WO2022080431A1 - バーリング加工部材 - Google Patents

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WO2022080431A1
WO2022080431A1 PCT/JP2021/037961 JP2021037961W WO2022080431A1 WO 2022080431 A1 WO2022080431 A1 WO 2022080431A1 JP 2021037961 W JP2021037961 W JP 2021037961W WO 2022080431 A1 WO2022080431 A1 WO 2022080431A1
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burring
wall portion
face
plate
less
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PCT/JP2021/037961
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耕平 中田
亮 田畑
毅 河内
武 豊田
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日本製鉄株式会社
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Definitions

  • This application discloses a burring processed member.
  • Patent Document 1 a technique for reducing the weight of parts has been developed by using high-strength steel as a material for parts.
  • high-strength steel when fatigue cracks occur, the cracks tend to grow. Therefore, it tends to be difficult for parts made of high-strength steel to secure fatigue durability to the extent expected by increasing the strength of the material.
  • the burring processed member In order to improve the fatigue durability of parts, it is considered effective to suppress the occurrence of fatigue cracks in parts.
  • the burring processed member is often applied to a portion that receives an external force, and it is considered that fatigue cracks are likely to occur in the burring processed portion.
  • a new technique for suppressing the occurrence of fatigue cracks in the burring processed portion is required.
  • the present application is one of the means for solving the above problems. It is a burring processed member and has a plate-shaped portion and a burring processed portion.
  • the plate-shaped portion has a first surface on one side and a second surface on the opposite side to the first surface.
  • the burring processed portion has a burring hole and a burring wall portion.
  • the burring wall portion is provided around the burring hole.
  • the burring wall portion protrudes to one side from the first surface.
  • the burring wall portion has a vertical wall portion and a curved wall portion.
  • the vertical wall portion has a burring end face on one side and is connected to the curved wall portion on the opposite side to the one side.
  • the curved wall portion is connected to the vertical wall portion on one side, and is connected to the plate-shaped portion on the opposite side to the one side.
  • the burring processed portion has a structure satisfying the following relational expressions (1) to (3). Disclose the burring processed member.
  • Ra is the arithmetic mean roughness ( ⁇ m) of the burring end face.
  • the h is the height (mm) from the first surface to the burring end surface.
  • the r is the radius of curvature (mm) of the curved wall portion, and is
  • the TS is the tensile strength (MPa) of the plate-shaped portion.
  • the diameter d of the burring hole may be 20.0 mm or more and 100.0 mm or less.
  • the r may be 2.0 mm or more and 10.0 mm or less.
  • the TS may be 780 MPa or more.
  • the Ra may be 50 ⁇ m or less.
  • FIGS. 1 (B) and 1 (C) are cross-sectional views taken along the line I-I in FIG. 1 (A).
  • ⁇ 0 When an external force ⁇ 0 is applied to the burring machined member, the stress ⁇ e transmitted to the burring end face and the stress concentration ⁇ y1 to ⁇ y3 generated in the valley of the burring end face are shown. It shows a method of specifying the radius of curvature of a curved wall portion.
  • An example of the flow of the manufacturing method of the burring processed member is shown.
  • An example of CAE analysis conditions is shown.
  • the punching fatigue test piece is shown schematically.
  • the evaluation result of the Example (tensile strength: 780 MPa) is shown.
  • the evaluation result of the Example (tensile strength: 980 MPa) is shown.
  • the evaluation result of the Example (tensile strength: 1180 MPa) is shown.
  • the evaluation result of the Example (tensile strength: 1470 MPa) is shown.
  • the burring processing member 100 has a plate-shaped portion 10 and a burring processing portion 20.
  • the plate-shaped portion 10 has a first surface 11 on one side and a second surface 12 on the opposite side of the first surface 11.
  • the burring processing portion 20 has a burring hole 21 and a burring wall portion 22.
  • the burring wall portion 22 is provided around the burring hole 21.
  • the burring wall portion 22 projects to one side of the first surface 11.
  • the burring wall portion 22 has a vertical wall portion 22a and a curved wall portion 22b.
  • the vertical wall portion 22a has a burring end surface 22ax on one side and is connected to the curved wall portion 22b on the opposite side to the one side.
  • the curved wall portion 22b is connected to the vertical wall portion 22a on one side, and is connected to the plate-shaped portion 10 on the opposite side to the one side.
  • the burring processing section 20 has a structure that satisfies the following relational expressions (1) to (3).
  • Ra is the arithmetic mean roughness ( ⁇ m) of the burring end face 22ax.
  • h is the height (mm) from the first surface 11 to the burring end surface 22ax.
  • r is the radius of curvature (mm) of the curved wall portion 22b.
  • TS is the tensile strength (MPa) of the plate-shaped portion 10.
  • the plate-shaped portion 10 has a first surface 11 on one side and a second surface 12 on the opposite side to the first surface 11.
  • the plate-shaped portion 10 may exist around the burring processed portion 20. In the burring processed member 100, even a small amount of the plate-shaped portion 10 may be present.
  • the shape of the outer edge of the plate-shaped portion 10 (the overall planar shape of the burring processed member 100) is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the use of the burring processed member 100.
  • the plate-shaped portion 10 does not have to have a completely flat plate shape, and may have, for example, irregularities, bends, notches, or the like in a part thereof.
  • the plate-shaped portion 10 may have a plate thickness t1.
  • the plate thickness t1 may be appropriately determined according to the intended use.
  • the rigidity of the member is lowered, so that it is necessary to increase the strength of the member.
  • the fatigue resistance will decrease due to the increase in strength of the member and the thinning of the member.
  • excellent fatigue resistance can be ensured in the burring processed member even when the plate thickness t1 is thin or the member has high strength.
  • the plate thickness t1 may be, for example, 0.5 mm or more, 0.8 mm or more, 1.0 mm or more, 1.2 mm or more, or 2.0 mm or more, 10.0 mm or less, 5.0 mm or less, 4.0 mm. Below, it may be 3.0 mm or less, 2.7 mm or less, 2.5 mm or less, 2.3 mm or less, 2.1 mm or less, or 2.0 mm or less.
