JP5618305B2 - Electromagnetic forming method for polygonal cross-section member - Google Patents
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Description
本発明は、筒状のアルミニウム合金素材を電磁成形で拡管し、多角形状の断面形状を有する部材(多角形断面部材)を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a member (polygonal cross-section member) having a polygonal cross-sectional shape by expanding a tubular aluminum alloy material by electromagnetic forming.
筒状の周壁を有するアルミニウム合金素材を内周面が多角形断面を有する金型の内部に配置し、かつ電磁成形用コイルを前記アルミニウム合金素材の内部に配置し、その状態で電磁成形用コイルに通電して、前記アルミニウム合金素材を前記金型の内周面又は/及び端面に沿った断面形状に拡管成形する電磁成形方法が、種々の部材の成形に適用されている。
例えば特許文献1には、アルミニウム合金素材の端部を拡開して、フランジ付きのバンパーステイを成形することが記載されている。特許文献2には、アルミニウム合金素材の前方部分をバンパーリインフォースに形成した貫通穴に挿入し、後方部分の周囲を金型で包囲し、前記アルミニウム合金素材の全長を拡管成形し、バンパーリインフォースにかしめ締結することが記載されている。特許文献3には、1回目の拡管成形でアルミニウム合金素材の後方部分を径大に成形すると同時に後端にフランジを成形し、2度目の拡管成形では、前半部をバンパーリインフォースに形成した貫通穴に挿入して拡管成形し、バンパーリインフォースにかしめ締結することが記載されている。また、特許文献4には、円形断面のアルミニウム合金素材を、多角形等の異形断面に拡管成形することが記載されている。
An aluminum alloy material having a cylindrical peripheral wall is disposed inside a mold having an inner circumferential surface having a polygonal cross section, and an electromagnetic forming coil is disposed inside the aluminum alloy material, and in this state, the electromagnetic forming coil An electromagnetic forming method in which the aluminum alloy material is expanded and formed into a cross-sectional shape along the inner peripheral surface and / or end surface of the mold is applied to forming various members.
For example, Patent Document 1 describes that an end portion of an aluminum alloy material is expanded to form a flanged bumper stay. In
電磁成形による拡管では、電磁成形用コイルとして、一般に中空四角形断面の導体を同一径でらせん状に巻いた円断面コイルが用いられる。これは、円断面コイルは成形しやすく、かつ導体を取り巻く絶縁樹脂層が電磁成形時の反発力が繰り返し加わっても破損しにくいためである。また、電磁成形力はアルミニウム合金素材と電磁成形コイルの距離の3乗に反比例するから、アルミニウム合金素材と電磁成形用コイルの隙間がごく小さくなるように、アルミニウム合金素材は同じく円形断面のものが用いられている。 In pipe expansion by electromagnetic forming, a circular cross-sectional coil in which a conductor having a hollow quadrangular cross-section is spirally wound with the same diameter is generally used as an electromagnetic forming coil. This is because the circular cross-section coil is easy to mold, and the insulating resin layer surrounding the conductor is not easily damaged even if the repulsive force at the time of electromagnetic molding is repeatedly applied. Also, since the electromagnetic forming force is inversely proportional to the cube of the distance between the aluminum alloy material and the electromagnetic forming coil, the aluminum alloy material must also have a circular cross section so that the gap between the aluminum alloy material and the electromagnetic forming coil is very small. It is used.
このような電磁成形用コイルとアルミニウム合金素材を用いて、特許文献4に示すように、例えば四角形断面部材を電磁成形しようとすると、電磁成形力の制約、電磁成形用コイルの耐久性、及び材料の延び限界等のため、四角形断面部材のコーナー部のR(半径)を小さく成形できないという問題がある。この点について図6〜8を参照して説明する。
