JP2011000635A

JP2011000635A - トーションビームの製造方法

Info

Publication number: JP2011000635A
Application number: JP2009147954A
Authority: JP
Inventors: Mineto Suda; 峰人須田; Masami Eguchi; 正美江口; Masayuki Okano; 雅行岡野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-06-22
Filing date: 2009-06-22
Publication date: 2011-01-06

Abstract

【課題】パイプをプレスする工程においてパイプに生じる加工応力を低減す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】円筒形状のパイプ２０を押圧することでトーションビーム１０を形成する製造方法であって、パイプ２０の断面を凹型に形成するようにパイプ２０に同じ押圧方向の複数回のプレスをし、それぞれのプレスの後にパイプ２０への押圧力を解放してトーションビーム１０を製造する。一回のプレス毎にパイプ２０の断面が段階的に凹むように押圧する。
【選択図】図２

Description

本発明はパイプをプレスすることでトーションビームを形成するトーションビームの製造方法に関する。

車両のサスペンション装置にトーションビームを用いることが知られている。トーションビームは、トーションビームに生じたねじりの反力を利用して左右輪の上下方向の変位を減衰し、車両の乗員の乗り心地を向上させるものである。

特許文献１には、トーションビームの成形方法として、圧延鋼板材をパイプ体に造管するパイプ造管工程において、圧延鋼板材の圧延方向がパイプ体の軸方向に対して略直角となるようにパイプ体を造管し、パイプ体の内周を研磨する研磨工程において、パイプ体の軸方向に対して略直角となる方向にパイプ体の内周が研磨されることが開示されている。また、特許文献２には、トーションビームの製造方法として、プレス成形によりパイプを径方向内側に潰して先端開口側が開いた凹部を成形すると共に、凹部の先端開口側を閉じ方向に成形して、パイプの断面を略Ｖ字状または略Ｕ字状に成形する方法が開示されている。

特開２００５−２８９２５８号公報特開２００７−２３７７８４号公報

しかしながら、特許文献１に開示される技術においてトーションビームの一部に残留応力が生じる。そのため、パイプをプレス成形した後に焼きなまし工程が必要となり、工程数が多く、製造コストがかかる。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、パイプをプレスする工程においてパイプに生じる加工応力を低減す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にある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様は、円筒形状のパイプを押圧することでトーションビームを形成する製造方法であって、パイプの断面を凹型に形成するようにパイプに同じ押圧方向の複数回のプレスをし、それぞれのプレスの後にパイプへの押圧力を解放してトーションビームを製造する。

この態様によると、各プレス後にパイプへの押圧力を解放することでパイプ自体の弾性力によりパイプに生じる加工応力を緩和することができ、パイプに一回のプレスを加えてトーションビームを製造する場合と比べて、トーションビームに生じる加工応力を低減することができる。

一回のプレス毎にパイプの断面が段階的に凹むようにしてもよい。また、凸形状の第１金型と凹形状の第２金型との間にパイプを挟んで、第１金型と第２金型との相対距離を変位させることで複数回のプレスをしてもよい。これにより、２つの金型の相対距離を変位させるシンプルなプレス工程でトーションビームを製造することができる。

本発明によれば、トーションビームの製造過程のパイプをプレスする工程においてパイプに生じる加工応力を低減することができる。

実施形態に係るトーションビームの断面図である。（ａ）〜（ｄ）は、実施形態に係るトーションビームの製造方法の工程の一部を示す模式図である。実施形態に係るプレス工程における第１金型と第２金型との相対距離を示す図である。

図１は、実施形態に係るトーションビーム１０の断面図である。トーションビーム１０は、車両のトーションビーム式サスペンションに設けられ、車載状態において車幅方向に延在するように配置される。なお、図示するトーションビーム１０の断面はＶ字形状であるが、断面がＵ字形状のトーションビームであってもよい。