  • the plate thickness t1 may be the same in the entire plate-shaped portion 10, or may be different for each portion of the plate-shaped portion 10.
  • the burring processed portion 20 has a burring hole 21 and a burring wall portion 22.
  • the burring holes 21 are holes that penetrate one side and the other side of the burring processed portion 20.
  • the planar shape (opening shape) of the burring hole 21 is circular.
  • the "circular" does not have to be a perfect circle and may have an acceptable error in industrial production. For example, when the length of a straight line connecting one point on the outer edge of the opening shape of the burring hole 21 to another point on the outer edge through the centroid of the opening shape is regarded as the minimum diameter of the burring hole 21. When the ratio of the maximum diameter to the diameter is 1.00 or more and 1.10 or less, it can be regarded as "circular".
  • the size of the burring hole 21 is not particularly limited, and may be determined according to the application of the burring processed member 100. As shown in FIG. 1C, the burring hole 21 may have a circular opening shape having a diameter d.
  • the diameter d of the burring hole 21 is, for example, 20.0 mm or more, 30.0 mm or more, 40.0 mm or more, 50.0 mm or more, 60.0 mm or more, 70.0 mm or more, 80.0 mm or more, or 90.0 mm or more. It may be 100.0 mm or less, 90.0 mm or less, 80.0 mm or less, 70.0 mm or less, 60.0 mm or less, 50.0 mm or less, 40.0 mm or less, or 30.0 mm or less.
  • the diameter d of the burring hole 21 may be 5 times or more or 10 times or more, or 100 times or less or 50 times or less the above-mentioned plate thickness t1.
  • the burring wall portion 22 is provided around the burring hole 21.
  • the opening shape of the burring hole 21 is defined by the inner wall of the burring wall portion 22.
  • the burring wall portion 22 may have a cylindrical portion.
  • the burring wall portion 22 protrudes to one side from the first surface 11.
  • the protruding direction of the burring wall portion 22 may be a direction intersecting the surface direction of the plate-shaped portion 10, and may be, for example, a direction orthogonal to the surface direction of the plate-shaped portion 10.
  • the burring wall portion 22 has a vertical wall portion 22a and a curved wall portion 22b.
  • the vertical wall portion 22a has a burring end surface 22ax on one side and is connected to the curved wall portion 22b on the opposite side to the one side.
  • the vertical wall portion 22a may have a surface along the punching direction during the burring process.
  • the inner wall surfaces of the vertical wall portions 22a facing each other may be parallel to each other in the cross-sectional shape along the central axis of the burring hole 21. Further, as shown in FIGS.
  • the orientation of the outer wall surface of the vertical wall portion 22a and the orientation of the first surface 11 of the plate-shaped portion 10 intersect each other, for example, each other. It may be orthogonal.
  • the burring wall portion 22 may have a predetermined height h from the first surface 11 to the burring end surface 22ax of the vertical wall portion 22a.
  • the burring end face 22ax of the vertical wall portion 22a may have a predetermined arithmetic mean roughness Ra. The height h and the arithmetic mean roughness Ra will be described later.
  • the curved wall portion 22b is connected to the vertical wall portion 22a on one side and to the plate-shaped portion 10 on the opposite side to the one side.
  • the curved wall portion 22b has a radius of curvature r and connects the plate-shaped portion 10 and the vertical wall portion 22a.
  • the radius of curvature r of the curved wall portion 22b will be described later.
  • the burring wall portion 22 may have a thickness t2.
  • the thickness t2 may be appropriately determined according to the target strength and the like.
  • the thickness t2 may be, for example, 0.5 mm or more, 0.8 mm or more, 1.0 mm or more, 1.2 mm or more, or 1.8 mm or more, and 10.0 mm or less, 5.0 mm or less, 3.0 mm or less. It may be 2.8 mm or less, 2.6 mm or less, 2.4 mm or less, 2.2 mm or less, or 2.0 mm or less.
  • the thickness t2 may be substantially the same in the entire burring wall portion 22, or may be different for each portion of the burring wall portion 22.
  • the thickness t2 may be thicker or thinner than the plate thickness t1, but is likely to be thinner than the plate thickness t1 due to the nature of the burring process.
  • the ratio t2 / t1 of the thickness t2 to the thickness t1 may be 0.5 or more, 0.6 or more or 0.7 or more, and 1.2 or less, 1.1 or less or 1. It may be 0 or less.
  • the arithmetic mean roughness Ra of the burring end face 22ax is 3 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the arithmetic mean roughness Ra on the burring end face 22ax is 100 ⁇ m or less and the relational expression (3) described later is satisfied, stress concentration on the burring end face 22ax even when an external force is applied to the burring machined portion 20. Is less likely to occur, and fatigue cracks are less likely to occur. As a result, the fatigue durability of the burring processed member 100 is improved.
  • the arithmetic mean roughness Ra at the burring end face 22ax may be 50 ⁇ m or less.
  • the burring end face 22ax may be smoothed by mechanical polishing using sandpaper or the like, and in this case, the arithmetic mean roughness Ra of the burring end face 22ax is reduced to about 3 ⁇ m. It is possible to make it. Alternatively, it is possible to reduce the arithmetic mean roughness Ra to about 3 ⁇ m by performing a finishing process such as a reamer process. In order to make the arithmetic mean roughness Ra as close to 0 as possible (for example, less than 3 ⁇ m), it is considered effective to perform chemical polishing on the burring end face 22ax, for example, but when cost is taken into consideration. , The practical lower limit of the arithmetic mean roughness Ra in the burring end face 22ax is about 3 ⁇ m.
  • the burring process is performed by providing a punching hole 101a in a part of the metal plate 101 to be processed and then raising the peripheral edge portion 101b of the punching hole 101a to one side, punching is performed.
  • the end face defining the hole 101a can be the burring end face 22ax after the burring process (see FIG. 4).
  • the arithmetic mean roughness Ra on the burring end face 22ax after the burring process is larger than the arithmetic mean roughness Ra on the end surface defining the punched hole 101a before the burring process.
