JP4804048B2 - タイダウンとその製造方法 - Google Patents
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Description
同図に示すように、このタイダウン1は、素材である鋼板2にプレス成形を行うことにより略溝状に成形された一体成形加工品である。
高周波焼入れは、ビード5の形成範囲を含む貫通穴3の周辺部に対して行う。具体的には、貫通穴3の輪郭線上からの距離が少なくとも21.5mmまでの範囲、最大でこの距離が31.5mmまでの範囲に対して高周波焼入れを行うことが望ましい。その理由は、高周波焼入れの範囲が狭小であれば十分な高強度化を図ることができず、一方、必要以上に広範囲に高周波焼入れを行っても応力低減割合は焼入範囲と比例しなくなるとともに焼入れ変形が増大し、タイダウン1の寸法精度を損なうためである。
図4は、従来のタイダウン10の構成例を示す説明図である。このタイダウン10は、本体部品11の所定の位置に補強部品12を重ね合わせ、両者をスポット溶接により接合することによって構成されるものである。
はじめに、素材である鋼板2にプレス成形を行うことにより、所定の位置に、凹状または凸状に設けられたビード5を備える一体成形加工品を製造する。
すなわち、本実施の形態では、ビード5を形成されて補強効果を高められた一体プレス成形加工品のビード5の形成領域に高周波焼入れを行う。このプレス成形は、ビード5の形状を有するプレス金型を準備するだけで行うことができるために特段のコスト上昇を招かないとともに、ビード5を形成してから高周波焼入れを行うために高周波焼入れの際に懸念される焼入れ変形も可及的低減できる。このため、本実施の形態によれば、極めて簡便な構成であるにもかかわらず、補強部材を用いず一体成形され、所望の強度および優れた寸法精度を有し、これにより、軽量化および製造コスト低減がともに図られたタイダウン1を製造することができる。
本実施例では、図1及び図2により示す形状を有するタイダウン1を用いる。
タイダウン1の貫通穴3の近傍には、輸送時における振動による一方向の繰り返し低曲げ荷重が作用するため、このような繰り返し曲げ荷重が作用した場合に破壊しないことが求められる。また、例えば運送車両の追突事故や障害物への乗り上げ等といった輸送中に発生する不測の事故による過大荷重も作用することがあり、タイダウン1の貫通穴3の近傍は、このような過大荷重が作用した場合においても破壊することなく自動車を安全に固定することが求められる。
一方、比較例として、図4に示す従来のタイダウン10を用いる。
応力解析での境界条件として、タイダウン1、10は、いずれも自動車車体のフロアパネルやサイドフレームにスポット溶接により接合されることから、スポット溶接部を完全拘束し、貫通穴3の稜線上に荷重を与えた。従来のタイダウン10の貫通穴3の穿孔位置はタイダウン10の幅方向中央部よりも片側の縦壁側にオフセットされるため、本発明例のタイダウン1においても同様な位置に貫通穴3を設け、貫通穴3の稜線と縦壁との距離の長い側、すなわち、より高応力を発生させる位置を荷重入力点とした。
タイダウン1では、ビード5の導入による高強度化の効果を確認するため、様々な形状のビードを貫通穴3の回りに配したモデルを作成し、強度検討を行った。図5(a)〜図5(c)は、それらの中の代表例である3種類のビードの形状を示す説明図である。
ξA=1.0−exp(−C*((T−Ac1)/(Ac3−Ac1))D) ・・・・・・・(1)
そして、冷却により体積分率ξAのオーステナイトが全てマルテンサイトに変態すると仮定し、マルテンサイト体積分率ξM=ξAとして、(2)式の線形混合則を適用して混合相の材料強度Pmixtureを求めた。
Pmixture=PM×ξM+PF×(1.0−ξF) ・・・・・・・(2)
(2)式において、PMはマルテンサイト単相の材料強度、PFは母材の材料強度である。ここで、「材料強度」とは、弾性係数、降伏応力さらには加工硬化係数等の機械的特性をいう。なお、母相とマルテンサイト相の体積分率の総和である(ξF+ξM)は1.0である。