まず、図6(a)では、円筒状のアルミニウム合金素材1を内周面が四角形断面(この例では正四角形)を有する金型3の内部に配置し、かつアルミニウム合金素材1の内部に円形断面の電磁成形用コイル2を配置している。金型3のコーナー部3aの内周面のRは、目標とする四角形断面部材の断面形状に合わせて比較的小さく形成されている。
Using such an electromagnetic forming coil and an aluminum alloy material, as shown in
First, in FIG. 6A, a cylindrical aluminum alloy material 1 is arranged inside a
図6(a)の状態で電磁成形用コイル2に通電してアルミニウム合金素材1を拡管成形する。このとき、アルミニウム合金素材1が、金型3の内周面のコーナー部3aに達するまで変形(拡管)すれば、成形された四角形断面部材は、図6(b)に2点鎖線で示す目標断面形状5のようになる。しかし、この目標断面形状5のようなコーナーRの小さい四角形断面部材を成形するのは一般的には困難であり、実際に成形される四角形断面部材4は、図6(b)に実線で示すように、コーナー部4aのRが目標断面形状5(金型3の内周面に沿った形状)のコーナー部5aのRに比べて大きくなってしまう。つまり、アルミニウム合金素材1が、金型3の内周面のコーナー部3aに達するほどの変形(拡管)をしないということである。
In the state of FIG. 6A, the electromagnetic forming
仮に、この拡管成形において、電磁成形用コイル2に投入する電気エネルギーが大きく、アルミニウム合金素材1に十分大きい電磁成形力が生じた場合、アルミニウム合金素材1が金型3のコーナー部3aの内周面に達するまで変形(拡管)し、その結果、コーナー部のRの小さい四角形断面部材を成形することができる。しかし、投入する電気エネルギーが大きいと、電磁成形用コイル2の耐久性が低下する。また、金型3のコーナー部3a付近ではアルミニウム合金素材1の周長の変化(材料の延び)が大きくなることで、四角形断面部材の肉厚がコーナー部において局部的に減少し、さらに破断に至るということも生じ得る。従って、現状の電磁成形用コイルとアルミニウム合金素材を用いて、現実に四角形断面部材を電磁成形する場合、図6(b)に示すとおり、コーナー部4aのRを目標どおりに小さく成形するのは一般的に困難である。
In this pipe expansion molding, if the electric energy input to the electromagnetic forming
次に、図7では、円筒状のアルミニウム合金素材11を金型13の内部に配置し、かつアルミニウム合金素材11の内部に円形断面の電磁成形用コイル12を配置し、この状態で電磁成形用コイル12に通電して、アルミニウム合金素材11を拡管成形している。金型13は内周面が四角形断面(この例では正四角形)で、長さ方向に沿って大断面部13Aと小断面部13Bを有し、両者の間に段差部13Cが形成されている。この電磁成形により、図8に示すとおり、大断面部14Aと小断面部14B及び両者の間の段差部14Cからなる四角形断面部材(バンパーステイ)14が成形される。
この例でも、電磁成形力の制約、電磁成形用コイルの耐久性、及び材料の延び限界のため、目標断面形状(金型13の内周面に沿った形状)が得られず、実際に成形される四角形断面部材14は、大断面部14A、小断面部14B、及び打差部14Cの全てのコーナー部のRが、前記目標断面形状のコーナー部のRに比べて大きくなってしまう。
Next, in FIG. 7, the cylindrical
In this example as well, the target cross-sectional shape (the shape along the inner peripheral surface of the mold 13) cannot be obtained due to restrictions on the electromagnetic forming force, durability of the coil for electromagnetic forming, and the extension of the material. In the
バンパーステイ14は、図8に示すように、小断面部14Bが2点鎖線で示すサイドメンバー15の断面内に挿入され、段差部14Cがサイドメンバ15の先端のフランジ15Aに当接し、小断面部14Bとサイドメンバー15がボルト締結され、これによりバンパーステイ14はサイドメンバー15に固定される。衝突時にバンパーステイ14に掛かる荷重は、バンパーステイ14の大断面部14Aから、フランジ15Aを介してサイドメンバー15に伝達される。ここで、サイドメンバーは一般にコーナー部のRが小さく、稜線部が明確な四角形〜八角形の多角形断面を有しており、このサイドメンバー15も同じく、コーナー部15aのRが小さく、稜線部が明確な正四角形断面を有している。
As shown in FIG. 8, the
従って、図8(a)に示すように、バンパーステイ14の大断面部14Aとサイドメンバー15は、軸方向に見たとき、断面のコーナー部14a,15aにおいて一致しない。このため、バンパーステイ14に係る衝突荷重を、大径部14Aのコーナー部14aからサイドメンバー15のコーナー部15aに伝達することができず、その結果、バンパーステイ14の変形形態が不安定になったり、変形に伴う荷重変動が大きくなったりして、所定のエネルギー吸収性能を確保できないという問題が生じる。
Therefore, as shown in FIG. 8A, the large
本発明は、従来の電磁成形方法の上記問題点に鑑みてなされたもので、筒状の周壁を有するアルミニウム合金素材を電磁成形で拡管し、多角形断面の部材を成形する場合に、断面のコーナー部のRをより小さく成形できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems of the conventional electromagnetic forming method, and in the case of expanding a tubular aluminum alloy material having a cylindrical peripheral wall by electromagnetic forming and forming a member having a polygonal cross section, The object is to make the corner portion R smaller.
