JP2023090005A - 金属板の曲げ加工部の疲労き裂進展抑制方法及び自動車部品 - Google Patents

Abstract

【課題】金属板を曲げ加工した曲げ加工部の疲労き裂の進展を抑制する金属板の曲げ加工部の疲労き裂進展抑制方法、及び、該曲げ加工部における疲労き裂の進展を抑制した自動車部品を提供する。
【解決手段】本発明に係る金属板の曲げ加工部の疲労き裂進展抑制方法は、金属板１を曲げ加工した曲げ加工部３の疲労き裂の進展を抑制するものであって、曲げ加工部３の谷線方向に沿って金属板１の板厚未満の間隔を空けて、谷線方向に垂直な方向に、少なくとも曲げ加工部３の曲げ内側における曲げ始点から曲げ終点までの範囲内に塑性ひずみを付与して圧縮残留応力を発生させることを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属板を曲げ加工した曲げ加工部の疲労き裂の進展を抑制する金属板の曲げ加工部の疲労き裂進展抑制方法、及び、金属板を曲げ加工した曲げ加工部を有し、該曲げ加工部における疲労き裂の進展を抑制した自動車部品に関する。

金属板のプレス成形により曲げ加工した曲げ加工部においては、局所的に強い圧縮応力が負荷されるため曲げ内側の表面にき裂が発生し、このような曲げ加工部を有する部品に繰り返し荷重が負荷すると当該き裂が進展し、疲労寿命を低下させることが知られている。
そこで、これまでに、金属板を曲げ加工した曲げ加工部を有する部品の疲労寿命を向上する技術がいくつか提案されている。

特許文献１及び特許文献２には、金属板のコイニング加工の際に、バーリング加工部の根元を構成する局部の曲げの内側に亀裂が生じるのを抑制するために、１工程目に最終形状と異なる曲率半径（曲率半径無限大すなわち直線を含む）の曲げ加工を行い、２工程目に最終形状の曲率半径に曲げ加工を行って曲げの内側面に引張応力が導入されるようにすることで、曲部の内側面に亀裂が生じるのを抑制する技術が開示されている。
また、特許文献３には、曲げ応力を負荷する金属板の表面にショットピーニング法による表面硬化処理を施すことによって、降伏応力を高めてショットピーニング後の疲労強度を向上する技術が提案されている。
さらに、特許文献４には、鋼材の曲板部に発生した疲労き裂を補修する方法として、鋼材表面の疲労き裂を挟んだ両側のうち少なくとも一側を疲労き裂と平行にピーニングすることで疲労き裂の開口部を閉じ、その後、疲労き裂の直上をさらにピーニングする技術が開示されている。

特開２０１８－５１６０８号公報 特開２０１８－５１６０９号公報 特開２０００－２２５５６７号公報 特許４４４１６４１号公報

特許文献１に開示されている技術は、曲げ加工を施す工程が２工程となるために金型を２種類用意する必要があり、製造コストがかかる問題があった。
特許文献２に開示されている技術は、適用可能な箇所がバーリング加工部に限定されるという問題があった。
特許文献３に開示されている技術は、ショットピーニングを用いるため、投射材の飛散防止措置のために密閉した容器の中で加工を行う必要があった。
特許文献４に開示されている技術は、平板や溶接止端部に対してエア式のハンマーピーニング装置を用いてピーニングを行う方法であるが、金属板を曲げ加工した曲げ加工部を有する部品に適用する場合、き裂発生の危険部位である曲げ加工部の曲げ内側の全てを打撃することになって生産性が低いこと、ピーニングに用いる打撃ピンの打撃荷重によって部品全体が変形してしまうこと、さらに、打撃ピンの先端半径が曲げ加工部の曲率半径より大きいと曲げ加工部の曲げ角度が拡大してしまうこと、といった問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、金属板の曲げ加工の製造コストを増加させず、曲げ加工した後の曲げ加工部に対して適用可能であって、生産性を低下せず、部品全体や曲げ加工部の曲げ角度を変化させずに曲げ加工部の疲労き裂の進展を抑制することができる金属板の曲げ加工部の疲労き裂進展抑制方法、及び、金属板を曲げ加工した曲げ加工部を有し、該曲げ加工部における疲労き裂の進展を抑制した自動車部品を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る金属板の曲げ加工部の疲労き裂進展抑制方法は、金属板を曲げ加工した曲げ加工部の疲労き裂の進展を抑制するものであって、
前記曲げ加工部の谷線方向に沿って前記金属板の板厚未満の間隔を空けて、前記谷線方向に直交する方向に、少なくとも前記曲げ加工部の曲げ内側における曲げ始点から曲げ終点までの範囲内に塑性ひずみを付与して圧縮残留応力を発生させることを特徴とするものである。

