JP2007191054A - Automobile suspension arm, and aluminum alloy forging material - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a suspension arm capable of preventing the deterioration of uniting stiffness of a joint portion, and being made to be compact. <P>SOLUTION: The aluminum alloy suspension arm has an arm portion 2, and a ball joint portion 3 supporting a stud bolt on a first end side of the arm portion 2. The ball joint portion 3 has a generally cylindrical storing portion 4 having an insertion hole 10 storing a ball of the stud bolt, a generally cylindrical cramping part 5 which has a smaller diameter and projects from the storing portion 4 to an insertion hole side to clip the ball 34 of the stud bolt, and an end plate attaching groove 8 formed along a circumferential direction on an inner diameter side of the cramping part 5. If the width in a radial direction of the cramping part 5 is x mm, the wall thickness of the cramping part 5 is h mm, and the outer radius of the end plate attaching groove 8 is r mm, a shape variable of a cramping part cross section expressed by x×h/r is 0.3 to 0.8 mm. Therefore, the deterioration of uniting stiffness of the joint portion due to cramping is prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ボールジョイント部の外径が小さくても、かしめ加工性に優れた、アルミニウム合金自動車サスペンションアーム、および、この素材であるアルミニウム合金鍛造材に関するものである。   The present invention relates to an aluminum alloy automobile suspension arm excellent in caulking workability even when the outer diameter of a ball joint portion is small, and an aluminum alloy forging material which is the material thereof.

自動車などの車輪側に支持される支持部材に対して、ボールジョイントに接合するなどの接合構造を介して、自動車用足回り部材としてのサスペンションアームが取り付けられる。このサスペンションアームは、一般な構造として、所定の長さを備えるアーム部と、このアーム部の一端側で前記ボールジョイントに支持するためのジョイント部と、前記アーム部の他端側でサブメンバなどの車体側に係合される車体側係合部とを備えている。ただ、サスペンションアームの具体的な形状は、車種に応じて種々異なるものが使用されている。   A suspension arm as an undercarriage member for an automobile is attached to a support member supported on a wheel side of an automobile or the like via a joining structure such as joining to a ball joint. As a general structure, the suspension arm includes an arm portion having a predetermined length, a joint portion for supporting the ball joint on one end side of the arm portion, a sub member on the other end side of the arm portion, and the like. And a vehicle body side engaging portion engaged with the vehicle body side. However, the concrete shape of the suspension arm is different depending on the vehicle type.

サスペンションアームは、一般的に、車輪 (タイヤ) の車軸のサスペンションを構成する支持部材（キャリア等）のスタッドボルト（ボールスタッドボルト）を介して前記ボールジョイント部が支持される。また、車体側係合部が車軸の車体側となる係合位置に係合して支持されるものである。   The suspension arm generally supports the ball joint portion via a stud bolt (ball stud bolt) of a support member (carrier or the like) constituting a suspension of a wheel (tire) axle. Further, the vehicle body side engaging portion is engaged and supported at an engaging position on the vehicle body side of the axle.

サスペンションアームは、操縦安定性を向上させるために、一方のジョイント部から他方のジョイント部（車体側係合部）までの支点間の距離を長くすることが求められる。また、同じく操縦安定性を向上させるために、ジョイント部のジョイント中心をタイヤ中心に近づけることで、スクラブ半径（タイヤ接地面におけるホイールの中心線と上下ジョイントを結ぶ線の交点間距離）を小さくでき、トルクステアを小さくすることが求められる。また、サスペンションアームが設置される設置環境は、自動車の車輪の近傍であるため、設置スペースが限られており、前記したアーム部の構成を実現するためには制約がある。   The suspension arm is required to increase the distance between fulcrum points from one joint part to the other joint part (vehicle body side engaging part) in order to improve steering stability. Also, to improve steering stability, the scrub radius (distance between the intersection of the wheel center line and the line connecting the upper and lower joints on the tire contact surface) can be reduced by bringing the joint center of the joint part closer to the tire center. Therefore, it is required to reduce the torque steer. In addition, since the installation environment in which the suspension arm is installed is in the vicinity of the wheel of the automobile, the installation space is limited, and there is a restriction to realize the configuration of the arm portion described above.

このため、サスペンションアームはコンパクト化される傾向にあり、特に、前記ボールジョイント部においては、その外径などのボールジョイント寸法を小さく形成することが望まれている。また、このボールジョイント部の形状を小さくすることで、サスペンションアームの設計の自由度が増す効果もある。この結果、最近では、このボールジョイント部の外径を例えば50mmΦ以下の小径としたようなサスペンションアームも求められている。   For this reason, the suspension arm tends to be made compact. In particular, it is desired that the ball joint portion has a small ball joint dimension such as an outer diameter thereof. Further, by reducing the shape of the ball joint portion, there is an effect of increasing the degree of freedom in designing the suspension arm. As a result, recently, there has been a demand for a suspension arm in which the outer diameter of the ball joint portion is a small diameter of, for example, 50 mmΦ or less.

これに対して、従来の鋼製のサスペンションアームは、プレス成形により形成されるため、ボールジョイント部が大きくなりがちで、外径を例えば50mmΦ以下の小径とするのは困難であった（特許文献１参照）。   On the other hand, since conventional steel suspension arms are formed by press molding, the ball joint portion tends to be large, and it has been difficult to reduce the outer diameter to a small diameter of, for example, 50 mmΦ or less (patent document) 1).

そのため、この鋼製の素材に代わり、アルミニウム合金によりサスペンションアームを形成したものが提案されている（例えば特許文献２参照）。このアルミニウム合金製のサスペンションアームはボールジョイント部とアーム部とが一体で、かつ、ジョイント部が小さく、かつアーム部が長く形成することができ、また、強度および重量の点でも鋼製より優れている。   Therefore, instead of this steel material, an aluminum alloy suspension arm is proposed (see, for example, Patent Document 2). This aluminum alloy suspension arm has a ball joint part and an arm part that are integrated, a small joint part and a long arm part, and is superior to steel in terms of strength and weight. Yes.

このようなアルミニウム合金サスペンションアームは、鋳造材によるものと、鍛造材によるものとがある。鍛造材にせよ、鋳造材にせよ、アルミニウム合金により形成されたサスペンションアームは、図6 にサスペンションアーム100 の断面図を示すように、そのボールジョイント部102 がアーム部106 の端部に一体に形成されている。このアーム部106 の他端側には、図示はしないが、サブメンバなどの車体側に係合される車体側係合部を備えている。アーム部およびジョイント部は、それぞれ機械加工代を付加されると共に、抜き勾配をつけて鍛造あるいは鋳造材とされている。   Such an aluminum alloy suspension arm includes a cast material and a forged material. A suspension arm made of an aluminum alloy, whether forged or cast, has a ball joint portion 102 formed integrally with the end of the arm portion 106, as shown in the sectional view of the suspension arm 100 in FIG. Has been. The other end side of the arm portion 106 is provided with a vehicle body side engaging portion that is engaged with the vehicle body side such as a sub member (not shown). The arm portion and the joint portion are each provided with a machining allowance, and are forged or cast with a draft.

ボールジョイント部 (ソケット部とも言う) は、スタッドボルト133 のボール134 を収容（圧入）する挿入穴103 を有する略円筒状の収容部（ボールジョイント部）102 と、この収容部102 から、より小径にかつ挿入穴103 側に突出して、スタッドボルトのボールを挟持する略円筒状のかしめ部分 (あるいはかしめ爪部とも言う)107とからなる。   The ball joint portion (also referred to as a socket portion) includes a substantially cylindrical housing portion (ball joint portion) 102 having an insertion hole 103 for housing (press-fit) the ball 134 of the stud bolt 133, and a smaller diameter from the housing portion 102. And a substantially cylindrical caulking portion (also referred to as caulking claw portion) 107 that protrudes toward the insertion hole 103 and sandwiches the stud bolt ball.

収容部102 は、挿入穴103 に収容したボール134 を、樹脂ベアリング137 を介して組み付け、揺動可能に支持している。   The accommodating portion 102 supports the ball 134 accommodated in the insertion hole 103 through a resin bearing 137 so as to be swingable.

このボールジョイント部102 には、自動車の走行中に、スタッドボルト133 のボール134 が挿入穴103 を出入り (揺動) するため、スタッドボルト133 の軸方向 (図6 の上下方向) の大きな応力が繰り返し負荷される。   A large stress in the axial direction of the stud bolt 133 (vertical direction in FIG. 6) is applied to the ball joint portion 102 because the ball 134 of the stud bolt 133 enters and exits (swings) the insertion hole 103 while the vehicle is running. It is repeatedly loaded.

