JP4297213B2 - Manufacturing method of tubular member with flange - Google Patents
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Description
本発明は、軸端に取付用フランジを有するフランジ付き管状部材の製造方法に関し、より詳しくは、アルミニウム管の端部周壁が電磁成形等により外径方向に拡開して形成された取付用フランジを有するフランジ付き管状部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a flanged tubular member having a mounting flange at a shaft end, and more specifically, a mounting flange formed by expanding an end peripheral wall of an aluminum tube in an outer diameter direction by electromagnetic forming or the like. The present invention relates to a method for manufacturing a flanged tubular member .
例えば乗用車やトラック等の自動車車体の前端(フロント)及び後端(リア)に設置されるバンパー内部には、補強部材としてバンパーリインフォースが設けられている。バンパーリインフォースは一般に荷重方向に略垂直に向く前壁と後壁、及びそれらを連結する横壁を有する断面中空の部材であり、後方側から一対のバンパーステイにより支持され、各バンパーステイは後端がサイドメンバ(フロント又はリア)の先端に固定されている。 For example, bumper reinforcement is provided as a reinforcing member inside a bumper installed at the front end (front) and rear end (rear) of an automobile body such as a passenger car or a truck. The bumper reinforcement is a hollow member having a front wall and a rear wall that are generally perpendicular to the load direction, and a lateral wall that connects them, and is supported by a pair of bumper stays from the rear side. It is fixed to the tip of the side member (front or rear).
アルミニウム製のバンパーステイは、大きく分けて縦圧壊型と横圧壊型がある。図9(a)に示すように、縦圧壊型のバンパーステイは、軸部1を構成する中空の押出形材の前後端に板状の取付用フランジ2,3(バンパーリインフォース4及びサイドメンバ5の取付用)を溶接したもので、押出軸方向が車体前後方向(バンパーリインフォース4の長手方向に対し略垂直)を向いている。横圧壊型バンパーステイは、図9(b)に示すように、前後端に一体的に取付用フランジ7,8が形成された押出形材6からなり、押出軸方向が車体上下方向(バンパーリインフォース4の長手方向に対し垂直)を向いている。横圧壊型バンパーステイの例として、下記特許文献1〜3が挙げられる。
Aluminum bumper stays can be broadly divided into vertical and lateral collapse types. As shown in FIG. 9A, the vertical crushing type bumper stay has plate-
縦圧壊型のバンパーステイは、3ピースの部品を溶接により一体化するため一般に製造コストが高く、さらに、図9(a)に示すように、バンパーリインフォースの端部取付箇所が車幅方向に対し後方側に傾斜している場合は、軸部押出形材の斜め切断による歩留まり低下、切断コスト及び溶接コストの増大等が問題となる。また、横圧縮型のバンパーステイは、製造コストが安く、バンパーリインフォースの端部取付箇所が車幅方向に対し傾斜又は湾曲していても、容易に対応できる利点があるが、縦圧壊型に比べて重量比エネルギー吸収量が小さく、優位な軽量化効果が得られない点に問題がある。 Vertical crush-type bumper stays are generally high in manufacturing cost because three-piece parts are integrated by welding. Furthermore, as shown in FIG. 9 (a), the bumper reinforcement end mounting location is in the vehicle width direction. When inclined to the rear side, there are problems such as a decrease in yield due to oblique cutting of the shaft extruded section, an increase in cutting cost, and welding cost. In addition, the lateral compression type bumper stay is inexpensive to manufacture and has the advantage that it can be easily accommodated even if the bumper reinforcement end mounting location is inclined or curved with respect to the vehicle width direction. Therefore, there is a problem in that the weight-specific energy absorption amount is small, and a significant lightening effect cannot be obtained.
