JP2007069267A - Tubular member with flange and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルミニウム合金材からなる軸部の軸端に取付用フランジを有するフランジ付き管状部材及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a flanged tubular member having a mounting flange at the shaft end of a shaft portion made of an aluminum alloy material, and a method for manufacturing the same.
例えば乗用車やトラック等の自動車車体の前端(フロント)及び後端(リア)に設置されるバンパー内部には、補強部材としてバンパーリインフォースが設けられている。バンパーリインフォースは一般に荷重方向に略垂直に向く前壁と後壁、及びそれらを連結する横壁を有する断面中空の部材であり、後方側から一対のバンパーステイにより支持され、各バンパーステイは後端がサイドメンバ(フロント又はリア)の先端に固定されている。 For example, bumper reinforcement is provided as a reinforcing member inside a bumper installed at the front end (front) and rear end (rear) of an automobile body such as a passenger car or a truck. The bumper reinforcement is a hollow member having a front wall and a rear wall that are generally perpendicular to the load direction, and a lateral wall that connects them, and is supported by a pair of bumper stays from the rear side. It is fixed to the tip of the side member (front or rear).
アルミニウム製のバンパーステイは、大きく分けて縦圧壊型と横圧壊型がある。図11(a)に示すように、縦圧壊型のバンパーステイは、軸部1を構成する中空の押出形材の前後端に板状の取付用フランジ2,3(バンパーリインフォース4及びサイドメンバ5の取付用)を溶接したもので、押出軸方向が車体前後方向(バンパーリインフォース4の長手方向に対し略垂直)を向いている。横圧壊型バンパーステイは、図11(b)に示すように、前後端に一体的に取付用フランジ7,8が形成された押出形材6からなり、押出軸方向が車体上下方向(バンパーリインフォース4の長手方向に対し垂直)を向いている。横圧壊型バンパーステイの例として、下記特許文献1〜3が挙げられる。
Aluminum bumper stays can be broadly divided into vertical and lateral collapse types. As shown in FIG. 11A, the vertical crushing type bumper stay has plate-
縦圧壊型のバンパーステイは、3つの部品を溶接により一体化するため一般に製造コストが高く、さらに、図11(a)に示すように、バンパーリインフォースの端部取付箇所が車幅方向に対し後方側に傾斜している場合は、軸部押出形材の斜め切断による歩留まり低下、切断コスト及び溶接コストの増大等が問題となる。また、横圧縮型のバンパーステイは、製造コストが安く、バンパーリインフォースの端部取付箇所が車幅方向に対し傾斜又は湾曲していても、容易に対応できる利点があるが、縦圧壊型に比べて重量比エネルギー吸収量が小さく、優位な軽量化効果が得られない点に問題がある。 Vertical crush-type bumper stays are generally expensive to manufacture because the three parts are integrated by welding. Furthermore, as shown in FIG. 11 (a), the bumper reinforcement end mounting portion is rearward with respect to the vehicle width direction. In the case of tilting to the side, there are problems such as a decrease in yield due to oblique cutting of the shaft extruded section, an increase in cutting cost and welding cost. In addition, the lateral compression type bumper stay is less expensive to manufacture and has the advantage that it can be easily accommodated even when the bumper reinforcement end mounting location is inclined or curved with respect to the vehicle width direction. Therefore, there is a problem in that the weight-specific energy absorption amount is small, and a significant lightening effect cannot be obtained.
一方、特願2002−200386、特願2002−357820、特願2002−357821の明細書及び図面には、図11(c)に示すように、アルミニウム合金押出材(管材)からなり、軸部11の両端に電磁成形により取付用フランジ12,13が成形されたバンパーステイが記載されている。
On the other hand, the specifications and drawings of Japanese Patent Application Nos. 2002-240366, 2002-357820, and 2002-357721 are made of an aluminum alloy extruded material (pipe material) as shown in FIG. Bumper stays in which mounting
このバンパーステイは、図12に示すように、アルミニウム押出材を所定長さに切断して素材管14とし、この素材管14の周囲を電磁成形用の金型15(複数個の分割金型から構成される)で囲繞するとともに、素材管14の端部を前記金型15の端面(成形面)16,17から突出させ、素材管14の内部に挿入した電磁成形用コイル18に高電圧で蓄電されている電気エネルギー(電荷)を瞬時に投入(放電)することにより製造される。電磁成形とは、電気エネルギーの投入により、電磁成形用コイル18がきわめて短時間の強力な磁場を形成し、この磁場内におかれたワーク(被加工物)が磁場の反発力(フレミングの左手の法則に従ったLorentz力)によって強い拡張力や収縮力を受けて、高速で塑性変形することを利用し、ワークを所定形状に成形する技術であり、この例では、素材管14は強い拡張力により外径方向(放射方向)に拡径し、前記端面16,17の内側では素材管14は貫通穴19の内面に押し付けられ、端面16,17の外側では素材管14は拡開して該端面16,17に打ち付けられる。
In this bumper stay, as shown in FIG. 12, an extruded aluminum material is cut to a predetermined length to form a
電磁成形は高速変形であるため、加工形状が複雑な場合にも対応可能であり、かつ金型の成形面に押圧して所定の形状を得るため形状精度がよいという利点がある。従って、前記金型15の端面(成形面)16,17を適宜の形状とすることで、軸方向に垂直な面を有するフランジ(フランジ13)だけでなく、軸方向に垂直な面に対して傾斜したフランジ(フランジ12)、あるいは湾曲面からなるフランジなど、バンパーリインフォースやサイドメンバーの取付面の形状に応じた形状のフランジを成形することができる。
なお、電磁成形自体は、下記特許文献4〜7及び非特許文献1に記載されているように、公知技術である。
Since electromagnetic forming is a high-speed deformation, it is possible to cope with a case where the machining shape is complicated, and there is an advantage that the shape accuracy is good because a predetermined shape is obtained by pressing against the molding surface of the mold. Therefore, by making the end surfaces (molding surfaces) 16 and 17 of the
In addition, electromagnetic shaping | molding itself is a well-known technique, as described in the following patent documents 4-7 and nonpatent literature 1.
