JP5757671B2 - 車両用スタビライザーを製造するための方法 - Google Patents

車両用スタビライザーを製造するための方法 Download PDF

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Description

本発明は、請求項１に記載の特徴による車両用スタビライザーを製造するための方法に関する。
走行特性を改良し且つ自動車のローリング挙動を最適化するための自動車において車両用スタビライザーを使用することが、従来の技術から公知である。当該車両用スタビライザーは、自動車のシャフトの片側のそれぞれの車輪を、その自動車の当該同じシャフトの反対側に配置された車輪に連結する。主に、車両用スタビライザーは、ねじり棒ばねとして形成されている。その結果、スタビライザーバーが、自動車の一方の側からその他方の側まで連結されている。したがって、当該連結部分は、主にトーションバーとして形成される。この場合、その片側の車輪の動揺によって、ねじり応力が、当該連結部分つまりトーションバーに発生する。
さらに、車両用スタビライザーが、それぞれのホイールサスペンションに運動力学的に連結されているために、当該トーションバーは、少なくともその両端部で数回にわたって湾曲されている、しかしながら特にその全体においても数回にわたって湾曲されている。したがって、異なる負荷が、その全体の少なくとも一部にわたって発生する。特に、互いに異なる応力の状態が、車両用スタビライザーバー内でも発生する。
車両用スタビライザーバーから成る車両用スタビライザーは、受動的な車両用スタビライザーと呼ばれる。その幾何学形状及びその強度特性に起因して、当該車両用スタビライザーは、その安定化作用において限界がある。
その使用分野を拡張するため、能動的な車両用スタビライザーが、従来の技術からさらに公知である。当該車両用スタビライザーでは、１つのアクチュエータが、スタビライザーの片側に連結されている。その結果、自動車のローリングが、少なくともセミアクティブに又は完全にアクティブに抑制され得る。したがって、自動車の横方向において、当該スタビライザーのそれぞれの片側で確保できる面積又は材料が、このアクチュエータの幅だけ減少している。
独国特許第１０２００７００２４５０号明細書 独国特許出願公開第１０３４２５４０号明細書 独国特許第１０２００４０１６４６０号明細書
本発明の課題は、従来の技術から出発して、スタビライザーの片側を負荷に関して最適化されて且つ同時に安価に製造することが可能である製造方法を提供することにある。
本発明によれば、上記課題は、請求項１に記載の：
スタビライザーバー（４）が中空の管材として形成される車両用スタビライザー（５）を製造するための方法において、
以下の方法ステップ：
・双晶誘起塑性特性及び／又は変態誘起塑性特性を呈する、１０〜３５重量％のマンガンを含む高マンガン鋼から、鋼帯（１）を提供し、
・前記鋼帯（１）から管材（２）を形成し、この管材（２）を長手方向に溶接し、
・当該製造された管（９）が、当該長手方向の溶接後にマンドレルを通して冷間圧延法で圧延され、
・当該スタビライザーバー（４）を曲げることによって解決される。
本発明の方法の好適な実施の形態は、従属請求項に記載されている。
スタビライザーバーが中空の管材として形成されている車両用スタビライザーを製造するための本発明の方法は、以下の方法の発明を特徴とする。
・双晶誘起塑性特性及び／又は変態誘起塑性特性を呈する、高マンガン鋼から、鋼帯を提供し、
・前記鋼帯から管材を形成し、この管材を長手方向に溶接し、
・当該スタビライザーバーを曲げる。
本発明は、特に、マンガンを多く含有するオーステナイト鋼が、双晶誘起塑性（ＴＷＩＰ）特性又は変態誘起塑性（ＴＲＩＰ）特性を呈することを提唱する。当該オーステナイト鋼は、特に２．５ｍｍ以上の厚さ範囲で使用される。このため、鋼帯を提供すること、この鋼帯を管材に形成すること、長手方向に溶接することによって、最初の連続鋼管を製造することが可能になる。次いで、当該鋼管を切断し、こうして製造された鋼管を、曲げ工程によって希望したスタビライザーバーに曲げること、及びオプションとして車両用スタビライザーにさらに加工することが可能である。特に、スタビライザーバーのそれぞれの端部領域内では、このスタビライザーバーを３次元的に適切に形成すること又は曲げることが必要である。その結果、当該スタビライザーバーは、車軸の運動力学を考慮した構造空間に適合する。したがって、一体的で且つ一様な材料から成る受動的な車両用スタビライザーの場合には、次いで、当該曲げられた鋼管から製造されたスタビライザーバーが、ゴム金属複合部品に連結される、及び／又は、例えば、それぞれの車軸構成要素を連結するために可能な連結部材が、その両端部に設けられる。当該ゴム金属複合部品に連結及び／又は連結部材を設けることとは、特に、ボルト連結部材又は軸受を収容するための連結用開口部を有する当該両端部を板状にすること又はプレスして扁平にすることを意味する。以下に、能動的な車両用スタビライザーのアクチュエータに連結するための車両用スタビライザーバーの製造を説明する。また、さらなる加工とは、コーティング工程又は塗装工程を意味する。例えば、スタビライザーバーが、パウダーコーティング又は塗装され得る。本発明の範囲内では、スタビライザーが、陰極浸漬塗装工程に供給されてもよい。当該塗装又はコーティングは、特に全ての曲げ工程及び継ぎ合わせ工程の完了後に実施される。その結果、塗装部分の進行する損傷が、この工程順序によって回避されている。
好ましくは、重量パーセントで示された以下の成分を有する合金鋼が使用される。
炭素（Ｃ）： 最大 ２％
マンガン（Ｍｎ）： １０−３０％
珪素（Ｓｉ）： 最大 ６％
アルミニウム（Ａｌ）： 最大 ８％
ニオブ（Ｎｂ）： 最大 １％
バナジウム（Ｖ）： 最大 １％
チタン（Ｔｉ）： 最大 １％
残りの鉄及び付随元素
車両用スタビライザーへのさらなる加工とは、特に、当該製造されたスタビライザーバーの端部領域内の加工を意味する。この加工では、例えば、当該スタビライザーバーが、能動的なスタビライザーのアクチュエータに連結される、又はフランジに連結され、次いでこのフランジが、能動的なスタビライザーのアクチュエータに同様に連結される。特に、この連結は、材料結合的に溶接によって実施される、及び／又は嵌合的に実施される。