一方、特願2002−200386、特願2002−357820、特願2002−357820の明細書及び図面には、図9(c)に示すように、アルミニウム合金押出材(管材)からなり、軸部11の両端に電磁成形により取付用フランジ12,13が成形されたバンパーステイが記載されている。
On the other hand, the specifications and drawings of Japanese Patent Application Nos. 2002-240366, 2002-357820 and 2002-357820 are made of an aluminum alloy extruded material (pipe material) as shown in FIG. Bumper stays in which mounting
このバンパーステイは、図10に示すように、アルミニウム押出材を所定長さに切断して素材管14とし、この素材管14の周囲を電磁成形用の金型15(複数個の分割金型から構成される)で囲繞するとともに、素材管14の端部を前記金型15の端面(成形面)16,17から突出させ、素材管14の内部に挿入した電磁成形用コイル18に高電圧で蓄電されている電気エネルギー(電荷)を瞬時に投入(放電)することにより製造される。電磁成形とは、電気エネルギーの投入により、電磁成形用コイル18がきわめて短時間の強力な磁場を形成し、この磁場内におかれたワーク(被加工物)が磁場の反発力(フレミングの左手の法則に従ったLorentz力)によって強い拡張力や収縮力を受けて、高速で塑性変形することを利用し、ワークを所定形状に成形する技術であり、この例では、素材管14は強い拡張力により外径方向(放射方向)に拡開し、前記端面16,17の内側では素材管14は貫通穴19の内面に押し付けられ、端面16,17の外側では素材管14は該端面16,17に押し付けられる。
In this bumper stay, as shown in FIG. 10, an extruded aluminum material is cut to a predetermined length to form a
電磁成形は高速変形であるため、加工形状が複雑な場合にも対応可能であり、かつ金型の成形面に押圧して所定の形状を得るため形状精度がよいという利点がある。従って、前記金型15の端面(成形面)16,17を適宜の形状とすることで、軸方向に垂直な面を有するフランジ(フランジ13)だけでなく、軸方向に垂直な面に対して傾斜したフランジ(フランジ12)、あるいは湾曲面からなるフランジなど、バンパーリインフォースやサイドメンバーの取付面の形状に応じた形状のフランジを成形することができる。
なお、電磁成形自体は、下記特許文献4〜11に記載されているように、公知技術である。
Since electromagnetic forming is a high-speed deformation, it is possible to cope with a case where the machining shape is complicated, and there is an advantage that the shape accuracy is good because a predetermined shape is obtained by pressing against the molding surface of the mold. Therefore, by making the end surfaces (molding surfaces) 16 and 17 of the
In addition, electromagnetic shaping | molding itself is a well-known technique, as described in the following patent documents 4-11.
ところで、衝突時のバンパーリインフォースの変形をみると、例えば図11に示すような変形形態をたどる(ポール衝突の例)。この場合、特にバンパーリインフォース4の端部取付箇所が車幅方向に対し傾斜しているため、バンパーステイ6のフランジ7には、バンパーリインフォース4から内側(Aで示す)に圧縮力が集中し、外側(Bで示す)に引張力が作用して、フランジ7が薄肉の場合は板が変形し、バンパーリインフォース4が回転変形を起こす。これにより、衝突初期の荷重が低下してエネルギー吸収量が減少し、さらに、フランジ7とバンパーリインフォース4の接合条件によっては、フランジ7の外側において接合部位が破断するなども問題も生じる。なお、これらの問題は図9(a),(c)に示す縦圧縮型バンパーステイでも同様に起こり得る。
バンパーリインフォース4に固定するフランジ7(又はフランジ2,12)の板厚を肉厚にすることにより、これを防止することができるが、そうするとバンパーステイの重量が増加するという問題が生じる。
By the way, looking at the deformation of the bumper reinforcement at the time of collision, for example, the deformation form shown in FIG. 11 is followed (example of pole collision). In this case, in particular, since the end mounting portion of the
This can be prevented by increasing the thickness of the flange 7 (or
また、バンパー以外の一般的なT字継ぎ手部品においても、接合部の強度や剛性を確保する必要がある場合が多い。この場合も、所定の強度が得られない場合には、三角形状やL字状の補強材を取り付けることで、強度向上が行われている。図12はその例を示すもので、2つの部材21,22が溶接接合されてなるT字継ぎ手部品において、(a)では三角形状の補強材23が、(b)ではL字状の補強材24が両者をつなぐように溶接されている。しかし、これにより強度及び剛性を確保できるとしても、部品点数の増加、重量の増大、溶接コストの増大等の問題が生じる。
Also, in general T-joint parts other than bumpers, it is often necessary to ensure the strength and rigidity of the joint. Also in this case, when a predetermined strength cannot be obtained, the strength is improved by attaching a triangular or L-shaped reinforcing material. FIG. 12 shows such an example. In a T-shaped joint part in which two
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたもので、取付用のフランジ部を有するバンパーステイにおいて、フランジ部の強度及び剛性を重量の増大を伴うことなく向上させることを目的とする。また、一般的に取付用のフランジ部を有するT字継ぎ手部品において、同じくフランジ部の強度及び剛性を重量の増大を伴うことなく向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and aims to improve the strength and rigidity of the flange portion without increasing the weight in a bumper stay having a flange portion for mounting. To do. Another object of the present invention is to improve the strength and rigidity of a flange portion without increasing the weight in a T-shaped joint component having a flange portion for mounting in general.
