KR20170116125A - 중공 스태빌라이저의 제조 방법 - Google Patents

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KR20170116125A
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닛폰 하츠죠 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 중공 스태빌라이저의 제조 방법은, 소관(1S)에 휨 가공을 실시하여 휨부(1c, 1c)를 구비하는 제품 형상으로 성형하는 성형 공정과, 휨 가공이 실시된 소관(1S)에 담금질을 실시하는 담금질 공정을 포함하며, 담금질 공정에서, 강관 소관(1S)를 냉각제에 침지함과 동시에 휨부(1c)의 외부면(1e)에 냉각제를 분사하여 냉각 처리를 실시하는 것을 특징으로 한다.

Description

중공 스태빌라이저의 제조 방법
본 발명은, 중공 구조의 중공 스태빌라이저의 제조 방법에 관한 것이다.
자동차 등의 차량에는, 차륜 상하의 편이에 의한 차체의 롤을 억제하는 스태빌라이저(스태빌라이저 바 또는 안티 롤 바)가 구비되어 있다. 스태빌라이저는, 일반적으로 차폭 방향으로 연장되는 토션부와, 차량의 전후 방향을 향해서 휨 성형된 좌우 한 쌍의 아암부를 구비하고 있고 대개 コ자 형상의 봉체로 구성된다. 차량에 있어서, 스태빌라이저는 각 아암부의 선단이 차륜의 현가 장치에 각각 연결되어, 토션부가 차체 측에 고정된 부시에 삽입관통 됨으로써, 좌우의 현가 장치 사이에 현가된 상태로 지지된다.
운전시에 차량이 코너링하거나 노면의 기복을 넘거나 할 때극복 할 때에는, 좌우 차륜의 상하에 의해 좌우의 현가 장치에 스트로크 차이가 발생한다. 이때, 스태빌라이저의 각 아암부에는, 각 현가 장치 사이의 스트로크 차이에 기인하는 하중(변위)가 각각 입력되어, 각 아암부로부터의 하중(변위 차이)에 의해 토션부가 비틀리고, 비틀림 변형을 복원하려고 하는 탄성력이 발생한다. 스태빌라이저는, 이 비틀림 변형을 복원하려는 탄성력에 의해 좌우 차륜의 상하 변위 차이를 억제해 차체의 롤 강성을 높이고, 차체의 롤을 억제한다.
스태빌라이저의 형태로는, 중실 구조를 갖는 중실 스태빌라이저와, 중공 구조를 갖는 중공 스태빌라이저가 있다. 중실 스태빌라이저는, 기계적 강도가 뛰어나고 제조 비용도 저렴하게 억제된다라는 특징을 가지고 있다. 이에 대해, 중공 스태빌라이저는, 중실 스태빌라이저와 비교하여 기계적 강도의 확보가 쉽지 않지만, 차량의 경량화를 도모하기에 적합한 형태로 되어 있다. 중공 스태빌라이저의 소재로는, 일반적으로 전봉 강관, 이음매없는 강관, 단접 강관 등이 사용되고 있다. 이 중에서도, 전봉 강관은, 제조 비용이 낮고 양산성에도 우수하므로 중공 스태빌라이저의 소재로 많이 사용되고 있다.
중공 스태빌라이저는, 이러한 강관에 휨 가공을 실시하여 제품 형상으로 부형한 후, 열처리를 실시함으로써 제조하는 경우가 많다. 휨 가공으로는, NC 벤더를 사용하여 실시하는 냉간 휨 가공이나, 총 휨 형틀을 사용하여 실시하는 열간 휨 가공 등이 강관의 두께나 직경에 따라 실시되고 있다. 또한, 열처리로는, 일반적으로, 기름 담금질 또는 물 담금질과 템퍼링이 실시되고 있다. 혹은, 냉간 휨 가공된 강관에, 담금질 템퍼링에 대신해 소둔(풀림)을 실시하는 아즈롤 형의 공정이 실시되기도 한다. 그리고 담금질이 실시된 강관은, 샷 피닝에 의한 표면 가공 처리나, 도장 처리 등의 마감 처리를 거쳐 제품화되고 있다.
최근, 자동차 등의 차량에 있어서는, 전기 모터나 이차 전지의 탑재 등에 의해 차량 중량이 대중량화하는 경향이 보인다. 이에 따라, 중공 스태빌라이저에 대해서도, 더 높은 응력에 대응할 수 있는, 기계적 강도나 피로 내구성 등의 한층 더 향상이 요구되고 있다. 종래, 중공 스태빌라이저의 소재로서는, 관의 두께(t)와 외경(D)의 비(t/D)가 비교적 작고, 관의 두께가 5.5 mm 정도 이하이며, 치수 정밀도나 성형성이 양호한 얇은 두께의 전봉관이 사용되어 왔다. 그러나, 현재는 큰 직경 또한 두꺼운 두께의 전봉관을 열간에서 축경 압연함으로써, 다양한 외경에 대해, 더 두꺼운 두께의 강관이 제조되고 있다. 그리고 강관의 두께(t)와 외경(D)의 비(t/D)의 선택 폭이 확대됨으로써, 기계적 강도의 확보에 주안점을 둔 중공 스태빌라이저의 설계 범위도 넓어져 오고 있다.
예를 들면, 특허 문헌1에는, 저렴하고 품질 양호한 강관을 제공하는 기술로서, 두께 t와 외경 D의 ％ 비율이 t/D ≥20％ 인 중공 스태빌라이저용 전봉 용접 강관이 개시되어 있다. 또한, 두께 t와 외경 D의 ％ 비율이 t/D ≥20％인 중공 스태빌라이저용 전봉 용접 강관은, 전봉 용접 후에 축경 압연되는 전봉 용접 강관을 채용함으로써 실현할 수 있고, 강관을 스트레치 레듀서에 의해 열간 감소 압연함으로써, 강관의 외경을 축경하여, 결과적으로 감소 압연 전에 비해 t/D를 증가시킬 수 있는 것이 기재되어 있다(단락 0009 참조).
또한 특허 문헌2에는, 스태빌라이저의 내구성을 얻는 기술로서, 전봉관을 열간 또는 온간의 온도 범위에서 축관하여 외경에 대한 두께의 비율을 18~35％로 하는 축관 공정을 실시하여, 축관된 전봉관을 스태빌라이저 형상으로 냉간에서 성형하는 성형 공정을 실시하여, 성형된 스태빌라이저 반제품에 대해 열처리 공정을 실시하고, 이어서 스태빌라이저 반제품에 샷을 투사하는 샷 피닝을 실시하고, 이어서 스태빌라이저 반제품에 도장을 실시하는 것을 특징으로 하는 중공 스태빌라이저의 제조 방법이 개시되어 있다.
1. 일본 특개 제2004-009126호 공보 2. 일본 특개 제2002-331326호 공보
일반적으로, 중공 스태빌라이저의 휨부는, 실제 사용시에 있어서, 큰 휨 응력과 비틀림 응력이 동시에 발생하여 응력이 높은 부위이다. 그 때문에 휨부는 중공 스태빌라이저의 강도나 피로 강도(내구성)의 향상이 가장 기대되는 부위이다. 또한, 중공 스태빌라이저의 소재가 되는 강관에 담금질을 실시하는 제조 방법에 있어서는, 통전 가열에 의한 가열 처리가 실시되는 경우가 있다. 중공 스태빌라이저의 휨부는, 통전 가열시에 전류 밀도가 높아져 국소적인 고온화를 발생하는 경우가 있다. 또한, 담금질시의 냉각때에도, 휨부는 오목 형상을 위해 냉각 속도가 느려지기 쉽다. 그 때문에, 휨부는, 담금질이 불충분하게 되어, 경도가 저하할 우려가 있다.
또한, 강관에 담금질을 실시함에 있어서는, 강관의 관끝의 개구를 미리 폐쇄시킨 후에, 강관을 냉각제에 침지시켜 냉각 처리를 실시하는 경우가 있다. 양측 관끝이 밀봉된 강관은 외면 측부터 냉각되기 때문에, 내면 측은, 외면 측에 비해 열처리가 나쁘고, 경도를 확보하기 어렵다. 그 때문에, 강관의 내면, 중에서도 휨부의 내면은, 중공 스태빌라이저의 외면 측 등 보다도 피로 파괴의 기점이 되기 쉬운 경향이 있다.
