JP2005014744A

JP2005014744A - Design method of suspension component for automobile

Info

Publication number: JP2005014744A
Application number: JP2003181738A
Authority: JP
Inventors: Shiyougo Sakamoto; 正悟阪本; Atsumi Fukuda; 篤実福田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2005-01-20

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a design method of a suspension component for an automobile capable of reducing weight while securing enhanced safety. <P>SOLUTION: This method is provided with a first step (S1) for producing a trial product, a second step (S2) for producing a test piece, a third step (S3) for measuring strength of the test piece (σFG, σFB), a fourth step (S4-1, S4-2) for calculating generated stress (σ1, σ2) of the suspension component by strength calculation, a fifth step (S5) for determining the generated stress, and a sixth step (S6) for varying a shape of the suspension component. In the fifth step (S5), design is ended when σ1≤σFG and σ2 ≤σFG, and the sixth step (S6) is carried out and the steps from the fourth step (S4-1) are repeated when σ1>σFG and/or σ2>σFB. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金等の金属合金を用いる鍛造品からなる自動車用サスペンション部品（以下、サスペンション部品と称す）の設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の構造材又は部品用として、軽量化の観点からアルミニウム合金の使用が期待され、特に、自動車の足廻りに用いられるアッパーアーム、ロアアーム、ナックル等のサスペンション部品は、従来、自動車にとって重要保安部品であることから、軽量で信頼性の高いアルミニウム鍛造品が多く用いられている。
【０００３】
また、自動車用の構造材又は部品の設計方法としては、下記の方法が提案されている。例えば、ドアインナーやフェンダーなどに使用するアルミニウム合金板からなる成形品の設計方法として、成形品のコーナー部近傍の設計形状にしたがって近似されたモデルを作製し、前記モデルに形状不良が発生するか否かを有限要素法（ＦＥＭ）等のシミュレーションにより予測し、前記モデルに形状不良の発生が予測された場合には、発生しなくなる方向に前記成形品の成形条件、モデル変更を行う設計方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、前記の有限要素法（ＦＥＭ）等を利用した設計方法をサスペンション部品の設計方法に応用した例として、本発明者らの特許出願（特願２００２−０１１２９９、段落番号［０００７］〜［０００９］参照）がある。この特許出願では、鍛造により作製されたアルミニウム合金からなるサスペンション部品の設計方法として、応力集中により疲労強度が他の部分に比べて１５％程度低くなるバリ面（パーティングライン）に合わせて強度計算を行う設計方法が記載されている。
【０００５】
この設計方法は、図６に示すように、サスペンション部品と同一材質及び同一の製造方法で強度測定用の試作品を作製する第１工程（Ａ１）と、前記試作品の一般部から試験片を作製する第２工程（Ａ２）と、前記試験片の強度（σＦ）を測定する第３工程（Ａ３）と、前記サスペンション部品の形状を特定し、前記一般部を含むサスペンション部品の各部位の発生応力（σ）を強度計算により計算する第４工程（Ａ４−１、Ａ４―２）と、前記試験片の強度（σＦ）を基準として、各部位の前記発生応力（σ）を判断する第５工程（Ａ５）と、前記第４工程（Ａ４−１）で特定したサスペンション部品の形状を変更する第６工程（Ａ６）とを有し、前記第５工程（Ａ５）において、（σ）≦［（σＦ）／安全率（Ｓ）］の場合には設計を終了し、（σ）＞［（σＦ）／安全率（Ｓ）］の場合には、前記第６工程（Ａ６）を行い、再度、第４工程（Ａ４−１）からの工程を繰り返し行う、ことを特徴とする自動車用サスペンション部品の設計方法である。
【０００６】
また、前記第２工程（Ａ２）の試験片の作製は、鍛造されることによって発生する応力集中部を除いた一般部から機械加工等の削り出しによって試験片全面が機械加工面になるように作製されていた。また、前記第３工程（Ａ３）の試験片の強度としては疲労強度が測定され、その測定方法としては、ＪＩＳに規定された試験片を用いて、その試験片が軸方向に対してねじれるような負荷を繰り返し与えることにより測定していた。また、第５工程（Ａ５）において設計を終了した後に、サスペンション部品を鍛造により作製して強度確認を行う第７工程（Ａ７）を行なっていた。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−７６０２２号（段落番号［０００６］、［０００８］及び［００１３］、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示された設計方法においては、判断強度として（試験片の強度（疲労強度）σＦ）／安全率（Ｓ）を使用するため、サスペンション部品の全ての部位の発生応力が最弱部分の判断強度以下となり、サスペンション部品としての安全性は高くなるが、最軽量という面では不十分であった。
【０００９】
特に、一般部においては実測の疲労強度（σＦ）よりも安全率（Ｓ）の分だけ高い疲労強度を有することになり、作製されたサスペンション部品は理想設計品と比較して肉厚等が厚く、重量も重いものとなっていた。したがって、近年の自動車の燃費向上からのサスペンション部品の軽量化の点で、作製されたサスペンション部品は十分なものではなかった。
【００１０】
