JPH10251747A - 疲労強度に優れた鋼板部材 - Google Patents
疲労強度に優れた鋼板部材Info
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- JPH10251747A JPH10251747A JP8460897A JP8460897A JPH10251747A JP H10251747 A JPH10251747 A JP H10251747A JP 8460897 A JP8460897 A JP 8460897A JP 8460897 A JP8460897 A JP 8460897A JP H10251747 A JPH10251747 A JP H10251747A
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 応力集中が生じる形状加工部を有する鋼板部
材について、その疲労強度を向上させる。 【解決手段】 形状加工部２が板厚方向に貫通状に形成
され、一方の板面Ｓ１における前記形状加工部の応力集
中が生じる周縁部に対し、該周縁部を押し拡げる塑性加
工が施されている。塑性加工が施されていない他方の板
面Ｓ２および形状加工面Ｓ３から０．５mm離れた位置Ｐ
における基準硬さをＨv1、塑性加工面Ｓ４の中央部から
０．２mm離れた位置Ｑにおける加工硬さをＨv2としたと
き、下記式(1) を満たし、かつ他方の板面Ｓ２における
形状加工部の周縁部での周方向の圧縮残留応力をσr
（Ｎ／mm2 ) としたとき、下記式(2) を満足する。前記
形状加工部の形状としては、穴や切り欠きを含む。 ０．４５≧（Ｈv2−Ｈv1）／Ｈv1…(1)、 σr ≧０．４
０Ｈv1…(2)
材について、その疲労強度を向上させる。 【解決手段】 形状加工部２が板厚方向に貫通状に形成
され、一方の板面Ｓ１における前記形状加工部の応力集
中が生じる周縁部に対し、該周縁部を押し拡げる塑性加
工が施されている。塑性加工が施されていない他方の板
面Ｓ２および形状加工面Ｓ３から０．５mm離れた位置Ｐ
における基準硬さをＨv1、塑性加工面Ｓ４の中央部から
０．２mm離れた位置Ｑにおける加工硬さをＨv2としたと
き、下記式(1) を満たし、かつ他方の板面Ｓ２における
形状加工部の周縁部での周方向の圧縮残留応力をσr
（Ｎ／mm2 ) としたとき、下記式(2) を満足する。前記
形状加工部の形状としては、穴や切り欠きを含む。 ０．４５≧（Ｈv2−Ｈv1）／Ｈv1…(1)、 σr ≧０．４
０Ｈv1…(2)
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は機械構造部品、自動
車部品、一般鋼板製品等として用いられる、優れた疲労
特性を有する鋼板部材に関する。
車部品、一般鋼板製品等として用いられる、優れた疲労
特性を有する鋼板部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車の安全性向上および燃費向
上の観点から、自動車用鋼板部材の高強度薄肉化が広く
進められている。鋼板部材には、穴加工や切り欠き加工
等により応力集中が生じる形状加工部が形成されるのが
通例であるが、鋼板部材の素材として高強度鋼板を用い
た場合、部材の切欠き感受性が高くなるため、疲労強度
が低下するという問題がある。
上の観点から、自動車用鋼板部材の高強度薄肉化が広く
進められている。鋼板部材には、穴加工や切り欠き加工
等により応力集中が生じる形状加工部が形成されるのが
通例であるが、鋼板部材の素材として高強度鋼板を用い
た場合、部材の切欠き感受性が高くなるため、疲労強度
が低下するという問題がある。
【０００３】また、薄鋼板部材の場合、形状加工部は打
ち抜き加工に代表されるようなせん断加工により形成さ
れる場合が大半である。この場合、せん断加工により生
じたバリや破断面に存在するボイド等により疲労強度は
さらに大きく低下するようになる。
ち抜き加工に代表されるようなせん断加工により形成さ
れる場合が大半である。この場合、せん断加工により生
