JP3695699B2 - アルミニウム合金製サスペンション部品のロール成形用素材の寸法決定方法およびアルミニウム合金製サスペンション部品の製造方法 - Google Patents

アルミニウム合金製サスペンション部品のロール成形用素材の寸法決定方法およびアルミニウム合金製サスペンション部品の製造方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金製サスペンション部品をロール成形による予備加工を経て製造するためのロール成形用素材の寸法を決定する寸法決定方法と、アルミニウム合金製サスペンション部品を鍛造する製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車等の車両は、燃費向上の観点から軽量化が望まれており、この車両の軽量化の主な手段としては、車両およびその他の部品をアルミニウム合金で作製することがあげられている。特に、サスペンションのアーム部品(以下、サスペンション部品とする)をアルミニウム合金製にすると、サスペンションのバネの下端に位置する部材にかかる荷重を軽減することができるので、車両の揺れが抑制される等、車両の走行性能を向上させることができる。
一般に、サスペンション部品は、非軸対称で複雑な形状を有することが多く、鉄鋼材料並みの高強度や疲労強度が要求される反面、高い耐衝撃性も必要とされることから、A6061やその改善材等の6000系のアルミニウム合金を鍛造加工することにより成形されている。以下に、このようなアルミニウム合金からサスペンション部品を成形する手順について説明する。
【0003】
まず、押出し加工、または、鋳造により形成した丸棒材を所定の長さに切断した成形用素材を製造し、鍛造前の予備加工を行い、成形用素材の外観形状をサスペンション部品の外観形状に近づける。
次に、鍛造工程として、予備加工により成形した予備加工品にプレス加工を施す。このプレス加工は三段階に分けて行われ、最初のプレス加工である第一鍛造は、予備加工品を所定温度まで再加熱した後に、第一の金型により大まかな形状に成形するものでバスターと呼ばれる。
さらに、バスターで発生したバリの除去(トリム)と、再加熱を行った後に、第一の金型よりも最終形状に近い形状を有する第二の金型を用いて第二鍛造(ブロッカー)を行う。また、ブロッカー後には、前記と同様なトリムおよび再加熱を行う。
そして、最終仕上金型により仕上鍛造(フィニッシャ)を行い、発生したバリを最終トリム工程で除去すると、サスペンション部品の鍛造品が完成する。
【0004】
ここで、予備加工装置としては、特開平6―571号公報に記載されているものがある。この予備加工装置は、金型キャビティ内に棒状素材を挿入し、この棒状素材をポンチとマンドレルで圧縮しながら成形するものであり、棒状素材の各部の肉厚調整は、成形途中にマンドレルの高さを調整したり、マンドレルを複数の分割部から構成すると共に、それぞれの分割部を独立に上下方向に移動させることで行っている。
また、成形用素材の寸法の決定方法としては、図9(a)〜(d)に示すような方法があげられる。すなわち、図9(a)に示すように、3次元CAD(Computer Aided Design)に取り込んだサスペンション部品7Rのデータに仮想中心線CRを設け、この仮想中心線CRを基準としてサスペンション部品7Rの最大断面積を与える断面FR(図9(b)参照)を選択する。この断面FRは、図9(a)におけるXR−XR線断面であり、この断面FRの面積を求め、この面積に所定範囲内の適切なバリ量と付加した面積を与える直径DRを有する仮想円PRを図9(c)に示すように定義する。そして、この仮想円PRを図9(d)の成形用素材1Rの断面形状とする。一方、成形用素材1Rの素材長さLRは、図9(a)において、サスペンション部品7Rの内部を通る仮想中心線CRの長さとする。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような予備加工装置は、バスター、ブロッカー後の加熱とトリムは省略できるものの、装置構成が複雑であるため操作性が悪く、生産性が低かった。また、金型摺動部やマンドレルの分割部にバリが付着し易い構造のため、材料の歩留まりが悪く、成形部品の形状精度が低かった。さらに、マンドレルの分割部に付着したバリの処理や、固着防止対策が困難であるため、予備加工装置のメンテナンスに手間がかかっていた。
また、図9(a)〜(d)に示した方法により製造された成形用素材1Rの体積は、サスペンション部品7Rの体積に比べて十分大きく、予備加工工程および鍛造工程において欠肉部の発生は防止できるが、バリの発生量が著しく多かった。さらに、バリ発生量が増加することによる材料歩留まりの低下は、サスペンション部品7Rの生産性を低下させる原因となるため好ましくなかった。