そこで、本発明は、このような問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、高い安全性を確保しながら、軽量化を図ることができるサスペンション部品の設計方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、サスペンション部品と同一材質及び同一の製造方法で強度測定用の試作品を作製する第１工程と、前記試作品から一般部を含む第１試験片と、前記一般部と表面粗度が異なる一般部以外の部分を含む少なくとも１つの第２試験片とを作製する第２工程と、前記第１試験片の強度（σＦＧ）及び少なくとも１つの第２試験片の強度（σＦＢ）を測定する第３工程と、前記サスペンション部品の形状を特定し、このサスペンション部品の前記一般部に相当する部分の第１発生応力（σ１）と、前記一般部以外の部分に相当する少なくとも１つの部分の第２発生応力（σ２）とを強度計算により計算する第４工程と、前記第３工程で測定した試験片の強度を基準として、前記第４工程で計算したサスペンション部品の各部位の発生応力を判断する第５工程と、前記第４工程で特定したサスペンション部品の形状を変更する第６工程とを有し、前記第５工程において、（σ１）と（σＦＧ）との関係が（σ１）≦（σＦＧ）、及び全ての（σ２）と（σＦＢ）との関係が（σ２）≦（σＦＢ）の場合には設計を終了し、（σ１）と（σＦＧ）との関係が（σ１）＞（σＦＧ）、及び／又は全ての（σ２）と（σＦＢ）との関係が１つでも（σ２）＞（σＦＢ）の場合には、前記第６工程を行い、再度、第４工程からの工程を繰り返し行う自動車用サスペンション部品の設計方法として構成したものである。
【００１２】
前記の構成において、前記試験片が、一般部を含む第１試験片と、一般部と表面粗度が異なる一般部以外の部分を含む少なくとも１つの第２試験片とから構成される。そして、一般部の第１発生応力（σ１）が第１試験片の強度（σＦＧ）を基準としてなされ、また、一般部と表面粗度が異なる一般部以外の部分に相当する少なくとも１つの部分の第２発生応力（σ２）が少なくとも１つの第２試験片の強度（σＦＢ）を基準としてなされ、σ１≦σＦＧ、全てのσ２とσＦＢとの関係がσ２≦σＦＢであるかどうかの判断がなされる。それにより、サスペンション部品の各部位の発生応力の判断が、表面粗度に対応した、すなわち、応力集中率に対応した実測強度を基準として行なわれることとなり、サスペンション部品の各部位が十分な強度を有することとなる。
【００１３】
また、一般部の強度に経験的安全係数（Ｓ）を織り込んだ強度を用いる従来の設計方法に比べて、より高精度の実測強度を基準として設計されることとなり、理想設計品と比較しても肉厚等が厚くならない。また、実測強度を基準に設計がなされることにより、自動車に取り付けられて使用された際、応力集中による疲労破壊が生じない。
【００１４】
請求項２に記載に発明は、前記一般部と表面粗度が異なる一般部以外の部分が、鍛造加工によって発生するバリの除去面であるパーティングライン、鍛造加工肌荒れ部分、予測打痕部として作製された部分、機械加工により表面粗度が変化した部分の少なくとも１つである自動車用サスペンション部品の設計方法として構成したものである。
【００１５】
前記構成において、パーティングラインなどの一般部以外の部分に相当する少なくとも１つの部分の第２発生応力の判断が、高精度な実測強度を基準として行われることとなり、サスペンション部品の一般部以外の部分が十分な強度を有し、サスペンション部品の肉厚等がさらに減少され、また、自動車に取り付けられて使用された際、応力集中による疲労破壊が生じない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１は自動車用サスペンション部品の設計方法を示す工程図、図２は設計方法の他の形態を示す工程図、図３（ａ）は自動車用サスペンション部品の平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、図４は図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図５（ａ）は強度試験用の試作品の平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線の端面図、（ｃ）は第１試験片の正面図である。
【００１７】
本発明の自動車用サスペンション部品（以下、サスペンション部品と称す）の設計方法は、図１、図２に示すように、強度測定用の試作品を作製する第１工程Ｓ１と、試作品から試験片を作製する第２工程Ｓ２と、試験片の強度を測定する第３工程Ｓ３と、サスペンション部品の形状を特定し、サスペンション部品の各部位の発生応力を計算する第４工程（Ｓ４−１、Ｓ４―２）と、サスペンション部品の各部位の発生応力を判断する第５工程（Ｓ５−１、Ｓ５−２）と、サスペンション部品の形状を変更する第６工程Ｓ６とを有する。
【００１８】
そして、設計方法の第１の形態は、図１に示すように、
（１）第１工程（Ｓ１）
まず、後記するサスペンション部品の形状特定に先立って、サスペンション部品と同一材質の試作品を作製する。試作品の材料としては、自動車のサスペンションのアッパーアーム、ロアアームまたはナックルとして活用されるものとして例えば、ＪＩＳＨ４１４０に定められたＡ６０６１合金やその改善材等の６０００系のアルミニウム合金が使用される。また、その材質は、サスペンション部品の特性にしたがって、アルミニウム合金以外のその他の合金、鉄鋼等の材料に適宜変更することが可能である。
【００１９】
前記試作品は、サスペンション部品と同一の製造方法である、例えば、鍛造加工により製造される。また、その鍛造加工においては、鍛造性および金型製作の容易化を考慮して、上型および下型の２つの金型を使用する。そのため、上型と下型の型割り線の部分に鍛造加工時の余剰のアルミニウム合金等が排出されてバリが発生する。このバリは、鍛造品をトリミングすることにより除去される。そしてトリミングによるバリの除去面が試作品の外表面（側面）にパーティングラインとして残ることとなる。
【００２０】
前記試作品の形状は、図５に示すように、サスペンション部品と同一の材料、同一の製造方法で作製され、端面外周に鍛造加工によるパーティングライン１２が形成された試作品２１を例としているが、形状はこれに限定されない。
【００２１】
（２）第２工程（Ｓ２）
つぎに、前記（１）第１工程Ｓ１で作製された試作品から、一般部を含む第１試験片と、一般部と表面粗度が異なる一般部以外の部分を含む第２試験片とを作製する。ここで、一般部とは最大高さ粗さが、例えば１５〜２０μｍ（Ｒｍａｘ、ＪＩＳＢ０６０１−１９８２年）の通常の鍛造肌を有する部分を意味する。また、一般部と表面粗度が異なる一般部以外の部分とは、表面粗度が一般部より大きい、鍛造されることによって発生する応力集中部である前記パーティングライン１２で、最大高さ粗さが、例えば３０〜６０μｍ（Ｒｍａｘ、ＪＩＳＢ０６０１−１９８２年）である。
【００２２】
また、試験片の作製方法は、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように機械加工（削り出し）により行われる。すなわち、第１試験片２３及び第２試験片２２を、板状試験片の形状に板厚さ方向に加工代を設けて、機械加工（削り出し）により作製する。そして、その第２試験片２２は、パーティングライン１２が板状試験片の端面に配置されるように作製する。また、第１試験片２３は、パーティングライン１２以外の一般部が板状試験片の端面に配置されるように作製する。
【００２３】
なお、第２試験片２２にバリの除去面からなるパーティングライン１２を含むようにした理由は、後記（３）第３工程Ｓ３で測定する第２試験片２２の強度が試作品の中で最弱となる部分を含むようにするためである。そして、鍛造されることによって発生する応力集中部と強度低下の関係を予め調査した結果、鍛造加工において発生する様々な応力集中部の中で、図３（ｂ）に示すバリの除去面であるパーティングライン１２のバリ面が、サスペンション部品１の強度に非常に大きく寄与する形状であることが判明している。
【００２４】
（３）第３工程（Ｓ３）
つぎに、前記（２）第２工程Ｓ２で作製した第１及び第２試験片２３、２２の強度、例えば、試験片の軸方向に沿って引張負荷を繰り返し与えることにより疲労強度を測定する。ここで、図１に示すように、第１試験片（一般部）の測定強度をσＦＧ、第２試験片（パーティングライン）の測定強度をσＦＢとする。また、測定する強度として疲労強度を採用したが、本発明の強度は疲労強度に限定されず、サスペンション部品の使用特性によっては、変形強度等の他の強度を採用してもよい。
