WO2018025666A1 - 部材の加工方法および部材の接合方法 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a member processing method and a member joining method.
- a low specific gravity and high strength metal called high tension steel is used to reduce the weight and safety of automobiles.
- High-tension steel is effective in reducing weight and improving safety, but is heavier than low specific gravity materials such as aluminum. Further, when high tension steel is used, problems such as a decrease in formability, an increase in forming load, and a decrease in dimensional accuracy occur due to high strength.
- multi-materials have been used in which extruded products, cast products, and press-formed products using aluminum having a specific gravity lower than steel are used together with steel parts. .
- Patent Literature 1 discloses a member joining method that enables joining of dissimilar metals in multi-materials by using an elastic body.
- a tubular body first member
- a wall surface body second member
- an elastic body is inserted inside the tubular body, and the elastic body is pressurized.
- the tubular body is bulged, and the tubular body and the wall surface are in pressure contact.
- the embodiment of the present invention has been made under such circumstances, and an object thereof is an expansion deformation process of the first member while suppressing cracking of the first member in a member processing method using an elastic body. It is to be.
- the member processing method is a hollow shape extending in the axial direction, a corner portion having an R portion is provided on the inner peripheral surface of the cross-sectional shape in the axial direction, and the shape of the corner portion Prepares a first member defined by the following formula and an elastic body, inserts the elastic body into the first member, compresses the elastic body in the axial direction, and reduces the diameter of the axial line Expanding outwardly in the direction, thereby enlarging and deforming the first member.
- ⁇ angle R c at the inner peripheral surface of the corner of the first member: radius R 1 of the R portion of the inner peripheral surface of the corner of the first member: out of two sides constituting the corner of the first member
- Linear length L 2 of one side part linear length of the other side part of two side parts constituting the corner part of the first member
- n n value of material of the first member (work hardening index)
- a second member having a different strength from the first member and provided with a hole is further prepared, and the first member is provided in the hole of the second member. Including inserting a member, joining the first member and the second member by enlarging and deforming the first member using the above-described member processing method.
- the elastic member is expanded outward in the radial direction of the axis to uniformly expand and deform the first member, thereby preventing local deformation and reducing the load on each member.
- the first member can be uniformly deformed by utilizing the property that the elastic body compressed in the axial direction expands uniformly toward the outside in the radial direction of the axial line. Accordingly, the fitting accuracy between the first member and the second member is improved, and the bonding strength can be improved. Further, it is simpler than a joining method in which electromagnetic forming or other processing is performed.
- the strength of the first member and the second member indicates general properties related to deformation and fracture of the material such as yield strength, tensile strength, ductility, rigidity, or bending strength.
- ave (L 1 , L 2 ) in the above formula (1) indicates an average value of L 1 and L 2 , and may be simply referred to as L hereinafter.
- the member is difficult to rotate and the torsional strength can be improved as compared with the case where the cross-sectional shape is circular.
- the radius of the R portion of the inner peripheral surface of the corner is remarkably large, the shape of the outer peripheral surface of the corner is also rounded, and the amount of catch at the corner when twisted is reduced, which improves the torsional strength.
- the effect tends to be small. Therefore, R c / L is defined to be smaller than tan ( ⁇ / 2) / 4 as in the above formula (1), and the catching amount of a certain level or more is secured while maintaining the square shape.
- the deformation force concentrates on the corner portion and breaks during the expansion deformation.
- the corner is a right angle or a rounded corner with a small radius
- the deformation force tends to concentrate on the corner, and the corner may be broken before it is sufficiently expanded and deformed.
- R c / L to be larger than tan ( ⁇ / 2) / ((18 ⁇ n / 2) +2) as in the above formula (1), the inner peripheral surface of the corner portion can be reduced. It has a certain roundness or more, and the rigidity of the corner portion is lowered, and the corner portion is easily deformed. Therefore, cracks at the corners can be suppressed and the first member can be sufficiently enlarged and deformed.
- the first member includes an outer wall that defines an outer shape, and an inner rib that partitions an inner space in the outer wall, and an R portion is provided on an inner peripheral surface at an intersection where the outer wall and the inner rib are connected.
- intersection part may be prescribed
- ⁇ angle r c at the inner peripheral surface of the corner of the intersecting portion of the first member: radius D 1 of the R portion of the inner peripheral surface of the intersecting portion of the first member: constituting the corner of the intersecting portion of the first member straight one side portion of the two sides the length D 2: linear length of one side portion of the two sides constituting a corner of the intersection of the first member n: material of first member N value (work hardening index) May be provided.
- the rigidity of the first member can be improved.
- intersection part to which the outer wall and inner rib of the 1st member are connected is prescribed
- ave (D 1 , D 2 ) in the formula (2) represents an average value of D 1 and D 2 .
- the shape of the hole of the second member and the cross-sectional shape of the portion inserted through the hole of the first member may be similar.
- the first member and the second member are similar to each other, the first member can be uniformly expanded and deformed, and a local load is applied to the first member and the second member. It can be prevented from occurring.
- the similar shape indicates a case viewed from the axial direction.
- the first member When compressing the elastic body, the first member may also be compressed in the axial direction.
- the first member can also be compressed in the axial direction to assist the expansion deformation in the outer direction of the first member. That is, the first member can be expanded and deformed more reliably in the outer direction in combination with the expansion deformation force from the inside of the first member by the elastic body.
- the edge of the hole of the second member may be burring processed.
- the strength of the hole of the second member can be improved and the deformation of the second member can be prevented. Moreover, since the joining area of a 1st member and a 2nd member increases by burring process, joining strength can be improved.
- a mold may be disposed outside the first member, and at least a part of the first member may be molded and joined along the mold.
- the first member can be deformed into an arbitrary shape by using molds having various inner shapes.
- the shape to be deformed can be appropriately selected from the viewpoint of component performance, etc., and can be made into a shape according to the application.
- An outer frame mold may be disposed outside the first member, and the outer frame mold may partially restrict the enlarged deformation of the first member and join them.
- the outer frame mold by using the outer frame mold, it is possible to define a region where the first member is expanded and deformed, and to control the expanded deformation region with high accuracy.
- the enlarged deformation region refers to a region where the first member is enlarged and deformed outward.
- the shape of the corner portion of the first member is defined to be easily processed and difficult to break, so that the first member is sufficiently enlarged while suppressing cracking. Can be transformed.
- graph showing the relationship between R c / L and strain ratio when the theta 90 degrees.
- graph showing the relationship between R c / L and strain ratio when the ⁇ 70,90,110 degrees.
- Sectional drawing for demonstrating the dimensional relationship of the aluminum pipe of 2nd Embodiment Sectional drawing before joining of the joining method of the member which concerns on 2nd Embodiment. Sectional drawing in the process of joining of the joining method of the member which concerns on 2nd Embodiment.
- the perspective view before joining of the hat-type steel components and aluminum pipe which the joining method of the member which concerns on 3rd Embodiment applies.
- the perspective view after joining of the hat-shaped steel components and the aluminum pipe to which the joining method of the member concerning a 3rd embodiment was applied.
- Sectional drawing before joining of the joining method of the member which concerns on 3rd Embodiment Sectional drawing in the process of joining of the joining method of the member which concerns on 3rd Embodiment.
