JP2009208577A - トーションビームの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成形力の低減を図ることができる、トーションビームの製造方法を提供する。
【解決手段】トーションビーム２の製造方法は、ポンチ８が管状部材７の周壁の一部を押圧して窪み５を形成する第１工程と、液圧が窪みの形状を維持したまま周壁の一部とは異なる他部を管状部材の内側から押し広げて、管状部材を製品形状または製品形状を有する中間成形品２６に成形する第２工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、中空構造を有するトーションビームの製造方法に関する。

管状部材を成形する方法として、型によって管状部材を押圧して変形させるプレス加工と、管状部材内に液圧をかけ、管状部材を膨らませて変形させるバルジ加工とを組み合わせた方法がある。例えば特許文献１に記載の方法は、管状部材にプレス加工およびバルジ加工を施し、車の駆動車軸やデファレンシャルギアを収容する中空構造のアクスルハウジングを成形する。

特許文献１に記載の方法では、プレス工程においてポンチが管状部材の周壁を窪ませて中間成形品を形成し、その後、バルジ工程において、中間成形品内に充填された液体が中間成形品を膨らませて最終成形品形状にする。

プレス工程では、ポンチは最終成形品の窪みよりも深く管状部材の周壁を窪ませておき、バルジ工程において、中間成形品の内側から液体が窪みを押し戻して縮小させるとともに、成形型の内面に沿うように周壁を変形させて成形する。窪みを縮小させる過程において、液体は、窪みを形成するためにプレス工程で引き伸ばされた管状部材の周壁を圧縮する。
特開２００４−３５１９６２号公報

しかし、周壁を圧縮するために要する力は、引き伸ばすために要する力よりも大きいため、特許文献１のように周壁の圧縮をともなう場合、成形に要する力が増加する。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、成形力の低減を図ることができるトーションビームの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明のトーションビームの製造方法は、ポンチが管状部材の周壁の一部を押圧して窪みを形成する第１工程を有する。また、本発明のトーションビームの製造方法は、液圧が管状部材の内側から周壁を押し広げて、管状部材を製品形状または製品形状を有する中間成形品に成形する第２工程を有する。

第２工程では、第１工程で周壁の一部を押圧して形成した窪みの形状を維持したまま、液圧が周壁の一部とは異なる他部を管状部材の内側から押し広げて成形する。

本発明のトーションビームの製造方法では、ポンチが管状部材の周壁の一部を押圧して窪みを形成し、窪みの形状を維持したまま液圧が周壁の一部とは異なる他部を管状部材の内側から押し広げ、周壁を引き伸ばして成形する。よって、本発明のトーションビームの製造方法は、成形に要する力を低減し得る。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

図１はアクスルビーム式リヤサスペンションの斜視図である。図２（Ａ）は図１のトーションビームを裏返して示す斜視図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図２（Ｃ）は図２（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

図３（Ａ）はプレス加工前の鋼管、ポンチ、プレス用上型、およびプレス用下型の概略断面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う概略断面図である。図４はプレス用上型およびプレス用下型が鋼管を固定したときの概略断面図である。図５（Ａ）はプレス加工により鋼管を第１中間成形品に成形したときの概略断面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う概略断面図である。

図６（Ａ）はバルジ加工前の第１中間成形品、バルジ用上型、およびバルジ用下型の概略断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う概略断面図である。図７（Ａ）はバルジ加工により第１中間成形品を第２中間成形品に成形したときの概略断面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う概略断面図である。図８（Ａ）は第２中間成形品の長手方向に沿う断面図、図８（Ｂ）は第２中間成形品の両端を加工して形成されたトーションビームの長手方向に沿う断面図である。

図１に示すように、本実施形態の方法によって製造するトーションビーム２は、アクスルビーム式リヤサスペンション１に用いられる棒状の構造部品であり、車輪と車体とを接続する一対のトレーリングアーム３、４を互いに連結する。一対のトレーリングアーム３、４は、トーションビーム２の両端に溶接により接続している。車体がロールしてトレーリングアーム３、４が動き、車輪の回転角度が変化したとき、トーションビーム２はねじれ、ねじれを元に戻すことによって車輪の回転角度を一定に保つ。

図２（Ａ）に示すように、トーションビーム２は、長尺な中空構造を有し、両端２７、２８が、トレーリングアーム３、４の断面円状の外周面に沿った形状をなしている。また、トーションビーム２は、周壁の一部が内側に窪んでなる窪み５を有する。窪み５は、トーションビーム２の長手方向に伸びており、その深さは、長手方向に沿って変化している。