【００２５】
（４）第４工程（Ｓ４−１）
つぎに、所定のサスペンション部品の形状を特定する。例えば、図３（ａ）（ｂ）、図４に示すように、特定すべき所定のサスペンション部品１は、自動車の車輪に連なるナックル（不図示）にピポット連結するための取付部２と、車体側のブラケット（不図示）にピポット連結するための取付部３および取付部４とを有し、これがアーム部５で連結された構成を有している。
【００２６】
また、アーム部５の側面１１には、前記したバリの除去面からなるパーティングライン１２が形成されている。そして、アーム部５は、中央部分に凹部６を有すると共に、図３（ｂ）に示すように取付部２から取付部３または取付部４に至る中間において平面Ｂに対して湾曲させたオフセット部７を有している。なお、平面Ｂとは、取付部２、取付部３および取付部４を結ぶ平面である。
【００２７】
前記したアーム部５の凹部６は、軽量設計を目指すために形成されており、図４に示すように外端面となる上端面８が閉じ、同じく外端面となる下端面９が開放された略コ字状の断面形状を有する。また、凹部６は軽量設計を目指すものなので凹部６の替わりに貫通穴を有する形態でも構わない。さらに、アーム部５の上端面８から下端面９に至る側面１１が、上端面８から下端面９にかけて断面の幅が減少するような傾斜面であってもよい。この傾斜面は、サスペンション部品の鍛造における金型の抜き勾配に相当する傾斜を有する。
【００２８】
前記サスペンション部品１が自動車に取り付けられると、取付部２、３、４に荷重が作用し、オフセット部７に応力が発生する。このような応力のうち、図４に示すＸ軸まわりのモーメントを発生させる応力σは、上端面８および下端面９が最大値となり、断面の応力中立点１０にかけて逓減するような線形分布をしている。なお、応力中立点１０よりも上側にかかる応力と、応力中立点１０よりも下側にかかる応力とは、正対する方向に作用している。また、応力中立点１０の位置は、オフセット部７の断面形状により決定されるものであり、必ずしも図４の位置にくるものではない。このようなオフセット部７は、上端面８、下端面９に発生する最大応力を設計判定応力として疲労強度設計を行い、その断面形状を決定する。
【００２９】
（５）第４工程（Ｓ４−２）
つぎに、前記（４）第４工程（Ｓ４−１）で特定したサスペンション部品の、前記（２）第２工程（Ｓ２）の一般部及びパーティングライン（一般部以外の部分）に相当する各部位の発生応力を、例えば、ＦＥＭ（有限要素法）で計算する。ここで、図１に示すように、一般部の発生応力をσ１、パーティングライン（一般部以外の部分）の発生応力をσ２とする。
【００３０】
（６）第５工程（Ｓ５−１、Ｓ５−２）
つぎに、図１に示すように、前記（５）第４工程（Ｓ４−２）で計算した発生応力（一般部σ１、パーティングライン（一般部以外の部分）σ２）を前記（３）第３工程で測定した第１及び第２試験片の強度（一般部σＦＧ、パーティングライン（一般部以外の部分）σＦＢ）を基準として判断する。
【００３１】
すなわち、一般部の発生応力σ１≦第１試験片の強度σＦＧ、且つ、パーティングライン（一般部以外の部分）の発生応力σ２≦第２試験片の強度σＦＢのとき、設計が良好（ＯＫ）として、設計を終了する。最終的には、図３に示すサスペンション部品１での強度確認（後記（７）第７工程Ｓ７）を行う。
【００３２】
また、一般部の発生応力σ１＞第１試験片の強度σＦＧ、および／または、パーティングライン（一般部以外の部分）の発生応力σ２＞第２試験片の強度σＦＢのとき、設計が不良（ＮＧ）として、サスペンション部品の形状を変更する第６工程Ｓ６を行い、前記（５）第４工程（Ｓ４―１）からの工程を繰り返す。
【００３３】
前記したように、一般部の発生応力（σ１）が第１試験片の強度（σＦＧ）を基準として判断され、また、パーティングライン（一般部以外の部分）の発生応力（σ２）が第２試験片の強度（σＦＢ）を基準として判断される。それにより、サスペンション部品の各部位が十分な強度を有し、サスペンション部品の安全性が確保される。また、従来のように過剰の強度を有することがなく、理想設計品と比較しても肉厚等が厚くならず、サスペンション部品の軽量化が図れる。さらに、自動車に取り付けられて使用された際、応力集中による疲労破壊が生じず、安全性が確保される。
【００３４】
（７）第７工程Ｓ７
最終的には、図１に示すように、サスペンション部品として、例えば、鍛造品を前記（４）工程Ｓ４−１又は前記第６工程Ｓ６の設計に基づいて作製し、鍛造品の強度、安全性を確認する。
【００３５】
また、設計方法の他の第２の形態は、図２に示すように、
（Ａ）第１工程（Ｓ１）
前記第１の形態と同様である。
（Ｂ）第２工程（Ｓ２）
前記第１の形態と同様であるが、第２試験片は、一般部と表面粗度が異なる一般部以外の部分を含む試験片であれば、パーティングラインを含む試験片に限定されない。そして、第２試験片は、一般部以外の部分の種類によって各々作製される試験片の群から複数を適宜選択して作製する。複数の第２試験片（一般部以外の部分）は、例えば、前記パーティングラインを含む第２試験片、鍛造加工肌荒れ部分を含む第２試験片、予測打痕部として作製された部分を含む第２試験片、機械加工により表面粗度が変化した部分を含む第２試験片等から、適宜、複数選択して作製されたものである。
【００３６】
また、鍛造加工肌荒れ部分、予測打痕部として作製された部分は、最大高さ粗さが、例えば、３０〜６０μｍ（Ｒｍａｘ、ＪＩＳＢ０６０１−１９８２年）、機械加工部分は、最大高さ粗さが、例えば１５μｍ未満（Ｒｍａｘ、ＪＩＳＢ０６０１−１９８２年）である。
【００３７】
また、鍛造加工肌荒れ部分とは、例えば、鍛造金型、トリミング金型による傷等である。また、予測打痕部として作製された部分とは、自動車の走行時にサスペンション部品に生じる、小石等の衝突による傷や雨水等による腐食等に相当する表面粗度を有するように作製された部分である。このような部分の作製は、例えば一般部にショットブラストや人工的凹形状等を施して作製する。また、機械加工により表面粗度が変化した部分とは、図５の第２試験片２４のように機械加工された部分である。
【００３８】
（Ｃ）第３工程（Ｓ３）
前記第１の形態と同様に強度を測定する。ただし、第２試験片は前記（Ｂ）第２工程で選択、作製された複数の第２試験片（一般部以外の部分）の強度（σＦＢ−１〜σＦＢ−４）を測定する。ここで、図２に示すように、パーティングラインを含む第２試験片の測定強度をσＦＢ−１、鍛造加工肌荒れ部分を含む第２試験片の測定強度をσＦＢ−２、予測打痕部として作製された部分を含む第２試験片の測定強度をσＦＢ−３、機械加工により表面粗度が変化した部分を含む第２試験片の測定強度をσＦＢ−４、とする。また、第１の形態と同様に、測定する強度は疲労強度に限定されず、変形強度等の他の強度を使用してもよい。
【００３９】
（Ｄ）第４工程（Ｓ４−１）
前記第１の形態と同様に、例えば、サスペンション部品の形状を図３、図４に示すような形状に特定する。
（Ｅ）第４工程（Ｓ４−２）
前記第１の形態と同様に、前記（Ｄ）第４工程（Ｓ４−１）で特定したサスペンション部品の、前記（Ｂ）第２工程（Ｓ２）の一般部及び複数の一般部以外の部分に相当する各部位の発生応力（σ２−１〜σ２−４）を、例えばＦＥＭ（有限要素法）で計算する。ここで、図２に示すように、パーティングラインに相当する部分の発生応力をσ２−１、鍛造加工肌荒れ部分に相当する部分の発生応力をσ２−２、予測打痕部として作製された部分に相当する部分の発生応力をσ２−３、機械加工により表面粗度が変化した部分に相当する部分の発生応力をσ２−４とする。
【００４０】
（Ｆ）第５工程（Ｓ５−１、Ｓ５−２）