従って、本発明は前記の問題点に鑑みて創案されたものであり、アルミニウム合金製サスペンション部品の鍛造工程前の予備工程としてロール成形を用いると共に、ロール成形用素材の形状を最適化することで、欠肉部の発生を防止しながらも、バリの発生量を極めて少なくすることで、サスペンション部品の材料歩留まりおよび生産性を向上させることができるロール成形用素材の寸法決定方法と、ロール成形用素材から効率良く、高精度のサスペンション部品を鍛造する製造方法を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために本発明は、アルミニウム合金製サスペンション部品のロール成形用素材の寸法決定方法において、アルミニウム合金製サスペンション部品に仮想中心線を設ける工程と、仮想中心線に対して直交する直交断面を仮想中心線に沿って複数取得する工程と、各々の直交断面の面積にあらかじめ設定した所定値内のバリ量をそれぞれ付加した仮想面積を有する各仮想円を定義する工程と、隣り合う直交断面により区分された仮想中心線の長さと等しい高さを有し、隣り合う直交断面に対応する仮想円を底面および上面とする円錐台を定義し、アルミニウム合金製サスペンション部品を複数の円錐台で置換する工程と、各々の円錐台の体積の総和である総体積を演算する工程と、最大面積を有する仮想円をロール成形用素材の断面積とし、ロール成形用素材の断面積で総体積を除算した値をロール成形用素材の素材長さとする工程とを有することを特徴とするアルミニウム合金製サスペンション部品のロール成形用素材の寸法決定方法とした。
【0007】
このようなアルミニウム合金製サスペンション部品のロール成形用素材の寸法決定方法は、アルミニウム合金製サスペンション部品において最も断面積が大きい箇所、もしくは、その近傍の断面積を容易に得ることができる。また、この断面積に適正なバリ量を付加した仮想面積をロール成形用素材の断面積とすることで、アルミ合金の組成と変形特性をふまえたロール成形用素材を得ることができるので、効率的なロール成形が可能になると共に、鍛造時にアルミニウム合金製サスペンション部品の最も断面積が大きい箇所における欠肉部の発生を効果的に防止できる。
【0008】
そして、前記のアルミニウム合金製サスペンション部品のロール成形用素材の寸法決定方法において、適切なバリ量が、直交断面の面積に所定値を乗じた値であり、所定値は、素材の変形特性とアルミニウム合金製サスペンション部品の全体形状とを勘案して設定した値であり、0.05〜0.3の範囲内とした。
このようにしてロール成形用素材を形成すると、必要以上のバリの発生を抑えながらも欠肉の発生を効果的に防止することができる。
【0009】
また、前記のアルミニウム合金製サスペンション部品のロール成形用素材の寸法決定方法において、仮想面積の最大値に0.7〜1.0を乗じた面積をロール成形用素材の断面積とした。
このようにしてロール成形用素材を形成すると、アルミニウム合金製サスペンション部品の形態および加工装置に応じた適切な体積を有するロール成形材を製造することができる。従って、材料歩留まりをさらに向上させることができる。なお、この定数は素材の変形特性とサスペンション部品の全体形状と、ロール成形装置のロール成形溝の形状とを勘案して設定した値である。
【0010】
そして、ロール成型用素材として請求項1ないし請求項3のいずれか一項の寸法決定方法により得られた所定寸法のロール成形用素材を製造する工程と、前記ロール成形用素材を加熱炉内で加熱する工程と、加熱後の前記ロール成形用素材にロール成形を施してロール成形材を形成する予備加工工程と、ロール成形材をプレス加工して成形品を形成する鍛造工程と、鍛造工程での最終鍛造後においてのみ成形品にトリミング加工を施す工程とを有するアルミニウム合金製サスペンション部品の製造方法とした。
このようにしてアルミニウム合金製サスペンション部品を製造すると、ロール成形におけるロール成形用素材の変形量を最小限に抑えることができ、ロール成形用素材の予備加工をロール成形装置で効率良く行うことが可能となる。さらに、必要以上のバリの発生を低減させることで、最終鍛造工程(フィニッシャ)後の成形品にのみトリミング加工を施せば足りるため、工程時間を短縮することができる。また、この場合は、工程時間を短縮することにより、予備加工品の温度低下を少なくできるので、各工程間に加熱工程を設ける必要がなくなり、工程時間をさらに短縮できると共に、生産コストを低減することができる。
【0012】
そして、前記のアルミニウム合金製サスペンション部品の製造方法において、鍛造工程は、複数の工程からなり、工程ごとに用いるプレス金型が1台のプレス装置に並列配置されると共に、各工程におけるプレス加工が同時に行われるアルミニウム合金製サスペンション部品の製造方法とした。
前記のロール成形用素材の寸法決定を前記の寸法決定方法により行うことで、ロール成形用素材の寸法を迅速、かつ、適確に決定することができる。このようにして寸法決定したロール成形用素材を用いることで、トリミング回数を減らして工程時間をさらに短縮できると共に、生産コストを低減することができる。前記のロール成形用素材は、バリの発生量が少ないので、一台のプレス機でバスター、ブロッカー、フィニッシャ等の複数の工程を同時に行ったとしても、バリどうしの干渉が生じない。したがって、各工程のプレス金型を並列に配置して同時に加工することで作業効率を向上させることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図面を参考にして説明する。