（２）上記（１）に記載のものにおいて、
前記圧縮残留応力は、打撃ピンを用いたニードルピーニング処理により前記曲げ加工部の曲げ内側に一連の打撃痕である圧痕帯を形成することにより発生させ、
前記打撃ピンとして、その先端部の前記谷線方向に直交する断面における曲率半径が、前記曲げ加工部の曲率半径以下のものを用いることを特徴とするものである。

（３）本発明に係る自動車部品は、金属板を曲げ加工した曲げ加工部を有し、該曲げ加工部における疲労き裂の進展を抑制したものであって、
前記曲げ加工部の谷線方向に沿って前記金属板の板厚未満の間隔を空けて、前記谷線方向に直交する方向に、少なくとも前記曲げ加工部の曲げ内側における曲げ始点から曲げ終点までの範囲内に打撃ピンを用いたニードルピーニング処理による一連の打撃痕である圧痕帯を有することを特徴とするものである。

本発明においては、金属板を曲げ加工した曲げ加工部に発生するき裂の進展を抑制することができ、当該曲げ加工部を有する自動車部品の疲労寿命を効果的に向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係る金属板の曲げ加工部の疲労き裂進展抑制方法及び本発明の実施の形態２に係る自動車部品を説明する図である（（ａ）曲げ加工部に正対する方向からの平面図、（ｂ）断面図、（ｃ）曲げ加工部の拡大図）。 本発明に至った経緯として、曲げ加工部における疲労き裂の進展と、当該疲労き裂の進展を抑制するための概念を説明する図である（（ａ）通常（一般）の金属板におけるき裂進展、（ｂ）曲げ加工部におけるき裂進展）。 本発明に至った経緯において、曲げ加工部における応力分布を説明する図である（（ａ）曲げ加工直後、（ｂ）スプリングバック後）。 本発明に至った経緯において曲げ加工部に発生するき裂のき裂先端における応力拡大係数を検討した結果を示すグラフである（（ａ）き裂断面の模式図、（ｂ）き裂断面における深さ方向及び横方向の応力拡大係数）。 本発明の実施例において、疲労試験に用いた疲労試験片を示す図である（（ａ）正面図、（ｂ）断面図）。 本発明の実施例において、疲労試験方法を説明する図である。

＜本発明に至った経緯＞
金属板の表面に発生する疲労き裂は、一般的には図２（ａ）に示すように、き裂５の発生箇所から横方向（金属板１の表面に沿った方向）と深さ方向（金属板１の板厚方向）の双方に半だ円状のき裂断面が拡大しながら進展し、やがて、き裂断面が金属板１の裏面側にまで到達して疲労破壊に至る。

そこで、発明者は、図２（ｂ）に示すように、金属板１を曲げ加工した曲げ加工部３の曲げ内側に発生する疲労き裂について、その進展過程を詳細に観察した。その結果、曲げ加工部３の曲げ内側に発生するき裂５は、発生直後は曲げ加工部３における深さ方向（金属板１の板厚方向）と横方向（曲げ内側の谷線方向）の双方に進展するが、板厚方向へのき裂５の進展は、図２（ｂ）に示すように、板厚tの1/4程度の深さに達した時点で停止し、その後、き裂５は横方向にのみ進展することが判明した。