このため、挿入穴103 の周縁部分の中でも、スタッドボルト133 のボール134 側のかしめ部分107 には、特に、大きな応力がかかる。したがって、自動車の走行中に、このかしめ部分107 が局部的に破壊して、スタッドボルト133 のボール134 が挿入穴103 から抜け出さないように、このかしめ部分107 の強度を維持する必要がある。   Therefore, a large stress is particularly applied to the caulking portion 107 on the ball 134 side of the stud bolt 133 among the peripheral portion of the insertion hole 103. Therefore, it is necessary to maintain the strength of the caulking portion 107 so that the caulking portion 107 does not break locally and the ball 134 of the stud bolt 133 does not come out of the insertion hole 103 while the automobile is running.

かしめ部分107 の内径は、かしめ加工を受ける前の状態である、サスペンションアーム用素材（アルミニウム合金鋳造材あるいは鍛造材）の段階では、スタッドボルト133 のボール134 を挿入（圧入）するために、収容部102 と同程度に広幅である。   The inner diameter of the caulking portion 107 is accommodated in order to insert (press-fit) the ball 134 of the stud bolt 133 at the stage of the suspension arm material (aluminum alloy casting material or forging material), which is in a state before being caulked. It is as wide as the part 102.

この状態で、挿入穴103 に、スタッドボルト133 のボール134 を挿入して装着（収容）後に、かしめ部分107 の内径側に周方向に亙って形成されたエンドプレート取り付け溝109 に、ボール134 保持用の鋼製のエンドプレート110 が取り付けられる。   In this state, after the ball 134 of the stud bolt 133 is inserted into the insertion hole 103 and mounted (accommodated), the ball 134 is inserted into the end plate mounting groove 109 formed in the circumferential direction on the inner diameter side of the caulking portion 107. A holding steel end plate 110 is attached.

その上で、前記かしめ部分107 は、内径を縮小させるとともに、その先端部107aを挿入穴103 側に向かって（内側に向けて）突出させる、かしめ加工によって形成される。このかしめ加工は、かしめ部分107 先端部の周縁部に沿ってロ−ル加工などによって行なわれる。   In addition, the caulking portion 107 is formed by caulking processing that reduces the inner diameter and projects the tip end portion 107a toward the insertion hole 103 (inward). This caulking process is performed by a roll process or the like along the peripheral edge portion of the front end portion of the caulking portion 107.

しかし、このようなかしめ加工では、アルミニウム合金サスペンションアームの場合には、エンドプレート取り付け溝109 の内面あるいは隅角部に、かしめ加工に起因する残留応力が蓄積し、この残留応力により、ジョイント部の結合強度が低下する場合がある。   However, in such a caulking process, in the case of an aluminum alloy suspension arm, residual stress resulting from caulking process accumulates on the inner surface or corner of the end plate mounting groove 109, and this residual stress causes Bond strength may decrease.

この問題は、特に、前記ボールジョイント部の外径を例えば50mm以下の小径としたような場合に顕著となる。   This problem is particularly noticeable when the outer diameter of the ball joint portion is a small diameter of, for example, 50 mm or less.

このような課題に対して、従来から、アルミニウム合金をプレス加工して作製した１対のアルミニウム部材を袋構造に溶接して形成したサスペンションアーム本体と、このサスペンションアーム本体をバーリング加工して作製した、立ち上げ部を有するボールジョイント圧入部及びブッシュ圧入部と、から構成することが提案されている（特許文献２参照）。
特開平１０−３７９４４号公報（段落番号００１３〜００１７） 特開２００４−２９９６６３公報（特許請求の範囲、図１） 特開２００４−２２４２４６公報（特許請求の範囲、図１） In response to such problems, conventionally, a suspension arm body formed by welding a pair of aluminum members produced by pressing an aluminum alloy to a bag structure, and burring the suspension arm body were produced. It has been proposed that a ball joint press-fitting part having a rising part and a bush press-fitting part are configured (see Patent Document 2).
JP-A-10-37944 (paragraph numbers 0013 to 0017) JP 2004-299663 A (Claims, FIG. 1) JP 2004-224246 A (Claims, FIG. 1)

しかし、前記特許文献３は、アルミニウム合金鋳造材あるいは鍛造材からなる一体のサスペンションアームにおけるかしめ加工を回避して、サスペンションアーム本体を溶接による組み立て構造とするものである。このため、溶接部接合部の接合強度の信頼性が問題となり、保安部品としての信頼性や実用性に欠ける問題がある。したがって、アルミニウム合金鋳造材あるいは鍛造材から一体に構成されるサスペンションアームにおけるかしめ加工の課題の本質的な解決には繋がらない。   However, Patent Document 3 avoids caulking in an integral suspension arm made of an aluminum alloy cast material or a forged material, and makes the suspension arm body an assembly structure by welding. For this reason, the reliability of the joint strength of the welded joint becomes a problem, and there is a problem that the safety part is lacking in reliability and practicality. Therefore, it does not lead to an essential solution of the problem of the caulking process in the suspension arm integrally formed from the aluminum alloy cast material or the forged material.

本発明は、このような課題に鑑み創案されたものであり、ボールジョイント部の外径を50mmΦ以下の小径にコンパクト化したとしても、かしめ加工の際の残留応力によるジョイント部の結合強度低下が生じないアルミニウム合金サスペンションアームおよびアルミニウム合金サスペンションアーム材を提供することを目的とする。   The present invention was devised in view of such problems, and even if the outer diameter of the ball joint portion is reduced to a small diameter of 50 mmΦ or less, the joint strength of the joint portion is reduced due to residual stress during caulking. An object of the present invention is to provide an aluminum alloy suspension arm and an aluminum alloy suspension arm material that do not occur.

この目的を達成するため、本発明自動車サスペンションアームの要旨は、アーム部と、このアーム部の一端側でスタッドボルトを支持するボールジョイント部とを有し、このボールジョイント部が、スタッドボルトのボールを収容する挿入穴を有する略円筒状の収容部と、この収容部からより小径にかつ挿入穴側に突出してスタッドボルトのボールを挟持する略円筒状のかしめ部分と、このかしめ部分の内径側に周方向に亙って形成されたエンドプレート取り付け溝とを有する、アルミニウム合金サスペンションアームにおいて、かしめ部分の半径方向の幅をx mm、かしめ部分の肉厚をh mm、エンドプレート取り付け溝の外半径をr mmとした時、 x×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数が0.3mm 〜0.8mm の範囲にあることとする。   In order to achieve this object, the gist of the automobile suspension arm of the present invention includes an arm portion and a ball joint portion that supports a stud bolt on one end side of the arm portion, and the ball joint portion is a ball of the stud bolt. A substantially cylindrical accommodating portion having an insertion hole for accommodating the stud, a substantially cylindrical crimping portion that protrudes from the housing portion toward the insertion hole side with a smaller diameter, and holds the ball of the stud bolt, and an inner diameter side of the crimping portion In the aluminum alloy suspension arm, the radial width of the caulking portion is x mm, the thickness of the caulking portion is h mm, and the end plate mounting groove is formed outside the end plate mounting groove. When the radius is r mm, the shape variable of the crimped partial cross section represented by x × h / r is in the range of 0.3 mm to 0.8 mm.

また、同じくこの目的を達成するための、本発明自動車サスペンションアーム用アルミニウム合金鍛造材の要旨は、上記要旨の自動車サスペンションアームを得るためのアルミニウム合金鍛造材であって、前記自動車サスペンションアームにおける、アーム相当部と、このアーム相当部の一端側でスタッドボルトを支持するボールジョイント相当部とを有し、このボールジョイント相当部が、スタッドボルトのボールを収容する挿入穴を有する略円筒状の収容部相当部と、この収容部相当部からより小径にかつ挿入穴側に突出してスタッドボルトのボールを挟持する略円筒状のかしめ相当部分と、このかしめ相当部分の内径側に周方向に亙って形成されたエンドプレート取り付け溝相当部分とを有し、このかしめ相当部分をかしめ加工して得られる自動車サスペンションアームのかしめ部分における、かしめ部分の半径方向の幅をx mm、かしめ部分の肉厚をh mm、エンドプレート取り付け溝の外半径をr mmとした時、 x×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数が0.3mm 〜0.8mm の範囲となるように、前記かしめ相当部分が予め構成されていることである。   In order to achieve this object, the summary of the aluminum alloy forged material for an automobile suspension arm according to the present invention is an aluminum alloy forged material for obtaining the automobile suspension arm of the above summary, wherein the arm in the automobile suspension arm A substantially cylindrical housing portion having an equivalent portion and a ball joint equivalent portion for supporting a stud bolt on one end side of the arm equivalent portion, and the ball joint equivalent portion having an insertion hole for receiving a ball of the stud bolt. An equivalent portion, a substantially cylindrical caulking equivalent portion that protrudes toward the insertion hole side with a smaller diameter from the accommodating portion equivalent portion, and sandwiches the ball of the stud bolt, and extends to the inner diameter side of the caulking equivalent portion in the circumferential direction. The end plate mounting groove equivalent part is formed, and the caulking equivalent part is obtained by caulking. X × h / r, where x is the radial width of the caulking part, h mm is the thickness of the caulking part, and r mm is the outer radius of the end plate mounting groove. That is, the caulking-corresponding portion is configured in advance so that the shape variable of the caulking portion cross section is in the range of 0.3 mm to 0.8 mm.