なお、図1は本実施の形態におけるアルミニウム合金製サスペンション部品の製造方法を示すフローチャートであり、図2(a)〜(g)は、図1に示す各工程により得られる形状を模式的に示した図である。
【0014】
図1に示すように、本実施の形態のアルミニウム合金製サスペンション部品(以下サスペンション部品という)の製造方法は、まず、図2(a)に示すような形状を有するロール成形用素材1を形成し(ステップS101)、このロール成形用素材1を順次、加熱炉内に導入して加熱する(ステップS102)。次に、加熱炉からロール成形用素材1を取り出し、ロール成形を行い、ロール成形用素材1に所定の段差(2a,2b,2c)を形成する(ステップS103)。さらに、最終形状によって曲げ加工の必要の有無を判断し(ステップS104)、必要であれば、曲げ加工を行った(ステップS105)後に、プレス装置に導入し、一次鍛造であるバスター(ステップS106)、二次鍛造であるブロッカー(ステップS107)を経て、仕上鍛造であるフィニッシャ(ステップS108)を行い、ステップS106からステップS108の鍛造加工により発生したバリ6a(図2(f)参照)をトリム(ステップS109)により除去して、図2(g)に示すような形状を有するサスペンション部品7を得るものである。
【0015】
次に、各工程について詳細に説明する。まず、ロール成形用素材1を形成する工程(ステップS101)は、ロール成形用素材1の寸法を決定する工程と、決定した寸法を有するロール成形用素材1を製造する工程とから構成される。ロール成形用素材1の寸法を決定する工程は、後に説明する3次元CAD(Computer Aided Design)を用いて行われる。また、ロール成形用素材1の製造工程は、A6061やその改善材であるアルミニウム合金を前記の設計方法で設計した直径の丸棒を連鋳機にて鋳造又は押出し、設計した長さに切断する工程であり、製造されたロール成形用素材1は、ストッカーに貯蔵され、随時、加熱炉に導入される。
【0016】
ここで、ロール成形用素材1の形状を設計する工程について、図3のフローチャートを用いて説明する。なお、図4(a)から(e)は、図3のフローチャートでの各処理を模式的に表した図である。また、本実施の形態においては、図4(a)に示すように直交断面を5つ取得する場合について説明するが、取得する直交断面の数は2以上の任意の数とすることができる。
【0017】
まず、コンピュータに図4(a)に示すようなサスペンション部品7の3次元形状のデータを読み込ませる。ここで、コンピュータは、準備段階として直交断面取得番号nを定義すると共に、直交断面取得番号nに1を代入(図3のステップS201)し、サスペンション部品の3次元形状を3次元CADの作図画面に表示する。
【0018】
次に、所定のインターフェースを介して、図4(a)に示すように、サスペンション部品に仮想中心線Cを設定する(ステップS202)。そして、仮想中心線Cに直交するX1−X1線における断面である直交断面F1(Fn;n=1)を取得する(ステップS203)。この直交断面F1は、仮想中心線Cと直交するサスペンション部品7の一断面であり、図4(b)に示すような形状となる。なお、この仮想中心線Cは、図4(a)に示すように曲線としても良いが、直線とすることもできる。
【0019】
ここで、直交断面F1のみでは、後に形成する円錐台T1(Tn;n=1)が定義できないため、ステップS204からステップS205を経て、ステップS203に戻り、第二の直交断面F2(Fn;n=2)の取得を行う。なお、このとき、コンピュータ内の処理として直交断面取得番号nが2となる(ステップ205)。
そして、作業者は、仮想中心線Cに沿って、直交断面F1から所定距離だけ離れた位置(図4(a)のX2―X2線に示す位置)に新たな直交断面F2を取得する。なお、図4(b)において、直交断面F2は、直交断面F1から仮想中心線Cに沿って、仮想中心線長さR1だけ離れた位置にある断面として定義される。
直交断面F2の取得が終了すると、ステップS204に到達するが、ここでは、直交断面取得番号nが、すでに2以上となっているため、ステップS206に進む
【0020】
さらに、ステップS206において、第三の直交断面F3(Fn;n=3)の取得を選択すると、ステップS207に進み、直交断面取得番号nが一つ増えて3になると共に、ステップ203に戻り、第三の直交断面F3(図4(b)参照)を取得する。以降、同様の手順で、第四の直交断面F4、第五の直交断面F5(ともに図4(b)参照)を取得する。そして、第五の直交断面F5の取得が終了したら、ステップS206で直交断面の取得を終了して、ステップS208に進む。
【0021】
次に、コンピュータは、直交断面F1〜F5のそれぞれの面積A1〜A5(An;n=1〜5)を計算し(ステップS208)、この面積A1〜A5に、後に説明する適切なバリ量を付加して、それぞれの仮想面積M1〜M5(Mn;n=1〜5)を求める(ステップS209)。さらに、各仮想面積M1〜M5を面積とする仮想円P1〜P5(Pn;n=1〜5)を定義し、それぞれの直径D1〜D5を求める(ステップS210)。