この原因を検討するにあたって、発明者は、図３に示すような曲げ加工部３における応力分布に着目した。曲げ加工部３は、金属板１を曲げ加工した直後においては図３（ａ）に示すように、中立軸よりも曲げ内側の領域は圧縮応力、中立軸よりも曲げ外側の領域は引張応力が働く。しかしながら、曲げ加工された曲げ加工部３の曲げモーメントが除荷されてスプリングバックした後においては図３（ｂ）に示すように、曲げ内側の表層部は引張応力に反転し、圧縮応力は、曲げ加工部３における曲げ内側の表面から板厚tの約1/4の位置に残存するようになる。

このことから、曲げ加工部３の曲げ内側に発生する疲労き裂の深さ方向（板厚方向）への進展が曲げ内側の表面より板厚の約1/4の深さで停止するのは、スプリングバック後も曲げ加工部３の内部に残存する圧縮残留応力が原因であることが判明した。

しかしながら、曲げ加工部３の内部に残存する圧縮残留応力が何らかの理由で解放された場合（例えば、一度の過大な荷重により材料が降伏して残留応力が再配分された場合や熱や時間経過により残留応力が緩和された場合等）、深さ方向へのき裂の進展が再開する。この際、き裂の進展は横方向と深さ方向の双方に半だ円状のき裂断面が拡大しながら生じるので、横方向にき裂がある程度進展していると、深さ方向へのき裂進展速度が顕著に大きくなり疲労破壊しやすくなってしまったり、脆性破壊が起こりやすくなってしまう。そのため、部品の信頼性の観点から、このようなき裂に関して何ら対策を施すことが望まれる。

そこで発明者は、金属板の曲げ加工部の内部における圧縮残留応力が解放した状態であっても、深さ方向へのき裂の進展を抑制する方法について鋭意検討した。その結果、曲げ加工部３の谷線方向（横方向）に沿って所定の間隔で塑性ひずみを付与して圧縮残留応力を発生させることにより、曲げ加工部３の内部に残存した圧縮残留応力が解放された場合であっても、深さ方向へのき裂の進展を抑制して疲労破壊を防ぎ、あるいは、脆性破壊を抑制することができるという知見を得た。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、具体的には以下の構成を備えたものである。

［実施の形態１］
＜金属板の曲げ加工部の疲労き裂進展抑制方法＞
本発明の実施の形態１に係る金属板の曲げ加工部の疲労き裂進展抑制方法は、金属板１を曲げ加工した曲げ加工部３に発生する疲労き裂の進展を抑制するものであって、図１に示すように、曲げ加工部３における曲げ内側の谷線方向に沿って金属板１の板厚t未満の間隔を空けて、谷線方向に直交する方向に、少なくとも曲げ加工部３の曲げ内側における曲げ始点３ａから曲げ終点３ｂまでの範囲内に塑性ひずみを付与して圧縮残留応力を発生させるものである。

また、本実施の形態１において、圧縮残留応力は、図１（ｂ）に示すように、打撃ピン１１を用いたニードルピーニング処理により、曲げ加工部３の曲げ内側における曲げ始点３ａから曲げ終点３ｂまでの範囲内に一連の打撃痕７である圧痕帯９（図１（ａ）参照）を形成することで発生させる。このとき、圧痕帯９の谷線方向の間隔dは、金属板１の板厚t未満である。
そして、打撃ピン１１の先端部１３の谷線方向に直交する断面における曲率半径rは、曲げ加工部３の曲げ内側の曲率半径R以下である。

本実施の形態１に係る金属板の曲げ加工部の疲労き裂進展抑制方法により、曲げ加工部３の曲げ内側に発生するき裂の谷線方向の進展が抑制される理由を、図４に示す金属板１の曲げ加工部３の曲げ内側に発生したき裂の先端における応力拡大係数の検討結果に基づいて説明する。

図４（ａ）は、き裂断面の形状を模式的に示した図である。金属板１の曲げ加工部３における曲げ内側の表面に発生したき裂は、図４（ａ）に示すように、深さ方向と横方向の双方に半だ円状にき裂断面が拡大しながら進展すると仮定する。