つぎに、図２に示すように、前記（Ｅ）第４工程（Ｓ４−２）で計算した発生応力（一般部σ１、複数の一般部以外の部分σ２−１〜σ２−４）を前記（Ｃ）第３工程で測定した第１及び第２試験片の強度（一般部σＦＧ、複数の一般部以外の部分σＦＢ−１〜σＦＢ−４）を基準として判断する。
【００４１】
すなわち、一般部の第１発生応力σ１≦第１試験片の強度σＦＧ、且つ、複数の一般部以外の部分の第２発生応力σ２（σ２−１〜σ２−４）と第２試験片の強度σＦＢ（σＦＢ−１〜σＦＢ−４）との関係が、全てσ２≦σＦＢのとき、設計が良好（ＯＫ）として、設計を終了する。最終的には、図３に示すサスペンション部品１での強度確認（後記（Ｇ）第７工程Ｓ７）を行う。
【００４２】
また、一般部の第１発生応力σ１＞第１試験片の強度σＦＧ、および／または、複数の一般部以外の部分の第２発生応力σ２（σ２−１〜σ２−４）と第２試験片の強度（σＦＢ−１〜σＦＢ−４）との関係が、少なくとも１つ、σ２＞σＦＢのとき、設計が不良（ＮＧ）として、サスペンション部品の形状を変更する第６工程Ｓ６を行い、前記（Ｅ）第４工程（Ｓ４―１）からの工程を繰り返す。
【００４３】
前記したように、一般部の第１発生応力（σ１）が第１試験片の強度（σＦＧ）を基準として判断され、また、複数の一般部以外の第２発生応力（σ２）が複数の第２試験片の強度（σＦＢ）を基準として判断される。それにより、サスペンション部品の各部位が十分な強度を有し、サスペンション部品の安全性がさらに確保される。また、理想設計品と比較しても肉厚等が厚くならず、サスペンション部品の軽量化がさらに図れる。また、自動車に取り付けられて使用された際、応力集中による疲労破壊が生じず、安全性がさらに確保される。
【００４４】
（Ｇ）第７工程Ｓ７
前記第１の形態と同様に、最終的には、図２に示すように、サスペンション部品としての鍛造品を、前記（Ｄ）工程Ｓ４−１又は前記第６工程Ｓ６の設計に基づいて作製し、鍛造品の強度、安全性を確認する。
【００４５】
【実施例】
以下に、本発明について実施例を用いてさらに説明する。
【００４６】
（実施例）
（１）第１工程（Ｓ１）
アルミニウム合金鋳塊（Ａ６０６１合金）を溶製後、１８０ｍｍの長さに切断したものを４５０℃まで加熱後、図５に示すような形状に熱間鍛造し、次いで、これをトリミング金型により４００℃以下で（熱間または冷間）トリミングし、試作品２１とした。
【００４７】
（２）第２工程（Ｓ２）
前記（１）で作製した試作品２１から、図５に示すように、一般部を含む第１試験片２３及び鍛造されることによって発生する応力集中部であるパーティンライン１２（バリの除去面）を含む第２試験片２２を作製した。作製条件は以下の通りである（試験片の形状は図５の第１試験片２３、第２試験片２２に示すとおりである）。
・機械加工機：フライス盤
・試験片：長さ１８０ｍｍ×幅４０ｍｍ×厚さ５ｍｍ
【００４８】
（３）第３工程（Ｓ３）
前記（２）で作製した第１試験片２３及び第２試験片２２について疲労強度（引張負荷）を測定した。その結果を表１に記載した（一般部の疲労強度を１００％としたときの割合で記載した）。
【００４９】
（４）第４工程（Ｓ４−１）
サスペンション部品の形状を図３、図４に示す形状に特定した。
【００５０】
（５）第４工程（Ｓ４−２）
前記（４）で特定したサスペンヨン部品１の一般部１１Ａ及び応力集中部（パーティングライン１２）の発生応力をＦＥＭ（有限要素法）で計算した。その結果を表１に記載した（一般部の疲労強度を１００％としたときの割合で記載した）。
【００５１】
（６）第５工程（Ｓ５−１、Ｓ５−２）
前記（３）の疲労強度を基準にして、前記（５）のサスペンション部品１の発生応力の是非を判断した。表１に示すように、一般部、応力集中部（パーティングライン）共に、発生応力≦疲労強度（σ１≦σＦＧ、σ２≦σＦＢ）の条件を満足したので、形状の変更をせずに（第６工程を行なわずに）設計を終了した。
【００５２】
（７）第７工程（Ｓ７）
前記（４）の形状でサスペンション部品を鍛造加工により作製した。サスペンション部品の強度を確認し、所定の強度を満足することを確認した。また、サスペンション部品の重量を測定し、その結果を表１に記載した。
【００５３】
（比較例）
対象品として、従来の設計方法で作製したサスペンション部品を比較例として表１に記載した（実施例における一般部の疲労強度を１００％としたときの割合で記載した）。比較例の強度測定用の試作品は実施例と同様のものを使用した。比較例では、発生応力（σ）≦［疲労強度（σＦ）／安全率（Ｓ＝１．２５）］を満足せず、形状の変更を必要とした。そして、形状変更後のサスペンション部品の重量を測定した。その結果を表１に記載した。ここで、疲労強度（σＦ）は、ねじり負荷による疲労強度を使用した。
【００５４】
【表１】

【００５５】
実施例のサスペンション部品は、比較例のサスペンション部品に比べて、肉厚において約５％薄肉化し、表１に示すように、重量において約１０％軽量化できた。
【００５６】
【発明の効果】
以上の通り、本発明においては、前記一般部（第１試験片）の強度を前記一般部の発生応力の基準として使用し、かつ、前記一般部以外の部分（第２試験片の少なくとも１つ）の強度を、前記一般部以外の部分に相当する少なくとも１つの部分の発生応力の基準として使用し、サスペンション部品の各部位において発生応力≦試験片の強度であることにより、高い安全性を確保しながら、軽量化を図ることができる自動車用サスペンション部品の設計方法を提供することができる。
【００５７】
また、本発明においては、前記一般部以外の部分が、パーティングラインなどの複数の部分の少なくとも１つであることより、高い安全性を確保しながら、さらに軽量化を図ることができる自動車用サスペンション部品の設計方法を提供することができる。また、一般部以外の部分の水準数が限定されないので、一般部以外の部分の表面粗度の状況により、設計方法を変更する必要がなく、同様な設計方法が適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動車用サスペンション部品の設計方法を示す工程図である。
【図２】本発明の自動車用サスペンション部品の設計方法の他の形態を示す工程図である。
【図３】（ａ）は自動車用サスペンション部品を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図４】図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】（ａ）は強度試験用の試作品の平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線の断面図、（ｃ）は第１試験片の平面図である。
【図６】従来の自動車用サスペンション部品の設計方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１自動車用サスペンション部品
２、３、４取付部
５アーム部
６凹部
７オフセット部
８上端面
９下端面
１０応力中立点
１１側面
１１Ａ一般部
１２パーティングライン
２１試作品
２２、２４第２試験片
２３第１試験片
Ｓ１第１工程
Ｓ２第２工程
Ｓ３第３工程
Ｓ４−１、Ｓ４―２第４工程
Ｓ５−１、Ｓ５―２第５工程
Ｓ６第６工程
Ｓ７第７工程[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for designing an automobile suspension part (hereinafter referred to as a suspension part) made of a forged product using a metal alloy such as an aluminum alloy.
