专利名称：异型断面筒状部件的加压成形方法和利用该加压成形方法成形的异型断面筒状部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及前桥梁(axle beam)等汽车行走部件所用的异型断面筒状部件的加压 成形方法和利用该加压成形方法成形的异型断面筒状部件。本申请基于2008年5月12日提出的日本专利申请第2008-1 24787号公报并主 张其优先权，这里引用其内容。
背景技术：
作为配置在汽车车轮间的前桥梁、或其周边的悬架部件等汽车行走部件，以往一 直广泛使用异型断面筒状部件。这样的异型断面筒状部件由于在行走中反复接受冲击载荷或扭转载荷等，因此除 了高强度以外，高的耐疲劳性是必要的。此外，最近，对于前桥梁等汽车行走部件，不要求采 用多个部件成形，而是要求通过加压加工1根钢管来成形。在下述专利文献1中公开了通过加压加工高强度钢管而形成了异型断面形状的 中空结构的前桥梁。专利文献1 日本特开2001-321846号公报但是，上述专利文献1的前桥梁为了通过控制应力集中部的残余应力来提高材料 的耐疲劳性而进行了淬火等热处理。而且，需要用于防止因热处理而产生的氧化铁皮的气 氛控制或除铁皮工序。其结果是，存在不仅发生了热处理成本、而且为处置上述氧化铁皮还 产生了多余成本的问题。此外，还有因实施热处理而造成制品精度下降、向车体上的组装作业变得困难的 问题。
发明内容
本发明是鉴于上述事情而完成的，其目的在于提供一种在通过钢管的加压成形 来制造前桥梁等异型断面筒状部件时，可在不实施以往的淬火等热处理的情况下改善耐疲 劳性、削减成本及工序道次、此外还可确保制品精度、改善向车体上的组装作业性的异型断 面筒状部件的加压成形方法和利用该加压成形方法成形的异型断面筒状部件。本发明为了解决上述课题并实现上述目的，采取了以下的手段。即(1)本发明是通过在上模和下模之间压溃钢管而形成断面V字状的异型断面筒状 部件的加压成形方法，其中，当设定所述上模的顶端部的曲率半径为R1、与该上模的顶端部 对应的所述下模的底部的曲率半径为R2、所述钢管的板厚为t时，Ri、R2、t满足Ri+2t = R2, 且满足 1. 5t < R1 < 3t。(2)在上述(1)所述的异型断面筒状部件的加压成形方法中，具有以下工序在所 述上模到达其下止点之前的期间，以在该上模的所述顶端部与所述钢管之间以及所述下模 的所述底部与所述钢管之间设置有间隙的状态进行加压的工序；在所述上模到达所述下止点时，以完全压溃所述间隙的方式加压从而形成异型断面筒状部件的工序；在打开所述上 模和所述下模间之后，通过在所述异型断面筒状部件上产生的回弹，对该异型断面筒状部 件的所述底部的V槽面赋予压缩残余应力的工序。(3)此外，本发明是利用上述(1)所述的异型断面筒状部件的加压成形方法制造 的断面V字状的异型断面筒状部件，其中，在所述异型断面筒状部件的所述V槽面上具有通 过所述回弹形成的所述压缩残余应力。(4)上述(3)所述的异型断面筒状部件也可以是汽车行走部件。在上述(1)所述的异型断面筒状部件的加压成形方法中，由于采用了满足札+21 =R2,且满足1. 5t ^ R1 ^ 3t的上模及下模，因此能够控制异型断面筒状部件的残余应力。 因而，不需要以往的在加压成形后的淬火等热处理，通过只利用加压工序对容易疲劳损伤 的规定位置赋予压缩的残余应力，就能够得到高的耐疲劳性。另外，上述(3)所述的异型断面筒状部件由于在部件底部的V槽面具有压缩的残 余应力，因此能够得到高的耐疲劳性，能够实现长寿命化。特别是，在将上述(3)所述的异型断面筒状部件应用于汽车行走部件时，能够实 现汽车的低成本化及长寿命化。
