压铸产品的强度评价方法以及压铸产品的制作方法
【专利摘要】提供一种能够准确地评价压铸产品的强度的压铸产品的强度评价方法以及通过该强度评价方法评价了强度的压铸产品。为此，在铸造后通过简易的强度试验机进行了断裂试验后，根据断裂冷硬层在通过断面观察得到的断裂面中所占的面积率来估计强度下降率。或者，对预先通过应力分析求出的压铸产品的高应力部的规定范围的内部缺陷进行超声波探伤，当该规定范围的内部缺陷的合计面积除以总探伤面积得到的缺陷率为规定值以下时，评价为压铸产品具有规定强度。
【专利说明】压铸产品的强度评价方法以及压铸产品
【技术领域】
[0001]本发明涉及压铸产品的强度评价方法以及在车辆的电动助力转向装置中使用的压铸产品(例如，招压铸制的柱壳体(COIumn housing))。
【背景技术】
[0002]以往，为了防止汽车被盗，一般使用转向锁定装置，该转向锁定装置在拔出了点火开关钥匙的情况下，不仅停止发动机，而且使方向盘不能旋转。
[0003]这样使用的转向锁定装置的主体和作为安装部的转向柱必须坚固且不易被破坏。例如，在JIS D5812等中规定，使转向轴成为锁定状态，即便向该转向轴施加200Nm的转矩，功能也不能出现异常。
[0004]此处，为了轻量化，转向柱大多是用例如铝或镁那样的轻金属的压铸件制造的，存在内部缺陷，因此当施加了过大的转矩时，可能发生断裂，如何进行强度评价变得十分重要。
[0005]特别是，作为压铸件的内部缺陷，公知断裂冷硬层会造成强度下降，为了进行强度评价，需要实施断裂冷硬层的检查。
[0006]作为这样的断裂冷硬层的检查方法，专利文献I?3中公开了以下内容。
[0007]首先，在专利文献I中公开了以下技术:将基于放射线、磁、超声波等的断裂冷硬层检测装置容易检测的成分(Pb)混合到套筒润滑剂中，并涂在套筒内表面上，让Pb与断裂冷硬层一起进入到腔内，由此提高断裂冷硬层的检测灵敏度。
[0008]此外，在专利文献2中公开了以下技术:组合超声波探伤法和X线CT扫描进行测定，由此以非破坏状态得到断裂冷硬层的分散信息。
[0009]具体而言，向铝压铸产品照射超声波，根据来自铝压铸产品的声波信息，检测铝压铸产品的气孔和断裂冷硬层，取得第I内部缺陷的3维分布数据，对相同的铝压铸产品进行X线CT测定，从铝压铸产品的多个截面图像中检测铝压铸产品的气孔，取得第2内部缺陷的3维分布数据，将第I内部缺陷的3维分布数据与第2内部缺陷的3维分布数据进行比较，取得铝压铸产品的断裂冷硬层的3维分布数据。
[0010]此外，在专利文献3中公开了如下这样的简易的断裂冷硬层检查方法:从浇道部切取检查片，并对切断面进行研磨、腐蚀，之后，观察断裂冷硬层，计算断裂冷硬层面积率。
[0011]此外，作为铝压铸产品的其他的强度评价方法，在专利文献4中公开了以下技术:对内部具有复合部件的铝压铸产品进行超声波探伤，测定从表面到复合部件的距离、熔融铝在复合部件中的侵入状态、以及断裂的状态等，判别是否良好。
[0012]现有技术文献
[0013]专利文献
[0014]专利文献1:日本特开平3-226668号公报
[0015]专利文献2:日本特开2005-91288号公报
[0016]专利文献3:日本特开2007-111728号公报[0017]专利文献4:日本特开2004-144489号公报
【发明内容】
[0018]发明所要解决的问题
[0019]然而，在上述专利文献I?3中，都需要特殊的检查装置，因此需要耗费较多的作业时间，在铸造现场不能进行强度评价，而且测定检查精度不够，所以不能进行高精度的强度评价。
[0020]具体而言，专利文献I具有能够进行非破坏检查的优点，但是，在铸造后需要使用基于放射线、磁、超声波等的特殊设备进行检查，要花费较多的作业时间，在铸造现场不能进行强度评价，而且测定检查精度不够，所以不能进行高精度的强度评价。
