JP7295425B2 - Manufacturing method of torsion beam - Google Patents
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本発明は、トーションビームの製造方法に関する。 The present invention relates to a torsion beam manufacturing method.
自動車用サスペンションシステムの一形態としてトーションビーム式サスペンション装置が広く普及している。 A torsion beam type suspension device is widely used as one form of automobile suspension systems.
トーションビーム式サスペンション装置は、左右の車輪を回転自在に支持する左右一対のトレーリングアームがトーションビームによって連結され、さらに、左右一対のスプリング受部がトーションビームの左右端近傍に接合されたトーションビームアッセンブリと、トーションビーム及び車体間を連結するスプリング及びアブソーバとを備える。トーションビームは、車体の左右から中央側に向かって伸びるピボット軸を介して、車体に対して揺動可能に接続される。 A torsion beam suspension system comprises a torsion beam assembly in which a pair of left and right trailing arms that rotatably support left and right wheels are connected by a torsion beam, and a pair of left and right spring receiving portions are joined near the left and right ends of the torsion beam; and a spring and an absorber connecting between the vehicle bodies. The torsion beam is swingably connected to the vehicle body via a pivot shaft extending from the right and left sides of the vehicle body toward the center.
トーションビームは、たとえば、プレス成形やハイドロフォーム成形により金属管を塑性加工することで形成され、トーションビームの長手方向に直交する断面が、トレーリングアームとの取付部から一定形状閉断面部に向かって、略V字形状又は略U字形状の閉断面に形成される。 The torsion beam is formed, for example, by plastically working a metal pipe by press molding or hydroforming. It is formed in a substantially V-shaped or substantially U-shaped closed cross section.
特許文献1には、疲労特性に優れたトーションビームを効率的に製造することが可能な、トーションビームの製造方法として、一定形状閉断面部と、一定形状閉断面部に連なってかつ閉断面が異なる形状の閉断面を持つ接続領域を有する形状変化部とを備えたトーションビームを製造する際に、一定形状閉断面部及び形状変化部が形成されたトーションビーム素材のうちの少なくとも接続領域に対し、長手方向に沿った引っ張り力を加えてトーションビームを得るトーションビームの製造方法が開示されている。 Patent Document 1 describes a method of manufacturing a torsion beam that can efficiently manufacture a torsion beam with excellent fatigue characteristics, including a constant shape closed cross-section portion and a shape that is continuous with the constant shape closed cross-section portion and has a different closed cross section. and a shape-changing portion having a connection region with a closed cross-section of . A method of manufacturing a torsion beam is disclosed in which a pulling force is applied along to obtain a torsion beam.
特許文献2には、残留応力を低減して、トーションビームの製造を容易にしたトーションビーム式サスペンションの製造として、トーションビームはパイプから形成され、かつ、プレス成形によりパイプを径方向内側に潰した凹部を成形し断面形状を略V字状又は略U字状に成形する際に、パイプを径方向内側に潰して先端開口側が開いた凹部に成形してから、凹部の先端開口側を閉じ方向に成形して略V字状又は略U字状に成形するトーションビーム式サスペンションの製造方法が開示されている。 Patent Document 2 describes the production of a torsion beam suspension that reduces residual stress and facilitates the production of a torsion beam. When forming the cross-sectional shape into a substantially V-shape or a substantially U-shape, the pipe is crushed inward in the radial direction to form a recess with the tip opening side open, and then the tip opening side of the recess is formed in the closing direction. A method of manufacturing a torsion beam suspension is disclosed in which the torsion beam suspension is formed into a substantially V-shape or a substantially U-shape.
トーションビームには、車両の軽量化や運動性能の向上にともない、より一層の耐久性の向上が求められている。この要求に応えるために、トーションビームが高強度の鋼管からが製造されることが増えている。 Torsion beams are required to be more durable as vehicles become lighter and more dynamic. To meet this demand, torsion beams are increasingly being manufactured from high-strength steel tubes.
一般に高強度の鋼を加工する際には、鋼中の加工時にひずみが集中する箇所で割れが生じやすくなる。特に、高強度の鋼管からトーションビームを製造する際の割れについては、さらに対策を講じる余地がある。 In general, when working high-strength steel, cracks are likely to occur at locations in the steel where strain is concentrated during working. In particular, there is room for taking further countermeasures against cracks when manufacturing torsion beams from high-strength steel pipes.
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、鋼管からトーションビームを製造する方法であって、割れの発生を抑制することができるトーションビームの製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a method for manufacturing a torsion beam from a steel pipe, which method can suppress the occurrence of cracks. .
