JP2000233625A - 中空スタビライザの製造方法 - Google Patents
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Abstract
の実用化を促進できるような中空スタビライザの製造方
法を提供する。 【解決手段】 中空スタビライザの製造方法において、
大径な電縫管を熱間で縮管加工することにより素管を得
るとともにこの素管をコイル状に巻取る素管製造工程S
1と、前記素管を減面率が30%以上となるように冷間
で引抜き加工を行なうことによって肉厚比が前記電縫管
の肉厚比よりも大きい0.20〜0.27で、引張強さ
が800〜1000N/mm2 の厚肉パイプ材を得る冷
間引抜き工程S2と、必要に応じて行なう内面ショット
ピーニング工程S3と、前記厚肉パイプ材を冷間で所望
のスタビライザ形状に曲げ成形する成形工程S4と、成
形工程S4後に300〜450℃の温度で歪み取り焼鈍
を行なう焼鈍工程S5と、焼鈍後にショットピーニング
を行なうショットピーニング工程S6とを具備してい
る。
Description
に使用される中空スタビライザの製造方法に関する。
段として、スタビライザが採用されている。また、車両
の軽量化を図るために、パイプ材を用いた中空スタビラ
イザも知られている。図6は従来の中空スタビライザの
製造工程を示している。従来の中空スタビライザは、一
般に低炭素鋼(炭素量0.2〜0.3%)の電縫管を所
望のスタビライザ形状に冷間成形したのち加熱し、焼入
れおよび焼戻しの熱処理を行なうことによって調質し、
さらにショットピーニングを行なっている。
ロールフォーミング法によって造管しつつその管軸方向
に沿う継ぎ目を溶接するようにしている。このためロー
ルフォーミング法によって造管できるパイプの肉厚比す
なわち(肉厚/外径)をあまり大きくすることができ
ず、肉厚比が0.15〜0.17を越えるような厚肉電
縫管の製造は通常の設備では実施困難であった。
る中空スタビライザは、これまでのところ肉厚比が比較
的小さい薄肉管を使用せざるを得なかった。薄肉管は、
従来の中実材料からなるスタビライザに比較して軽量化
を図る上では有効であるが、肉厚比が小さくなればなる
ほど、つまり薄肉管になるほど、スタビライザの設計応
力(スタビライザ形状とばね定数を一定とした場合の基
準応力)が大きくなるため、応力面で制約を受けやすく
なる。すなわち、スタビライザの設計上、応力に余裕が
ある場合には電縫管を用いた中空スタビライザを採用す
ることができ、その場合に中実スタビライザと比較して
50%以上の軽量化を達成できる。
タビライザについては、電縫管で入手可能な上限の肉厚
比0.15〜0.17(軽量化率で40%〜35%)の
電縫管を用いても、設計基準をクリアーすることができ
ないことがあり、その場合には中実材が使用されること
になる。従って中空スタビライザは、その軽量化のメリ
ットにかかわらず、スタビライザ全体の数十%に採用さ
れているに過ぎないのが現状であった。
解消し、中空スタビライザの実用化を促進できるような
中空スタビライザの製造方法を提供することにある。
本発明の製造方法は、大径な電縫管を熱間で連続的に縮
管加工することにより素管を得るとともにこの素管をコ
イル状に巻取る素管製造工程と、前記素管を減面率が3
0%以上となるように冷間で引抜き加工を行なうことに
よって肉厚比(t/d)が前記電縫管の肉厚比よりも大
きい0.20以上0.27以下で引張強さが800〜1
000N/mm2 の厚肉パイプ材を得る冷間引抜き工程
と、前記冷間引抜き工程によって得られた厚肉パイプ材
を冷間で所望のスタビライザ形状に曲げ成形する成形工
程とを具備している。
に、成形工程後に300℃から450℃の温度で前記厚
肉パイプ材の歪み取り焼鈍を行なう焼鈍工程と、この焼
鈍工程後に前記厚肉パイプ材を室温まで冷却したのち、
もしくは焼鈍工程直後の300〜400℃の温度にある
うちにショットピーニングを行なうショットピーニング
工程とを具備することを含んでいる。さらにこの発明は
請求項4,5に記載したように、前記成形工程を行なう
前に前記厚肉パイプ材の内面にショットピーニングを行
なう内面ショットピーニング工程を具備することも含ん
でいる。
て、図1から図5を参照して説明する。図2に一例を示
した中空スタビライザ10は、車体(図示せず)の幅方
向に延びる主部11と、主部11の両端に連なる左右一
対のアーム部12とを有している。主部11はゴムブッ
シュ14等を介して車体側に支持され、アーム部12の
