JP2001225111A - 高強度ビームおよびその成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で疲労強度を向上させた高強度ビ
ームおよびその成形方法を提供する。 【解決手段】 高強度ビームの成形方法は、板状の素材
を型抜きすることにより所定の外周形状の粗材を成形
し、この所定形状に成形された粗材をその幅方向に屈曲
させることにより粗形材Ｗ２を成形し、粗形材Ｗ２のシ
ヤエッジの長手方向の端面Ｗfをコイニングする。この
コイニングは、その端面Ｗfの面粗度を向上させると共
に、エッジ部Ｗeの引張残留応力を緩和しまたは圧縮残
留応力を付与し、さらに、板厚をt1からt２に増加させ
る程度に行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高強度ビームおよ
びその成形方法に関し、さらに詳しくは、外周が所定の
形状に型抜き成形された板材を、その幅方向に屈曲させ
ることにより成形される高強度ビームおよびその成形方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車の特に前輪駆動（ＦＦ）
車のリヤサスペンションにおいては、図２に示すように
断面略Ｕ字形状に成形された中間ビームが採用されてい
る。この中間ビームは、図１に示すように、板状の素材
（板材）をプレスにより型抜き加工して外周を所定の形
状に成形し、その後、この所定形状の板材を断面略Ｕ字
形状に幅方向に屈曲させるように塑性加工することによ
り成形される。そして、図２に示した中間ビームは、そ
の屈曲された幅方向の稜線が長手方向の両端において、
反るように伸びフランジ成形されている。

【０００３】このようにして成形された中間ビームは、
図１に示したように板材から型抜き加工された際に、外
周縁近傍（エッジ部）にその型抜き加工による残留応力
が発生すると共に、プレスにより型抜き加工される際に
上型と下型とのクリアランスによって、その端面の面性
状（面粗度）が粗く傾斜した状態となっている（図４の
一点鎖線で示した端面を参照）。また、中間ビームは、
図２に示すように、反るように伸びフランジ成形された
両端部分の端縁（シヤエッジという）が長手方向の引張
り応力を受けるため、かかるシヤエッジの板厚が減少す
ると共に引張残留応力がさらに増加し、さらには、シヤ
エッジの端面の面性状がさらに悪化して、疲労強度が低
下する。しかしながら、このようなビームを特に自動車
のリヤサスペンションに使用したときに、シヤエッジ
は、高い応力を受け易いため、繰返し荷重などによる疲
労に対する強度を必要とする個所である。

【０００４】そのため、中間ビームのような塑性加工材
のエッジ部の疲労強度向上方法として、特開平１１‐６
１２４３号公報には、素材を塑性加工して得られた塑性
加工材のエッジ部における疲労強度を向上させる方法で
あって、上記塑性加工材を上記エッジ部から所定距離隔
てた位置で該エッジ部に沿って局部加熱することによ
り、該エッジ部に圧縮応力を付与することが開示されて
いる。

【０００５】また、塑性加工材のエッジ部における残留
応力を緩和して疲労強度を向上させるために、特開平１
１‐６１２４３号公報における従来の技術にも記載され
ているように、かかるエッジ部にショットピーニング処
理やエッジ部をコイニング加工することにより、エッジ
部に残留する引張残留応力を圧縮側にシフトさせて、圧
縮残留応力に転換させることも知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術のうち、特開平１１‐６１２４３号公報に
開示されているように、塑性加工材をエッジ部から所定
距離隔てた位置で該エッジ部に沿って局部加熱すること
により、該エッジ部に圧縮応力を付与するものにあって
は、残留応力を緩和することができても、プレスによっ
て型抜き加工された際に上型と下型とのクリアランスに
よって粗くなった端面の面性状を向上させることができ
ないという問題があった。そして、この問題は、特に自
動車のリヤサスペンションに使用される中間ビームを成
形した場合に、引張応力が強化されるシヤエッジにおい
て切欠き効果により破断し易くなるなど、深刻なものと
なる。また、このものにおいては、特に中間ビームを成
形した場合に、減少したシヤエッジの板厚を改善するこ
とができないという問題があった。