ところで、従来の3つの部品からなる縦圧壊型バンパーステイは、先に述べたような問題点があるほか、溶接箇所が衝突時に最も荷重が掛かる軸部とフランジの交点になることから、当該箇所において材料特性が低下し、これが予期し得ないエネルギー吸収特性の低下をもたらすおそれがある。 By the way, the conventional crush-type bumper stay consisting of three parts has the above-mentioned problems, and the welded point is the intersection of the shaft and the flange where the load is most applied at the time of collision. In this case, the material properties may deteriorate, and this may lead to an unexpected decrease in energy absorption properties.
一方、管状のアルミニウム合金押出材の両端部を電磁成形等により拡径してフランジを軸部と一体的に成形すれば、この問題点は解消される。しかし、この場合、フランジの外周に近いほど周方向への引張の変形量が大きく、肉厚減少を生じ、さらに薄くなると割れが生じることもある。これはアルミニウム合金押出材の軸部の径に比べてフランジの外径が大きくなるほど問題となる。
そして、この割れ発生の問題は、ファイバー組織を有するアルミニウム合金押出材の場合に特に深刻となる。ファイバー組織は押出方向に平行な粒界がほとんどであり、電磁成形等により投入される拡径の成形力は、その粒界を分断する(引き裂く)方向に作用するからである。また、ファイバー組織では一般に、押出方向に垂直な方向の伸びが小さいことも影響している。ファイバー組織を有するアルミニウム合金押出材は、周知の如く軸方向の圧壊性能に優れるため、バンパーステイとして利用価値が大きいのだが、拡径方向の成形性が等軸晶のものに比べて劣り、管端にフランジを成形するような場合、特に割れが発生しやすく、バンパーリインフォース及びサイドメンバーに連結するに十分な大きさのフランジを成形することがきわめて困難である。
On the other hand, if the both ends of the tubular aluminum alloy extruded material are expanded in diameter by electromagnetic forming or the like and the flange is integrally formed with the shaft portion, this problem is solved. However, in this case, the closer to the outer periphery of the flange, the greater the amount of tensile deformation in the circumferential direction, resulting in a decrease in wall thickness. This becomes more problematic as the outer diameter of the flange becomes larger than the diameter of the shaft portion of the aluminum alloy extruded material.
The problem of occurrence of cracks becomes particularly serious in the case of an aluminum alloy extruded material having a fiber structure. This is because the fiber structure has mostly grain boundaries parallel to the extrusion direction, and the diameter-enlarged forming force introduced by electromagnetic forming or the like acts in a direction to break (tear) the grain boundaries. In addition, the fiber structure generally has a small elongation in the direction perpendicular to the extrusion direction. As is well known, aluminum alloy extruded material with fiber structure is excellent in axial crushing performance, so it has great utility value as a bumper stay, but the moldability in the diameter expansion direction is inferior to that of equiaxed crystals, and the tube When a flange is formed at the end, cracks are particularly likely to occur, and it is extremely difficult to form a flange large enough to be connected to the bumper reinforcement and the side member.
また、図13は電磁成形によるフランジ成形後に、フランジ12の肉厚が外周側になるほど薄くなっている様子を示す(フランジ13も同様である)ものだが、このようにフランジ12の肉厚が径方向に変化しているため、金型15の端面(成形面)16が平面で構成されていたとしても、フランジ12の前面12aは平面にはならず、その結果、図14に示すように、このフランジ12を例えばバンパーリインフォース4の後壁4aに固定するとき、フランジ12とバンパーリインフォース4の後壁4aとの間に隙間19が生じる。この隙間19があると、ボルト・ナット又はリベットにより固定するときはフランジ12に歪みが生じ、溶接によって固定する場合はフランジ12がバンパーリインフォース7の後壁4aから浮いた状態で固定されてしまう(フランジ13をサイドメンバーの先端に固定する場合も同様である)。この点についても、アルミニウム合金押出材の軸部の径に比べてフランジの外径が大きくなるほど問題となる。
FIG. 13 shows a state where the thickness of the
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、溶接箇所が軸部に掛かることがなく、また無理な拡径を行うことなく、軸部の径に比べて外径の大きいフランジを有するバンパーステイ等のフランジ付き管状部材を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above, and the outer diameter of the shaft portion is not compared with the diameter of the shaft portion without causing the welded portion to be applied to the shaft portion and without excessively expanding the diameter. An object of the present invention is to obtain a flanged tubular member such as a bumper stay having a large flange.