本発明は、筒状の周壁を有するアルミニウム合金素材を内周面が多角形断面を有する金型の内部に配置し、かつ電磁成形用コイルを前記アルミニウム合金素材の内部に配置し、その状態で前記電磁成形用コイルに通電して、前記アルミニウム合金素材を前記金型の内周面に沿った断面形状に拡管成形する多角形断面部材の電磁成形方法を改良したもので、特にアルミニウム合金素材の断面形状と、アルミニウム合金素材の金型内での配置形態に特徴がある。具体的には、前記アルミニウム合金素材の周壁の断面は、略円形の基本断面の周方向に沿った複数の円弧状領域と、前記円弧状領域に挟まれた複数の凹凸領域からなり、前記凹凸領域では周壁が前記基本断面から外れて内向き又は/及び外向きに突出し、各凹凸領域の周壁の周長は同領域が前記基本断面の周方向に沿って円弧状に形成された場合より長く形成されている。前記凹凸領域は、全て前記金型のコーナー部に対向して配置される。ここで、前記略円形の基本断面とは、前記円弧状領域を連結して得られる仮想的な断面を意味する。 According to the present invention, an aluminum alloy material having a cylindrical peripheral wall is disposed inside a mold having an inner circumferential surface having a polygonal cross section, and an electromagnetic forming coil is disposed inside the aluminum alloy material. It is an improved electromagnetic forming method for a polygonal cross-section member that energizes the electromagnetic forming coil and expands and forms the aluminum alloy material into a cross-sectional shape along the inner peripheral surface of the mold. It is characterized by a cross-sectional shape and an arrangement form of the aluminum alloy material in the mold. Specifically, the cross section of the peripheral wall of the aluminum alloy material includes a plurality of arc-shaped regions along a circumferential direction of a substantially circular basic cross-section, and a plurality of uneven regions sandwiched between the arc-shaped regions, In the region, the peripheral wall protrudes inwardly and / or outwardly from the basic cross section, and the peripheral length of the peripheral wall of each uneven region is longer than that in the case where the same region is formed in an arc shape along the peripheral direction of the basic cross section. Is formed. The uneven regions are all disposed so as to face the corners of the mold. Here, the substantially circular basic cross section means a virtual cross section obtained by connecting the arc-shaped regions.
上記電磁成形方法において、電磁成形用コイルは、導体を螺旋状に巻いた円断面コイルである。
上記電磁成形方法において、前記アルミニウム合金素材を拡管成形すると同時に、前記アルミニウム合金素材の一方又は両方の端部を外向きに拡開してフランジを成形することができる。
上記電磁成形方法において、前記多角形断面部材は例えば軸方向に圧縮の荷重を受けたとき圧壊変形してエネルギーを吸収するエネルギー吸収部材である。この場合、前記アルミニウム合金素材を拡管成形すると同時に、周壁に内向きに窪む複数個のクラッシュビード(膨出量が相対的に少ないため窪みとなる)を形成することができる。このエネルギー吸収部材は、特に自動車用として用いるに好適である。
In the electromagnetic forming method, the electromagnetic forming coil is a circular cross-sectional coil in which a conductor is spirally wound .
In the electromagnetic forming method, the flange can be formed by expanding one or both ends of the aluminum alloy material outward at the same time that the aluminum alloy material is expanded.
In the electromagnetic forming method, the polygonal cross-sectional member is an energy absorbing member that absorbs energy by being crushed when receiving a compressive load in the axial direction, for example. In this case, the aluminum alloy material can be expanded and formed, and at the same time, a plurality of crush beads (indented because the bulging amount is relatively small) can be formed. This energy absorbing member is particularly suitable for use in automobiles.
上記電磁成形方法において、前記多角形断面部材は例えば自動車のバンパーステイ(上記エネルギー吸収部材の一種)である。
上記電磁成形方法において、前記アルミニウム合金素材を電磁成形で拡管し、多角形断面のバンパーステイを成形すると同時に、バンパーリインフォースにかしめ接合することができる。この場合、バンパーリインフォースに前後方向に貫通する穴を形成し、前記穴に前記アルミニウム合金素材の一部を挿入し、前記アルミニウム合金素材の前記穴から後方側に突出した箇所を前記金型で包囲して電磁成形を行う。なお、バンパーステイに関して前後方向をいう場合、衝突面側が前、車体側(サイドメンバー側)が後である。
前記アルミニウム合金素材は、長手方向に沿って実質的に同一断面を有するものが望ましく、押出材のほか、板材を筒状に成形したものも含まれる。
In the electromagnetic forming method, the polygonal cross-sectional member is, for example, an automobile bumper stay (a kind of the energy absorbing member).
In the electromagnetic forming method, the aluminum alloy material can be expanded by electromagnetic forming to form a bumper stay having a polygonal cross section, and at the same time, it can be caulked and joined to bumper reinforcement. In this case, a hole penetrating in the front-rear direction is formed in the bumper reinforcement, a part of the aluminum alloy material is inserted into the hole, and a portion protruding backward from the hole of the aluminum alloy material is surrounded by the mold. And electromagnetic forming. When referring to the front-rear direction with respect to the bumper stay, the collision surface side is the front, and the vehicle body side (side member side) is the rear.
The aluminum alloy material preferably has substantially the same cross section along the longitudinal direction, and includes not only extruded materials but also those obtained by forming a plate material into a cylindrical shape.