前記した通り、本発明が課題とするジョイント部の結合強度低下は、かしめ加工の際に生じる残留応力による。即ち、かしめ加工は、素材である鍛造材のかしめ相当部分の口絞り加工でもあるが、このような口絞り加工の際には、必然的に、鍛造材のかしめ相当部分の周方向に、ロールなどによって圧縮応力が負荷される。   As described above, the reduction in the joint strength of the joint, which is the subject of the present invention, is due to the residual stress generated during caulking. In other words, the caulking process is also a squeezing process for the caulking part of the forging material, which is a material. Compressive stress is applied due to the above.

そして、このかしめ加工終了後に、ロールなどによる圧縮応力負荷が除荷された場合には、この圧縮応力が開放される過程で、かしめ部分先端が外方に広がる方向に変形する。この変形に伴い、かしめ部分の根元部分である、前記したエンドプレート取り付け溝の内面あるいは隅角部には、子午線方向に引張の残留応力が生じ、これがジョイント部の結合強度低下の原因となる。   Then, when the compressive stress load by the roll or the like is unloaded after the caulking process, the caulking portion tip is deformed in the direction of spreading outward in the process of releasing the compressive stress. Along with this deformation, tensile residual stress is generated in the meridian direction on the inner surface or corner portion of the end plate mounting groove, which is the root portion of the caulking portion, and this causes a decrease in the joint strength of the joint portion.

また、これら除荷後の変形や残留応力蓄積の傾向は、ボールジョイント部の外径を例えば50mm以下の小径としたような場合に、特に顕著となる。ボールジョイント部の外径が例えば50mmΦ以下の小径となるほど、かしめ加工の際のロールなどによる局部的な圧縮応力負荷が大きくなり、この分前記除荷後の変形や残留応力蓄積の傾向が大きくなる。   In addition, the tendency of deformation and residual stress accumulation after unloading becomes particularly prominent when the outer diameter of the ball joint portion is set to a small diameter of, for example, 50 mm or less. For example, the smaller the outer diameter of the ball joint portion is, for example, 50 mmΦ or less, the greater the local compressive stress load caused by the roll during caulking, and the greater the tendency for deformation and residual stress accumulation after unloading. .

このため、本発明では、アルミニウム合金サスペンションアーム、あるいはサスペンションアーム用アルミニウム合金鍛造材において、従来よりも、前記かしめ部分乃至前記かしめ相当部分（かしめ加工を受ける部分）のメタル分（質量）を減少させる。   Therefore, in the present invention, in the aluminum alloy suspension arm or the aluminum alloy forged material for the suspension arm, the metal portion (mass) of the caulking portion or the caulking equivalent portion (the portion subjected to caulking processing) is reduced as compared with the conventional case. .

これによって、かしめ加工の際の、かしめ相当部分へのロールなどによる圧縮応力負荷を低減して、かしめ加工終了後の圧縮応力負荷の除荷時における、かしめ部分先端の外方へ広がる変形と、エンドプレート取り付け溝の内面及び隅角部の引張残留応力蓄積とを抑制する。   This reduces the compressive stress load due to the roll to the caulking equivalent part during caulking, and the deformation that spreads outward of the caulking part tip at the time of unloading the compressive stress load after the caulking process, This suppresses the accumulation of tensile residual stress at the inner surface and corners of the end plate mounting groove.

このかしめ部分乃至かしめ相当部分（かしめ加工を受ける部分）のメタル分を減少させた形状を、かしめ部分断面の形状変数で表したのが、前記 x×h/r である。   The shape of the caulking portion or the portion corresponding to caulking (the portion subjected to the caulking process) in which the metal content is reduced is expressed by the shape variable of the caulking portion cross section as the above x × h / r.

前記ボールジョイント部の外径を例えば50mm以下の小径としたような場合、エンドプレート取り付け溝の外半径 (あるいはかしめ部分内側に亙って半径方向に装着されるリング状エンドプレートの外半径) であるr は、これに応じて小さくなる。また、ボールジョイント部あるいはかしめ部分の強度向上のためには、かしめ部分の半径方向の幅x やかしめ部分の肉厚h （前記かしめ部分断面の形状変数の分子）を比較的大きくする。   When the outer diameter of the ball joint portion is a small diameter of 50 mm or less, for example, the outer radius of the end plate mounting groove (or the outer radius of the ring-shaped end plate that is mounted radially in the caulking portion inside) Some r will be reduced accordingly. In order to improve the strength of the ball joint portion or the caulking portion, the radial width x of the caulking portion and the thickness h of the caulking portion (the numerator of the shape variable of the caulking portion cross section) are relatively increased.

このため、通常の自動車サスペンションアームや、素材であるアルミニウム合金鍛造材の、前記かしめ部分断面の形状変数である x×h/r は、各寸法をmm単位で表した場合に、0.8mm を超える値となりやすい。   For this reason, xxh / r, which is the shape variable of the caulking partial cross section of a normal automobile suspension arm or aluminum alloy forging material, exceeds 0.8 mm when each dimension is expressed in mm. It tends to be a value.

このため、通常の自動車サスペンションアームや、素材であるアルミニウム合金鍛造材の、かしめ部分乃至前記かしめ相当部分（かしめ加工を受ける部分）のメタル分（質量）は、本発明に比して、必然的に多くなっていた。そして、このことが、前記した、かしめ加工におけるロールなどによる圧縮応力を増大させて、かしめ加工終了後の圧縮応力負荷の除荷時における前記かしめ部分先端の外方へ広がる変形や、それに伴うエンドプレート取り付け溝の内面あるいは隅角部の引張残留応力の蓄積を助長し、ジョイント部の結合強度低下を発生しやすくしていた。   For this reason, the metal part (mass) of the caulking part or the caulking equivalent part (the part subjected to the caulking process) of the normal automobile suspension arm or the aluminum alloy forging material, which is the material, is inevitably compared to the present invention. It was a lot. And this increases the compressive stress due to the roll in the caulking process described above, and the deformation that spreads outward from the tip of the caulking part when unloading the compressive stress load after the caulking process ends, and the end accompanying it This facilitates the accumulation of tensile residual stress at the inner surface or corner of the plate mounting groove, and easily reduces the joint strength of the joint.

これに対して、本発明では、自動車サスペンションアームや、素材であるアルミニウム合金鍛造材の、かしめ部分乃至前記かしめ相当部分（かしめ加工を受ける部分）のメタル分（質量）を比較的小さくする。   On the other hand, in the present invention, the metal part (mass) of the caulking part or the caulking equivalent part (the part subjected to caulking process) of the automobile suspension arm or the aluminum alloy forging material as the material is made relatively small.

この結果、本発明自動車サスペンションアームや、素材であるアルミニウム合金鍛造材は、かしめ加工におけるロールなどによる圧縮応力が低減される。このため、かしめ加工終了後の圧縮応力負荷の除荷時における前記かしめ部分先端の外方へ広がる変形や、それに伴うエンドプレート取り付け溝の内面あるいは隅角部の引張残留応力の蓄積を抑制できる。   As a result, the automobile suspension arm of the present invention and the aluminum alloy forged material, which is a material, are reduced in compressive stress due to a roll or the like in caulking. For this reason, when the compressive stress load is unloaded after the caulking process, it is possible to suppress the deformation spreading outward of the caulking portion tip and the accompanying accumulation of the tensile residual stress on the inner surface or corner portion of the end plate mounting groove.

このため、本発明によれば、前記かしめ加工に起因するジョイント部の結合強度低下が生じないアルミニウム合金サスペンションアームや、素材であるアルミニウム合金鍛造材を提供でき、ボールジョイント部の外径を50mmΦ以下の小径にコンパクト化を可能とする。   Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an aluminum alloy suspension arm that does not cause a decrease in the joint strength due to the caulking process, and an aluminum alloy forged material that is a material, and the outer diameter of the ball joint portion is 50 mmΦ or less It is possible to make it compact with a small diameter.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明アルミニウム合金自動車サスペンションアームのボールジョイント部（かしめ加工後）の一実施形態を簡略化して要部のみ示す断面図である。図3 は、図1 のボールジョイント部に、スタッドボルトのボールを収容した態様を示す断面図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing, in a simplified manner, only a main part of an embodiment of a ball joint part (after caulking) of an aluminum alloy automobile suspension arm of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view showing an aspect in which the ball of the stud bolt is accommodated in the ball joint portion of FIG.

