、本実施形態の第1金型セット20の初期成形ダイ22は、肩部22bがC面取りされている。ただし、面取りはC面に限定されず、いずれの角度で面取りされていてもよい。
肩部22bが面取りされていることで、面取りがない場合と比べ、突起2の裾野部2a(図2B参照)が持ち上がるため、突起2の高さをさらに高くすることができ、接合強度を向上できる。
次に、第2工程の代案に関する第4から第6実施形態で説明する。
(第4実施形態)
図7A及び図7Bに示す本実施形態の接合方法は、成形受座32に関する部分以外の構成は図2Aから図4Bの第1実施形態と同様である。従って、図2Aから図4Bに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。
図7A及び図7Bに示す本実施形態の接合方法は、成形受座32に関する部分以外の構成は図2Aから図4Bの第1実施形態と同様である。従って、図2Aから図4Bに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。
図7Aに示すように、本実施形態の第2金型セット30の成形受座32は、成形凸部32bを備える。成形凸部32bは、円柱状であり、最終成形ダイ31に向かって鉛直上方へ延びている。成形凸部32bは、突起2の内部に挿入されている。図7Bに示すように、成形加工の際には、成形凸部32bは、内側から鋼製部品1を支持し、最終成形ダイ31と共に鋼製部品1を挟み込むようにして突起2を成形する。
この方法によれば、成形凸部32bによって突起2の最終形状の径De(図3B参照)を制御できる。成形凸部32bがない場合、最終成形ダイ31により突起2が内側へ変形し、縮径され過ぎるおそれや突起2の高さが低くなってしまうおそれがある。しかし、成形凸部32bを設けることで鋼製部品1を最終成形ダイ31と成形凸部32bにより挟み込むように成形できるため、これらを防止し、安定した突起の成形加工を実現できる。成形凸部32bは、第1金型セット20のパンチ21(図2A及び図2B参照)と比べて2/3以下の径であることが好ましく、これによりさらに安定した成形加工が可能である。
(第5実施形態)
図8A及び図8Bに示す本実施形態の接合方法は、第2ストリッパ33に関する部分以外の構成は図7A及び図7Bの第4実施形態と同様である。従って、図7A及び図7Bに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。
図8A及び図8Bに示す本実施形態の接合方法は、第2ストリッパ33に関する部分以外の構成は図7A及び図7Bの第4実施形態と同様である。従って、図7A及び図7Bに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。
図8Aに示すように、本実施形態の第2金型セット30は、第2ストリッパ33を備える。第2ストリッパ33は、鋼製部品1を押さえるための板押さえ33aと、板押さえ33aを最終成形ダイ31に向かって付勢するためのクッション33bとを備える。クッション33bは、一端を最終成形ダイ31に接続され、他端を板押さえ33aに接続されている。従って、第2ストリッパ33は、図において上下方向に可動し、板押さえ33aは鋼製部品1を成形受座32の支持面32aに対して押圧して固定している。
最終成形ダイ31が下降して突起2の外径Ds(図2B参照)を最終形状の径De(図3B参照)に縮小する際には、突起2の壁部2bの材料が突起2の裾野部2aへ逃げて高さが低くなる場合もある。そこで、図8Aに示すように、最終成形ダイ31の下降の前に、最終成形ダイ31の外周に板押さえ23aを配置し、板押さえ23aにて突起2の裾野部2aを抑えた後に、図8Bに示すように最終成形ダイ31を下降させて最終形状とすることがより好ましい。
このようにすることで、突起2の裾野部2aを加圧拘束しているため、突起2を最終形状に成形する際に突起2の壁部2bの材料が裾野部2aへ流動して突起の高さが低くなることを防止できる。
(第6実施形態)
図9A及び図9Bに示す本実施形態の接合方法は、成形受座32に関する部分以外の構成は図8A及び図8Bの第4実施形態と同様である。従って、図8及び図8Bに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。