图1是表示本发明的一实施方式的前桥梁的立体图。图2是图1的A-A线的剖视图。图3是表示在加压工序中上模到达其下止点之前的剖视图。图4是表示在加压工序中上模到达其下止点时的剖视图。图5是表示加压成形后的前桥梁底部的剖视图。图6是断面V字状筒状部件中的V槽部的耐疲劳性评价试验片的立体图。图7是表示耐疲劳性评价试验的试验状况的图示。图8A是本发明的实施例中的试验片的残余应力的图示。图8B是比较例2 4中的试验片的残余应力的图示。图8C是比较例2 4中的试验片的破坏例的图示。符号说明1-前桥梁，Ia-上板，Ib-下板，2_底部，2a-上板的底部，2b-下板的底部，2c-上板 的底部的V槽面，2d-下板的底部的V槽面，3-间隙，4-间隙，11-上模，Ila-上模的顶端部， 12-下模，12a-下模的底部，21-耐疲劳性试验片，22-固定侧夹具，23-振动侧夹具，24-振 动器，30-裂纹
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。图1示出通过本发明的异型断面筒状部件的加压成形方法成形的异型断面筒状 部件的一实施方式即前桥梁1。此外，图2示出图1的A-A线的剖视图。该前桥梁1如图2所示，是通过在上下一对模(后述)之间压溃1根钢管并加压 成形成断面V字状的前桥梁。符号Ia是前桥梁1的与加工前钢管的断面形状中的上方的
4弧对应的上板，符号Ib是与该断面形状中的下方的弧对应的下板。另外，符号2a、2b分别 是上板la、lb的底部，符号2c、2d分别是底部2a、2b的V槽面。在所述前桥梁1中，疲劳试验时发生的应力在上板Ia的底部2a的V槽面2c处最 高。因此，要求在上板Ia的底部2a的V槽面2c具有压缩的残余应力。所以，在本实施方 式中，通过对部件底部2a的V槽面2c赋予压缩残余应力来改善耐疲劳性。在本实施方式中，在进行通过在上下一对模之间压溃钢管制造断面V字状的异型 断面筒状部件的加压成形方法时，当设定上模的顶端部的曲率半径为R1 (mm)、与该上模的 顶端部对应的下模的底部的曲率半径为R2(Him)、钢管的板厚为t (mm)时，以Ri、R2、t满足下 式(1)、式(2)的方式加压成形。R^2t = R2........................ (1)1. 5t ^ R1 ^ 3t..................... (2)在本实施方式中，对用于使回弹后的前桥梁1的底部2的V槽面2c、2d的残余应 力压缩、即通过回弹在底部2的V槽面2c、2d上形成压缩的残余应力的加压加工条件进行 了规定。所述式(1)是在上模(后述)到达下止点时使模与被成形品的间隙消失所必要的 条件。此外，如后所述，为了在上模到达下止点之前在模与作为被成形品的钢管的规定位置 之间残余间隙,R1 ^ 3t是必要的。另一方面，为了在加压成形中不发生成形裂纹，1. 5t ^ R1 是必要的。所以，有必要满足式(2)的条件。以下，对本发明的加压成形工序进行说明。图3 图5都是前桥梁1的底部2的加压成形工序的剖视图。图3 图5分别示 出上模到达下止点之前的加压成形工序的放大剖视图、上模到达下止点时的加压成形工序 的放大剖视图、开模后的前桥梁1的底部2的放大剖视图。再有，在图3 图5中，符号11为上模，符号12为下模。此外，在将母材即钢管在 上模11与下模12之间加压成形时，在模间上板Ia和下板Ib密合。最初，将被成形品即钢管放置在下模12上，通过使上模1下降而在上模11与下模 12之间压溃钢管，加压成形成为断面V字状的前桥梁，在这点上，与以往基本相同。