本発明者らは、特に、高強度の鋼管からトーションビームを製造する際に発生する割れを抑制する方法を鋭意検討した。その結果、鋼管を最終形状に変形させる加工を施す前に適切な加工を施すことにより、鋼管で割れが発生することを防止できることを見出した。本発明は、この知見に基づき、さらに検討を進めてなされたものであって、その要旨は以下のとおりである。 In particular, the present inventors diligently studied a method for suppressing cracking that occurs when a torsion beam is manufactured from a high-strength steel pipe. As a result, the present inventors have found that cracks can be prevented from occurring in steel pipes by performing appropriate processing before processing to deform the steel pipes into the final shape. The present invention has been made based on this knowledge and further studies, and the gist thereof is as follows.
(1)長手方向に直交する断面が前記長手方向の任意位置において一対の耳部及び先端曲率部を有する略V字形状又は略U字形状の閉断面である一定形状閉断面部と、前記一定形状閉断面部に連なってかつ前記閉断面が異なる形状の閉断面を持つ接続領域を有する形状変化部と、を備えたトーションビームを製造する方法であって、素材となる鋼管の長手方向の少なくとも一部に前記鋼管の外方から内方に向かう変位を与えて前記一定形状閉断面部を成形する工程を備え、前記工程は、前記一定形状閉断面部における先端曲率部を形成する第1工程と、前記一定形状閉断面部の先端曲率部以外を形成する第2工程と、を備えることを特徴とするトーションビームの製造方法。 (1) a fixed-shape closed cross-section portion whose cross-section orthogonal to the longitudinal direction is a substantially V-shaped or substantially U-shaped closed cross-section having a pair of ear portions and a tip curvature portion at an arbitrary position in the longitudinal direction; and a shape changing portion having a connecting region having a closed cross section that is contiguous with the shape closed cross section and has a different shape from the closed cross section, the method for manufacturing a torsion beam comprising: forming the constant shape closed cross-section portion by applying a displacement from the outside of the steel pipe to the inside of the steel pipe, wherein the step includes a first step of forming a tip curvature portion in the constant shape closed cross-section portion; and a second step of forming a portion other than the tip curvature portion of the fixed shape closed cross-section portion.
(2)前記第1工程終了時における、前記トーションビームの一対の耳部となる部分の曲率が、第2工程終了時における前記トーションビームの耳部の曲率よりも小さいことを特徴とする前記(1)のトーションビームの製造方法。 (2) The curvature of the pair of ears of the torsion beam at the end of the first step is smaller than the curvature of the ears of the torsion beam at the end of the second step. torsion beam manufacturing method.
(3)前記第1工程終了時において、前記トーションビームの一対耳部となる部分の曲率と前記先端曲率部の曲率が等しいことを特徴とする前記(1)又は(2)のトーションビームの製造方法。 (3) The method of manufacturing a torsion beam according to (1) or (2), wherein the curvature of the pair of ear portions of the torsion beam and the curvature of the tip curvature portion are equal at the end of the first step.
本発明のトーションビームの製造方法によれば、高強度の鋼管からトーションビームを製造する場合であっても、割れの発生を防止できるという効果を奏する。 According to the torsion beam manufacturing method of the present invention, it is possible to prevent the occurrence of cracks even when manufacturing a torsion beam from a high-strength steel pipe.
以下、本発明について詳細に説明する。はじめに、従来のトーションビームの製造方法について説明する。 The present invention will be described in detail below. First, a conventional method for manufacturing a torsion beam will be described.
[従来のトーションビームの製造方法] [Conventional manufacturing method of torsion beam]
図1に示すように、素材となる鋼管11の中間部分を、金型を用いてプレス成形し、鋼管11に凹部12を形成する。鋼管11の長手方向に垂直な凹部12の断面は、一対の耳部、及び先端曲率部を有する略V字形状又は略U字形状の一定形状の閉断面部となる。図2に、金型と鋼管の形状の概略を示す。図2は、鋼管の一定形状閉断面部が形成される位置における、金型及び鋼管の垂直断面を示している。ここで用いる金型(上型21、下型22)により成形される、先端曲率部13、耳部14を有する一定形状閉断面部の形状は、トーションビームの最終形状とほぼ同型である。
As shown in FIG. 1, an intermediate portion of a
図3に、鋼管11に一定形状閉断面部12が形成される際の形状の変化を示す。ここで、鋼管11の一部である11aに注目すると、変形の初期に曲率の大きな状態に曲げられ、その後、曲げ戻されることが分かる。この部分は変形の最終段階で平らな形状となっているように見えるが、曲げ-曲げ戻し変形により歪が導入されるため、鋼管11に使用される材料によっては、割れが生じやすくなる。
FIG. 3 shows a change in shape when the fixed shape closed
次に、この割れの発生を防止するための、本発明のトーションビームの製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing a torsion beam according to the present invention for preventing the occurrence of cracks will be described.