本発明に係るアルミニウム合金素材は、前記凹凸領域の周壁の周長が、同領域が単なる円弧状断面である場合に比べて長く形成されている。本発明では、そのことを凹凸領域の周壁が余剰線長を有するという。本発明に係るアルミニウム合金素材は、凹凸領域の周壁が前記余剰線長を有し、かつこの凹凸領域が金型の内周面のコーナー部に対向して配置されるから、アルミニウム合金素材を電磁成形で拡管したとき、前記凹凸領域の周壁が金型のコーナー部の内周面に向かって、前記余剰線長の分だけ容易に深く入り込み、前記金型のコーナー部の内周面に沿って、コーナー部のRが小さく稜線が明確な多角形断面部材を成形することができる。 In the aluminum alloy material according to the present invention, the circumferential length of the peripheral wall of the concavo-convex region is longer than that when the region has a simple arc-shaped cross section. In the present invention, this is called that the peripheral wall of the uneven region has a surplus line length. In the aluminum alloy material according to the present invention, the peripheral wall of the concavo-convex region has the surplus line length, and the concavo-convex region is arranged to face the corner portion of the inner peripheral surface of the mold. When the tube is expanded by molding, the peripheral wall of the uneven region easily enters deeply by the excess line length toward the inner peripheral surface of the corner portion of the mold, along the inner peripheral surface of the corner portion of the mold. A polygonal cross-section member having a small corner portion R and a clear ridgeline can be formed.
アルミニウム合金素材が前記凹凸領域において前記余剰線長を有することから、前記余剰線長の分だけアルミニウム合金素材の周長の変化(材料の延び)が緩和され、これにより多角形断面部材の特にコーナー部における局部的な肉厚減少が緩和され、かつ破断を防止することができる。
また、アルミニウム合金素材の周壁は、前記凹凸領域が一部に形成されているほかは、前記基本断面の周方向に沿った複数個の円弧状領域からなるので、従来どおりアルミニウム合金素材と電磁成形用コイルの隙間を小さくして、アルミニウム合金素材に十分な電磁成形力を作用させることができる。
Since the aluminum alloy material has the surplus line length in the concavo-convex region, the change in the circumference of the aluminum alloy material (elongation of the material) is alleviated by the surplus line length, and in particular, the corner of the polygonal cross-section member is reduced. The local thickness reduction in the portion is alleviated and breakage can be prevented.
In addition, the peripheral wall of the aluminum alloy material is composed of a plurality of arc-shaped regions along the circumferential direction of the basic cross section except that the uneven region is partially formed. The gap between the coils for use can be reduced, and a sufficient electromagnetic forming force can be applied to the aluminum alloy material.
本発明に掛かる多角形断面部材の製造方法を、軸方向に圧壊してエネルギーを吸収するエネルギー吸収部材の成形に適用した場合、圧壊変形時にエネルギー吸収量への寄与の多いコーナー部(稜線部)の肉厚減少を抑制でき、軽量でエネルギー吸収特性に優れたエネルギー吸収部材となる。また、エネルギー吸収部材のうちバンパーステイの成形に適用した場合、バンパーステイの断面形状を通常多角形断面を有するサイドメンバーの断面形状と一致させることができる。これにより、衝突時にバンパーステイに掛かる荷重を、バンパーステイの周壁全周からサイドメンバーの周壁全周に伝達することができ、衝突時のパーステイの変形形態が安定化し、変形に伴う荷重変動を抑え、所定のエネルギー吸収性能が確保できるようになる。 When the method for producing a polygonal cross-section member according to the present invention is applied to molding of an energy absorbing member that absorbs energy by crushing in the axial direction, a corner portion (ridge line portion) that greatly contributes to energy absorption during crushing deformation It is possible to suppress the reduction of the wall thickness, and it is an energy absorbing member that is lightweight and has excellent energy absorption characteristics. In addition, when applied to molding of the bumper stay among the energy absorbing members, the sectional shape of the bumper stay can be made to coincide with the sectional shape of the side member having a generally polygonal section. As a result, the load applied to the bumper stay at the time of collision can be transmitted from the entire circumference of the bumper stay to the entire circumference of the side member. The predetermined energy absorption performance can be secured.