但是，在 本实施方式中，在以下方面具有特征。如图3所示，在上模11到达下止点之前的加压成形工序中，上板Ia和下板Ib都 是曲率半径队、R2减小的一般的弯曲变形。但是，形成V字状的前桥梁1的底部2的上模 11和下模12的曲率半径RpR2如式(2)中限制那样小，因此被成形品与模不配合地产生过 度弯曲。其结果是，上模11的顶端部Ila与上板Ia的对应部分之间产生间隙3。同样，在 下模12的底部12a两侧的部分与下板Ib的对应部分之间也产生间隙4、4。而且，在上模11到达下止点之前，在具有所述间隙3、4的情况下进行加压成形。再 有，在该状态下，上板Ia的底部2a的V槽面2c及下板Ib的底部2b的V槽面2d为压缩应 力状态。另外，如图4所示，在上模11到达下止点时，为如式⑴中限制的那样的上下模 11、12与被成形品之间不残留间隙的模设计，因此如果继续成形，则施加使得上模11的顶 端部Ila与上板Ia的对应部分的间隙3及下模12的底部12a两侧的部分与下板Ib的对 应部分的间隙4、4压溃的变形。即，在这种情况下，底部2的V槽面2c、2d返弯曲，也就是说，产生曲率半径礼、R2变大的变形。再有，在此状态下，是上板Ia的底部2a及下板Ib的底部2b通过模而被压宽的加 工，V槽面2c、2d都呈拉伸应力状态。也就是说，在底部2的V槽面2c、2d上都产生使本身 的曲率半径Rl、R2减小的应力。最后，如图5所示，如果通过使上模11上升而使被成形品从模中脱模，则通过将上 模11到达下止点时的底部2的V槽面2c、2d的曲率半径RpR2增大的加工的反作用力产生 减小曲率半径RpR2的回弹。其结果是，前桥梁的底部2的V槽面2c、2d通过加压成形后的 回弹而被赋予压缩的残余应力。在上述的实施方式中，作为异型断面筒状部件的一例子示出了前桥梁，当然也能 广泛地应用于其周边的悬架部件等要求耐疲劳性的其它汽车行走部件。此外，钢管材料没 有任何限定，能够以所有钢管材料为对象。也就是说，采用本发明的加压成形方法，无论怎 样的钢管材料都能改善耐疲劳性。从以上的说明阐明了 采用本发明的加压成形方法，由于能够对发生应力高的部 位赋予压缩残余应力，因而能够大幅度改善疲劳寿命。加之，在以往方法中，由于疲劳寿命 短，因此在加压成形后通过实施淬火等热处理来改善疲劳寿命。而在本发明中，即使不进行 热处理也能够改善疲劳寿命，因此还可削减热处理成本及简化工序。另外，由于不需要热处 理，因此还具有能够确保制品精度的优点。实施例如表1所示，在不同的t、Ri、R2的条件下对采用具有780MPa级的强度的钢板形成 的钢管进行加压成形，得到图6所示的断面V字状筒状部件。再有，对于表1的比较例，对 没有满足本发明的条件的数值划出下划线。此外，加压成形后的部件底部2的V槽面2c、2d 的残余应力的性质见表1。为了评价上述筒状部件的底部2的耐疲劳性，如图6所示，从断面V字状筒状部件 的长度方向中央部切下宽20mm的试验片21。在切下该试验片21时，长度方向的残余应力 被释放。但是，圆周方向的约束被保留，因此切断前后的试验片底部2的V槽面2c、2d的残 余应力的值几乎没有变化。如图7所示，由固定侧夹具22和振动侧夹具23夹住切下的V字 状试验片的两端，为了对试验片21附加士500MPa的交变应力，通过振动器24，以频率IHz 使振动侧夹具23向图7箭头所示的水平方向(V形状的宽度增减的方向)振动，进行疲劳 试验。通过该疲劳试验产生裂纹的发生次数见表1。这里，以疲劳裂纹发生次数低于1万次 的疲劳寿命短的(C)、疲劳裂纹发生次数在1万次以上且低于10万次的(B)、疲劳裂纹发生 次数在10万以上的具有优良的疲劳寿命的(A)这3阶段进行评价。