じたバリや破断面に存在するボイド等により疲労強度は
さらに大きく低下するようになる。
【０００４】かかる疲労強度の低下の問題に対して、形
状加工部をレーザー加工や機械切削加工により形成する
ことが試みられている。これらの加工方法では、専用の
設備が必要になるうえ、大量生産には向かないため製造
コスト面では不利である。また、せん断加工により生じ
たバリや破断面の悪影響を避けることができるが、積極
的に疲労強度を向上させることはできない。
状加工部をレーザー加工や機械切削加工により形成する
ことが試みられている。これらの加工方法では、専用の
設備が必要になるうえ、大量生産には向かないため製造
コスト面では不利である。また、せん断加工により生じ
たバリや破断面の悪影響を避けることができるが、積極
的に疲労強度を向上させることはできない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる問題に
鑑みなされたもので、応力集中が生じる形状加工部を有
する鋼板部材について、その疲労強度を向上させること
を課題とする。
鑑みなされたもので、応力集中が生じる形状加工部を有
する鋼板部材について、その疲労強度を向上させること
を課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の鋼板部材は、形
状加工部が板厚方向に貫通状に形成され、一方の板面に
おける前記形状加工部の応力集中が生じる周縁部に対
し、該周縁部を押し拡げる塑性加工が施され、該塑性加
工が施されていない他方の板面および形状加工面から
０．５mm離れた位置における基準硬さをＨv1、塑性加工
面の中央部から０．２mm離れた位置における加工硬さを
Ｈv2としたとき、下記式(1) を満たし、かつ他方の板面
における形状加工部の周縁部での周方向の圧縮残留応力
をσr （Ｎ／mm2 ) としたとき、下記式(2) を満足する
ものである。前記形状加工部の形状としては、穴や切り
欠きを含む。 ０．４５≧（Ｈv2−Ｈv1）／Ｈv1……(1) σr ≧０．４０Ｈv1 ……(2)
状加工部が板厚方向に貫通状に形成され、一方の板面に
おける前記形状加工部の応力集中が生じる周縁部に対
し、該周縁部を押し拡げる塑性加工が施され、該塑性加
工が施されていない他方の板面および形状加工面から
０．５mm離れた位置における基準硬さをＨv1、塑性加工
面の中央部から０．２mm離れた位置における加工硬さを
Ｈv2としたとき、下記式(1) を満たし、かつ他方の板面
における形状加工部の周縁部での周方向の圧縮残留応力
をσr （Ｎ／mm2 ) としたとき、下記式(2) を満足する
ものである。前記形状加工部の形状としては、穴や切り
欠きを含む。 ０．４５≧（Ｈv2−Ｈv1）／Ｈv1……(1) σr ≧０．４０Ｈv1 ……(2)
【０００７】前記形状加工部の周縁部に対して、該周縁
部を押し拡げる塑性加工を施すことにより、周縁部にお
ける疲労破壊の起点となる凹凸部分が圧壊されて平滑
化、高硬度化され、また大きな圧縮残留応力が付与され
る。
部を押し拡げる塑性加工を施すことにより、周縁部にお
ける疲労破壊の起点となる凹凸部分が圧壊されて平滑
化、高硬度化され、また大きな圧縮残留応力が付与され
る。
【０００８】圧縮残留応力は大きいほど疲労強度を改善
する効果があり、前記塑性加工の程度を大きくすれば良
いが、素材鋼板の降伏応力を越えて圧縮残留応力を付与
することは出来ず、また必要以上の塑性加工を付与する
ことは、成形荷重の上昇、加工工具の磨耗の観点から望
ましくない。また、塑性加工による過度の高硬度化は切
欠き感受性を却って増加させる原因となり、疲労強度を
低下させるおそれがある。このため、本発明では、塑性
加工の影響が少ない基準硬さＨv1、塑性加工の影響が顕
著な加工硬さＨv2について、式(1) を満足するように規
定した。すなわち、塑性加工が施されていない板面側の
基準硬さＨv1に比べて塑性加工を施した板面側の加工硬
さＨv2が大きくなり過ぎて式(1) を満たすことができな
いようになると、後述の実施例から明らかなとおり、過
度の塑性加工による必要以上の成形荷重上昇、工具磨耗
