JP7044690B2

JP7044690B2 - 金属部材の製造方法

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Publication number: JP7044690B2
Application number: JP2018220696A
Authority: JP
Inventors: 弘樹神保
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2022-03-30
Anticipated expiration: 2038-11-26
Also published as: CN111215846A; JP2020082135A

Description

本発明は、金属部材の製造方法に関する。

従来、金属部材の孔部に他部材を嵌合させる際に、金属部材の孔部の縁部から金属部材の一面側に筒部を延出させ、かかる筒部に他部材を嵌合させることが行われている（特許文献１，２参照）。

特開２０００－０７１０４３号公報特開２０００－０７９４３８号公報

かかる構造では、嵌合長を確保すると、筒部の先端部に作用するモーメントが大きくなり、かかるモーメントによる応力が筒部と本体部との繋ぎ目に集中するため、筒部の剛性に対して不利になるという問題があった。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、筒部の剛性を向上することが可能な金属部材の製造方法を提供することを課題とする。

前記の課題を解決するために、本発明の金属部材の製造方法は、孔部が形成される本体部と、前記孔部の縁部から前記本体部の両面側に延出する筒部と、を備える金属部材の製造方法であって、前記孔部及び前記筒部が未形成の状態の前記本体部に表面側から治具を貫通させることによって、前記孔部を穿設するとともに当該治具によって前記孔部の縁部を前記本体部の裏面側に屈曲させて裏面側に前記筒部を形成するステップと、前記本体部の裏面側から前記孔部の内部をしごき加工することによって、表面側に前記筒部を形成するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によると、金属部材における筒部の剛性を向上することができる。

本発明の実施形態に係る金属部材を孔部の軸線方向から見た図である。図１ＡのＢ－Ｂ線断面図である。従来の金属部材の断面図である。本発明の実施形態に係る金属部材の第一の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の実施形態に係る金属部材の第一の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の実施形態に係る金属部材の第一の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の実施形態に係る金属部材の第一の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の実施形態に係る金属部材の第二の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の実施形態に係る金属部材の第二の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の実施形態に係る金属部材の第二の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の実施形態に係る金属部材の第二の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の実施形態に係る金属部材の第三の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の実施形態に係る金属部材の第三の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の実施形態に係る金属部材の第三の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の実施形態に係る金属部材の第三の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の実施形態に係る金属部材の第三の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の実施形態に係る金属部材の第四の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の実施形態に係る金属部材の第四の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の実施形態に係る金属部材の第四の製造方法を説明するための模式断面図である。

次に、本発明の実施形態について、本発明を自動車のサスペンションアームに適用した場合を例にとり、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。同一の構成には同一の符号を付与し、共通する説明を省略する。

＜金属部材＞
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本発明の実施形態に係る金属部材１は、例えば自動車のサスペンションに用いられるサスペンションアームであって、本体部１０と、筒部２０と、を一体に備える。

≪本体部及び孔部≫
本体部１０は、表面１０ａ及び裏面１０ｂを有する板状の部位である。本体部１０には、表面１０ａ及び裏面１０ｂを貫通する孔部１１が形成されている。本実施形態において、孔部１１は、当該孔部１１の軸線視で円形状を呈する。

≪筒部≫
筒部２０は、孔部１１の縁部から表面１０ａ側及び裏面１０ｂ側の両方に延出する部位である。すなわち、筒部２０は、本体部１０の表面１０ａ側に立設される表面側筒部２１と、本体部１０の裏面１０ｂ側に立設される裏面側筒部２２と、を有する。表面側筒部２１及び裏面側筒部２２の先端部の角部、並びに、表面側筒部２１及び裏面側筒部２２の基端部の隅部は、それぞれ、Ｒ形状を呈することが望ましい。

