JPH1161243A - 塑性加工材のエッジ部の疲労強度向上方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】設備費用の高騰や設備スペースの増大を抑えつ
つ、塑性加工材のエッジ部に残留する引張残留応力を減
少又は除去することによりエッジ部における疲労強度を
向上させる。 【解決手段】塑性加工材をエッジ部２１ａから所定距離
ｈ隔てた位置Ｐでエッジ部２１ａに沿って局部加熱す
る。素材を塑性加工した場合、エッジ部２１ａには引張
残留応力が残留するため、エッジ部２１ａの疲労限界が
低下する。本発明では、エッジ部２１ａから所定距離ｈ
隔てた位置Ｐで塑性加工材を局部加熱するという、きわ
めて簡易な手法により、エッジ部２１ａに圧縮応力を付
与することができる。これにより、塑性加工後のエッジ
部２１ａに残留する引張残留応力を減少又は除去して、
エッジ部２１ａにおける疲労強度を向上させることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、素材を塑性加工し
て得られた塑性加工材のエッジ部における疲労強度を向
上させる方法に関し、詳しくは塑性加工により塑性加工
材のエッジ部に残留する引張残留応力を減少又は除去す
ることにより該エッジ部の疲労強度を向上させる方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の構成部品には、プレス加工品
や、プレス加工品同士を溶接により接合したプレス溶接
部品が多く用いられている。このようなプレス加工品や
プレス溶接部品においては、エッジ部が疲労強度の最弱
部位になることが多々ある。このため、かかるプレス加
工品やプレス溶接部品を高負荷部位に使用すると、エッ
ジ部に疲労破壊が発生し易いという問題がある。

【０００３】例えば、断面コの字状のフレームは、図７
に示すように、鋼材等よりなる板状の素材を所定形状に
抜き加工して平板状の抜き加工材８０とし、この抜き加
工材８０を絞り加工して断面コの字状の絞り加工材８１
とすることにより、また必要に応じて絞り加工材８１を
伸びフランジ曲げ加工して伸びフランジ加工材８２とす
ることにより得られる。かかる抜き加工材８０、絞り加
工材８１及び伸びフランジ曲げ加工材８２においては、
それぞれのエッジ部８０ａ、８１ａ及び８２ａが疲労強
度の最弱部位となり易い。

【０００４】このように塑性加工材においてエッジ部が
疲労強度の最弱部位となるのは、塑性加工により、エッ
ジ部に引張残留応力が残留するためと考えられる。抜き
加工材８０、絞り加工材８１及び伸びフランジ曲げ加工
材８２のそれぞれのエッジ部８０ａ、８１ａ及び８２ａ
における残留応力を測定した結果を図８に示すように、
抜き加工材８０及び絞り加工材８１のエッジ部８０ａ及
び８１ａには、８．８ｋｇｆ／ｍｍ² 程度の引張残留応
力が残留し、伸びフランジ加工材８２のエッジ部８２ａ
には１９ｋｇｆ／ｍｍ² 程度の引張残留応力が残留して
おり、この引張残留応力が疲労限界を低下させるものと
考えられる。

【０００５】塑性加工材のエッジ部における疲労強度向
上方法としては、エッジ部にショットピーニング処理を
施す方法やエッジ部をコイニング（圧印）加工する方法
等が従来より知られている。このショットピーニング処
理やコイニング加工によれば圧縮応力を付与することが
できるので、引張残留応力が残留するエッジ部にショッ
トピーニング処理やコイニング加工を施すことにより、
エッジ部に残留する引張残留応力を圧縮側にシフトさせ
て圧縮残留応力に転換させることができ、エッジ部の疲
労強度を向上させることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エッジ
部をショットピーニング処理やコイニング加工する上記
従来方法では、ショットピーニング処理工程やコイニン
グ加工工程の追加により、設備費用の高騰を招き、また
これらの設備を設置するために大きなスペースを必要と
するという問題がある。

【０００７】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、設備費用の高騰や設備スペースの増大を抑えつ
つ、塑性加工材のエッジ部に残留する引張残留応力を減
少又は除去することによりエッジ部における疲労強度を
向上させることを解決すべき技術課題とするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の塑性加工材のエッジ部の疲労強度向上方法は、素材
を塑性加工して得られた塑性加工材のエッジ部における
疲労強度を向上させる方法であって、上記塑性加工材を
上記エッジ部から所定距離隔てた位置で該エッジ部に沿
って局部加熱することにより、該エッジ部に圧縮応力を
付与することを特徴とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】塑性加工により得られた塑性加工
材のエッジ部には引張残留応力が残留し、この引張残留
応力によりエッジ部における疲労限界が低下する。本発
明の疲労強度向上方法は、かかる塑性加工材のエッジ部
における疲労強度を向上させるものである。