  • the arithmetic mean roughness of the burring end face 22ax varies depending on the degree of wall thinning of the burring wall portion 22 during the burring process (the degree to which the thickness t2 decreases with respect to the plate thickness t1) and the like. Further, the higher the height h of the burring processed portion 20, the larger the arithmetic mean roughness of the burring end face 22ax tends to be. As will be described later, in the burring processed member 100 of the present disclosure, the burring end face 22ax is subjected to a smoothing treatment such as polishing using sandpaper, so that the arithmetic mean roughness Ra of the burring end face 22ax is 100 ⁇ m or less. It may be suppressed.
  • the arithmetic mean roughness Ra of the burring end face 22ax is measured by moving the stylus in the plate thickness direction of the burring end face using a stylus probe. Specifically, in FIGS. 1B and 4, the stylus is moved laterally on the burring end face 22ax.
  • a stylus made of diamond with a tip radius of 2 ⁇ m is used, the measuring force is 0.75 mN, and the measuring speed is 0.15 mm / s.
  • Arithmetic mean roughness is arbitrarily measured at five points along the circumferential direction of the burring hole, and the average of these is taken as the arithmetic mean roughness of the burring end face.
  • the height h may be, for example, 1000.0 mm or less, 500.0 mm or less, or 100.0 mm or less. Alternatively, the height h may be, for example, 1000 times or less, 500 times or less, or 100 times or less the plate thickness t1.
  • the value of the radius of curvature r of the curved wall portion 22b is not particularly limited.
  • the radius of curvature r may be, for example, 2.0 mm or more and 10.0 mm or less. If the radius of curvature r of the curved wall portion 22b is 2.0 mm or more, wrinkles, cracks, buckling deformation, and the like are unlikely to occur in the curved wall portion 22b. When the radius of curvature r of the curved wall portion 22b is 10.0 mm or less, the stress in the plate-shaped portion 10 is more difficult to be transmitted to the vertical wall portion 22a and the burring end face 22ax.
  • the radius of curvature r of the curved wall portion 22b is the cross-sectional shape of the burring processed member 100 and can be specified based on the cross-sectional shape along the central axis of the burring hole 21. That is, as shown in FIG. 3, in the cross-sectional shape, the straight line A is along the first surface 11 of the plate-shaped portion 10 (the portion of the first surface 11 that is near the curved wall portion 22b and can be regarded as flat). Is drawn, and a straight line B is drawn along the outer wall surface of the vertical wall portion 22a (the surface of the outer wall surface along the protruding direction at the time of burring processing). The intersection O between the straight line A and the straight line B is specified.
  • intersection O From the intersection O, draw three straight lines C, D and E that divide the angle AOB into four equal parts.
  • the intersection P1 between the straight line C and the outer wall surface of the curved wall portion 22b, the intersection P2 between the straight line D and the outer wall surface portion 22b, and the intersection P3 between the straight line E and the outer wall surface portion 22b are specified. ..
  • One circle passing through these three intersections P1, P2 and P3 is specified, and the radius of the circle is defined as the radius of curvature r of the curved wall portion 22b.
  • the value of the tensile strength TS of the plate-shaped portion 10 is not particularly limited. As described above, the problem of fatigue durability of the burring portion 20 is particularly likely to occur in a high-strength steel plate.
  • the tensile strength TS of the plate-shaped portion 10 is 780 MPa or more, 800 MPa or more, 850 MPa or more, 900 MPa or more, 950 MPa or more, 980 MPa or more, 1000 MPa or more, 1050 MPa or more, 1100 MPa or more, 1150 MPa or more, 1180 MPa or more, 1200 MPa or more.
  • the upper limit of the tensile strength of the plate-shaped portion 10 is not particularly limited, but may be, for example, 2500 MPa or less, 2200 MPa or less, or 2000 MPa or less.
  • the "tensile strength" of the plate-shaped portion referred to in the present application is in accordance with ISO 6892-1: 2009.
  • the properties of the punched end face tend to deteriorate and the surface roughness tends to increase as the strength of the material increases. That is, the larger the tensile strength TS of the plate-shaped portion 10, the larger the arithmetic mean roughness Ra in the burring end face 22ax is likely to be.
  • the tensile strength TS of the plate-shaped portion 10 is 780 MPa or more, in order to make the arithmetic mean roughness Ra of the burring end face 22ax 100 ⁇ m or less, preferably 50 ⁇ m or less, for example, the burring end face 22ax is smoothed. It is good to apply.
  • the burring member 100 is made of metal.
  • the burring member 100 may be made of, for example, a steel material.
  • the chemical composition and the metallographic structure of the steel material are not particularly limited, and can be appropriately determined depending on the use of the burring processed member 100.
  • the required height h in the burring processed portion 20 varies depending on the tensile strength of the plate-shaped portion 10, but it is substantially dependent on the chemical composition and metal structure of the burring processed member 100. Does not change. That is, according to the technique of the present disclosure, it is possible to suppress the occurrence of fatigue cracks in the burring processed portion 20 in the burring processed member 100 having various chemical compositions and metal structures.
  • the burring processed member 100 has C: 0.01 to 1.0%, Si: 0.01 to 3.50%, Mn: 0.10 to 5.00%, P in mass%. : 0.100% or less, S: 0.0300% or less, N: 0.0100% or less, O: 0 to 0.020%, Al: 0 to 1.000% or less, Cr: 0 to 2.00% , Cu: 0 to 2.00%, Ni: 0 to 2.00%, Mo: 0 to 3.00%, Co: 0 to 3.00%, Nb: 0 to 0.150%, V: 0 to 1.00%, Ti: 0 to 1.00%, W: 0 to 1.00%, Sn: 0 to 1.00%, Sb: 0 to 0.50%, Ta: 0 to 0.10%, As: 0 to 0.050%, B: 0 to 0.0100%, Ca: 0 to 0.100%, Mg: 0 to 0.100%, Zr: 0 to 0.100%, Hf: 0
  • the number of burring processed portions 20 is not limited to one.
  • the burring processed member 100 may have a plurality of burring processed portions 20. Further, the burring processed member 100 may further include, in addition to the burring processed portion 20, another burring processed portion projecting to one side from the first surface 11, or may be further provided on the other side from the second surface 12. It may further include other protruding burring processed portions.