図４（ｂ）は、以下の式に示すNewman-Rajuの式（公知文献：J. C. Newman Jr. and I. S. Raju: Eng. Fract. Mech., Vol. 15, No.1-2(1981), p.185）を用いて、横方向（曲げ内側の谷線方向）と深さ方向（板厚方向）のそれぞれに進展するき裂先端における応力拡大係数Kを算出した結果である。

上式において、σ_tは引張応力、σ_bは曲げ応力、aはき裂断面の深さ方向長さ（板厚方向）、cはき裂断面の横方向長さ（き裂発生箇所から横方向のき裂先端までの距離）、bは金属板１の板幅、tは曲げ加工部３（金属板１）の板厚、φはき裂発生箇所とき裂先端を結んだ直線Lと曲げ加工部３の表面とがなす角度であり、H(a,c,t,φ)、Q(a,c)及びF(a,c,b,t,φ)は各変数で与えられる関数である（上記の公知文献参照）。

図４（ｂ）において、K(0)は、横方向（曲げ内側の谷線方向）、すなわち、φ=0°の方向に進展する応力拡大係数、K(90)は、深さ方向（板厚方向）、すなわち、φ=90°の方向に進展する応力拡大係数であり、K(0)及びK(90)の算出において、板厚t（=2.8mm）、板幅50mm、曲げ荷重100MPaとし、き裂の深さaは、板厚t（=2.8mm）の1/4である0.7mmとした。そして、図４（ｂ）は、半だ円状のき裂断面の形状を表す指標であるき裂断面比c/aとK(0)及びK(90)との関係を示している。
なお、上式において、曲げ内側の表面から板厚tの約1/4の深さにおける圧縮残留応力の影響は考慮されていない。また、圧縮残留応力の影響を考慮していない応力拡大係数の大きさは、き裂進展速度の大きさを表している。

図４（ｂ）に示すグラフより、き裂断面比c/aがc/a≦2の領域（以下、当該領域を「領域Ｐ」と称す）において、すなわち、き裂断面の形状が半円状に近い場合、横方向の応力拡大係数K(0)は、ほぼ一定で高い値であり、横方向へのき裂の伝播（進展）の駆動力が大きいことがわかる。これに対し、深さ方向の応力拡大係数K(90)は、横方向の応力拡大係数K(0)よりも小さく（K(90)＜K(0)）、深さ方向へのき裂の伝播（進展）の駆動力は小さいことがわかる。

一方、き裂断面比c/aがc/a＞2の領域（以下、当該領域を「領域Ｑ」と称す）では、き裂断面の形状が横方向に広がる（c/aの値が大きくなる）半だ円状となるに従って、応力拡大係数K(0)は低下し、横方向へのき裂の伝播の駆動力も小さくなることが分かる。これに対し、深さ方向の応力拡大係数K(90)は、横方向の応力拡大係数K(0)よりも大きく（K(90)＞K(0)）、深さ方向へのき裂の伝播（進展）の駆動力は大きくなることがわかる。

すなわち、横方向へのき裂の伝播の駆動力の大きさは、き裂断面比c/a=2を境界として変化する。そして、深さ方向へのき裂の進展は板厚tの約1/4の位置で停止すると仮定すると、き裂断面の深さ方向の長さaは、a≒t/4と表される。よって、き裂断面比c/a＝2のとき、2c≒tの関係が成立する。また、き裂が横方向には左右対称に進展すると仮定すると、2cはき裂断面の横方向の幅である。よって、き裂断面比c/a=2のときの、横方向のき裂断面の幅（=2c）は、金属板１の板厚tとほぼ同じ大きさである。