이와 같이, 강관의 내면 측에 발생하는 열처리의 악화는, 관의 두께(t)와 외경(D)의 비(t/D)가 커질수록 현저해 진다. 일반적으로는, 강관의 내면에 샷 피닝을 실시하여 내면 측의 경도를 확보하는 방법이 알려져 있지만, 이러한 방법은, 공정 수나 제조 비용이 크게 증가하게 되어, 제조 공정상에서 담금질 처리와 양립시키는 것도 어렵다. 그 때문에, 강관의 휨부를 양호한 담금질 경도로 할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
그래서, 본 발명은, 중공 스태빌라이저의 소재가 되는 강관의 휨부를 양호한 담금질 경도로 할 수 있는 중공 스태빌라이저의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 제1의 중공 스태빌라이저의 제조 방법은, 차량에 구비하고, 차폭 방향으로 연장되는 토션부와, 차량의 전후 방향으로 연장되는 아암부와, 상기 토션부와 상기 아암부를 접속하는 휨부를 구비하는 관 형상의 중공 스태빌라이저의 제조 방법으로서, 중공 스태빌라이저의 소재가 되는 소관(素管)에 휨 가공을 실시하여 상기 휨부를 구비한 제품 형상으로 성형하는 성형 공정과, 휨 가공이 실시되어 상기 소관에 담금질을 실시하는 담금질 공정을 포함하며, 상기 담금질 공정에 있어서, 상기 소관을 냉각제에 침지시킴과 동시에 상기 휨부의 외면에 냉각제를 분사하여 냉각 처리를 실시하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 제2의 중공 스태빌라이저의 제조 방법은, 차량에 구비되고, 차폭 방향으로 연장되는 토션부와, 차량의 전후 방향으로 연장되는 아암부와, 상기 토션부와 상기 아암부를 접속하는 휨부를 구비한 관 형상의 중공 스태빌라이저의 제조 방법으로서, 중공 스태빌라이저의 소재가 되는 소관에 휨 가공을 실시하여 상기 휨부를 구비한 제품 형상으로 성형하는 성형 공정과, 휨 가공이 실시되어 상기 소관에 담금질을 실시하는 담금질 공정을 포함하고, 상기 담금질 공정에서, 상기 소관을 냉각제에 침지시킴과 동시에 상기 소관의 내부에 냉각제를 분입하여 냉각 처리를 실시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 중공 스태빌라이저의 소재가 되는 강관의 휨부를 양호한 담금질 경도로 할 수 있는 중공 스태빌라이저의 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한 이러한 제조 방법에 의해, 휨부의 경도가 향상된 강도가 높은 경량의 중공 스태빌라이저를 제공할 수 있다.
이하 본 발명의 상세한 설명 부분에서, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조하여 더 상세히 설명된다.
도 1a는 차량에 구비되는 현가 장치에 연결된 중공 스태빌라이저의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 1b는 차량에 구비되는 현가 장치에 연결된 중공 스태빌라이저의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 2는 중실 스태빌라이저와 등가 사이즈의 중공 스태빌라이저를 중량, 외면 응력, 내면 응력으로 비교한 그림이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 중공 스태빌라이저의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 4는 휨 성형된 소관의 휨부의 내측을 외면에서 국소적으로 담금질을 실시하고 있는 상태를 나타내는 평면도이다.
도 5는 내면 제트에 의한 담금질 방법으로, 휨 성형된 소관을 내면에서 담금질을 실시하고 있는 상태를 나타내는 평면도이다.
도 6은 다른 예의 내면 제트에 의한 담금질 방법으로, 휨 성형된 소관을 내면에서 국소적으로 담금질을 실시하고 있는 상태를 나타내는 평면도이다.
도 7은 외면 제트에 의한 효과를 경도로 나타내는 그림이다.
도 8은 물 담금질 및 내면 제트에 의한 담금질의 효과를, 물 담금질 만의 경우와 비교해 피로 시험으로 나타내는 S-N 선도이다.
먼저, 본 발명의 실시 형태에 따른, 중공 스태빌라이저의 제조 방법에 의해 제조된 중공 스태빌라이저에 대해, 그림을 사용해 설명한다. 또한, 각 그림에 있어서, 공통되는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여서 나타내고, 중복되는 설명을 생략한다.
도 1은 중공 스태빌라이저의 일례를 나타내는 그림이다. 도 1a는 차량에 구비한 현가 장치에 연결된 중공 스태빌라이저의 사시도이고, 도 1b는 중공 스태빌라이저의 평면도이다.
본 실시 형태에 따른 중공 스태빌라이저의 제조 방법에 있어서는, 도 1a 및 도 1b에 나타냈듯이, 차량용의 중공 스태빌라이저 1을 제조할 수 있다. 중공 스태빌라이저 1은, 중공의 강관 등을 사용하여 성형되는 관 형상의 스태빌라이저이다. 중공 스태빌라이저 1은, 차폭 방향으로 연장되는 토션부 1a와, 차량의 전후 방향으로 연장되는 좌우 한 쌍의 아암부 1b, 1b를 구비하고 있다.
중공 스태빌라이저 1은, 차폭 방향으로 연장되는 토션부 1a의 양끝에 대칭적으로 위치하는 휨부 1c, 1c(도 1b에 점선으로 표시)에 각각 굴곡되어, 좌우 한 쌍의 암부 1b, 1b에 연속해 있는 대략 コ 형상을 갖고 있다. 또한, 휨부 1c는 2개소 이상 갖는 구성으로 해도 좋다.
중공 스태빌라이저 1은, 토션부 1a의 외경 D가 약 10mm ~ 약 43mm이고, 판두께 t가 약 2mm~ 약10mm이다. 후기하는 t/D는, 상기의 (판두께 t/외경 D)를 나타낸다. 각 아암부 1b, 1b의 선단에는, 장착부가 되는 평판상의 연결부(체결부) 1d, 1d를 가지고 있다. 연결부(체결부) 1d, 1d는, 프레스 가공에 의해 장착 구멍 1d1, 1d1을 갖는 평판 형상(편평 형상)으로 형성되어 있다.
아암부 1b, 1b 선단의 각 연결부 1d, 1d는, 스태빌라이저 링크 2, 2를 통해, 도시하지 않은 차체에 고정되는 좌우 한 쌍의 현가 장치 3, 3에 각각 연결되어 있다. 각 현가 장치 3의 차축 3a에는, 도시되지 않은 차륜이 장착된다. 현가 장치 3은, 압축 스프링, 오일 댐퍼를 가지며, 차륜에서의 충격, 진동 등을 내부 마찰, 점성 저항에 의해 감쇠하여 차체에 부드럽게 전달하는 역할을 한다.
토션부 1a는, 차체의 도시하지 않은 크로스 멤버 등에 고정되는 고무제 부시 4에 삽입관통되어, 좌우의 현가 장치 3, 3사이에 현가된다. 이 구성에 의한, 좌우 차륜의 상하 이동에 의해 좌우 현가 장치 3, 3에 스토로크 차이가 발생하면, 각 현가장치 3, 3으로부터 각 아암부 1b, 1b에 변위에 의한 하중이 전달되고, 토션부 1a가 비틀림 변형된다. 그리고 토션부 1a에는, 해당 비틀림 변형을 복원하려는 탄성력이 발생한다. 중공 스태빌라이저 1은, 이 비틀림 변형에 저항하는 탄성력에 의해, 차체의 좌우의 기울기를 억제하여 롤 강성을 높이고, 차량의 주행을 안정화시킨다.
중공 스태빌라이저 1은, 전봉관, SR(Stretch Reduce) 관(열간 압연 전봉 강관), 전봉 인발 강관 등의 강관을 소재로 하고 있다. 전봉 강관은, 열간에서 강판이 롤에 의해 파이프 형상으로 성형되고, 파이프의 길이 방향의 이음매가 되는 단변 방향의 끝 테두리가 전기 저항 용접으로 접합된다. 그리고 파이프 이음매에 있는 외면 비드(용접)는, 기능상 장애가 되기 때문에, 절삭 가공에 의해 제거된다. SR 관은, 큰 직경의 전봉관이 준비되고, 고주파 가열이 실시된다. 그 후, 열간 감소 가공에 의한 성형에 의해 작은 직경관으로 두꺼운 두께로 되며, 말하자면 두꺼운 두께의 작은 직경관인 전봉관이 제관된다. 또한, 전봉 인발 강관은, 모재가되는 전봉관이나 SR 관을, 플러그를 삽입해 실시하는 냉간 인발 가공 등에 의해 축경화함으로써 얻어지는 강관이다. 전봉 인발 강관의 인발 가공에 따른 단면적의 감면율은, 일반적으로 30％이상 45％이하 정도의 범위이다.