[本発明のトーションビームの製造方法] [Method for manufacturing torsion beam of the present invention]
本発明のトーションビームの製造方法は、長手方向に直交する断面が長手方向の任意位置において略V字形状又は略U字形状の閉断面である一定形状閉断面部と、一定形状閉断面部に連なってかつ閉断面が異なる形状の閉断面を持つ接続領域を有する形状変化部とを備えたトーションビームを製造する方法であって、素材となる鋼管の長手方向の少なくとも一部に鋼管の外方から内方に向かう変位を与えて一定形状閉断面部を成形する工程を備える。 The method of manufacturing a torsion beam according to the present invention comprises a constant-shape closed cross-sectional portion whose cross section orthogonal to the longitudinal direction is a substantially V-shaped or substantially U-shaped closed cross-section at an arbitrary position in the longitudinal direction, and a constant-shape closed cross-sectional portion. and a shape changing portion having a connecting region with a closed cross-section having a different closed cross-section shape, wherein at least a part of the steel pipe as a material in the longitudinal direction extends from the outside to the inside of the steel pipe. forming a constant shape closed cross section by imparting a directional displacement.
一定形状閉断面部を成形する工程は、一定形状閉断面部における先端曲率部を形成する第1工程と、一定形状閉断面部の先端曲率部以外を形成する第2工程を備える。以下、各工程について説明する。 The step of forming the constant-shape closed cross-section includes a first step of forming the tip curvature portion of the constant-shape closed cross-section, and a second step of forming portions other than the tip curvature portion of the constant-shape closed cross-section. Each step will be described below.
[第1工程] [First step]
第1工程は、鋼管の全体をトーションビームの最終形状とするのではなく、一定形状閉断面部の先端曲率部を成形するために行う。図4に概略を示すように、鋼管11を、金型(上型41、下型42)を用いてプレス成形する。上型41の先端部41aの形状は、一定の曲率を有する形状である。先端部41aに続く後段部41bは、上型41が変位を与える方向に略平行な面である。結果として、第1工程では、鋼管11は上型41の先端部41aにより与えられる変位で変形するが、後段部41bによっては、最終形状で曲率を有する耳部となる部分に曲率が与えられる他、最終形状で大きな曲率を有さない部分が大きく変形することはない。
The first step is not for shaping the steel pipe as a whole into the final shape of the torsion beam, but for forming the tip curvature portion of the constant-shaped closed cross-section portion. As shown schematically in FIG. 4, a
このとき、最終形状で大きな曲率を有さない部分の大きな変形を抑制するためには、最終形状で耳部となる部分に与えられる曲率は、最終形状において耳部に与えられる曲率よりも小さいことが好ましい。また、最終形状で耳部となる部分に与えられる曲率は、最終形状で先端曲率部となる部分の曲率と等しいことが好ましい。 At this time, in order to suppress large deformation of the portion that does not have a large curvature in the final shape, the curvature given to the ear portion in the final shape should be smaller than the curvature given to the ear portion in the final shape. is preferred. Moreover, it is preferable that the curvature given to the portion which will be the ear portion in the final shape is equal to the curvature of the portion which will be the tip curvature portion in the final shape.
後段部41bの面は、上型41が変位を与える方向に完全に平行な面である必要はないが、鋼管11を大きく変形させないために、上型41が変位を与える方向となす角度は-5~10°程度が好ましい。ここで、なす角度は、後段部41bが内側に傾斜している場合を負、外側に傾斜している場合を正とする。上型41の先端部の曲率は、特に限定されないが、先端部41aの形状が、トーションビームの最終形状における先端曲率部と略同じにすることが好ましい。
[第2工程]
The surface of the rear stage portion 41b does not have to be completely parallel to the direction in which the upper mold 41 applies displacement, but in order not to deform the
[Second step]
第2工程は、第1工程とは別の、鋼管11を最終形状とするための金型(上型51、下型52)を用いて、鋼管の全体を最終形状に変形させる工程である。この工程の方法は特に限定されるものではなく、公知の方法を適用すればよい。たとえば、ハイドロフォームによる成形が好適である。プレス加工により成形を施してもよい。図5に概略を示す。なお、第1工程で、先端曲率部は略最終形状となるので、下型52は第1工程の下型42と同じものを用いることもできる。
The second step, which is different from the first step, is a step of transforming the entire steel pipe into a final shape using molds (
第1工程、第2工程を通してみると、従来技術のトーションビームの製造方法によれば、変形の初期に曲率の大きな状態に曲げられ、その後、曲げ戻され、最終段階で平らな形状とる部分11aが、本発明のトーションビームの製造方法によれば、大きな曲げ-曲げ戻し変形を受けることがないことが分かる(図6)。
Looking through the first and second steps, according to the conventional torsion beam manufacturing method, the
このように2段階の異なる加工を行うことにより、最終形状でほぼ平坦部となる位置に加工段階で曲率の大きな曲げ加工がされることはなく、曲げ-曲げ戻しにより大きな歪が導入されることもないので、トーションビーム製造中の割れを防止することができる。 By performing two different steps in this way, bending with a large curvature is not performed at the position where the final shape is almost flat, and a large strain is introduced by bending and unbending. Since there are no cracks during torsion beam manufacturing, cracks can be prevented.