ここで、上記検討結果に基づき、曲げ加工部３の曲げ内側に発生するき裂の進展を抑制する考え方を説明する。

上記のとおり、曲げ加工部３の内部に圧縮残留応力が残存している場合は、深さ方向へのき裂の進展が曲げ内側の表面より板厚tの約1/4の深さで停止し、もっぱら横方向へのき裂のみが進展するので、き裂断面の形状は横方向に伸びた半だ円状（き裂断面比c/a＞2、図４（ｂ）の領域Ｑ）となる。そして、き裂断面の形状が横方向に広がるほど（き裂断面比c/aが大きくなるほど）、横方向の応力拡大係数K(0)は低下するので、徐々に横方向へのき裂進展速度は遅くなる。一方、内部に残存する圧縮残留応力により、深さ方向にき裂が進展することはないものの、残留応力を無視した場合の深さ方向の応力拡大係数K(90)は、横方向の応力拡大係数K(0)よりも大きい（K(90)>K(0)）状態となる。
このような状態において、前述したように曲げ加工部３の内部の圧縮残留応力が何らかの理由で解放された場合、深さ方向へのき裂の進展が再開するが、深さ方向の応力拡大係数K(90)が破壊靭性等の破壊現象を支配することとなり、深さ方向へのき裂進展速度は顕著に大きくなり、脆性破壊が起こりやすくなってしまう。

そこで、上記のように残留応力が緩和した状態での深さ方向へのき裂の進展を抑制又は防止するためには、き裂断面の形状が横方向に伸びた半だ円状となる前に、すなわち、深さ方向の応力拡大係数K(90)が横方向の応力拡大係数K(0)よりも小さい状態（K(90)＜K(0)、図４（ｂ）の領域Ｐ）のうちに、横方向へのき裂の進展を停止させればよい。

すなわち、図４（ｂ）に示すように、き裂の進展がc/a<2すなわち、き裂幅2cが板厚t未満（2c<t）を満たす領域Ｐにおいて横方向へのき裂の進展を停止するために、板厚t未満の間隔で曲げ加工部３の谷線方向に圧痕帯９を形成することで圧縮残留応力を導入する。
これにより、き裂５が横方向に左右対称に成長すると仮定した場合、き裂５が進展して最初の圧痕帯９に到達した状態ではき裂幅2cは板厚t未満であることが満たされ、深さ方向の応力拡大係数K(90)の値がc/a=2の場合の横方向の応力拡大係数K(0)の値を上回ることはない。したがって、き裂の深さ方向へ進展を抑制することができる。

このように、曲げ加工部３の内部の圧縮残留応力が解放された場合において、き裂５の深さ方向への急激な進展による疲労破壊を抑制することができる。さらに、き裂断面の先端における深さ方向の応力拡大係数K(90)が横方向の応力拡大係数K(0)よりも大きくなるのを防ぐことができるため、曲げ加工部３に発生したき裂に起因する脆性破壊を抑制することも可能である。

なお、上記の説明は、曲げ加工部３の内部の圧縮残留応力が解放された場合についてのものであったが、圧縮残留応力が解放されずに残存した場合であっても、谷線方向へのき裂の進展を抑制することができるため、疲労破壊を抑制して疲労寿命を向上することができる。

本実施の形態１において、曲げ加工部３の圧縮残留応力は、前述のとおり、打撃ピンを用いたニードルピーニング処理により曲げ加工部３の曲げ内側に一連の打撃痕７である圧痕帯９を形成して塑性ひずみを付与することにより発生するものであるが、打撃ピン１１は、その先端部１３の谷線方向に直交する断面における曲率半径rが、曲げ加工部３の曲率半径R以下であることが好ましい。

打撃ピン１１の先端部１３の曲率半径rが曲げ加工部３の曲率半径Rよりも大きいと、曲げ加工部３を打撃ピン１１の先端部１３で直接打撃することができず、曲げ加工部３に圧縮残留応力を適切に発生させることができないからである。

なお、曲げ加工部３の曲げ内側の一部においては、曲げ加工時に座屈変形が生じて局所的に曲率半径が極めて小さくなることがあるが、曲げ加工部３の曲率半径Rは、座屈によって大域的に曲げ加工部３の曲率半径が変化している場合を除き、巨視的な曲率半径とすればよい。

また、前述した特許文献４に記載の技術において問題であった、打撃ピンの打撃荷重によって金属板１における曲げ加工部３やその周囲が変形することと、打撃ピン１１の曲率半径が曲げ加工部３の曲率半径より大きい場合に曲げ加工部３の曲げ角度が拡大してしまうことに関して、本実施の形態１においては、曲げ加工部３の曲げ内側の曲率半径より小さい曲率半径rを有する打撃ピン１１で打撃することにより、金属板１の変形や曲げ加工部３の曲げ角度の変化を抑制すると同時に、曲げ加工部３に圧縮残留応力を適切に導入することができる。