図9A及び図9Bに示す本実施形態の接合方法は、成形受座32に関する部分以外の構成は図8A及び図8Bの第4実施形態と同様である。従って、図8及び図8Bに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。
図9Aに示すように、本実施形態の第2金型セット30の成形受座32は、成形凸部32bの付根に傾斜したつば部32cを設けられている。つば部32cは、成形凸部32bの全周にわたって設けられている。
この方法によれば、成形受座32による成形の下死点で突起2を成形すると、傾斜したつば部32cにより材料が突起2の頂部2cへ押し出され、突起2の高さがさらに高められる。
次に、第3工程代案に関する第7から第9実施形態で説明する。
(第7実施形態)
図10A及び図10Bに示す本実施形態の接合方法は、カシメ受座42に関する部分以外の構成は図2Aから図4Bの第1実施形態と同様である。従って、図2Aから図4Bに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。
図10A及び図10Bに示す本実施形態の接合方法は、カシメ受座42に関する部分以外の構成は図2Aから図4Bの第1実施形態と同様である。従って、図2Aから図4Bに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。
図10Aに示すように、本実施形態の第3金型セット40のカシメ受座42は、カシメ凸部42bを備える。カシメ凸部42bは、円柱状であり、押子41に向かって鉛直上方へ延びている。カシメ凸部42bは、突起2の内部に挿入されている。図10Bに示すように、かしめ加工の際には、カシメ凸部42bは、内側から鋼製部品1を支持し、かしめ接合する。
このようにカシメ凸部42bを設けることで、鋼製部品1の一様な変形を補助し、安定したかしめ接合を実現できる。
また、図10Aに示すように、突起2の押し潰しに使用する押子41の外径D1は、第2金型セット30により成形された突起2の外径D2以下(D1≦D2)であることが好ましい。
これにより鋼製部品1の密着曲げを防止できる。押子41の外径D1が突起2の外径D2より大きい(D1>D2)場合、突起2の曲部3aを含めて押子41により押圧すると、曲部3aにおいて密着曲げと呼ばれる折り曲げた部材が曲部において完全に密着して隙間が存在しない曲げが起こることがある。この場合、割れが発生することが多いことが知られている。従って、押子41の外径D1を規定することで割れを防止できる。
また、図10Bに示すように、カシメ受座42のカシメ凸部42bの高さHhが、鋼製部品1の厚さHsとアルミ部品10の厚さHaの合計以上(Hs+Ha≦Hh)で、鋼製部品1の厚さの2倍とアルミ部品10の厚さの合計以下(Hh≦2×Hs+Ha)としたカシメ受座42を使用することが好ましい。
これにより、カシメ凸部42bの高さHhが鋼製部品1の厚さHsとアルミ部品10の厚さHaの合計以上(Hs+Ha≦Hh)であることで、カシメ凸部42bの上面42cがアルミ部品10よりも高く位置する。従って、突起2をカシメ凸部42bに押しつけて潰すことができる。また、カシメ凸部42bの高さHhが鋼製部品1の厚さHsの2倍とアルミ部品10の厚さHaの合計以下(Hh≦2×Hs+Ha)であることで、過度な押しつぶしを防止できる。これらにより、安定したかしめ加工が実現でき、安定した接合強度が得られる。
(第8実施形態)
図11A及び図11Bに示す本実施形態の接合方法は、押子41に関する部分以外の構成は図10A及び図10Bの第7実施形態と同様である。従って、図10A及び図10Bに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。
図11A及び図11Bに示す本実施形態の接合方法は、押子41に関する部分以外の構成は図10A及び図10Bの第7実施形態と同様である。従って、図10A及び図10Bに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。
図11Aに示すように、本実施形態の第3金型セット40の押子41は、押圧面41aの中央がカシメ受座42に向かって(図において下向き)に膨出している。押子41の膨出形状は、突起2の頂部(中心部)2cに合わせて形成されている。従って、図11Bに示すように、突起2を潰しながら外形を拡大できる。