예를 들면, 외경 약 12mm ~ 약 44mm, 두께 t는 약 2mm 내지 약 6.5mm 의 중공 스태빌라이저 1에는, 전봉관이 사용된다. t/D = 0.09 ~ 0.22 정도의 중공 스태빌라이저 1이다. 또한, 외경이 약 12mm ~ 약 44mm, 두께 t가 약 2mm ~ 약 10mm의 중공 스태빌라이저 1에는 SR 관이 사용된다. t/D = 012 ~ 0.31 정도의 중공 스태빌라이저 1이다.
도 2는, 중실 스태빌라이저와 등가 사이즈의 중공 스태빌라이저를 중량, 외면 응력, 내면 응력으로 비교한 것이다. 가로축에 t(두께)/D(외경)를 놓고, 세로축을 중량(실선), 외면 응력(점선), 내면 응력(일점 쇄선)으로 놓고 있다. 도 2에 있어서는, 중실 스태빌라이저의 경우를 100％로서, 중공 스태빌라이저로 어떻게 중량, 외면 응력, 내면 응력이 변화하는 지를 나타내고 있다. 그 때문에, 중실 스태빌라이저의 중량, 외면 응력이 100％이며, 중실 스태빌라이저는, 내면이 없어 내면 응력이 발생하지 않으므로, 내면 응력은 0％이다.
중량은 중실 스태빌라이저가 100％이며, t/D가 저하함(판두께 t가 얇아짐)에 따라, 판두께 t의 변화는 직경의 변화이므로, 중량비는 2차 함수적으로 감소한다. 중실 스태빌라이저에서 t/D가 감소하는 중공 스태빌라이저가 되면 단면적이 감소하기 때문에, 외면 응력, 내면 응력은 증가하는 경향이 된다.
외면 응력은, 중실 스태빌라이저에서 t/D = 0.275 이상의 중공 스태빌라이저 1까지 동등하며, t/D = 약 0.275를 경계로 t/D가 감소함에 따라 외면 응력은 증가한다. 또한, t/D = 약 0.275의 중공 스태빌라이저 1로 하면 중량이 약 20％ 감소할 수 있다.
내면 응력은, 중실 스태빌라이저가 0％이고, t(판두께)가 감소함(t/D 감소함)에 따라 단면적 감소를 수반하며, 내면 응력은 증가한다. t/D가 약 0.275 이하에서의 내면 응력은 외면 응력보다 변화가 크다. t/D = 약 0.18 이하에서는, 내면에서의 피로 파괴가 발생한다. t/D = 약 0.18 이하에서는, 내면 응력 및 외면 응력 동시에 급격히 상승한다. 그래서, t/D = 약 018 이하에서는 내면 경도의 향상이 더 중요하다.
내면 응력은, 중실 스태빌라이저가 0％이며, 판두께 t가 감소함(t/D 감소함)에 따라 단면적 감소가 수반되고, 내면 응력은 증가한다. t/D가 약 0.275 이하에서의 내면 응력은 외면 응력보다 변화가 크다. t/D = 약 0.18 이하에서는, 내면에서의 피로 파괴가 발생한다. t/D = 약 0.18 이하에서는, 내면 응력 및 외면 응력 동시에 급격히 상승한다. 그래서, t/D = 약 0.18 이하에서는 내면 경도의 향상이 더 중요하다.
이상에서, t/D = 약 0.18 이하에서는, 내면 응력 및 외면 응력 동시에 급격히 상승하기 때문에, 내면 측 및 외면 측의 경도 향상이 더 필요하게 된다. 또한, 중공 스태빌라이저 1은, t/D = 약 0.18 ~ 0.275 등 판두께 t가 두꺼워지므로, 상기 와 같이, 휨부 1c 내측의 담금질이 불충분해질 우려가 있다. 한편, 판두께 t가 두껍고 중실에 가까운 t/D = 0.275 이상에서는, 외면 응력이 중실의 경우와 동일하며, 내면 응력이 낮기 때문에, 내면 응력의 관리는 필요없다 해도 좋다고 생각된다.
도 1b에 나타냈듯이, 중공 스태빌라이저 1을 구비하는 토션부 1a 및 아암부 1b는, 대략 직관 형상을 각각 갖고 있다. 한편, 휨부 1c는, 중공 스태빌라이저 1의 축 방향으로 곡률을 갖는 휨 형상을 갖고 있다. 또한, 본 명세서에 있어서는, 휨부 1c는, 도 1b에 점선으로 나타냈듯이, 대략 직관 형상의 토션부 1a와 중공 스태빌라이저 1의 축 방향으로 곡률을 갖는 부위의 경계와, 대략 직관 형상의 아암부 1c와 중공 스태빌라이저 1의 축 방향으로 곡률을 갖는 부위의 경계와 경계에 의해 끼이는 영역을 의미한다. 따라서, 중공 스태빌라이저 1이 다단으로 휘어진 제품 형상을 갖는 경우에는, 휨부 1c가 직관 형상의 구간을 일부에 갖는 것도 방해할 수 없다.
이 휨부 1c는, 중공 스태빌라이저 1의 실제 사용시에 있어서, 아암부 1b의 일단 측에 가해지는 하중이 타 단측에 연결하기 위해 휨 응력과 비틀림 응력이 발생하며, 일반적으로, 중공 스태빌라이저 1에 있어서 최대 주응력이 분포하는 영역으로 되어 있다. 따라서, 관의 두께(t)와 외경(D)와의 비(t/D)가 소정 범위에 있는 경우에는, 중공 스태빌라이저 1의 피로 강도를 향상시키는 위에, 강관의 내면 측의 경도, 특히 휨부 1c의 내면 측의 경도 확보가 중요하다고 말할 수 있다.
특히, SR 관의 경우, 중공 스태빌라이저 1은, 휨부 1c, 1c(도 1a 및 도 1b 참조)의 내측이 담금질이 완전히 들어가지 않을 우려가 있다. 왜냐하면, 담금질했을 때, 두꺼운 두께 화나 형상적으로 냉각제가 닿기 어려운 것에 의한 냉각 속도의 저하에 기인하는 것으로 생각된다. 담금질이 완전히 들어가지 않는 경우, 중공 스태빌라이저 1의 내구성에 악영향이 있다.
그래서, 본 실시 형태에 따른 중공 스태빌라이저의 제조 방법에 있어서는, 중공 스태빌라이저 1의 소재가 되는 강관에 담금질을 실시할 때, 강관에 냉각제를 분사하여 냉각 처리를 실시하고, 휨부 1c의 외면뿐만 아니라 내면에 대해서도 열처리를 향상시켜, 휨부 1C의 내측 담금질 경도의 향상을 실현하고 있다.
도 3은, 본 발명의 실시 형태에 따른 중공 스태빌라이저의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 3에 나타내는 중공 스태빌라이저의 제조 방법은, 성형 공정 S10과, 담금질 공정 S20과, 템퍼링 공정 S30과, 관끝가공 공정 S40과, 표면가공 공정 S50 및 도장 공정 S60를 포함하여 구성된다. 이 제조 방법에서는, 이러한 공정을 순차적으로 거치는 것에 의해 중공 스태빌라이저 1의 제조를 실시한다.
중공 스태빌라이저 1의 소재가 되는 소관의 길이 및 직경은, 원하는 제품 형상에 따라 적절한 크기로 할 수 있다. 상기한 것처럼, 전봉관의 경우, 토션부 1a의 외경은 약 12mm ~ 약 44mm, 두께 t가 약 2mm ~ 약 6.5mm의 범위를 사용한다. t/D = 0.09 ~ 0.22 정도이다. SR 관의 경우, 예를 들면, 토션부 1a의 외경은 약 12mm ~ 약 44mm, 두께 t가 약 2mm ~ 약 10mm의 범위를 사용한다. t/D = 0.12 ~ 0.31 정도이다.
중공 스태빌라이저 1의 소관은, 관의 두께(t)와 외경(D)와의 비(t/D)가, 0.10 이상인 것이 바람직하다. 휨 성형시에 소관이 굴곡되면, 소관의 휨 외측은 휨 방향으로 인장되어 관의 두께(t)가 얇아지는 한편, 휨 내측은 휨 방향으로 압축되어 관의 두께(t)가 두꺼워지는 경향이 있다. 관의 두께(t)와 외경(D)의 비(t/D)가 0.10 이상이면, 이렇게 하여 소관의 단면 형상을 편평화하는 것이 적기 때문에, 소재로서 바람직하게 사용할 수 있다.
중공 스태빌라이저 1의 소관은, 망간 붕소 강, 스프링 강 등의 적절한 재질로 할 수 있다. 이 중에서도 바람직한 재질은, 망간 붕소 강이다. 망간 붕소 강의 탄소(C)량은 0.20질량％ 이상 0.35질량％ 이하인 것이 바람직하다. 탄소량을 0.20질량％ 이상으로 함으로써, 양호한 강도나 경도를 확보할 수 있다. 또한, 탄소량을 0.35질량％ 이하로 함으로써, 양호한 성형성이나, 전봉관의 제조시에 용접성을 확보할 수 있다.