【０００７】さらに、上述した従来の技術のうち、特開
平１１‐６１２４３号公報の従来の技術に記載されたエ
ッジ部にショットピーニング処理を行うものにあって
は、特開平１１‐６１２４３号公報に開示されたものに
関する上記問題に加えて、ショットピーニングを行うた
めの設備が必要であるため、工程数が増えると共にその
設備費がかかり、生産コストを低減させることができな
いという問題もあった。また、上述した従来の技術のう
ち、特開平１１‐６１２４３号公報の従来の技術に記載
されたエッジ部をコイニング加工するものにあっては、
そのコイニング加工は、単に引張残留応力を圧縮側にシ
フトさせて圧縮残留応力に転換させる程度であり、特開
平１１‐６１２４３号公報に開示されたものに関する上
記問題と同様の問題を有していた。

【０００８】本発明は、上述した問題に鑑みてなされた
もので、簡単な構成で疲労強度を向上させた高強度ビー
ムおよびその成形方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の高強度ビーム
に係る発明は、上記目的を達成するため、外周が所定の
形状に型抜き成形された板材を、その幅方向に屈曲させ
ることにより成形されたビームであって、長手方向の端
面が、少なくともその面粗度を向上させると共に、引張
残留応力を緩和しまたは圧縮残留応力を付与する程度に
コイニングされてなることを特徴とするものである。

【００１０】請求項２の高強度ビームに係る発明は、上
記目的を達成するため、請求項１に記載の発明におい
て、さらに、板厚を増加させる程度にコイニングされて
なることを特徴とするものである。

【００１１】また、請求項３の高強度ビームの成形方法
に係る発明は、上記目的を達成するため、型抜きするこ
とにより板材の外周を所定の形状に成形し、該所定形状
に成形された板材をその幅方向に屈曲させることにより
ビームを成形する方法であって、板材をその幅方向に屈
曲させた以後に、長手方向の端面を、少なくともその面
粗度を向上させると共に、引張残留応力を緩和しまたは
圧縮残留応力を付与する程度にコイニングすることを特
徴とするものである。

【００１２】請求項４の高強度ビームの成形方法に係る
発明は、上記目的を達成するため、請求項３に記載の発
明において、コイニングがさらに板厚を増加させる程度
であることを特徴とするものである。

【００１３】請求項１の発明では、板材を幅方向に屈曲
させて成形されたビームの長手方向の端面は、コイニン
グにより、少なくともその面粗度が向上すると共に、引
張残留応力が緩和されまたは圧縮残留応力が付与される
ため、疲労強度が向上した高強度ビームが提供される。

【００１４】請求項２の発明では、請求項１に記載の発
明において、ビームの長手方向の端面は、コイニングに
よりさらにエッジ部の板厚が増加されるため、より疲労
強度が向上した高強度ビームが提供される。

【００１５】また、請求項３の発明では、所定形状の板
材をその幅方向に屈曲させるのと同じ工程で、または屈
曲させた後の別工程で、長手方向の端面をコイニングす
る。このコイニングは、長手方向端面の面粗度が向上
し、且つ、成形されたビームのエッジ部の引張残留応力
が緩和されまたは圧縮残留応力が付与される程度に行わ
れる。したがって、疲労強度が向上した高強度ビームの
成形方法が提供される。

【００１６】請求項４の発明では、請求項３に記載の発
明において、ビームの長手方向の端面に対するコイニン
グをさらにエッジ部の板厚が増加される程度まで行うた
め、より疲労強度が向上した高強度ビームの成形方法が
提供される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の高強度ビームお
よびその成形方法の実施の一形態を、図２に示したよう
に自動車のリヤサスペンションに使用されるシヤエッジ
Ｓを有する中間ビームＢを成形する場合により、図３〜
図６に基づいて詳細に説明する。