[0021]此外，专利文献2与专利文献I同样具有能够进行非破坏检查的优点，但是，在铸造后需要使用基于超声波探伤和CT扫描等的特殊设备进行检查，要花费较多的作业时间，在铸造现场不能进行强度评价，而且测定检查精度不够，所以不能进行高精度的强度评价。
[0022]此外，专利文献3具有不需要特殊检查设备的优点，但是，由于需要研磨、腐蚀，所以要花费较多的作业时间，而且，不是从产品上切取检查片，而是从浇道部上切取检查片，因此不能进行高精度的强度评价。
[0023]此外，专利文献4中记载的铝压铸产品的强度评价方法只是针对内部具有复合部件的铝压铸产品测定侵入程度和断裂，不是对不具有复合部件的铝压铸产品的强度进行评价。
[0024]与此相对，专利文献2中记载的铝压铸产品的强度评价方法可以对不具有复合部件的铝压铸产品进行评价，但是，例如对较大的铝压铸产品或复杂的铝压铸产品的所有部分都进行检查实质上非常困难。实际的铝压铸产品不可避免气孔等内部缺陷，有时会以该内部缺陷为起点产生破坏。此外，铝压铸产品大多为复杂的形状，很难通过例如超声波探伤对内部缺陷进行探测，而且不清楚应对哪个部分进行强度评价。
[0025]本发明正是为了解决这样的课题而完成的，其目的在于，提供一种缩短了作业时间，每次在铸造现场都能进行强度评价(强度保证)，而且以较高的精度实现了强度评价的压铸产品的强度评价方法以及压铸产品。
[0026]此外，本发明的另一个目的在于，提供一种能够准确地评价实际压铸产品的强度，能够得到规定强度的压铸产品的压铸产品的强度评价方法以及压铸产品。
[0027]用于解决问题的手段
[0028]为了达到上述目的，本发明的某个实施方式的压铸产品的强度评价方法包含以下工序:铸造工序，铸造压铸产品；破坏工序，对铸造后的压铸产品进行断裂试验；强度下降率计算工序，测定该破坏工序中的所述压铸产品的断裂面中存在的断裂冷硬层的面积率，根据所述破坏工序中的扭转断裂转矩值与所述面积率之间的关系计算强度下降率；以及强度评价面积率计算工序，将所述强度下降率作为平均值，求出-3 σ (σ:标准偏差)的阈值，根据该阈值和预先设定的强度范围计算所述压铸产品的强度评价面积率。
[0029]另外，在上述压铸产品的强度评价方法中，优选的是，所述铸造工序是基于JISD5812的铸造工序，所述压铸产品是铝制的柱壳体，所述断裂试验是所述压铸产品的扭转试验。[0030]另外，在上述压铸产品的强度评价方法中，优选的是，所述压铸产品被用于汽车用转向机构的带点火开关的转向锁。
[0031]另外，本发明的某个实施方式的铝压铸制的柱壳体的强度通过上述压铸产品的强度评价方法进行了评价，其中，形成有转向锁用孔，断裂冷硬层在断裂面的面积中所占的面积率低于10%，所述断裂面的面积是从通过所述扭转试验使所述转向锁用孔断裂时的断裂起点到通过应力分析求出的对上述断裂起点作用的应力最大值的1/2以上的应力范围为止的面积。
[0032]另外，本发明的其他实施方式的压铸产品的强度评价方法评价压铸产品的强度，其中，针对预先对所述压铸产品进行应力分析而求出的高应力部，对该高应力部的规定范围的内部缺陷进行超声波探伤，当该规定范围的内部缺陷的合计面积除以总探伤面积而得到的缺陷率为预先设定的规定值以下时，评价为该压铸产品具有规定强度。
[0033]另外，优选的是，所述闻应力部的规定范围是该闻应力部的最大应力的50%以上的应力范围。
[0034]另外，所述压铸产品的强度通过上述压铸产品的强度评价方法进行了评价，所述缺陷率为0.5%以下。
[0035]另外，优选的是，所述压铸产品是车辆的电动助力转向装置中使用的柱壳体，所述高应力部是所述柱壳体的键锁部。
[0036]发明的效果