図２（Ｂ）、および図２（Ｃ）に示すように、トーションビーム２の長手方向に対して垂直な平面において、トーションビーム２は、窪み５、窪み５の開口部で周壁が湾曲してなる湾曲部６、および湾曲部６から湾曲部６まで周壁が弓なりに延在してなる外側部２９から構成される、略Ｕ字状または略Ｖ字状の断面形状を有する。

断面形状は、トーションビーム２の長手方向中央で略Ｕ字状であり、端付近で略Ｖ字状である。また、トーションビーム２の長手方向中央での窪み５の深さｄ１は、端付近での深さｄ２よりも大きく（ｄ１＞ｄ２）、断面の大きさは、トーションビーム２の長手方向中央から端に向かって増加している。

以上説明した断面形状を有することにより、トーションビーム２は、断面形状がＶ字状となるように単に板材を折り曲げてなるトーションビーム（不図示）に比べ、高いねじれ剛性を有する。

次に、トーションビーム２の製造方法について説明する。

トーションビーム２の製造方法は、トーションビーム２の窪み５および湾曲部６を成形する、第１工程としてのプレス工程と、窪み５および湾曲部６の形状を維持したまま外側部２９を成形し、トーションビーム２の形状を成形する第２工程としてのバルジ工程とを有する。

プレス工程では、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すような、被加工材を支持するプレス用下型９および被加工材を押圧するポンチ８を有するプレス機械１０が、被加工材である鋼管７をポンチ８によりプレス用下型９に押し付けて、トーションビーム２の窪み５および湾曲部６を成形する。プレス機械１０は、ポンチ８およびプレス用下型９の他に、プレス用下型９とともに被加工材を挟持するプレス用上型１１を有する。

プレス用下型９は、固定されており、プレス用上型１１との合わせ面に形成された直線的に伸びる溝１２で鋼管７を支持している。一方、プレス用上型１１、およびポンチ８は、不図示の油圧シリンダによりプレス用下型９に対して近接離間し、ポンチ８は、鋼管７の長手方向に沿って伸びる先端部１３を有する。

図４に示すように、プレス工程では、まず、鋼管７を支持するプレス用下型９に向かって、プレス用上型１１が下降し、鋼管７を押圧してプレス用下型９の溝１２に押し込み、プレス用下型９とともに鋼管７の端部を挟んで鋼管７を固定する。

この後、図５（Ａ）に示すように、ポンチ８がプレス用下型９に向かって下降し、鋼管７の周壁を押圧して引き伸ばしながら管内方向に窪ませ、周壁を重ね合わせてプレス用下型９の底１４に押し付け、トーションビーム２の窪み５を形成する。

図５（Ｂ）に示すように、ポンチ８の先端部１３は湾曲した形状であり、トーションビーム２における湾曲した底１５（図２（Ｂ）および図２（Ｃ）参照）と同じ曲率を有する。一方、プレス用下型９における底１４は、鋼管７の周壁の厚さｔの２倍だけ、先端部１３の曲率よりも小さい曲率を有する。

このため、ポンチ８およびプレス用下型９は、先端部１３および底１４で周壁を重ね合わせて挟むことにより、設計寸法からの誤差が抑制された良好な寸法精度の底１５を成形できる。なお、ポンチ８が鋼管７の周壁をプレス用下型９の底１４に押し付ける際、トーションビーム２の湾曲部６も形成される。

窪み５および湾曲部６が形成された後、プレス用上型１１およびプレス用下型９が、窪み５および湾曲部６を有する第１中間成形品１６を固定した状態で、ポンチ８が上昇してプレス用下型９から離間する。ポンチ８が第１中間成形品１６から離れた後、プレス用上型１１が上昇してプレス用下型９から離れ、不図示の工業用ロボットが、プレス用下型９から第１中間成形品１６を取り外す。

以上説明したプレス工程の後、トーションビーム２の外側部２９を成形するバルジ工程に移る。

バルジ工程では、ます、図６（Ａ）に示すような、被加工材を挟持するバルジ用上型１７とバルジ用下型１８、およびポンプ１９を有するバルジ加工装置３０が、ポンプ１９により液体２０を被加工材内に充填する。液体２０は、例えば錆防止剤を含む水である。