  • the position of the burring portion 20 in the burring member 100 is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the application of the burring member 100.
  • the burring processed member 100 of the present disclosure is less likely to cause fatigue cracks in the burring processed portion 20 even when an external force such as twisting is applied, and has excellent fatigue durability. ..
  • the burring processed member 100 of the present disclosure can be applied to a harsh environment in which a large external force is applied.
  • the burring processed member 100 of the present disclosure may be used as an undercarriage component of an automobile. Specific examples of the undercarriage parts of an automobile include a lower arm, an upper arm, and a trail link.
  • the burring processed member 100 of the present disclosure can be manufactured by subjecting a part of a metal plate to be processed to a burring process.
  • the method for manufacturing the burring processed member 100 may include the following S1 and S2, and may include at least one of the following S2I and S2II.
  • the plate-shaped portion 10 is present around the punched hole 101a.
  • the burring processed portion 20 is provided by raising the peripheral edge portion 101b of the punched hole 101a to one side of the first surface 11, where the burring processed portion 20 has a burring hole 21 and a burring wall.
  • the burring wall portion 22 has a portion 22 and is provided around the burring hole 21, and the burring wall portion 22 projects to one side from the first surface 11 and the burring wall portion 22.
  • the curved wall portion 22b is connected to the vertical wall portion 22a on one side, and is connected to the plate-shaped portion 10 on the opposite side to the one side.
  • S2I Prior to S2, the radius of curvature r of the curved wall portion 22b of the burring wall portion 22 and the radius of curvature r so that the burring portion 20 has a structure satisfying the above relational expressions (1) to (3).
  • the height h of the burring portion 20 provided in S2 is determined in consideration of the tensile strength TS of the plate-shaped portion 10 and the arithmetic mean roughness Ra of the burring end face 22ax after burring.
  • S2II After the S2, the burring end face 22ax is smoothed so that the burring processed portion 20 has a structure satisfying the above relational expressions (1) to (3).
  • S1 and S2 may be carried out using a punch or a die.
  • the arithmetic mean roughness Ra of the burring end face 22ax may change depending on the conditions during the burring process (plate pressing force, degree of wall thinning of the burring wall, etc.). Therefore, it is difficult to estimate the arithmetic mean roughness Ra of the burring end face 22ax after the burring process based only on the arithmetic mean roughness of the end face defining the punched hole 101a, and it is also difficult to estimate the required height h.
  • the burring process causes unevenness on the end face.
  • the arithmetic mean roughness Ra of the burring end face 22a after the burring process can be greatly increased, so that the desired arithmetic mean roughness Ra cannot always be achieved with the burring end face 22ax.
  • the height h may be determined based on past achievements, the height h may be determined by a prior experiment, or the height h may be determined by simulation or the like. ..
  • the smoothing method in S2II is not particularly limited.
  • the burring end face 22ax may be smoothed by polishing.
  • a known method may be adopted for polishing.
  • mechanical polishing using sandpaper and the like can be mentioned.
  • the end face of the burring may be subjected to a finishing process such as a reamer process.
  • the punching fatigue test piece is collected as shown in FIG. 6 so that the punching hole is at the center of the test piece, and the double swing plane bending fatigue test method described in JIS Z 2275-1978 is used. It was carried out according to the rules.
  • Punching fatigue tests were performed on each of a plurality of types of plate materials having different Ra 1 . Ra 1 was changed depending on the material, reamer processing, and punching clearance. The values of ⁇ f 1 for various Ra 1s were extrapolated using a regression line to obtain the 2 million times time intensity equivalent value ⁇ f 2 when the burring end face had an arithmetic mean roughness Ra 2 .
  • (3) The case where the above ⁇ max is smaller than ⁇ f 2 is regarded as a pass ( ⁇ ), and the case where the ⁇ max is ⁇ f 2 or more is regarded as a fail (x).
  • Tables 1 and 2 below show the evaluation conditions and evaluation results for each of the Examples and Comparative Examples. Further, FIG. 7 shows the evaluation results when a steel material having a tensile strength TS of 780 MPa is used as the material, FIG. 8 shows the evaluation results when a steel material having a tensile strength TS of 980 MPa is used as the material, and FIG. 9 shows the evaluation results. The evaluation results when a steel material having a tensile strength TS of 1180 MPa is used, and FIG. 10 shows the evaluation results when a steel material having a tensile strength TS of 1470 MPa is used as the material. The plots in FIGS. 7-10 are based on the results shown in Table 1.
  • r 3.0 mm for a steel material having a tensile strength of 780 MPa
  • r 6.0 mm for a steel material having a tensile strength of 980 MPa and 1180 MPa
  • a steel plate having a tensile strength TS of 780 MPa class and a plate thickness t1 of 2.7 mm was cut out into a 200 mm square, and the central portion was punched out to provide a circular punched hole having a diameter of 20 mm.
  • the arithmetic mean roughness of the end face defining the punch was 12 ⁇ m.
  • a burring processed portion having a burring hole and a burring wall portion was provided by punching a portion provided with the punched hole with a punch and raising the peripheral edge portion of the punched hole to one side of the plate.
  • the diameter d of the burring hole is 25.0 mm
  • the thickness t2 of the burring wall portion is 2.3 mm
  • the height h from the first surface on one side of the steel plate to the burring end surface is 12.0 mm
  • the radius of curvature r of the curved wall portion is It was 3.0 mm.
  • the arithmetic mean roughness Ra of the burring end face was measured for such a burring processed member and found to be 105 ⁇ m. In Comparative Example 1, since Ra exceeds 100 ⁇ m, the above relational expression (1) is not satisfied, and further, the above relational expression (3) is not satisfied.
  • the diameter d of the burring hole is 25.0 mm
  • the thickness t2 of the burring wall portion is 2.1 mm
  • the height h from the first surface on one side of the steel plate to the burring end surface is 19.0 mm
  • the radius of curvature r of the curved wall portion is. It was 3.0 mm.
  • the arithmetic mean roughness Ra of the burring end face was measured for such a burring processed member and found to be 105 ⁇ m. Since Ra exceeds 100 ⁇ m, the above relational expression (1) is not satisfied.