[0037]根据本发明的某个实施方式，能够提供一种缩短了作业时间，并且每次都能在铸造现场进行强度评价，以较高的精度实现强度评价的压铸产品的强度评价方法以及压铸产品。此外，根据本发明的其他实施方式的压铸产品的强度评价方法，针对预先通过应力分析求出的压铸产品的高应力部，对该高应力部的规定范围的内部缺陷进行超声波探伤，当该规定范围的内部缺陷的合计面积除以总探伤面积而得到的缺陷率为预先设定的规定值以下时，评价为该压铸产品具有规定强度，因此，能够准确地评价实际的压铸产品的强度。
[0038]此外，通过使高应力部的规定范围成为该高应力部的最大应力的50%以上的应力范围，能够更加准确地评价压铸产品的强度。
[0039]此外，根据本发明的其他实施方式的压铸产品，使用本发明的某个实施方式的压铸产品的强度评价方法进行了强度评价，用高应力部的规定范围的内部缺陷的合计面积除以总探伤面积而得到的缺陷率为0.5%以下，由此能够得到规定强度的压铸产品。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]图1是示出压铸产品的强度评价方法的第I实施方式中的过程的流程图。
[0041]图2是示出压铸产品的强度评价方法的第I实施方式中的转向柱壳体的结构的立体图。
[0042]图3是示出压铸产品的强度评价方法的第I实施方式中的扭转试验机的结构的概略图。
[0043]图4是示出压铸产品的强度评价方法的第I实施方式中的断裂面的断裂冷硬层的面积率的观察例的实体显微镜照片。
[0044]图5是示出压铸产品的强度评价方法的第I实施方式中的断裂冷硬层面积率与扭转断裂转矩(要求强度的范围)之间的关系的曲线图。
[0045]图6是示出压铸产品的强度评价方法的第2实施方式的说明图。
[0046]图7是图6的压铸产品的强度评价方法中的内部缺陷探伤的说明图。
[0047]图8是压铸产品的高应力部的说明图。
[0048]图9是压铸产品的高应力部的内部缺陷探伤范围的说明图。
[0049]图10是通过图6的内部缺陷探伤得到的图像的说明图。
[0050]图11是通过图6的内部缺陷探伤得到的探伤图像。
[0051]图12是将图11的探伤图像二值化后的图像。
[0052]图13是通过图像分析从图12的二值化探伤图像中提取了内部缺陷面积后的图像。
[0053]图14是示出图9的探伤范围中的内部缺陷的缺陷率与扭转试验中的破坏时扭转次数之间的关系的说明图。
[0054]图15是压铸产品的高应力部的内部缺陷探伤范围的说明图。
[0055]图16是示出图15的探伤范围中的内部缺陷的缺陷率与扭转试验中的破坏时扭转次数之间的关系的说明图。
[0056]图17是压铸产品的高应力部的内部缺陷探伤范围的说明图。
[0057]图18是示出图17的探伤范围中的内部缺陷的缺陷率与扭转试验中的破坏时扭转次数之间的关系的说明图。
【具体实施方式】
[0058](第I实施方式)
[0059]以下，参照附图对压铸产品的强度评价方法的第I实施方式进行说明。
[0060]如图1所示，本实施方式由铸造工序(SI)、破坏工序(S2)、强度下降率计算工序
(S3)、强度评价面积率计算工序(S4)构成。
[0061]〈铸造工序〉
[0062]本实施方式中的铸造工序是使用例如JIS H5302的Al-S1-Cu系铝合金ADC12进行压铸铸造的工序。通过该工序得到的压铸产品优选为图2所示的汽车操纵装置的转向柱壳体3。
[0063]<破坏工序>
[0064]本实施方式中的破坏工序是针对通过上述铸造工序得到的压铸产品在其铸造现场进行断裂试验的工序。该断裂试验优选为扭转试验。
[0065]该扭转试验具体如图3所示，与转向柱壳体(压铸产品)3通过螺栓连接的键锁夹具I具有凸状的键部，该键部从转向柱壳体3的键孔中向转向柱壳体3的内径侧突出，在转矩传递用轴2上形成有与键部嵌合的凹部。从转矩传递用轴2输入的转矩经由键锁夹具I的凸状键部传递到转向柱壳体3的键孔部4，以键孔部4的角部为起点破坏转向柱壳体。
[0066]<强度下降率计算工序>