성형 공정 S10은, 중공 스태빌라이저의 소재가 되는 소관에 휨 가공을 실시하여 휨부를 구비하는 제품 형상으로 성형하는 공정이다. 이 공정에서는, 소관을 휘게하는 것에 의해, 좌우 한 쌍의 휨부 1c, 1c를 형성하고, 각 휨부 1c를 통해 토션부 1a와 아암부 1c가 이어진 제품 형상에 가깝게 부형한다. 소관의 용접부의 덧붙임은, 소관의 외면 측만이 제거된 것, 또는, 외면 측과 내면 측의 양쪽이 제거된 것이어도 좋다. 또한, 휨 가공은, 원하는 제품 형태에 따라 복수의 휨부 1c가 형성되도록 복수 개소에 실시할 수 있다.
소관의 성형은, 휨 가공에 의해 실시한다. 또한, 휨 가공은 총 휨 형틀을 사용한 형틀 성형 및 벤더를 사용한 휨 성형 중 어느 하나이어도 좋다. 총 휨 형틀을 사용한 형틀 성형이 특히 바람직하다. 일반적으로, 총 휨 형틀을 사용한 형틀 성형에 있어서는, 소관의 휨 외측이 양쪽 관끝측에 각각 인장되어, 휨부 1c의 단면 형상이 편평화하는 경향이 있다. 그러나 소관의 관 두께(t)와 외경(D) 비(t/D)가 0.10 이상이면 편평화의 우려는 낮기 때문에, 총 휨 형틀을 사용해 일괄하여 다단 휨을 실시할 수 있는 일이 많다.
휨 가공의 가열 방법으로는, 가열로에 의한 가열, 통전 가열, 고주파 유도 가열 등의 적절한 방법을 사용할 수 있다. 통전 가열은, 급속 가열에 의해 탈탄을 억제하면서 소관을 가열 처리할 수 있다. 그 때문에, 통전 가열을 사용하는 것이 바람직하다. 형틀 성형의 가열 온도는, 약 900°C 이상 약 1200°C 이하가 바람직하다. 이 온도에서의 형틀 성형은 가공성이 좋고, 양산성이 높다. 한편, 720°C 이하에서 휨 가공을 할 경우는, 형틀 성형에 더해, 벤더를 사용한 휨 성형이어도 좋다.
담금질 공정 S20은, 휨 가공이 실시된 소관에 담금질을 실시하는 공정이다. 이 공정에서는, 상세하게는, 가열 처리에 의해 오스테나이트 화 시킨 강관을, 액체 냉각제를 사용하여 하부 임계 냉각 속도 이상으로 냉각 처리한다.
소관의 가열 처리는, 가열로에 의한 가열, 통전 가열, 고주파 유도 가열 등의 적절한 방법에 의해 실시할 수 있다. 이 중에서도 특히 선호하는 방법은, 통전 가열이다. 통전 가열은, 예를 들면, 소관의 양단에 전극을 겸한 클램프를 각각 접속하여, 소관의 양단 사이에 통전함으로써 실시할 수 있다. 통전 가열은, 저렴한 처리 설비로 실시할 수 있으며, 급속한 가열도 가능하기 때문에, 양호한 생산성을 실현하는 데 적합하다. 또한, 소관을 급속 동시에 길이 방향으로 균일하게 승온시킬 수 있기 때문에, 탈탄이나 열변형을 낮은 수준으로 억제할 수 있다는 점에서 효과적이다. 또한, 성형 공정 S10에 있어서, 총 휨 형틀을 사용한 열간 휨 가공을 실시할 경우에는, 소관의 가열 처리를 휨 가공의 전 공정으로 실시하는 공정으로 해도 좋다.
소관의 가열 처리는 침탄제를 병용하여 실시할 수도 있다. 즉, 담금질 공정 S20에 있어서, 소관에 침탄 담금질을 실시할 수도 있다. 침탄 담금질은, 소관의 외면 만, 내면 만, 또는 외면과 내면의 양쪽, 중의 하나를 실시할 수도 있다. 침탄법으로는, 고체 침탄법, 가스 침탄법 및 액체 침탄법 중의 하나를 사용할 수 있다. 고체 침탄법으로는, 목탄 또는 골탄에 탄산 바륨(BaC03) 등의 침탄 촉진제를 사용한다. 가스 침탄법은, C를 포함한 천연가스 등의 가스를 사용하여 노 중에서 공기를 혼합하고 불완전 연소시켜, 가열하며 실시된다. 액체 침탄법은, NaCN 등을 주성분으로 하는 염욕 중에서 가열해 실시된다.
침탄 담금질을 실시하는 경우, 소관의 두께(t)와 외경(D)의 비(t/D)는, 0.10 이상 0.275 미만인 것이 바람직하며, 0.10 이상 0.18 미만인 것이 더 바람직하다. 이러한 내면 측의 담금질 경도의 요구가 높아지는 비(t/D)의 범위 내에 있어서, 침탄 담금질을 실시하는 형태로 함으로써, 표면에 소정 경도를 갖는 중공 스태빌라이저 1을 실현함에 있어, 피로 강도의 향상에 기여하지 않는 불필요한 침탄 담금질의 실시를 피할 수 있다. 또한, 후기하는 담금질 처리에 있어서 열처리의 효과를, 소관의 재질에 의하지 않고, 더 확실한 것으로 할 수 있다. 한편, 소관의 두께(t)와 외경(D)의 비(t/D)가 0.275 이상인 경우에는, 소관의 내면에 침탄 담금질을 실시하지 않아도 좋다.
소관의 냉각 처리(담금질 처리)는, 물 담금질, 수용액 담금질, 염수 담금질, 기름 담금질 등의 액체 냉각제를 사용하는 적절한 방법에 의해 실시할 수 있다. 물 담금질은, 냉각제로서, 물을 사용하는 방법이다. 수온은, 0°C 이상 100°C 이하 정도, 바람직하게는 5°C 이상 40°C 이하의 온도 범위로 할 수 있다. 수용액 담금질(폴리머 담금질)은, 냉각제로서, 고분자를 첨가한 수용액을 사용하는 방법이다. 고분자로는, 예를 들면, 폴리 알킬렌 글리콜, 폴리 비닐 피롤리돈 등의 각종 고분자를 사용할 수 있다. 염수 담금질은, 냉각제로서, 염화나트륨 등의 염류를 첨가한 수용액을 사용하는 방법이다.
냉각 처리는, 소관의 재질이나 관의 두께(t)나 외경(D) 등에 따라, 적절한 냉각 속도가 되도록 실시할 수 있다. 특히 바람직한 냉각 처리는, 물 담금질을 실시하는 것이다. 물 담금질이면, 사용된 냉각제의 폐기 비용이나 냉각제에 의한 환경 부하를 저감할 수 있기 때문이다. 또한, 냉각제 자체의 취급 방법이나, 담금질 후의 소관에서의 냉각제 제거 등도 비교적 간편하게 실시할 수 있다는 점에서 유리하다.
도 4는, 휨 성형된 소관의 휨부의 내측을 외면에서 국소적으로 담금질을 실시하고 있는 상태를 나타내는 평면도이다.
담금질 공정 S20에 있어서는, 도 4에 나타내듯, 휨 가공된 소관 1S를, 냉각제가 채워져 있는 담금질 조(도시하지 않음)에 도입하여, 담금질 조 중의 냉각제에 침지시켜 담금질을 실시한다. 도 4는, 담금질 처리된 소관 1S가, 담금질 치구 J에 고정되고, 담금질 치구 J마다 담금질 조에 투입된 상태를 나타내고 있다. 소관 1S는, 양쪽 관끝 1s1, 1s2의 개구가 폐쇄되지 않은 상태에서 전체가 냉각제에 침지되어 있다. 그 때문에, 소관 1S의 외면 1e의 대부분과 소관 1S의 내면 1f는, 모두 냉각제에 접촉한 상태로 되어 있다. 또한, 도 4에 있어서, 소관 1S는, 투시 단면이 점선으로 표시되어 있으며, 담금질 치구 J는, 개략 형상이 2점 쇄선으로 직사각형 형상으로 나타내고 있다.