また、曲げ加工部３の曲げ内側において谷線方向に直交する方向に圧痕帯９を形成する範囲については、曲げ内側における曲げ始点から曲げ終点までの範囲の全部又は一部のいずれでもよい。ここで、曲げ始点及び曲げ終点とは、曲げ加工部３の曲げ内側における曲げＲ止まりのことをいう。

この時、曲げ加工部３の幅方向においてき裂やしわ、あるいは金属板に負荷される応力条件等によってき裂発生位置が明らかである場合は、曲げ内側の谷線方向に沿って曲げ加工部３の全範囲に渡って処理をする必要はなく、き裂発生位置の周辺部のみに圧痕帯９を形成して塑性ひずみを付与することにより、圧縮残留応力を発生させればよい。

曲げ加工部３の曲げ内側の谷線方向における圧痕帯９の間隔dの下限は特に規定されるものではないが、生産性の観点から大きい方が望ましい。また、金属板を曲げ加工した部品に要求される寿命、部品として許容されるき裂長さや、定期点検で発見できるき裂長さの下限等、許容可能なき裂の長さがある場合は、そのき裂長さと板厚の小さい方を下限とすればよい。

なお、本発明は、複数の打撃ピンで同時にニードルピーニング処理するものであってもよく、ロボットアームなどによる自動施工方法と組み合わせれば、一層の生産性向上が期待できる。
さらに、自動車部品等といった曲げ加工部を多く有する部品の場合は、曲げ加工部の全域にこの処理を適用することは生産性を低減させるため、曲げ加工部の曲率半径が小さい箇所、もしくはあらかじめ疲労試験や応力解析等で曲げ内側の疲労破壊が懸念される場所のみを限定して行うとよい。

また、本発明は、曲げ加工部の谷線方向へのき裂の進展を抑制することができる圧縮残留応力を曲げ加工部に発生させるものであればよいため、圧縮残留応力を発生させる方法はニードルピーニングに限定されるものではなく、レーザーピーニング、ショットピーニング、コールドスプレー等の方法で同様の処理を行ってもよい。ショットピーニングの場合は、圧痕を導入したい位置以外にマスキングを行い、不要な塑性変形を起こさないようにすることで、同等の効果を得ることができる。
これらの方法は材料に衝撃を加えることにより塑性ひずみを与えて圧縮残留応力を発生させる方法であり、レーザーピーニングはレーザー照射時の衝撃波により、ショットピーニングとコールドスプレーは投射材を投射することにより、曲げ加工部に衝撃を与えることで塑性ひずみを付与する。

尚、金属板の曲げ加工が純粋な曲げではなく、軸方向の引張・圧縮を伴って行われる場合は、圧縮残留応力が導入される板厚方向の位置は移動するが、その場合も同様に圧縮残留応力が存在する位置でき裂が停止する。従って、圧縮残留応力の位置が板厚tの1/4から大きく異ならない場合では、圧縮残留応力の深さaとき裂断面の横方向長さcとの関係が2c>4aを満たす条件で施工を行えばよい。

スプリングバックにより圧縮残留応力が導入される深さ方向の位置が板厚の1/4から大きく離れる場合では、上記方法で再計算を行い、K(0)が減少するc/aの値を元にニードルピーニング処理を施す間隔dを決定すればよい。

以上、本発明においては、金属板を曲げ加工した曲げ加工部を有する部品の疲労寿命を効果的に向上させることができる。さらに、本発明によれば、曲げ加工部における曲げ内側の全面へのピーニング処理が必要ではないため、生産性の向上も期待でき、曲げ内側の局所的に塑性ひずみが与えられたことによる圧縮残留応力や加工硬化による疲労寿命向上効果も期待できる。