本発明に係るフランジ付き管状部材は、(1)管状のアルミニウム合金材からなる軸部材と、前記軸部材の端部に接合されたフランジ部材からなり、前記軸部材にはその端部に前記フランジ部材より小面積の端部フランジが一体的に形成され、前記フランジ部材には前記軸部材が嵌挿される穴とその穴の縁に筒状の穴フランジが形成され、前記軸部材は前記フランジ部材の穴に嵌挿され、その端部フランジが前記フランジ部材と密着重合していることを特徴とする。軸部材の端部フランジの形成は電磁成形等により行うことができ、軸部材とフランジ部材の接合は、溶接や機械的接合手段(リベット等)を利用することもできる。管状のアルミニウム合金材としては、押出材のほか板材を巻いて管状に成形したものも利用することができる。 The tubular member with a flange according to the present invention comprises (1) a shaft member made of a tubular aluminum alloy material, and a flange member joined to an end portion of the shaft member, and the shaft member has the flange at the end portion thereof. An end flange having a smaller area than the member is integrally formed, a hole into which the shaft member is fitted and a cylindrical hole flange is formed at an edge of the hole, and the shaft member is the flange member. The end flange is closely overlapped with the flange member. The end flange of the shaft member can be formed by electromagnetic forming or the like, and the shaft member and the flange member can be joined using welding or mechanical joining means (rivets or the like). As the tubular aluminum alloy material, it is possible to use an extruded material formed by winding a plate material into a tubular shape.
上記フランジ付き管状部材において、フランジ部材の穴フランジの内面に軸部材の外周面が密着していることが望ましい。これにより、軸部材に接合されたフランジ部材がより安定し、製造時における両者の位置合わせも容易となる。さらに、軸部材に張り出し部が形成され、フランジ部材の穴フランジが前記軸部材の端部フランジと張り出し部の間に挟持されていることが望ましい。この場合、軸部材とフランジ部材は、溶接や機械的接合手段を用いることなく接合(一種のかしめ)されているが、溶接や機械的接合手段を合わせて用いることもできる。電磁成形を利用すれば、このフランジ付き管状部材を一回の成形で容易に製造することができる。すなわち、穴とその穴の縁に筒状の穴フランジが形成された板状のフランジ部材と、管状のアルミニウム合金材からなる軸部材を用意し、前記フランジ部材の穴に前記軸部材を嵌挿し、その先端を前記穴から軸方向外側に所定距離突出させ、電磁成形により前記軸部材を拡径し、これにより、前記軸部材を前記穴フランジの内周面に密着させると同時に、前記軸部材の前記穴から突出していた箇所を拡開して前記フランジ部材に密着重合させ、かつ前記穴フランジより軸方向内側では前記軸部材の少なくとも前記穴フランジの近傍を外径方向に張り出させる。これにより、前記軸部材の端部に前記フランジ部材が接合される。 In the flanged tubular member, it is desirable that the outer peripheral surface of the shaft member is in close contact with the inner surface of the hole flange of the flange member. Thereby, the flange member joined to the shaft member becomes more stable, and the alignment of both at the time of manufacture becomes easy. Further, it is desirable that an overhang portion is formed on the shaft member, and a hole flange of the flange member is sandwiched between the end flange of the shaft member and the overhang portion. In this case, the shaft member and the flange member are joined (a kind of caulking) without using welding or mechanical joining means, but welding or mechanical joining means can also be used together. If electromagnetic forming is used, this flanged tubular member can be easily manufactured by a single forming. Specifically, a plate-like flange member in which a cylindrical hole flange is formed at the hole and the edge of the hole, and a shaft member made of a tubular aluminum alloy material are prepared, and the shaft member is inserted into the hole of the flange member. The tip of the shaft member protrudes from the hole in the axial direction by a predetermined distance, and the shaft member is expanded in diameter by electromagnetic forming, whereby the shaft member is brought into close contact with the inner peripheral surface of the hole flange and at the same time The portion protruding from the hole is expanded and closely polymerized with the flange member, and at least the vicinity of the hole flange of the shaft member is projected in the outer diameter direction on the inner side in the axial direction from the hole flange. Thereby, the flange member is joined to the end of the shaft member.
