CN101285495A - 镁合金构件的紧固连结结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在具有镁合金构件和在基体上固定了该镁合金构件的螺栓的镁合金构件的紧固连结结构中，阳极氧化处理镁合金制或铝合金制的板表面，使用由钣金冲压或切出成形的垫圈，镁合金构件的螺栓紧固连结部周围通过压缩加工形成凹部，加工固化，该镁合金制或铝合金制的垫圈固定在该镁合金构件加工固化的凹部上，并且通过使用铁制、不锈钢制、钛制或铜制的螺栓，能获得便宜的电腐蚀对策、能提高紧固连结轴向力的镁合金构件的紧固连结结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种镁合金构件的紧固连结结构，具体的涉及在要求轻量化的汽车、手机、笔记本电脑等民用电机、信息设备、电动工具、通用引擎等工业机械等中使用螺栓在其他构件上固定镁合金构件的镁合金构件的紧固连结结构。
背景技术
在其他构件上紧固连结镁合金构件时有两个问题。一个是由于镁合金构件和铁螺栓等的直接接触和水分会产生电腐蚀，另一个是紧固连结部的残余轴向力低。对前者可以在镁合金构件上进行涂漆等表面处理(例如参见专利文献1、2和3)，在铁螺栓上进行镀锌或涂布(例如参见专利文献4和5)，通过将螺栓材料本身制成铝合金或镁合金(例如参见专利文献3)等来抑制电腐蚀。
专利文献1：特开2002-188616号公报
专利文献2：特开2003-253480号公报
专利文献3：特开2005-121098号公报
专利文献4：特开2006-077953号公报
专利文献5：特开2006-242213号公报
发明内容
但是，涂漆或表面处理由于某些原因会引起剥离，铝合金或镁合金的螺栓因为强度低正在远离在重要构件的紧固连结中使用。并且，有在垫圈上使用防腐蚀铝板的情况，但是因为一般价格较高，顾客会选择其他材料来使用。电腐蚀是螺栓脱落的主要原因，针对这一深刻的事件还没有确立便宜的实际对策，正在成为镁合金构件的需求扩大的瓶颈。
对于紧固连结部的残留轴向力低，镁合金构件的残留紧固连结力比铝合金构件的残留紧固连结力低30％左右，因此将铝合金构件改变成镁合金构件时，必须改变紧固连结部的设计式样。因此，在汽车构件中，必须要制造新的试制模具，经过必要的检验，需要额外的开发成本和开发时间。这也成为镁合金构件需求扩大的瓶颈。
为了提高镁合金的紧固连结力，作为材料使用耐力、杨氏模量、蠕变强度改善的产品，作为紧固连结方法能列举有使用垫圈等的紧固连结接触面扩大的产品。杨氏模量是合金的一次物性，因而难以提高杨氏模量。对于蠕变强度，正在开发大量耐蠕变性的镁合金。但是，对于提高耐力的尝试则还没有。并且，对于紧固连结接触面的扩大，在设计上受到很大的限制，仅依赖于该方法进行了上述尝试开发。
本发明的目的在于提供便宜的电腐蚀对策、能提高紧固连结轴向力的镁合金构件的紧固连结结构。
本发明人为了实现上述目的进行了各种研究，结果是基于下面的认识来获得的。即在必须应对电腐蚀的地方，判断最适合的是避免铁和镁直接接触的紧固连结结构，因此使用阳极氧化处理表面的镁合金制或铝合金制的垫圈是最便宜的。进而，紧固连结构件会有根据顾客等轻易地改变的可能性，作为其防止对策，考虑在镁合金构件侧粘合或熔敷垫圈。
接着，是提高紧固连结轴向力，但在镁合金压铸构件的情况下，由铸造成形的各部位强度根本就是一定的，因而不能仅提高紧固连结部的耐力。但是，仅压缩变形紧固连结部，通过加工固化能提高该紧固连结部的耐力。
即，本发明的镁合金构件的紧固连结结构的特征是在具有镁合金构件和在基体上固定该镁合金构件的螺栓的镁合金构件的紧固连结结构中，阳极氧化处理镁合金制或铝合金制的板表面，使用由钣金冲压或切出成形的垫圈，在镁合金构件的螺栓紧固连结部周围通过压缩加工形成凹部，加工固化，该镁合金制或铝合金制的垫圈固定在该镁合金构件的加工固化的凹部上，并且使用铁制、不锈钢制、钛制或铜制的螺栓。
根据本发明的镁合金构件的紧固连结结构，能获得便宜的电腐蚀对策、提高紧固连结轴向力，能确保与铝合金压铸构件的紧固连结同等的可靠性，从而可以使汽车、手机、笔记本型电脑等民用电机、数字家店、电动工具、通用引擎等产业机械有轻量化的进展。