（ボールジョイント部の前提となる構成）
図１はかしめ加工後のボールジョイント部３の断面を示している。図の右側はボールジョイント部３の端部側を示しており、図の左側はアーム部２との接続部を示している。 (Prerequisite composition of the ball joint)
FIG. 1 shows a cross section of the ball joint portion 3 after caulking. The right side of the figure shows the end side of the ball joint part 3, and the left side of the figure shows the connection part with the arm part 2.

このボールジョイント部３は、スタッドボルトのボールを収容する挿入穴１０を有する略円筒状の収容部４と、略円筒状のかしめ部分５、および、かしめ部分5 の内径側に周方向に亙って形成されたエンドプレート取り付け溝8 とから概略なる。   This ball joint portion 3 is formed in a circumferential direction on the inner diameter side of the substantially cylindrical accommodating portion 4 having the insertion hole 10 for accommodating the stud bolt ball, the substantially cylindrical caulking portion 5 and the caulking portion 5. And an end plate mounting groove 8 formed in the above manner.

かしめ部分５とエンドプレート取り付け溝8 は、かしめ加工によって形成される。かしめ部分５はエンドプレート取り付け溝8 よりも小径であり、挿入穴１０側 (内側) に突出して、スタッドボルトのボールを挟持する先端部を有している。   The caulking portion 5 and the end plate mounting groove 8 are formed by caulking. The caulking portion 5 has a diameter smaller than that of the end plate mounting groove 8 and protrudes toward the insertion hole 10 (inside), and has a tip portion for holding the stud bolt ball.

ボールスタッドボルトのボール部34を収容後、前記エンドプレート取り付け溝8 に、リング状のエンドプレート7 を装着して、かしめ部分５の先端部とともに、ボール部34の上部を把持 (保持) する。   After accommodating the ball portion 34 of the ball stud bolt, the ring-shaped end plate 7 is mounted in the end plate mounting groove 8, and the upper portion of the ball portion 34 is held (held) together with the tip end portion of the caulking portion 5.

図3 を用いて、ボールスタッドボルトの装着をより具体的に説明する。図3 において、ボールスタッドボルト33は、図示しない支持部材に係合するためにナットにより固定されるネジ部35と、このネジ部35から連続する胴部36と、この胴部36の端部に設けたボール部34とを備えている。そして、このボールスタッドボルト33は、サスペンションアーム1 のボールジョイント部3 に支持される場合には、ニュートラル方向( スタッドボルト33突出側のかしめ部分5 に対して垂直の方ＳＮ向) に支持される。   The installation of the ball stud bolt will be described more specifically with reference to FIG. In FIG. 3, a ball stud bolt 33 includes a screw portion 35 fixed by a nut for engaging with a support member (not shown), a trunk portion 36 continuous from the screw portion 35, and an end portion of the trunk portion 36. And a ball part 34 provided. When the ball stud bolt 33 is supported by the ball joint portion 3 of the suspension arm 1, the ball stud bolt 33 is supported in the neutral direction (direction SN perpendicular to the caulking portion 5 on the protruding side of the stud bolt 33). .

ボールジョイント部3 は、挿入穴10に収容したボール部34を、樹脂ベアリング39を介して組み付け、揺動可能に支持している。エンドプレート7 は、ボールスタッドボルトのボール部34を収容後、エンドプレート取り付け溝8 に装着され、樹脂ベアリング39を介してボール部34を支持する。ここで、ボールジョイント部の外径である、図3 で示すＤの長さは、前記したサスペンションアームのコンパクト化の要求から、好ましくは５０ｍｍΦ以下とされる。   The ball joint part 3 supports the ball part 34 accommodated in the insertion hole 10 through a resin bearing 39 so as to be swingable. The end plate 7 receives the ball portion 34 of the ball stud bolt and is then mounted in the end plate mounting groove 8 to support the ball portion 34 via the resin bearing 39. Here, the length of D shown in FIG. 3, which is the outer diameter of the ball joint portion, is preferably set to 50 mmΦ or less in view of the requirement for downsizing the suspension arm.

（ボールジョイント部の特徴的な構成）
以上のようなボールジョイント部の構成において、図１を用いて、本発明の特徴的なかしめ部分５の構成について説明する。 (Characteristic configuration of the ball joint)
In the configuration of the ball joint portion as described above, the configuration of the caulking portion 5 that is characteristic of the present invention will be described with reference to FIG.

本発明自動車サスペンションアームは、かしめ部分5(エンドプレート取り付け溝8 の内面あるいは隅角部8a) の引張残留応力による、ジョイント部の結合強度低下を防止する。このために、かしめ部分5 のメタル分（質量）を比較的小さくし、かしめ加工におけるロールなどによる圧縮応力を低減する。これによって、かしめ加工終了後の圧縮応力負荷の除荷時における、かしめ部分先端の外方へ広がる変形や、それに伴うエンドプレート取り付け溝8 の内面あるいは隅角部8aの子午線方向の引張残留応力の蓄積を抑制する。   The automobile suspension arm of the present invention prevents the joint strength from being lowered due to the tensile residual stress of the caulking portion 5 (the inner surface or the corner portion 8a of the end plate mounting groove 8). For this reason, the metal portion (mass) of the caulking portion 5 is made relatively small, and the compressive stress due to a roll or the like in caulking is reduced. As a result, when unloading the compressive stress load after the caulking process is completed, the deformation that spreads outward at the tip of the caulking part, and the accompanying tensile residual stress in the meridian direction of the inner surface of the end plate mounting groove 8 or the corner 8a. Suppress accumulation.

具体的には、図1 に示す通り、かしめ部分5 の半径方向の幅をx mm、かしめ部分の肉厚をh mm、エンドプレート取り付け溝8 の外半径をr mmとした時、 x×h/r で表されるかしめ部分5 断面の形状変数が0.3mm 〜0.8mm の範囲にあることとする。   Specifically, as shown in Fig. 1, when the radial width of the caulking portion 5 is x mm, the thickness of the caulking portion is h mm, and the outer radius of the end plate mounting groove 8 is r mm, xxh It is assumed that the shape variable of the crimped portion 5 cross section represented by / r is in the range of 0.3 mm to 0.8 mm.

ここで、かしめ部分5 の半径方向の幅x(単位mm) とは、より具体的には、かしめ部分5 の外縁形状によらず、かしめ部分最上部5aの外縁部 (角部)5b から、かしめ部分最上部5aの内縁部 (角部)5c までの半径方向の幅 (外縁径) である。   Here, the radial width x (unit: mm) of the caulking portion 5 is more specifically the outer edge portion (corner portion) 5b of the caulking portion uppermost portion 5a regardless of the outer edge shape of the caulking portion 5. This is the radial width (outer edge diameter) to the inner edge (corner) 5c of the caulking portion uppermost part 5a.

また、かしめ部分5 の肉厚h(単位mm) とは、より具体的には、かしめ部分最上部5aからエンドプレート取り付け溝8 上縁部までの距離である。   Further, the wall thickness h (unit: mm) of the caulking portion 5 is more specifically the distance from the caulking portion uppermost portion 5a to the upper edge portion of the end plate mounting groove 8.

更に、エンドプレート取り付け溝8 の外半径r(単位mm) とは、より具体的には、リング状のエンドプレート取り付け溝8 の外径方向最端部乃至最奥部である隅角部8aの半径である。   Furthermore, the outer radius r (unit: mm) of the end plate mounting groove 8 is more specifically the outermost radial direction end to the innermost corner 8a of the ring-shaped end plate mounting groove 8. Radius.

(ジョイント部の結合強度低下防止の機構)
かしめ加工後におけるジョイント部の結合強度低下の原因は、前記した通り、かしめ加工によって、エンドプレート取り付け溝8 の内面あるいは隅角部8aに生じる残留応力である。 (Mechanism for preventing joint strength reduction at joints)
As described above, the cause of the decrease in the joint strength of the joint portion after caulking is the residual stress generated on the inner surface or the corner portion 8a of the end plate mounting groove 8 by caulking.

このため、本発明では、アルミニウム合金サスペンションアームにおける、かしめ部分5 のメタル分（質量）を減少させて、かしめ加工の際の、かしめ相当部分へのロールなどによる圧縮応力負荷を低減して、かしめ加工終了後の圧縮応力負荷の除荷時における、かしめ部分5 先端の外方へ広がる変形と、かしめ部分5 の残留応力蓄積を抑制する。   For this reason, in the present invention, the metal content (mass) of the caulking portion 5 in the aluminum alloy suspension arm is reduced to reduce the compressive stress load due to the roll or the like on the caulking equivalent portion during caulking. When the compressive stress load is unloaded after the end of processing, deformation that spreads outward at the tip of the caulking portion 5 and residual stress accumulation in the caulking portion 5 are suppressed.