等の損失を受けるうえに、切欠き感受性の増加によりか
えって疲労強度が低下するようになる。
する効果があり、前記塑性加工の程度を大きくすれば良
いが、素材鋼板の降伏応力を越えて圧縮残留応力を付与
することは出来ず、また必要以上の塑性加工を付与する
ことは、成形荷重の上昇、加工工具の磨耗の観点から望
ましくない。また、塑性加工による過度の高硬度化は切
欠き感受性を却って増加させる原因となり、疲労強度を
低下させるおそれがある。このため、本発明では、塑性
加工の影響が少ない基準硬さＨv1、塑性加工の影響が顕
著な加工硬さＨv2について、式(1) を満足するように規
定した。すなわち、塑性加工が施されていない板面側の
基準硬さＨv1に比べて塑性加工を施した板面側の加工硬
さＨv2が大きくなり過ぎて式(1) を満たすことができな
いようになると、後述の実施例から明らかなとおり、過
度の塑性加工による必要以上の成形荷重上昇、工具磨耗
等の損失を受けるうえに、切欠き感受性の増加によりか
えって疲労強度が低下するようになる。
【０００９】また、一般に、疲労強度は素材の強度とと
もに上昇し、圧縮残留応力は疲労強度を改善する効果を
有しているが、材料強度に比して残留応力が小さ過ぎる
と疲労強度の改善効果は相対的に小さくなり、ばらつき
の範囲内となる。それゆえ、鋼板強度ひいてはこれにほ
ぼ対応する基準硬さＨv1と関係するある値以上の圧縮残
留応力σr （塑性加工を施さない側の板面における形状
加工部の周縁部での周方向の圧縮残留応力）が必要にな
り、式(2) を満たすことがでさない場合には、後述の実
施例から明らかなとおり、十分な疲労強度の上昇は望め
ないようになる。
もに上昇し、圧縮残留応力は疲労強度を改善する効果を
有しているが、材料強度に比して残留応力が小さ過ぎる
と疲労強度の改善効果は相対的に小さくなり、ばらつき
の範囲内となる。それゆえ、鋼板強度ひいてはこれにほ
ぼ対応する基準硬さＨv1と関係するある値以上の圧縮残
留応力σr （塑性加工を施さない側の板面における形状
加工部の周縁部での周方向の圧縮残留応力）が必要にな
り、式(2) を満たすことがでさない場合には、後述の実
施例から明らかなとおり、十分な疲労強度の上昇は望め
ないようになる。
【００１０】素材鋼板に対する形状加工としては、打ち
抜き加工等のせん断加工が生産性に優れており、多用さ
れている。せん断加工を施した場合、工具進入側すなわ
ち加工を受けた側の形状加工部周縁部は、応力集中が緩
和され、また圧縮残留応力が付与されるため、疲労破壊
の起点とはなりにくい。一方、工具抜け側の板面にはば
りが形成され、加工面もせん断破壊面となるため疲労破
壊の起点となりやすい。従って、形状加工部がせん断加
工により形成される場合、周縁部を押し拡げる塑性加工
は、請求項２に記載したように、せん断加工によりバリ
が生じる板面側に施すことが効果的である。なお、切削
加工やレーザー加工により形状加工を行う場合は、塑性
加工を施す板面の選択順位は問わない。
抜き加工等のせん断加工が生産性に優れており、多用さ
れている。せん断加工を施した場合、工具進入側すなわ
ち加工を受けた側の形状加工部周縁部は、応力集中が緩
和され、また圧縮残留応力が付与されるため、疲労破壊
の起点とはなりにくい。一方、工具抜け側の板面にはば
りが形成され、加工面もせん断破壊面となるため疲労破
壊の起点となりやすい。従って、形状加工部がせん断加
工により形成される場合、周縁部を押し拡げる塑性加工
は、請求項２に記載したように、せん断加工によりバリ
が生じる板面側に施すことが効果的である。なお、切削
加工やレーザー加工により形状加工を行う場合は、塑性
加工を施す板面の選択順位は問わない。
【００１１】
【実施例】４４０Ｎ／mm2 級〜７８０Ｎ／mm2 級の薄鋼
板から平面曲げ疲労試験片（９０×３０mm）を作製し
た。試験片の中央部には形状加工部として１０mmφの丸
穴を打ち抜き加工および切削加工により開けた。その
後、図２に示したように、試験片１を支持板４に支持
し、一方の板面Ｓ１に対し、パンチ５の押し込みによる
塑性加工を穴の開口周縁部に施し、該周縁部を拡径加工