  • the left side of the relational expression (3) was 18.8 mm, which satisfied the relational expression (3).
  • the diameter d of the burring hole is 25.0 mm
  • the thickness t2 of the burring wall portion is 2.3 mm
  • the height h from the first surface on one side of the steel plate to the burring end surface is 18.0 mm
  • the radius of curvature r of the curved wall portion is It was 3.0 mm.
  • the arithmetic mean roughness Ra of the burring end face was measured for such a burring processed member and found to be 106 ⁇ m. In Comparative Example 4, since Ra exceeds 100 ⁇ m, the above relational expression (1) is not satisfied, and further, the above relational expression (3) is not satisfied.
  • Comparative Example 5 A steel plate having a tensile strength TS of 980 MPa class and a plate thickness t1 of 2.5 mm was cut out into a 200 mm square, and the central portion was punched out to provide a circular punched hole having a diameter of 20 mm. By raising the peripheral edge of the punched hole to one side of the plate, a burring processed portion having a burring hole and a burring wall portion was provided.
  • the diameter d of the burring hole is 25.0 mm
  • the thickness t2 of the burring wall portion is 2.2 mm
  • the height h from the first surface on one side of the steel plate to the burring end surface is 10.0 mm
  • the radius of curvature r of the curved wall portion is It was 6.0 mm.
  • the arithmetic mean roughness Ra of the burring end face was measured for such a burring processed member and found to be 77 ⁇ m.
  • the value on the left side of the above relational expression (3) is 14.1 mm, which is larger than the height h. It did not satisfy (3).

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Abstract

バーリング加工部における疲労き裂の発生を抑制可能なバーリング加工部材として、以下の関係式（１）～（３）を満たす構造を有するものを開示する。　３≦Ｒａ≦１００　・・・（１）　３．０＜ｈ　・・・（２）　２４＋ｒ－［ＴＳ／（４０＋０．２８×Ｒａ）］＜ｈ　・・・（３）　Ｒａ：バーリング端面の算術平均粗さ（μｍ）　ｈ：バーリング高さ（ｍｍ）　ｒ：バーリング加工部の曲壁部の曲率半径（ｍｍ）　ＴＳ：引張強さ（ＭＰａ）

Description

バーリング加工部材
　本願はバーリング加工部材を開示する。
　特許文献１に開示されているように、部品の素材として高張力鋼を採用することで、部品を軽量化する技術が開発されている。ここで、高張力鋼は、疲労き裂が発生した場合に、当該き裂が進展し易い。そのため、高張力鋼からなる部品は、素材の高強度化によって期待されるほどには、疲労耐久性を確保し難い傾向にある。
特許第６６１０７８８号公報
　部品の疲労耐久性を向上させるためには、部品における疲労き裂の発生自体を抑制することが有効と考えられる。特に、バーリング加工部材は、外力を受ける部分に適用される場合が多く、バーリング加工部において疲労き裂が発生し易いものと考えられる。この点、バーリング加工部における疲労き裂の発生を抑制する新たな技術が必要である。
　本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、
　バーリング加工部材であって、板状部と、バーリング加工部と、を有し、
　前記板状部は、一方側の第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有し、
　前記バーリング加工部は、バーリング孔と、バーリング壁部と、を有し、
　前記バーリング壁部は、前記バーリング孔の周囲に設けられ、
　前記バーリング壁部は、前記第１面よりも一方側に突出しており、
　前記バーリング壁部は、縦壁部と、曲壁部と、を有し、
　前記縦壁部は、一方側においてバーリング端面を有し、一方側とは反対側において前記曲壁部に接続され、
　前記曲壁部は、一方側において前記縦壁部に接続され、一方側とは反対側において前記板状部に接続され、
　前記バーリング加工部は、以下の関係式（１）～（３）を満たす構造を有する、
　バーリング加工部材
を開示する。
　３≦Ｒａ≦１００　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