表面側筒部２１の表面１０ａからの立設高さＨ_１と裏面側筒部２２の裏面１０ｂからの立設高さＨ_２とは、等しいことが望ましいが、異なっていてもよい。

金属部材１において、本体部１０及び筒部２０は、単一の金属材料によって形成されており、好ましくは、全体として連続した金属組織によって形成されている。ここで、「単一の金属材料」とは、単一の金属元素による純金属に限定されず、合金であってもよい。また、「全体として連続した金属組織によって形成されている」とは、金属部材１が屈曲等によって互いに当接する面等を有しておらず、金属部材１内のどの方向においても金属組織が連続していることをいう。すなわち、金属部材１は、本体部１０と筒部２０とを溶接等によって接合したものではなく、例えばハイテン材を鍛造（冷間鍛造）、しごき加工等によって変形させる成形手法によって製造されている。

金属部材１がサスペンションアームである本実施形態において、本体部１０には２組の孔部１１及び筒部２０が形成されている。かかる金属部材１では、一方の筒部２０には、ナックルと締結されるボルト、ナックルを締結するための締結用部品等が直接又はブッシュを介して挿通され、他方の筒部２０には、サブフレーム又はボディと締結されるボルト、サブフレーム又はボディを締結するための締結用部品等が直接又はブッシュを介して挿通される。

ここで、図１Ｃに示すように、従来の金属部材１０１は、孔部１１１が形成された本体部１１０と、孔部１１１の縁部から一面側のみに延出する筒部１２０と、を備える。かかる孔部１１１及び筒部１２０は、バーリング加工によって形成される。

ここで、筒部２０及び筒部１２０の嵌合長Ｈが等しい場合には、筒部２０（表面側筒部２１及び裏面側筒部２２）の先端部に作用するモーメントは、本体部１０（ピストンロッドの軸心）からの距離が短くなるため、筒部１２０の先端部に作用するモーメントよりも小さくなる。したがって、金属部材１は、筒部２０の基端部に作用する応力を低減することができ、ひいては、筒部２０の剛性（ローカル剛性）を向上することができる。また、金属部材１は、引張圧縮などの荷重付加に対する部品としての剛性を向上することができる。また、金属部材１は、筒部２０が本体部１０の両面側に設けられるため、Ｒ部を２箇所に成形して応力を分散することができ、筒部２０の剛性（ローカル剛性）をさらに向上するとともに、使用する材料の強度を軽減することができるため、使用可能な材料の種類を増やすことができる。

＜製造方法＞
続いて、本発明の実施形態に係る金属部材１の製造方法について説明する。

≪第一の製造方法≫
図２Ａに示すように、孔部１１及び筒部２０が未形成の本体部１０を用意し、表面１０ａ側に治具２Ｗ，２Ｙを設置し、裏面１０ｂ側に治具３Ｘ，３Ｙを設置する。

治具２Ｗは、本体部１０の孔部形成予定部１２と同径の孔部を有する。治具２Ｙは、本体部１０の孔部形成予定部１２と同径の円柱形状を呈し、治具２Ｗの孔部に挿通されて孔部形成予定部１２に位置合わせされる。治具３Ｘは、本体部１０の孔部形成予定部１２よりも大径の孔部を有する。治具３Ｙは、本体部１０の孔部形成予定部１２と同径の円柱形状を呈し、治具３Ｘの子部に挿通されて孔部形成予定部１２に位置合わせされる。

続いて、図２Ｂに示すように、治具２Ｗ，３Ｘ，３Ｙが本体部１０を支持した状態で、治具２Ｙが本体部１０の孔部形成予定部１２を表面１０ａ側から押圧する（冷間鍛造）。これにより、孔部形成予定部１２の一部が治具３Ｘ，３Ｙの間に押し出され、裏面側筒部２２が形成される（裏面側筒部２２の予備形成）。

続いて、図２Ｃに示すように、治具４が孔部形成予定部１２に裏面１０ｂ側から孔部１１を穿設し、その後、治具４が孔部１１に挿入されることによって、孔部１１の内部を裏面１０ｂ側からしごき加工する。これにより、図２Ｄに示すように、裏面側筒部２２の一部が表面１０ａ側に移動し、表面側筒部２１が形成される（裏面側筒部２２の本形成及び表面側筒部２１の形成）。