- the steel part 10 is a flat plate made of high-tension steel.
- the steel part 10 is provided with a hole 11 through which the aluminum pipe 20 can be inserted.
- the aluminum pipe 20 is made of an aluminum alloy and has a hollow tubular shape extending in the axis L direction.
- the axis L passes through the center of the aluminum pipe 20 and the center of the hole 11 of the steel part 10. The detailed shape of the aluminum pipe 20 will be described later.
- the aluminum pipe 20 expands outward in the radial direction of the axis L, so that the aluminum pipe 20 is pressed into the hole 11 of the steel part 10.
- the shape and dimensions of the hole 11 of the steel part 10 are preferably similar to the cross-sectional shape of the aluminum pipe 20, and are preferably as small as possible within a range in which the aluminum pipe 20 can be inserted.
- the similar shape indicates a case viewed from the direction of the axis L.
- rubber (elastic body) 30 is used for joining the steel part 10 and the aluminum pipe 20.
- the aluminum pipe 20 is inserted into the hole 11 of the steel part 10 and the rubber 30 is inserted into the aluminum pipe 20 to constitute the assembly 1 before joining.
- the aluminum pipe 20 may be inserted through the hole 11 of the steel part 10 with the rubber 30 inserted therein.
- the assembly 1 in that state is set in the press device 40.
- the pressing device 40 includes an indenter 41 and a seat 42.
- the indenter 41 includes a columnar convex portion 41a extending downward, and a collar portion 41b provided around the convex portion 41a.
- the lower surface 41c of the convex portion 41a of the indenter 41 is a flat surface.
- the receiving seat 42 includes a columnar convex portion 42a extending upward and a flange portion 42b provided around the convex portion 42a.
- the upper surface 42c of the convex portion 42a of the receiving seat 42 is a flat surface, and the rubber 30 is placed on the upper surface 42c of the convex portion 42a of the receiving seat 42.
- the rubber 30 has a cylindrical shape with a diameter that can be inserted into the aluminum pipe 20.
- the length of the rubber 30 may be a length that can deform the aluminum pipe 20 in the vicinity of the joint.
- the type of rubber 30 to be used is not particularly limited, and for example, urethane rubber, chloroprene rubber, CNR rubber (chloroprene rubber + nitrile rubber), silicon rubber, or the like can be used.
- the rubber 30 is sandwiched between the lower surface 41c of the convex portion 41a of the indenter 41 and the upper surface 42c of the convex portion 42a of the seat 42, and is compressed in the direction of the axis L.
- the size in the radial direction increases.
- the rubber 30 is elastically deformed so as to expand from the axis L toward the radially outer side, and the aluminum pipe 20 is expanded and deformed so as to be in pressure contact with the steel part 10.
- the rubber 30 from which the compressive force of the press device 40 has been removed is restored to its original shape by its own elastic force. Therefore, the rubber 30 can be easily removed from the aluminum pipe 20.
- the cross-sectional shape of the aluminum pipe 20 is generally trapezoidal in the drawing, but may be other polygonal shapes.
- the aluminum pipe 20 is provided with corner portions 23a to 23d having R portions 22a to 22d on the inner peripheral surface 21a.
- the angle ⁇ of the corner portions 23a to 23d on the inner peripheral surface 21a is, for example, in the range of 45 to 135 degrees.
- the shape of the R portion 22a of the inner peripheral surface 21a of one corner portion 23a is defined by the following equation (3).
- the shapes of the other corners 23b to 23d are similarly defined.
- ⁇ angle R c at the inner peripheral surface of the corner of the aluminum pipe
- R c radius L 1 of the inner peripheral surface of the corner of the aluminum pipe
- L 1 one side of two sides constituting the corner of the aluminum pipe
- Straight line length L 2 Straight line length of the other side of two sides constituting the corner of the aluminum pipe
- n n value of material of the aluminum pipe (work hardening index)
- ave (L 1 , L 2 ) in the above formula (3) indicates an average value of L 1 and L 2 , and may be simply referred to as L hereinafter.
- the corner part 23a is provided in the aluminum pipe 20, compared with the case where a cross-sectional shape is circular, the members 10 and 20 are hard to rotate and torsional strength can be improved.
- R c of R portions 22a of the inner peripheral surface 21a of the corner portion 23a is considerably larger, even rounded shape of the outer peripheral surface 21b of the corner portion 23a, the amount borrowed hook at the corner portion 23a at the time of twisted And the effect of improving torsional strength tends to be small. Therefore, R c / L is defined to be smaller than tan ( ⁇ / 2) / 4 as in the above formula (3), and the catching amount of a certain level or more is ensured while maintaining the square shape.
- the rigidity of the corner 23a is lowered, and the enlarged deformation of the corner 23a is facilitated. Therefore, the crack of the corner 23a can be suppressed and the aluminum pipe 20 can be sufficiently enlarged and deformed.
- the above expression (3) is derived from the following two conditional expressions (4) and (5).
- the above expression (4) is a conditional expression for maintaining the square shape of the corner 23a of the aluminum pipe 20.
- ave (b 1 , b 2 ) in the above formula (4) indicates an average value of b 1 and b 2 , and may be simply referred to as b hereinafter.
- b the half length b / 2 of the average value b of the lengths b1 and b2 of the straight portions 24a and 24b longer than the length c of the corner portion 23a, that is, more than a predetermined amount with respect to the corner portion 23a.
- the above expression (5) is a conditional expression derived by analysis and experiment. Based on the analysis results and experimental results described later, the occurrence of cracks in the aluminum pipe 20 can be suppressed when the condition of Expression (5) is satisfied.
- the shape of the R portion 22a of the inner peripheral surface 21a of the corner portion 23a defined by the above formula (3) is the conditional formula (4) for maintaining the square shape and the conditional formula (5) that can suppress the occurrence of cracks. Satisfy both.
- the above formula (3) will be described in detail based on the results of analysis and experiment.
- the material of the aluminum pipe 20 is aluminum, and the n value is 0.2.
- the expression (3) is expressed as the following expression (9): , R c / L.
- the upper line (corner distortion) in the graph is an analysis result when it is assumed that only the corner 23a is deformed. That is, the corner distortion can be expressed as ⁇ c / c, where ⁇ c is the amount of change in the length c of the corner.
- the lower line (straight line portion strain) in the graph is an analysis result when it is assumed that only the straight portion 24a is deformed.
- the straight portion distortion can be expressed as ⁇ b / (b / 2), where ⁇ b is the amount of change in the half length b / 2 of the length of the straight portion.
- ⁇ b is the amount of change in the half length b / 2 of the length of the straight portion.
- strain ratio can be expressed as ( ⁇ c / c) / ( ⁇ b / (b / 2)), which can be approximated as b / 2c.
- a broken line portion in the graph indicates a portion that deviates from the condition of the above equation (9), and a solid line portion indicates a portion that satisfies the condition of the above equation (9). That is, the solid line portion in the graph is a preferable range for joining.
- Rc when Rc is 0, it indicates that the R portion does not exist and the inner peripheral surface 21a of the corner portion 23a is a right angle. Accordingly, it is considered that there is a threshold value that causes cracking when R c / L is between 0.0375 and 0.0625.