　３．０＜ｈ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２）
　２４＋ｒ－［ＴＳ／（４０＋０．２８×Ｒａ）］＜ｈ　　・・・（３）
　ここで、
　前記Ｒａは、前記バーリング端面の算術平均粗さ（μｍ）であり、
　前記ｈは、前記第１面から前記バーリング端面までの高さ（ｍｍ）であり、
　前記ｒは、前記曲壁部の曲率半径（ｍｍ）であり、
　前記ＴＳは、前記板状部の引張強さ（ＭＰａ）である。
　本開示のバーリング加工部材において、前記バーリング孔の直径ｄが２０．０ｍｍ以上１００．０ｍｍ以下であってもよい。
　本開示のバーリング加工部材において、前記ｒが２．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下であってもよい。
　本開示のバーリング加工部材において、前記ＴＳが７８０ＭＰａ以上であってもよい。
　本開示のバーリング加工部材において、前記Ｒａが５０μｍ以下であってもよい。
　本開示のバーリング加工部材においては、バーリング加工部における疲労き裂が発生し難い。
バーリング加工部材の構造の一例を概略的に示している。図１（Ａ）が平面図、図１（Ｂ）及び（Ｃ）が図１（Ａ）におけるＩ－Ｉ矢視断面図である。 バーリング加工部材に対して外力σ０が印加された場合に、バーリング端面に伝わる応力σｅと、バーリング端面の谷部に生じる応力集中σｙ１～σｙ３とを示している。 曲壁部の曲率半径を特定する方法を示している。 バーリング加工部材の製造方法の流れの一例を示している。 ＣＡＥ解析条件の一例を示している。 打抜き疲労試験片を概略的に示している。 実施例（引張強さ：７８０ＭＰａ）の評価結果を示している。 実施例（引張強さ：９８０ＭＰａ）の評価結果を示している。 実施例（引張強さ：１１８０ＭＰａ）の評価結果を示している。 実施例（引張強さ：１４７０ＭＰａ）の評価結果を示している。
　図１（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、バーリング加工部材１００は、板状部１０と、バーリング加工部２０と、を有する。板状部１０は、一方側の第１面１１と、第１面１１とは反対側の第２面１２と、を有する。バーリング加工部２０は、バーリング孔２１と、バーリング壁部２２と、を有する。バーリング壁部２２は、バーリング孔２１の周囲に設けられる。バーリング壁部２２は、第１面１１よりも一方側に突出している。バーリング壁部２２は、縦壁部２２ａと、曲壁部２２ｂと、を有する。縦壁部２２ａは、一方側においてバーリング端面２２ａｘを有し、一方側とは反対側において曲壁部２２ｂに接続される。曲壁部２２ｂは、一方側において縦壁部２２ａに接続され、一方側とは反対側において板状部１０に接続される。バーリング加工部２０は、以下の関係式（１）～（３）を満たす構造を有する。
　３≦Ｒａ≦１００　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
　３．０＜ｈ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２）
　２４＋ｒ－［ＴＳ／（４０＋０．２８×Ｒａ）］＜ｈ　　・・・（３）
　ここで、
　Ｒａは、バーリング端面２２ａｘの算術平均粗さ（μｍ）であり、
　ｈは、第１面１１からバーリング端面２２ａｘまでの高さ（ｍｍ）であり、
　ｒは、曲壁部２２ｂの曲率半径（ｍｍ）であり、
　ＴＳは、板状部１０の引張強さ（ＭＰａ）である。
１．板状部
　図１（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、板状部１０は一方側に第１面１１を有し、第１面１１とは反対側に第２面１２を有する。
　図１（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、板状部１０はバーリング加工部２０の周囲に存在し得る。バーリング加工部材１００においては、板状部１０がわずかでも存在していればよい。板状部１０の外縁の形状（バーリング加工部材１００の全体としての平面形状）は特に限定されるものではなく、バーリング加工部材１００の用途に応じて適宜決定されればよい。板状部１０は、完全な平板状である必要はなく、例えば、凹凸、曲がり、切り欠き等を一部に有していてもよい。
　図１（Ｃ）に示されるように、板状部１０は板厚ｔ１を有していてよい。板厚ｔ１は用途に応じて適宜決定されればよい。尚、部材の板厚ｔ１を薄くする場合、部材の剛性が低下するため、部材の高強度化が必要となる。しかしながら、部材の高強度化および部材の薄肉化により疲労耐性の低下が懸念される。これに対し、本開示の技術によれば、板厚ｔ１が薄い場合や、部材が高強度である場合にも、バーリング加工部材において優れた疲労耐性を確保することができる。板厚ｔ１は、例えば、０．５ｍｍ以上、０．８ｍｍ以上、１．０ｍｍ以上、１．２ｍｍ以上又は２．０ｍｍ以上であってもよく、１０．０ｍｍ以下、５．０ｍｍ以下、４．０ｍｍ以下、３．０ｍｍ以下、２．７ｍｍ以下、２．５ｍｍ以下、２．３ｍｍ以下、２．１ｍｍ以下又は２．０ｍｍ以下であってもよい。板厚ｔ１は、板状部１０の全体において同一であってもよいし、板状部１０の部位ごとに異なっていてもよい。
２．バーリング加工部
　図１（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、バーリング加工部２０は、バーリング孔２１と、バーリング壁部２２と、を有する。
２．１　バーリング孔
　図１（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、バーリング孔２１はバーリング加工部２０の一方側と他方側とを貫通する孔である。図１（Ａ）に示されるように、バーリング孔２１の平面形状（開口形状）は、円形である。「円形」とは、完全な円である必要はなく、工業生産上許容し得る程度の誤差を有していてよい。例えば、バーリング孔２１の開口形状の外縁の一点から、当該開口形状の図心を通って、外縁の他の一点までを結ぶ直線の長さを、当該バーリング孔２１の直径とみなした場合、最小直径に対する最大直径の比が１．００以上１．１０以下である場合に「円形」とみなすことができる。
