JP5304395B2 - トーションビームの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明はトーションビームの製造方法に関し、詳しくは、素形態が円管である管体を断面略Ｕ字状に成形加工してトーションビームとなす、トーションビームの製造方法に関する。
トーションビームの製造方法に関する背景技術としては、特許文献１，２が挙げられる。
特許文献１では、通常の造管方法（圧延鋼板の圧延方向を管軸方向とした造管方法）で造管した管体の一部を径方向に押し潰してトーションビームとなしたものは、耳部内周表面に長手方向に延びたしわが発生するおそれがあり、これが疲労起点となって、トーションビームの耐久性を害するという問題を解決するために、径方向の押し潰し加工に供する管体として、圧延鋼板の圧延幅方向を管軸方向として造管した管体を用いること、および／または、造管の前もしくは後に管体内周（あるいは鋼板の管体内周対応部）を管周方向（あるいは鋼板の管周方向対応方向）に研磨する旨の提案がなされている。
特許文献２では、車両部品の変形強度、疲労強度を向上させる熱処理方法として、鋼材を塑性変形が生じない範囲でねじり、その状態で引張応力が作用している部位に熱処理を加え、冷却後にねじりを解除する旨の提案がなされている。これにより、付与される圧縮残留応力の方向を使用時に作用する応力の方向に容易に揃えること、かつ、ひずみの発生を抑制して寸法精度を高めることができるとしている。
特開２００５−２８９２５８号公報 特開２００２−２７５５３８号公報
上記背景技術は、トーションビームの疲労危険部位である耳部の疲労強度を向上させる手段として有効であると考えられる。
しかし、特許文献１の技術では、圧延鋼板の圧延幅方向を管軸方向とする、および／または、管内周を管周方向に研磨することが必要であり、造管長さの制約が大きく、あるいは研磨の工程付加などがあるため、生産性やコストの面で不利になるという課題がある。また、特許文献２の技術では、熱処理の工程付加を必要とするため、同様に生産性やコストの面で不利になるという課題がある。
本発明は、前記課題を解決し、生産性やコストの面での不利をほとんど招かずにトーションビームの疲労亀裂発生危険部位である耳部の疲労強度を向上させうる手段を提供するものであり、その要旨は以下のとおりである。
（１）管体を成形加工してトーションビームとなすにあたり、前記管体の一部を径方向に押し潰して断面略Ｕ字状に成形した後、ねじり-ねじり戻しにより塑性変形を付与することを特徴とするトーションビームの製造方法。
本発明によれば、トーションビームの耳部の引張残留応力を低減させるとともに、加工硬化させることができて、疲労強度が向上する。工程としては通常の押し潰し加工の工程後にねじり-ねじり戻し加工の工程が付加されるだけであって、造管長さの制約は通常の場合と同じで、研磨や熱処理の工程付加もないので、生産性やコストの面での不利は無視できる程度に小さい。
本発明の実施の形態の１例を示す模式図 本発明方法による製品と従来方法による製品の耐久性を比較して示すＳ‐Ｎ線図
本発明によりトーションビームを製造する場合、１工程目で素形態が円管である管体の一部を径方向に押し潰して断面略Ｕ字状に成形する。そして２工程目で、例えば図１に示すように、１工程目を経た管体１をねじり加工装置２にセットし、ねじり-ねじり戻し３の加工を行う。この加工は、管体１の少なくとも耳部（図１の断面形状の上端部）が塑性変形域に入るように行うことが肝要であり、これにより、疲労最弱部である耳部において引張残留応力低減と加工硬化とがもたらされ、疲労強度が向上する。ねじり加工装置２は通常のものを使用すればよい。なお、図１において、４はひずみゲージである。
ここで、２工程目においてねじり後にねじり戻しを行うのは、次の理由による。すなわち、従来は１工程目のみで最終目標形状となるように成形加工するが、本発明では、その状態からさらにねじりにより塑性変形させるので、管体形状が最終目標形状から逸脱することになる。そこで、これをねじり戻しにより再度塑性変形させ、最終目標形状に復元させるのである。
ところで、本発明において、ねじり-ねじり戻しの際に、疲労亀裂発生危険部位に負荷される最大主ひずみεｍａｘが２０００μstrain（マイクロストレイン；１マイクロストレインは大きさが１０−６（＝１０−４％）のひずみを指す）未満であると、耐久寿命の向上の効果が得られにくい。一方、εｍａｘが１０００００μstrainを超えると形状不良や割れが発生しやすくなる。したがって、本発明に係るねじりおよびねじり戻し加工は、疲労亀裂発生危険部位のεｍａｘが２０００〜１０００００μstrainの範囲内となるように施すことが好ましい。なお、より好ましくは２０００〜５００００μstrainの範囲内である。なお、εｍａｘは、例えば図１に示されるように、疲労亀裂発生危険部位の中でも特に危険度の高い、押し潰し加工部とその外側との境界部に、ひずみゲージを貼って計測するのが望ましい。
図２は、本発明の効果の１例として、引張強さ７８０ＭＰａ、外径１０１．６ｍｍ、肉厚３．４ｍｍ、長さ１２００ｍｍの円管を素形態とする管体を加工対象として、本発明に則り管体に１工程目の押し潰し、２工程目のねじりおよびねじり戻しの加工（εｍａｘは約７０００〜１００００μstrain）を順次施して製造したトーションビームと、従来どおり管体に１工程目の押し潰し加工のみを施して製造したトーションビームとについて、疲労試験で測定した疲労特性を比較して示すＳ‐Ｎ線図である。図２に例示されるとおり、本発明によれば従来に比べトーションビームの疲労耐久性が向上することが明らかである。
実施例として、表１に示す素管（素形態は円管である）の管体を、図１に示した実施形態において表１に示すように相違させた加工条件下で、成形加工してトーションビームを製造し、該製造したトーションビームについて、小型車に実装されたトーションビームが受けると推定される繰返し応力負荷状態を模擬した疲労試験を行って耐久寿命（回数）を調べた。その結果を表１に示す。なお、ねじり-ねじり戻し加工は、疲労亀裂発生危険部位の最大主ひずみεｍａｘ（図１のようにひずみゲージ４を貼って計測）が１００００μstrainとなるように施した。
表１より、本発明例では、比較例に比べて格段に高い寿命を示すことがわかる。
Figure 0005304395
１ 管体
２ ねじり加工装置
３ ねじりおよびねじり戻し
４ ひずみゲージ

Claims (1)

  1. 管体を成形加工してトーションビームとなすにあたり、前記管体の一部を径方向に押し潰して断面略Ｕ字状に成形した後、ねじり-ねじり戻しにより塑性変形を付与することを特徴とするトーションビームの製造方法。
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