さらに、本発明によれば、もともと曲げ加工部の曲げ内側にき裂が発生していない場合でも、しわ等の微視的な凹凸を平滑化するため、微視的な応力集中低減の効果が期待できる。
その上、曲率半径の小さな先端部を有する打撃ピンを用いることにより、金属板を変形させて圧痕帯を形成するために必要な打撃荷重を低減させることができる。これにより、反力を抑えることで安定した施工が可能となり、特許文献４に記載の方法を金属板の曲げ加工部を有する部品に適用したときに懸念される部品全体の巨視的な変形を抑制するだけでなく、ロボットアーム等を用いて生産ラインに適用することが可能となる。

また、本発明においては、打撃ピンが曲げ加工部の曲げ内側の表面に接触せずに打撃が十分になされない可能性を排除することができる。
さらに、本発明を自動車部品の製造に適用するにあたっては、特許文献１に記載の方法のように曲げ加工を行う追加のプレス金型を必要とせず、特許文献２に記載の方法のようなバーリング加工部にも適用が可能であり、さらには、特許文献３に記載の方法のようにショットピーニング処理に必要な飛散防止容器が不要である。

［実施の形態２］
＜自動車部品＞
本発明の実施の形態２に係る自動車部品は、図１に示すように、金属板１を曲げ加工した曲げ加工部３を有し、曲げ加工部３における疲労き裂の進展を抑制したものであって、曲げ加工部３の谷線方向に沿って金属板１の板厚未満の間隔を空けて、谷線方向に直交する方向に、少なくとも曲げ加工部３の曲げ内側における曲げ始点３ａから曲げ終点３ｂまでの範囲内にニードルピーニング処理による一連の打撃痕７である圧痕帯９を有するものである。

本実施の形態２に係る自動車部品においても、前述した本発明の実施の形態１に係る金属板の曲げ加工部の疲労き裂進展抑制方法と同様に、曲げ加工部３の谷線方向に沿って板厚未満の間隔を空けてニードルピーニング処理による圧痕帯９を形成して圧縮残留応力を付与し、き裂幅が板厚の大きさに達する前にき裂５の谷線方向の進展を抑制することにより、曲げ加工部３の内部に残存した圧縮残留応力が解放された場合において、き裂の板厚方向への急激な進展による疲労破壊を抑制することができる。また、曲げ加工部３に発生したき裂５に起因する脆性破壊を抑制することもできる。

さらに、本実施の形態２に係る自動車部品においては、曲げ加工部３の内部の圧縮残留応力が解放されずに残存している場合であっても、谷線方向へのき裂５の進展を抑制することができるため、疲労破壊を防いで疲労寿命を向上することができる。

そして、本実施の形態２に係る自動車部品において曲げ加工部３に付与される塑性ひずみは、ニードルピーニング処理によるものであるが、本発明に係る自動車部品は、曲げ加工部に付与される塑性ひずみは、ニードルピーニング処理によるものに限定されず、レーザーピーニング、ショットピーニング、コールドスプレー等の処理によりものであってもよい。

本発明の作用効果について確認するための実験を行ったので、これについて以下に説明する。

本実施例では、図５に示す疲労試験片２１を試験対象として疲労試験を行い、疲労強度を評価した。

板厚2.9mm、降伏強度850MPa級の熱延鋼板を200mm×50mmに切り出したものを供試材とし、先端部の曲率半径が3mmの曲げ工具（パンチ）を備えたプレスブレーキ（曲げ機）を用いて曲げ加工を行い、曲げ内側の曲率半径R=2mmの曲げ加工部２３と、曲げ加工部２３の両端辺から延出する片部２５ａ、２５ｂを有し、片部２５ａ、２５ｂのそれぞれに直径φ8.5mmの穴部２７ａ、２７ｂが設けられた疲労試験片２１を作製した。

次に、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、疲労試験片２１の曲げ加工部２３に対してニードルピーニング処理を施し、曲げ内側の谷線方向に沿って所定の間隔dで圧痕帯２９を形成した。
ここで、ニードルピーニングに用いた打撃ピン１１の先端部の曲率半径rは、曲げ加工部２３の谷線方向の断面における曲率半径R=2mmよりも小さいr=0.2mmとした。