治具４は、先端部に設けられて孔部１１を穿設可能な刃部４ａと、中間部に設けられて孔部１１をしごき加工するために刃部４ａよりも大径の第一のしごき加工部４ｂと、基端部に設けられて孔部１１をしごき加工するために第一のしごき加工部４ｂよりも大径の第二のしごき加工部４ｃと、を備える加工用の工具である。第一のしごき加工部４ｂ及び第二のしごき加工部４ｃの先端部は、それぞれ基端部側に向かうにつれて拡径するテーパ形状を呈する。

第一の製造方法によると、筒部２０の一方（裏面側筒部２２）が鍛造及びしごき加工によって形成されるとともに、筒部２０の他方（表面側筒部２１）がしごき加工によって形成される。したがって、第一の製造方法は、本体部１０の両面側に延出する筒部２０を備える金属部材１を、単一の金属材料、好ましくは、全体として連続した金属組織によって好適に製造することができる。また、第一の製造方法によると、孔部１１の穿設及び表面側筒部２１のしごき形成が単一の治具４によって実質的な一工程として行われるため、これらを別の治具で行う場合と比較して、製造時間の短縮を実現することができる。

≪第二の製造方法≫
図３Ａに示すように、孔部１１及び筒部２０が未形成の本体部１０を用意し、裏面１０ｂ側に治具３Ｘを設置する。

続いて、図３Ｂに示すように、治具３Ｙが本体部１０を支持した状態で、治具（工具）５が本体部１０の孔部形成予定部１２に表面１０ａ側から孔部１１を穿設する（バーリング加工）。その際に、孔部１１の縁部が裏面１０ｂ側に屈曲し、裏面側筒部２２が形成される（裏面側筒部２２の予備形成）。

続いて、図３Ｃに示すように、治具６が孔部１１の内部を裏面１０ｂ側からしごき加工する。これにより、図３Ｄに示すように、裏面側筒部２２の一部が表面１０ａ側に移動し、表面側筒部２１が形成される（裏面側筒部２２の本形成及び表面側筒部２１の形成）。

治具６は、先端部に設けられて孔部１１に挿入可能な小径部６ａと、中間部に設けられて孔部１１をしごき加工するために小径部６ａよりも大径の第一のしごき加工部６ｂと、基端部に設けられて孔部１１をしごき加工するために第一のしごき加工部６ｂよりも大径の第二のしごき加工部６ｃと、を備える加工用の工具である。第一のしごき加工部６ｂ及び第二のしごき加工部６ｃの先端部は、それぞれ基端部側に向かうにつれて拡径するテーパ形状を呈する。

第二の製造方法によると、筒部２０の一方（裏面側筒部２２）がバーリング加工及びしごき加工によって形成されるとともに、筒部２０の他方（表面側筒部２１）がしごき加工によって形成される。したがって、第二の製造方法は、本体部１０の両面側に延出する筒部２０を備える金属部材１を、単一の金属材料、好ましくは、全体として連続した金属組織によって好適に製造することができる。

≪第三の製造方法≫
図４Ａに示すように、孔部１１及び筒部２０が未形成の本体部１０を用意する。

続いて、図４Ｂに示すように、治具７が孔部形成予定部１２に表面１０ａ側から孔部１１を穿設し、その後、治具７が孔部１１に表面１０ａ側から挿入されることによって、孔部１１の内部を表面１０ａ側からしごき加工する。これにより、図４Ｃに示すように、裏面側筒部２２が形成される（裏面側筒部２２の予備形成）。

治具７は、先端部に設けられて孔部１１を穿設可能な刃部７ａと、中間部に設けられて孔部１１をしごき加工するために刃部７ａよりも大径の第一のしごき加工部７ｂと、基端部に設けられて孔部１１をしごき加工するために第一のしごき加工部７ｂよりも大径の第二のしごき加工部７ｃと、を備える加工用の工具である。第一のしごき加工部７ｂ及び第二のしごき加工部７ｃの先端部は、それぞれ基端部側に向かうにつれて拡径するテーパ形状を呈する。

続いて、図４Ｄに示すように、治具６が孔部１１に裏面１０ｂ側から挿入されることによって、孔部１１の内部を裏面１０ｂ側からしごき加工する。これにより、図４Ｅに示すように、裏面側筒部２２の一部が表面１０ａ側に移動し、表面側筒部２１が形成される（裏面側筒部２２の本形成及び表面側筒部２１の形成）。