このトーションビーム１０は、円筒形状のパイプをプレス成形することで製造される。一般に、このプレス工程において、凹部１２や開口端部１４が、その他の部分より大きく引き延ばされたり、圧縮されてトーションビーム１０に残留応力が生じる可能性がある。そのため、プレス成形後のトーションビーム１０に焼きなまし処理や焼入れ処理をすることが一般的である。しかしながら、焼きなまし処理をすると、製造工程が煩雑になり、製造コストもかかる。また、プレス成形後に焼き入れ処理を施すと、製品に歪みが生じることもあり、最終製品の形状が安定しない。

そこで、実施形態のトーションビーム１０の製造方法では、パイプの断面を凹型に形成するようにパイプの径方向内向きに複数回のプレスをし、それぞれのプレスの後にパイプへの押圧力を解放してトーションビームを製造する。これにより、加工応力を除去しながら成形することができる。なお、一回のプレスとは、パイプに押圧力を加え始めてから、その押圧力が一時的に止まるまでのプレスをいう。

図２（ａ）〜（ｄ）は、実施形態に係るトーションビーム１０の製造方法の工程の一部を示す。また、図２（ａ）〜（ｄ）は、各工程を模式的に示した断面図である。図２（ａ）は、円筒形状のパイプ２０の断面を示す。たとえばパイプ２０の材料は、硬い高張力鋼である。

図２（ｂ）は、凸形状の第１金型３０と凹形状の第２金型３２との間にパイプ２０を挟んで、押圧した第１成形体２２を示す。第１成形体２２は、パイプ２０が押圧されて、トーションビーム１０が形成される途中の形態である。第１金型３０は、パイプ２０の軸方向に延伸した凸部３４によりパイプ２０が凹むよう押圧する。第２金型３２は、Ｖ字形状の上端面によりパイプ２０を下方から支持する。なお、本図では、断面がＶ字形状のトーションビーム１０を形成するための金型を示すが、金型の形状を変えることで断面がＵ字形状のトーションビーム１０を形成してよい。

第１金型３０および第２金型３２は、電動サーボプレス機（不図示）によって、第１金型３０と第２金型３２との相対距離が制御される。なお、電動サーボプレス機は、油圧プレス機より精度良く相対距離を制御できるため好適である。また、電動サーボプレス機は、第１金型３０および第２金型３２の少なくとも一方を移動して相対距離を制御してよい。

実施形態に係るプレス工程では、第１金型３０および第２金型３２の相対距離が所定距離に達すると、第１金型３０および第２金型３２の相対距離を離して、第１成形体２２への押圧力が一時的に解放される。パイプ２０は押圧力により弾性変形から塑性変形してトーションビーム１０となるが、その途中で押圧力を解放することで第１成形体２２に生じた加工応力が弾性力により緩和される。そして次に、第１金型３０および第２金型３２の相対距離を小さくして第１成形体２２を押圧する。

図２（ｃ）は、第１金型３０および第２金型３２により第１成形体２２を挟んで押圧した第２成形体２４を示す。第１成形体２２を押圧したときより第１金型３０および第２金型３２の相対距離を小さく設定されているため、第２成形体２４は第１成形体２２より凹んでいる。すなわちパイプ２０の断面が段階的に凹んでいる。そして、再度第２成形体２４への押圧力を解放し、第２成形体２４に生じた加工応力を緩和する。次に、第２成形体２４を再度押圧してトーションビーム１０を製造する。

図２（ｄ）は、複数回のプレスが終わった後のトーションビーム１０を示す。プレス成形によりパイプ２０の断面が凹型に変形されている。トーションビーム１０は、図２（ａ）のパイプ２０の内壁面の一部と、その内壁面の一部と対向する内壁面の一部が接するように凹まされている。すなわち、図２（ａ）に示すパイプ２０の断面において、中心線と交わる内壁面の２つの交点が接するようにパイプ２０が凹んでいる。