本発明に係る別のフランジ付き管状部材は、(2)管状のアルミニウム合金材からなる軸部材と、前記軸部材の端部に接合されたフランジ部材からなり、前記軸部材にはその端部に前記フランジ部材より小面積の端部フランジが一体的に形成され、前記フランジ部材には前記軸部材が嵌挿される穴が形成され、前記軸部材は前記フランジ部材の穴に嵌挿され、その端部フランジが前記フランジ部材と密着重合していることを特徴とする。軸部材の端部フランジの形成は電磁成形等により行うことができ、軸部材とフランジ部材の接合は、溶接や機械的接合手段を利用することもできる。 Another flanged tubular member according to the present invention comprises (2) a shaft member made of a tubular aluminum alloy material, and a flange member joined to an end of the shaft member, and the shaft member has an end at the end. An end flange having a smaller area than the flange member is integrally formed, and a hole into which the shaft member is inserted is formed in the flange member, and the shaft member is inserted into a hole of the flange member, and an end thereof The part flange is closely polymerized with the flange member. The end flange of the shaft member can be formed by electromagnetic forming or the like, and the shaft member and the flange member can be joined by welding or mechanical joining means.
上記フランジ付き管状部材において、フランジ部材の穴の内縁に軸部材の外周面が密着していることが望ましい。これにより、軸部材に接合されたフランジ部材がより安定し、製造時における両者の位置合わせも容易となる。さらに、軸部材に張り出し部が形成され、フランジ部材の穴の周縁が軸部材の端部フランジと張り出し部の間に挟持されていることが望ましい。この場合、軸部材とフランジ部材は、溶接や機械的接合手段を用いることなく接合(一種のかしめ)されているが、溶接や機械的接合手段を合わせて用いることもできる。電磁成形を利用すれば、このフランジ付き管状部材を一回の成形で容易に製造することができる。すなわち、穴が形成された板状のフランジ部材と、管状のアルミニウム合金材からなる軸部材を用意し、前記フランジ部材の穴に前記軸部材を嵌挿し、その先端を前記穴から軸方向外側に所定距離突出させ、電磁成形により前記軸部材を拡径し、これにより、前記軸部材を前記穴の内縁に密着させると同時に、前記軸部材の前記穴から突出していた箇所を拡開して前記フランジ部材に密着重合させ、かつ前記フランジ部材より軸方向内側では前記軸部材の少なくとも前記フランジ部材の近傍を外径方向に張り出させる。これにより、前記軸部材の端部に前記フランジ部材が接合される。 In the flanged tubular member, it is desirable that the outer peripheral surface of the shaft member is in close contact with the inner edge of the hole of the flange member. Thereby, the flange member joined to the shaft member becomes more stable, and the alignment of both at the time of manufacture becomes easy. Furthermore, it is desirable that an overhang portion is formed in the shaft member, and the peripheral edge of the hole of the flange member is sandwiched between the end flange of the shaft member and the overhang portion. In this case, the shaft member and the flange member are joined (a kind of caulking) without using welding or mechanical joining means, but welding or mechanical joining means can also be used together. If electromagnetic forming is used, this flanged tubular member can be easily manufactured by a single forming. That is, a plate-like flange member in which a hole is formed and a shaft member made of a tubular aluminum alloy material are prepared, the shaft member is fitted into the hole of the flange member, and the tip thereof is axially outward from the hole. The shaft member is protruded by a predetermined distance, and the diameter of the shaft member is increased by electromagnetic forming. Thereby, the shaft member is brought into close contact with the inner edge of the hole, and at the same time, the portion that protrudes from the hole of the shaft member is expanded. The flange member is closely polymerized, and at least the vicinity of the flange member of the shaft member is projected in the outer diameter direction on the inner side in the axial direction from the flange member. Thereby, the flange member is joined to the end of the shaft member.
本発明に係るさらに別のフランジ付き管状部材は、(3)管状のアルミニウム合金材からなる軸部材と、前記軸部材の端部に接合されたアルミニウム合金材からなるフランジ部材からなり、前記軸部材の端部近傍に環状の張り出し部が形成され、前記フランジ部材には穴が形成されてその縁の全周が前記軸部材側にカールし、その先端が前記軸部材の張り出し部に内側から嵌入していることを特徴とする。この場合、軸部材とフランジ部材は、溶接や機械的接合手段を用いることなく接合(一種のかしめ)されている。
電磁成形を利用すれば、このフランジ付き管状部材を一回の成形で容易に製造することができる。すなわち、管状のアルミニウム合金材からなる軸部材と、穴が形成されたアルミニウム合金からなる板状のフランジ部材を用意し、前記穴が前記軸部材の断面のほぼ中央に位置するように前記軸部材の端部に前記フランジ部材を位置決めし、電磁成形により前記フランジ部材の前記穴の周縁部を拡径するとともに、前記軸部材の端部近傍を外径側に環状に張り出させ、前記フランジ部材の拡径した部分を前記軸部材の内周面に密着させると同時に、そのカールした先端を前記軸部材の環状に張り出した箇所に嵌入させる。これにより、前記軸部材の端部に前記フランジ部材が接合される。
Still another flanged tubular member according to the present invention comprises (3) a shaft member made of a tubular aluminum alloy material, and a flange member made of an aluminum alloy material joined to an end of the shaft member, and the shaft member An annular projecting portion is formed in the vicinity of the end portion of the flange member, a hole is formed in the flange member, and the entire circumference of the edge is curled toward the shaft member side, and the tip is fitted into the projecting portion of the shaft member from the inside. It is characterized by that. In this case, the shaft member and the flange member are joined (a kind of caulking) without using welding or mechanical joining means.