かしめ部分5 の前記メタル分（質量）は、かしめ部分5 断面の形状変数で表すと、前記 x×h で表される。一方、かしめ加工中に作用する同方向の圧縮応力が除去される際に、かしめ部分5 先端の外方へ広がる変形や、それに伴うエンドプレート取り付け溝8 の内面あるいは隅角部8aに引張残留応力が生じるのは、円筒状の形状を持つかしめ部分に生じる軸対称変形の作用である。この作用の大きさは1/r で表される。したがって、かしめ加工によって生じる残留応力の大きさは、かしめ部分5 断面の形状変数 x×h に1/r を掛けたx ×h/r で表現できる。   The metal portion (mass) of the caulking portion 5 is expressed by x × h when expressed by the shape variable of the cross section of the caulking portion 5. On the other hand, when the compressive stress in the same direction acting during the caulking process is removed, the deformation that spreads outward from the tip of the caulking portion 5 and the accompanying tensile residual stress on the inner surface of the end plate mounting groove 8 or the corner 8a. This occurs due to an axisymmetric deformation effect generated in the caulking portion having a cylindrical shape. The magnitude of this action is expressed as 1 / r. Therefore, the magnitude of the residual stress generated by the caulking process can be expressed as x × h / r obtained by multiplying the shape variable x × h of the cross section of the caulking portion 5 by 1 / r.

かしめ部分5 の各寸法をmm単位で表した場合に x×h/rmm で表される、このかしめ部分断面の形状変数が0.8mm を超えた場合、従来のかしめ部分と同様になり、かしめ部分5 の前記メタル分（質量）が大き過ぎ、かつ、軸対称変形の作用が強く現れる。このため、かしめ加工の際の、かしめ相当部分へのロールなどによる圧縮応力負荷を低減できず、かしめ部分5 の残留応力蓄積を抑制できない。   When each dimension of the caulking part 5 is expressed in mm, it is expressed as x × h / rmm.When the shape variable of the caulking part cross section exceeds 0.8 mm, the caulking part becomes the same as the conventional caulking part. The metal part (mass) of 5 is too large, and the action of axisymmetric deformation appears strongly. For this reason, it is not possible to reduce the compressive stress load due to the roll or the like on the caulking equivalent part during caulking, and it is not possible to suppress the residual stress accumulation in the caulking part 5.

前記した通り、ボールジョイント部の外径を例えば50mm以下の小径としたような場合には、エンドプレート取り付け溝8 の外径 (あるいはかしめ部分内側に亙って半径方向に装着されるリング状エンドプレートの外半径) r は、これに応じて小さくなる。また、ボールジョイント部3 あるいはかしめ部分5 の強度を向上させる場合には、かしめ部分5 の半径方向の幅x やかしめ部分の肉厚h が大きくなる。このため、これらいずれの場合も、前記かしめ部分断面の形状変数である x×h/r は、各寸法をmm単位で表した場合に、0.8mm を超える大きな値となりやすい。   As described above, when the outer diameter of the ball joint portion is set to a small diameter of 50 mm or less, for example, the outer diameter of the end plate mounting groove 8 (or the ring-shaped end that is mounted radially inside the caulking portion) The outer radius (r) of the plate decreases accordingly. In addition, when the strength of the ball joint portion 3 or the caulking portion 5 is improved, the radial width x of the caulking portion 5 and the thickness h of the caulking portion are increased. Therefore, in any of these cases, x × h / r, which is the shape variable of the caulking partial cross section, tends to be a large value exceeding 0.8 mm when each dimension is expressed in mm.

したがって、 x×h/r で表されるかしめ部分5 断面の形状変数は、後述する実施例で裏付ける通り、0.8mm 以下、好ましくは0.7mm 以下とする。   Therefore, the shape variable of the crimped portion 5 cross section represented by x × h / r is set to 0.8 mm or less, preferably 0.7 mm or less, as will be explained in Examples described later.

一方、x ×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数が小さ過ぎると、かしめ部分5 の半径方向の幅x やかしめ部分の肉厚h が小さくなり過ぎる。あるいは、かしめ部分5 のエンドプレート取り付け溝8 の外半径 rが大きくなり過ぎる。このため、自動車走行中の、ボールジョイント部3 へのスタッドボルトからの応力の繰り返し負荷に対し、かしめ部分5 の形状や強度が維持できなくなる。このため、x ×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数は、各寸法をmm単位で表した場合に、0.3mm 以上、好ましくは0.35mm以上とする。   On the other hand, if the shape variable of the caulking partial cross section represented by x × h / r is too small, the radial width x of the caulking portion 5 and the thickness h of the caulking portion become too small. Alternatively, the outer radius r of the end plate mounting groove 8 of the caulking portion 5 becomes too large. For this reason, the shape and strength of the caulking portion 5 cannot be maintained against repeated loading of stress from the stud bolt on the ball joint portion 3 while the vehicle is running. For this reason, the shape variable of the caulking partial cross section represented by x × h / r is 0.3 mm or more, preferably 0.35 mm or more, when each dimension is expressed in mm.

（かしめ部分断面の形状変数制御方法）
かしめ部分断面の形状変数は、かしめ加工後の設計断面形状と、かしめ加工条件、アルミニウム合金鍛造材のかしめ部分相当部の断面形状とによって定まる。このため、かしめ部分断面の形状変数を制御するためには、形状変数を構成する、かしめ部分5 の半径方向の幅x 、かしめ部分5 の肉厚h 、エンドプレート取り付け溝の外半径r を、上記した設計思想に基づき、かしめ加工条件に応じて、最適値に設計する。そして、それに応じたアルミニウム合金鍛造材のかしめ部分相当部の断面形状とする。 (Shape variable cross section shape variable control method)
The shape variable of the caulking partial cross section is determined by the design cross-sectional shape after caulking, the caulking processing conditions, and the cross-sectional shape of the caulking portion equivalent portion of the aluminum alloy forged material. Therefore, in order to control the shape variable of the caulking portion cross section, the radial width x of the caulking portion 5, the wall thickness h of the caulking portion 5, and the outer radius r of the end plate mounting groove, which constitute the shape variable, Based on the design concept described above, an optimum value is designed according to the caulking process conditions. And it is set as the cross-sectional shape of the caulking part equivalent part of the aluminum alloy forging material according to it.

この際、x 、h 、r を直接設計するだけでなく、かしめ部分５の外周縁６の形状を、かしめ部分最上部５ａ角部から収容部周縁４ａに向かって末広がりに傾斜させ、この傾斜角度や、外周縁６が形成する稜線形状を下方に向かって凹なる曲線とするなどに設計して、間接的に、かしめ部分5 の半径方向の幅x 、かしめ部分5 の肉厚h (かしめ部分5 のメタル量）を制御しても良い。   At this time, not only are x, h, and r designed directly, but the shape of the outer peripheral edge 6 of the caulking portion 5 is inclined from the uppermost corner 5a of the caulking portion 5 toward the accommodating portion peripheral edge 4a. In addition, the shape of the ridgeline formed by the outer peripheral edge 6 is designed to be a curved curve that is concave downward, and indirectly, the radial width x of the caulking portion 5 and the thickness h (the caulking portion) of the caulking portion 5 (5 metal amount) may be controlled.

以上のように、上記実施態様によれば、x ×h/r で表されるかしめ部分5 断面の形状変数が0.3mm 〜0.8mm の範囲に制御することによって、かしめ加工に起因するジョイント部の結合強度低下が生じない。また、これによって、アルミニウム合金サスペンションアームのボールジョイント部の、外径が50mmΦ以下へのコンパクト化を可能とする。   As described above, according to the above embodiment, by controlling the shape variable of the cross section of the caulking portion 5 represented by x × h / r to the range of 0.3 mm to 0.8 mm, the joint portion caused by the caulking process is controlled. Bond strength does not decrease. This also makes it possible to reduce the outer diameter of the ball joint portion of the aluminum alloy suspension arm to 50 mmΦ or less.

なお、かしめ加工の際の、１パスあたりのロール押し込み量を少なくし，ロール荷重を小さくした場合にも、残留応力は小さくなる。しかし、これも効果を発揮するためには、ロール押し込み速度を小さくする必要があり、かしめ加工の際の効率を低下させる。   Note that the residual stress is also reduced when the roll pressing amount per pass during caulking is reduced and the roll load is reduced. However, in order to exert this effect as well, it is necessary to reduce the roll pushing speed, which lowers the efficiency during caulking.

