JP2011235334A - 異材継手構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋼板の鋳込み金具41をアルミニウムの鋳ぐるみ材42で鋳ぐるみ、鋼板の鋳込み金具を鋼板の接合部材43へ溶接する異材継手構造40において、鋼板の鋳込み金具が、引張強度の高い高張力鋼板にて形成され、アルミニウムの鋳ぐるみ材と機械的接合をするアンカ孔46が形成されるとともに、アルミニウムの鋳ぐるみ材と鋼板の鋳込み金具の鋼板面とを非接触にする非合金化亜鉛系めっき表面処理が施された。
【選択図】図2
Description
鋼板の鋳込み金具には、複数のアンカ孔が形成され、アンカ孔にアルミニウムの鋳ぐるみ材が注入され、アルミニウムの突出部が形成される。すなわち、鋳込み金具のアンカ孔の周辺部と鋳ぐるみ材の突出部の周辺部で鋳込み接合部が形成されている。
例えば、外力により鋳込み接合部が破断した場合、鋳込み金具はアルミで覆われているので鋳込み接合部の内部の破断を視認することはできない。従って、鋳込み接合部の接合強度に信頼性が乏しい。
さらに、鋳込み金具のアンカ孔の周辺部が破損しているのか、若しくはアンカ孔に形成されるアルミニウムの突出部が破損しているのかも視認することができない。
また、鋳込み接合部に錆が発生することを防止して耐食信頼性を向上することができる異材継手構造を提供することを課題とする。
請求項1に係る発明では、鋼板の鋳込み金具をアルミニウムの鋳ぐるみ材で鋳ぐるみ、鋼板の鋳込み金具を鋼板の接合部材へ溶接する。
鋼板の鋳込み金具が、引張強度の高い高張力鋼板にて形成され、アルミニウムの鋳ぐるみ材と機械的接合をするアンカ孔が形成されたので、鋼板の鋳込み金具とアルミニウムの鋳ぐるみ材(ダイカスト材)との鋳込み接合部の接合強度を鋼板と鋳込み金具の溶接接合強度より大きくできるので、衝突などの大入力による破断が、外観から見えやすい溶接接合の部位に限定され、目視点検でき強度信頼性が向上を図ることができる。
アルミニウムの鋳ぐるみ材と鋼板の鋳込み金具の鋼板面とを非接触にする非合金化亜鉛系めっき表面処理が施されたので、鋳込み接合部に錆が発生することを防止し、耐食信頼性も向上させることができる。
接合部材と鋳ぐるみ材との間に引張荷重を加え、スポット溶接部、突出部及び鋳込み金具にせん断応力を作用させるときに、鋳込み金具のせん断強度が、スポット溶接部のせん断強度よりも大きい範囲に、且つ突出部のせん断強度より小さい範囲に入るように、所定の引張強度を有する鋼板が選択され且つアンカ孔の孔径が決定されるようにした。すなわち、第1にスポット溶接部が破断され、第2に鋳込み金具が破断され、第3に突出部が破断されるようにした。これにより、見える部分から先に破断するようにしたので、異材継手構造の信頼性の向上を図ることができる。
また、スポット溶接部、突出部及び鋳込み金具にせん断応力を適正に設定できるとともに、異材継手構造の設計時間の短縮を図ることができる。
フロントサイドフレーム12は、車体の前後方向に延ばされる。
これらのアッパメンバ13及びロアメンバ14は、車体の一部をなす鋼材製の車体骨格部材である。
スポット溶接強度は、引張強度の低い方の鋼板で決定される。従って、接合部材(鋼板)43の引張強度を鋳込み金具(鋼板)41の引張強度より小さく設定(接合部材43<鋳込み金具41)することにより、目標の強度設計を容易におこなうことができる。
なお、スポット溶接部47,47のせん断強度S3は、スポット溶接部47,47の個数の合計のせん断強度である。
本発明に係る実験例を以下に述べる。なお、本発明は実験例に限定されるものではない。
接合部材43の高さ H2=66mm
鋳込み金具41の高さ H3=66mm
鋳ぐるみ部品51の高さ H5=115mm
鋳込み金具41及び接合部材43の横幅 L1=46mm
鋳込み金具41の厚み t1=1.6mm
接合部材43の厚さを t2=1.6mm
アンカ孔46の孔径 d1=Φ4mm、Φ6mm、Φ7mm、Φ8mm
アンカ孔46の個数 n1=3個
スポット溶接部47の個数=2個
鋳込み接合部48の接合強度設計の考え方は、機械的強度と金属的強度との合算で接合強度が決定されると考える。
すなわち、鋳込み金具41を、高張力鋼板(HSS)とすれば、スポット溶接部47,47の溶接強度より、鋳込み接合部48の接合強度を大きくでき、接合強度の信頼性の向上を図ることができると考えられる。さらに、表面処理を検討することで、一層、接合強度の信頼性の向上を図ることができると考えられる。
曲線61は、鋳ぐるみ材42の突出部45のせん断強度S1を示す曲線である。鋳ぐるみ材42は、高強度構造用アルミニウム合金(Al−Si−Mg系の365−T5)が用いられる。Al−Si−Mg系の365−T5は、引張強度:300MPa、耐力:180MPa、質別T5の特性を有するアルミニウム合金である。
孔径d1(図3参照)の増加に伴い突出部45の外径が増加するので、孔径d1の増加に伴い鋳ぐるみ材42の突出部45のせん断強度S1も増加する。
第2に、鋳込み金具41に高張力鋼板を用いることで引張強度の向上を図ることができるが、サンプルNo.8のように、引張強度780MPa以上の高張力鋼板ではアルミ側が破断する。また、サンプルNo.7のように、高張力鋼板の引張強度590MPaにおいて、溶融Alめっきを施した場合には、鋳ぐるみ材42(アルミニウム側)にも破断が見られた。