以下、図1〜図5を参照し、本発明に係る電磁成形方法について、より具体的に説明する。
図1は、本発明に係る電磁成形方法を説明する模式図である。金型3及び電磁成形コイル2は、図6に示すものと同じである。
アルミニウム合金素材21は、筒状の周壁を有するアルミニウム合金押出材を所定長さに切断したもので、前記周壁が、周方向に沿った複数の円弧状領域22と、円弧状領域22に挟まれた複数の凹凸領域23からなる。
円弧状領域22は略円形の基本断面24(図1に2点鎖線で示す)の周方向に沿って配置され、この例では円弧状領域22の中心角(円弧状領域22の両端と基本断面の24の中心Oのなす角度)はいずれもθ1に設定されている。基本断面24は、先に述べたとおり、円弧状領域22を連結して得られる仮想的な断面であり、従来のアルミニウム合金素材1(図6参照)の断面に相当する。
Hereinafter, the electromagnetic forming method according to the present invention will be described more specifically with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic view for explaining an electromagnetic forming method according to the present invention. The
The
The
凹凸領域23では周壁が基本断面24から外れて外向きに突出している。この凹凸領域23についても、円弧状領域22と同様に中心角(凹凸領域23の両端と基本断面の24の中心Oのなす角度)という考え方を導入すると、この例では凹凸領域23の中心角はいずれもθ2に設定されている。同じ中心角θ2で比較すると、凹凸領域23における周壁の長さ(周長)L1は、円弧状領域22(又は基本断面24)の周壁の長さ(周長)L0と比較すると、周壁が外向きに湾曲して突出している分だけ長い。この周長の差(L1−L0)が、凹凸領域23における余剰線長である。アルミニウム合金素材21の断面全体でみれば、余剰線長はこの例では4×(L1−L0)である。
In the
電磁成形にあたっては、アルミニウム合金素材21を金型3の内部に配置し、かつ電磁成形用コイル2をアルミニウム合金素材21の内部に配置する。このとき、金型3内において、アルミニウム合金素材21を、各凹凸領域23が金型3の各コーナー部3aにそれぞれ対向するように配置する。
この状態で電磁成形用コイル2に通電すると、アルミニウム合金素材21は拡管成形され、周壁が全周にわたり金型3の内周面(コーナー部3aを含めて)に達して拡管成形が終了する。この場合、アルミニウム合金素材21の拡管は、金型3の内周面の全周で拘束されることになる。
In electromagnetic forming, the
When the electromagnetic forming
余剰線長(L1−L0)を有する凹凸領域23が、金型3のコーナー部3aの内周面に対向して配置されているため、電磁成形で拡管するとき、凹凸領域23の周壁は周長の変化が少なく、つまり肉厚を大きく減少させることなく比較的容易に前記コーナー部3aの内周面の奥まで達し、全体的に金型3の内周面に沿った断面形状、すなわちコーナー部25aのRが小さく稜線が明確に出た四角形断面部材25が成形される。
この四角形断面部材25は、例えば軸方向に圧縮の荷重を受けたとき圧壊変形してエネルギーを吸収するエネルギー吸収部材として用いるのに適する。四角形断面部材25は、圧壊変形時にエネルギー吸収量への寄与の多いコーナー部(稜線部)の肉厚減少が抑制されているので、軽量でエネルギー吸収特性に優れたエネルギー吸収部材となる。
Since the
The
図2は、本発明に係る電磁成形方法を利用してバンパーステイを成形する方法を説明する模式図である。電磁成形コイル12及び金型13は、図7に示すものと同じである。
アルミニウム合金素材31は、アルミニウム合金素材21と全く同様に、筒状の周壁を有するアルミニウム合金押出材を所定長さに切断したもので、前記周壁が、周方向に沿った複数の円弧状領域32と、円弧状領域32に挟まれた複数の凹凸領域33からなる。円弧状領域32は略円形の基本断面34(図2に2点鎖線で示す)の周方向に沿って配置され、凹凸領域33では周壁が基本断面34から外れて外向きに突出している。従って、凹凸領域33の周壁は、アルミニウム合金素材21の凹凸領域23と同様に余剰線長を有する。
FIG. 2 is a schematic view for explaining a method of forming a bumper stay using the electromagnetic forming method according to the present invention. The electromagnetic forming
The
電磁成形にあたっては、アルミニウム合金素材31を金型13の内部に配置し、かつ電磁成形用コイル12をアルミニウム合金素材31の内部に配置する。このとき、金型13内において、アルミニウム合金素材31を、各凹凸領域33が金型13の各コーナー部13aに対向するように配置する。
この状態で電磁成形用コイル12に通電すると、アルミニウム合金素材31は拡管成形され、周壁が全周にわたり金型13の内周面(コーナー部13aを含めて)に達して拡管成形が終了する。余剰線長を有する凹凸領域33が、金型13のコーナー部の内周面に対向して配置されているため、電磁成形で拡管するとき、凹凸領域23の周壁は周長の変化が少なく、つまり肉厚を大きく減少させることなく比較的容易に前記コーナー部の奥まで達し、全体的に金型13の内周面に沿った断面形状、すなわち図2(c)に示すようにコーナー部のRが小さく稜線が明確に出たバンパーステイ35が成形される。
In electromagnetic forming, the
When the electromagnetic forming
バンパーステイ35は、バンパーステイ14と同様の形態でサイドメンバー15(図8参照)に固定される。バンパーステイ35では、大断面部35Aの断面形状を、コーナー部を含めてサイドメンバー15の断面形状とほぼ一致させることができる。従って、衝突時にバンパーステイ35に掛かる荷重は、バンパーステイ35の大断面部35Aのコーナー部からも、フランジ15A(図8参照)を介してサイドメンバー15に伝達され、バンパーステイ14のように変形形態が不安定になったり、変形に伴う荷重変動が大きくなったりして、所定のエネルギー吸収性能を確保できないという問題が生じない。また、バンパーステイ35は、圧壊変形時にエネルギー吸収量への寄与の多いコーナー部(稜線部)の肉厚減少を抑制できるので、軽量でエネルギー吸収特性に優れたバンパーステイとなる。
The bumper stay 35 is fixed to the side member 15 (see FIG. 8) in the same manner as the
一方、バンパーステイ35の小断面部35Bは、その外周面形状を、コーナー部を含めてサイドメンバー15(図8参照)の内周面形状とほぼ一致させることができる。従って、前記小断面部35Bをサイドメンバー15の断面内にほぼ隙間なく挿入することができ、そのうえで小断面部35Bとサイドメンバ−15を側面からボルト締結することで、バンパーステイ35とサイドメンバー15(図8参照)の固定がより確実となる。
On the other hand, the small
図3,4は、本発明に係る電磁成形方法を利用して、バンパーステイを成形すると同時に、該バンパーステイをバンパーリインフォースに固定する方法を説明する模式図である。
図3において、アルミニウム合金素材41は、筒状の周壁を有するアルミニウム合金押出材を所定長さに切断したもので、前記周壁はアルミニウム合金素材31と同じく、周方向に沿った複数の円弧状領域42と、円弧状領域42に挟まれた複数の凹凸領域43からなり、円弧状領域42はこれまで述べたような略円形の基本断面(図示せず)の周方向に沿って配置されている。ただし、アルミニウム合金素材41は、サイドメンバー44(図4参照)の断面形状が上下にやや長い長方形であるため、それに合わせて、凹凸領域43の上下間隔d1を左右間隔d2より少し大きく設定している。
3 and 4 are schematic diagrams for explaining a method of fixing the bumper stay to the bumper reinforcement at the same time as forming the bumper stay using the electromagnetic forming method according to the present invention.