- the threshold value is set to 0.05.
- FIG. 4C shows a graph obtained by adding the case where the angle ⁇ is 70,110 degrees to the graph of FIG. 4B.
- the angle ⁇ is 70 ° and the angle ⁇ is 70 °
- cracks are considered to occur when the strain ratio is 9 or more, and the same is required to maintain the angular shape of the corner portion 23a.
- the following two expressions (10) are derived. In this way, a preferable range of R c / L can be derived even when the angle ⁇ is changed, and the shape of the aluminum pipe 20 suitable for joining can be defined.
- the cross-sectional shape of the aluminum pipe 20 may not be similar to the cross-sectional shapes of the inner peripheral surface 21a and the outer peripheral surface 21b.
- the plate thickness may not be constant.
- it has a substantially square cross section having four corners 23a to 23d.
- R portions 22a to 22d are provided on the inner peripheral surface 21a of the corners 23a to 23d, and the corners 23a to 23d are provided.
- the outer peripheral surface 21b may not have the R portion.
- outer frames 41d and 42d may be disposed outside the portion of the aluminum pipe 20 that is not enlarged and deformed (the end in this modified example). Good.
- the outer frames 41d and 42d are cylindrical and are arranged around both ends of the aluminum pipe 20.
- burring may be performed on the edge of the hole 11 of the steel part 10.
- the strength of the hole 11 of the steel part 10 can be improved and the deformation of the steel part 10 can be prevented.
- the joining area of the steel part 10 and the aluminum pipe 20 is increased by burring, the joining strength can be improved.
- the processing method for enlarging and deforming the aluminum pipe 20 used in the member joining method of the present embodiment may be used independently of the joining. That is, the aluminum pipe 20 can be enlarged and deformed by the rubber 30 regardless of the joining with the steel part 10 to obtain a desired shape.
- (Second Embodiment) 8 to 9B show a method for joining members according to the second embodiment of the present invention.
- the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
- the aluminum pipe 20 includes an outer wall 25 that defines an outer shape, and an inner rib 26 that partitions an internal space in the outer wall 25.
- the inner rib 26 is formed in a cross shape when viewed from the direction of the axis L, and divides the internal space in the outer wall 25 into four. Therefore, the aluminum pipe 20 includes four inner peripheral surfaces 21c to 21f.
- the four intersecting portions 27a to 27d to which the outer wall 25 and the inner rib 26 are connected are provided with corner portions 23e to 23l having R portions 22e to 22l, respectively.
- corner portions 23e to 23l for example, the shape of the R portion 22e of the inner peripheral surface 21c of one corner portion 23e is defined by the following equation (11). In the present embodiment, the shapes of the other corner portions 23f to 23l are similarly defined.
- phi angle of the inner peripheral surface of the corner of the intersection of the aluminum pipe
- r c radius D 1 of the R portion of the intersection of the aluminum pipe: one of the two sides constituting a corner of the intersection of the aluminum pipe
- Linear length D 2 of the side of the other Of the two sides constituting the corner of the intersection of the aluminum pipe, the linear length of the other side
- n n value of the material of the aluminum pipe (work hardening index)
- ave (D 1 , D 2 ) in the formula (11) indicates an average value of D 1 and D 2 .
- the above equation (11) corresponds to the equation (3) of the first embodiment. Therefore, the derivation and significance of Expression (11) are the same as Expression (3) of the first embodiment.
- a groove 41e corresponding to the inner rib 26 is provided on the convex portion 41a of the indenter 41 of the present embodiment. Therefore, even if the convex portion 41a of the indenter 41 is inserted into the aluminum pipe 20, the rubber 30 can be pressed without interfering with the inner rib 26.
- the rigidity of the aluminum pipe 20 can be improved. Further, by defining the shapes of the corner portions 23e to 23l of the intersecting portions 27a to 27d of the aluminum pipe 20 as shown in the equation (10), the cracks of the intersecting portions 27a to 27d can be suppressed and the outer wall 25 and the inner rib 26 can be formed. Can be enlarged and deformed.
- (Third embodiment) 10A to 11D show a method for joining members according to the third embodiment of the present invention.
- the same components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
- the steel part 10 has a channel shape made of high tension steel.
- the steel part 10 includes a bottom wall 12, two side walls 13 that extend vertically upward from the bottom wall 12, and an upper wall 14 that extends outward from each of the two side walls 13 in the horizontal direction.
- the bottom wall 12 is provided with a hole 11 through which the aluminum pipe 20 can be inserted.
- the aluminum pipe 20 expands and deforms radially outward, and is joined to the hole 11 of the steel part 10 by crushing the upper end in the drawing.
- the members 10 and 20 may be joined not only by deforming and expanding the aluminum pipe 20 but also by crushing the ends.
- the press device 40 includes an indenter 41 and a receiving seat 42.
- the indenter 41 has a flat lower surface 41c.
- the seat 42 has a flat upper surface 42c, and the steel part 10 and the rubber 30 are placed on the upper surface 42c.
- the rubber 30 has a cylindrical shape with a diameter that can be inserted into the aluminum pipe 20, and has a longer overall length than the aluminum pipe 20.
- the rubber 30 partially protrudes from the upper end of the aluminum pipe 20. For this reason, when the press device 40 starts pressing and the seat 42 and the indenter 41 relatively approach each other, the rubber 30 is pressed first.
- the rubber 30 does not necessarily have to protrude from the upper end of the aluminum pipe 20 and may be accommodated in or flush with the upper end of the aluminum pipe 20.
- the rubber 30 is compressed in the direction of the axis L by the press device 40.
- the size in the radial direction increases.
- the rubber 30 is expanded outward from the axis L, and the aluminum pipe 20 is expanded and deformed.
- the aluminum pipe 20 is further expanded and deformed by further compression by the pressing device 40, and at the same time, the upper end in the drawing of the aluminum pipe 20 is bent toward the steel part 10 and pushed. Crushing and joining with the steel part 10.
- the rubber 30 from which the compressive force of the press device 40 has been removed is restored to its original shape by its own elastic force. Therefore, the rubber 30 can be easily removed from the aluminum pipe 20.
- the shape of the steel part 10 may be a hat shape or other shapes, and is not particularly limited.
- the aspect of joining including the aspect of the press apparatus 40 is not specifically limited, It can variously, such as pipe expansion joining or the joining which crushed the edge part.
- (Fourth embodiment) 12A and 12B show a method for joining members according to the fourth embodiment of the present invention.
- the same components as those in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
- the steel part 10 and the aluminum pipe 20 are joined using the mold 43.
- the mold frame 43 has a cylindrical shape concentric with the aluminum pipe 20.
- the mold 43 is disposed between the seat 42 and the steel part 10 and outside the aluminum pipe 20.
- a gap is provided between the aluminum pipe 20 and the mold frame 43.
- FIG. 12B by pressing with the indenter 41, the inner shape of the mold 43 can be adjusted when the aluminum pipe 20 is enlarged and deformed.
- the inner shape of the mold 43 can be changed to various polygonal shapes.