담금질 치구 J는, 도 4에 나타냈듯이, 클램프 c1, c2, c3, c4와, 지지부 j1, j2를 구비하고 있다. 담금질 치구 J는, 담금질 처리된 소관 1S를 지지하고, 담금질 조의 조내와 조외의 사이에 있어서 소관 1S의 반송을 용이하게 하고 있다. 담금질 치구 J에는, 담금질 조에 채워져 있는 냉각제 중에서, 소관 1S를 요동시키는 기능을 갖게 해도 좋다.
담금질 치구 J는, 예를 들면, 판 형상, 조판 형상, 라스 형상 등의 적절한 형태의 본체를 구비하는 구성으로 할 수 있다. 또한, 담금질 처리된 소관 1S를 지지할 수 있는 적당한 크기로 할 수 있다. 담금질 치구 J는, 담금질 조의 조외에서 고정된 소관 1S가 담금질 조의 조내로 이송될 수 있도록, 도시하지 않은 가동 기구 등과 연결하여, 담금질 조의 조내와 조외 사이를 입탈이 자유롭게 할 수 있다. 또한, 담금질 치구 J는, 냉각제 중에서 소관 1S가 요동할 수 있도록, 도시하지 않은 가동기구 등에 의해, 한 축 방향 또는 다른 축 방향으로 왕복 이동이 자유롭게 할 수 있다. 요동 속도는, 220mm/sec 이상으로 하는 것이 바람직하고, 350mm/sec 이상으로 하는 것이 더 바람직하다. 요동 속도의 상한은, 소관 1S의 고정 상태, 냉각제의 진동 상태 등에도 따르지만 650mm/sec 이하 정도로 하는 것이 바람직하다.
클램프 c1, c2, c3, c4는, 담금질 치구 J 위에 고정되고, 경화 처리되는 소관 1S를 착탈이 자유롭게 파지한다. 클램프 c1, c2, c3, c4는, 도 4에 있어서는, 토션부 1a 위에 4개를 구비하고 있지만, 이에 대신하여, 적절한 개수나 배치로 설치할 수도 있다. 단, 클램프 c1, c2, c3, c4는, 소관 1S의 열 변형을 방지할 수 있도록, 소관 1S의 직관 형상 부분, 즉, 토션부 1a 및 아암부 1c의 적어도 한쪽을 고정하는 위치에 설치하는 것이 바람직하고, 토션부 1a만을 고정하는 위치에 설치하는 것이 더 바람직하다. 또한, 소관 1S의 외면 중에서 클램프 c1, c2, c3, c4에 접하고 있는 피구속부 1h(도 1b 참조)는, 냉각제와 접촉이 악화되고 냉각 속도가 저하해 버리기 때문에, 휨부 1c에서 떨어진 구간에서 파지하는 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
지지부 j1, j2는 담금질 처리되는 소관 1S를 지지하는 부위이다. 지지부 j1, j2는, 예를 들면, 담금질 치구 J에 대해 높이를 갖도록 대좌(받침대)등으로 구성되고, 담금질 치구 J에 고정 설치된다. 지지부 j1, j2는, 도 4에 있어서는, 아암부 1b의 관끝 1s1, 1s2 측에 구비하고 있지만, 이에 대신하여, 적절한 개수나 배치로 설치할 수도 있다. 단, 클램프 c1, c2, c3, c4를 토션부 1a를 파지하는 위치에 설치하는 경우, 아암부 1b를 지지하는 위치에 적어도 설치하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 따른 중공 스태빌라이저의 제조 방법에서는, 담금질 공정 S30에 있어서, 냉각제에 침지된 소관 1S의 휨부 1c, 1c의 내측 1c1, 1c2의 각 외면 1e에 냉각제의 제트 류인 제트 수류를 연속적으로 분사(외면 제트)하는 냉각 처리를 실시한다. 냉각제 분사는, 도 4에 나타내는 냉각제 분사 수단(n1, h1, p1, n2, h2, p2)에 의해 수행할 수 있다. 냉각제 분사 수단에서의 냉각제 분사는, 소관 1S를 담금질 조에 침지시킴과 동시에 신속히 개시하는 것이 바람직하며, 적어도 Ms 변태점에 도달할 때까지 계속하는 것이 바람직하다.
냉각제 분사 수단은, 노즐 n1, n2와, 호스 h1, h2와, 소형 수중 펌프 p1, p2를 구비하고 있다. 냉각제 분사 수단은, 도 4에 나타내듯, 담금질 처리되는 소관 1S의 양쪽 관끝 1s1, 1s2에 각각 배치되어 있다. 냉각제 분사 수단은, 냉각 처리의 사이에는, 담금질 처리되는 소관 1S에 대한 상대 위치가 고정되는 것이 바람직하다. 그 때문에, 소관 1S를 냉각제 안에서 요동시키는 경우에는, 냉각제 분사 수단도 동기화하도록, 예를 들면, 담금질 치구 J에 고정하거나, 담금질 치구 J와 일체적으로 설치할 수 있다.
노즐 n1, n2는, 냉각제를 분출하는 부위이다. 도 4에 나타내듯, 한편의 노즐 n1은, 냉각제에 침지된 소관 1S의 한편의 휨부 1c의 내측 1c1의 외면 1e로 대향하도록 배치하고, 다른 편의 노즐 n2는, 다른 편의 휨부 1c의 내측 1c2의 외면 1e에 대향하도록 배치하는 것이 바람직하다. 담금질 공정 S20에 있어서 통전 가열을 실시하는 경우, 소관 1S의 휨부 1c의 내측 1c1, 1c2가, 전류 밀도의 집중에 의해 고온화하기 쉬운 경향이 있다. 그 때문에, 냉각제를 휨부 1c, 1c의 휨부 내측 1c1, 1c2의 각 외면 1e에 직접 분사하면, 냉각 속도를 효율적으로 높일 수 있는 점에서 유리하다.
호스 h1, h2는, 노즐 n1, n2와 도시하지 않은 냉각제 공급원을 펌프 p1, p2를 통해 접속하고 있다. 호스 n1은, 바람직하게는 고무제, 수지제, 금속제 예를 들면, 스테인레스 강(SUS)로 만든 주름 구조의 플렉시블 관으로 구성되고, 가요성, 방청성 등, 냉각제의 물을 윤활하게 장시간 공급할 수 있는 기능을 가지면, 특별히 한정하지 않는다. 호스 h1, h2는, 냉각제 공급원에서 펌프 p1, p2까지, 냉각제를 유통시키는 유로를 형성한다. 냉각제 공급원으로서는, 냉각제가 채워져 있는 담금질 조 자체나, 담금질 조에 공급되는 냉각제를 저류하는 냉각제 저류조 등을 사용할 수 있다. 즉, 호스 hi, h2를 담금질 조의 조내와 연통하여, 담금질 조내의 냉각제를 순환적으로 노즐 n1, n2에서 분사하는 형태로도 좋고, 호스 n1, n2를 냉각제 저류조 등과 연통하여, 담금질 조외로부터 새로 공급되는 냉각제를 노즐 n1, n2에서 분사하는 형태로 해도 좋다.
이상의 냉각제 분사 수단(n1, h1, p1, n2, h2, p2)에 의해, 냉각제에 침지된 소관 1S의 휨부 1c의 휨 내측 1c1, 1c2의 각 외면 1e에 냉각제를 분사하는 냉각 처리를 실시함으로써, 소관 1S의 휨부 1c의 휨 내측 1c1, 1c2의 각 외면 1e와, 휨부 1c 근방의 냉각제 사이의 열전달율을 증대시킬 수 있다. 그 때문에, 소관 1S의 휨부 1c의 냉각 속도를 더 높일 수 있다. 그 결과, 중공 스태빌라이저 1의 휨부 1c의 외면 1e뿐만 아니라 내면 1f에 대해서도, 마르텐사이트 생성 비율을 높일 수 있다. 그리고, 휨부 1c의 외면 1e 및 내면 1f의 경도가 확보됨으로써, 피로 내구성이 양호한 중공 스태빌라이저 1을 제조할 수 있게 된다. 냉각제 분사 수단에 의한 외면 제트의 유량은, 제트 유량 8.5리터/min 이상, 유속 2000mm/sec 이상이 바람직하다.
담금질 공정 S30은, 담금질이 실시된 소관에 템퍼링을 실시하는 공정이다. 이 공정에서는, 상세하게는, 소관을 AC1 변태점 이하의 소정의 온도로 가열 처리한 후, 적절한 냉각 처리를 실시한다. 소관의 가열 처리는, 가열로에 의한 가열, 통전 가열, 고주파 유도 가열 등의 적절한 방법에 의해 실시할 수 있다. 템퍼링 온도는, 원하는 제품 사양에 따라 적절한 온도로 할 수 있지만, 통상 200°C 이상 400°C 미만으로 하는 것이 바람직하며, 200°C 이상 290°C로 하는 것이 더 바람직하고, 230°C 이상 270°C 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 한편, 소관의 냉각 처리는, 수냉, 공냉 등의 적절한 방법 및 시간으로 실시할 수 있다. 또한, 담금질 공정 S30은, 제조되는 중공 스태빌라이저 1의 재질이나 제품 사양에 따라서는, 실시를 생략하는 것도 가능하다.