端末12aは左右のサスペンション機構15にスタビラ
イザリンク(図示せず)等を介して連結される。
サスペンション機構15との干渉を避けるために、数か
所ないし十数か所において曲げ加工が施されている。こ
のスタビライザ10を有する車両がカーブ走行する際な
どのように、左右のサスペンション機構15に上下逆相
の入力があったとき、左右のアーム部12が互いに逆方
向に撓むとともに主部11がねじられ、このスタビライ
ザ10は車体の横揺れを抑制するばねとして機能する。
方法について、図1等を参照して説明する。まず、素管
製造工程S1において、スタビライザの製品外径よりも
大径な電縫管を熱間で連続的に縮管加工することによ
り、この電縫管よりも径の小さい長尺な素管20a(図
3に断面を示す)を得るとともに、この素管20aを直
径数メートル程度のコイル状に巻取り、いわゆるPIC
(Pipe In Coil)を得る。素管20aの肉厚比(t′/
d′)は0.2未満である。この素管製造工程S1での
縮管加工は、例えば炭素鋼のオーステナイト化温度(例
えば750℃〜900℃以上)で行なわれる。
の熱間圧延フープ材を材料とし、周知のロールフォーミ
ング法によって造管しつつ、その管軸方向に沿う継ぎ目
を連続的に高周波誘導溶接することによって製造され
る。
素管20aを減面率が30%以上となるように、ダイス
と浮きプラグ等を用いて冷間で引抜き加工を行なう。こ
の明細書で言う冷間とは、積極的に加熱しない室温程度
(常温:例えば15℃)を意味するが、加工熱による温
度上昇や、それ以外の要因による多少の温度上昇は冷間
の概念に含むものとする。減面率は[(加工前の断面積
−加工後の断面積)/加工前の断面積]×100で表さ
れる。
(t/d)すなわち(肉厚/外径)を0.20〜0.2
7に増加させるとともに、引張強さσB が800〜10
00N/mm2 のストレートな厚肉パイプ材20b(図
4に断面を示すPIC引抜管)を得る。炭素鋼では減面
率を大きくするほど引張強さを高めることができ、鋼種
に応じて減面率を加減することによって、所望の引張強
さを得ることが可能である。なお、冷間で行なわれるパ
イプ引抜き加工の減面率は、通常45%が限界である。
定されている鋼種SAE1022とSAE1541につ
いて、減面率と引張強さとの関係を示している。これ以
外の鋼種でも図5と同様の傾向がみられる。SAE10
22はFeを主成分として、Cが0.17〜0.23,
Mnが0.70〜1.00(いずれも重量%),残部が
微量のSiとPおよびSなどである。SAE1541も
Feを主成分として、Cが0.36〜0.45,Mnが
1.30〜1.65(いずれも重量%),残部が微量の
SiとPおよびSなどである。
aを強加工することにより、従来の中実スタビライザあ
るいは中空スタビライザの製造工程で行なわれていた焼
入れおよび焼戻しの熱処理を実施することなく、前述の
引張強さσB を有する厚肉パイプ材20bが得られる。
この厚肉パイプ材(PIC引抜管)20bは所定のスタ
ビライザ長さに切断される。
工程S4を行なう前に、例えば後述する実施例6のよう
に、必要に応じて内面ショットピーニング工程S3を行
なってもよい。内面ショットピーニング工程S3では、
ストレートな形状の厚肉パイプ材20bの内面に、直圧
式のショットブラスト装置によって多数のショットを圧
搾空気と共に打付け、厚肉パイプ材20bの内面表層部
に圧縮の残留応力を生じせしめる。この場合、直管状態
のパイプ材20bにショットピーニングを行なうことに
なるためショットブラスト装置が複雑化せず、実施が容
易である。
用いて厚肉パイプ材20bを冷間で曲げ加工することに
より、主部11やアーム部12などが所望のスタビライ
ザ形状に成形される。また、アーム部12の端末12a
の成形等も行なわれる。
5において、厚肉パイプ材20bをオーブン等によって
300℃〜450℃に加熱し、この温度で適当な時間
(例えば数十分)保持することにより、厚肉パイプ材2
0bの歪み取り焼鈍が行なわれる。この焼鈍工程S5に
より、成形工程S4後に厚肉パイプ材20bに残留して
いる有害な残留応力が除去されることになる。
ーニング工程S6において、厚肉パイプ材20bの外面
にショットピーニングが行なわれる。このショットピー
ニング工程S6は、下記実施例1,3,5のように厚肉
パイプ材20bの温度が室温まで下がった状態において
実施されることもあるし、あるいは、下記実施例2,
4,6のように焼鈍工程S5の直後に厚肉パイプ材20
bが300℃から400℃の温度にあるうちに行なわれ
ることもある。