以上のように、パイプの径方向内向きに複数回の段階的なプレスをし、各プレス後にパイプ２０への押圧力を解放することで、パイプ２０に生じる加工応力を低減しつつプレス成形することができる。これにより、トーションビーム１０の強度を向上することができ、熱処理の工程を省けることで製造コストを削減することができる。また、上下１セットの金型を上下変位させるというシンプルな工程でトーションビーム１０を製造することができる。なお、パイプ２０の軸方向の両端部は、第１金型３０および第２金型３２により押圧力を加えず、円筒形状を保つようにする。

図３は、実施形態に係るプレス工程における第１金型３０と第２金型３２との相対距離を示す。図３の縦軸は、第１金型３０と第２金型３２との相対距離を示し、横軸は、時間を示す。なお、この相対距離はパイプ２０を形成していた圧延板自体の厚さを除いた距離とする。

時刻ｔ０において、パイプ２０は第２金型３２の上端面に載置されており、第１金型３０と第２金型３２との相対距離ｄ０である。そして時刻ｔ１の第１設定距離ｄ１となるまで、パイプ２０を押圧する。ここで、たとえばパイプ２０の直径は９０ｃｍであり、第１設定距離ｄ１は５０ｃｍである。ここから、電動サーボプレス機は、凸形状の第１金型３０と凹形状の第２金型３２との間にパイプを挟んで、予め設定されたプログラムにもとづいて、第１金型３０と第２金型３２との相対距離を変位させることで複数回のプレスをする。

次に時刻ｔ２において、第１金型３０と第２金型３２との相対距離は、距離ｄ２まで離される。距離ｄ２は６０ｃｍである。これにより、パイプ２０への押圧力が解放され、弾性力により加工応力が緩和される。時刻ｔ３においてパイプ２０は再度、第２設定距離ｄ３まで押圧される。第２設定距離ｄ３は、４０ｃｍである。そしてまた時刻ｔ４において押圧力を解放する。

このように、加圧と力の解放を繰り返し、相対距離がｄ４＝０ｃｍになるまで１０ｃｍずつ段階的にパイプ２０を凹ましてプレス成形をする。これにより、パイプ２０に生じる加工応力を低減しつつプレス成形することができる。なお、このプレス成形においては、成形前のパイプ２０の直径の１／１０から１／８ずつ凹ますよう段階的にプレスをすることが、製造時間短縮の観点および加工応力を低減する観点から好ましい。また、時刻ｔ１において、製造時間の短縮のために最初のプレスで比較的大きい変位量のプレスをしたが、最初からパイプ２０の直径の１／１０から１／８ずつ段階的に凹ますようにプレスをしてもよい。

なお、時刻ｔ５において相対距離が０ｃｍになるまで複数回のプレスをしたが、さらに時刻ｔ６において相対距離が同じ距離の０ｃｍになるまで再プレスをする。すなわち、段階的なプレスをした後、最終設定された相対距離と同じ相対距離の再プレスを数回追加する。これにより、トーションビーム１０の形状を安定させることができる。また、この工程も、段階的なプレスと同様に、上下１セットの金型を上下変位させるシンプルな工程ですることができる。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。

１０トーションビーム、１２凹部、１４開口端部、２０パイプ、２２第１成形体、２４第２成形体、３０第１金型、３２第２金型。

Claims

円筒形状のパイプを押圧することでトーションビームを形成する製造方法であって、
前記パイプの断面を凹型に形成するように前記パイプに同じ押圧方向の複数回のプレスをし、それぞれの前記プレスの後に前記パイプへの押圧力を解放してトーションビームを製造することを特徴とするトーションビームの製造方法。
一回の前記プレス毎に前記パイプの断面が段階的に凹むようにす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。
凸形状の第１金型と凹形状の第２金型との間に前記パイプを挟んで、前記第１金型と前記第２金型との相対距離を変位させることで前記複数回のプレスをすることを特徴とする請求項１または２に記載のトーションビームの製造方法。