관끝가공 공정 S40은, 소관에 관끝 가공을 실시하여 연결부를 형성하는 공정이다. 이 공정에서는, 예를 들면, 휨 성형 된 소관의 말단을 프레스에 의한 압축 가공으로 소성 변형시켜 편평 형상으로 형성한 후, 천공 형틀로 천공한다. 이로 인해, 휨 성형 된 소관의 말단에 장착 구멍 1d1, 1d1을 각각 갖는 연결부 1d, 1d가 형성된다. 또한, 연결부 1d, 1d의 형태나 형성 방법은, 특히 제한되지 않는다.
표면가공 공정 S50은, 소관의 외면에 샷 피닝을 실시하는 공정이다. 샷 피닝은, 약 900°C 이하 및 약 720°C 이하의 어느 하나로 실시해도 좋고, 입자 직경이나 투사 속도 등의 조건을 바꾸어 여러 번 반복해도 좋다. 샷 피닝을 실시함으로써, 중공 스태빌라이저 1의 표면에 압축 잔류 응력이 부가되고, 피로 강도나 내마모성의 향상과 동시에, 시효 균열이나 응력 부식 균열 등의 방지를 도모한다. 샷 피닝은, t/D = 약 0.18 이하의 중공 스태빌라이저 1의 내구성 향상 등에 효과적이다. 또한, 표면가공 공정 S50은, 중공 스태빌라이저 1의 재질이나 제품 사양에 따라서는, 실시를 생략할 수 있다.
도색 공정 S60은, 소관의 표면에 도장을 실시하는 공정이다. 이 공정에서는, 소관에 도장 처리를 실시하기 위해, 먼저 표면 세정이나 표면 처리를 실시한다. 소관의 표면에, 유지 분이나 이물질 등을 제거하는 제거 처리나 준비 처리 등의 각종 전처리를 실시한다. 준비 처리로는, 예를 들면, 인산 아연, 인산 철 등의 피막을 형성할 수 있다. 그리고 소관에 도료를 사용한 도장이 실시된다. 도료로서는, 분체 도료가 바람직하게 사용되며, 예를 들면, 에폭시 수지제의 분체 도료를 적합하게 사용할 수 있다. 도장 방법으로서는, 예를 들면, 중공 스태빌라이저 1의 표면에 두께 50㎛ 이상 정도의 도막이 형성되도록 도료의 분사를 실시하는 방법이나, 도료에 침지를 실시하는 방법을 사용할 수 있다. 분체 도료를 사용하는 경우, 굽기 위한 가열 처리는, 가열로에 의한 가열 및 적외선 가열 중의 어느 하나에 의해 실시해도 좋다. 도장 처리로서, 전착 도장, 용제 도장 등을 실시하여도 좋다.
이상의 공정을 거쳐, 중공 스태빌라이저 1을 제조할 수 있다. 제조되는 중공 스태빌라이저 1은, 담금질 공정 S20에서, 소관의 휨부 1c의 냉각 속도가 빨라진 담금질을 실시하기 때문에, 휨부 1c의 외면 1e뿐만 아니라 내면 1f에 대해서도, 목표 경도에 근사한 높은 담금질 경도가 실현된다. 그 때문에, 본 실시 형태에 따른 중공 스태빌라이저의 제조 방법에 의하면, 피로 내구성이 양호한 중공 스태빌라이저 1을 제조할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 중공 스태빌라이저의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 5는, 내면 제트에 의한 담금질 방법으로, 휨 성형 된 소관을 내면에서 담금질을 실시하고 있는 상태를 나타내는 평면도이다.
이 중공 스태빌라이저의 제조 방법은, 담금질 공정 S20에 있어서, 소관 1S의 휨부 1c, 1c의 내측 1c1, 1c2의 각 외면에 냉각제를 분사하는 냉각 처리(도 4 참조)에 대신해, 소관 1S를 냉각제에 침지함과 동시에 소관 1S의 내부에 냉각제를 분입(내면 제트)하는 냉각 처리를 채용하고 있다(도 5 참조). 냉각제의 분입은, 도 5에 나타내는 냉각제 분입 수단(n3, h3, p3, n4, h4, p4)에 의해 실시할 수 있다. 냉각제 분입(噴入)은, 소관 1S를 담금질 조에 침지 시킴과 동시에, 신속히 개시하는 것이 바람직하며, 적어도 Ms 변태점에 도달 할 때까지 계속하는 것이 바람직하다. 또한, 소관 1S의 외면과 내면의 냉각 속도 차이를 억제하는 관점에서는, 소관 1S의 내부에 냉각제를 분입함과 동시에 소관 1S를 요동시키는 것이 바람직하다.
이 제조 방법에서, 중공 스태빌라이저 1의 소관은, 관의 두께(t)와 외경(D)의 비(t/D)가 0.10 이상인 것이 바람직하고, 0.25 이상 0.275 미만인 것이 더 바람직하다. 관의 두께(t)와 외경(D)의 비(t/D)가 0.10 이상이면, 상기와 같이 소재로서 바람직하게 사용할 수 있다. 한편, 관의 두께(t)와 외경(D)의 비(t/D)가 0.275 미만이면, 중공 스태빌라이저 1의 내면 측에 발생하는 응력(주응력)이 높아지고, 재료마다의 이상 경도를 목표로서 담금질이 실시되는 외면 측에 대해, 더 근사한 내면 응력을 발생하게 된다(도 2 참조). 그 때문에, 이러한 경우, 소관 1S의 내부에 냉각제를 분입하는 냉각 처리를 적용하면, 내면 측의 담금질을 향상시킬 수 있다는 점에서 유리하다. 한편, 관의 두께(t)과 외경(D)의 비(t/D)가 0.275 이상의 강관에 대해서는, 중공 스태빌라이저의 피로 내구성에 관해서 내면 측 경도의 기여도는 낮기 때문에, 소관 1S의 내부에 냉각제를 분입하는 냉각 처리를 적용하지 않아도 좋다.
도 5에 나타내듯, 냉각제 분입 수단은, 노즐(n3, n4)와, 호스(h3, h4)와, 소형 수중 펌프(p3, p4)를 구비하고 있다. 냉각제 분사 수단은, 담금질 처리되는 소관 1S의 양쪽 관끝 1s1, 1s2에 각각 배치되어 있다. 냉각제 분입 수단은, 냉각 처리의 동안에는, 담금질 처리된 소관 1S에 대한 상대 위치가 고정되는 것이 바람직하다. 그 때문에, 소관 1S를 냉각제 속에서 요동시키는 경우에는, 냉각제 분입 수단도 동기화하도록, 예를 들면, 담금질 치구 J에 고정하거나, 담금질 치구 J와 일체적으로 설치할 수 있다.
노즐 n3, n4는, 냉각제를 분출하는 부위로 구성되어 있다. 노즐 n3, n4는, 냉각제에 침지된 소관 1S의 양쪽 관끝 1s1, 1s2 에 각각 근접함과 동시에 양쪽 관끝 1s1, 1s2의 개구와 대략 동심 상에 배치되어 있다. 노즐 n3, n4의 선단은, 도 5에 나타내듯, 관끝 1s1, 1s2에서 약간 이격된 위치에 배치되고, 소관 1s의 내부와 담금질 조 사이에서 냉각제 출입의 자유가 확보되도록 되어 있다. 또한, 냉각제 분입 수단(n3, h3, p3, n4, h4, p4)를 구비한 기타 구성은, 냉각제 분사 수단(n1, hi, p1, n2, h2, p2)에 있어서 구성과 동일한 것으로 할 수 있다.