- the shape may be appropriately selected from the viewpoint of component performance. For example, when the aluminum pipe 20 is a bumper stay which is one of the automobile parts, if a minute unevenness is given to the inner surface of the mold 43, the minute uneven shape is transferred to the aluminum pipe 20, and at the time of collision. The impact energy absorption performance can be improved.
- (Fifth embodiment) 13A and 13B show a method for joining members according to the fifth embodiment of the present invention.
- the same components as those in the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
- a cylindrical outer frame mold 44 that partially restricts expansion deformation is disposed around the aluminum pipe 20.
- the outer frame mold 44 has an enlarged diameter portion 44a having a large inner diameter in the vicinity of the joint at the upper end so that only the vicinity of the joint is enlarged and deformed.
- the inner diameter other than the enlarged diameter portion 44a is approximately equal to the outer diameter of the aluminum pipe 20.
- the enlarged deformation region can be controlled with high accuracy so that only the vicinity of the joint portion of the aluminum pipe 20 is enlarged and deformed.
- the enlarged deformation region refers to a region in which the aluminum pipe 20 is enlarged and deformed outward.
- the indenter 41 provided in the press device 40 may have a truncated cone shape that is tapered downward in the drawing.
- a high forming force may be required for the enlarged deformation of the end of the aluminum pipe 20 protruding upward in the drawing of the steel part 10.
- the shape of the indenter 41 that can directly deform the aluminum pipe 20 by the indenter 41 is effective.
- the upper end of the aluminum pipe 20 protruding upward from the steel part 10 is directly pushed outward by the indenter 41 without the rubber 30 interposed therebetween. It is bent towards the steel part 10. Thereby, it can join more firmly. Further, since an excessive load does not act on the rubber 30, the durability of the rubber 30 is improved.
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Body Structure For Vehicles (AREA)
Abstract
部材の加工方法は、軸線L方向に延びた中空状であり、軸線L方向の断面形状の内周面21aにR部22aを有する角部23aが設けられ、角部23aの形状が以下の式によって規定されているアルミパイプ20と、ゴム30とを準備し、アルミパイプ20の内部にゴム30を挿入し、ゴム30を軸線L方向に圧縮して軸線Lの径方向外側に向けて膨張させ、それによってアルミパイプ20を拡大変形加工することを含んでいる。 θ:第1部材の角部の内周面における角度 Rc:第1部材の角部の内周面のR部の半径 L1:第1部材の角部を構成する2つの辺部のうち一方の辺部の直線長さ L2:第1部材の角部を構成する2つの辺部のうち他方の辺部の直線長さ n:第1部材の材料のn値(加工硬化指数)
Description
本開示は、部材の加工方法および部材の接合方法に関する。
自動車の軽量化および安全性向上のために、ハイテンション鋼と呼ばれる低比重かつ高強度の金属が使用されている。ハイテンション鋼は軽量化および安全性向上に有効であるが、アルミなどの低比重材料と比較すると重い。また、ハイテンション鋼を使用すると、高強度ゆえに、成形性の低下、成形荷重の上昇、および寸法精度の低下などの問題が生じる。これらの問題を解決するために、近年、鋼よりも低比重のアルミを用いた押し出し成形品、鋳造品、およびプレス成形品を、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。
マルチマテリアル化で問題となるのは鋼製部品とアルミ製部品のような異種金属の接合である。例えば特許文献1には、弾性体を利用することによりマルチマテリアル化における異種金属の接合を可能にする部材の接合方法が開示されている。特許文献1の部材の接合方法では、壁面体(第2部材)の貫通孔に管体(第1部材)を挿入し、管体の内側に弾性体を挿入し、弾性体を加圧することで管体を膨出させ、管体と壁面体を圧接している。
しかし、特許文献1に開示された接合方法では、接合される部材の形状について、特に接合される管が多角形管であることについては言及されていない。即ち、接合される管が多角形管である場合、加工し易くかつ割れを抑制できるなどの接合に好ましい詳細な形状については考慮されていない。
本発明の実施形態はこうした状況の下になされたものであって、その目的は、弾性体を利用した部材の加工方法において、第1部材の割れを抑制しつつ、第1部材を拡大変形加工することである。
本発明の第1の態様の部材の加工方法は、軸線方向に延びた中空状であり、前記軸線方向の断面形状の内周面にR部を有する角部が設けられ、前記角部の形状が以下の式によって規定されている第1部材と、弾性体とを準備し、前記第1部材の内部に前記弾性体を挿入し、前記弾性体を前記軸線方向に圧縮して前記軸線の径方向外側に向けて膨張させ、それによって前記第1部材を拡大変形加工することを含む。
θ:第1部材の角部の内周面における角度
Rc:第1部材の角部の内周面のR部の半径
L1:第1部材の角部を構成する2つの辺部のうち一方の辺部の直線長さ
L2:第1部材の角部を構成する2つの辺部のうち他方の辺部の直線長さ
n:第1部材の材料のn値(加工硬化指数)
を備える、部材の加工方法を提供する。
本発明の第2の態様の部材の接合方法は、前記第1部材とは強度が異なり、穴部が設けられた第2部材をさらに準備し、前記第2部材の前記穴部に前記第1部材を挿通し、上記の部材の加工方法を使用して前記第1部材を拡大変形加工して前記第1部材と前記第2部材とを接合することを含む。