【００１０】すなわち、本発明の疲労強度向上方法で
は、塑性加工材をエッジ部から所定距離隔てた位置でエ
ッジ部に沿って局部加熱する。局部加熱された部位は最
も高温になるとともにその周囲も加熱され、最も高温と
なった局部加熱部位とその周囲との間に温度差が発生す
る。そして、局部加熱部位とこの局部加熱部位から所定
距離隔てたエッジ部との間に発生する温度差Δｔによ
り、冷却後の局部加熱部位には引張残留応力が残留し、
冷却後のエッジ部には圧縮応力が付与される。

【００１１】このような残留応力が発生するのは、加熱
後の冷却過程で、周囲の低温部から徐々に冷えて縮み始
めることに因るものである。すなわち、加熱後の冷却過
程において、まず局部加熱部位の周囲の低温部が冷えて
縮み始める。このため、局部加熱部位から所定距離隔て
たエッジ部には圧縮応力が発生して付与される。そし
て、最も高温となった局部加熱部位は最後に冷えて縮も
うとする。しかし、この局部加熱部位には、その周囲に
それ以前に発生した圧縮残留応力により引張応力が作用
しており、この引張応力が作用した状態で冷やされる。
このため、局部加熱部位には引張残留応力が残留する。

【００１２】したがって、本発明の疲労強度向上方法に
よれば、塑性加工材のエッジ部に圧縮応力を付与するこ
とにより、該エッジ部に残留する引張残留応力を減少又
は除去することができ、エッジ部における疲労強度を向
上させることが可能となる。また、本発明の疲労強度向
上方法では、エッジ部に圧縮応力を付与する手段とし
て、エッジ部から所定距離隔てた位置で該エッジ部に沿
って塑性加工材を局部加熱するという極めて簡易な手段
を採用するため、ショットピーニング処理やコイニング
加工により該エッジ部に圧縮応力を付与する従来方法と
比べて、設備費用を低く抑えることができるとともに、
設備スペースの増大を抑えることができる。

【００１３】本発明の疲労強度向上方法に適用すること
ができる塑性加工材の材質としては、鋼材等を挙げるこ
とができる。塑性加工の種類としては、その塑性加工に
よりエッジ部に引張残留応力が残留するものであれば、
特に限定されず、抜き加工、絞り加工や伸びフランジ曲
げ加工等により塑性加工された塑性加工材に本発明方法
を適用することができる。

【００１４】上記局部加熱する手段としては、局部加熱
後にその局部加熱部位が冷却したときに、該局部加熱部
位に引張残留応力が残留し、かつ、この局部加熱部位か
ら所定距離隔てたエッジ部に圧縮応力を付与しうるもの
であれば、特に限定されず、ＴＩＧアーク、プラズマア
ークやレーザービーム等を採用することができる。特
に、プレス加工品同士を溶接により接合するプレス溶接
部品に本発明を適用する場合は、局部加熱する手段とし
てＴＩＧアークを用いることが好ましい。ＴＩＧアーク
を用いれば、溶接工程内で上記局部加熱を行うことがで
きるので、エッジ部に圧縮応力を付与するための特別な
設備を準備する必要がない。このため、設備スペースが
増加することもなく、設備費用の高騰も効果的に抑える
ことができる。また、ＴＩＧアークの場合、局部加熱す
る位置や加熱温度を容易に変更することができるので、
様々な形状の塑性加工材に適用することが可能となる。

【００１５】塑性加工材の局部加熱はエッジ部から所定
距離隔てた位置で該エッジ部に沿ってなされるが、この
局部加熱する位置のエッジ部からの距離ｈは、塑性加工
材の種類、塑性加工後のエッジ部に残留する引張残留応
力の大きさや加熱温度に応じて適宜設定可能である。ま
た、局部加熱する際の加熱温度も、塑性加工材の種類、
塑性加工後のエッジ部に残留する引張残留応力の大きさ
や局部加熱する位置のエッジ部からの距離ｈに応じて適
宜設定可能である。