【0022】
そして、ステップS211において、各仮想円P1〜P5を、各々の中心が一直線上に並ぶにように配列し直す(図4(c)参照)。ここで、隣り合う仮想円P1〜P5の中心間距離は、それぞれの仮想中心線長さR1〜R5を直線として取り扱うことで定義される。例えば、隣り合う仮想円P1および仮想円P2の中心間距離は、前記の仮想中心長さR1を直線とした場合の距離となる。
【0023】
さらに、ステップS212で仮想円P1、仮想円P2、および、仮想中心線長さR1から図4(d)に示すような円錐台T1を定義する。ここで、円錐台T1は、仮想円P1を底面、仮想円P2を上面、仮想中心線長さR1を高さとし、仮想円P1と仮想円P2とを各円周における接線により結んだ形状となっている。
同様にして、仮想円P2、P3と仮想中心線長さR2から円錐台T2、仮想円P3、P4と仮想中心線長さR3とから円錐台T3、仮想円P4、P5と仮想中心線長さR4とから円錐台T4が、それぞれ定義される。
これにより、図4(a)のサスペンション部品7が図4(d)に示すような円錐台T1〜T4を直列に配列した回転体に置換される。なお、回転体の回転中心は、ステップS211において直線に定義し直した仮想中心線Cであり、仮想円P1と仮想円P5との中心間距離は、図4(a)において仮想中心線Cがサスペンション部品7を貫通する線分の長さと同じである。
【0024】
そして、ステップS213において、各円錐台T1〜T4のそれぞれの体積V1〜V4(Vn;n=1〜4)、および、各体積V1〜V4の総和である総体積Vを演算する。ここで、例えば体積V1は、円錐台T1の断面を仮想中心線Cに沿って積分することにより算出している。
これにより、図4(a)に示したサスペンション部品7の体積を円錐台T1〜T4を直列に配列した回転体の体積とみなす。
【0025】
次に、ステップS214において、仮想面積M1〜M5の大きさを比較し、その最大値を最大仮想面積Mmaxとして抽出する。本実施の形態においては、仮想円P4の面積が最大仮想面積Mmaxとなる。
さらに、ステップS215において、ロール成形用素材1の断面積および直径Dmaxを決定する。ロール成形用素材1の断面積は、ステップS214で抽出した最大仮想面積Mmaxとしても良いが、より好ましくは、最大仮想面積Mmaxに0.7〜1.0を乗じた値とすることが望ましい。最大仮想面積Mmaxに0.7〜1.0を乗じた値をロール成形用素材1の断面積とすると、最大仮想面積Mmaxをそのまま断面積とした場合に比べて、素材体積を削減できるので、材料歩留まりを更に向上させることができる。なお、ロール成形用素材1の断面は、取り扱いの容易さや加工成形の容易さから、円形状であることが望ましい。この場合は、最大仮想面積Mmax、または、最大仮想面積Mmaxに0.7〜1.0を乗じた値から、ロール成形用素材1の直径Dmaxを求める。
【0026】
さらに、この総体積Vをロール成形用素材1の断面積で除算して得られる値を素材長さLとする(ステップS216)。以上により、図4(e)に示すロール成形用素材1の直径Dmax、素材長さLが決定される。
【0027】
なお、バリ量は、プレス装置による鍛造時の欠肉を防止するために付加される値であり、直交断面F1〜F5の断面積A1〜A5のそれぞれに所定値を乗じた値である。ここで、所定値は、サスペンション部品7の形状や、材質、または、加工装置に合わせて決められる値で、0.05〜0.3の範囲内であることが好ましい。これは、所定値が0.05より少ないと欠肉部が発生し易く、所定値が0.3より多いと、必要量以上のバリが多く発生してしまい、素材体積が削減できない上、鍛造金型を傷つけてしまうからである。
【0028】
このように、ロール成形用素材1の寸法決定方法において、サスペンション部品7の直交断面F1〜F5に適切なバリ量を付加した仮想面積M1〜M5の大小を比較し、その最大値をロール成形用素材1の断面積とすることで、サスペンション部品7の成形時に欠肉部の発生を防止することができる。また、仮想面積M1〜M5および面間距離(仮想中心線長さ)R1〜R5に基づく円錐台T1〜T5から求めた総体積Vからロール成形用素材1の素材長さLを計算するため、ロール成形用素材1の素材体積を最適化できるので、鍛造成形時のバリの発生量を抑制することができる。
【0029】
次に、図1のステップS102について説明する。ステップS102は、ステップS101で形成したロール成形用素材1(図2(a)参照)を加熱炉に導入して、ロール成形用素材1の温度を所定温度まで加熱する工程である。ここで使用される加熱炉は、ガス炉であることが望ましいが、その他の任意の方式の加熱炉を用いることができる。また、この工程において、ロール成形用素材1をトレイに複数搭載し、複数のロール成形用素材1をトレイごとに取り扱うように構成すると、加熱炉の熱利用効率や、作業効率を向上させることができる。
【0030】
さらに、ステップS103である、段差付きロール成形材2(図2(b)参照)の成形工程について、図5(a)、(b)および図6(a)〜(e)を参考にして説明する。ここで、図5(a)はロール成形装置の要部拡大平面図、図5(b)は図5(a)のY−Y線断面図であり、図6(a)〜(e)は、ロール成形に伴うロール成形用素材1の断面の同一位置における形状変化を模式的にあらわした断面図である。なお、図6(a)〜(e)で示した断面は、ロール成形により断面積が大きく減面される部分を示している。