(アルミニウム合金鍛造材)
図２は、前記図1 のサスペンションアーム用の素材であるアルミニウム合金鍛造材のボールジョイント相当部（かしめ加工前）の一実施形態を示す断面図である。 (Aluminum alloy forging)
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of a ball joint equivalent part (before caulking) of the aluminum alloy forged material which is the material for the suspension arm of FIG.

図２では、図１のかしめ加工前のアルミニウム合金鍛造材の略円筒状のボールジョイント相当部13の周方向の一部分を断面にて示している。このボールジョイント相当部13は、かしめ部分相当部分15の形状や、エンドプレート取り付け溝相当部分18が、かしめ加工前の鍛造材形状である以外は、図１のボールジョイント部3 と略同じ構成、形状である。   In FIG. 2, a part of the circumferential direction of the substantially cylindrical ball joint equivalent portion 13 of the aluminum alloy forged material before caulking in FIG. 1 is shown in cross section. This ball joint equivalent portion 13 has substantially the same configuration as the ball joint portion 3 in FIG. 1 except that the shape of the caulking portion equivalent portion 15 and the end plate mounting groove equivalent portion 18 are forged material shapes before caulking. Shape.

即ち、アルミニウム合金鍛造材の略円筒状のボールジョイント相当部13は、スタッドボルトのボールを収容する挿入穴相当部分20を有する略円筒状の収容部相当部分14と、略円筒状のかしめ部分相当部分 (かしめ加工部分)15 、そして、このかしめ相当部分の内径側に周方向に亙って形成されたリング状の段差部分であるエンドプレート取り付け溝相当部分18とからなる。   That is, the substantially cylindrical ball joint equivalent portion 13 of the aluminum alloy forged material is equivalent to the substantially cylindrical accommodation portion equivalent portion 14 having the insertion hole equivalent portion 20 for accommodating the stud bolt ball, and the substantially cylindrical caulking portion. A portion (caulking portion) 15 and an end plate mounting groove equivalent portion 18 which is a ring-shaped step portion formed in the circumferential direction on the inner diameter side of the caulking equivalent portion.

この内、かしめ部分相当部分15は、かしめ加工によって、図1 のかしめ部分5 に成形されるべく、収容部相当部分14よりも先端 (上部) に向かうほど小径であり、収容部相当部分14の上方に突出している。   Among these, the caulking portion equivalent portion 15 has a smaller diameter toward the tip (upper part) than the accommodating portion corresponding portion 14 so as to be formed into the caulking portion 5 in FIG. Projects upward.

また、全体形状としても、アルミニウム合金鍛造材は、ボールジョイント相当部13とともに、サスペンションアームにおけるアーム相当部12を有し、図1 のサスペンションアームに近似する、ニアネットシェイプを有している。   Also, as a whole shape, the aluminum alloy forged material has the arm equivalent portion 12 in the suspension arm together with the ball joint equivalent portion 13, and has a near net shape similar to the suspension arm of FIG.

ここで、かしめ加工後の図1 のサスペンションアームにおけるx ×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数を上記範囲内とするために、アルミニウム合金鍛造材における、かしめ部分相当部分15の半径方向の幅x0、かしめ部分相当部分15の肉厚h0、エンドプレート取り付け溝相当部分 (リング状の段差部分)18 の外半径r0を、鍛造材に加えられる機械加工代を考慮した上で、かしめ加工条件に応じて、予め設計および構成する。 Here, the radius of the caulking portion equivalent portion 15 in the aluminum alloy forging material is set so that the shape variable of the caulking portion cross section represented by x × h / r in the suspension arm of FIG. 1 after caulking is within the above range. The width x 0 in the direction, the thickness h 0 of the caulking portion equivalent portion 15 and the outer radius r 0 of the end plate mounting groove equivalent portion (ring-shaped step portion) 18 are taken into account the machining allowance added to the forging. Therefore, it is designed and configured in advance according to the caulking process conditions.

ここで、かしめ相当部分15の半径方向の幅x0 (単位mm) とは、より具体的には、かしめ相当部分15の外縁形状によらず、かしめ相当部分最上部15a の外縁部 (角部)15bから、かしめ相当部分最上部15a の内縁部 (角部)15cまでの半径方向の幅 (外縁径) である。 Here, the radial width x 0 (unit mm) of the caulking equivalent portion 15 is more specifically the outer edge portion (corner portion) of the caulking equivalent portion uppermost portion 15a regardless of the outer edge shape of the caulking equivalent portion 15. ) The width (outer edge diameter) in the radial direction from 15b to the inner edge portion (corner portion) 15c of the caulking equivalent uppermost portion 15a.

また、かしめ部分相当部分15の肉厚h0 (単位mm) とは、より具体的には、かしめ相当部分最上部15a からエンドプレート取り付け溝相当部分18までの距離である。 Further, the thickness h 0 (unit mm) of the caulking portion equivalent portion 15 is more specifically the distance from the caulking equivalent portion uppermost portion 15a to the end plate mounting groove equivalent portion 18.

更に、エンドプレート取り付け溝相当部分18の外半径r0 (単位mm) とは、より具体的には、リング状のエンドプレート取り付け溝相当部分18の外径方向最端部乃至最奥部である隅角部8aの半径である。 Further, the outer radius r 0 (unit mm) of the end plate mounting groove equivalent portion 18 is more specifically the outermost radial direction end portion to the deepest portion of the ring-shaped end plate mounting groove equivalent portion 18. This is the radius of the corner 8a.

前記した通り、かしめ部分断面の形状変数は、かしめ加工後の設計断面形状と、かしめ加工条件、アルミニウム合金鍛造材のかしめ部分相当部の断面形状とによって定まる。   As described above, the shape variable of the caulking partial cross section is determined by the design cross sectional shape after caulking, the caulking processing conditions, and the cross sectional shape of the caulking portion equivalent portion of the aluminum alloy forged material.

このため、かしめ加工後のサスペンションアームにおけるx ×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数を上記範囲内とする設計を行なった上で、かしめ加工条件に応じて、アルミニウム合金鍛造材における上記x0、h0、r0を、予め設計および構成する。 For this reason, after designing to make the shape variable of the caulking partial cross section represented by x × h / r in the suspension arm after caulking work within the above range, in the aluminum alloy forging material according to the caulking work conditions The above x 0 , h 0 and r 0 are designed and configured in advance.

この際、x0、h0、r0を直接設計するだけでなく、かしめ部分相当部分15の外周縁16の形状を、かしめ部分最上部15ａ角部から収容部周縁14ａに向かって末広がりに傾斜させ、この傾斜角度や、外周縁16が形成する稜線形状を下方に向かって凹なる曲線とするなどに設計して、間接的に、上記x0、h0、r0を制御して、アルミニウム合金鍛造材のかしめ部分相当部15のメタル量を制御しても良い。 At this time, not only x 0 , h 0 , and r 0 are directly designed, but also the shape of the outer peripheral edge 16 of the caulking portion equivalent portion 15 is inclined from the corner portion 15a of the caulking portion uppermost portion toward the accommodating portion peripheral edge 14a. The inclination angle and the shape of the ridgeline formed by the outer peripheral edge 16 are designed to be a curved curve that is concave downward, and the above x 0 , h 0 , r 0 are indirectly controlled to control the aluminum The amount of metal in the caulking portion equivalent portion 15 of the alloy forged material may be controlled.

(サスペンションアーム全体構造)
図４（ａ）、（ｂ）に、本発明サスペンションアーム乃至アルミニウム合金サスペンションアーム鍛造材の全体構造を示す。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は側面図である。 (Whole suspension arm structure)
4 (a) and 4 (b) show the overall structure of the suspension arm or aluminum alloy suspension arm forged material of the present invention. 4A is a plan view and FIG. 4B is a side view.

サスペンションアーム1(あるいは鍛造材) は、アーム部２と、このアーム部２の一端に形成された、前記図１、３で示したボールジョイント部３と、アーム部２の他端に形成された車体側係合部１１とを備えている。   The suspension arm 1 (or forged material) is formed on the arm portion 2, the ball joint portion 3 shown in FIGS. 1 and 3 formed at one end of the arm portion 2, and the other end of the arm portion 2. And a vehicle body side engaging portion 11.

本発明サスペンションアームは、サスペンションアームの構造、形状、大きさ、各部の肉厚などは、車種に応じた要求特性に応じて、自由に選択することができる。例えば、形状としては、図4 のように車体側係合部１１が二箇所あるものや、あるいは、一箇所のみのものなどが適宜選択される。   In the suspension arm of the present invention, the structure, shape, size, thickness of each part, etc. of the suspension arm can be freely selected according to required characteristics according to the vehicle type. For example, as the shape, one having two vehicle body side engaging portions 11 as shown in FIG. 4 or one having only one location is appropriately selected.