これらの方法によれば、弾性体を軸線の径方向外側へ膨張させて第1部材を均等に拡大変形することで、局所的な変形を防止し、各部材に対する負荷を軽減できる。これは軸線方向に圧縮された弾性体が軸線の径方向外側に向かって均等に膨張する性質を利用し、第1部材を均等に変形できるためである。従って、第1部材と第2部材の嵌合精度が向上し、接合強度を向上できる。また、電磁成形またはその他の加工を施す接合方法と比べて簡易である。ここで、第1部材と第2部材の強度とは、降伏強さ、引張強さ、延性、剛性、または曲げ強度など材料の変形および破壊に関連する性質全般のことを示す。また、上記の式(1)中のave(L1,L2)は、L1とL2の平均値を示し、以降単にLという場合がある。
また、第1部材には角部が設けられているため、断面形状が円形の場合と比べ、部材が回転し難く、ねじり強度を向上できる。ただし、角部の内周面のR部の半径が著しく大きい場合、角部の外周面の形状も丸みを帯び、ねじられた際の角部での引掛かり量が小さくなり、ねじり強度向上の効果も小さくなり易い。そのため、上記の式(1)のようにRc/Lをtan(θ/2)/4よりも小さく規定し、角形状を維持して一定以上の引掛かり量を確保している。
また、第1部材に角部が設けられている場合、拡大変形の際に角部に変形力が集中して割れるおそれがある。特に角部が直角または小半径の丸角の場合、変形力が角部に集中し易く、十分に拡大変形する前に角部が割れることがある。これに対し、上記の式(1)のように、Rc/Lをtan(θ/2)/((18×n/2)+2)よりも大きく規定することで角部の内周面が一定以上の丸みを有し、角部の剛性が低下して角部の拡大変形が容易となる。従って、角部の割れを抑制できると共に第1部材を十分に拡大変形できる。
前記第1部材は、外形を画定する外壁と、前記外壁内の内部空間を仕切る内リブとを備え、前記外壁と前記内リブが接続されている交差部には、内周面にR部を有する角部が設けられ、前記交差部の前記角部の形状が以下の式によって規定されていてもよい。
φ:第1部材の交差部の角部の内周面における角度
rc:第1部材の交差部の内周面のR部の半径
D1:第1部材の交差部の角部を構成する2つの辺部のうち一方の辺部の直線長さ
D2:第1部材の交差部の角部を構成する2つの辺部のうち一方の辺部の直線長さ
n:第1部材の材料のn値(加工硬化指数)
を備えてもよい。
この方法によれば、第1部材が内リブを備えるため、第1部材の剛性を向上できる。また、第1部材の外壁と内リブが接続されている交差部の角部の形状も式(1)と同様に式(2)で規定することで、交差部の割れを抑制できると共に外壁および内リブを拡大変形できる。ここで、式(2)中のave(D1,D2)は、D1とD2の平均値を示す。
前記第2部材の前記穴部の形状と前記第1部材の前記穴部に挿通される部分の断面形状は相似形であってもよい。
この方法によれば、第1部材と第2部材が互いに相似形であることで、第1部材を均等に拡大変形して接合でき、第1部材と第2部材に対して局所的な負荷が発生することを防止できる。ここで、相似形とは、軸線方向から見た場合を示している。
前記弾性体を圧縮する際、前記第1部材も前記軸線方向に圧縮してもよい。
この方法によれば、第1部材も軸線方向に圧縮することで第1部材の外側方向の拡大変形を補助できる。即ち、弾性体による第1部材の内側からの拡大変形力と合わせて、より確実に第1部材を外側方向へ拡大変形し、接合できる。
前記第2部材の前記穴部の縁はバーリング加工されていてもよい。
この方法によれば、第2部材の穴部の縁をバーリング加工することで、第2部材の穴部の強度を向上でき、第2部材の変形を防止できる。また、バーリング加工により第1部材と第2部材の接合面積が増加するため、接合強度を向上できる。
前記第1部材の外側に型枠を配置し、前記第1部材の少なくとも一部を前記型枠に沿うように成形して接合してもよい。
この方法によれば、様々な内面形状の型枠を使用することで、第1部材を任意の形状に変形できる。変形させる形状は部品性能の観点などから適宜選択し、用途に応じた形状にできる。
前記第1部材の外側に外枠金型を配置し、前記外枠金型により前記第1部材の拡大変形を部分的に制限して接合してもよい。
この方法によれば、外枠金型を使用することで、第1部材の拡大変形する領域を規定し、高精度に拡大変形領域を制御できる。ここで拡大変形領域とは、第1部材が外側に向かって拡大変形した領域をいう。
本発明によれば、弾性体を利用した部材の加工方法において、第1部材の角部の形状を加工し易くかつ割れ難く規定しているため、割れを抑制すると共に第1部材を十分に拡大変形できる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
(第1実施形態)
図1Aから2Dを参照して、アルミパイプ(第1部材)20と鋼製部品(第2部材)10を接合する部材の接合方法について説明する。以下では、異種金属の接合の例として、鋼製部品10とアルミパイプ20を接合した例を示しているが、接合する部材の材質は特に限定されず、強度が異なっていれば、鋼製またはアルミ製以外であってもよい。ここで、強度とは、降伏強さ、引張強さ、延性、剛性、または曲げ強度など材料の変形および破壊に関連する性質全般のことを示す。これは以降の第2~第5実施形態についても同様である。
図1Aから2Dを参照して、アルミパイプ(第1部材)20と鋼製部品(第2部材)10を接合する部材の接合方法について説明する。以下では、異種金属の接合の例として、鋼製部品10とアルミパイプ20を接合した例を示しているが、接合する部材の材質は特に限定されず、強度が異なっていれば、鋼製またはアルミ製以外であってもよい。ここで、強度とは、降伏強さ、引張強さ、延性、剛性、または曲げ強度など材料の変形および破壊に関連する性質全般のことを示す。これは以降の第2~第5実施形態についても同様である。
図1Aに示すように、鋼製部品10はハイテンション鋼からなる平板である。鋼製部品10には、アルミパイプ20を挿通可能な穴部11が設けられている。アルミパイプ20は、アルミニウム合金製であり、軸線L方向に延びた中空の管状である。軸線Lは、アルミパイプ20の中心と、鋼製部品10の穴部11の中心とを通っている。アルミパイプ20の詳細な形状は後述する。
図1Bに示すように、アルミパイプ20が軸線Lの径方向外側へ膨張することで、アルミパイプ20が鋼製部品10の穴部11に圧接される。鋼製部品10の穴部11の形状と寸法は、アルミパイプ20の断面形状と相似形であることが好ましく、さらにアルミパイプ20が挿通可能な範囲で極力小さい方が好ましい。ここで、相似形とは、軸線L方向から見た場合を示している。
図2Aから図2Dに示すように、鋼製部品10とアルミパイプ20の接合には、ゴム(弾性体)30が使用される。
まず、図2Aに示すように、鋼製部品10の穴部11にアルミパイプ20を挿通し、アルミパイプ20の内部にゴム30を挿入し、接合前の組立体1を構成する。このとき、アルミパイプ20は、内部にゴム30を挿入された状態で鋼製部品10の穴部11に挿通されてもよい。そして、図2Bに示すように、その状態の組立体1をプレス装置40にセットする。
プレス装置40は、圧子41および受座42を備える。圧子41は、下方へ延びる円柱状の凸部41aと、凸部41aの周囲に設けられたつば部41bとを備える。圧子41の凸部41aの下面41cは平坦面である。受座42は、上方へ延びる円柱状の凸部42aと、凸部42aの周囲に設けられたつば部42bとを備える。受座42の凸部42aの上面42cは平坦面であり、受座42の凸部42aの上面42cにはゴム30が載置されている。
ゴム30は、アルミパイプ20に挿入可能な径の円柱形状である。ゴム30の長さは、接合部近傍においてアルミパイプ20を変形できる程度の長さであればよい。使用するゴム30の種類は特に限定されず、例えば、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、CNRゴム(クロロプレンゴム+ニトリルゴム)、またはシリコンゴム等を使用できる。
次に、図2Cに示すように、ゴム30は、圧子41の凸部41aの下面41cと、受座42の凸部42aの上面42cとによって挟まれ、軸線L方向に圧縮される。ゴム30は軸線L方向の寸法が小さくなるにつれて、径方向の寸法が拡大する。このようにゴム30を軸線Lから径方向外側に向けて膨張するように弾性変形させ、アルミパイプ20を拡大変形させて鋼製部品10と圧接する。