In FIG. 3, an
バンパーリインフォース45は断面口形のアルミニウム合金押出材からなり、左右の端部近傍において、前後の縦壁45a,45bに上下方向にやや長い長方形の穴46,47が形成されている。穴46,47は、サイドメンバー44の断面の内側輪郭(内周形状)とほぼ同一形状に形成されている。アルミニウム合金素材41は、バンパーリインフォース45の穴46,47に挿入され、前端が穴46の先に突出している。
なお、前記穴46,47はバーリング穴とすることが望ましい。前方(衝突)側の穴46をバーリング穴とする場合、該バーリング穴の穴フランジは、衝突時にバンパーカバーが破断するのを防止する観点から、後方側(サイドメンバー44側)に向いて突出するように形成することが望ましい(特開2010-116129号公報参照)。
The
The
続いて、アルミニウム合金素材41の後方部分(バンパーリインフォース45の穴47から後方側に突出している部分)の周囲に、図示しない金型が配置され、かつアルミニウム合金素材41の内部に図示しない電磁成形用コイルが配置される。
前記金型は、内周面が四角形断面(ただしこの例では上下方向がやや長い長方形)で、金型13と同様に、小断面部と大断面部及び両者の間の段差部からなる。前記大断面部の内周面形状は、サイドメンバー44の断面の外側輪郭とほぼ同一形状に形成されている。ただし、前記金型の大断面部の平面領域(コーナー部以外の箇所)には、内側に突出する突起が複数個、適当な配置で形成されている。この突起はバンパーステイにクラッシュビードを形成するためのものである。前記小断面部の内周面形状は、サイドメンバー44の断面の内側輪郭(内周形状)とほぼ同一形状に形成されている。
前記電磁成形用コイルは、電磁成形用コイル12と同様の円断面コイルである。
Subsequently, a mold (not shown) is disposed around the rear portion of the aluminum alloy material 41 (portion protruding rearward from the
The mold has a rectangular cross section (however, in this example, a rectangle with a slightly long vertical direction), and, like the
The electromagnetic forming coil is a circular coil similar to the electromagnetic forming
続いて、この状態で前記電磁成形用コイルに通電し、アルミニウム合金素材41を拡管成形して、図4に示すバンパーステイ48を成形し、同時にバンパーリインフォース45にかしめ締結する。
アルミニウム合金素材41の前記後方部分は、前記金型の内部で拡管してコーナー部を含めて前記金型の内周面に拘束されて変形し、ここに大断面部48A、小断面部48B、及び両者の間の段差部48Cが成形される。大断面部48Aはコーナー部48aを含めてサイドメンバー44の断面の外側輪郭とほぼ同形状の四角形断面を有し、小断面部48Bは、コーナー部48bを含めてサイドメンバー44の断面の内側輪郭とほぼ同形状の四角形断面を有する。大断面部48Aと小断面部48Bは、いずれもコーナー部48a,48bのRが小さく、稜線部が明確な四角形断面を有している。また、大断面部48Aの平面領域には、前記金型の突起に対応する窪み(クラッシュビード49)が成形されている。隣接する平面領域において、クラッシュビード49,49,・・は軸方向にみて異なる位置に、すなわち千鳥足配置で形成されている。
Subsequently, in this state, the electromagnetic forming coil is energized, the
The rear portion of the
一方、アルミニウム合金素材41の前方部分(前記後方部分以外の部分)は、バンパーリインフォース45内及びバンパーリインフォース45の前方で拡管して、縦壁45a,45bの部分ではコーナー部を含めて穴46,47の内周面に密着し、かつ縦壁45a,45bの間の空間では金型の拘束なしに膨張し、前端は拡開してフランジ51が成形される。
電磁成形後、バンパーステイ48の小断面部48Bの両側面にボルト穴52が形成される。続いてバンパーステイ48の小断面部84Bがサイドメンバー44の断面内に挿入され、段差部48Cがサイドメンバー44の先端のフランジ44aに当接し、小断面部48Bとサイドメンバー44がボルト締結され、これによりバンパーステイ48がサイドメンバー44に固定される。
On the other hand, the front portion (portion other than the rear portion) of the
After the electromagnetic forming, bolt holes 52 are formed on both side surfaces of the
図5は、本発明に係る電磁成形方法を利用して、フランジ付きバンパーステイを成形する方法を説明する模式図である。
アルミニウム合金素材61は、アルミニウム合金素材21と全く同様に、筒状の周壁を有するアルミニウム合金押出材を所定長さに切断したもので、前記周壁が、周方向に沿った複数の円弧状領域62と、円弧状領域62に挟まれた複数の凹凸領域63からなる。円弧状領域62は略円形の基本断面64(図5に2点鎖線で示す)の周方向に沿って配置され、凹凸領域63では周壁が基本断面64から外れて外向きに突出している。従って、凹凸領域63の周壁は、アルミニウム合金素材21の凹凸領域23と同様に余剰線長を有する。
FIG. 5 is a schematic view for explaining a method of forming a flanged bumper stay using the electromagnetic forming method according to the present invention.
