JP3695699B2

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

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Publication number: JP3695699B2
Application number: JP2001079807A
Authority: JP
Inventors: 拓己藤井; 浩二竹内; 博之堤; 佳也稲垣; 篤実福田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: US6678574B2; JP2002192283A; US20020062163A1

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（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ）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（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ）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、ロール成形用素材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用素材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

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。
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。
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。
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。
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。