【００１８】本発明の高強度ビームの成形方法は、概
略、板状の素材を型抜きすることにより所定の外周形状
の粗材を成形し、該所定形状に成形された粗材をその幅
方向に屈曲させることにより中間ビームＢを成形する方
法であって、粗材をその幅方向に屈曲させて粗形材Ｗ２
を成形した以後に、粗形材Ｗ２の長手方向の端面Ｗfの
面粗度を向上させると共に、エッジ部Ｗeの引張残留応
力を緩和しまたは圧縮残留応力を付与し、さらに、板厚
を増加させる程度にコイニングするものである。

【００１９】最初に、板状の素材を図示しないプレスな
どにより型抜きすることにより、図１に示したように、
外周が所定形状を有する粗材Ｗ１を成形する。このと
き、粗材Ｗ１のエッジ部Ｗeには、型抜き成形される際
に、図示しないプレスの上型と下型との間にクリアラン
スが設けられていることにより、その端面Ｗfの面性状
が粗く且つ傾斜した状態となっている。粗材Ｗ１の幅方
向（図１の矢印Ｘを参照）の長さは、後述するように所
定の程度にコイニングを行うことができ、且つ、設定さ
れた寸法の中間ビームＢを成形し得るように、設定され
る。型抜き成形された粗材Ｗ１は、その幅方向に屈曲す
るように塑性加工されることにより、この実施の形態に
おいては、図２に示したように両端部が反るように成形
されたシヤエッジＳを有する中間ビームＢと近似する形
状の粗形材Ｗ２が成形される。

【００２０】図３は、本発明の高強度ビームおよびその
成形方法に用いられる成形装置を示す断面図であり、こ
の実施の形態における成形装置は、一の工程で粗材Ｗ１
をその幅方向に屈曲させるように塑性加工を行って粗形
材Ｗ２を成形すると共に、この粗形材Ｗ２の長手方向の
端面Ｗfのコイニングを行い、高強度の中間ビームＢを
成形するものである。図３では、中心線Ｃ−Ｃの左方が
コイニングする前を、右方がコイニングした後の状態を
示している。なお、この実施の形態での説明では、成形
装置を用いて、一の工程で粗材Ｗ１をその幅方向に屈曲
させる曲げ加工を行って粗形材Ｗ２を成形すると共に、
この粗形材Ｗ２の長手方向の端面Ｗfをコイニングする
場合により説明するが、本発明はこの実施の形態に限定
されることなく、粗材Ｗ１をその幅方向に屈曲させて粗
形材を成形する曲げ工程と、粗形材Ｗ２の長手方向の端
面Ｗｆをコイニングする工程とを、個別に行うこともで
きる。しかしながら、この実施の形態のように曲げ加工
とコイニングを一の工程で行うことにより、成形コスト
の大幅な削減を図ることができる。

【００２１】成形装置は、プレスなど、相対向して相対
的に近接・遠退可能に配置された上型１および下型２
と、この上型１および下型２のいずれか一方に取付けら
れた曲げダイス３と、上型１および下型２のいずれか他
方に曲げダイス３と対応するように取付けられた曲げパ
ンチ４を備え、さらにコイニングパンチ５を備えてい
る。これら曲げダイス３、曲げパンチ４は、従来の粗材
を曲げ加工して中間ビームを成形するための成形装置と
同様であり、本発明に用いられる成形装置は、この従来
の成形装置にコイニングパンチ５を付加した簡単な構成
とすることにより、後述するように、飛躍的な効果を得
ることができ、また、成形設備のコストの大幅な削減を
図ることができる。

【００２２】曲げダイス３は、図３に示した実施の形態
の場合、上型１に取付けられており、その下面には、成
形される中間ビームＢの外側形状と略同一形状の曲げ加
工部３aが形成されており、曲げ加工部３aの開口付近に
は所定半径のガイド部３bが形成されている。また、曲
げパンチ４は、下型２に対して昇降可能に支持されたク
ッションピン６に取付けられており、その上面には、成
形される中間ビームＢの内側形状と略同一形状の曲げ加
工部４aが形成されている。コイニングパンチ５は、下
型２上に載置されており、その中心にはクッションピン
６が挿通される貫通穴５aを備えている。クッションピ
ン６は、クッション手段（図示は省略した）により、曲
げパンチ４を曲げダイス３に向かって弾性的に突出させ
るように付勢されている。そして、コイニングパンチ５
の上面には、粗形材Ｗ２の長手方向の端面Ｗfをコイニ
ングするときに、曲げパンチ４を支持しているクッショ
ンピン６のフランジを収容するための凹部５aが形成さ
れている。