　バーリング孔２１の大きさは、特に限定されるものではなく、バーリング加工部材１００の用途に応じて決定されればよい。図１（Ｃ）に示されるように、バーリング孔２１は、直径ｄの円形からなる開口形状を有していてもよい。バーリング孔２１の直径ｄは、例えば、２０．０ｍｍ以上、３０．０ｍｍ以上、４０．０ｍｍ以上、５０．０ｍｍ以上、６０．０ｍｍ以上、７０．０ｍｍ以上、８０．０ｍｍ以上又は９０．０ｍｍ以上であってもよく、１００．０ｍｍ以下、９０．０ｍｍ以下、８０．０ｍｍ以下、７０．０ｍｍ以下、６０．０ｍｍ以下、５０．０ｍｍ以下、４０．０ｍｍ以下又は３０．０ｍｍ以下であってもよい。直径ｄが２０．０ｍｍ以上１００．０ｍｍ以下である場合、バーリング加工部材１００の疲労耐久性を一層向上させ易い。また、バーリング孔２１の直径ｄは、上記の板厚ｔ１の５倍以上又は１０倍以上であってもよいし、１００倍以下又は５０倍以下であってもよい。
２．２　バーリング壁部
　図１（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、バーリング壁部２２はバーリング孔２１の周囲に設けられる。言い換えれば、バーリング孔２１の開口形状は、バーリング壁部２２の内壁によって画定される。図１（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、バーリング壁部２２は円筒状部分を有していてもよい。
　図１（Ｂ）及び（Ｃ）に示されるように、バーリング壁部２２は、第１面１１よりも一方側に突出している。バーリング壁部２２の突出方向は、板状部１０の面方向と交差する方向であり、例えば、板状部１０の面方向と直交する方向であってよい。
　図１（Ｂ）に示されるように、バーリング壁部２２は、縦壁部２２ａと、曲壁部２２ｂと、を有する。図１（Ｂ）及び（Ｃ）に示されるように、縦壁部２２ａは、一方側においてバーリング端面２２ａｘを有し、一方側とは反対側において曲壁部２２ｂに接続される。縦壁部２２ａは、バーリング加工時の打ち抜き方向に沿った面を有し得る。図１（Ｂ）及び（Ｃ）に示されるように、バーリング孔２１の中心軸に沿った断面形状において、互いに対向する縦壁部２２ａの内壁面が、互いに平行であってもよい。また、図１（Ｂ）及び（Ｃ）に示されるように、縦壁部２２ａの外壁面の向きと板状部１０の第１面１１の向きとは、互いに交差しており、例えば、互いに直交していてもよい。また、図１（Ｃ）に示されるように、バーリング壁部２２は、第１面１１から縦壁部２２ａのバーリング端面２２ａｘまでにおいて、所定の高さｈを有していてよい。さらに、図１（Ｃ）に示されるように、縦壁部２２ａのバーリング端面２２ａｘは、所定の算術平均粗さＲａを有していてよい。高さｈや算術平均粗さＲａについては後述する。
　図１（Ｂ）及び（Ｃ）に示されるように、曲壁部２２ｂは、一方側において縦壁部２２ａに接続され、一方側とは反対側において板状部１０に接続される。曲壁部２２ｂは、曲率半径ｒを有しつつ、板状部１０と縦壁部２２ａとを接続しており、例えば、板状部１０の第１面１１と、曲壁部２２ｂの外壁面と、縦壁部２２ａの外壁面との間に途切れがない。曲壁部２２ｂの曲率半径ｒについては後述する。
　図１（Ｃ）に示されるように、バーリング壁部２２は厚みｔ２を有していてよい。厚みｔ２は目的とする強度等に応じて適宜決定されればよい。厚みｔ２は、例えば、０．５ｍｍ以上、０．８ｍｍ以上、１．０ｍｍ以上、１．２ｍｍ以上又は１．８ｍｍ以上であってもよく、１０．０ｍｍ以下、５．０ｍｍ以下、３．０ｍｍ以下、２．８ｍｍ以下、２．６ｍｍ以下、２．４ｍｍ以下、２．２ｍｍ以下又は２．０ｍｍ以下であってもよい。厚みｔ２は、バーリング壁部２２の全体において略同一であってもよいし、バーリング壁部２２の部位ごとに異なっていてもよい。厚みｔ２は、板厚ｔ１よりも厚くても薄くてもよいが、バーリング加工の性質上、板厚ｔ１よりも薄くなり易い。具体的には、厚みｔ２と厚みｔ１との比ｔ２／ｔ１は、０．５以上、０．６以上又は０．７以上であってもよく、１．２以下、１．１以下又は１．０以下であってもよい。
２．３　関係式（１）
　上記関係式（１）の通り、バーリング加工部材１００においては、バーリング端面２２ａｘの算術平均粗さＲａが３μｍ以上１００μｍ以下である。バーリング端面２２ａｘにおける算術平均粗さＲａが１００μｍ以下であり、且つ、後述の関係式（３）が満たされることで、バーリング加工部２０に外力が印加された場合においても、バーリング端面２２ａｘにおける応力集中が生じ難くなり、疲労き裂が発生し難くなる。その結果、バーリング加工部材１００の疲労耐久性が向上する。疲労き裂の発生をより効果的に抑制する観点から、バーリング端面２２ａｘにおける当該算術平均粗さＲａは５０μｍ以下であってもよい。一方で、バーリング端面２２ａｘにおける当該算術平均粗さＲａが０に近いほど疲労き裂の発生を抑制し易いが、当該算術平均粗さＲａを０とすることは現実的でない。バーリング端面２２ａｘの算術平均粗さＲａを低減するためには、バーリング端面２２ａｘに対して平滑化処理を施すことが有効である。バーリング加工部材１００においては、例えば、バーリング端面２２ａｘがサンドペーパー等を用いた機械研磨によって平滑化されたものであってもよく、この場合、バーリング端面２２ａｘの算術平均粗さＲａを３μｍ程度まで低下させることが可能である。或いは、リーマ加工等の仕上げ加工が施すことによっても当該算術平均粗さＲａを３μｍ程度まで低下させることが可能である。尚、当該算術平均粗さＲａを限りなく０に近付ける（例えば３μｍ未満とする）ためには、例えば、バーリング端面２２ａｘに対して化学研磨を施すことが有効と考えられるが、コストを考慮した場合、バーリング端面２２ａｘにおける算術平均粗さＲａの現実的な下限は３μｍ程度である。
　後述するように、被加工材である金属板１０１の一部に抜き孔１０１ａを設けたうえで、当該抜き孔１０１ａの周縁部１０１ｂを一方側に立ち上げることで、バーリング加工を施す場合、抜き孔１０１ａを画定する端面が、バーリング加工後のバーリング端面２２ａｘとなり得る（図４参照）。バーリング加工後のバーリング端面２２ａｘにおける算術平均粗さＲａは、バーリング加工前の抜き孔１０１ａを画定する端面における算術平均粗さよりも大きくなる。バーリング端面２２ａｘの算術平均粗さは、バーリング加工時のバーリング壁部２２の減肉の度合い（板厚ｔ１に対して厚みｔ２が減少する度合い）等によって変化する。また、バーリング加工部２０の高さｈが高くなるほど、バーリング端面２２ａｘの算術平均粗さが大きくなり易い。後述するように、本開示のバーリング加工部材１００においては、バーリング端面２２ａｘにサンドペーパーを用いた研磨等の平滑化処理が施されることで、バーリング端面２２ａｘにおける算術平均粗さＲａが１００μｍ以下に抑えられていてもよい。