した。打ち抜き穴の場合は、バリのある板面Ｓ１からパ
ンチを押し込んだ。パンチ５は頂角が３０度と６０度の
円錐パンチ、および３５φの球頭パンチを用い、パンチ
荷重は０．５〜４．５ tonの範囲で変化させた。疲労試
験は、両振り（Ｒ＝−１）、周波数２４Hzの条件で行っ
た。
板から平面曲げ疲労試験片（９０×３０mm）を作製し
た。試験片の中央部には形状加工部として１０mmφの丸
穴を打ち抜き加工および切削加工により開けた。その
後、図２に示したように、試験片１を支持板４に支持
し、一方の板面Ｓ１に対し、パンチ５の押し込みによる
塑性加工を穴の開口周縁部に施し、該周縁部を拡径加工
した。打ち抜き穴の場合は、バリのある板面Ｓ１からパ
ンチを押し込んだ。パンチ５は頂角が３０度と６０度の
円錐パンチ、および３５φの球頭パンチを用い、パンチ
荷重は０．５〜４．５ tonの範囲で変化させた。疲労試
験は、両振り（Ｒ＝−１）、周波数２４Hzの条件で行っ
た。
【００１２】一方、疲労試験片と同様の試験片を用い
て、穴の開口周縁部の残留応力および基準硬さ及び加工
硬さを測定した。残留応力は、パンチ加工が施されてい
ない板面（図１のＳ２）における穴の開口周縁部に周方
向に沿ってゲージ長さ１mmの歪みゲージを貼り付けた
後、歪ゲージを貼り付けた板部を切断して、周方向の応
力を開放する方法（切断開放法）により測定した。な
お、歪みゲージはゲージの中心が開口縁より径外方向に
０．５mmの位置となるように貼り付けた。
て、穴の開口周縁部の残留応力および基準硬さ及び加工
硬さを測定した。残留応力は、パンチ加工が施されてい
ない板面（図１のＳ２）における穴の開口周縁部に周方
向に沿ってゲージ長さ１mmの歪みゲージを貼り付けた
後、歪ゲージを貼り付けた板部を切断して、周方向の応
力を開放する方法（切断開放法）により測定した。な
お、歪みゲージはゲージの中心が開口縁より径外方向に
０．５mmの位置となるように貼り付けた。
【００１３】また、硬さは図１に示すように、パンチ加
工が施されていない板面Ｓ２および穴（形状加工部）２
の内面（形状加工面）Ｓ３から０．５mm離れた位置Ｐに
おける硬さ（基準硬さ：Ｈv1）及びパンチ加工面（塑性
加工面）Ｓ４の中央部から０．２mm離れた位置Ｑにおけ
る硬さ（加工硬さ：Ｈv2）を測定した。なお、３は打ち
抜き加工の際に生じたバリを示す。
工が施されていない板面Ｓ２および穴（形状加工部）２
の内面（形状加工面）Ｓ３から０．５mm離れた位置Ｐに
おける硬さ（基準硬さ：Ｈv1）及びパンチ加工面（塑性
加工面）Ｓ４の中央部から０．２mm離れた位置Ｑにおけ
る硬さ（加工硬さ：Ｈv2）を測定した。なお、３は打ち
抜き加工の際に生じたバリを示す。
【００１４】素材鋼板の板厚、引張強さＴＳ、穴加工方
法、穴周縁部の塑性加工に使用したパンチの種類、板面
Ｓ１からの拡径加工の深さＨ（図１参照）ならびに硬
さ、残留応力の測定結果を表１に示す。また、素材鋼板
の引張強さに対する発明例及び比較例の疲労限との関係
を整理したものを図３に示す。
法、穴周縁部の塑性加工に使用したパンチの種類、板面
Ｓ１からの拡径加工の深さＨ（図１参照）ならびに硬
さ、残留応力の測定結果を表１に示す。また、素材鋼板
の引張強さに対する発明例及び比較例の疲労限との関係
を整理したものを図３に示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】表１および図３より、発明例は適度な圧縮
残留応力により高い疲労強度を有していることがわか
る。しかし、パンチによる塑性加工の程度が低く、式
(2) を満たす残留応力が付与されていない比較例（試料
No. ３，４，８，１１）では、例えばNo. １とNo. ３、
No. ６とNo. ８から明らかなとおり、同じ素材を用いて
も、また打ち抜き加工により生じたばりが圧壊除去され
ていても、発明例の疲労強度は比較例よりも５０Ｎ／mm
2 以上高い。また、過剰な塑性加工を施した結果、式
(1) を満足しないようになったNo. １２〜１４では、残
留応力は十分な値を有しているが、例えばNo. ６とNo.