押子41の膨出形状は様々に考えられ、例えば、図12A及び図12Bに示すように円錐台の形状、又は、図13A及び図13Bに示すように半球状の形状であってもよい。
この方法によれば、押子41が突起2の中心部2cを先に押圧するため、突起2を潰しながら外形を拡大でき、インターロック部3を拡大でき、接合強度を向上できる。
また、図14A及び図14Bに示すように、押子41を円錐形状とする場合、カシメ受座42のカシメ凸部42bの上面42cを活用して、円錐形状の図において下側の端部41cを突起2の中心部2cに食い込ませて厚みを減少させることができる。
この方法によれば、突起2の中心部2cを減少させることにより鋼製部品1の材料が側方へ(インターロック部3へ)流出するため、インターロック部3を拡大でき、接合強度を向上できる。
(第9実施形態)
図15Aから図16Bに示す本実施形態の接合方法は、外周押圧部41bに関する部分以外の構成は図10A及び図10Bの第7実施形態と同様である。従って、図10A及び図10Bに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。
図15Aから図16Bに示す本実施形態の接合方法は、外周押圧部41bに関する部分以外の構成は図10A及び図10Bの第7実施形態と同様である。従って、図10A及び図10Bに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。
図15Aに示すように、本実施形態の第3金型セット40の押子41は、外周押圧部41bを備える。外周押圧部41bは、押子41の外周部に設けられており、突起2の外周部を抱き込むように下向きに突出している。
この方法によれば、外周押圧部41bを設けることで、図15Bに示すように、突起2の潰し加工に先立ち、鋼製部品1とアルミ部品10を押圧し、潰すことができる。従って、相対的に突起2の高さを高めることができ、インターロック部3を拡大でき、接合強度を向上できる。これは特に突起2の高さを高めにくいハイテンション鋼材や超ハイテンション鋼材のかしめ加工において有効である。
図16A及び図16Bに示すように、外周押圧部41bの内径を拡大してもよい。内径を拡大することで、アルミ部品10の貫通穴11の縁部11aの変形を軽減できる。このように、外周押圧部41bの内径は、必要に応じて変更してもよい。
なお、図17に示すように、第1から第3工程の全てを通じて、アルミ部品10の鋼製部品1との接触面の反対側の貫通穴11の縁部11aに座ぐり部12を設けてもよい。このときの傾斜面の断面形状は、特に限定されず、直線的であっても曲線的であってもよく、例えば図に示す傾斜角度θ(本実施形態では45度)についても接合強度を考慮して決めればよい。
このように、座ぐり部12を設けることで、突起2の高さを相対的にさらに高くできる。具体的には、座ぐりにより、最大でアルミ部品10の板厚分、突起2の高さを高くできる。また、突起2を押し潰す際も、最大でアルミ部品10の板厚分多く押しつぶすことができるため、インターロック部3を拡大でき、接合強度を向上できる。
次に、自動車部品の1つであるバンパについて、本発明を実施した例について第10実施形態で説明する。
(第10実施形態)
図18に示すように、本実施形態では、ハットチャンネル断面の鋼製バンパービーム1に角筒形のアルミ製ステイ10を多点かしめにて接合している。
図18に示すように、本実施形態では、ハットチャンネル断面の鋼製バンパービーム1に角筒形のアルミ製ステイ10を多点かしめにて接合している。
実施に当たって、鋼製バンパービーム1は980MPa級で、板厚が1.4mmの冷延鋼板を用いており、側壁部1aの高さが70mm、底部1bの幅が120mm、及び全体の長さが1000mmのハットチャンネル型に成形している。突起2は、鋼製バンパービーム1の片側の側壁部1aに6箇所、両側で合計12箇所設けられている。アルミ製ステイ10はA6063のアルミニウム合金製で、板厚が3mm、内寸が120mm 、及び長さが150mmの角形断面のパイプ型である。アルミ製ステイ10は、鋼製バンパービーム1の両方の側壁部1aを外側から挟み込める形状に加工されている。アルミ製ステイ10には、突起2が挿通する貫通穴11が設けられており、貫通穴11に突起2をかしめることにより接合している。
図19Aから図22Bを用いてかしめ加工全体を説明する。