【００２３】曲げダイス３と曲げパンチ４の曲げ加工部
３a,４aは、後述するようにコイニングされた中間ビー
ムＢの幅方向の長さと一致するように成形されている。
また、曲げダイス３と曲げパンチ４のシヤエッジＳと対
応する両曲げ加工部３a,４aの間には、後述するように
コイニングされることにより増加する中間ビームのシヤ
エッジＳの板厚（t2を参照）に応じた間隔が形成されて
いる。

【００２４】このように構成された成形装置を用いて、
一の工程で粗材Ｗ１をその幅方向に屈曲させて粗形材Ｗ
２を成形すると共に、その長手方向の端面Ｗfをコイニ
ングする場合には、上型１と下型２を離間させた状態
で、所定形状に成形された粗材Ｗ１を曲げダイス３と曲
げパンチ４との間に配置し、上型１と下型２とを相対的
に近接させる。当初、粗材Ｗ１は、曲げダイス３と曲げ
パンチ４の曲げ加工部３a,４aによってその幅方向に屈
曲するように曲げ加工されて粗形材Ｗ２が成形される。
そして、この曲げ加工時には、粗形材Ｗ２の長手方向両
端部（シヤエッジ）Ｓが反るように伸びフランジ成形さ
れる。

【００２５】図５は、粗形材Ｗ２または中間ビームＢの
長手方向中心位置から両端部に向かって各測定点で測定
した板厚の変化を示すグラフであり、実線で示した結果
が粗材Ｗ１を幅方向に屈曲させて本発明によるコイニン
グを行っていない粗形材Ｗ２の状態を示している。この
グラフにおける実線からも明らかなように、粗形材Ｗ２
の長手方向両端部が反るように伸びフランジ成形されて
いるために、その長手方向両端部（シヤエッジ）Ｓにお
けるエッジ部Ｗeは、長手方向に引張られて、粗材Ｗ１
の板厚t０よりも薄く減少している。また、このときの
粗形材Ｗ２のシヤエッジＳの端面Ｗfは、上述したよう
に板状の素材から型抜き加工して粗材Ｗ１を成形するた
めの図示しないプレスの上型と下型とのクリアランスに
よって面粗度が粗く傾斜した状態から、上述したように
曲げ加工時に伸びフランジ成形されることによって、さ
らに面粗度が悪化すると共に引張残留応力が増加した状
態となっている（図６のシヤエッジを参照）。このコイ
ニングされる前のシヤエッジＳにおける粗形材Ｗ２の形
状を図４に一点鎖線で模式的に示す。

【００２６】続いて、さらに上型１と下型２を相対的に
近接させると、粗形材Ｗ２のシヤエッジＳの端面Ｗfが
コイニングパンチ５に当接してコイニングされることと
なる（図３の中心線Ｃ−Ｃから右方に示した）。この端
面Ｗfに対するコイニングの量Ｈ（図４）は、粗形材Ｗ
２から中間ビームＢが成形されるときのシヤエッジＳに
おいて、引張残留応力が圧縮残留応力に転換されるだけ
でなく、図４に一点鎖線で示したように面性状が粗く傾
斜していることにより幅方向（図４では高さ方向）にｈ
１の長さを有する状態の端面が、図４に二点鎖線で示す
ように少なくとも水平な平坦面となってい面粗度が向上
するように幅方向に圧縮され（Ｈ≧ｈ１）、且つ、t1で
あった板厚がt2に増加（増肉）する程度に設定される。