【0031】
ロール成形装置10は、図5(a)、(b)に示すように、離間して平行に配置された二つの回転軸11a,11bと、回転軸11a,11bのそれぞれに対向するように固定された四対のロール金型12、13,14,15と、ロール成形用素材1を把持し、回転軸11a,11bの回転に合わせてロール成形用素材1を移動させるマニピュレータ16を備えている。なお、ロール成形装置10の回転軸11a,11bは、図5(b)の矢印で示す向きに間欠回転しており、それに伴い、ロール金型12〜15も間欠回転している。
【0032】
マニピュレータ16は、回転軸11a,11bがロール金型12の存在していない回転領域に位置している間に、ロール成形用素材1を図5(b)の二点破線で示す位置に挿入し、上型12aおよび下型12bが図5(b)の位置に到達したら、回転軸11a,11bの回転に合わせてロール成形用素材1が実線の位置まで引き抜かれる。これにより、上型12aと下型12bのそれぞれの形状がロール成形用素材1に転写され、ロール成形用素材1の断面の形状が、例えば図6(b)に示すような横長のオーバル断面22となる。なお、このときの断面積はほとんど変化していない。
【0033】
次に、マニピュレータ16は、図5(a)の実線で示す位置から、ロール成形用素材1と第二のロール金型13とを一直線上に並ぶ位置まで横方向にスライドし、この位置でロール成形用素材1をその長軸を回転中心として90度回転させる。そして、前記と同様にして、ロール成形用素材1を回転軸11a,11bの間に挿入し、第二のロール金型13の回転に合わせて引き抜くことで、第二のロール金型13の形状をロール成形用素材1に転写する。なお、このとき、図6(b)に示したロール成形用素材1の断面形状は図6(c)に示すような縦長の断面23となる。
【0034】
さらに、前記の操作と同様にマニピュレータ16をスライドさせ、ロール成形用素材1を第三のロール金型14と一直線上に並ぶ位置まで移動させてから、第三のロール金型14による成形を行う。第三のロール金型14による成形により、図6(c)の断面23は、図6(d)に示すような断面24となる。この断面24は、図6(b)のオーバル断面22に比べて大きく減少しており、この分だけ、ロール成形用素材1が長くなる。
【0035】
そして、第四のロール金型15により、図6(e)に示すような所定断面積を有する断面25が形成される。なお、これにより、図2(b)に示すような段差2a,2b、2cを有するロール成形材2が完成する。
なお、ロール成形用素材1を複数のロール金型12〜15に順次、転回させて挿入して成形することにより、ロール成形用素材1の内部の組織が均一化されるので、完成品であるサスペンション部品7の品質の安定化が図れる。
【0036】
次に、ステップS105の曲げ加工について説明する。
曲げ加工は、図7(a)、(b)に示すプレス金型31により行っている。このプレス金型31は、曲げ加工用金型32と、後に行うバスター用の第一鍛造金型33、ブロッカー用の第二鍛造金型34、フィニッシャ用の仕上げ鍛造金型35を並列に有している。なお、図7(a)は、各金型32〜35の下型のみを示した平面図であるが、例えば、曲げ加工用金型32は、図7(b)に示すように、凸部を備えた上型32aと凹部を備えた下型32bから構成されている。前工程(ステップS104)で段差を付けたロール成形材2を図示しないロボットアーム等により下型32bの所定位置に配置し、上型32aを押し下げて、ロール成形材2に徐々に押圧力をかけると、ロール成形材2が所定の形状に曲げられ、図2(c)、図7(a)、(b)に示すような、外観を有する予備加工品3に成形される。なお、曲げ加工は、バスター等に用いる金型33〜35と別体の曲げ加工装置で曲げ加工することもできる。
【0037】
さらに、ステップS106〜S108のバスター、ブロッカー、フィニッシャの各工程も前記のように図7に示すプレス金型33〜35を用いて連続的に行われる。
バスターは、図2(c)、図7(a)、(b)の予備加工品3を第一鍛造用金型33でプレスする工程である。予備加工品3は、ロボットアームにより曲げ加工用金型32から取り出され、所定角度、例えば図7(a)においては長軸回りに90°だけ回転した後に、第一鍛造用金型33の下型の所定位置に載置される。そして図示しない上型を押し下げることで、図2(d)および図7(b)に示す一次プレス品4が成形される。
ブロッカーは、一次プレス品4を第一鍛造用金型33からロボットアームで搬送し、第二鍛造用金型34でプレスする工程であり、この工程により、図2(e)に示すような最終形状に近い形状を有する二次プレス品5が成形される。
最後に、フィニッシャとして、二次プレス品5を第二鍛造用金型34からロボットアームで搬送し、仕上げ鍛造用金型35でプレスすると、最終形状品(例えばサスペンション部材)7(図2(f))が完成する。
【0038】