If electromagnetic forming is used, this flanged tubular member can be easily manufactured by a single forming. That is, a shaft member made of a tubular aluminum alloy material and a plate-like flange member made of an aluminum alloy in which a hole is formed are prepared, and the shaft member is positioned so that the hole is located at substantially the center of the cross section of the shaft member. The flange member is positioned at the end of the flange member, and the peripheral portion of the hole of the flange member is expanded by electromagnetic forming, and the vicinity of the end portion of the shaft member is annularly projected to the outer diameter side to form the flange member. The diameter-expanded portion is brought into close contact with the inner peripheral surface of the shaft member, and at the same time, the curled tip is fitted into the annularly projecting portion of the shaft member. Thereby, the flange member is joined to the end of the shaft member.
本発明によれば、溶接箇所が軸部に掛かることがなく、また無理な拡径を行うことなく、軸部の径に比べて外径の大きいフランジを有するバンパーステイ等のフランジ付き管状部材を得ることができる。さらに、必要に応じて溶接や機械的接合手段を用いることなく、一回の電磁成形により、軸部材とフランジ部材を一種のかしめにより接合して、フランジ付き管状部材を製造することができる。
また、無理な拡径を行わなくて済むため、軸部材としてファイバー組織のアルミニウム合金押出材を使用することができ、これを例えばバンパーステイとして用いれば、優れた圧壊特性を有するようになる。
According to the present invention, there is provided a tubular member with a flange such as a bumper stay having a flange whose outer diameter is larger than the diameter of the shaft portion without causing the welding portion to be applied to the shaft portion and without excessively expanding the diameter. Obtainable. Furthermore, the flanged tubular member can be manufactured by joining the shaft member and the flange member by a kind of caulking by one electromagnetic forming without using welding or mechanical joining means as required.
In addition, since it is not necessary to perform excessive diameter expansion, an aluminum alloy extruded material having a fiber structure can be used as the shaft member. If this is used as, for example, a bumper stay, excellent crushing characteristics can be obtained.
以下、本発明に係るフランジ付き管状部材について、バンパーステイを例に、図1〜図10を参照して説明する。
図1に示すバンパーステイは、管状のアルミニウム合金押出材からなる軸部材21と、軸部材21の両端部に接合されたフランジ部材22からなる。軸部材21にはその両端にフランジ部材22より外径の小さい端部フランジ23が一体的に形成され、軸方向端部近傍が小径部24となって径が最も小さく、それより軸方向内側が外径側に張り出して大径部25となっている。フランジ部材22には中央部に軸部材21が嵌挿される穴26とその穴26の縁に円筒状の穴フランジ27が形成されている。軸部材21はフランジ部材22の穴26に嵌挿され、端部フランジ23がフランジ部材22の外側の面に密着重合し、一方、張り出した大径部25の端25aが穴フランジ27の端部に当接し、結局、穴フランジ27は端部フランジ23と大径部25の間に挟持された形になっている。また、小径部26の外周面は穴フランジ27の内周面に密着している。
さらに、フランジ部材22にはほぼ端部フランジ23の厚みに相当する段差部28が形成され、内周側の低くなった箇所に端部フランジ23がちょうどはまり込むようになっている。従って、軸部材21の端部フランジ23の外側の面とフランジ部材22の外側の面のうち端部フランジ23と重合していない部分がほぼ面一(同じ高さ)となっている。
Hereinafter, the flanged tubular member according to the present invention will be described with reference to FIGS.
The bumper stay shown in FIG. 1 includes a
Further, a stepped
このバンパーステイの製造方法(電磁成形方法)を図2及び図3を参照して説明する。
フランジ部材22は、図1に示すものと同じ形状であり、円形のブランク(板材)の中央に下穴を開けると同時に段差部28を環状に成形し、続いて下穴にバーリング加工を施して、円筒状の穴フランジ27を成形することにより製造できる。電磁成形に使用する管素材31は穴フランジ27の内径とほぼ同じかやや小さい外径のアルミニウム合金押出材からなる。
電磁成形に使用する金型32は、縦に分割された複数個の分割金型からなり、図2,3に示すように閉じたとき中央に貫通穴33が形成される。この貫通穴33は、金型32の軸方向両端近傍においてほぼ前記穴フランジ27の長さの範囲だけ小径とされ(小径部33a)、この小径部33aの内径は穴フランジ27がちょうどはまり込むように当該穴フランジ27の外径とほぼ同じとされ、小径部33aより軸方向内側の箇所ではそれより大径とされている(大径部33b)。また、金型32の両端面34には段差部34aが形成され、この端面34にフランジ部材22がちょうどはまり込むようになっている。
The bumper stay manufacturing method (electromagnetic forming method) will be described with reference to FIGS.