接合後、図2Dのように、プレス装置40の圧縮力が除去されたゴム30は、自身の弾性力により元の形状に復元する。従って、ゴム30をアルミパイプ20から容易に取り除くことができる。
ここで、図3を参照して、前述の部材の加工方法および接合方法に適したアルミパイプ20の形状を詳細に説明する。アルミパイプ20の断面形状は図では概ね台形であるが、その他の多角形の形状であってもよい。アルミパイプ20には、内周面21aにR部22a~22dを有する角部23a~23dが設けられている。角部23a~23dの内周面21aにおける角度θは、例えば45~135度の範囲内である。角部23a~23dのうち、例えば1つの角部23aの内周面21aのR部22aの形状は、以下の式(3)によって規定されている。なお、本実施形態では他の角部23b~23dの形状も同様に規定されている。
θ:アルミパイプの角部の内周面における角度
Rc:アルミパイプの角部の内周面のR部の半径
L1:アルミパイプの角部を構成する2つの辺部のうち一方の辺部の直線長さ
L2:アルミパイプの角部を構成する2つの辺部のうち他方の辺部の直線長さ
n:アルミパイプの材料のn値(加工硬化指数)
ここで、上記の式(3)中のave(L1,L2)は、L1とL2の平均値を示し、以降単にLという場合がある。
このように、アルミパイプ20には角部23aが設けられているため、断面形状が円形の場合と比べ、部材10,20が回転し難く、ねじり強度を向上できる。ただし、角部23aの内周面21aのR部22aの半径Rcが著しく大きい場合、角部23aの外周面21bの形状も丸みを帯び、ねじられた際の角部23aでの引掛かり量が小さくなり、ねじり強度向上の効果も小さくなり易い。そのため、上記の式(3)のようにRc/Lをtan(θ/2)/4よりも小さく規定し、角形状を維持して一定以上の引掛かり量を確保している。
また、アルミパイプ20に角部23aが設けられている場合、拡大変形の際に角部23aに変形力が集中して割れるおそれがある。特に角部23aが直角または小半径の丸角の場合、変形力が角部23aに集中し易く、十分に拡大変形する前に角部23aが割れることがある。これに対し、上記の式(3)のように、Rc/Lをtan(θ/2)/((18×n/2)+2)よりも大きく規定することで角部23aの内周面21aが一定以上の丸みを有し、角部23aの剛性が低下して角部23aの拡大変形が容易となる。従って、角部23aの割れを抑制できると共にアルミパイプ20を十分に拡大変形できる。
詳細には、上記の式(3)は、以下の2つの条件式(4),(5)から導出される。
c:アルミパイプの角部を構成する2つの辺部におけるR部の直線長さ
b1:アルミパイプの角部を構成する2つの辺部のうち一方の辺部の直線部の長さ
b2:アルミパイプの角部を構成する2つの辺部のうち他方の辺部の直線部の長さ
上記の式(4)は、アルミパイプ20の角部23aの角形状を保つための条件式である。ここで、上記の式(4)中のave(b1,b2)は、b1とb2の平均値を示し、以降単にbという場合がある。具体的には、角部23aの長さcよりも直線部24a,24bの長さb1,b2の平均値bの半長b/2を長くすることで、即ち角部23aに対して所定以上の長さの直線部を設けることで、断面形状が概略円形となることを防止し、角形状を維持している。
上記の式(5)は、解析と実験により導かれた条件式である。後述する解析結果と実験結果に基づいて、式(5)の条件を満たすとき、アルミパイプ20の割れの発生を抑制できる。
上記の式(4),(5)から、以下の式(6)が導かれる。
また、図3に示すように角部23aの幾何学的形状から、以下の2つの式(7)が導かれる。
上記の式(6),(7)から以下の式(8)が導かれ、式(8)を変形すると上記の式(3)となる。
従って、上記の式(3)で規定される角部23aの内周面21aのR部22aの形状は、角形状を保つ条件式(4)および割れの発生を抑制できる条件式(5)の両方を満たしている。
ここで、上記の式(3)について、解析と実験の結果をふまえて詳細に説明する。本実施形態では、アルミパイプ20の材料はアルミであり、そのn値は0.2である。さらに、例えば角度θを90度としてL1とL2が等しい正方形断面(L1,L2を以降Lということがある)を考えると、式(3)は以下の式(9)のように、Rc/Lの範囲として表すことができる。
図4Aは、アルミパイプ20について、角度θ=90度、L1=L2、直径80mm、および半径Rc=10mmの条件で解析を行って得られた拡管量とひずみの関係を示したグラフである。グラフ中の上側のライン(角部ひずみ)は、角部23aのみが変形すると仮定した場合の解析結果である。即ち、角部ひずみは、角部の長さcの変化量をΔcとして、Δc/cと表せる。グラフ中の下側のライン(直線部ひずみ)は、直線部24aのみが変形すると仮定した場合の解析結果である。即ち、直線部ひずみは、直線部の長さの半長b/2の変化量をΔbとして、Δb/(b/2)と表せる。図4Aに示すように、角部ひずみは直線部ひずみに比べて大きく、直線部ひずみに対する角部ひずみの比(ひずみ比)が一定以上となった場合、アルミパイプ20に割れが発生する。なお、ひずみ比は、(Δc/c)/(Δb/(b/2))と表すことができ、これを近似して概ねb/2cと表せる。
図4Bは、アルミパイプ20が、角度θ=90度、L1=L2、および直径80mmの条件で解析を行って得られた、半径Rcを変化させた場合のRc/Lと、図4Aの直線部ひずみに対する角部ひずみの比(ひずみ比)との関係を示すグラフである。グラフ中の破線部は上記の式(9)の条件から外れる部分を示し、実線部分は上記の式(9)の条件に合致する部分を示している。即ち、グラフ中の実線部分が接合に好ましい範囲である。
図4Bのグラフの実線の範囲内が有効であることを実験的に確認すべく、角度θ=90度、L1=L2、直径80mm、および厚み2.0mmのアルミパイプ20について、角部23aの半径Rcを様々に変えて10%(=8mm)拡管し、割れの有無を検証した。その実験結果を以下の表1に示している。
表1に示すように、Rc/Lが1/20(=0.05)以下の値である0,0.0125,0.0375のときは割れが発生しており、Rc/Lが0.05より大きい値である0.0625,0.125のときは割れが発生していない。ここで、Rcが0のときはR部が存在せず、角部23aの内周面21aが直角となっていることを示す。これにより、Rc/Lが0.0375~0.0625の間で割れを生じる閾値が存在すると考えられ、本実施形態ではその閾値を0.05に設定している。この解析結果と実験結果から、Rc/Lが0.05のときにひずみ比が9であることより、ひずみ比が9以上となるときに割れが発生すると考えられる。そのため、前述のように、ひずみ比がb/2cで表されることから、接合に好ましいのはひずみ比(b/2c)が9未満のときである(式(5)参照)。ただし、上記の式(5)の右辺では、材料に一般性を持たせるために、材料のn値を導入している。なお、Rc/Lが1/4(=0.25)以上のとき、角部23aの角形状が維持されないという条件は幾何的に導かれるものであるため、Rc/Lが0.25以上の場合は実験の対象としていない(式(4)参照)。
図4Cは、図4Bのグラフに角度θが70,110度の場合を加えたグラフを示している。角度θが70,110度の場合も角度θが90度の場合と同様に、ひずみ比が9以上のときに割れが発生すると考えられ、さらに角部23aの角形状を維持するための同様の条件から、以下の2つの式(10)が導かれる。このようにして、角度θが変更された場合でもRc/Lの好ましい範囲を導出可能であり、接合に適したアルミパイプ20の形状を規定できる。
図5に示すように、本実施形態の第1変形例として、アルミパイプ20の断面形状は、内周面21aと外周面21bの断面形状が相似形でなくてもよく、即ちアルミパイプ20の板厚は一定でなくてもよい。例えば、図5に示すように、4つの角部23a~23dを有する概ね正方形断面であり、角部23a~23dの内周面21aにはR部22a~22dが設けられ、角部23a~23dの外周面21bにはR部が設けられていなくてもよい。