【００２７】このようにして、粗材Ｗ１をその幅方向に
曲げ加工することにより板厚がt０からt１に減少した粗
形材Ｗ２のシヤエッジＳの板厚は、図５に破線で示すよ
うに、その端面Ｗfがコイニングされることにより、粗
材Ｗ１の板厚t０以上に増肉するように増肉加工され
る。

【００２８】また、図６に示すように、曲げ加工により
端面Ｗfの面粗度Ｒzが悪化すると共に引張残留応力が増
加した粗形材Ｗ２のシヤエッジＳは、コイニングされる
ことにより面粗度が向上すると共に圧縮残留応力に転換
され、したがって、繰返し荷重に対する疲労強度が向上
することとなる。

【００２９】なお、上述した実施の形態では図２に示し
たように両端部が反るように成形されたシヤエッジＳを
有する中間ビームＢを成形する場合を説明したが、本発
明は、この実施の形態に限定されることなく、幅方向に
屈曲された稜線が略直線状となるようなビームにも適用
することができる。

【００３０】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、長手方向の端
面が、少なくともその面粗度を向上させると共に、引張
残留応力を緩和しまたは圧縮残留応力を付与する程度に
コイニングされてなることにより、疲労強度が向上した
高強度ビーを提供することができる。

【００３１】請求項２の発明によれば、請求項１に記載
の発明において、さらに、板厚を増加させる程度にコイ
ニングされてなることにより、疲労強度がより向上した
高強度ビームを提供することができる。

【００３２】請求項３の発明によれば、板材をその幅方
向に屈曲させた以後に、長手方向の端面を、少なくとも
その面粗度を向上させると共に、引張残留応力を緩和し
または圧縮残留応力を付与する程度にコイニングするこ
とにより、疲労強度が向上する高強度ビームの成形方法
を提供することができる。

【００３３】請求項４の発明によれば、請求項３に記載
の発明において、コイニングがさらに板厚を増加させる
程度であることにより、疲労強度がより向上する高強度
ビームの成形方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】板状素材を型抜き加工することにより所定形状
に成形された粗材の斜視図である。

【図２】図１に示した素材をその幅方向に曲げ加工する
ことにより成形された中間ビームの斜視図である。

【図３】粗材を曲げ加工すると共にコイニングするため
の成形装置の断面図である。

【図４】中間ビームのシヤエッジのコイニング前とコイ
ニング後の形状を模式的に示した断面図である。

【図５】中間ビームの曲げ加工後と本発明による増肉加
工後との中心位置から所定位置における測定点での板厚
を示すグラフである。

【図６】中間ビームのシヤエッジの端面の面粗度と残留
応力を示すグラフである。

【符号の説明】

Ｗ１ 板状の粗材 Ｗ２ 幅方向に曲げ加工された粗形材 Ｂ ビーム Ｓ シヤエッジ Ｗe エッジ Ｗf 端面 ３ 曲げダイス ４ 曲げパンチ ５ コイニングパンチ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周が所定の形状に型抜き成形された板
   材を、その幅方向に屈曲させることにより成形されたビ
   ームであって、 長手方向の端面が、少なくともその面粗度を向上させる
   と共に、引張残留応力を緩和しまたは圧縮残留応力を付
   与する程度にコイニングされてなることを特徴とする高
   強度ビーム。
2. 【請求項２】 さらに、板厚を増加させる程度にコイニ
   ングされてなることを特徴とする請求項１に記載の高強
   度ビーム。
3. 【請求項３】 型抜きすることにより板材の外周を所定
   の形状に成形し、 該所定形状に成形された板材をその幅方向に屈曲させる
   ことによりビームを成形する方法であって、 板材をその幅方向に屈曲させた以後に、長手方向の端面
   を、少なくともその面粗度を向上させると共に、引張残
   留応力を緩和しまたは圧縮残留応力を付与する程度にコ
   イニングすることを特徴とする高強度ビームの成形方
   法。
4. 【請求項４】コイニングがさらに板厚を増加させる程度
   であることを特徴とする請求項３に記載の高強度ビーム
   の成形方法。