第三の製造方法によると、筒部２０の両方（表面側筒部２１及び裏面側筒部２２）がしごき加工によって形成される。したがって、第三の製造方法は、本体部１０の両面側に延出する筒部２０を備える金属部材１を、単一の金属材料、好ましくは、全体として連続した金属組織によって好適に製造することができる。

≪第四の製造方法≫
図５Ａに示すように、孔部１１及び筒部２０が未形成の本体部１０を用意し、表面１０ａ側に治具２Ｘ，２Ｙを設置し、裏面１０ｂ側に治具３Ｘ，３Ｙを設置する。治具２Ｘは、本体部１０の孔部形成予定部１２よりも大径の孔部を有する。

続いて、図５Ｂに示すように、治具２Ｘ，３Ｘが本体部１０を支持した状態で、治具２Ｙが本体部１０の孔部形成予定部１２を表面１０ａ側から押圧するとともに、治具３Ｙが本体部１０の孔部形成予定部１２を裏面１０ｂ側から押圧する（冷間鍛造）。これにより、孔部形成予定部１２の一部が治具２Ｘ，２Ｙの間に押し出され、表面側筒部２１が形成されるとともに、孔部形成予定部１２の一部が治具３Ｘ，３Ｙの間に押し出され、裏面側筒部２２が形成される（表面側筒部２１の形成及び裏面側筒部２２の形成）。

続いて、図５Ｃに示すように、図示しない治具が孔部形成予定部１２に孔部１１を穿設する。

第四の製造方法によると、筒部２０の両方（表面側筒部２１及び裏面側筒部２２）が鍛造によって同時に形成される。したがって、第四の製造方法は、本体部１０の両面側に延出する筒部２０を備える金属部材１を、単一の金属材料、好ましくは、全体として連続した金属組織によって好適に製造することができる。また、第四の製造方法によると、しごき加工を行わずに表面側筒部２１及び裏面側筒部２２を好適に形成することができる。

本発明の実施形態に係る金属部材１は、孔部１１が形成される本体部１０と、前記孔部１１の縁部から前記本体部１０の両面側に延出する筒部２０と、を備え、前記本体部１０及び前記筒部２０は、単一の金属材料によって形成されていることを特徴とする。
したがって、金属部材１は、筒部２０の先端部に作用するモーメントを小さくするとともに当該モーメントによる応力を本体部１０の両面側に二分することができ、筒部２０の剛性（ローカル剛性）を向上することができる。

金属部材１は、前記本体部１０及び前記筒部２０が、全体として連続した金属組織によって形成されている構成であってもよい。
したがって、金属部材１は、筒部２０の剛性（ローカル剛性）をより向上するとともに、金属部材１全体の剛性を向上することができる。

また、本発明の実施形態に係る金属部材１の製造方法は、孔部１１が形成される本体部１０と、前記孔部１１の縁部から前記本体部１０の両面側に延出する筒部２０と、を備える金属部材１の製造方法であって、前記孔部１１及び前記筒部２０が未形成の状態の前記本体部１０における孔部形成予定部１２を裏面１０ｂ側に押し出すことによって、裏面１０ｂ側に筒部２０を形成するステップと、前記孔部形成予定部１２に前記孔部１１を穿設するステップと、前記本体部１０の裏面１０ｂ側から前記孔部１１の内部をしごき加工することによって、表面１０ａ側に前記筒部２０を形成するステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明の実施形態に係る金属部材１の製造方法は、孔部１１が形成される本体部１０と、前記孔部１１の縁部から前記本体部１０の両面側に延出する筒部２０と、を備える金属部材１の製造方法であって、前記孔部１１及び前記筒部２０が未形成の状態の前記本体部１０に表面１０ａ側から前記孔部１１を穿設し、前記孔部１１の縁部を前記本体部１０の裏面１０ｂ側に屈曲させることによって、裏面１０ｂ側に前記筒部２０を形成するステップと、前記本体部１０の裏面１０ｂ側から前記孔部１１の内部をしごき加工することによって、表面１０ａ側に前記筒部２０を形成するステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明の実施形態に係る金属部材１の製造方法は、孔部１１が形成される本体部１０と、前記孔部１１の縁部から前記本体部１０の両面側に延出する筒部２０と、を備える金属部材１の製造方法であって、前記孔部１１及び前記筒部２０が未形成の状態の前記本体部１０に前記孔部１１を穿設するステップと、前記孔部１１の内部を表面１０ａ及び裏面１０ｂの一方側からしごき加工することによって、表面１０ａ及び裏面１０ｂの他方側に前記筒部２０を形成するステップと、前記孔部１１の内部を表面１０ａ及び裏面１０ｂの他方側からしごき加工することによって、表面１０ａ及び裏面１０ｂの一方側に前記筒部２０を形成するステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明の実施形態に係る金属部材１の製造方法は、孔部１１が形成される本体部１０と、前記孔部１１の縁部から前記本体部１０の両面側に延出する筒部２０と、を備える金属部材１の製造方法であって、前記孔部１１及び前記筒部２０が未形成の状態の前記本体部１０における孔部形成予定部１２を表面１０ａ及び裏面１０ｂの両方側に押し出すことによって、表面１０ａ及び裏面１０ｂの両方側に前記筒部２０を形成するステップと、前記孔部形成予定部１２に前記孔部１１を穿設するステップと、を含むことを特徴とする。