また、特に１．５〜１０ｍｍ、好ましくは２ｍｍ〜８ｍｍ、特に好ましくは２．５〜６ｍｍの厚さ範囲内にある鋼帯が、最初に本発明の方法によって管材に形成され、管が、長手方向に溶接することによって製造される。その結果、特に納入状態にある鋼帯は、４００〜６００メガパスカル、好ましくは４５０〜５５０メガパスカル、特に約５００メガパスカルの降伏強度を有する。強度が、冷間圧延工程によって１０００〜１４００メガパスカル、特に１１００〜１３００メガパスカル、好ましくは約１２００メガパスカルの降伏強度になる。管の寸法と管自体の製造工程とに応じて、管材を形成することによって、降伏強度が、６００〜１２００メガパスカルに設定される。当該降伏強度は、長手方向の溶接によっては無視できるほどにほとんど変化しない。当該降伏強度は、管自体をその後に曲げることによって６００〜１２００メガパスカルに保持される、又は所定の曲げ半径に曲げる工程によって必要に応じて強化される。
鋼が、双晶誘起塑性特性及び／又は変態誘起塑性特性を呈することによって、高い強度が、双晶形成による変形中に発生する（ＴＷＩＰ効果）、又は、高い強度が、変態誘起によってマルテンサイトに変態される炭素リッチな準安定オーステナイトの変態によって発生する（ＴＲＩＰ効果）。
次いで、既にこうして事前に強化された管を本発明にしたがってさらに曲げることによって、曲げられているスタビライザーバーの、特に曲げ部分の領域内で、強度がさらに向上する。当該曲げ領域においても、十分な剛性に関して、したがって同時に、繰返し曲げ負荷を受ける車両用スタビライザーの耐久性に関して、適切な強度が必要である。
したがって、本発明の範囲内では、初期状態にある又は再圧延（冷間圧延）された状態にある帯材が、管材に形成され、次いで高周波溶接又はレーザー溶接によって適切な連続鋼管に継ぎ合わせられるように、当該方法が、特に好適な実施の形態においてまず第一に実施されることが考えられる。特に当該冷間圧延によって、互いに異なる剛性レベル及び／又は互いに異なる壁厚に部材を設定することが可能である。
本発明の方法の別の好適な実施の形態では、帯材が、管材に再成形され、引き続き高周波溶接によって連続鋼管に溶接される。次いで、こうして製造された当該管は、マンドレルを通して圧延される、特に冷間圧延される。この場合、当該圧延の再成形の程度に応じて必要ならば、焼き鈍しされてもよい。
したがって、本発明にしたがって製造された車両用スタビライザーバーは、コストがかかる焼き入れ工程を必要としないにもかかわらず、高い剛性を達成する。この場合、当該帯材は、最初に良好に再成形可能である。このため、一方では、製造コストが、その後に引き継がれる製造段階に起因して下がり、他方では、製造ラインにおいて必要な電力が減少する。したがって、高価な焼入装置及び大きい再成形力を伴う金型が省略され得る。
さらに、当該方法は、特に高周波溶接又はレーザー溶接として長手方向に溶接することによって実施される。このため、熱接合技術にもかかわらず、均質な剛性分布が、管の横断面にわたって得られる。すなわち、溶接硬化が、継目の領域及び／又は熱作用領域内でほとんど発生しないので、例えば、当該熱接合に続く焼きならし工程が省略され得る。このため、同様に、製造コストが下がる。
焼入れ、焼戻し又は焼きならしとしてのコストのかかる熱処理が実施されないことによって、さらに本発明には、例えば脱炭又は酸化のようなエッジ効果が発生しないという利点がある。さらに、腐食性の焼入液が省略され得る。その結果、同様に、本発明にしたがって製造された車両用スタビライザーバーの耐久性が向上する。
したがって、本発明の範囲内では、高い靱性と遅い疲労き裂伝播速度とを有するオーステナイト組織を車両用スタビライザーバー中に発生させることが可能であるので、当該車両用スタビライザーバーは、その使用期間中の繰返し曲げ負荷に最適に適合されている。特に、当該繰返し曲げ負荷の最適な適合は、０．６％以下の炭素含有量及び１０〜３５％、特に２０〜３０％のマンガン成分並びにその他の合金元素、残りの鉄及び熔解に起因した不純物を有する鋼を使用することによって達成される。
さらに、特に好ましくは、鋼帯が、管材に再成形する前に冷間圧延される。このため、向上した剛性が、曲げ領域内のＴＷＩＰ効果及び／又はＴＲＩＰ効果によって生成されるように、圧延圧下率及び／又は壁厚の変更に基づいて、互いに異なる剛性を少なくとも局所的に設定することが可能である。同様に、向上した剛性が、当該冷間圧延によって、個別にさらに曲げられない領域内又は僅かしか変形されない領域内で設定される。
さらに、本発明の範囲内では、管が、長手方向に溶接した後にマンドレルを通して、特に冷間圧延法で圧延されることが可能である。同様に、剛性の向上が、当該マンドレルミル法によって達成される。この場合、当該剛性の向上は、主に、鋼帯の、管材への再成形直後に出現する。このため、最初に、管材のより良好な成形性が保証される。
本発明の範囲内では、オプションとして、管材が、熱成形及び／又は溶接後熱処理されることが可能である。特に、当該熱成形は、スタビライザーバーの曲げ時に実施される。当該溶接後熱処理は、特に好ましくはスタビライザーバーの曲げ後に実施される。このとき、これに関連して、特に当該管材の熱成形時に、金型の少なくとも一部が冷却されていることが可能である。
本発明の、その他の利点、特徴及び構成は、下記の概略図に記載されている。これらの図は、本発明を容易に理解するために役立つ。
スタビライザーバーのための製造方法を示す。 車両用スタビライザーを示す。 車両用スタビライザーの端部の平面図である。 車両用スタビライザーの端部の側面図である。
上記図面中では、同じ符号が、同じ又は類似の部材に対して使用される一方で、繰り返される表記は、簡略化のために省略する。
図１ａ〜ｄには、本発明のスタビライザーバー４の製造過程が示されている。最初に、マンガンを多く含有する合金鋼から成る、切断された鋼帯１が提供される。当該合金鋼は、双晶誘起塑性特性及び／又は変態誘起塑性特性を呈する。次いで、管材２が提供されるように、当該鋼帯１は、成形技術で加工される。当該管材２は、長手方向継目３を伴って管９に溶接される。当該溶接の完了後に、こうして製造された管９は、スタビライザーバー４に曲げられる。
次いで、図２には、対応する車両用スタビライザー５が示されている。この車両用スタビライザー５は、その端部領域６内で３次元的に曲げられている。その結果、この車両用スタビライザー５は、その端部領域６内で、例えばステアリングナックル又はサスペンションアームに連結可能である。
図３は、上から見た車両用スタビライザー５の端部７の平面図である。当該端部７は、プレスされている。その結果、詳しく図示されなかったボルト連結部材を車軸構成要素等に連結するため、当該端部７は、図４の側面図にしたがって開口部又は打ち抜き部分８を有してもよい。
１ 鋼帯
２ 管材
３ 長手方向継目
４ スタビライザーバー
５ 車両用スタビライザー
６ 車両用スタビライザーに対する端部領域、曲げ領域
７ ５に対する端部
８ 打ち抜き部
９ 管