The
A
図2に示すように、金型32の両端面34に、穴フランジ27が軸方向内側を向くようにしてフランジ部材22をセットし、穴フランジ27の内側に管素材31を挿入する。このとき、管素材31の両端部をフランジ部材22から所定距離突出させる。この突出距離は、図1に示すように、電磁成形された端部フランジ23の外周がフランジ部材27の段差部28の内周側にくるように調整される(突出距離がそのような長さになるように管素材31を切断する)。
続いて、電磁成形用通電コイル体35を管素材31の内部に挿入し、図示しない衝撃電流発生装置に高電圧で蓄荷電されている電気エネルギーを投入すると、管素材31に磁気反発力が生じて管素材31は瞬間的に拡径し、フランジ部材22から突出した端部は大きく拡開してフランジ部材22に打ち当たり、貫通穴33の小径部33aに対応する箇所では穴フランジ27の内面に押し付けられ、さらに貫通穴33の大径部33bでは当該貫通穴33の内面に打ち当たる。なお、電磁成形用通電コイル体35は、電気絶縁体内に成形用コイルが埋め込まれたものである。
As shown in FIG. 2, the
Subsequently, when the electromagnetic forming current-carrying
これにより、図1に示すバンパーステイが成形される。成形後は金型32を分割して、バンパーステイを取り出す。
このバンパーステイでは、管素材31の拡径に伴い、穴フランジ27に成形後の軸部材21(その小径部24)が押し付けられ、同時に軸部材21(その端部フランジ23と大径部25)によりフランジ部材22の穴フランジ27が軸方向に挟持された形となるため、フランジ部材22は軸部材21の両端にしっかりと接合される。穴フランジ27があることにより軸部材21との接触面積が広く、この点も接合強度の向上に寄与する。そして、フランジ部材22がバンパーステイとして十分な外径を有し、一方、軸部材21の端部フランジ23の外径を余り大きく拡径する必要がないので、電磁成形時の割れの発生を防止することができ、また、ファイバー組織を有するアルミニウム合金押出材の使用も十分可能である。
Thereby, the bumper stay shown in FIG. 1 is formed. After molding, the
In this bumper stay, as the diameter of the
上記の例において、フランジ部材22の穴26は円形としたが、これを楕円形としたり、非点対称の形状(例えば穴の縁の大部分が円形だが一部が窪みになっているような穴、あるいは穴の縁の大部分が円形だが一部が直線状となっているような穴)とすることもできる。そのような断面形状は、軸部材21とフランジ部材22の回り止めの作用を有する。いずれの場合も、管素材としては円形断面のものを用いることができ、かつ円形断面のものを用いたとしても、電磁成形により穴フランジの内面に押し付けられた箇所の断面は、前記穴の形状に倣ったものとなる。
この電磁成形により成形される軸部材21(管素材31)は、導電率が高く強い磁気反発力が得られるアルミニウム合金押出材からなるが、フランジ部材22は実質的に変形させていないので、アルミニウム合金板でも鋼板からなるものでもよい。バーリング加工のしやすさからいえば鋼板の方が望ましい。フランジ部材22として鋼板を用いる場合、アルミニウム合金である軸部材21と接触することに伴う電食を防止するため、少なくとも軸部材21と接触する側にアルミめっきなど、電食防止用の表面処理を行うことが望ましい。
また、鋼板は強度が高く、導電性が低く電磁成形による拡張力もほとんど加わらないため、鋼板製のフランジ部材22が管素材31が拡径する際の拡張力を受け止めるだけの強度を有し、かつその成形時においてフランジ部材22が位置ずれ等を起こすことのないように位置決めを確実に行えるのであれば、金型32を用いることなく電磁成形を行うこともできる。
In the above example, the
The shaft member 21 (tube material 31) formed by this electromagnetic forming is made of an aluminum alloy extruded material having high electrical conductivity and a strong magnetic repulsive force. However, since the
Further, since the steel plate has high strength, low electrical conductivity, and little expansion force due to electromagnetic forming is applied, the steel
続いて、以下、本発明に包含される他のバンパーステイ及びフランジ付き管状部材について説明する。
図4に示すバンパーステイは、実質的に図1に示すバンパーステイと同じであるが、軸部材21とフランジ部材22をより強固に接合するため、軸部材21とフランジ部材22を溶接したものである。溶接箇所36は、端部フランジ23の外周縁である。溶接箇所36が軸部材21の軸部37(図1の小径部24及び大径部25に相当)から外径方向に離れているので、熱影響による材料特性の低下が軸部37に及ばず、予期しないエネルギー吸収特性の低下も防止できる。
Subsequently, other bumper stays and flanged tubular members included in the present invention will be described below.