(アルミニウム合金)
本発明アルミニウム合金サスペンションアーム乃至サスペンションアーム鍛造材は、ボールジョイント部のかしめ部分が、スタッドボルトのボール部が抜け出るのに必要な引張荷重以上の強度を有するためには、AA乃至JIS の規格で言う6000系(Al-Mg-Si 系) アルミニウム合金鍛造材からなることが好ましい。 (Aluminum alloy)
The aluminum alloy suspension arm or suspension arm forged material according to the present invention is compliant with AA to JIS standards in order that the caulking portion of the ball joint portion has a strength higher than the tensile load necessary for the ball portion of the stud bolt to come out. It is preferably made of a 6000 series (Al-Mg-Si series) aluminum alloy forging.

サスペンションアームは、ブッシュなどの他の鉄鋼部材などとの接合や、引張応力が負荷されて使用されるような、高強度や高耐久性、あるいは耐食性が必要である。これに対して、6000系アルミニウム合金鍛造材は、高強度、高靱性で、耐応力腐食割れ性などの耐食性にも比較的優れている。また、6000系アルミニウム合金自体も、合金元素量が少なく、スクラップを再び6000系アルミニウム合金溶解原料として再利用しやすい点で、リサイクル性にも優れている。   The suspension arm needs to have high strength, high durability, or corrosion resistance so that the suspension arm can be used by being joined with other steel members such as a bush, or by being applied with a tensile stress. On the other hand, the 6000 series aluminum alloy forged material has high strength, high toughness, and relatively excellent corrosion resistance such as stress corrosion cracking resistance. The 6000 series aluminum alloy itself is also excellent in recyclability in that the amount of alloying elements is small and scrap can be easily reused as a 6000 series aluminum alloy melting raw material.

この6000系アルミニウム合金鍛造材の中でも、JIS 6000系アルミニウム合金の成分規格 (JIS 6101、6111、6003、6151、6061、6N01、6063など) に相当する組成のアルミニウム合金鍛造材が好ましい。   Among these 6000 series aluminum alloy forgings, aluminum alloy forgings having a composition corresponding to the component standards of JIS 6000 series aluminum alloys (JIS 6101, 6111, 6003, 6151, 6061, 6N01, 6063, etc.) are preferable.

これら6000系アルミニウム合金鍛造材は、アルミニウム合金鋳造材を均質化熱処理後、メカニカル鍛造、油圧鍛造などの熱間鍛造（型鍛造）を行い、サスペンションアーム製品形状乃至製品近似形状とされ、その後、溶体化および焼き入れ処理と人工時効硬化処理との所謂調質処理が施されて製造される。なお、鍛造用の素材には、前記鋳造材の他に、鋳造材を一旦押出した押出材が用いられることもある。   These 6000 series aluminum alloy forged materials are subjected to hot forging (die forging) such as mechanical forging and hydraulic forging after homogenizing heat treatment of the aluminum alloy cast material, and the suspension arm product shape or product approximate shape is obtained, and then the solution So-called tempering treatment of tempering and quenching treatment and artificial age hardening treatment is performed. In addition to the cast material, an extruded material once extruded from the cast material may be used as the forging material.

上記調質処理は、サスペンションアームとして必要で、更に前記周縁部分の必要強度を保障できる強度、および、サスペンションアームとして必要な靱性、耐食性を得るために、T6 (溶体化処理後、最大強さを得る人工時効硬化処理) 、T7 (溶体化処理後、最大強さを得る人工時効硬化処理条件を超えて過剰時効硬化処理) 、T8 (溶体化処理後、冷間加工を行い、更に最大強さを得る人工時効硬化処理) 等の調質処理と処理条件 (温度、時間) を適宜選択して行う。   The above tempering treatment is necessary for the suspension arm, and in order to obtain the necessary strength of the peripheral portion and the toughness and corrosion resistance necessary for the suspension arm, T6 (maximum strength after solution treatment). To obtain artificial age hardening), T7 (excessive age hardening beyond the conditions of artificial age hardening to obtain the maximum strength after solution treatment), T8 (cold working after solution treatment, further maximum strength) (Artificial age hardening treatment to obtain) and other conditions and processing conditions (temperature, time) are appropriately selected.

図1 に示したアルミニウム合金サスペンションアーム1 において、ボールジョイント部3 のかしめ加工後のかしめ部5 の断面形状として、x 、h 、r を種々変えて、x ×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数を表1 に示す通り、種々変えて設計した。そして、このかしめ部分5 の断面形状に応じた断面形状とした、かしめ相当部分15を有するボールジョイント相当部13を持つ、図2 に示す6000系アルミニウム合金鍛造材を製造した。そして、この鍛造材を、かしめ加工などを通じて、図3 のようにスタッドボルト33を装着したサスペンションアーム1 に各々製作した。   In the aluminum alloy suspension arm 1 shown in FIG. 1, the cross-sectional shape of the caulking portion 5 after caulking of the ball joint portion 3 is changed by variously changing x, h, and r, and the caulking portion represented by x × h / r As shown in Table 1, the cross-sectional shape variables were designed in various ways. Then, a 6000 series aluminum alloy forging material shown in FIG. 2 having a ball joint equivalent portion 13 having a caulking equivalent portion 15 having a cross-sectional shape corresponding to the cross-sectional shape of the caulking portion 5 was produced. Then, this forged material was produced on each suspension arm 1 equipped with stud bolts 33 as shown in FIG.

なお、上記かしめ加工条件は、かしめロールを回転させつつ、最大2.2mm の押し込み量まで、かしめ部分相当部分の最上部 (図2 の15a)の周縁に沿って、押しつけて移動させつつ、行なうものとした。   The above caulking processing conditions are performed by rotating the caulking roll and pressing and moving it along the periphery of the uppermost portion (15a in FIG. 2) of the caulking portion corresponding to the maximum pushing amount of 2.2 mm. It was.

(押し抜き試験)
上記各々製作したサスペンションアームに対して、かしめ加工に起因するジョイント部の結合強度低下を評価するため、一旦装着したスタッドボルト33を、ボールジョイント部3 から押し抜く押し抜き試験を実施した。 (Punch test)
In order to evaluate the joint strength reduction due to the caulking process for each of the suspension arms produced above, a punch test was conducted in which the stud bolt 33 once mounted was pushed out from the ball joint portion 3.

試験は、図3 のサスペンションアーム1 における、かしめ部分5 側 (図の上側) に台座を置き、図の下側からスタッドボルトに上向きの荷重を加えて、スタッドボルトを図の下側から上側に押し抜くように行なった。そして、ボールジョイント部３からスタッドボルト33が押し抜かれた際の荷重 (以下、押し抜き強度と言う:kN)を測定した。これらの結果を表1 に示す。また、これら表1 における、押し抜き強度(kN)とx ×h/r の値との関係を図5 に示す。   In the test, place a pedestal on the caulking part 5 side (upper side of the figure) of the suspension arm 1 in Fig. 3, apply an upward load to the stud bolt from the lower side of the figure, and move the stud bolt from the lower side to the upper side of the figure. It was done to push through. Then, a load when the stud bolt 33 was pushed out from the ball joint portion 3 (hereinafter referred to as punching strength: kN) was measured. These results are shown in Table 1. FIG. 5 shows the relationship between the punching strength (kN) and the value of x × h / r in Table 1.

6000系アルミニウム合金鍛造材の、引張強さは３９６ＭＰａ、０．２％耐力は３５６ＭＰａ、ヤング率は６８６５０MPa 、ポアソン比は０．３３であった。   The 6000 series aluminum alloy forging had a tensile strength of 396 MPa, a 0.2% yield strength of 356 MPa, a Young's modulus of 68650 MPa, and a Poisson's ratio of 0.33.

表1 、図5 から明らかな通り、x 、h 、r が適切に決定され、x ×h/r が0.3mm 〜0.8mm の範囲内にある、発明例1 〜12のアルミニウム合金サスペンションアームは、押し抜き強度が30kN以上を確保している。   As apparent from Table 1 and FIG. 5, the aluminum alloy suspension arms of Invention Examples 1 to 12 in which x, h and r are appropriately determined and x × h / r is in the range of 0.3 mm to 0.8 mm are as follows: The punching strength is 30kN or more.

ただ、発明例8 〜11は、押し抜き強度が30kN以上であるものの、x ×h/r の好ましい上限0.7 に近似している。このため、他の発明例に比べると、押し抜き強度が低くなっている。   However, Invention Examples 8 to 11 have a punching strength of 30 kN or more, but are close to a preferable upper limit 0.7 of x × h / r. For this reason, the punching strength is lower than that of the other invention examples.