図19Aから図19Dは、第1工程である突起2の形成過程を示している。図19Aに示すように、突起2を成形可能な球頭状の丸棒(パンチ)21と、板押さえ23a及びクッション23bを有する第1ストリッパ23と、球頭状の丸棒21が挿通可能な凹部31aが設けられた初期成形ダイ22とを備える第1金型セット20を準備する。第1金型セット20に鋼板(鋼製バンパービーム)1をセットし、図19Bに示すように、クッション23bにより弾性的に初期成形ダイ22に向かって付勢された板押さえ23aにて鋼板1を固定する。そして、図19Cに示すように、球頭状の丸棒21にて突起2を形成するとともに、接合用フランジ1cの曲げ加工を行う。図19Dは、突起2の形成後の鋼板1の断面形状を示している。
図20Aから図20Cは、第2工程である突起2の成形過程を示している。図20Aに示すように、平坦な支持面32aを有する成形受座32と、初期成形ダイ22の凹部22a(図19Aから図19C参照)よりも径の小さな凹部31aが設けられた最終成形ダイ31と、板押さえ33a及びクッション33bを有する第2ストリッパ33を備える第2金型セット30を準備する。突起2の成形が終了した鋼板1を第2金型セット30にセットし、即ち支持面32aに載置し、図20Bに示すように、クッション33bにより弾性的に最終成形ダイ31に向かって(図において下方向へ)付勢された板押さえ33aにて鋼板1を固定する。そして、図20Cに示すように、最終成形ダイ31と成形受座32により突起2を最終形状の径に成形する。
図21A及び図21Bは、鋼板1をハットチャンネル形状に成形する過程を示している。図21Aに示すように、突起2の成形が終了した鋼板1を支持するための下金型51と、曲げ加工を行うための上金型50とを準備する。下金型51は、平坦な上面51bと平坦な側面51cとを有する凸部51aを備える。上金型50は凸部51aに対応した凹部50bを備える。図21Bに示すように、曲げ加工は、上金型50が下降して肩部50aで鋼板1を曲げ、さらに凸部51aと凹部50bで鋼板1を部分的に挟み込むようにして行われ、ハットチャンネル断面の鋼製バンパービーム1が完成する。このとき、上金型50は図示しない先行パッドを内蔵し、曲げ加工に伴う鋼板1の移動(ずれ)を防止するのがより好ましい。
図22A及び図22Bは、鋼製バンパービーム1とアルミ製ステイ10のかしめ加工過程を示している。図22Aに示すように、鋼製バンパービーム1を嵌合可能なカシメ受座42と、かしめ加工のための押子41とを備える第3金型セット40を準備する。図22Aに示すように、カシメ受座42に鋼製バンパービーム1を嵌合させ、支持している。アルミ製ステイ10は、突起2を貫通穴11に挿通させた状態で鋼製バンパービーム1と重ねて配置されている。次に、図22Bに示すように、押子41を下降させ、側壁部1aの6箇所の突起2と、アルミ製ステイ10の貫通穴11とをかしめている。この後、鋼製バンパービーム1を上下反転させ、反対側の側壁部1aの6箇所のかしめ加工を完了する。
また、図23に示すように、この方法によれば、突起2の径を大きくした大寸法のかしめも可能である。さらに、図24に示すように、ハットチャンネル4とクロージングプレート15の接合などにも適用が可能である。このようにこの方法を用いれば、鋼製部品1とアルミ部品10のような異なる種類の部材の接合を簡単に行うことが可能である。
1 鋼製部品(鋼製バンパービーム)
1a 側壁部
1b 底部
1c フランジ
2 突起
2a 裾野部
2b 壁部
2c 頂部(中心部)
3 インターロック部
3a 曲部
4 ハットチャンネル
10 アルミ部品(アルミ製ステイ)
11 貫通穴
11a 縁部
12 座ぐり部
15 クロージングプレート
20 第1金型セット
21 パンチ
21a 端部
22 初期成形ダイ
22a 凹部
22b 肩部
23 第1ストリッパ
23a 板押さえ
23b クッション
24 段付きパンチ
24a 第1曲面
24b 第2曲面
30 第2金型セット
31 最終成形ダイ
31a 凹部
32 成形受座
32a 支持面
32b 成形凸部
32c つば部
33 第2ストリッパ
33a 板押さえ
33b クッション
40 第3金型セット
41 押子
41a 押圧面
41b 外周押圧部
41c 端部
42 カシメ受座
42a 支持面
42b カシメ凸部
42c 上面