１２から明らかなように、硬さの過度の上昇による切欠
き感受性の上昇により疲労強度がかえって低下している
ことがわかる。
残留応力により高い疲労強度を有していることがわか
る。しかし、パンチによる塑性加工の程度が低く、式
(2) を満たす残留応力が付与されていない比較例（試料
No. ３，４，８，１１）では、例えばNo. １とNo. ３、
No. ６とNo. ８から明らかなとおり、同じ素材を用いて
も、また打ち抜き加工により生じたばりが圧壊除去され
ていても、発明例の疲労強度は比較例よりも５０Ｎ／mm
2 以上高い。また、過剰な塑性加工を施した結果、式
(1) を満足しないようになったNo. １２〜１４では、残
留応力は十分な値を有しているが、例えばNo. ６とNo.
１２から明らかなように、硬さの過度の上昇による切欠
き感受性の上昇により疲労強度がかえって低下している
ことがわかる。
【００１７】
【発明の効果】本発明の疲労強度に優れた鋼板部材によ
れば、形状加工部の周縁部における疲労破壊の起点とな
る凹凸部分が圧壊されて平滑化、高硬度化され、また素
材鋼板の引張強さに応じて最適な圧縮残留応力が付与さ
れているため、優れた疲労強度が得られる。とくに、打
ち抜き加工等のせん断加工により形状加工を施した場
合、せん断加工によりバリが生じる板面側に前記塑性加
工を施すことにより、大きな疲労強度の向上効果が得ら
れる。
れば、形状加工部の周縁部における疲労破壊の起点とな
る凹凸部分が圧壊されて平滑化、高硬度化され、また素
材鋼板の引張強さに応じて最適な圧縮残留応力が付与さ
れているため、優れた疲労強度が得られる。とくに、打
ち抜き加工等のせん断加工により形状加工を施した場
合、せん断加工によりバリが生じる板面側に前記塑性加
工を施すことにより、大きな疲労強度の向上効果が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】塑性加工が施された鋼板試験片の要部断面図で
ある。
ある。
【図２】試験片の加工穴の開口周縁部に対する塑性加工
（パンチ加工）要領を示す説明図である。
（パンチ加工）要領を示す説明図である。
【図３】発明例および比較例の素材鋼板の引張強さと試
験片の疲労限との関係を示すグラフである。
験片の疲労限との関係を示すグラフである。
１ 試験片（鋼板部材） ２ 穴（形状加工部） ３ バリ Ｐ 基準硬さ測定位置 Ｑ 加工硬さ測定位置 Ｓ１ 塑性加工を施す側の板面 Ｓ２ 塑性加工を施さない側の板面 Ｓ３ 穴内面（形状加工面） Ｓ４ パンチ加工面（塑性加工面）
Claims (2)
- 【請求項１】 形状加工部が板厚方向に貫通状に形成さ
れ、一方の板面における前記形状加工部の応力集中が生
じる周縁部に対し、該周縁部を押し拡げる塑性加工が施
され、該塑性加工が施されていない他方の板面および形
状加工面から０．５mm離れた位置における基準硬さをＨ
v1、塑性加工面の中央部から０．２mm離れた位置におけ
る加工硬さをＨv2としたとき、 ０．４５≧（Ｈv2−Ｈv1）／Ｈv1 であり、かつ他方の板面における形状加工部の周縁部で
の周方向の圧縮残留応力をσr （Ｎ／mm2 ) としたと
き、 σr ≧０．４０Ｈv1 であることを特徴とする疲労強度に優れた鋼板部材。 - 【請求項２】 形状加工部がせん断加工により形成さ
れ、せん断加工によりバリが生じる板面側から塑性加工
が施された請求項１に記載した疲労強度に優れた鋼板部
材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8460897A JPH10251747A (ja) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | 疲労強度に優れた鋼板部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8460897A JPH10251747A (ja) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | 疲労強度に優れた鋼板部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10251747A true JPH10251747A (ja) | 1998-09-22 |
Family
ID=13835417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8460897A Pending JPH10251747A (ja) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | 疲労強度に優れた鋼板部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10251747A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010106896A (ja) * | 2008-10-28 | 2010-05-13 | Aisin Aw Co Ltd | シャフト、プラネタリギヤ装置および自動変速機 |
-
1997
- 1997-03-17 JP JP8460897A patent/JPH10251747A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010106896A (ja) * | 2008-10-28 | 2010-05-13 | Aisin Aw Co Ltd | シャフト、プラネタリギヤ装置および自動変速機 |
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