具体实施方式
在必须应对镁合金构件的电腐蚀的地方，必须确实地排除电腐蚀主要成因即和不同种金属的直接接触、水分存在中任何一种情况。该措施能列举有在垫圈上使用非导电性的树脂制、陶瓷制等的垫圈，但是还有垫圈破裂等问题的担心。于是考虑对金属垫圈的非导电性的涂布，但是涂漆在使用时会有剥离的可能性。于是，优选使用表面经过阳极氧化处理的镁合金制或铝合金制的垫圈。
但是，一般铝垫圈的价格高，没有能获得的形状自由度。这样，本发明中，阳极氧化处理镁合金制或铝合金制的板，优选通过压铸铸造制造的镁合金制或铝合金制的表面，使用由钣金冲压或切出成形为期望的形状的垫圈。因而，能够以设计上允许的形状，实现不拘于目前的垫圈、垫片形状而提高接触面积。此时，垫圈侧面即使没有经过阳极氧化处理，也没有电腐蚀对策上的问题。并且，使用压铸铸造的铝合金制的垫圈时，用铁垫圈的紧固连结下不会产生严重的电腐蚀，在压铸铸造的铝合金制的垫圈表面的防腐蚀铝万一剥离时也是安全的。
镁合金制或铝合金制的板表面的阳极氧化处理可以采用公知的任何一种阳极氧化处理方法来实施，不限于本发明中的阳极氧化处理。
下面说明紧固连结轴向力的提高，在由压铸铸造制造镁合金构件时，铸造成形下各构件的强度根本就是一定的，因而不能仅提高紧固连结部周围的耐力。于是，仅压缩加工镁合金构件的螺栓紧固连结部周围形成凹部，并且通过加工固化能提高该紧固连结部周围的耐力。此时，通过在比镁合金的重结晶温度低的473K以下的温度下实施压缩加工，能提高加工固化的程度，紧固连结强度能提高30％以上。例如，对于在汽车构件中经常使用的AM50合金的压铸材料，通过压缩加工率20％下加工固化，能将硬度提高50％以上，紧固连结强度能提高40％以上。相对于铝合金压铸构件，镁合金压铸构件的紧固连结轴向力低30％左右，但是根据本发明的镁合金压铸构件在电腐蚀和紧固连结轴向力两方面上都能实现与铝合金压铸构件同等的可靠性。
另外，紧固连结构件具有由顾客等轻易地改变的可能性，作为其防止对策，优选在镁合金构件的加工固化的凹部上通过粘合剂或熔敷固定上述制备的垫圈。并且，此时，通过使镁合金构件加工固化的凹部形状和垫圈的形状一致化，在外观上没有不合适的感觉，能防止摆弄下的剥离。
本发明的镁合金构件的紧固连结结构中，在镁合金构件的螺栓紧固连结部周围重叠垫圈，通过压缩加工，在镁合金构件上形成凹部且加工固化，同时该垫圈的部分或全部能埋入、压焊到该镁合金构件的加工固化的凹部中。
并且，在本发明的镁合金构件的紧固连结结构中，也可以在镁合金构件的螺栓紧固连结部周围固定垫圈，通过压缩加工，在镁合金构件上形成凹部，且加工固化，同时还能在该镁合金构件的加工固化的凹部中埋入、固定该垫圈的部分或全部。
本发明的镁合金构件的紧固连结结构中采用上述结构，因而即使使用铁制、不锈钢制、钛制或铜制的螺栓，也不会产生电腐蚀的问题。
下面基于实施例和比较例来具体的说明本发明。
实施例1～6和比较例1～3
准备板厚2mm的铝压延板(A7075＝Al-5.5％Zn-1.6％Cu-1.5％Mg-0.3％Mn-0.2％Ti)、通过压铸铸造制造的板厚为2mm、A4尺寸的镁合金板(AZ91＝Mg-9％Al-0.7％Zn-0.2％Mn)和通过压铸铸造制造的板厚2mm、A4尺寸的铝合金板(ADC12＝Al-11％Si-2.5％Cu)。将这些板材阳极氧化处理，通过钣金冲压制作壁厚2mm、外径18mm、洞径10mm的垫圈。并且，制备相同形状的铁(SS400)制的垫圈。
制模镁紧固连结部，由AM50合金(Mg-5％Al-0.2％Mn)压铸板材制造的壁厚15mm、□100mm×200mm的板材沿其长方向的中心线设置四个10mm的贯通洞，制造样片。作为紧固连结偶件，在由ADC12合金压铸板材制造的壁厚10mm、□100mm×200mm的板材上对应于AM50合金板材样片的贯通洞的位置设置直径10mm的贯通洞，制造样片。在这些样片上不实施化学转化处理。