[0002]
[Prior art]
In recent years, aluminum alloys are expected to be used for structural materials or parts of automobiles from the viewpoint of weight reduction. In particular, suspension parts such as upper arms, lower arms, and knuckles used for automobile suspensions are conventionally important for automobiles. Since it is a safety part, aluminum forgings that are lightweight and highly reliable are often used.
[0003]
Moreover, the following method is proposed as a design method of the structural material or components for automobiles. For example, as a design method for a molded product made of an aluminum alloy plate used for door inners, fenders, etc., whether a model that is approximated according to the design shape near the corner of the molded product is produced, and the model is defective in shape? A design method for predicting whether or not a shape defect occurs in the model by changing the molding conditions and the model in such a direction that they do not occur when the model is predicted by simulation such as a finite element method (FEM). It has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
Further, as an example in which the design method using the finite element method (FEM) or the like is applied to a suspension component design method, the inventors have applied for a patent (Japanese Patent Application No. 2002-011299, paragraphs [0007] to [0009]. ]). In this patent application, as a method for designing suspension parts made of aluminum alloy produced by forging, strength calculation is performed according to the burr surface (parting line) where the fatigue strength is lower by about 15% than other parts due to stress concentration. A design method for performing is described.
[0005]
As shown in FIG. 6, this design method includes a first step (A1) for producing a prototype for strength measurement using the same material and the same manufacturing method as the suspension component, and a test piece from the general part of the prototype. The second step (A2) to be manufactured, the third step (A3) for measuring the strength (σF) of the test piece, the shape of the suspension part is specified, and the occurrence of each part of the suspension part including the general part A fourth step (A4-1, A4-2) for calculating the stress (σ) by strength calculation, and a fifth step for determining the generated stress (σ) at each part on the basis of the strength (σF) of the test piece. A step (A5) and a sixth step (A6) for changing the shape of the suspension component specified in the fourth step (A4-1). In the fifth step (A5), (σ) ≦ [ (ΣF) / safety factor (S)] When (σ)> [(σF) / safety factor (S)], the sixth step (A6) is performed, and the steps from the fourth step (A4-1) are repeated again. This is a design method of suspension parts for automobiles.
[0006]
In addition, in the preparation of the test piece in the second step (A2), the entire surface of the test piece becomes a machined surface by cutting out a general part excluding the stress concentration part generated by forging by machining. It was made. In addition, fatigue strength is measured as the strength of the test piece in the third step (A3), and the test method is such that the test piece is twisted with respect to the axial direction using a test piece defined in JIS. It was measured by repeatedly applying a heavy load. In addition, after completing the design in the fifth step (A5), a seventh step (A7) is performed in which suspension parts are produced by forging and strength is confirmed.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2001-76022 (paragraph numbers [0006], [0008] and [0013], FIG. 1)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the design method shown in FIG. 6, since (test specimen strength (fatigue strength) σF) / safety factor (S) is used as the judgment strength, the stress generated in all parts of the suspension component is the weakest. Although it is less than the judgment strength of the portion, the safety as a suspension part is increased, but it is insufficient in terms of the lightest weight.
[0009]
In particular, the general part has a fatigue strength that is higher than the actually measured fatigue strength (σF) by the safety factor (S), and the manufactured suspension parts are thicker than the ideal design products. The weight was also heavy. Therefore, the manufactured suspension parts have not been sufficient in terms of weight reduction of suspension parts in order to improve the fuel efficiency of automobiles in recent years.
[0010]
Therefore, the present invention was created to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a suspension component design method capable of reducing the weight while ensuring high safety. is there.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 includes a first step of producing a strength measurement prototype using the same material and the same manufacturing method as the suspension component, and includes a general part from the prototype. A second step of producing a first test piece and at least one second test piece including a part other than the general part having a surface roughness different from that of the general part, a strength (σFG) of the first test piece, and at least A third step of measuring the strength (σFB) of one second test piece, identifying the shape of the suspension component, the first generated stress (σ1) of the portion corresponding to the general portion of the suspension component, Based on the fourth step of calculating the second generated stress (σ2) of at least one portion corresponding to the portion other than the general portion by strength calculation, and the strength of the test piece measured in the third step, the fourth Calculated in the process It has a fifth step of judging the generated stress of each part of the suspension component, and a sixth step of changing the shape of the suspension component specified in the fourth step. In the fifth step, (σ1) and ( When the relationship with (σFG) is (σ1) ≦ (σFG) and all the relationships between (σ2) and (σFB) are (σ2) ≦ (σFB), the design is finished, and (σ1) and (σFG) ) And (σ1)> (σFG) and / or even if all the relationships between (σ2) and (σFB) are (σ2)> (σFB), the sixth step is performed. This is again configured as a method for designing an automobile suspension part in which the steps from the fourth step are repeated.
[0012]
The said structure WHEREIN: The said test piece is comprised from the 1st test piece containing a general part, and the at least 1 2nd test piece containing parts other than the general part from which a general part differs in surface roughness. The first generated stress (σ1) of the general part is made based on the strength (σFG) of the first test piece, and at least one part corresponding to a part other than the general part having a surface roughness different from that of the general part. The second generated stress (σ2) is made on the basis of the strength (σFB) of at least one second test piece, and it is determined whether σ1 ≦ σFG and the relationship between all σ2 and σFB is σ2 ≦ σFB. . As a result, the determination of the stress generated at each part of the suspension part is performed based on the measured strength corresponding to the surface roughness, that is, the stress concentration rate, and each part of the suspension part has sufficient strength. Will have.
[0013]
In addition, compared with the conventional design method that uses the strength that incorporates the empirical safety factor (S) into the strength of the general part, it will be designed based on the measured strength with higher accuracy, compared with the ideal design product. The wall thickness does not increase. In addition, the design based on the actually measured strength does not cause fatigue failure due to stress concentration when used while mounted on an automobile.