バルジ用下型１８は、固定されており、被加工材である第１中間成形品１６を受け、バルジ用上型１７は、不図示の油圧シリンダによりバルジ用下型１８に対して近接離間する。工業用ロボットがプレス工程で形成された第１中間成形品１６をバルジ用下型１８に載置した後、バルジ用上型１７は、バルジ用下型１８に向かって下降し、第１中間成形品１６をバルジ用下型１８とともに挟持する。

バルジ加工装置３０は、バルジ用下型１８、バルジ用上型１７、およびポンプ１９の他に、第１中間成形品１６を密閉する栓２１、２２、および栓の一方２１を貫通して第１中間成形品１６に連通する液体供給管２３を有する。ポンプ１９は、液体供給管２３を通じて液体２０を第１中間成形品１６内に充填する。

図６（Ｂ）に示すように、第１中間成形品１６を挟持するバルジ用上型１７およびバルジ用下型１８のうちのバルジ用上型１７は、トーションビーム２の窪み５および湾曲部６が反転した形状の曲面である凹凸面２４を有する。バルジ用上型１７は、バルジ用下型１８とともに第１中間成形品１６を挟持する際、凹凸面２４を第１中間成形品１６の窪み５および湾曲部６に当接させる。

一方、バルジ用下型１８は、トーションビーム２の外側部２９が反転した形状の曲面２５を有しており、バルジ用上型１７とともに第１中間成形品１６を挟持する際、第１中間成形品１６の外面と曲面２５との間に隙間を空けた状態で、第１中間成形品１６を支持する。

バルジ用上型１７およびバルジ用下型１８が第１中間成形品１６を挟持し、ポンプ１９が第１中間成形品１６内に液体２０を充填した後、図７（Ａ）に示すように、ポンプ１９は、液体２０に圧力を加え、第１中間成形品１６を膨らませてトーションビーム２の形状を有する第２中間成形品２６に成形する。

図７（Ｂ）に示すように、バルジ工程では、バルジ用上型１７が、プレス工程で形成された窪み５および湾曲部６を凹凸面２４に当接させて形状を維持し、液体２０が、窪み５および湾曲部６以外の周壁を引き伸ばしながら変形させ、バルジ用下型１８の曲面２５に押し付けて成形する。

バルジ工程の後、液体２０が第２中間成形品２６から抜かれ、バルジ用上型１７が上昇してバルジ用下型１８から離れ、不図示の工業用ロボットが、第２中間成形品２６をバルジ用下型１８から取り外す。この後、図８（Ａ）および（Ｂ）に示すように、第２中間成形品２６の両端が、トレーリングアーム３、４の断面円状の外周面に沿うように加工され、第２中間成形品２６はトーションビーム２に成形される。

本実施形態の製造方法による効果を説明する。

本実施形態のトーションビーム２の製造方法では、プレス工程において、ポンチ８が鋼管７を押圧して窪み５を形成する。その後、バルジ工程において、バルジ用上型１７が窪み５および湾曲部６の形状を維持した状態で、液体２０が鋼管７を内側から押し広げて第１中間成形品１６の周壁を引き伸ばし、トーションビーム２の形状を有する第２中間成形品２６を形成する。

周壁を引き伸ばすために要する力は、周壁を圧縮するために要する力よりも小さいため、プレス工程およびバルジ工程において周壁を引き伸ばして成形する実施形態のトーションビーム２の製造方法は、成形に要する力を低減し得る。

トーションビーム２における窪み５の底１５の形状は、トーションビーム２の他の部位の形状に比べ、ねじれ剛性に与える影響が大きいため、設計寸法からの誤差ができる限り小さいことが好ましい。

本実施形態と異なり、液圧により成形するバルジ工程において寸法精度良く窪み５の底１５を形成しようとすると、液圧を増加させる必要があり、精度が要求される底１５だけでなく被加工材である鋼管７全体にかかる液圧が増加し、バルジ用上型１７およびバルジ用下型１８を閉じておくための型締め力が増加する。

これに対し、本実施形態のトーションビーム２の製造方法では、他の部位に比べ高い寸法精度が要求される窪み５の底１５を、プレス工程においてポンチ８およびプレス用下型９が挟み込んで形成するため、液圧増加を抑制し、型締め力の低減を図ることができる。

また、液圧によって成形するバルジ工程において寸法精度良く窪み５の底１５を形成しようとすると、被加工材の容積によっては、必要な型締め力が装置の上限を超える場合があり、装置の大型化、または寸法精度の低下を招く虞がある。