在AM50合金板材样片的紧固连结部四个位置上分别通过加压的压缩加工形成外径18mm、深2mm的凹部。形成该凹部的AM50合金板材样片和ADC12合金板材样片重叠。在该四个位置的凹部上分别接合一个由上述A7075铝压延板、ADC12铝合金压铸板、AZ91镁合金压铸板制造的三种垫圈和SS400铁制的垫圈。用10mm直径的铁制(没有镀锌)的螺栓紧固连结这些样片。
对于这些紧固连结结构根据盐水喷雾试验法(JIS Z 2371)进行盐水喷雾试验，测定喷雾盐水144小时后的紧固连结部的壁厚减少。结果示于表1中。
表1
| 垫圈材质 | 盐水喷雾144小时后的状况 | |
| 比较例1 | SS400 | 在紧固连结材料上最大有3mm的板厚减少 |
| 实施例1 | A7075 | 只有白锈，板厚没有减少 |
| 实施例2 | ADC12 | 只有白锈，板厚没有减少 |
| 实施例3 | AZ91 | 只有白锈，板厚没有减少 |
并且，对于重叠AM50合金板材样片和ADC12合金板材样片，在AM50合金板材样片的螺栓紧固连结部周围接合表2所示的材质壁厚2mm、外径18mm、洞径10mm的垫圈，用10mm直径的铁制(未镀锌)的螺栓紧固连结的紧固连结结构(比较例2和比较例3)，表2所示材质的壁厚2mm、外径18mm、洞径10mm的垫圈接合到AM50合金板材样片的螺栓紧固连结部周围，通过压缩加工在AM50合金板材样片上形成凹部，加工固化，同时将在AM50合金板材样片的加工固化的凹部上埋入、固定该垫圈的全部的AM50合金板材样片和ADC12合金板材样片重叠起来，用10mm直径的铁制(未镀锌)的螺栓紧固连结的紧固连结结构(实施例4)，通过压在AM50合金板材样片的紧固连结部上由压缩加工形成外径18mm、深2mm的凹部，将形成该凹部的AM50合金板材样片和ADC12合金板材样片重叠，在该凹部上接合表2所述材质的壁厚2mm、外径18mm、洞径10mm的垫圈，用10mm直径的铁制(未镀锌)的螺栓紧固连结的紧固连结结构(实施例5和6)，用转矩扳手以1000kgf的力紧固连结螺栓，测定经过24小时后螺栓松弛时的残存紧固连结力。该测定结果示于表2中。
| 垫圈材质 | 压缩加工步骤 | 残存紧固连结力 | |
| 比较例2 | A7075 | 没有压缩加工 | 570kgf |
| 比较例3 | AZ91 | 没有压缩加工 | 550kgf |
| 实施例4 | A7075 | 垫圈接合→压缩加工 | 730kgf |
| 实施例5 | ADC12 | 压缩加工→垫圈接合 | 690kgf |
| 实施例6 | AZ91 | 压缩加工→垫圈接合 | 670kgf |
Claims (7)
1、一种镁合金构件的紧固连结结构，该紧固连结结构具有镁合金构件和在基体上固定该镁合金构件的螺栓，其特征在于，
阳极氧化处理镁合金制或铝合金制的板表面，通过使用钣金冲压或切出成形的垫圈，
镁合金构件的螺栓紧固连结部周围通过压缩加工形成凹部，加工固化，该镁合金制或铝合金制的垫圈固定在该镁合金构件的加工固化的凹部上，并且
使用铁制、不锈钢制、钛制或铜制的螺栓。
2、如权利要求1所述的镁合金构件的紧固连结结构，其特征在于阳极氧化处理由压铸铸造制造的镁合金制或铝合金制的板表面，使用通过钣金冲压或切出成形的垫圈。
3、如权利要求1中所述的镁合金构件的紧固连结结构，其特征在于镁合金构件的螺栓紧固连结部周围是通过在473K以下的温度下压缩加工形成凹部，加工固化形成的。
4、如权利要求3中所述的镁合金构件的紧固连结结构，其特征在于镁合金构件的加工固化的凹部形状和垫圈形状是相同的。
5、如权利要求1中所述的镁合金构件的紧固连结结构，其特征在于固定是通过粘合剂或熔敷来实施的。
6、如权利要求1～4中任一项所述的镁合金构件的紧固连结结构，其特征在于在镁合金构件的螺栓紧固连结部周围重叠垫圈，通过压缩加工在镁合金构件上形成凹部，加工固化，该垫圈的部分或全部埋入、压焊在该镁合金构件加工固化的凹部上。
7、如权利要求1～5中任一项所述的镁合金构件的紧固连结结构，其特征在于在镁合金构件的螺栓紧固连结部周围固定垫圈，通过压缩加工在镁合金构件上形成凹部，加工固化，该垫圈的部分或全部埋入、压焊在该镁合金构件加工固化的凹部上。
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