図6A,6Bに示すように、本実施形態の第2変形例として、アルミパイプ20のうち、拡大変形させない部分(本変形例では端部)の外側に外枠41d,42dを配置してもよい。外枠41d,42dは円筒状でアルミパイプ20の両端部の周囲に配置されている。外枠41d,42dを配置することで、アルミパイプ20の両端部の変形を規制し、接合部のみを変形させることができ、使用用途に応じた形状にできる。
図7A,7Bに示すように、本実施形態の第3変形例として、鋼製部品10の穴部11の縁にバーリング加工を施してもよい。鋼製部品10の穴部11の縁をバーリング加工することで、鋼製部品10の穴部11の強度を向上でき、鋼製部品10の変形を防止できる。また、バーリング加工により鋼製部品10とアルミパイプ20の接合面積が増加するため、接合強度を向上できる。
なお、本実施形態の部材の接合方法で使用したアルミパイプ20を拡大変形する加工方法は、接合とは別に単独で使用されてもよい。即ち、アルミパイプ20を、鋼製部品10との接合とは関係なく、ゴム30により拡大変形させて所望の形状を得ることもできる。
(第2実施形態)
図8~9Bは、本発明の第2実施形態の部材の接合方法について示している。本実施形態において、第1実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
図8~9Bは、本発明の第2実施形態の部材の接合方法について示している。本実施形態において、第1実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、アルミパイプ20は、外形を画定する外壁25と、外壁25内の内部空間を仕切る内リブ26とを備える。内リブ26は、軸線L方向から見て十字型に形成され、外壁25内の内部空間を4つに仕切っている。そのため、アルミパイプ20は、4つの内周面21c~21fを備える。
外壁25と内リブ26が接続されている4つの交差部27a~27dには、R部22e~22lを有する角部23e~23lがそれぞれ設けられている。角部23e~23lのうち、例えば1つの角部23eの内周面21cのR部22eの形状は、以下の式(11)によって規定されている。なお、本実施形態では他の角部23f~23lの形状も同様に規定されている。
φ:アルミパイプの交差部の角部の内周面における角度
rc:アルミパイプの交差部のR部の半径
D1:アルミパイプの交差部の角部を構成する2つの辺部のうち一方の辺部の直線長さ
D2:アルミパイプの交差部の角部を構成する2つの辺部のうち他方の辺部の直線長さ
n:アルミパイプの材料のn値(加工硬化指数)
ここで、式(11)のave(D1,D2)は、D1とD2の平均値を示す。上記の式(11)は、第1実施形態の式(3)と対応している。従って、式(11)の導出および意義は、第1実施形態の式(3)と同様である。
本実施形態では、アルミパイプ20の外壁25内の内部空間は内リブ26で4つに仕切られているため、アルミパイプ20内に挿入するゴム30は4つ必要である。即ち、内リブ26で仕切られた各内部空間に1つずつゴム30を挿入する。
本実施形態の圧子41の凸部41aには内リブ26に対応した溝部41eが設けられている。そのため、圧子41の凸部41aをアルミパイプ20内に挿入しても内リブ26と干渉することなく、ゴム30を押圧できる。
本実施形態によれば、アルミパイプ20が内リブ26を備えるため、アルミパイプ20の剛性を向上できる。また、アルミパイプ20の交差部27a~27dの角部23e~23lの形状を式(10)のように規定することで、交差部27a~27dの割れを抑制できると共に外壁25および内リブ26を拡大変形できる。
(第3実施形態)
図10A~11Dは、本発明の第3実施形態の部材の接合方法について示している。本実施形態において、第1,第2実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
図10A~11Dは、本発明の第3実施形態の部材の接合方法について示している。本実施形態において、第1,第2実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
図10Aに示すように、鋼製部品10はハイテンション鋼からなるチャンネル型の形状である。鋼製部品10は、底壁12と、底壁12から鉛直上方へ延びる2つの側壁13と、2つの側壁13からそれぞれ水平方向外側へ延びる上壁14とを備える。底壁12には、アルミパイプ20を挿通可能な穴部11が設けられている。
図10Bに示すように、アルミパイプ20は、径方向外側へ拡大変形し、図において上側の端部が押し潰されることで、鋼製部品10の穴部11に接合される。このように、アルミパイプ20を単なる拡管変形させるだけでなく端部を押し潰すことで両部材10,20を接合してもよい。
この接合方法を詳細に説明すると、図11Aに示すように、鋼製部品10の穴部11にアルミパイプ20を挿通し、アルミパイプ20の内部にゴム30を挿入し、プレス装置40にセットする。ただし、アルミパイプ20は、内部にゴム30を挿入された状態で穴部11に挿通されてもよい。プレス装置40は、圧子41および受座42を備える。圧子41は平坦な下面41cを有する。受座42は、平坦な上面42cを有し、上面42cには鋼製部品10とゴム30が載置されている。ゴム30は、アルミパイプ20に挿入可能な径の円柱形状であり、アルミパイプ20よりも全長が長いものが使用されている。従って、セットされた状態では、ゴム30はアルミパイプ20の上端から部分的に突出している。このため、プレス装置40がプレスを開始して受座42と圧子41が相対的に接近すると、ゴム30が最初に押圧される。ただし、必ずしもゴム30はアルミパイプ20の上端から突出している必要はなく、アルミパイプ20の上端と面一又は内部に収容されていてもよい。
次に、図11Bに示すように、プレス装置40によりゴム30を軸線L方向に圧縮する。ゴム30は軸線L方向の寸法が小さくなるにつれて径方向の寸法が拡大する。このようにゴム30を軸線Lから外側に向けて膨張させ、アルミパイプ20を拡大変形させる。そして、図11Cに示すように、プレス装置40によりさらに圧縮することで、アルミパイプ20をさらに拡大変形させ、同時にアルミパイプ20の図において上側の端部を鋼製部品10に向けて折り曲げて押し潰し、鋼製部品10と接合する。
接合後、図11Dに示すように、プレス装置40の圧縮力が除去されたゴム30は、自身の弾性力により元の形状に復元する。従って、ゴム30をアルミパイプ20から容易に取り除くことができる。
本実施形態のように、鋼製部品10の形状はハット型またはその他形状であってもよく、特に限定されない。また、プレス装置40の態様を含む接合の態様も特に限定されず、拡管接合または端部を押し潰した接合など様々に可能である。
(第4実施形態)
図12A,12Bは、本発明の第4実施形態の部材の接合方法について示している。本実施形態において、第1~第3実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
図12A,12Bは、本発明の第4実施形態の部材の接合方法について示している。本実施形態において、第1~第3実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
図12Aに示すように、本実施形態では、型枠43を使用して鋼製部品10とアルミパイプ20を接合する。型枠43は、アルミパイプ20と同心の円筒状である。型枠43は、受座42と鋼製部品10の間であって、アルミパイプ20の外側に配置されている。プレス装置40にセットされた状態では、アルミパイプ20と型枠43の間には隙間が設けられている。この状態で、図12Bに示すように、圧子41により押圧することで、アルミパイプ20が拡大変形した際に型枠43の内面形状になじませることができる。
この方法によれば、型枠43の内面形状を様々な多角形状にすることができる。形状については、部品性能の観点などから適宜選択すればよい。例えば、アルミパイプ20が自動車部品の1つであるバンパーステイである場合、型枠43の内面に微小な凹凸を付与しておけば、アルミパイプ20にこの微小な凹凸形状が転写され、衝突時の衝突エネルギーの吸収性能を向上できる。
(第5実施形態)
図13A,13Bは、本発明の第5実施形態の部材の接合方法について示している。本実施形態において、第1~第4実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