なお、上述の説明においては、便宜上「上型」「下型」との語を用いているが、これらの金型は鋼管の上下に配置されるように限定されるものではなく、たとえば、横方向に配置して加工してもよいし、上下を逆に配置して加工してもよいことはいうまでもない。 In the above description, the terms "upper die" and "lower die" are used for convenience, but these dies are not limited to being arranged above and below the steel pipe. Needless to say, they may be arranged in the same direction for processing, or may be arranged upside down for processing.
本発明のトーションビームの製造方法に用いる鋼管は特に限定されるものではないが、板厚1.6~4.0mm程度、引張強度590~1180MPa程度の鋼管を使用するトーションビームの製造に好適である。 The steel pipe used in the method of manufacturing a torsion beam of the present invention is not particularly limited, but it is suitable for manufacturing a torsion beam using a steel pipe having a plate thickness of about 1.6 to 4.0 mm and a tensile strength of about 590 to 1180 MPa.
鋼管として電縫鋼管を使用する場合は、電縫部は、最も変形の小さくなる部分になるよう配置することが好ましい。 When an electric resistance welded steel pipe is used as the steel pipe, the electric resistance welded portion is preferably arranged so as to be the portion with the smallest deformation.
図7に、本発明の効果をFEM解析により確認した結果を示す。図7は直径92mm、板厚2.0mm、引張強度690MPaの鋼管に外方から内方に向かう変位を与え、耳部を有し、略V字形形状の閉断面を有するトーションビームとした場合の、各位置における相当ひずみを示している。 FIG. 7 shows the result of confirming the effect of the present invention by FEM analysis. FIG. 7 shows a steel pipe having a diameter of 92 mm, a plate thickness of 2.0 mm, and a tensile strength of 690 MPa. Equivalent strain at each position is shown.
従来の製造方法による場合、(a)に示すように耳部の曲げ-曲げ戻し変形が生じる部分で、相当ひずみが0.32となったが、本発明の製造方法による場合、(b)に示すように同じ位置の相当ひずみは0.28となり、ひずみが約13%軽減されることが確認できた。 In the case of the conventional manufacturing method, the equivalent strain was 0.32 at the portion where bending-unbending deformation of the ear portion occurs as shown in (a), but in the case of the manufacturing method of the present invention, (b) As shown, the equivalent strain at the same position was 0.28, confirming that the strain was reduced by about 13%.
11 鋼管
12 凹部
13 先端曲率部
14 耳部
21 金型(上型)
22 金型(下型)
41 金型(上型)
42 金型(下型)
51 金型(上型)
52 金型(下型)
REFERENCE SIGNS
22 mold (lower mold)
41 mold (upper mold)
42 mold (lower mold)
51 mold (upper mold)
52 mold (lower mold)
Claims (2)
素材となる鋼管の長手方向の少なくとも一部に前記鋼管の外方から内方に向かう変位を与えて前記一定形状閉断面部を成形する工程を備え、
前記工程は、
前記一定形状閉断面部における先端曲率部を形成する第1工程と、
前記一定形状閉断面部の前記先端曲率部以外を形成する第2工程と、
を備え、
前記第1工程終了時において、前記トーションビームの一対の耳部となる部分の曲率と前記先端曲率部の曲率が等しい
ことを特徴とするトーションビームの製造方法。 A constant shape closed cross-section portion whose cross section perpendicular to the longitudinal direction is a substantially V-shaped or substantially U-shaped closed cross-section having a pair of ear portions and a tip curvature portion at an arbitrary position in the longitudinal direction, and the constant shape closed cross-section. a shape-changing portion having a connecting region having a closed cross-section with a shape different from the closed cross-section, the method for manufacturing a torsion beam comprising:
A step of forming the fixed shape closed cross-section portion by applying a displacement from the outside to the inside of the steel pipe to at least a part in the longitudinal direction of the steel pipe as a material,
The steps are
a first step of forming a tip curvature portion in the fixed shape closed cross section;
a second step of forming a portion other than the tip curvature portion of the fixed shape closed cross-section portion;
with
At the end of the first step, the curvature of the pair of ear portions of the torsion beam and the curvature of the tip curvature portion are equal.
A method of manufacturing a torsion beam, characterized by:
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