【００１６】ここで、エッジ部における疲労強度をより
向上させる観点から、塑性加工によりエッジ部に残留す
る引張応力を完全に除去して、該エッジ部には圧縮残留
応力を残留させることが好ましい。したがって、局部加
熱する位置のエッジ部からの距離ｈ及び局部加熱する際
の加熱温度は、塑性加工によりエッジ部に残留する引張
応力を完全に除去して該エッジ部に圧縮残留応力を残留
させうるように、設定することが好ましい。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の塑性加工材のエッジ部の疲労
強度向上方法を実施例により具体的に説明する。 （実施例１）材質が熱間圧延鋼板よりなる板状（厚さ
４．５ｍｍ）の素材を準備した。この素材を帯板状（幅
１００ｍｍ×長さ２５０ｍｍ）に抜き加工して抜き加工
材１（図１（ａ）参照）とした。そして、抜き加工材１
を断面コの字状に絞り加工して、底部２０と、底部２０
の両側に一体的に設けられた一対のフランジ部２１、２
１とを有する絞り加工材２（図１（ｂ）参照）とした。
さらに、絞り加工材２の底部２０の裏面２０ａ側が長手
方向に凹状となるように伸びフランジ曲げ加工して、伸
びフランジ加工材２’（図１（ｃ）参照）とした。

【００１８】そして、図２に示すように、ＴＩＧアーク
電源３を用いて、上記伸びフランジ加工材２’のフラン
ジ部２１を、エッジ部２１ａから所定距離ｈ（ｈ＝１５
ｍｍ）隔てた位置Ｐでエッジ部２１ａに沿って局部加熱
（加熱温度：ｔ＝６５０℃）した。上記伸びフランジ加
工材２’のエッジ部２１ａにおける残留応力の測定結果
を図３に示すように、局部加熱前は約１９ｋｇｆ／ｍｍ
² の引張残留応力が残留しており、局部加熱後は約−
４．３ｋｇｆ／ｍｍ² の引張残留応力（約４．３ｋｇｆ
／ｍｍ² の圧縮残留応力）が残留していた。なお、残留
応力は、管電圧：４０ｋＶ、管電流：２０ｍｍＡの条件
による、Ｃｒ管球を用いたＸ線残留応力測定により測定
した。

【００１９】このように本実施例では、塑性加工材とし
ての伸びフランジ加工材２’のエッジ部２１ａには、伸
びフランジ曲げ加工後には約１９ｋｇｆ／ｍｍ² の引張
残留応力が残留していたが、エッジ部２１ａから所定距
離ｈ隔てた位置Ｐでエッジ部２１ａに沿って局部加熱す
ることにより、エッジ部２１ａに圧縮応力を付与し、塑
性加工によりエッジ部２１ａに残留する引張応力を完全
に除去してエッジ部２１ａに圧縮残留応力を残留させる
ことができた。したがって、伸びフランジ加工材２’の
エッジ部２１ａにおける疲労強度を向上させることがで
きた。

【００２０】また、局部加熱する際の温度が６５０℃で
あり、伸びフランジ加工材２’の溶融温度（約１５３５
℃）よりも低い温度で局部加熱するため、局部加熱後で
あっても、伸びフランジ加工材２’の外観品質を良好に
維持することができた。 （局部加熱位置Ｐとエッジ部における残留応力との関
係）局部加熱温度ｔを６５０℃で一定とし、局部加熱位
置Ｐのエッジ部２１ａからの距離ｈを種々変更して、そ
れぞれ局部加熱後のエッジ部２１ａにおける残留応力を
測定した。その結果を図４に示す。

【００２１】図４から明らかなように、局部加熱前のエ
ッジ部２１ａにおける引張残留応力が約１９ｋｇｆ／ｍ
ｍ² で、加熱温度ｔが６５０℃である場合、加熱位置Ｐ
のエッジ部２１ａからの距離ｈを約２０ｍｍ以下とする
ことにより、局部加熱後のエッジ部２１ａにおける引張
残留応力を完全に除去して、該エッジ部２１ａに圧縮残
留応力を残留させることができる。なお、基本的には、
上記距離ｈが短くなるほど局部加熱後のエッジ部２１ａ
に付与することのできる圧縮応力は大きくなる関係にあ
るが、上記距離ｈが約１０ｍｍよりも短くなると、局部
加熱位置Ｐとエッジ部２１ａとの温度差Δｔが小さくな
るため、局部加熱後のエッジ部２１ａには逆に引張応力
が付与される。