一方、比較例13〜16は、x 、h 、r の決定（設計）が不適切で、x ×h/r が上限の0.8mm を超えている。このため、比較例13〜15のアルミニウム合金サスペンションアームは押し抜き強度が20kNを下回っており、著しく低い。また、比較例17、18も、x 、h 、r の決定（設計）が不適切で、x ×h/r が下限の0.3mm を下回っている。このため、比較例17、18も、アルミニウム合金サスペンションアームは押し抜き強度が20kNを下回っており、著しく低い。また、これら比較例17、18は、かしめ部分5 自体の必要強度も不足している。   On the other hand, in Comparative Examples 13 to 16, the determination (design) of x 1, h 2, and r 2 is inappropriate, and x × h / r exceeds the upper limit of 0.8 mm. For this reason, the punching strength of the aluminum alloy suspension arms of Comparative Examples 13 to 15 is less than 20 kN, which is extremely low. In Comparative Examples 17 and 18, the determination (design) of x 1, h 2, and r is inappropriate, and x × h / r is below the lower limit of 0.3 mm. Therefore, also in Comparative Examples 17 and 18, the aluminum alloy suspension arm has a punching strength of less than 20 kN, which is extremely low. In addition, these comparative examples 17 and 18 lack the required strength of the caulking portion 5 itself.

これらの結果から、同じかしめ加工条件であっても、発明例の方が比較例よりも押し抜き強度が高く、かしめ加工に起因するジョイント部の結合強度低下が生じていないことが分かる。そして、本発明アルミニウム合金自動車サスペンションアームおよび、それ用のアルミニウム合金鍛造材のx ×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数規定の、かしめ加工に起因するジョイント部の結合強度低下防止の臨界的な意義が分かる。   From these results, it can be seen that even under the same caulking conditions, the inventive example has a higher punching strength than the comparative example, and the joint strength reduction due to the caulking process does not occur. And, the aluminum alloy automobile suspension arm of the present invention and the aluminum alloy forging material for the same, the shape variable definition of the caulking partial cross-section represented by x × h / r is used to prevent the joint portion from lowering the joint strength due to caulking. I understand the critical significance.

Figure 2007191054
Figure 2007191054

本発明によれば、かしめ加工に起因するジョイント部の結合強度低下を防止し、スタッドボルトのボールジョイント部からの抜け出しを保障した上で、ボールジョイント部の外径を５０ｍｍΦ以下の小径にコンパクト化できるアルミニウム合金自動車サスペンションアームおよび、それ用のアルミニウム合金鍛造材を提供できる。このため、ジョイント部のジョイント中心をタイヤ中心に近づけられ、設計の自由度が広がり、かつ、スクラブ半径を小さくできる、アルミニウム合金自動車サスペンションアームおよび、それ用のアルミニウム合金鍛造材を提供できる。   According to the present invention, the joint portion is prevented from being lowered in strength due to the caulking process, and the stud bolt is prevented from coming out of the ball joint portion, and the outer diameter of the ball joint portion is reduced to a small diameter of 50 mmΦ or less. An aluminum alloy automobile suspension arm that can be produced and an aluminum alloy forging material for the same can be provided. Therefore, it is possible to provide an aluminum alloy automobile suspension arm and an aluminum alloy forged material therefor, in which the joint center of the joint portion can be brought close to the tire center, the degree of freedom of design is widened, and the scrub radius can be reduced.

本発明サスペンションアームのジョイント部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the joint part of this invention suspension arm. 図１用の鍛造材のジョイント相当部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the joint equivalent part of the forging material for FIG. 図１のサスペンションアームのスタッドボルトとの係合状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the engagement state with the stud bolt of the suspension arm of FIG. 図１のサスペンションアームの全体形状を示し、図４(a) は平面図、図3 (a) 、(b) は側面図である。1 shows the overall shape of the suspension arm of FIG. 1, FIG. 4 (a) is a plan view, and FIGS. 3 (a) and 3 (b) are side views. 実施例における押し抜き強度とかしめ部分断面の形状変数との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the punching strength in an Example, and the shape variable of a crimping partial cross section. 従来のサスペンションアームのジョイント部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the joint part of the conventional suspension arm.

符号の説明Explanation of symbols

１: サスペンションアーム、２: アーム部、３: ジョイント部、４: 収容部、
５: かしめ部、６: 外周縁、７：エンドプレート、
８：エンドプレート取り付け溝、１０: 挿入穴、１１: 車体側係合部、
１２：アーム相当部、１３：ジョイント部相当部、１４：収容部相当部、
１５: かしめ部相当部、１６: 外周縁、１８：エンドプレート取り付け溝相当部 1: Suspension arm, 2: Arm part, 3: Joint part, 4: Housing part,
5: crimping part, 6: outer periphery, 7: end plate,
8: End plate mounting groove, 10: insertion hole, 11: vehicle body side engaging portion,
12: arm equivalent part, 13: joint part equivalent part, 14: accommodating part equivalent part,
15: caulking part equivalent part, 16: outer peripheral edge, 18: end plate mounting groove equivalent part

Claims (4)

アーム部と、このアーム部の一端側でスタッドボルトを支持するボールジョイント部とを有し、このボールジョイント部が、スタッドボルトのボールを収容する挿入穴を有する略円筒状の収容部と、この収容部からより小径にかつ挿入穴側に突出してスタッドボルトのボールを挟持する略円筒状のかしめ部分と、このかしめ部分の内径側に周方向に亙って形成されたエンドプレート取り付け溝とを有する、アルミニウム合金サスペンションアームにおいて、かしめ部分の半径方向の幅をx mm、かしめ部分の肉厚をh mm、エンドプレート取り付け溝の外半径をr mmとした時、 x×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数が0.3mm 〜0.8mm の範囲にあることを特徴とする自動車サスペンションアーム。   An arm portion and a ball joint portion that supports a stud bolt on one end side of the arm portion, and the ball joint portion includes a substantially cylindrical accommodation portion having an insertion hole for accommodating a ball of the stud bolt, A substantially cylindrical caulking portion that protrudes toward the insertion hole side with a smaller diameter from the housing portion and sandwiches the stud bolt ball, and an end plate mounting groove formed on the inner diameter side of the caulking portion in the circumferential direction. In an aluminum alloy suspension arm, the radial width of the caulking portion is x mm, the thickness of the caulking portion is h mm, and the outer radius of the end plate mounting groove is r mm. An automobile suspension arm characterized in that a shape variable of a caulking partial cross section is in a range of 0.3 mm to 0.8 mm. 前記収容部の外径が50mmΦ以下である請求項１に記載の自動車サスペンションアーム。   The automobile suspension arm according to claim 1, wherein an outer diameter of the housing portion is 50 mmΦ or less. 前記 x×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数が0.35〜0.7 の範囲にある請求項１または２に記載の自動車サスペンションアーム。   The automobile suspension arm according to claim 1 or 2, wherein a shape variable of a caulking partial cross section represented by xxh / r is in a range of 0.35 to 0.7. 請求項１乃至３のいずれかに記載の自動車サスペンションアームを得るためのアルミニウム合金鍛造材であって、前記自動車サスペンションアームにおける、アーム相当部と、このアーム相当部の一端側でスタッドボルトを支持するボールジョイント相当部とを有し、このボールジョイント相当部が、スタッドボルトのボールを収容する挿入穴を有する略円筒状の収容部相当部と、この収容部相当部からより小径にかつ挿入穴側に突出してスタッドボルトのボールを挟持する略円筒状のかしめ相当部分と、このかしめ相当部分の内径側に周方向に亙って形成されたエンドプレート取り付け溝相当部分とを有し、このかしめ相当部分をかしめ加工して得られる自動車サスペンションアームのかしめ部分における、かしめ部分の半径方向の幅をx mm、かしめ部分の肉厚をh mm、エンドプレート取り付け溝の外半径をr mmとした時、 x×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数が0.3mm 〜0.8mm の範囲となるように、前記かしめ相当部分が予め構成されていることを特徴とするアルミニウム合金鍛造材。   A forged aluminum alloy material for obtaining an automobile suspension arm according to any one of claims 1 to 3, wherein the arm equivalent portion of the automobile suspension arm and a stud bolt are supported at one end side of the arm equivalent portion. A ball joint equivalent part, and the ball joint equivalent part has a substantially cylindrical accommodation part equivalent part having an insertion hole for accommodating the ball of the stud bolt, and has a smaller diameter from the accommodation part equivalent part and on the insertion hole side. And a portion corresponding to the caulking of the substantially cylindrical shape that projects the stud bolt ball, and a portion corresponding to the end plate mounting groove formed on the inner diameter side of the portion corresponding to the caulking in the circumferential direction. The radial width of the caulking part in the caulking part of an automobile suspension arm obtained by caulking the part is x mm When the thickness of the caulking part is h mm and the outer radius of the end plate mounting groove is r mm, the shape variable of the caulking part cross section represented by x × h / r is in the range of 0.3 mm to 0.8 mm. And the caulking equivalent part is previously configured.
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