このプレス金型31は図示しないプレス装置に装着して用いられ、曲げ加工、バスター、ブロッカー、および、フィニッシャを同時に行うものである。これは、本実施の形態は、ロール成形素材1の寸法が最適化されているため、各工程(ステップS104〜S108)でバリの発生量が少なく、トリミングを行う必要がないため、すぐに次の工程に入れるからである。また、各金型32〜35を並列に隣接して設けているのは、バリの発生量が少ないため、各金型32〜35を隣接して設けてもバリが他の金型32〜35まではみだすおそれがなく、隣り合う二つの金型32〜35で発生したバリが互いに干渉しないからである。そして、同時にプレスを行うことができるのは、バリの発生量が少ないため、各金型32〜35が必要とする押圧力を低減できるからである。
なお、このプレス金型31は、曲げ加工を行わない場合を想定して、少なくともバスター用、ブロッカー用、フィニッシャ用の金型33〜35を並列に取り付けたものであることが望ましいが、バスター、ブロッカー、フィニッシャをそれぞれ別々のプレス金型(プレス装置)で行うことも可能であるし、曲げ加工を含めた四つの工程(ステップS105〜S108)で用いる金型32〜35を、プレス装置の力量に応じて任意に組み合わせて二つまたは三つの金型から構成しても良い。
【0039】
そして、ステップS109のトリム工程は、ステップS106〜S108のプレス加工により発生したバリ6aをトリミング装置を用いて除去するもので、これによりサスペンション部品7(図2(g)参照)の鍛造が完成する。なお、このサスペンション部品7には、必要に応じて、ボス孔の穿孔や、ボス孔にブッシュを取り付ける等の付加工程が施される。
【0040】
以上にように、ロール成形用素材の寸法を決定する段階から発生バリ量をできる限り少なくするようにしてロール成形材を成形しているため、プレス加工時でのバリの発生量も必要最小限となっているので、予備加工品3をバスター、ブロッカー、フィニッシャの3工程(S106〜S108)に分けてプレス加工する際の各工程間のトリム工程を省略することができ、フィニッシャ後の成形品6に対してのみトリム(ステップS109)を行えば良く、材料の歩留まりを向上させることができると共に、サスペンション部品7の生産効率を向上させることができる。
【0041】
さらに、本発明の実施の形態の理解を容易にするための実施例を表1に示す。
表1は、比較例として図9(a)〜(d)に示した従来の方法で寸法を決定したロール成形用素材1Rを用いた場合に必要とされる工程および各工程の条件等を示し、実施例として断面積および素材体積を最適化した場合に必要とされる工程および各工程の条件等を示している。なお、工程1〜3が特許請求の範囲の予備加工工程を、工程4〜工程8が同じく鍛造工程を示している。
【0042】
【表1】
【0043】
表1に示すように、実施例は、ロール成形用素材1の素材体積を最適化したことで、バスターにおける金型の押圧力量が、2600トンとなり、比較例に比べて大幅に低減している。そして、バリ発生量が少ないので、工程5のトリム加工を省略することができ、これにより工程時間を減少することができた。従って、予備鍛造品の温度低下が抑制されるので、工程6を経ずに工程7のブロッカー工程に進むことができる。
また、ブロッカー(工程7)の金型の押圧力量も、比較例の3000トンに比べて2000トンと大幅に減少した。さらに、フィニッシャ工程においても、比較例の押圧力量4000トンに比べて、2200トンと大幅に減少できた。フィニッシャ後のトリムは、比較例と同様に、200トンである。なお、実施例は、素材体積を最適化したロール成形用素材1を用いているので、ロール成形装置10による成形の工程時間を、約14秒と極めて短時間にすることができた。
【0044】
実施例においては、ロール成形用素材1の断面積と素材体積を最適化することで、比較例に比べて約30〜40%少ない押圧力量でプレス加工を行うことができる。従って、プレス装置の処理量を増加できたり、プレス型の寿命を向上できるので、プレス装置のランニングコストを低減することができる。さらに、工程5のトリム工程と、工程6の再加熱工程を省略することができるので、工程時間を短縮化することが可能となる。
また、材料歩留まりも比較例の約55%に比べて、約70%と大きく向上している。なお、工程3の曲げ加工を必要としない単純な形状のサスペンション部品を作製する場合には、材料歩留まりを約80%以上まで向上させることが可能である。
【0045】
次に、本発明の第二の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、第一の実施の形態と同一の構成要素については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
本実施の形態は、サスペンション部品7の製造に用いるロール成形用素材1の寸法を実際に鍛造を行いながら決定する方法であり、図8に示すフローに従って行われる。
【0046】