The
電磁成形にあたっては、アルミニウム合金素材61を金型66内に挿入し、アルミニウム合金素材61の一端を金型66の一方の端面66bから突出させ、かつ電磁成形用コイル65をアルミニウム合金素材61の内部に配置する。このとき、金型66内において、アルミニウム合金素材61を、各凹凸領域63が金型66の各コーナー部66aに対向するように配置する。
この状態で電磁成形用コイル65に通電すると、アルミニウム合金素材61は拡管成形され、金型66の内部では周壁が全周にわたり金型66の内周面(コーナー部66aを含めて)に達し、金型66の端面66bから突出した部分では、周壁が拡開して端面66bに打ち当たり、拡管成形が終了する。
In electromagnetic forming, the
When the electromagnetic forming
この電磁成形で得られたフランジ付きバンパーステイ67は、図5(c)に示すように、四角形断面部68と端部のフランジ69からなる。余剰線長を有する凹凸領域63が、金型66のコーナー部66aに対向して配置されているため、電磁成形で拡管したとき、凹凸領域63の周壁は周長の変化が少なく、つまり肉厚を大きく減少させることなく比較的容易に前記コーナー部66aの奥まで達し、全体的に金型66の内周面に沿った断面形状、すなわち図5(c)に示すようにコーナー部のRが小さく稜線が明確に出た四角形断面部68を有するバンパーステイ67が成形される。同時に、前記余剰線長の存在により、フランジ69の局部的な肉厚減少が緩和され、破断を防止することができる
As shown in FIG. 5C, the flanged bumper stay 67 obtained by this electromagnetic forming is composed of a
本発明に係る多角形断面部材の製造方法において、アルミニウム合金素材は例えば次のような実施の形態をとることができる。
(1)以上説明した例では、アルミニウム合金素材の凹凸領域には、各1個の凸部が形成されていたが、この凹凸領域には、複数個の凸部、1又は複数個の凹部(周壁が前記基本断面から外れて内向きに突出した箇所)、あるいは凸部と凹部の両方が例えば波形状に形成されていてもよい。いずれにしても、この凹凸領域において前記余剰線長が生じていなければならない。
In the method for manufacturing a polygonal cross-section member according to the present invention, the aluminum alloy material can take, for example, the following embodiments.
(1) In the example described above, one convex portion is formed in each concave and convex region of the aluminum alloy material. In this concave and convex region, a plurality of convex portions, one or a plurality of concave portions ( A portion where the peripheral wall protrudes inwardly from the basic cross section), or both the convex portion and the concave portion may be formed in a wave shape, for example. In any case, the surplus line length must be generated in the uneven region.
(2)アルミニウム合金素材に複数の凹凸領域が存在する場合、各凹凸領域における凹部又は凸部の形状若しくは余剰線長の長さは同一である必要はなく、電磁成形で成形される多角形断面部材の形状に応じて適宜調整することができる。
また、アルミニウム合金素材の凹凸領域は、電磁成形で成形される多角形断面部材の各コーナー部(稜線部)に対応して同数個形成することが望ましいが、電磁成形時にアルミニウム合金素材の周長の変化(材料の延び)が小さい箇所(例えば多角形断面部材のコーナー部のうちコーナー角度が比較的大きい箇所)では、同箇所に対応する凹凸領域を形成しなくてもよい。
(2) When there are a plurality of uneven regions in the aluminum alloy material, the shape of the recesses or protrusions in each uneven region or the length of the extra line length need not be the same, and the polygonal cross section formed by electromagnetic forming It can adjust suitably according to the shape of a member.