从实施例1 3中明确确认了，本发明的异型断面筒状部件如图8A所示，对底部 2的V槽面2c、2d赋予了足够的压缩残余应力，大幅度改善了耐疲劳性。作为比较例1，表示曲率半径R1小于式(2)的情况。此时，由于曲率半径R1过小， 因此在成形时在底部2发生裂纹，不能成形。作为比较例2，表示曲率半径R1大于式⑵的情况。此时，由于曲率半径R1过大， 因此在加压工序中被成形品一直以没有间隙的状态与模密合地成形。因此，不发生底部2 的返弯曲，在上模11达到下止点时，上板Ia的底部2a的V槽面2c的应力为压缩应力。因 此，通过其后的回弹，V槽面2c产生图8B所示的拉伸残余应力，耐疲劳性降低。其结果是，
6在不耐实用的短时间内，在上板la的底部2a的V槽面2c上产生图8C所示的裂纹30。作为比较例3、4，表示曲率半径R2没有满足式(1)的情况。由于曲率半径R2没有 满足式(1)，因此在上模11到达下止点时，被成形品与模的间隙残留。因此，不能向底部2 进行充分的返弯曲，上板la的底部2a的V槽面2c的应力为压缩应力。因而，通过其后的 回弹，v槽面2c产生图8b所示的拉伸张力残余应力，耐疲劳性降低。其结果是，在不耐实 用的短时间内，在上板la的底部2a的V槽面2c上产生图8C所示的裂纹30。这样，在没有满足本发明条件的比较例中，在底部2的加工中产生裂纹、或在上板 la的底部2a的V槽面2c上产生拉伸残余应力，因此不能得到良好的耐疲劳性。从以上结果确认，在本发明的条件下，通过对钢管加压成形而制造的异型断面筒 状部件被赋予了充分的压缩残余应力，因此具有优良的耐疲劳性。表权利要求
一种异型断面筒状部件的加压成形方法，其是通过在上模及下模之间压溃钢管而形成为断面V字状的异型断面筒状部件的加压成形方法，其特征在于当设定所述上模的顶端部的曲率半径为R1、与该上模的所述顶端部对应的所述下模的底部的曲率半径为R2、所述钢管的板厚为t时，R1、R2、t满足R1+2t＝R2，且满足1.5t≤R1≤3t。
2.根据权利要求1所述的异型断面筒状部件的加压成形方法，其特征在于，具有以下工序在所述上模到达其下止点之前的期间，以在该上模的所述顶端部与所述钢管之间以及 所述下模的所述底部与所述钢管之间设置有间隙的状态进行加压的工序；在所述上模到达所述下止点时，以完全压溃所述间隙的方式加压从而形成异型断面筒 状部件的工序；在打开所述上模和下模后，通过在所述异型断面筒状部件上产生的回弹，对该异型断 面筒状部件的所述底部的V槽面赋予压缩残余应力的工序。
3.一种异型断面筒状部件，其是利用权利要求2所述的异型断面筒状部件的加压成形 方法制造的断面V字状的异型断面筒状部件，其特征在于在所述异型断面筒状部件的所述V槽面上具有通过所述回弹形成的所述压缩残余应力。
4.根据权利要求3所述的异型断面筒状部件，其特征在于所述异型断面筒状部件是 汽车行走部件。全文摘要
本发明提供一种异型断面筒状部件的加压成形方法，是通过在上模和下模之间压溃钢管而形成断面V字状的异型断面筒状部件的加压成形方法，当设定所述上模的顶端部的曲率半径为R1、与该上模的所述顶端部对应的所述下模的底部的曲率半径为R2、所述钢管的板厚为t时，R1、R2、t满足R1+2t＝R2，且满足1.5t≤R1≤3t。
文档编号B60G9/04GK101980804SQ20098011157
公开日2011年2月23日 申请日期2009年5月12日 优先权日2008年5月12日
发明者中村英幸, 堀直树, 山本康士, 福士孝聪, 穴井功, 门间义明 申请人:新日本制铁株式会社