【００２２】したがって、局部加熱前のエッジ部２１ａ
における引張残留応力が約１９ｋｇｆ／ｍｍ² で、加熱
温度ｔが６５０℃である場合、上記距離ｈは、約１０ｍ
ｍ≦ｈ≦約２０ｍｍとすることが好ましい。 （加熱温度とエッジ部における残留応力との関係）局部
加熱位置Ｐのエッジ部２１ａからの距離ｈを１５ｍｍで
一定とし、局部加熱温度ｔを種々変更して、それぞれ局
部加熱後のエッジ部２１ａにおける残留応力を測定し
た。その結果を図５に示す。

【００２３】図５から明らかなように、局部加熱前のエ
ッジ部２１ａにおける引張残留応力が約１９ｋｇｆ／ｍ
ｍ² で、局部加熱位置Ｐのエッジ部２１ａからの距離ｈ
が１５ｍｍである場合、加熱温度ｔを約５５０℃以上
で、かつ、約７００℃以下とすることにより、局部加熱
後のエッジ部２１ａにおける引張残留応力を完全に除去
して、該エッジ部２１ａに圧縮残留応力を残留させるこ
とができる。なお、加熱温度ｔが約７３０℃を超える
と、局部加熱後のエッジ部２１ａに大きな圧縮力を付与
することができないのは、伸びフランジ加工材２’が変
態を起こすためと考えられ、逆に加熱温度ｔが約５００
℃よりも低いと、局部加熱後のエッジ部２１ａに大きな
圧縮力を付与することができないのは、局部加熱位置Ｐ
とエッジ部２１ａとの温度差Δｔが小さくなるためと考
えられる。

【００２４】したがって、局部加熱前のエッジ部２１ａ
における引張残留応力が約１９ｋｇｆ／ｍｍ² で、局部
加熱位置Ｐのエッジ部２１ａからの距離ｈが１５ｍｍで
ある場合、加熱温度ｔは、約５００℃≦ｔ≦約７３０℃
とすることが好ましく、約５５０℃≦ｔ≦約７００℃と
することがより好ましい。 （実施例２）図６に示すように、上記実施例１におい
て、絞り加工材２のエッジ部２１ａを内側に屈曲させた
塑性加工材２”を準備した。

【００２５】そして、上記実施例１と同様に、ＴＩＧア
ーク電源３を用いて、エッジ部２１ａから所定距離ｈ隔
てた位置Ｐでエッジ部２１ａに沿って局部加熱した。こ
のように、本発明方法ではエッジ部２１ａを直接加熱す
る必要がないため、ショットピーニング処理やコイニン
グ加工を利用することによってはエッジ部２１ａに圧縮
応力を付与することが困難な形状であっても、容易にエ
ッジ部２１ａに圧縮応力を付与して、エッジ部２１ａに
おける疲労強度を向上させることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の塑性加工
材のエッジ部の疲労強度測定方法では、塑性加工材をエ
ッジ部から所定距離隔てた位置で該エッジ部に沿って局
部加熱するというきわめて簡易な手法により、塑性加工
材のエッジ部に圧縮応力を付与して、塑性加工によりエ
ッジ部に残留する引張残留応力を減少又は除去すること
ができるので、設備費用の高騰や設備スペースの増加を
抑えつつ、該エッジ部における疲労強度を向上させるこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係り、塑性加工材を準備する様子を
説明する斜視図である。

【図２】実施例１に係り、塑性加工材を局部加熱する様
子を説明する斜視図である。

【図３】実施例１に係り、局部加熱前後において、エッ
ジ部の残留応力を測定した結果を示す図である。

【図４】実施例１に係り、加熱位置Ｐのエッジ部からの
距離ｈと、局部加熱後のエッジ部の残留応力との関係を
示す図である。

【図５】実施例１に係り、加熱温度ｔと、局部加熱後の
エッジ部の残留応力との関係を示す図である。

【図６】実施例２に係り、塑性加工材を局部加熱する様
子を説明する斜視図である。

【図７】従来方法に係り、塑性加工材を準備する様子を
説明する斜視図である。

【図８】従来方法に係り、塑性加工後のエッジ部におけ
る残留応力の測定結果を示す図である。

【符号の説明】

１…抜き加工材、 ２…絞り加工材、 ２’…
伸びフランジ加工材 ２１ａ…エッジ部、 ３…ＴＩＧアーク電源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素材を塑性加工して得られた塑性加工材
   のエッジ部における疲労強度を向上させる方法であっ
   て、 上記塑性加工材を上記エッジ部から所定距離隔てた位置
   で該エッジ部に沿って局部加熱することにより、該エッ
   ジ部に圧縮応力を付与することを特徴とする塑性加工材
   のエッジ部の疲労強度向上方法。