The bumper stay shown in FIG. 4 is substantially the same as the bumper stay shown in FIG. 1 except that the
図5に示すバンパーステイは、軸部材21の大径部(ビード状の張り出し部)38が穴フランジ27の近傍にのみ形成されている点で、図1に示すバンパーステイと異なり、他の点は事実上同一である。そして、図1に示すバンパーステイと同様に、穴フランジ27に軸部37の小径部24が押し付けられ、同時に穴フランジ27は端部フランジ23と大径部38により挟持された形となり、フランジ部材22は軸部材21の両端にしっかりと接合される。
図5に示すバンパーステイの製造に当たっては、仮想線で示すように、大径部38に対応する箇所に管状の凹部39aが形成された電磁成形用金型39を使用すればよい。管素材はこの凹部39aにおいて、電磁成形時に加わる拡張力に応じて自由に拡径(張り出し変形)する。
The bumper stay shown in FIG. 5 differs from the bumper stay shown in FIG. 1 in that the large-diameter portion (bead-like protruding portion) 38 of the
In manufacturing the bumper stay shown in FIG. 5, an electromagnetic forming
図6に示すバンパーステイは、軸部材21の一方の端部にのみフランジ部材22を接合し、他方の端部の取付用フランジとして軸部材21と一体の端部フランジ41をそのまま利用するものである。バンパーステイの取付用フランジとしては、一般にサイドメンバー側の方が大径のものが必要であり、そちらは別途フランジ部材22を必要とするが、バンパーリインフォース側の取付用フランジはより小径で済むため、こちらは軸部材21の端部を拡径した端部フランジ41で対応できる場合がある。そのようなとき、このようなバンパーステイを用いることができる。
図6に、仮想線で電磁成形用金型42及び軸部材21を成型するための管素材31を示す。
The bumper stay shown in FIG. 6 joins the
FIG. 6 shows a
図7に示すフランジ付き管状部材は、軸部材51の一方の端部にフランジ部材22が接合されたものである。このフランジ部材22は図1等におけるフランジ部材22と同じ形状であるが、軸部材51には一方の端に端部フランジ52が一体的に形成されているだけで、他端にはフランジはなく、張り出し部等も形成されていない。
このフランジ付き管状部材において、軸部材51はフランジ部材22の穴26に嵌挿され、端部フランジ52がフランジ部材22の外側の面に密着重合し、軸部53の外周面が穴フランジ27の内周面に密着している。フランジ部材22にはほぼ端部フランジ52の厚みに相当する段差部28が形成され、内周側の低くなった箇所に端部フランジ52がちょうどはまり込み、端部フランジ52の外周縁が溶接箇所54となり、これにより軸部材51とフランジ部材22が接合されている。また、軸部材51の端部フランジ52の外側の面とフランジ部材22の外側の面のうち端部フランジ52と重合していない部分がほぼ面一となっている。
このフランジ付き管状部材においても、図4に示すバンパーステイと同様に、溶接箇所54が軸部材51の軸部53から外径方向に離れているので、熱影響による材料特性の低下が軸部53に及ばない利点がある。
The flanged tubular member shown in FIG. 7 is obtained by joining the
In this flanged tubular member, the
Also in this tubular member with flange, similarly to the bumper stay shown in FIG. 4, the welded
このフランジ付き管状部材を電磁成形で行う場合、電磁成形用金型56(図7の仮想線参照)の端面57に穴フランジ27が軸方向内側を向くようにしてフランジ部材22をセットし、穴フランジ27の内側に管状のアルミニウム合金押出材からなる管素材58(図7の仮想線参照)を挿入する。このとき、管素材58の端部をフランジ部材22から所定距離突出させる。この突出距離は、先に図2を用いて説明したと同様に調整される。なお、金型56の端面57は、図3に示す金型32と同様の形状であり、金型56の貫通穴は、端面57の近傍においてほぼ前記穴フランジ27の長さの範囲だけ大径とされ、ここは穴フランジ27がちょうどはまり込むように当該穴フランジ27の外径とほぼ同じとされ、その他の箇所では管素材58の外径とほぼ同じかやや大径とされている。
続いて先に説明したと同様の手順で電磁成形すると、管素材58は瞬間的に拡径し、フランジ部材22から突出した端部は大きく拡開してフランジ部材22に打ち当たり、金型56の貫通穴内部では、穴フランジ27の内周面及び前記貫通穴に押し付けられる。
なお、端部フランジ52の成形は、プレス成形(プレス拡管)を利用して行うこともできる。また、端部フランジ52の成形後に軸部材51をフランジ部材22に嵌挿してもよいし、管素材58をフランジ部材22に嵌挿後に端部フランジを成形してもよい。
When this flanged tubular member is formed by electromagnetic forming, the
Subsequently, when the electromagnetic forming is performed in the same procedure as described above, the
Note that the
図8に示すバンパーステイは、軸部材61とその両端に接合されたフランジ部材62からなる。軸部材61にはその両端にフランジ部材62より外径の小さい端部フランジ63が一体的に形成され、軸方向端部近傍が小径部64となって径が最も小さく、それより軸方向内側が外径側に張り出して大径部65となっている。フランジ部材62には中央部に軸部材61が嵌挿される穴66が形成されている。軸部材61はフランジ部材62の穴66に嵌挿され、端部フランジ63がフランジ部材62の外側の面に密着重合し、一方、張り出した大径部65の端65aがフランジ部材62の内側に当接し、結局、穴66の周縁が縁部フランジ63と大径部65の間に挟持された形になっている。また、小径部64の外周面は穴66の内縁に密着している。要するに、フランジ部材62は穴フランジ27が形成されていない点で、図1に示すフランジ部材22とは異なり、それに伴い軸部材61の形状も図1に示す軸部材21とは異なるが、図1に示すバンパーステイとの相違点はそれだけである。この場合も、図4に示すように、軸部材61とフランジ部材62を溶接することができる。
なお、図8には、電磁成形用金型67及び管素材68を仮想線で示している。
The bumper stay shown in FIG. 8 includes a shaft member 61 and
In FIG. 8, the electromagnetic forming