[0014]
In the invention according to claim 2, the part other than the general part having a surface roughness different from that of the general part is a parting line that is a removal surface of a burr generated by forging, a roughened forged part, and a predicted dent part. This is configured as a method for designing a suspension part for an automobile, which is at least one of the produced part and the part whose surface roughness is changed by machining.
[0015]
In the above configuration, the determination of the second generated stress of at least one portion corresponding to a portion other than the general portion such as the parting line is performed based on the highly accurate measured strength, and other than the general portion of the suspension component. The portion has a sufficient strength, the thickness of the suspension part is further reduced, and fatigue damage due to stress concentration does not occur when the suspension part is used while attached to an automobile.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a process diagram showing a method for designing a suspension component for an automobile, FIG. 2 is a process diagram showing another form of the design method, FIG. 3A is a plan view of the suspension component for an automobile, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3A, FIG. 5A is a plan view of a prototype for strength testing, and FIG. 4B is an end surface of the CC line in FIG. FIG. 2C is a front view of the first test piece.
[0017]
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the method for designing an automobile suspension part (hereinafter referred to as “suspension part”) according to the present invention includes a first step S1 for producing a prototype for strength measurement, and a test piece from the prototype. The second step S2 for producing the third step S3, the third step S3 for measuring the strength of the test piece, and the fourth step (S4-1, S4) for specifying the shape of the suspension part and calculating the generated stress at each part of the suspension part -2), a fifth step (S5-1, S5-2) for determining the generated stress in each part of the suspension component, and a sixth step S6 for changing the shape of the suspension component.
[0018]
And the 1st form of the design method is as shown in FIG.
(1) First step (S1)
First, a prototype made of the same material as the suspension component is prepared prior to specifying the shape of the suspension component described later. As a prototype material, for example, an A6061 alloy defined in JIS H 4140 or a 6000 series aluminum alloy such as an improvement material thereof is used as an upper arm, a lower arm, or a knuckle of an automobile suspension. The material can be appropriately changed to other alloys other than aluminum alloy, steel, and the like according to the characteristics of the suspension component.
[0019]
The prototype is manufactured by, for example, forging, which is the same manufacturing method as the suspension component. In the forging process, two molds of an upper mold and a lower mold are used in consideration of forgeability and facilitation of mold manufacture. For this reason, surplus aluminum alloy or the like at the time of forging is discharged to the part of the dividing line between the upper die and the lower die, and burrs are generated. This burr is removed by trimming the forged product. Then, the trimmed burr removal surface remains as a parting line on the outer surface (side surface) of the prototype.
[0020]
As shown in FIG. 5, the shape of the prototype is an example of a prototype 21 that is made of the same material and the same manufacturing method as the suspension component, and has a parting line 12 formed by forging on the outer periphery of the end surface. However, the shape is not limited to this.
[0021]
(2) Second step (S2)
Next, from (1) the prototype produced in the first step S1, a first test piece including a general part and a second test piece including a part other than the general part having a surface roughness different from that of the general part. Make it. Here, a general part means the part which has the normal forging skin whose maximum height roughness is 15-20 micrometers (Rmax, JISB0601-1982), for example. Further, the portion other than the general portion having a surface roughness different from that of the general portion is the parting line 12 which is a stress concentration portion generated by forging, the surface roughness being larger than the general portion, and the maximum height roughness. Is, for example, 30 to 60 μm (Rmax, JIS B0601-1982).
[0022]
The test piece is produced by machining (shaving) as shown in FIGS. 5 (a), 5 (b), and 5 (c). That is, the first test piece 23 and the second test piece 22 are manufactured by machining (cutting out) by providing a machining allowance in the plate thickness direction in the shape of the plate-like test piece. And the 2nd test piece 22 is produced so that the parting line 12 may be arrange | positioned at the end surface of a plate-shaped test piece. Moreover, the 1st test piece 23 is produced so that general parts other than the parting line 12 may be arrange | positioned at the end surface of a plate-shaped test piece.
[0023]
The reason why the second test piece 22 includes the parting line 12 formed of the burr removal surface is that the strength of the second test piece 22 measured in the third step S3 (3) is described in the prototype. This is to include the weakest part. Then, as a result of investigating in advance the relationship between the stress concentration portion generated by forging and the strength reduction, it is a burr removal surface shown in FIG. 3B among various stress concentration portions generated in the forging process. It has been found that the burr surface of the parting line 12 has a shape that greatly contributes to the strength of the suspension component 1.
[0024]
(3) Third step (S3)
Next, the fatigue strength is measured by repeatedly applying a tensile load along the axial direction of the first and

second test pieces

23 and 22 prepared in (2) second step S2. Here, as shown in FIG. 1, the measured strength of the first test piece (general part) is σFG, and the measured strength of the second test piece (parting line) is σFB. Further, although fatigue strength is employed as the strength to be measured, the strength of the present invention is not limited to fatigue strength, and other strengths such as deformation strength may be employed depending on the use characteristics of the suspension component.
[0025]
(4) Fourth step (S4-1)
Next, the shape of a predetermined suspension part is specified. For example, as shown in FIGS. 3 (a), 3 (b), and 4, the predetermined suspension component 1 to be specified includes a mounting portion 2 for pivot-connecting to a knuckle (not shown) connected to a vehicle wheel, It has the attachment part 3 and the attachment part 4 for connecting to a bracket (not shown) on the side, and this is connected with the arm part 5.
[0026]
Further, a parting line 12 including the above-described burr removal surface is formed on the side surface 11 of the arm portion 5. The arm portion 5 has a concave portion 6 in the central portion, and an offset portion that is curved with respect to the plane B in the middle from the attachment portion 2 to the attachment portion 3 or the attachment portion 4 as shown in FIG. 7. The plane B is a plane that connects the attachment portion 2, the attachment portion 3, and the attachment portion 4.
[0027]
The aforementioned recess 6 of the arm portion 5 is formed for the purpose of light weight design. As shown in FIG. 4, the upper end surface 8 serving as the outer end surface is closed, and the lower end surface 9 also serving as the outer end surface is opened. It has a U-shaped cross-sectional shape. Moreover, since the recessed part 6 aims at a lightweight design, the form which has a through-hole instead of the recessed part 6 may be sufficient. Further, the side surface 11 from the upper end surface 8 to the lower end surface 9 of the arm portion 5 may be an inclined surface in which the width of the cross section decreases from the upper end surface 8 to the lower end surface 9. This inclined surface has an inclination corresponding to the draft angle of the mold in the forging of the suspension part.