これらの金属部材１の製造方法は、本体部１０の両面側に延出する筒部２０を有する金属部材１を、溶接等を行わずに１枚板から製造することができる。

また、金属部材１の製造方法は、筒部２０を鍛造によって形成する場合には、寸法精度を確保することができるとともに、増肉成形による筒部２０の板厚制御を実行することができ、筒部２０の剛性（ローカル剛性）を好適に向上することができる。
また、金属部材１の製造方法は、バーリング加工を用いずに筒部２０を形成することができるため、λ値（伸び値とトレードオフの関係）を考慮する必要がなく、材料の選択性を向上することができる。
また、金属部材１の製造方法は、成形性の低いハイテン材を冷間鍛造によって成形することができるため、高ひずみ域での成形を実行することができ、治具２Ｘ，３Ｘに対するひけを抑制したり、クラック及びしわの発生を抑制するとともに、形状自由度を向上することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変形可能である。例えば、金属部材１は、自動車のサスペンションアームに限定されず、エンジン用のピストンロッド等、自動車用の各部材等に適用可能である。

１金属部材
１０本体部
１１孔部
２０筒部
２１表面側筒部
２２裏面側筒部

Claims

孔部が形成される本体部と、前記孔部の縁部から前記本体部の両面側に延出する筒部と、を備える金属部材の製造方法であって、
前記孔部及び前記筒部が未形成の状態の前記本体部に表面側から治具を貫通させることによって、前記孔部を穿設するとともに当該治具によって前記孔部の縁部を前記本体部の裏面側に屈曲させて裏面側に前記筒部を形成するステップと、
前記本体部の裏面側から前記孔部の内部をしごき加工することによって、表面側に前記筒部を形成するステップと、
を含むことを特徴とする金属部材の製造方法。
孔部が形成される本体部と、前記孔部の縁部から前記本体部の両面側に延出する筒部と、を備える金属部材の製造方法であって、
前記孔部及び前記筒部が未形成の状態の前記本体部に治具を貫通させることによって、前記孔部を穿設するとともに、当該治具によって前記孔部の内部を表面及び裏面の一方側からしごき加工することによって、表面及び裏面の他方側に前記筒部を形成するステップと、
前記治具によって前記孔部の内部を表面及び裏面の他方側からしごき加工することによって、表面及び裏面の一方側に前記筒部を形成するステップと、
を含むことを特徴とする金属部材の製造方法。
孔部が形成される本体部と、前記孔部の縁部から前記本体部の両面側に延出する筒部と、を備える金属部材の製造方法であって、
前記孔部及び前記筒部が未形成の状態の前記本体部における孔部形成予定部を表面及び裏面の両方側に押し出すことによって、表面及び裏面の両方側に前記筒部を形成するステップと、
前記孔部形成予定部に前記孔部を穿設するステップと、
を含むことを特徴とする金属部材の製造方法。