[0067]强度下降率计算工序是这样的工序:测定上述破坏工序中的上述压铸产品的断裂面中存在的断裂冷硬层的面积率，根据上述破坏工序中的扭转断裂转矩值与上述面积率之间的关系计算强度下降率。[0068]<强度评价面积率计算工序>
[0069]强度评价面积率计算工序是根据上述强度下降率计算工序中计算出的强度下降率来计算上述压铸产品的强度评价面积率的工序。具体而言，首先，将上述强度下降率计算工序中计算出的上述强度下降率作为平均值，求出-3 σ (σ:标准偏差)的阈值。然后，根据该阈值和预先设定的强度范围计算上述压铸产品的强度评价面积率。
[0070]【实施例】
[0071]以下，对第I实施方式的压铸产品的强度评价方法以及通过该强度评价方法评价了强度后的压铸产品(铝压铸制的柱壳体)的实施例进行说明。表1是示出本实施例中的铸造工序的条件、压铸产品的强度以及断裂冷硬层的面积率的关系的表。
[0072]<铸造工序>
[0073]首先，使用JIS Η5302的Al-S1-Cu系铝合金ADC12，在表1所示的条件下进行压铸铸造，得到实施例1~16和比较例I~6的转向柱壳体。
[0074]<破坏工序>
[0075]接着，使用图3所示的扭转试验机，扭转实施例1~16和比较例I~6的各转向柱壳体1，使它们断裂，测定了断裂时的扭转转矩值。在表1中示出了测定结果。
[0076]【表1】
【权利要求】
1.一种压铸产品的强度评价方法，其特征在于，该强度评价方法包含以下工序: 铸造工序，铸造压铸广品； 破坏工序，对铸造后的压铸产品进行断裂试验； 强度下降率计算工序，测定该破坏工序中的所述压铸产品的断裂面中存在的断裂冷硬层的面积率，根据所述破坏工序中的扭转断裂转矩值与所述面积率之间的关系计算强度下降率；以及 强度评价面积率计算工序，将所述强度下降率作为平均值，求出-3σ的阈值，根据该阈值和预先设定的强度范围计算所述压铸产品的强度评价面积率，其中σ是标准偏差。
2.根据权利要求1所述的压铸产品的强度评价方法，其特征在于， 所述铸造工序是基于JIS D5812的铸造工序，所述压铸产品是铝制的柱壳体，所述断裂试验是所述压铸产品的扭转试验。
3.根据权利要求1或2所述的压铸产品的强度评价方法，其特征在于， 所述压铸产品被用于汽车用转向机构的带点火开关的转向锁。
4.一种压铸产品，该压铸产品的强度通过权利要求3所述的压铸产品的强度评价方法进行了评价，该压铸产品的特征在于， 形成有转向锁用孔， 断裂冷硬层在断裂面的面积中所占的面积率低于10%，其中，所述断裂面的面积是从通过所述扭转试验使所述转向锁用孔断裂时的断裂起点到通过应力分析求出的对上述断裂起点作用的应力最大值的1/2以上的应力范围为止的面积。
5.一种压铸产品的强度评价方法，该强度评价方法评价压铸产品的强度，其特征在于， 针对预先对所述压铸产品进行应力分析而求出的高应力部，对该高应力部的规定范围的内部缺陷进行超声波探伤，当该规定范围的内部缺陷的合计面积除以总探伤面积而得到的缺陷率为预先设定的规定值以下时，评价为该压铸产品具有规定强度。
6.根据权利要求5所述的压铸产品的强度评价方法，其特征在于， 所述高应力部的规定范围是该高应力部的最大应力的50 %以上的应力范围。
7.一种压铸产品，该压铸产品的强度通过权利要求5或6所述的压铸产品的强度评价方法进行了评价，其特征在于，所述缺陷率为0.5%以下。
8.根据权利要求7所述的压铸产品，其特征在于， 所述压铸产品是车辆的电动助力转向装置中使用的柱壳体，所述高应力部是所述柱壳体的键锁部。
【文档编号】G01N29/04GK103635787SQ201280000906
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年7月24日 优先权日:2012年2月29日
【发明者】三邑宗隆, 冲田滋, 内田启之 申请人:日本精工株式会社