鋳込み接合部48以外の一般鋼板部分では、鋳込み金具41の表面処理を検討して耐食性を確保することが考えられる。
試験項目、条件及び時間は以下の通りである。
塩水噴霧: 時間2h
温度 :35±1℃
塩水濃度:5±0.5%
他の条件はJISZ2371に準拠した。
温度:60±1℃
相対湿度:20〜30%
湿潤: 時間2h
温度:50±1℃
相対湿度:95%以上
CCT40回、CCT80回、CCT120回、
サンプルC1は、アンカ孔46ありのGA鋼板であり、CCT40回、CCT80回及びCCT120回で合格、総合判定で合格、サンプル中の順位は第3位であった。
サンプルF1は、アンカ孔46なしのZAM鋼板であり、CCT40回、CCT80回及びCCT120回では合格、総合判定で合格、サンプル中の順位は第1位であった。
サンプルM1は、アンカ孔46なしのGI鋼板であり、CCT40回で合格、CCT80回で合格、CCT120回でも合格であった。総合判定で合格、サンプル中の順位は第2位であった。
サンプルA2,C2,E2,F2,G2,J2,L2、M2は、それぞれ表1に示したサンプルA1,C1,E1,F1,G1,J1,L1,M1にダストシーラ53(図7参照)を追加したものである。
サンプルC2は、CCT40回、CCT80回及びCCT120回で合格、総合判定で合格、サンプル中の順位は第3位であった。
サンプルF2は、CCT40回、CCT80回及びCCT120回で合格、総合判定で合格、サンプル中の順位は第1位であった。
サンプルM2は、CCT40回で合格、CCT80回で合格、CCT120回でも合格であった。総合判定で合格、サンプル中の順位は第2位であった。
先ず、裸材、GA鋼板及びアルミめっき鋼板(溶融Al6%−Si)は、アンカ孔46の有無の影響が大きい。アンカ孔46なしの場合には、サイクル試験(CCT)後の破断強度が大きく低下した。これは、裸材、GA鋼板及びアルミめっき鋼板(溶融Al6%−Si)の隙間密着性が悪ものと考える。
鋳込み金具41:
引張強度:440〜590MPaの高張力鋼板
鋳込み金具41のアンカ孔46の孔径:Φ7X3個
鋼板の表面処理:非合金化亜鉛系めっき(Gl鋼板、ZAM鋼板相当品)
高強度構造用アルミニウム合金(Al−Si−Mg系の365−T5)のダイカスト材
なお、365−T5は今回の検討事例である。
今回は、鋳込み金具41の板厚、アンカ孔46の設置個数を規定したが、鋳込み金具41の板厚、アンカ孔46の設置位置及び個数を変化させることによっても、鋳込み接合部48の接合強度の向上が可能である。この場合に、鋳込み接合部48が狭い部位に設定することができるように配慮が必要であるとともに、重量が増加したりしないように配慮が必要となる。
鋳込み接合部48の鋳込み金具41(鋼板)側の耐食性能は、GI鋼板及びZAM鋼板が優れていた。CCT120サイクル試験においても、鋳込み金具41に錆の発生はなかった。鋳込み金具41の素材としてGI鋼板及びZAM鋼板が好ましい。
Claims (6)
- 鋼板の鋳込み金具をアルミニウムの鋳ぐるみ材で鋳ぐるみ、前記鋼板の鋳込み金具を鋼板の接合部材へ溶接する異材継手構造において、
前記鋼板の鋳込み金具は、引張強度の高い高張力鋼板にて形成され、前記アルミニウムの鋳ぐるみ材と機械的接合をするアンカ孔が形成されるとともに、前記アルミニウムの鋳ぐるみ材と前記鋼板の鋳込み金具の鋼板面とを非接触にする非合金化亜鉛系めっき表面処理が施されたことを特徴とする異材継手構造。 - 前記鋳込み金具は、引張強度440〜590MPaの高張力鋼板であることを特徴とする請求項1記載の異材継手構造。
- 前記鋳込み金具は、亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金を表面処理した高耐食めっき鋼板が用いられることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の異材継手構造。
- 前記鋳込み金具のアンカ孔は、Φ6〜8mmに形成された丸孔であることを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項3記載の異材継手構造。
- 前記鋳込み金具は、略矩形を呈するとともに、矩形の一辺側に前記接合部材にスポット溶接されてスポット溶接部が形成され、矩形の一辺に対向する矩形の他辺側に前記アンカ孔が形成され、該アンカ孔に前記鋳ぐるみ材が鋳込まれて突出部が形成されるものであり、
前記接合部材と前記鋳ぐるみ材との間に引張荷重を加え、前記スポット溶接部、前記突出部及び前記鋳込み金具にせん断応力を作用させるときに、
前記鋳込み金具のせん断強度は、前記スポット溶接部のせん断強度よりも大きい範囲に、且つ前記突出部のせん断強度より小さい範囲に入るように、所定の引張強度を有する前記鋼板が選択され且つ前記アンカ孔の孔径が決定されることを特徴とする請求項1記載の異材継手構造。 - 前記鋳ぐるみ材は、ダンパユニットを支持するダンパハウジング本体であり、前記接合部材は、車体の前後方向に延ばされるフロントサイドフレームであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の異材継手構造。
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