이상의 냉각제 분입 수단(n3, h3, p3, n4, h4, p4)에 의해, 냉각제에 침지된 소관 1S의 내부에 냉각제를 분입하는 냉각 처리를 실시함으로써, 한쪽의 노즐 n3에서 고압으로 분사되는 냉각제는, 소관 1S의 한쪽의 관끝 1s1, 1s2에서 내부로 분입된다( 도 5의 흰색 화살표 β1, β2). 그리고, 소관 1S의 내부를 통류(通流)한 후에 관끝 1s1, 1s2에서 배출된다(도 5의 화살표 β3, β4). 이렇게 함으로써, 소관 1S의 내면 1f와 소관 1S의 내부를 통류하는 냉각제 사이의 열전달율을 증대시켜, 소관 1S의 내면 측의 냉각 속도를, 이상 경도를 목표로 한 냉각이 실시되는 외면 측에 가까운 수준으로 높일 수 있다. 그 결과, 중공 스태빌라이저 1의 내면 1f, 특히, 휨부 1c, 1c의 내면 1f1, 1f2나, 피구속부 1h의 내면 1f에 대해, 마르텐사이트 생성 비율을 높일 수 있다. 그리고, 중공 스태빌라이저 1의 내면 1f의 경도가 확보됨으로써, 피로 내구성이 양호한 중공 스태빌라이저를 제조할 수 있게 된다. 냉각제 분입 수단에 의한 내면 제트의 유량은, 소관 1S의 내경, 아암부 1b의 길이, 휨부 1c의 형상 등에도 따르지만, 제트 유량 8.5리터/min 이상, 유속 2000mm/sec 이상이 바람직하다.
소관 1S 양쪽 관끝 1s1, 1s2에 배치되어 있는 각 냉각제 분입 수단(n3, h3, p3, n4, h4, p4)는, 노즐 n3, n4에서 분사되는 냉각제의 흐름을 소관 1S의 내부의 중심 부근 유속이 높아지도록 설정하는 것이 바람직하다. 냉각제의 분사를 휨부 1c, 1c의 내면 1f1, 1f2부근에 도달시킴(도 5의 흰색 화살표 β10, β20)으로써, 도 5에 화살표로 나타내듯 소관 1S 양쪽 관끝 1s1, 1s2의 주벽 측에서 냉각제를 효율적으로 배출시킬 수 있다(도 5의 화살표 β3, β4). 소관 1S의 양쪽 관끝 1s1, 1s2 부근에 배치되는 각 냉각제 분입 수단(n3, h3, p3, n4, h4, p4) 에 의해 소관 1S의 양쪽 관끝 1s1, 1s2로부터 냉각제를 분입함으로써, 소관 1S의 축 방향을 따라 발생하는 열 변형을 억제할 수 있다.
소관 1S의 양쪽 관끝 1s1, 1s2에 배치되는 각 냉각제 분입 수단(n3,h3, p3, n4, h4, p4)는, 냉각제를 양쪽 관끝 1s1, 1s2로부터 동시에 분입해도 좋고, 교대로 분입해도 좋다. 냉각제를 양쪽 관끝 1s1, 1s2로부터 동시에 분입함으로써, 소관 1S의 내면 1f, 특히 좌우 한 쌍의 휨부 1c, 1c의 내면 1f1, 1f2의 냉각 속도를 균일하면서도 빠르게 할 수 있다. 한편, 적절한 분사 간격으로 냉각제를 양쪽 관끝 1s1, 1s2에서 교대로 분입하면, 강관의 휨부 1c, 1c의 내면 1f1, 1f2의 냉각 속도를 높이면서, 토션부 1a의 중앙 부근에 승온한 냉각제가 체류하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 소관 1S의 양쪽 관끝 1s1, 1s2에 걸친 축 방향 냉각 속도의 균일성을 높이기 쉽다.
다음으로, 본 발명의 변형 예에 따른 중공 스태빌라이저의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 6은 다른 예제의 내면 제트에 의한 담금질 방법으로, 휨 성형 된 소관을 내면에서 국소적으로 담금질을 실시하고 있는 상태를 나타내는 평면도이다.
상기의 다른 실시 예에 따른 중공 스태빌라이저의 제조 방법에 있어서는, 담금질 공정 S20에서 냉각 처리에 사용되는 냉각제 분입 수단(n3, h3, p3, n4, h4, p4)가, 담금질 처리되는 소관 1S 양쪽 관끝 1s1, 1s2에 배치되고, 양쪽 관끝 1s1, 1s2로부터 소관 1S의 내부에 냉각제가 분입되고 있다(도 5 참조 ). 그러나, 이에 대신해, 도 6에 나타내듯, 냉각제 분입 수단(n5, h5 p5)을 소관 1S의 한쪽 관끝 1s1만 배치하고, 소관 1S의 내부를 한 방향으로 냉각제를 통류(通流)시키는 방법을 취할 수도 있다.
도 6에 나타내듯, 냉각제 분입 수단은, 노즐 n5와, 호스 h5와, 소형 수중 펌프 P(5)를 구비하고 있다. 또한, 냉각제 분입 수단(n5, h5 p5)이 구비하는 기타 구성은, 냉각제 분입 수단(n3, h3, p3, n4, h4, p4)에 있어서 구성과 동일한 것으로 할 수 있다. 냉각제 분입 수단(n5, h5 p5)은, 담금질 처리되는 소관 1S의 한쪽 관끝 1s1만 배치되어 있다. 그리고 다른 쪽 관끝 1s2는 분사 가드 g1이 배치되어 있다.
분사 가드 g1은, 담금질 치구 J에 고정된 소관 1S의 관끝 1s2를 덮고 있다. 분사 가드 g1은, 그 내면이 소관 1S와 이격하도록 소관 1S 보다도 큰 직경으로 설치되어 있다. 소관 1S의 내부에 분입된 냉각제는, 관끝 1s2에서 배출되었을 때에 분사 가드 g1에 충돌하여, 배출되는 제트 수류의 유속을 부드럽게 흐르게 하는 작용을 발휘한다.
이상의 냉각제 분입 수단(n5, h5 p5)에 의해, 냉각제에 침지된 소관 1S의 내부에 냉각제를 분입하는 냉각 처리를 실시하는 것으로, 한쪽의 노즐 n5로부터 고압으로 분사되는 냉각제는, 소관 1S의 한쪽 관끝 1s1으로부터 내부로 분입된다(도 6의 흰색 화살표 β5). 그리고 소관 1S의 내부를 통류한 후에 다른 쪽 관끝 1s2로부터 배출된다(도 6의 화살표 β6). 이렇게 함으로써, 소관 1S의 내면 1f와 소관 1S의 내부를 통류하는 냉각제 사이의 열전달율을 증대시켜, 소관 1S의 내면 측의 냉각 속도를, 이상 경도를 목표로 한 냉각이 실시되는 외면 측에 가까운 수준으로 높일 수 있다. 그 결과, 중공 스태빌라이저 1의 내면 1f, 특히, 휨부 1c, 1c의 내면 1f1, 1f2나, 피구속부 1h의 내면 1f에 대해, 마르텐사이트 생성 비율을 높일 수 있다. 그리고, 중공 스태빌라이저 1의 내면 1f의 경도가 확보됨으로써, 피로 내구성이 양호한 중공 스태빌라이저를 제조할 수 있게 된다.
이상의 다른 실시 형태에 따른 중공 스태빌라이저의 제조 방법에 있어서, 냉각제 분입 수단을 사용한 내면 제트에 의한 냉각 처리는, 상기 냉각제 분사 수단을 사용한 외부 제트에 의한 냉각 처리와 함께 실시할 수 있다. 즉, 담금질 공정 S20에 있어서, 소관을 냉각제에 침지하여, 소관의 내부에 냉각제를 분입함과 동시에, 휨부의 외면에 냉각제를 분사하여 냉각 처리를 실시할 수도 있다. 또한, 이때, 냉각제 분입 수단은, 담금질 처리된 소관의 한쪽 끝에만 배치해도 좋고, 소관의 양쪽 끝에 배치해도 좋다. 또한, 소관의 내부에 냉각제를 분입하지 않고, 휨부의 외면에 냉각제를 분사하여 냉각 처리를 실시하는 형태에 대해서는, 관끝가공 공정 S40에 있어서 실시하는 연결부 1d의 형성을 성형 공정 S10에 있어서 실시해도 좋다.
실시예
이하, 본 발명의 실시 예를 사용하여 본 발명을 더 상세하게 설명하지만, 본 발명의 기술적 범위는 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
실시예 1으로서, 중공 스태빌라이저의 소재가 되는 소관를 냉각제에 침지함과 동시에 휨부의 외면에 냉각제를 분사하여 냉각 처리를 실시하는 형태의 중공 스태빌라이저의 제조 방법을 실시했다. 그리고 제조한 중공 스태빌라이저의 휨부에 있어서 경도 분포에 대해 평가를 실시했다. 또한, 실시예 1에 있어서는, 관의 두께(t)가 7.5mm, 외경(D)가 30mm, 관의 두께(t)와 외경(D)의 비(t/D)가 0.25의 SR 강관을 소재로 하는 여러 개의 시험재(실시예 1-1, 실시예 1-2)를 평가했다.
