CN101980804B - 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 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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

技术领域

本发明涉及前桥梁（axle beam）等汽车用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2008-124787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用行走部件，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，对于前桥梁等汽车用行走部件，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，R₁、R₂、t满足R₁＋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用行走部件。 

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R₁＋2t＝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用行走部件时，能够实现汽车的低成本化及长寿命化。 

附图说明

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，1a-上板，1b-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，11a-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1a是前桥梁1的与加工前钢管的断面形状中的上方的弧对应的上板，符号1b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1a、1b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1a的底部2a的V槽面2c处最高。因此，要求在上板1a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(mm)、钢管的板厚为t(mm)时，以R₁、R₂、t满足下式(1)、式(2)的方式加压成形。 

R₁+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1a和下板1b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1a和下板1b都是曲率半径R₁、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R₁、R₂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11a与上板1a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1b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1a的底部2a的V槽面2c及下板1b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（1）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11a与上板1a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1b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R₁、R₂变大的变形。 

再有，在此状态下，是上板1a的底部2a及下板1b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R₁、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R₁、R₂增大的加工的反作用力产生减小曲率半径R₁、R₂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用行走部件。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、R₁、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±500MPa的交变应力，通过振动器24，以频率1Hz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(2)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1a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，在不耐实用的短时间内，在上板1a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1a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1a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1a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1 

※：超出本发明的范围的地方划有下划线。 

※：裂纹发生次数的A为10万次以上，C为低于1万次。 

以上，参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述例子。只要是本领域技术人员，很明显能在权利要求书所记载的范畴内联想到各种变形例或修正例，这些当然都应理解为属于本发明的 技术范围。 

根据本发明，能够提供前桥梁等中所使用的异型断面筒状部件的加压成形方法和利用该方法成形的异型断面筒状部件。 

Claims (3)

1.一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；

所述加压成形方法具有以下工序：

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，使所述钢管的上板的底部的V槽面以及所述钢管的下板的底部的V槽面在压缩应力状态下弯曲变形的工序；

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，使所述钢管的所述上板的所述底部的所述V槽面以及所述钢管的所述下板的所述底部的所述V槽面在拉伸应力状态下返弯曲变形，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底部的V槽面赋予压缩残余应力的工序。

2.一种异型断面筒状部件，其是利用权利要求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。

3.根据权利要求2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用行走部件。

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