ライザ10の外面に防錆塗装が施され、必要に応じて内
面にも防錆処理が施される。そして所定の検査等をパス
したものが中空スタビライザ10として完成する。
計された中空スタビライザの設計例1〜3について、そ
の設計応力や軽量化率等を従来技術1(中実丸棒)およ
び従来技術2(電縫管)と比較したものである。
は従来技術2(電縫管)が最も優位であるが、従来技術
2は従来技術1と比較して応力増加率が大きすぎるた
め、使用条件等によっては耐久性が悪化することが懸念
される。前述した厚肉パイプ材を用いる設計例1〜3
は、いずれも軽量化率が30%〜20%と軽量化率に関
しては従来技術2よりも少ないが、応力増加率は低く抑
えられているため、中実丸棒からなる従来技術1と同等
レベルの設計応力で中空スタビライザを実現可能であ
る。
中実スタビライザを中空化するために、実施例1〜4に
ついてそれぞれ3個ずつのサンプルの耐久特性(疲労強
度)の確認試験を行ない、比較のためにまとめた結果を
下記表2に示した。表2中の従来例1,2と実施例1〜
4は、互いに共通のスタビライザ形状でばね定数(剛
性)も同一であり、それぞれが同一撓み(変位)で15
万回以上の耐久性を有することが基準となっている。
プロセス(図1)で説明した素管製造工程S1と、冷間
引抜き工程S2と、成形工程S4と、焼鈍工程S5と、
室温で行なうショットピーニング工程S6を経て中空ス
タビライザを製造した。実施例2と実施例4は、素管製
造工程S1と、冷間引抜き工程S2と、成形工程S4
と、焼鈍工程S5と、焼鈍直後の300〜400℃で行
なうショットピーニング工程S6を経て中空スタビライ
ザを製造したものである。
焼戻しの熱処理を行なうことによって、1270N/m
m2 の強度を有するように調質された中実スタビライザ
であり、重量は大きいが耐久回数については十分な値が
得られている。従来例2は、肉厚比が0.16の電縫管
に焼入れと焼戻しを行なうことによって、1220N/
mm2 の強度を有するように調質した中空スタビライザ
であり、軽量化率38%を達成できたが、耐久回数につ
いては、中実スタビライザ(従来例1)の3分の1から
4分の1程度に過ぎなかった。
の素管20aに冷間引抜き工程S2を実施することによ
って、焼入れ・焼戻しを行なうことなく950N/mm
2 または830N/mm2 の強度を厚肉パイプ材20b
(PIC引抜管)に与えたものであり、設計応力の増加
が極力抑えられているとともに、耐久性が従来例2に比
較して大幅に向上している。
00〜400℃の温度でショットピーニングしたことに
より、従来例1の中実スタビライザと同一レベルの耐久
性が得られている。このように300〜400℃の温度
でショットピーニングすることにより、厚肉パイプ材2
0bの表層部に加工硬化および歪時効による高強度化が
生じ、表層部の強度がショットピーニング前に比べて5
0〜100N/mm2程度向上するため耐久性の安定に
つながる。
27mm)を中空化する場合について、本発明の実施例
5,6の耐久特性(疲労強度)の確認試験を行ない、ま
とめた結果である。表3中の従来例3は、中実丸棒に焼
入れ・焼戻しの熱処理を行なうことによって、1270
N/mm2 の強度を有するように調質された中実スタビ
ライザである。
S1と、冷間引抜き工程S2と、成形工程S4と、焼鈍
工程S5と、室温で行なうショットピーニング工程S6
とを経て中空スタビライザを製造した。この実施例5
は、冷間引抜き工程S2を実施することによって、焼入
れ・焼戻しを行なうことなく950N/mm2 の強度を
厚肉パイプ材20bに与えたものであり、従来例3の中
実スタビライザと比較して僅かな設計応力増加ですみ、
耐久性に関しても目標の15万回を大きく上回ってい
る。
抜き工程S2と、内面ショットピーニング工程S3と、
成形工程S4と、焼鈍工程S5と、焼鈍直後の300〜
400℃で行なうショットピーニング工程S6を経て中
空スタビライザを製造したものである。この実施例6で
は、内面ショットピーニング工程S3と、焼鈍直後の3
00℃〜400℃の温度でショットピーニング工程S6
を実施したことによって、従来例3の中実スタビライザ
と同一レベルの耐久性が得られている。
イプ材(肉厚比0.2未満)を用いると設計応力が上が
りすぎ、15万回未満で折損することがある。パイプ材
の引張強さが750N/mm2 以下の場合も15万回未
満で折損することが確認されている。冷間引抜き工程S
2において、厚肉パイプ材20bの肉厚比が0.2〜
0.27の範囲(軽量化率:20〜30%)となるよう