本発明に係るフランジ付き管状部材は、アルミニウム管の管端部が外径方向に拡開して形成された取付用フランジを軸端に有するフランジ付き管状部材であり、軸部と前記取付用フランジの境界及びその近傍においてその周方向に沿った1又2以上の箇所に、軸端に近いほど外径方向に高く突出して軸部と取付用フランジの間を筋交い状につなぐ傾斜壁が形成されている。前記取付用フランジの前面(軸部とは反対側に向く面を意味する)が他部材への取付面となる。本発明において、アルミニウムはアルミニウム合金を含む。また、アルミニウム管は典型的にはアルミニウム押出材である。
前記取付用フランジ及び傾斜壁は、電磁成形により前記アルミニウム管の端部周壁が外径方向に拡開されたものである。
The tubular member with a flange according to the present invention is a tubular member with a flange having an attachment flange formed at the axial end of an aluminum tube with the tube end portion expanded in the outer diameter direction, and the shaft portion and the attachment flange. An inclined wall that protrudes higher in the outer diameter direction near the shaft end and connects between the shaft portion and the mounting flange is formed at one or two or more locations along the circumferential direction at the boundary and in the vicinity thereof. It is . The front surface of the mounting flange (meaning the surface facing the opposite side of the shaft portion) serves as a mounting surface for other members. In the present invention, aluminum includes an aluminum alloy. The aluminum tube is typically an aluminum extrusion.
The mounting flange and the inclined wall are obtained by expanding the peripheral wall of the end portion of the aluminum tube in the outer diameter direction by electromagnetic forming.
上記フランジ付き管状部材を製造する場合、貫通穴が開口する端面が成形面とされ、かつ前記貫通穴の端部の周方向に沿った1又は2以上の箇所に前記端面に近いほど深い傾斜した溝部が形成された電磁成形用金型を用い、前記貫通穴にアルミニウム管を収容し、かつその端部を前記金型の端面から所定長さ突出させ、電磁成形により前記アルミニウム管の端部及びその近傍の周壁を外径方向に拡開し、前記端面及び前記溝部に押し付けて前記端面及び前記溝部に沿った形状に成形する。このとき、前記アルミニウム管としては、一般に断面が長さ方向に沿って変化しない(押出材であれば押出後成形を加えていない)ものを使用すればよいが、前記アルミニウム管の端部近傍の周壁の周方向に沿った1又は数カ所に外径方向に突出した突出部を予め形成し、前記貫通穴に前記アルミニウム管を収容したとき、前記突出部が前記金型の溝部にはまるようにし、そのうえで電磁成形を行うこともできる。なお、突出部の成形はプレス加工やハイドロフォームを利用できる。
When manufacturing the said flanged tubular member , the end surface which a through-hole opens is made into a shaping | molding surface, and it inclined so deeply that it was near the said end surface in the 1 or 2 or more location along the circumferential direction of the edge part of the said through-hole. Using an electromagnetic forming mold in which a groove is formed, an aluminum tube is accommodated in the through hole, and an end of the aluminum tube is projected from the end surface of the mold by a predetermined length. The peripheral wall in the vicinity thereof is expanded in the outer diameter direction, pressed against the end surface and the groove portion, and formed into a shape along the end surface and the groove portion. At this time, as the aluminum tube, a tube whose cross section does not generally change along the length direction (if the extruded material is not subjected to post-extrusion molding) may be used. Protruding portions protruding in the outer diameter direction in one or several places along the circumferential direction of the peripheral wall are formed in advance, and when the aluminum tube is accommodated in the through hole, the protruding portion fits into the groove portion of the mold, In addition, electromagnetic forming can be performed. Note that the protrusion can be formed by pressing or hydroforming.