Claims (9)

  1. スタビライザーバー（４）が中空の管材として形成される車両用スタビライザー（５）を製造するための方法において、
    以下の方法ステップ：
    ・双晶誘起塑性特性及び／又は変態誘起塑性特性を呈する、１０〜３５重量％のマンガンを含む高マンガン鋼から、鋼帯（１）を提供し、
    ・前記鋼帯（１）から管材（２）を形成し、この管材（２）を長手方向に溶接し、
    ・当該製造された管（９）が、当該長手方向の溶接後にマンドレルを通して冷間圧延法で圧延され、
    ・当該スタビライザーバー（４）を曲げることを特徴とする方法。
  2. 当該長手方向の溶接は、高周波溶接又はレーザー溶接として実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記鋼帯（１）は、管材（２）に成形される前に冷間圧延されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記スタビライザーバー（４）が、その曲げ領域（６）内で曲げられるときに、その曲げ領域（６）の材料が、強化されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 焼き鈍し工程が、前記冷間圧延法の前又は後に実施されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 前記管材（２）は、熱成形されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 前記熱成形のための金型の少なくとも一部が、前記管材（２）の前記熱成形時に冷却されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 受動的な車両用スタビライザー（５）が製造され、この車両用スタビライザー（５）のそれぞれの端部（７）が、外部の部品に連結するための収容部を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
  9. 前記端部（７）は板状にされ、別の部品に連結するための打ち抜き部（８）が、この端部（７）に設けられることを特徴とする請求項８いずれか１項に記載の方法。
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