[0028]
When the suspension component 1 is attached to the automobile, a load acts on the

attachment portions

2, 3, and 4, and stress is generated in the offset portion 7. Among such stresses, the stress σ that generates a moment about the X axis shown in FIG. 4 has a linear distribution in which the upper end surface 8 and the lower end surface 9 have the maximum values and gradually decrease toward the stress neutral point 10 of the cross section. ing. Note that the stress applied above the stress neutral point 10 and the stress applied below the stress neutral point 10 are acting in the opposite direction. Further, the position of the stress neutral point 10 is determined by the cross-sectional shape of the offset portion 7, and does not necessarily come to the position of FIG. Such an offset portion 7 performs fatigue strength design using the maximum stress generated on the upper end surface 8 and the lower end surface 9 as design determination stress, and determines the cross-sectional shape thereof.
[0029]
(5) Fourth step (S4-2)
Next, each of the suspension parts specified in the (4) fourth step (S4-1) corresponding to the general part and the parting line (parts other than the general part) of the (2) second step (S2). The generated stress of the part is calculated by, for example, FEM (finite element method). Here, as shown in FIG. 1, the generated stress in the general portion is σ1, and the generated stress in the parting line (portion other than the general portion) is σ2.
[0030]
(6) Fifth step (S5-1, S5-2)
Next, as shown in FIG. 1, the generated stress (general part σ1, parting line (part other than the general part) σ2) calculated in the (5) fourth step (S4-2) is the (3) Judgment is made based on the strength (general part σFG, parting line (part other than the general part) σFB) of the first and second test pieces measured in three steps.
[0031]
That is, the design is good (OK) when the generated stress σ1 of the general part ≦ the strength σFG of the first test piece and the generated stress σ2 of the parting line (portion other than the general part) ≦ the strength σFB of the second test piece As the design ends. Finally, strength confirmation is performed on the suspension component 1 shown in FIG. 3 ((7) seventh step S7 described later).
[0032]
In addition, when the generated portion σ1> the strength σFG of the first test piece and / or the generated stress σ2 of the parting line (portion other than the general portion)> the strength σFB of the second test piece, the design is poor ( NG), a sixth step S6 for changing the shape of the suspension component is performed, and the steps from (5) fourth step (S4-1) are repeated.
[0033]
As described above, the generated stress (σ1) of the general part is determined based on the strength (σFG) of the first test piece, and the generated stress (σ2) of the parting line (portion other than the general part) is the second. Judgment is based on the strength (σFB) of the test piece. Accordingly, each part of the suspension component has sufficient strength, and the safety of the suspension component is ensured. Further, it does not have excessive strength as in the prior art, and the thickness and the like are not increased compared with the ideal design product, and the weight of the suspension component can be reduced. Furthermore, when used while attached to an automobile, fatigue failure due to stress concentration does not occur, and safety is ensured.
[0034]
(7) Seventh step S7
Finally, as shown in FIG. 1, as a suspension component, for example, a forged product is produced based on the design of the step (4) S4-1 or the sixth step S6, and the strength and safety of the forged product are obtained. Confirm.
[0035]
In addition, another second form of the design method is as shown in FIG.
(A) 1st process (S1)
The same as in the first embodiment.
(B) Second step (S2)
Although it is the same as that of the said 1st form, if a 2nd test piece is a test piece containing parts other than the general part from which a general part differs in surface roughness, it will not be limited to the test piece containing a parting line. And a 2nd test piece is suitably selected from the group of the test pieces produced according to the kind of parts other than a general part, and is produced. The plurality of second test pieces (parts other than the general part) include, for example, a second test piece including the parting line, a second test piece including a roughened forged surface, and a part produced as a predicted dent part. A plurality of second test pieces, a second test piece including a portion whose surface roughness is changed by machining, and the like are appropriately selected.
[0036]
Further, the forged processed rough portion and the portion produced as the predicted dent portion have a maximum height roughness of, for example, 30 to 60 μm (Rmax, JISB0601-1982), and the machined portion has a maximum height roughness. For example, less than 15 μm (Rmax, JIS B0601-1982).
[0037]
Further, the roughened forged portion is, for example, a scratch caused by a forging die or a trimming die. In addition, the part produced as the predicted dent part is a part produced so as to have a surface roughness corresponding to scratches caused by collision of pebbles, etc., corrosion caused by rainwater, etc., which occurs in suspension parts during driving of the automobile. is there. For example, such a portion is manufactured by subjecting the general portion to shot blasting or an artificial concave shape. Further, the portion where the surface roughness is changed by machining is a portion machined like the second test piece 24 of FIG.
[0038]
(C) Third step (S3)
The intensity is measured as in the first embodiment. However, the strength (σFB-1 to σFB-4) of the plurality of second test pieces (parts other than the general part) selected and produced in the second step (B) is measured as the second test piece. Here, as shown in FIG. 2, the measured strength of the second specimen including the parting line is σFB-1, the measured strength of the second specimen including the roughened forged portion is σFB-2, and the predicted dent portion The measured strength of the second test piece including the produced portion is σFB-3, and the measured strength of the second test piece including the portion whose surface roughness is changed by machining is σFB-4. Further, as in the first embodiment, the strength to be measured is not limited to fatigue strength, and other strengths such as deformation strength may be used.
[0039]
(D) Fourth step (S4-1)
As in the first embodiment, for example, the shape of the suspension component is specified as shown in FIGS.
(E) Fourth step (S4-2)
As in the first embodiment, the suspension component specified in the (D) fourth step (S4-1) is a portion other than the general portion and the plurality of general portions in the (B) second step (S2). The generated stress (σ2-1 to σ2-4) at each corresponding portion is calculated by, for example, FEM (finite element method). Here, as shown in FIG. 2, the generated stress of the part corresponding to the parting line is σ2-1, the generated stress of the part corresponding to the roughened forged portion is σ2-2, and the part produced as the predicted dent part Σ2-3 is the generated stress in the portion corresponding to σ2-3, and σ2-4 is the generated stress in the portion corresponding to the portion whose surface roughness is changed by machining.
[0040]
(F) Fifth step (S5-1, S5-2)
Next, as shown in FIG. 2, the stress (general part σ1, parts σ2-1 to σ2-4 other than a plurality of general parts) calculated in the (E) fourth step (S4-2) is expressed as ( C) Judgment is made based on the strengths of the first and second test pieces measured in the third step (general portion σFG, portions σFB-1 to σFB-4 other than the plurality of general portions).
[0041]
That is, the first generated stress σ1 of the general portion ≦ the strength σFG of the first test piece, the second generated stress σ2 (σ2-1 to σ2-4) of the portion other than the plurality of general portions, and the strength of the second test piece When all the relations with σFB (σFB-1 to σFB-4) are σ2 ≦ σFB, the design is good (OK) and the design is finished. Finally, strength confirmation is performed on the suspension component 1 shown in FIG. 3 (7th step S7 described later (G)).
[0042]
Further, the first generated stress σ1 of the general part> the strength σFG of the first test piece and / or the second generated stress σ2 (σ2-1 to σ2-4) and the second test piece of the parts other than the plurality of general parts When the relationship with the strength (σFB-1 to σFB-4) is at least one and σ2> σFB, the design is defective (NG), and the sixth step S6 for changing the shape of the suspension component is performed, E) The steps from the fourth step (S4-1) are repeated.