図8に示すように、ステップS301として、サスペンション部品7の形状に合わせてあらかじめ決定した寸法を有する棒状の試験素材を製作する。この試験素材に対して、ステップS302でロール成形を行う。ロール成形は図5(a)、(b)に示すロール成形装置10で行う。ステップS303は、第一の実施の形態と同様に曲げ加工の必要の有無を判断するものであり、必要であれば(yes)、ステップS304で曲げ加工を行う。一方、曲げ加工が不要であれば(no)ステップS305に進み、バスターを行う。
【0047】
そして、ステップS305のバスター後の試験素材のバリ発生状況をステップS306で確認し、欠肉の有無をステップS307で確認する。
ステップS305でバリが所定量発生しており、トリム工程が必要と判断した場合(yes)には、ステップS308に進み、素材重量を削減する。一方、バリが全く発生していないか、発生していてもトリム工程が不要な場合(no)は、ステップS307に進む。
ステップS307で欠肉が発見された場合は、ステップS309で素材重量を増加する。
ステップS308で素材重量を削減した場合、または、ステップS309で素材重量を増加した場合には、ステップS301に戻り、新しい素材重量の試験素材を製作して、ステップS302以降の処理を行う。
【0048】
バスター(ステップS305)でバリの発生量が所定値以下で、欠肉もない場合は、ステップS310に進みブロッカーを行う。
そして、ブロッカー後の試験素材についても、ステップS311でバリ発生状態を確認し、ステップS312で欠肉の有無を確認する。トリミングが必要なバリ発生量であれば(yes)ステップS308で素材重量を削減し、欠肉が発生していれば(yes)、ステップS309で素材重量を増加し、ステップS301に戻る。
一方、トリミングの必要がなく(ステップS311でno)、欠肉もなければ(ステップS312でno)、ステップS313に進みフィニッシャを行う。
【0049】
ステップS313のフィニッシャ後の試験素材には、ステップS314の欠肉の有無の確認のみを行う。欠肉が発生していたら(yes)、ステップS309で素材重量を増加してステップS301に戻る。欠肉が発生していなければ(no)、ステップS315でバリを最終トリム工程でトリミングする。ステップS315でバリを除去すると試験素材は最終形状、つまり、サスペンション部品7となるので、ステップS316として、このような試験素材の寸法をもって、ロール成形用素材1の寸法とする。
以降、この寸法を有するロール成形用素材1で図1に示すステップS101からステップS109までの工程を行うと、トリム工程をフィニッシャ工程(ステップS108)後に一回行うだけでサスペンション部品7を製作することが可能になり、材料歩留まり、および、作業効率を向上させることができる。
なお、このときのサスペンション部品7の重量と試験素材の重量の差分が最適バリ量であり、本実施の形態では、材料歩留まりが70〜80%になる値、つまり、サスペンション部品7の20〜30%程度の重量となった。
【0050】
ここで、新しいロール成形金型等を使用する場合等、金型の形状修正が必要な場合があるが、この場合は、図8のステップ309の素材重量の増加に当たり、金型修正の必要性の有無を判断する処理を設けることが望ましい。つまり、金型の修正が必要と判断した場合は、素材重量を増加せずに金型の修正を行い、金型の修正が不要の場合に素材重量を増加する。ただし、どちらの場合であっても新しい金型もしくは新しい寸法の試験素材によりステップS301からの処理を再度行う。このような処理を設けるとロール成形素材1の寸法を決定しながら、金型の修正を行うことが可能になる。また、ステップS308の素材重量の削減に際して、金型修正の必要性の有無を判断する処理を設けても良い。
【0051】
なお、本発明は前記の各実施の形態および実施例に限定されるものではなく、広く応用することが可能である。例えば、ロール成形用素材1の断面形状を円形とする代わりに四角や楕円形状等、加工成形を容易とする任意の形状とすることができる。
また、ロール成形用素材1の形状を設計する際に取得する直交断面Fnの取得順番は、任意の順番とすることができる。この場合は、3次元CADは、すべての直交断面Fnの取得が終了した後に円錐台Tnの定義および体積Vnの演算を行うようにすることが望ましい。
【0052】
【発明の効果】
本発明は、サスペンション部品に設けた仮想中心線に沿って複数取得した直交断面に所定値内のバリ発生量を付加した仮想面積の最大値に基づいてロール成形用素材の断面積を最適化し、サスペンション部品を円錐台が結合した形状で置換することで、ロール成形用素材の素材体積を最適化するアルミニウム合金製サスペンション部品のロール成形用素材の寸法決定方法とした。従って、ロール成形用素材の加工成形時における欠肉を確実に防止しながらもバリの発生量を低減させることができるので、材料の歩留まりの向上が図れ、サスペンション部品の生産性を向上させることができる。ここで、ロール成形用素材の断面積を、仮想面積の最大値に0.7〜1.0を乗じた値とすることで、プレス加工時の素材の流動性を向上させることができるので、金型の押圧力の減少や、プレス時間の減少が図れるので、サスペンション部品の生産性をさらに向上できる。
なお、バリ発生量をロール成形用素材の断面積に0.05〜0.3を乗じた値の範囲内とすることで、バリの発生量を抑えながらも欠肉の発生を効果的に防止することができると共に、材料の歩留まりを向上させることができる。