[비교예 1]
비교예 1으로서, 중공 스태빌라이저의 소재가 되는 소관의 휨부의 외면에 냉각제를 분사하지 않고 냉각 처리를 실시한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 하여 중공 스태빌라이저의 제조 방법을 실시했다. 그리고 실시예 1의 대조로서, 제조한 중공 스태빌라이저의 평가를 실시했다. 또한, 비교예 1에 있어서는, 실시예 1과 동일하게, 관의 두께(t)가 7.5mm, 외경(D)가 3Omm, 관의 두께(t)와 외경(D)의 비(t/D)가 0.25 SR 강관을 소재로 하는 복수의 시험재(비교예 1-1, 비교예 1-2)를 평가했다.
도 7은, 외면 제트에 의한 효과를 경도로 나타내는 그림이다.
도 7에 있어서, 가로축은 휨부의 휨 내측 외표면으로부터의 거리(깊이) (mm), 종축은 시험력 300gf에 있어서 비커스 경도(HV)를 나타낸다. 굵은 실선은, 비교예 1-1에 따른 중공 스태빌라이저, 가는 실선은 비교예 1-2에 따른 중공 스태빌라이저, 굵은 점선은 실시예 1-1에 따른 중공 스태빌라이저, 가는 점선은 실시예 1-2에 따른 중공 스태빌라이저에서 측정 값이다. 또한, 도 7에는, 로크웰 경도 HRC40 및 HRC43으로 환산한 기준선을 함께 보여주고 있다.
도 7에 나타내듯, 담금질 공정 S20에 있어서 실시예 1-1 및 실시예 1-2에 따른 중공 스태빌라이저는, 비교예 1-1 및 비교예 1-2에 따른 중공 스태빌라이저와 비교하여, 휨부 담금질 경도가 높아진 것을 알 수 있다. 또한, 외표면으로부터의 깊이 방향에 걸친 경도 분포는, 균일성이 비교적 양호하게 되어 있는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 휨부의 외면에 냉각제를 분사하여 냉각 처리를 실시하는 형태의 중공 스태빌라이저의 제조 방법은, 실 사용시에 있어서 응력의 집중 등을 고려하면, 피로 내구성의 향상에 유효한 것이 인정된다.
[실시예 2]
실시예 2로서, 중공 스태빌라이저의 소재가 되는 소관를 냉각제에 침지함과 동시에 강관의 내부에 냉각제를 분입하고 냉각 처리를 실시하는 형태의 중공 스태빌라이저의 제조 방법을 실시했다. 그리고 제조한 중공 스태빌라이저의 피로 내구성에 대해 평가를 실시했다. 또한, 냉각제의 소관으로의 분입은 도 5에 나타내듯, 담금질 처리된 소관의 양쪽 끝에서 실시하는 방법에 따랐다. 중공 스태빌라이저의 소재로서는, 관의 두께(t)가 7.5mm, 외경(D)가 30.0mm, 관의 두께(t)와 외경(D)의 비(t/D) 가 0.25 SR 강관을 사용했다.
[비교예 2]
비교예 2로서, 중공 스태빌라이저의 소재가 되는 소관의 내부에 냉각제를 분입하지 않고 냉각 처리를 실시한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일하게 하여 중공 스태빌라이저의 제조 방법을 실시했다. 그리고 실시예 2의 대조로서, 제조한 중공 스태빌라이저의 평가를 실시했다.
도 8은, 물 담금질 및 내면 제트에 의한 담금질의 효과를, 물 담금질만의 경우와 비교를 피로 시험으로 나타내는 S-N 선도이다.
도 8에 있어서, 일점 쇄선은, 종래의 냉각 처리를 거친 중공 스태빌라이저 제품에 대해, 와이블 분포의 아래에서 50％의 누적 파손 확률의 평균을 구한 결과이고, 점선은, 와이블 분포의 아래에서 10％의 누적 파손 확률의 평균을 구한 결과를 각각 나타내고 있다. ▲의 플롯은, 비교예 2에 따른 중공 스태빌라이저에서 측정치이고, △의 플롯은, 실시예 2에 따른 중공 스태빌라이저에 있어서 측정치이다.
도 8에 나타냈듯이, 실시예 2에 따른 중공 스태빌라이저에서는, 관의 두께(t)와 외경(D)의 비(t/D)가 0.25로 비교적 큰 SR 강관을 소재로 하고 있음에도 불구하고, 비교예 2에 따른 중공 스태빌라이저와 비교해 피로 내구성이 향상되어 있고, 파손 확률이 저수준으로 억제되어 있는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 소관의 내부에 냉각제를 분입하고 냉각 처리를 실시하는 형태의 중공 스태빌라이저의 제조방법은, 피로 내구성의 향상에 효과적인 것으로 인정된다.
1 스태빌라이저
1a 토션부
1b 아암부
1c 휨부
1d 연결부
1e 외면
1f 내면
1h 피구속부
2 스태빌라이저 링크
3 현가 장치
3a 차축부
4 부시
c1, c2, c3, c4 클램프 (구속부)
j1, j2 지지부
n1, n2 노즐 (냉각제 분사 수단)
h1, h2 호스 (냉각제 분사 수단)
P1, P2 소형 수중 펌프 (냉각제 분사 수단)
J 담금질 치구
S10 가열 공정
S20 성형 공정
S30 담금질 공정
S40 템퍼링 공정
S50 관끝가공 공정
S60 표면가공 공정
S70 도장 공정

Claims (11)

  1. 차량에 구비되고, 차폭 방향으로 연장되는 토션부와, 차량의 전후방향으로 연장되는 아암부와, 상기 토션부와 상기 아암부와 접속하는 휨부를 구비하는 관 형상의 중공 스태빌라이저의 제조 방법으로서,
    중공 스태빌라이저의 소재가 되는 소관에 휨 가공을 실시하여 상기 휨부를 구비하는 제품 형상으로 성형하는 성형 공정과,
    휨 가공이 실시된 상기 소관에 담금질을 실시하는 담금질 공정을 포함하고,
    상기 담금질 공정에 있어서, 상기 소관을 냉각제에 침지 함과 동시에 상기 휨부의 외면에 냉각제를 분사하여 냉각 처리를 실시하는 것을 특징으로하는 중공 스태빌라이저의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 소관은, 관의 두께(t)와 외경(D)의 비(t/D)가, 0.10 이상인 것을 특징으로 하는 중공 스태빌라이저의 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 담금질 공정에 있어서, 상기 휨부의 휨 내측의 외면에 냉각제를 분사하는 것을 특징으로 하는 중공 스태빌라이저의 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 담금질 공정에 있어서, 상기 소관을 냉각제에 침지하고, 상기 소관의 내부에 냉각제를 분입 함과 동시에, 상기 휨부의 외면에 냉각제를 분사하여 냉각 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 중공 스태빌라이저의 제조 방법.
  5. 차량에 구비되고, 차폭 방향으로 연장되는 토션부와, 차량의 전후방향으로 연장되는 아암부와, 상기 토션부와 상기 아암부를 접속하는 휨부를 구비하는 관 형상의 중공 스태빌라이저의 제조 방법으로서,
    중공 스태빌라이저의 소재가 되는 소관에 휨 가공을 실시하여 상기 휨부를 구비한 제품 형상으로 성형하는 성형 공정과,
    휨 가공이 실시된 상기 소관에 담금질을 실시하는 담금질 공정을 포함하고,
    상기 담금질 공정에 있어서, 상기 소관을 냉각제에 침지 함과 동시에 상기 소관의 내부에 냉각제를 분입하고 냉각 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 중공 스태빌라이저의 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 소관은 관의 두께(t)와 외경(D)의 비(t/D)가 0.10 이상 0.275 미만인 것을 특징으로 하는 중공 스태빌라이저의 제조 방법.
  7. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
    담금질이 실시된 상기 소관에 템퍼링을 실시하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중공 스태빌라이저의 제조 방법
  8. 청구항 7에 있어서,
    템퍼링이 실시된 상기 소관의 외면에 샷 피닝을 실시하는 표면가공 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중공 스태빌라이저의 제조 방법.
  9. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 성형 공정에 있어서, 가열된 상기 소관에 총 휨 형틀을 사용한 휨 가공을 실시하는 것을 특징으로 하는 중공 스태빌라이저의 제조 방법.
  10. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 담금질 공정에 있어서, 침탄 담금질을 실시하는 것을 특징으로 하는 중공 스태빌라이저의 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 소관은, 관의 두께(t)와 외경(D)의 비(t/D)가, 0.10 이상 0.18 미만인 것을 특징으로 하는 중공 스태빌라이저의 제조 방법.
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