[0043]
As described above, the first generated stress (σ1) of the general portion is determined based on the strength (σFG) of the first test piece, and the second generated stress (σ2) other than the plurality of general portions is a plurality of first stresses. 2. Judgment is based on the strength (σFB) of the test piece. Thereby, each part of the suspension component has sufficient strength, and the safety of the suspension component is further ensured. In addition, the wall thickness and the like are not increased compared with the ideal design product, and the weight of the suspension component can be further reduced. Further, when used by being attached to an automobile, fatigue failure due to stress concentration does not occur, and safety is further ensured.
[0044]
(G) Seventh step S7
As in the first embodiment, finally, as shown in FIG. 2, a forged product as a suspension component is produced based on the design of the step (D) -1 or the sixth step S6. Check the strength and safety of the forged product.
[0045]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be further described with reference to examples.
[0046]
(Example)
(1) First step (S1)
After the aluminum alloy ingot (A6061 alloy) is melted and cut to a length of 180 mm, it is heated to 450 ° C. and then hot forged into a shape as shown in FIG. Trimming was performed at a temperature not higher than ° C. (hot or cold) to obtain a prototype 21.
[0047]
(2) Second step (S2)
From the prototype 21 produced in the above (1), as shown in FIG. 5, the first test piece 23 including a general portion and the parting line 12 (burr removal surface) which is a stress concentration portion generated by being forged. The 2nd test piece 22 containing was produced. The production conditions are as follows (the shape of the test piece is as shown in the first test piece 23 and the second test piece 22 in FIG. 5).
・ Machining machine: Milling machine
Test piece: length 180 mm x width 40 mm x thickness 5 mm
[0048]
(3) Third step (S3)
Fatigue strength (tensile load) was measured for the first test piece 23 and the second test piece 22 prepared in (2). The results are shown in Table 1 (shown in the ratio when the fatigue strength of the general part is 100%).
[0049]
(4) Fourth step (S4-1)
The shape of the suspension component was specified as shown in FIGS.
[0050]
(5) Fourth step (S4-2)
The generated stress of the general part 11A and the stress concentration part (parting line 12) of the suspension part 1 specified in (4) was calculated by FEM (finite element method). The results are shown in Table 1 (shown in the ratio when the fatigue strength of the general part is 100%).
[0051]
(6) Fifth step (S5-1, S5-2)
Based on the fatigue strength of (3) above, whether the generated stress of the suspension component 1 of (5) was right or wrong was judged. As shown in Table 1, both the general part and the stress concentration part (parting line) satisfied the conditions of generated stress ≦ fatigue strength (σ1 ≦ σFG, σ2 ≦ σFB). The design was completed (without performing 6 steps).
[0052]
(7) Seventh step (S7)
A suspension component having the shape of (4) was produced by forging. The strength of the suspension parts was confirmed, and it was confirmed that the predetermined strength was satisfied. Further, the weight of the suspension parts was measured, and the results are shown in Table 1.
[0053]
(Comparative example)
As a target product, a suspension part produced by a conventional design method is shown as a comparative example in Table 1 (described in a ratio when the fatigue strength of the general part in the example is 100%). A prototype for measuring the strength of the comparative example was the same as in the example. In the comparative example, the generated stress (σ) ≦ [fatigue strength (σF) / safety factor (S = 1.25)] was not satisfied, and the shape had to be changed. Then, the weight of the suspension part after the shape change was measured. The results are shown in Table 1. Here, as the fatigue strength (σF), the fatigue strength due to torsional load was used.
[0054]
[Table 1]

[0055]
The suspension part of the example was about 5% thinner in thickness than the suspension part of the comparative example, and as shown in Table 1, it was about 10% lighter in weight.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the strength of the general part (first test piece) is used as a reference for the generated stress of the general part, and the part other than the general part (at least one of the second test pieces) ) Is used as a reference for the generated stress of at least one portion corresponding to the portion other than the general portion, and the generated stress at each part of the suspension component is less than the strength of the test piece, thereby ensuring high safety. However, it is possible to provide a method for designing a suspension component for an automobile that can be reduced in weight.
[0057]
Further, in the present invention, since the part other than the general part is at least one of a plurality of parts such as a parting line, it is possible to further reduce the weight while ensuring high safety. A method for designing a suspension component can be provided. In addition, since the number of levels of the portion other than the general portion is not limited, it is not necessary to change the design method depending on the surface roughness of the portion other than the general portion, and a similar design method can be applied.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process diagram showing a method for designing a suspension component for an automobile according to the present invention.
FIG. 2 is a process diagram showing another embodiment of a method for designing an automobile suspension part according to the present invention.
3A is a plan view showing a suspension part for an automobile, and FIG. 3B is a side view of FIG. 3A.
4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
5A is a plan view of a prototype for a strength test, FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line CC of FIG. 5A, and FIG. 5C is a plan view of the first test piece.
FIG. 6 is a process diagram showing a conventional method for designing suspension parts for automobiles.
[Explanation of symbols]
1 Car suspension parts
2, 3, 4 Mounting part
5 Arm
6 recess
7 Offset part
8 Top surface
9 Bottom surface
10 Stress neutral point
11 side
11A General Department
12 Parting line
21 Prototype
22, 24 Second test piece
23 First specimen
S1 1st process
S2 Second step
S3 3rd process
S4-1, S4-2, 4th step
S5-1, S5-2 Fifth step
S6 6th step
S7 7th step

Claims

A first step of producing a prototype for strength measurement using the same material and the same manufacturing method as the suspension component;
A second step of producing a first test piece including a general part from the prototype and at least one second test piece including a part other than the general part having a surface roughness different from that of the general part;
A third step of measuring the strength (σFG) of the first test piece and the strength (σFB) of at least one second test piece;
The shape of the suspension component is specified, and a first generated stress (σ1) of a portion corresponding to the general portion of the suspension component and a second generated stress (σ2) of at least one portion corresponding to a portion other than the general portion. ) With a strength calculation,
A fifth step of determining the generated stress of each part of the suspension component calculated in the fourth step, based on the strength of the test piece measured in the third step;
A sixth step of changing the shape of the suspension component specified in the fourth step,
In the fifth step,
When the relationship between (σ1) and (σFG) is (σ1) ≦ (σFG), and all the relationships between (σ2) and (σFB) are (σ2) ≦ (σFB), the design is finished.
When the relationship between (σ1) and (σFG) is (σ1)> (σFG) and / or even when all the relationships between (σ2) and (σFB) are one (σ2)> (σFB), The sixth step is performed, and the steps from the fourth step are repeated again.
A method for designing a suspension part for an automobile.

The part other than the general part having a surface roughness different from that of the general part is a parting line that is a removal surface of burrs generated by forging, a roughened part of the forging process, a part formed as a predicted dent part, and a surface by machining The method for designing a suspension part for an automobile according to claim 1, wherein the roughness part is at least one of the parts having changed roughness.