本発明に係るフランジ付き管状部材において、取付用フランジ部はアルミニウム管の管端部が拡開して成形されたものであり、軸部とフランジ部をつなぐ筋交い状の傾斜壁もアルミニウム管の一部であるから、フランジ部の強度及び剛性を、重量の増大を伴うことなく向上させることができる。特にフランジ部あるいはフランジ部と傾斜壁を電磁成形により成形する場合、必要な形状を高精度で、かつ容易に得ることができる。
本発明に係るフランジ付き管状部材は、例えばバンパーステイやインストルメントパネルリインフォース、その他のT字型継ぎ手として適する。なお、インストルメントパネルリインフォースは、ステアリングサポート、ステアリングハンガービーム、ピラー間クロスメンバーともいわれ、車幅方向に配設されて両端が車両の左右のフレームに固定され、インストルメントパネル、ダクト及びステアリングコラム等を支持するとともに、車両の側面衝突に対して乗員の生存空間を確保する役割をもつ部材であり、例えば特開平11−115550号公報、特開2001−63628号公報、特開2001−71939号公報、特開2001−253368号公報、特開2002−211440号公報にはアルミニウム合金製のインストルメントパネル用リインフォースが記載されている。
In the tubular member with flange according to the present invention, the mounting flange portion is formed by expanding the end portion of the aluminum tube, and the bracing inclined wall connecting the shaft portion and the flange portion is also an aluminum tube. Therefore, the strength and rigidity of the flange portion can be improved without increasing the weight. In particular, when the flange portion or the flange portion and the inclined wall are formed by electromagnetic forming, a necessary shape can be easily obtained with high accuracy.
The flanged tubular member according to the present invention is suitable as, for example, a bumper stay, an instrument panel reinforcement, or other T-shaped joint. Instrument panel reinforcements are also called steering supports, steering hanger beams, and cross-members between pillars. They are arranged in the vehicle width direction, and both ends are fixed to the left and right frames of the vehicle. Instrument panels, ducts, steering columns, etc. Is a member that has a role of securing a occupant's living space against a side collision of a vehicle. For example, JP-A-11-115550, JP-A-2001-63628, JP-A-2001-71939 JP-A-2001-253368 and JP-A-2002-21114 describe a reinforcement for an instrument panel made of an aluminum alloy.
以下、本発明に係るフランジ付き管状部材について、バンパーステイを例にして具体的に説明する。
図1及び図2(a),(b)に示すバンパーステイ31は、アルミニウム押出材(管材)から電磁成形により成形されたもので、円筒形の軸部32の前端に軸部32の軸方向に対し傾斜した面を有する取付用フランジ33と、後端に軸部32の軸方向に対し垂直な面を有する取付用フランジ34が一体的に形成され、さらに軸部32と取付用フランジ33の境界及びその近傍の周方向に沿った2カ所に、軸部32と取付用フランジ33を筋交い状につなぐ傾斜壁35が形成されている。この傾斜壁35は、軸部32と取付用フランジ33の境界及びその近傍が前記箇所において外径方向斜めに突出した(軸端に近いほど外径方向に高く突出した)形態であり、略3角形状の2枚の板(35a,35b)の長辺が所定角度をなして断面略山形に接した形状をなす。
Hereinafter, the flanged tubular member according to the present invention will be specifically described with a bumper stay as an example.
A
傾斜壁35は取付用フランジ33の傾斜の上方側と下方側に形成されており、図3に示すように、バンパーステイ4及びサイドメンバ5に取り付ける際は、傾斜壁35が車幅方向内側及び外側にくる。この傾斜壁35は、軸部32と取付用フランジ33の間で筋交いとして機能し、取付用フランジの強度及び剛性を向上させ、衝突時に掛かる圧縮力又は引張力により該取付用フランジ33が容易に変形しないように、該取付用フランジ33を強化する。なお、傾斜壁35を車幅方向内側及び外側に配置したのは、先に説明したように、衝突時の圧縮力又は引張力が、特に取付用フランジ33の車幅方向内側及び外側において問題となるためである。
The
図4〜図6はバンパーステイ31の製造方法(電磁成形方法)を示すものである。
使用する電磁成形用金型36は、貫通穴37が開口する端面38,39が成形面とされ、一方の端面38は貫通穴37の軸方向に対し傾斜し、他方の端面39は前記軸方向に対し垂直である。貫通穴37の端部(端面38側の端部)には、端面38の傾斜の上方側及び下方側に前記端面38に近いほど深い、傾斜した断面三角形の溝部41が形成されている。なお、金型36は、図4に示すように、貫通穴37の軸方向に平行に4つに分割可能であり、組み合わせたとき、前記端面38,39、貫通穴37及び溝部41が形成される。金型の分割構造としては、成形後の部品取り出し性を考慮し、形成する溝部41の頂点で分割される構造をもつことが望ましい。
4 to 6 show a method for manufacturing the bumper stay 31 (electromagnetic forming method).