図13A,13Bは、本発明の第5実施形態の部材の接合方法について示している。本実施形態において、第1~第4実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
図13A,13Bに示すように、本実施形態では、アルミパイプ20の周囲に拡大変形を部分的に規制する円筒状の外枠金型44を配置している。外枠金型44は、接合部の近傍のみ拡大変形するように、接合部近傍において内径が大きく形成された拡径部44aを上端に有する。拡径部44a以外の内径はアルミパイプ20の外径と概略等しい。
外枠金型44を使用すると、アルミパイプ20の接合部近傍のみが拡大変形するように拡大変形領域を高精度に制御できる。ここで拡大変形領域とは、アルミパイプ20が外側に向かって拡大変形した領域をいう。
図14Aに示すように、プレス装置40が備える圧子41は図において下向きに先細り形状の円錐台形状であってもよい。鋼製部品10の図において上側に突出したアルミパイプ20の端部の拡大変形には、高い成形力が必要となる場合がある。そのような場合には、圧子41により直接的にアルミパイプ20を変形できる圧子41の形状が有効である。
図14Bに示すように、成形の終期に、鋼製部品10の上側に突出したアルミパイプ20の図において上側の端部がゴム30を介することなく圧子41により直接外側へ押し拡げられ、さらには鋼製部品10へ向かって折り曲げられる。これにより、より強固に接合できる。また、ゴム30に過度の負荷が作用しないのでゴム30の耐久性が向上する。
以上より、本発明の具体的な実施形態およびその変形例について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、個々の実施形態の内容を適宜組み合わせたものを、この発明の一実施形態としてもよい。
1 組立体
10 鋼製部品(第2部材)
11 穴部
12 底壁
13 側壁
14 上壁
20 アルミパイプ(第1部材)
21a,21c~21f 内周面
21b 外周面
22a~22l R部
23a~23l 角部
24a~24d 直線部
25 外壁
26 内リブ
27a~27d 交差部
30 ゴム(弾性体)
40 プレス装置
41 圧子
41a 凸部
41b つば部
41c 下面
41d 外枠
41e 溝部
42 受座
42a 凸部
42b つば部
42c 上面
42d 外枠
43 型枠
44 外枠金型
44a 拡径部
10 鋼製部品(第2部材)
11 穴部
12 底壁
13 側壁
14 上壁
20 アルミパイプ(第1部材)
21a,21c~21f 内周面
21b 外周面
22a~22l R部
23a~23l 角部
24a~24d 直線部
25 外壁
26 内リブ
27a~27d 交差部
30 ゴム(弾性体)
40 プレス装置
41 圧子
41a 凸部
41b つば部
41c 下面
41d 外枠
41e 溝部
42 受座
42a 凸部
42b つば部
42c 上面
42d 外枠
43 型枠
44 外枠金型
44a 拡径部
Claims (8)
- 軸線方向に延びた中空状であり、前記軸線方向の断面形状の内周面にR部を有する角部が設けられ、前記角部の形状が以下の式によって規定されている第1部材と、弾性体とを準備し、
前記第1部材の内部に前記弾性体を挿入し、
前記弾性体を前記軸線方向に圧縮して前記軸線の径方向外側に向けて膨張させ、それによって前記第1部材を拡大変形加工する
ことを含む、部材の加工方法。
θ:第1部材の角部の内周面における角度
Rc:第1部材の角部の内周面のR部の半径
L1:第1部材の角部を構成する2つの辺部のうち一方の辺部の直線長さ
L2:第1部材の角部を構成する2つの辺部のうち他方の辺部の直線長さ
n:第1部材の材料のn値(加工硬化指数) - 前記第1部材とは強度が異なり、穴部が設けられた第2部材をさらに準備し、
前記第2部材の前記穴部に前記第1部材を挿通し、
請求項1に記載の部材の加工方法を使用して前記第1部材を拡大変形加工して前記第1部材と前記第2部材とを接合する
ことを含む、部材の接合方法。 - 前記第2部材の前記穴部の形状と前記第1部材の前記穴部に挿通される部分の断面形状は相似形である、請求項2または請求項3に記載の部材の接合方法。
- 前記弾性体を圧縮する際、前記第1部材も前記軸線方向に圧縮する、請求項2または請求項3に記載の部材の接合方法。
- 前記第2部材の前記穴部の縁はバーリング加工されている、請求項2または請求項3に記載の部材の接合方法。
- 前記第1部材の外側に型枠を配置し、前記第1部材の少なくとも一部を前記型枠に沿うように成形して接合する、請求項2または請求項3に記載の部材の接合方法。
- 前記第1部材の外側に外枠金型を配置し、前記外枠金型により前記第1部材の拡大変形を部分的に制限して接合する、請求項2または請求項3に記載の部材の接合方法。
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WO2021070571A1 (ja) * | 2019-10-09 | 2021-04-15 | 株式会社神戸製鋼所 | 部材の接合方法 |
US11433450B2 (en) * | 2018-01-11 | 2022-09-06 | Kobe Steel, Ltd. | Joined body and method for manufacturing same |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS51133170A (en) * | 1975-05-16 | 1976-11-18 | Nikkei Aluminium Sales | Method of connecting pipe body and wall surface body with through hole |
JP2007296569A (ja) * | 2006-05-02 | 2007-11-15 | Showa Denko Kk | パイプと板材との接合方法 |
JP2010051975A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Showa Denko Kk | パイプと被接合部材との接合方法 |
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2016
- 2016-08-02 JP JP2016152122A patent/JP6721451B2/ja not_active Expired - Fee Related
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2017
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS51133170A (en) * | 1975-05-16 | 1976-11-18 | Nikkei Aluminium Sales | Method of connecting pipe body and wall surface body with through hole |
JP2007296569A (ja) * | 2006-05-02 | 2007-11-15 | Showa Denko Kk | パイプと板材との接合方法 |
JP2010051975A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Showa Denko Kk | パイプと被接合部材との接合方法 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11433450B2 (en) * | 2018-01-11 | 2022-09-06 | Kobe Steel, Ltd. | Joined body and method for manufacturing same |
WO2021070571A1 (ja) * | 2019-10-09 | 2021-04-15 | 株式会社神戸製鋼所 | 部材の接合方法 |
JP2021058926A (ja) * | 2019-10-09 | 2021-04-15 | 株式会社神戸製鋼所 | 部材の接合方法 |
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