【0053】
所定の寸法を有するロール成形用素材にロール成形装置による予備加工を施した後に、プレス加工とトリミング加工を行うことでサスペンション部品を製造する製造方法とした。このように形状を最適化したロール成形用素材を用いることで、バリの発生量が低減し、ロール成形装置による予備加工が可能となるので、作業効率を向上することができる。さらに、バリの発生量が低減することで、トリミング加工の一部省略や、それに伴う加熱工程の省略が可能となるので、工程時間の短縮や、生産コストの低減が可能となる。なお、所定の寸法の決定方法として前記のロール成形用素材の寸法決定方法を用いると簡単に寸法の最適化を行うことができる。また、バリの発生量が少なくなることで、各工程のプレス金型をプレス装置の力量に応じて複数、並列に配置して同時に加工することができ、作業効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態における鍛造方法のフローチャートである。
【図2】 (a)〜(g)図1の各工程により得られる形状を模式的に示した図である。
【図3】 本発明の実施の形態におけるロール成形用素材の寸法決定方法のフローチャートである。
【図4】 (a)〜(e)ロール成形用素材の成形において3次元CADにより行われる処理を模式的に示した図である。
【図5】 (a)ロール成形装置の要部拡大平面図、(b)図5(a)のY−Y線断面図である。
【図6】 (a)〜(e)ロール成形用素材をロール成形した際のロール成形用素材の断面の同一位置における形状の変化を示す模式図である。
【図7】 本実施の形態におけるプレス装置の(a)平面図、(b)断面図である。
【図8】 本発明の実施の形態におけるロール成形用素材の寸法決定方法のフローチャートである。
【図9】 (a)〜(d)従来のロール成形用素材の寸法決定方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
1 ロール成形用素材
2 ロール成形材
3 予備加工品
4 第一プレス品
5 二次プレス品
6 最終プレス品
7 サスペンション部品
10 ロール成形装置
11a,11b 回転軸
12 第一のロール金型
13 第二のロール金型
14 第三のロール金型
15 第四のロール金型
16 マニピュレータ

Claims (5)

  1. アルミニウム合金製サスペンション部品のロール成形用素材の寸法決定方法において、前記アルミニウム合金製サスペンション部品に仮想中心線を設ける工程と、
    前記仮想中心線に対して直交する直交断面を前記仮想中心線に沿って複数取得する工程と、
    各々の前記直交断面の面積にあらかじめ設定した所定値内のバリ量をそれぞれ付加した各仮想面積を有する仮想円を定義する工程と、
    隣り合う前記直交断面により区分された仮想中心線の長さと等しい高さを有し、隣り合う前記直交断面に対応する前記仮想円を底面および上面とする円錐台を定義し、前記アルミニウム合金製サスペンション部品を複数の円錐台で置換する工程と、
    各々の前記円錐台の体積の総和である総体積を演算する工程と、
    最大面積を有する前記仮想円を前記ロール成形用素材の断面積とし、前記ロール成形用素材の断面積で前記総体積を除算した値を前記ロール成形用素材の素材長さとする工程と、
    を有することを特徴とするアルミニウム合金製サスペンション部品のロール成形用素材の寸法決定方法。
  2. 前記バリ発生量は、前記直交断面の面積に所定値を乗じた値であり、前記所定値は、0.05〜0.3の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載のアルミニウム合金製サスペンション部品のロール成形用素材の寸法決定方法。
  3. 前記仮想面積の最大値に0.7〜1.0を乗じた面積を前記ロール成形用素材の断面積とすることを特徴とする請求項1または2に記載のアルミニウム合金製サスペンション部品のロール成形用素材の寸法決定方法。
  4. ロール成型用素材として請求項1ないし請求項3のいずれか一項の寸法決定方法により得られた所定寸法のロール成形用素材を製造する工程と、
    前記ロール成形用素材を加熱炉内で加熱する工程と、
    加熱後の前記ロール成形用素材にロール成形を施してロール成形材を形成する予備加工工程と、前記ロール成形材をプレス加工して成形品を形成する鍛造工程と、
    前記鍛造工程での最終鍛造後においてのみ前記成形品にトリミング加工を施す工程と、を有することを特徴とするアルミニウム合金製サスペンション部品の製造方法。
  5. 請求項4に記載のアルミニウム合金製サスペンション部品の製造方法において、前記鍛造工程は、複数の工程からなり、前記工程ごとのプレス金型が1台のプレス装置に並列配置されると共に、前記各工程におけるプレス加工が同時に行われることを特徴とする請求項4に記載のアルミニウム合金製サスペンション部品の製造方法。
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