In addition, it is desirable to form the same number of uneven regions of the aluminum alloy material corresponding to each corner (ridge line) of the polygonal cross-section member formed by electromagnetic forming. In a portion where the change (elongation of the material) is small (for example, a portion having a relatively large corner angle among the corner portions of the polygonal cross-section member), it is not necessary to form an uneven region corresponding to the same portion.
(3)アルミニウム合金として、電磁成形時の導電率20%IACS以上、耐力150MPa以下が望ましく、JIS1000系、3000系、5000系、6000系、7000系のアルミニウム合金から選択する。熱処理型アルミニウム合金の場合、T1又はT4状態のアルミニウム合金素材、あるいは全体又は局部的に復元処理して軟化させたアルミニウム合金素材を用いることができる。この場合、電磁成形後に時効硬化処理(T5,T6処理)を行えばよく、図3,4の例では、バンパーステイ48とバンパーリインフォース45をかしめ締結後に、前記時効硬化処理を行うことになる。
(4)アルミニウム合金素材の外周長をLb、電磁成形時にアルミニウム合金素材の変形を拘束する金型の内周面の周長をLaとしたとき、0.9<La/Lb<1.3に設定する。La/Lbが0.9以下だと電磁成形された多角形断面部材にシワが発生し、1.3以上だと材料が破断するおそれがある。LaとLbはほぼ同等であることが望ましい。
(3) The aluminum alloy preferably has an electrical conductivity of 20% IACS or more and a proof stress of 150 MPa or less at the time of electromagnetic forming, and is selected from JIS 1000 series, 3000 series, 5000 series, 6000 series, and 7000 series aluminum alloys. In the case of a heat-treatable aluminum alloy, an aluminum alloy material in a T1 or T4 state, or an aluminum alloy material softened by being restored entirely or locally can be used. In this case, an age hardening process (T5, T6 process) may be performed after the electromagnetic forming. In the examples of FIGS. 3 and 4, the age hardening process is performed after the
(4) When the outer peripheral length of the aluminum alloy material is Lb and the peripheral length of the inner peripheral surface of the mold that restrains deformation of the aluminum alloy material during electromagnetic forming is La, 0.9 <La / Lb <1.3 Set. If La / Lb is 0.9 or less, wrinkles are generated in the electromagnetically formed polygonal cross-section member, and if it is 1.3 or more, the material may be broken. It is desirable that La and Lb are substantially equal.
(5)アルミニウム合金素材の肉厚は全周で一定である必要はなく、周方向に沿って変化させることができる。例えば、(a)電磁成形用コイルの成形力が相対的に及びにくい箇所(中心Oから遠い箇所)、すなわち凹凸領域と必要に応じてその近傍を相対的に薄肉とする、(b)エネルギー吸収部材を製造する場合、逆に、エネルギー吸収への寄与の大きいコーナー部(稜線部)に対応する凹凸領域と必要に応じてその近傍を相対的に厚肉とする、(c)電磁成形でフランジ付き多角形断面部材を成形する場合、ボルト締結予定箇所を相対的に厚肉とする、等が考えられる。 (5) The thickness of the aluminum alloy material need not be constant over the entire circumference, and can be varied along the circumferential direction. For example, (a) a portion where the forming force of the coil for electromagnetic forming is relatively difficult (a portion far from the center O), that is, an uneven region and its vicinity are made relatively thin if necessary, (b) energy absorption When manufacturing a member, conversely, an uneven region corresponding to a corner portion (ridgeline portion) that greatly contributes to energy absorption and, if necessary, the vicinity thereof is made relatively thick. (C) Flange by electromagnetic forming In the case of forming the attached polygonal cross-section member, it is conceivable that the bolt fastening scheduled portion is relatively thick.
(6)以上説明した例では、電磁成形に供するアルミニウム合金素材は、押出材を切断しただけのものであったが、予備加工したアルミニウム合金素材を用いることもできる(特開2010-116129号公報の図16参照)。例えば図4,5の例において、多角形断面に電磁成形で拡管する前に、フランジを別途例えば電磁成形又はプレス成形等により成形しておくことができる。
(7)アルミニウム合金素材として、金属板をプレス成形又はロール成形し、筒状としたものを用いることができる。
(6) In the example described above, the aluminum alloy material used for electromagnetic forming is only cut from the extruded material, but a pre-processed aluminum alloy material can also be used (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-116129). FIG. 16). For example, in the example of FIGS. 4 and 5, the flange can be separately formed by, for example, electromagnetic forming or press forming before expanding into a polygonal cross section by electromagnetic forming.
(7) As the aluminum alloy material, it is possible to use a metal plate that is formed by press molding or roll molding into a cylindrical shape.
12,65 電磁成形用コイル
13,66 金型
21,31,41,61 アルミニウム合金素材
22,32,42,62 円弧状領域
23,33,43,63 凹凸領域
24,34,64 基本断面
25,35,48,67 四角形断面部材(バンパーステイ)
44 サイドメンバー
45 バンパーリインフォース
12, 65 Electromagnetic forming
44
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