The electromagnetic molding die 36 used has end surfaces 38 and 39 where the through
素材として使用するアルミニウム管42は断面円形のアルミニウム合金押出材であり、図5に示すように、外径が貫通穴37の内径とほぼ等しく、一方の端面42aは軸方向に対し斜めにカットされ、他方の端面42bは軸方向に対し垂直な面内でカットされている。端面42aの傾斜角度は金型36の端面38の傾斜角度と同じとされている。
図5に示すように、アルミニウム管42を貫通穴37内に収容して、その両端部を端面38,39から所定長さ突出させ、かつ端面42aが端面38に対し平行になるように位置決めし、図示しない電磁成形用コイルをアルミニウム管42内に挿入し、該電磁成形用コイルに電気エネルギーを投入する。これにより、アルミニウム管42は周壁が瞬間的に外径方向に拡開し、貫通穴37の内面及び端面38,39に押し付けられ、かつ端面38側においては、アルミニウム管42の端面38近傍に位置する周壁の一部は溝部41の内面に押し付けられる。これにより、前記バンパーステイ31が成形される。
The
As shown in FIG. 5, the
以上述べたバンパーステイの例では、傾斜壁を車幅方向内側及び外側の2カ所に形成したが、傾斜壁の数、位置等は必要に応じて設定できる。例えば図2(c)に示すのは車幅方向内側及び外側に各2カ所、計4カ所形成した例である。また、傾斜壁は必ずしも車幅方向内側及び外側に対をなして形成する必要はなく、部品の耐荷要件に応じて必要数、適宜の位置に形成すればよい。
また、傾斜壁の形状も、軸端に近いほど外径方向に高く突出し、軸部と取付用フランジの間を筋交い状につなぐものであれば、前記形状に限定されない。
In the example of the bumper stay described above, the inclined walls are formed at two locations on the inner side and the outer side in the vehicle width direction, but the number and positions of the inclined walls can be set as necessary. For example, FIG. 2 (c) shows an example in which a total of four locations are formed on the inside and the outside in the vehicle width direction. In addition, the inclined walls do not necessarily have to be formed in pairs in the vehicle width direction inside and outside, and may be formed in a necessary number and at appropriate positions according to the load resistance requirements of the parts.
Also, the shape of the inclined wall is not limited to the above shape as long as it protrudes higher in the outer diameter direction as it is closer to the shaft end and connects the shaft portion and the mounting flange in a bracing manner.
前記の例では、アルミニウム押出材(管材)に事前に何も成形を施すことなく電磁成形に供したが、予成形を施した上で電磁成形に供するようにしてもよい。図7はこれを示すもので、アルミニウム管42の端部近傍の周方向に沿った1又は2カ所以上の箇所(傾斜壁が形成される予定の箇所)において、該アルミニウム管42の周壁に、予めプレス成形あるいはハイドロフォーム(バルジ成形を含む)により、外径方向に突出した突出部43を予め形成しておく。そして、前記金型36の貫通穴37にアルミニウム管42を収容したとき、突出部43が前記金型36の溝部41にはまるようにし、そのうえで電磁成形を行う。これにより、溝部41の深さが深いとき(逆にいえばバンパーステイ31に形成される傾斜壁の突出高さが高いとき)など、金型の成形面(特に溝部41)に正確に沿った成形が可能となる。
In the above example, the aluminum extruded material (pipe material) was subjected to electromagnetic forming without any prior shaping, but may be subjected to electromagnetic forming after being pre-formed. FIG. 7 shows this, and at one or more locations (locations where inclined walls are to be formed) along the circumferential direction in the vicinity of the end of the
また、図8は別の例を示すもので、アルミニウム管42の周壁に外径方向に突出するように形成された突出部43が管端に達している。この場合、突出部43の成形が図7の例に比べて容易に行える利点がある。電磁成形の手順は図7の例と同じであり、金型36(図7参照)の貫通穴37にアルミニウム管42を収容したとき、突出部43が前記金型36の溝部41にはまるようにする。当然、突出部43の一部(管端側)は金型36の端面から突出する。
FIG. 8 shows another example. A protruding
31 バンパーステイ
32 軸部
33,34 取付用フランジ
35 傾斜壁
36 電磁成形用金型
37 貫通穴
38,39 端面(成形面)
41 溝部
42 アルミニウム管
43 突出部
31 Bumper stay 32
41
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