図9に示すフランジ付き管状部材は、管状のアルミニウム合金押出材からなる軸部材71と、軸部材71の端部に接合されたフランジ部材72からなる。軸部材71にはその端部近傍に環状の張り出し部73が形成され、フランジ部材72には中央部に穴74が形成されてその縁の全周が軸部材71側にカールし、そのカール部75の先端が前記張り出し部73に内側から嵌入してその底部に当接し、かつカール部75の外周面が軸部材71の端部内周面に密着している。
The flanged tubular member shown in FIG. 9 includes a
このフランジ付き管状部材の製造方法(電磁成形方法)を図10を参照して説明する。
管素材76は円筒形のアルミニウム合金押出材からなり、フランジ素材77は中央部に穴78(穴74より小さい径の穴)が開けられたアルミニウム合金板からなり、フランジ素材77の一方の面が管素材76の端面に当接し、穴78が管素材76の断面の中心に位置している。また、フランジ素材77の穴78の縁部近傍は管素材76側に傾斜している。
電磁成形に使用する金型は主金型81と押さえ金型82からなる。主金型81は縦に分割された複数個の分割金型からなり、図10に示すように閉じたとき中央に貫通穴83が形成され、この貫通穴83の端部近傍に環状の凹部83aが形成されている。貫通穴83の内径は凹部83aを除いて管素材76の外径とほぼ同じとされている。押さえ金型82にも中央に貫通穴84が形成されている。
A manufacturing method (electromagnetic forming method) of the flanged tubular member will be described with reference to FIG.
The
A mold used for electromagnetic forming is composed of a main mold 81 and a
図10に示すように、主金型81内に管素材76を挿入し、その端面(上端)が主金型81の端面85とほぼ一致するように位置決めし、主金型81の端面85にフランジ素材77を載置し、その上を押さえ金型82で押さえ、続いて、電磁成形用通電コイル体86をフランジ素材77及び管素材76の内部に挿入し、電気エネルギーを投入する。これによりフランジ素材77の穴78の周縁部(管素材76の断面内に入っている部分)及び管素材76が瞬間的に拡径し、前記穴78の縁部近傍は大きく拡開して管素材76の端部近傍の内周面に打ち当てられ、一方、管素材76の端部近傍は凹部83a内に張り出して前記張り出し部73を形成し、その結果、図9に示すように、穴74の縁にカール部75が形成され、該カール部75の外周が軸部材71の端部内周面に密着すると同時に、そのカールした先端が軸部材71の張り出し部73の内部に内側から嵌入する。これにより、軸部材71とフランジ部材72が接合する。
このフランジ付き管状部材では、軸部材71もフランジ部材72も、余り大きく拡径する必要がないので、電磁成形時の割れの発生を防止することができ、また、軸部材71としてファイバー組織を有するアルミニウム合金押出材の使用も十分可能である。
As shown in FIG. 10, the
In this flanged tubular member, neither the
以上、主としてバンパーステイを例にして本発明を具体的に説明したが、本発明は全く同様の形態で他のフランジ付き管状部材、例えば車両用のインストルメントパネル用リインフォースなど、他部材へ取り付けるフランジ付き管状部材に広く適用することができる。また、軸部材の両端にフランジ部材を接合するか、一方の端部にフランジ部材を接合するかは、フランジ付き管状部材の使用形態に応じて任意に選択し得る。さらに、上記の例では、フランジ付き管状部材の軸部の軸中心線とフランジが垂直になるように、軸部材とフランジ部材が接合されていたが、図12に示すバンパーステイのように、軸部の軸中心線とフランジが傾斜しているようなもの、あるいはフランジが湾曲しているようなもの、さらにはそれらを組み合わせたものも本発明に含まれ、かつ前記と同様の方法で製造できる。 The present invention has been specifically described above mainly using a bumper stay as an example. However, the present invention is a flange member attached to another member, such as a tubular member with another flange, for example, a reinforcement for an instrument panel for a vehicle, in the same form. It can be widely applied to the attached tubular member. Further, whether the flange member is joined to both ends of the shaft member or the flange member is joined to one end portion can be arbitrarily selected according to the use form of the flanged tubular member. Further, in the above example, the shaft member and the flange member are joined such that the shaft center line of the shaft portion of the flanged tubular member and the flange are perpendicular to each other. However, as in the bumper stay shown in FIG. Those in which the axial center line of the portion and the flange are inclined, those in which the flange is curved, or combinations thereof are also included in the present invention and can be manufactured by the same method as described above. .
21,51,61、71 軸部材
22,62,72 フランジ部材
23,41,63 端部フランジ
25,38,65 大径部(張り出し部)
26,66、74 穴
27 穴フランジ
28 段差部
31,58、68、76 管素材
32,39,42,56,67,81,82 電磁成形用金型
35,86 電磁成形用コイル体
36,54 溶接箇所
73 張り出し部
75 カール部
77 フランジ素材
78 穴
21, 51, 61, 71
26, 66, 74
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