これに対し、本実施形態のトーションビーム２の製造方法では、他の部位に比べ高い寸法精度が要求される窪み５の底１５を、プレス工程においてポンチ８およびプレス用下型９が挟み込んで形成するため、装置の大型化を招くことなく、寸法精度の向上を図ることができる。

一般的に、曲率が大きい程、成形に要する力が大きいため、トーションビーム２の他の部位に比べて曲率の大きい窪み５や湾曲部６を、本実施形態と異なりバルジ工程で成形する場合、液圧が増加し、型締め力の増加や装置の大型化を招く。これに対し、本実施形態のトーションビーム２の製造方法では、窪み５や湾曲部６がプレス工程で成形されるため、型締め力を低減し、装置の大型化を防止できる。

本実施形態のトーションビーム２の製造方法では、液体２０が、バルジ工程において第１中間成形品１６の周壁を引き伸ばすため、周壁を圧縮して成形する場合に比べて液圧が低く、バルジ用上型１７およびバルジ用下型１８を閉じておくための型締め力を低減できる。

また、本実施形態のトーションビーム２の製造方法では、バルジ工程において、液体２０が第１中間成形品１６の周壁を引き伸ばすため、周壁を圧縮する場合に比べ、成形品におけるしわの発生を抑制できる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変できる。例えば、トーションビームは、図示した形状のものだけでなく、長手方向に対して直角な平面において、周壁が閉空間を形成し、周壁の一部が内側に窪んだ他の形状であってもよい。

アクスルビーム式リヤサスペンションの斜視図である。 （Ａ）は図１のトーションビームを裏返して示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 （Ａ）は被加工材である鋼管の長手方向における、プレス加工前の鋼管、ポンチ、プレス用上型、およびプレス用下型の概略断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う概略断面図である。 プレス用上型およびプレス用下型が鋼管を固定したときの概略断面図である。 （Ａ）はプレス加工により鋼管を第１中間成形品に成形したときの概略断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う概略断面図である。 （Ａ）は第１中間成形品の長手方向における、バルジ加工前の第１中間成形品、バルジ用上型、およびバルジ用下型の概略断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う概略断面図である。 （Ａ）はバルジ加工により第１中間成形品を第２中間成形品に成形したときの概略断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う概略断面図である。 （Ａ）は第２中間成形品の長手方向に沿う断面図、（Ｂ）は第２中間成形品の両端を加工して形成されたトーションビームの長手方向に沿う断面図である。

符号の説明

１ アクスルビーム式リヤサスペンション、
２ トーションビーム（製品）、
３、４ トレーリングアーム、
５ 窪み、
６ 湾曲部、
７ 鋼管、
８ ポンチ、
９ プレス用下型（プレス型）、
１０ プレス機械、
１１ プレス用上型、
１２ 溝、
１３ ポンチの先端部（先端）、
１４ 溝の底（凹部）、
１５ 窪みの底、
１６ 第１中間成形品、
１７ バルジ用上型、
１８ バルジ用下型、
１９ ポンプ、
２０ 液体、
２１、２２ 栓、
２３ 液体供給管、
２４ 凹凸面、
２５ 曲面、
２６ 第２中間成形品（中間成形品）、
２７、２８ トーションビームの両端、
２９ 外側部、
３０ バルジ加工装置。

Claims (3)

1. ポンチが管状部材の周壁の一部を押圧して窪みを形成する第１工程と、
   液圧が前記窪みの形状を維持したまま前記周壁の一部とは異なる他部を前記管状部材の内側から押し広げて、前記管状部材を製品形状または前記製品形状を有する中間成形品に成形する第２工程と、を有することを特徴とするトーションビームの製造方法。
2. 前記第１工程において、前記ポンチが、当該ポンチと相対的に近接離間するプレス型に前記管状部材の周壁の一部を押し付けることを特徴とする請求項１に記載のトーションビームの製造方法。
3. 前記ポンチが、前記窪みの底と同じ曲率の先端を備え、前記プレス型が、その上面に前記周壁の厚さの２倍だけ、前記先端の曲率よりも小さい曲率の凹部を備え、
   前記第１工程において、前記ポンチおよび前記プレス型が、前記先端および前記凹部で、前記管状部材の周壁の一部と前記他部の内面同士が接触するように前記周壁を重ね合わせて挟み込むことを特徴とする請求項２に記載のトーションビームの製造方法。

Images