43 板押さえ
50 上金型
50a 肩部
50b 凹部
51 下金型
51a 凸部
51b 上面
51c 側面
1a 側壁部
1b 底部
1c フランジ
2 突起
2a 裾野部
2b 壁部
2c 頂部(中心部)
3 インターロック部
3a 曲部
4 ハットチャンネル
10 アルミ部品(アルミ製ステイ)
11 貫通穴
11a 縁部
12 座ぐり部
15 クロージングプレート
20 第1金型セット
21 パンチ
21a 端部
22 初期成形ダイ
22a 凹部
22b 肩部
23 第1ストリッパ
23a 板押さえ
23b クッション
24 段付きパンチ
24a 第1曲面
24b 第2曲面
30 第2金型セット
31 最終成形ダイ
31a 凹部
32 成形受座
32a 支持面
32b 成形凸部
32c つば部
33 第2ストリッパ
33a 板押さえ
33b クッション
40 第3金型セット
41 押子
41a 押圧面
41b 外周押圧部
41c 端部
42 カシメ受座
42a 支持面
42b カシメ凸部
42c 上面
43 板押さえ
50 上金型
50a 肩部
50b 凹部
51 下金型
51a 凸部
51b 上面
51c 側面
Claims (18)
- 第1部材と、貫通穴が設けられた第2部材とを準備し、
第1金型セットを用い、前記第1部材を弾性的に押さえつつ部分的に膨出させて、前記貫通穴に挿通可能な最終形状における第2の径よりも大きい第1の径を有する突起を前記第1部材に形成し、
第2金型セットを用い、前記突起を前記第1の径から前記第2の径に縮径するように成形し、
第3金型セットを用い、前記突起が前記貫通穴に挿通されるように前記第1部材と前記第2部材を重ねた状態で前記突起を潰して前記第1部材と前記第2部材をかしめる、部材の接合方法。 - 前記第1部材と前記第2部材は、互いに強度の異なる材料からなる、請求項1に記載の部材の接合方法。
- 前記第1部材は鋼製であり、前記第2部材はアルミニウム合金製である、請求項1又は請求項2に記載の部材の接合方法。
- 前記第1金型セットは、初期成形ダイと、パンチと、第1ストリッパとを備える、請求項1又は請求項2に記載の部材の接合方法。
- 前記パンチは、中央部に球頭形状の第1曲面、及び、外周部に前記第1曲面とは異なる曲率の第2曲面を有する段付きパンチである、請求項4に記載の部材の接合方法。
- 前記初期成形ダイの肩部は面取りされている、請求項4に記載の部材の接合方法。
- 前記第2金型セットは、最終成形ダイと、成形受座とを備える、請求項1又は請求項2に記載の部材の接合方法。
- 前記成形受座は、前記突起の内側に挿入可能な前記突起の高さよりも低い成形凸部を有する、請求項7に記載の部材の接合方法。
- 前記成形受座の前記成形凸部の付根には、面取りされて傾斜したつば部が設けられている、請求項8に記載の部材の接合方法。
- 前記第2金型セットは第2ストリッパをさらに備え、前記第2ストリッパが最終形状よりも外径が大きく形成された前記突起の裾野部を面直に加圧拘束した状態で前記突起を最終形状に成形する、請求項7に記載の部材の接合方法。
- 前記第3金型セットは、押子と、カシメ受座とを備える、請求項1又は請求項2に記載の部材の接合方法。
- 前記押子は、前記カシメ受座へ向かって先細り形状を有し、前記突起の中心部に対応する位置に端部を有する、請求項11に記載の部材の接合方法。
- 前記押子の前記端部を前記突起の前記中心部に食い込ませて厚みを減少させる、請求項12に記載の部材の接合方法。
- 前記カシメ受座は、前記突起の内側に挿入されるカシメ凸部を有する、請求項11に記載の部材の接合方法。
- 前記カシメ受座の前記カシメ凸部の高さは、前記第1部材の厚さと前記第2部材の厚さの合計以上、及び、前記第1部材の厚さの2倍と前記第2部材の厚さの合計以下である、請求項14に記載の部材の接合方法。
- 前記押子の外径は、前記第2金型セットにより成形された前記突起の外径以下である、請求項11に記載の部材の接合方法。
- 前記押子は、前記突起を覆うように前記カシメ受座へ向かって突出した外周押圧部を有する、請求項11に記載の部材の接合方法。
- 前記第2部材の前記第1部材との接触面の反対側に座ぐり部を設けている、請求項1又は請求項2に記載の部材の接合方法。
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