荷重負荷により発生する最大応力σmaxが引張強度TSに到達する荷重で評価した。ここで、最大応力とは最大主応力の最大値であり、何れの解析番号も解析番号2の荷重2000Nにおける応力分布状況では、図9に例示するように、荷重入力点近傍の円筒状フランジ4のR底付近において発生する。高周波焼入れを行わない解析番号1〜5では母材の引張強度TSを指標とし、また高周波焼入れを行う解析番号6〜9では高周波焼入れ材の引張強度TSを指標として、破断荷重を求めた。各解析番号の荷重と発生応力の関係を図10にグラフで示す。
[疲労強度評価]
定常走行時の荷重条件として2000Nの荷重が繰り返し作用する場合を想定し、図11のグラフに示すように、2000N負荷時に発生する最大応力をS−N線図上に重ね合わせることによって耐用繰り返し回数(寿命)を評価した。
(a)ビード5及び高周波焼入れ組織6の形成を行わず、単に補強部品を除去した一体成形加工品からなるタイダウン(解析番号2)では、従来のタイダウン10の58%の荷重で破断する。
(b)解析番号2のタイダウンにおけるL=31.5mmの範囲に高周波焼入れを行ったタイダウン(解析番号6)の破断荷重は、従来のタイダウン10の84%に上昇する。
(c)ビード5を導入して形状強化を図った解析番号3〜5では、解析番号5のTypeCのビード5cの補強効果が最も高い。焼入強化なしでも破断荷重は従来のタイダウン10の98%まで上昇し、定常荷重(2000N)負荷時の発生応力は疲労限以下となる。
(d)解析番号5のTypeCのビード5cを有するタイダウンに、強化範囲L=11.5mmで焼入強化した解析番号7の破断荷重は、従来のタイダウン10と略同等であり、補強部品を省略して一体成形加工品とすることが可能となる。疲労限σwに対する2000N負荷時の発生応力σIの比は、従来のタイダウン10の1.78倍に上昇し、疲労破壊に対して有利になる。
(e)解析番号8、9のように焼入強化範囲が広くなるほど破断荷重は上昇し、疲労限σwと発生応力σIの比も大きくなる。ただし、焼入強化範囲の拡大に伴う破断荷重ならびに疲労限σwとσI比の上昇率は収束傾向にあり、必要以上に広範囲を焼入れても高強度化効果には限界がある。
(f)板厚を1.4mmまで薄くしても、従来のタイダウン10の破断荷重より僅かに高い。
(g)板厚を1.4mmまで薄くしても、2000N負荷時の発生応力は焼入れ材の疲労限σw以下である。
(h)従来のタイダウン10と同等の性能とする最小板厚は1.4mmであり、この場合には従来のタイダウン10や、補強部品を有さない板厚1.8mmの一体成形加工品からなるタイダウンに比較して、実に約22%の軽量化を達成できる。
1a 底面
2 鋼板
3 貫通穴(バーリング穴)
4 円筒状フランジ
5 ビード
6 高周波焼入れ組織
7 タイダウンフック
8 片持ち長方形平板
9 ビード
10 タイダウン
11 本体部品
12 補強部品
13 加熱コイル
Claims (2)
- 鋼板からなるとともに、周囲に円筒状フランジを伴うバーリング穴であってその縁部に輸送時の自動車を拘束するタイダウンフックを掛止されるタイダウンフック取付穴を形成された一の外面を有する一体成形加工品により構成されるとともに前記バーリング穴の周囲を高強度化するための補強部材を有さない部品であるタイダウンであって、該バーリング穴の輪郭線からの距離が31.5mmまでの範囲に、前記円筒状フランジの立ち上がり部の外郭に略沿う方向へ環状に1又は2以上形成される凹状又は凸状のビードと、該ビードの形成範囲を含む範囲であって、かつ前記バーリング穴の輪郭線からの距離が31.5mmまでの範囲に形成される高周波焼入れ組織とを、ともに有することを特徴とするタイ ダウン。
- 鋼板からなる一体成形加工品により構成されるとともに前記バーリング穴の周囲を高強度化するための補強部材を有さない部品であるタイダウンの一の外面に形成された、周囲に円筒状フランジを伴うバーリング穴であってその縁部に輸送時の自動車を拘束するタイダウンフックを掛止されるタイダウンフック取付穴の輪郭線からの距離が31.5mmまでの範囲に、前記円筒状フランジの立ち上がり部の外郭に略沿う方向へ環状に凹状又は凸状のビードを1又は2以上設けるとともに、該ビードの形成範囲を含む範囲であって、かつ前記バーリング穴の輪郭線からの距離が31.5mmまでの範囲に高周波焼入れを行うことを特徴とするタイダウンの製造法。
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