に加工すれば、表2に示されるように15万回以上の耐
久性を満足することができる。肉厚比が0.27を越え
るように加工することは、ダイス等を用いた現在のパイ
プ引抜き加工技術では実現が困難なだけでなく軽量化メ
リットがなくなる。
左右される。例えば図5に示すようにSAE1022の
場合、引張強さ800N/mm2 を確保するには、30
%以上の減面率が必要である。さらに引張強さを高める
ためにC量の多い材料(例えばSAE1541)を用い
た場合には、減面率45%で引抜くことによって引張強
さ1000N/mm2 が確保されるが、それ以上の引張
強さはパイプ引抜き加工の限界上、製造が困難である。
またSAE1541の炭素量(0.45w%)を越える
材料は、電縫管製造時の溶接品質が不安定になることが
懸念されるため適切でない。
よって減面する厚肉パイプ材20bの肉厚比t/dを
0.20〜0.27に限定し、かつ、引張強さを800
〜1000N/mm2 に限定することにした。また、本
発明で用いる電縫管の炭素量は0.17〜0.45w%
が望まれる。
00℃未満では成形工程S4における塑性加工による有
害な残留応力の除去ができず、450℃を越える温度で
はパイプ材20bの軟化が始まってしまうことから、焼
鈍温度は300℃〜450℃の範囲が推奨される。
管を用いていながら従来の電縫管製の中空スタビライザ
の問題点を解消することができ、従来の中実スタビライ
ザに比較して十分な軽量化を図ることができるととも
に、所望の耐久性をクリアーすることができ、焼入れ焼
戻しの熱処理を省略できるため熱処理に必要な製造設備
やエネルギーも節約され、製造コストも下げることがで
きる。
項1による効果に加えて、耐久性をさらに向上させるこ
とが可能となり、請求項3に記載された発明によれば、
耐久性をさらに向上させることができる。また請求項4
に記載された発明によれば、内面ショットピーニングに
よって耐久性をさらに向上させることができ、請求項5
に記載された発明によれば、耐久性を向上させる上でさ
らに有効である。
施形態を示すフローチャート。
と懸架機構の一部の斜視図。
面図。
とによって得た厚肉パイプ材の断面図。
関係を示す図。
ローチャート。
Claims (5)
- 【請求項1】電縫管を熱間で連続的に縮管加工すること
により素管を得るとともにこの素管をコイル状に巻取る
素管製造工程と、 前記素管を減面率が30%以上となるように冷間で引抜
き加工を行なうことによって肉厚比が前記電縫管の肉厚
比よりも大きい0.20以上0.27以下で、引張強さ
が800N/mm2 から1000N/mm2 の厚肉パイ
プ材を得る冷間引抜き工程と、 前記冷間引抜き工程によって得られた前記厚肉パイプ材
を冷間で所望のスタビライザ形状に曲げ成形する成形工
程と、 を具備したことを特徴とする中空スタビライザの製造方
法。 - 【請求項2】前記成形工程後に300℃から450℃の
温度で前記厚肉パイプ材の歪み取り焼鈍を行なう焼鈍工
程と、この焼鈍工程後に前記厚肉パイプ材を室温まで冷
却したのちショットピーニングを行なうショットピーニ
ング工程とを具備した請求項1記載の中空スタビライザ
の製造方法。 - 【請求項3】前記成形工程後に300℃から450℃の
温度で前記厚肉パイプ材の歪み取り焼鈍を行なう焼鈍工
程と、この焼鈍工程後に前記厚肉パイプ材が300℃か
ら400℃の温度にあるうちにショットピーニングを行
なうショットピーニング工程とを具備した請求項1記載
の中空スタビライザの製造方法。 - 【請求項4】前記冷間引抜き工程後、前記成形工程を行
なう前に前記厚肉パイプ材の内面にショットピーニング
を行なう内面ショットピーニング工程と、前記成形工程
後に300℃から450℃の温度で前記厚肉パイプ材の
歪み取り焼鈍を行なう焼鈍工程と、この焼鈍工程後に前
記厚肉パイプ材を室温まで冷却したのちショットピーニ
ングを行なうショットピーニング工程とを具備した請求
項1記載の中空スタビライザの製造方法。 - 【請求項5】前記冷間引抜き工程後、前記成形工程を行
なう前に前記厚肉パイプ材の内面にショットピーニング
を行なう内面ショットピーニング工程と、前記成形工程
後に300℃から450℃の温度で前記厚肉パイプ材の
歪み取り焼鈍を行なう焼鈍工程と、この焼鈍工程後に前
記厚肉パイプ材が300℃から400℃の温度にあるう
ちにショットピーニングを行なうショットピーニング工
程とを具備した請求項1記載の中空スタビライザの製造
方法。
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