続いて、曲げ加工部２３にニードルピーニング処理を施した疲労試験片２１について、図６に示す境界条件で疲労試験を行った。
疲労試験は、図６に示すように、疲労試験片２１における一方の片部２５ａの穴部２７ａ（図６）を固定点として固定するとともに、他方の片部２５ｂの穴部２７ｂを荷重入力点として繰り返し荷重（荷重2.3kN、繰り返し周波数10Hz）を与えた。

そして、荷重入力のサイクル数10万回ごとに曲げ加工部２３の浸透探傷試験を行い、曲げ加工部２３に発生するき裂の進展を計測した。2.8mm以上のき裂が発生した時点で試験終了とし、疲労試験を終了した。
また、繰り返し荷重のサイクル数200万回を疲労限とし、疲労限に到達した疲労試験片２１については合格と判定して疲労試験を終了した。

本実施例では、圧痕帯２９の間隔dを変更した疲労試験片２１について疲労試験を行い、間隔dが本発明の範囲内である金属板１の板厚未満である2mm及び2.8mmの疲労試験片２１を発明例１及び発明例２とした。
また、比較対象とし、圧痕帯２９の間隔dが本発明の範囲外である金属板１の板厚以上である3mm及び4mmとしたものを比較例１及び比較例２、曲げ加工部２３にピーニング処理を行わずに圧痕帯２９を形成しなかったものを比較例３とした。
表１に、疲労試験片２１に形成した圧痕帯２９の間隔dと、疲労試験結果を示す。

発明例１及び発明例２は、いずれも、サイクル数200万回においても2.8m以上のき裂が発生せずに疲労限に到達し、合格と判定された。
これに対し、圧痕帯２９の間隔dが本発明の範囲外である比較例１及び比較例２ではサイクル数150万回及び50万回において、圧痕帯２９を形成しなかった比較例３ではサイクル数20万回において2.8mm以上のき裂が発生し、いずれも不合格と判定された。

以上、本発明によれば、金属板を曲げ加工した曲げ加工部の曲げ内側における疲労き裂の進展を抑制し、疲労寿命を向上できることが示された。

１ 金属板
３ 曲げ加工部
３ａ 曲げ始点
３ｂ 曲げ終点
５ き裂
７ 打撃痕
９ 圧痕帯
１１ 打撃ピン
１３ 先端部
２１ 疲労試験片
２３ 曲げ加工部
２５ａ、２５ｂ 片部
２７ａ、２７ｂ 穴部
２９ 圧痕帯

Claims (3)

1. 金属板を曲げ加工した曲げ加工部の疲労き裂の進展を抑制する金属板の曲げ加工部の疲労き裂進展抑制方法であって、
   前記曲げ加工部の谷線方向に沿って前記金属板の板厚未満の間隔を空けて、前記谷線方向に直交する方向に、少なくとも前記曲げ加工部の曲げ内側における曲げ始点から曲げ終点までの範囲内に塑性ひずみを付与して圧縮残留応力を発生させることを特徴とする金属板の曲げ加工部の疲労き裂進展抑制方法。
2. 前記圧縮残留応力は、打撃ピンを用いたニードルピーニング処理により前記曲げ加工部の曲げ内側に一連の打撃痕である圧痕帯を形成することにより発生させ、
   前記打撃ピンとして、その先端部の前記谷線方向に直交する断面における曲率半径が、前記曲げ加工部の曲率半径以下のものを用いることを特徴とする請求項１記載の金属板の曲げ加工部の疲労き裂進展抑制方法。
3. 金属板を曲げ加工した曲げ加工部を有し、該曲げ加工部における疲労き裂の進展を抑制した自動車部品であって、
   前記曲げ加工部の谷線方向に沿って前記金属板の板厚未満の間隔を空けて、前記谷線方向に直交する方向に、少なくとも前記曲げ加工部の曲げ内側における曲げ始点から曲げ終点までの範囲内に打撃ピンを用いたニードルピーニング処理による一連の打撃痕である圧痕帯を有することを特徴とする自動車部品。

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