　バーリング端面２２ａｘの算術平均粗さＲａは、触針探査計を用い、バーリング端面の板厚方向に触針を動かすことによって測定する。具体的には図１（Ｂ）及び図４において、バーリング端面２２ａｘ上で横方向に触針を動かす。測定は、ダイヤモンドからなる先端半径２μｍの触針を用い、測定力は０．７５ｍＮ、測定速度は０．１５ｍｍ／ｓとする。バーリング孔の周方向に沿って任意に５箇所算術平均粗さを測定し、それらの平均をとったものをそのバーリング端面の算術平均粗さとする。
２．４　関係式（２）
　上記関係式（２）の通り、バーリング加工部材１００においては、第１面１１からバーリング端面２２ａｘまでの高さｈが３．０ｍｍよりも大きい。このように、バーリング壁部２２の高さｈが３．０ｍｍよりも大きく、且つ、下記関係式（３）を満たすような高さであることで、板状部１０においてねじれ等によって応力σ０が生じた場合でも、板状部１０からバーリング壁部２２を介してバーリング端面２２ａｘに至る応力σｅが少なくなる。結果として、バーリング端面２２ａｘにおける応力集中が生じ難く、疲労き裂が発生し難い。高さｈの上限は特に限定されるものではない。高さｈは、例えば、１０００．０ｍｍ以下、５００．０ｍｍ以下又は１００．０ｍｍ以下であってもよい。或いは、高さｈは、例えば、板厚ｔ１の１０００倍以下、５００倍以下又は１００倍以下であってもよい。
２．５　関係式（３）
　本開示のバーリング加工部材１００においては、上記関係式（１）及び（２）のほか、バーリング加工部２０が上記関係式（３）を満たす構造を有することも重要である。すなわち、上記関係式（１）及び（２）のように、バーリング端面２２ａｘにおける算術平均粗さＲａが１００μｍ以下で、バーリング加工部２０の高さｈが３．０ｍｍよりも大きかったとしても、関係式（３）を満たさない場合は、バーリング加工部２０における疲労耐久性を向上させ難い傾向にある。
　図２に示されるように、バーリング加工部材１００の板状部１０に対してねじれ等によって応力σ０が印加された場合に、板状部１０からバーリング端面２２ａｘに応力σｅが伝達され、バーリング端面２２ａｘの表面の凹部（谷部）において応力集中σｙ１～σｙ３が生じる。バーリング端面２２ａｘにおける応力集中が大きいと、疲労き裂が発生し易くなる。バーリング端面２２ａｘにおける応力集中を抑制するためには、バーリング加工部２０の高さｈを大きくすることが有効である。また、バーリング端面２２ａｘにおける応力集中は、高さｈ以外の因子によっても変化する。本発明者の知見によれば、バーリング端面２２ａｘにおける応力集中を低減するとともに疲労き裂の発生を抑制し、バーリング加工部２０の疲労耐久性を高めるためには、
（Ｉ）曲壁部２２ｂの曲率半径ｒが大きいほど高さｈを大きくし、
（II）板状部１０の引張強さＴＳが小さいほど高さｈを大きくし、
（III）バーリング端面２２ａｘにおける算術平均粗さＲａが大きいほど高さｈを大きくすることが有効である。本発明者は、鋭意研究の結果、この（Ｉ）～（III）に係る関係を、上記関係式（３）で整理することができることを見出した。
　上記関係式（３）において、バーリング端面２２ａｘにおける算術平均粗さＲａについては既に説明した通りである。
　上記関係式（３）において、曲壁部２２ｂの曲率半径ｒの値は特に限定されるものではない。曲率半径ｒは、例えば、２．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下であってもよい。曲壁部２２ｂの曲率半径ｒが２．０ｍｍ以上であれば、曲壁部２２ｂにおける皺や割れや座屈変形等が発生し難い。曲壁部２２ｂの曲率半径ｒが１０．０ｍｍ以下の場合、板状部１０における応力が縦壁部２２ａ及びバーリング端面２２ａｘへと一層伝わり難くなる。
　図３に示されるように、曲壁部２２ｂの曲率半径ｒは、バーリング加工部材１００の断面形状であって、バーリング孔２１の中心軸に沿った断面形状に基づいて特定し得る。すなわち、図３に示されるように、当該断面形状において、板状部１０の第１面１１（第１面１１のうち、曲壁部２２ｂの近傍にある平坦とみなせる部分）に沿って直線Ａを引き、縦壁部２２ａの外壁面（外壁面のうちバーリング加工時の突出方向に沿った面）に沿って直線Ｂを引く。直線Ａと直線Ｂとの交点Ｏを特定する。当該交点Ｏから、角ＡＯＢを４等分する３本の直線Ｃ、Ｄ及びＥを引く。直線Ｃと曲壁部２２ｂの外壁面との交点Ｐ１と、直線Ｄと曲壁部２２ｂの外壁面との交点Ｐ２と、直線Ｅと曲壁部２２ｂの外壁面との交点Ｐ３とを特定する。これら３つの交点Ｐ１、Ｐ２及びＰ３を通る一つの円を特定し、当該円の半径を曲壁部２２ｂの曲率半径ｒとする。
　上記関係式（３）において、板状部１０の引張強さＴＳの値は特に限定されるものではない。上述したように、バーリング加工部２０の疲労耐久性の問題は、特に、高張力鋼板において生じ易い。この点、板状部１０の引張強さＴＳは、７８０ＭＰａ以上、８００ＭＰａ以上、８５０ＭＰａ以上、９００ＭＰａ以上、９５０ＭＰａ以上、９８０ＭＰａ以上、１０００ＭＰａ以上、１０５０ＭＰａ以上、１１００ＭＰａ以上、１１５０ＭＰａ以上、１１８０ＭＰａ以上、１２００ＭＰａ以上、１２５０ＭＰａ以上、１３００ＭＰａ以上、１３５０ＭＰａ以上、１４００ＭＰａ以上、１４５０ＭＰａ以上又は１４７０ＭＰａ以上であってもよい。板状部１０の引張強さの上限は特に限定されるものではないが、例えば、２５００ＭＰａ以下、２２００ＭＰａ以下又は２０００ＭＰａ以下であってもよい。尚、本願にいう板状部の「引張強さ」とは、ＩＳＯ　６８９２－１：２００９にしたがうものである。
　本発明者の知見によれば、材料の高強度化とともに打ち抜き端面の性状が劣化して表面粗さが大きくなる傾向がある。すなわち、板状部１０の引張強さＴＳが大きいほど、バーリング端面２２ａｘにおける算術平均粗さＲａが大きくなり易い。板状部１０の引張強さＴＳが７８０ＭＰａ以上である場合において、バーリング端面２２ａｘにおける算術平均粗さＲａを１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下とするためには、例えば、バーリング端面２２ａｘに平滑化処理を施すとよい。
３．材質
　バーリング加工部材１００は金属製であることが自明である。バーリング加工部材１００は、例えば、鋼材からなっていてもよい。この場合、鋼材における化学組成や金属組織は特に限定されるものではなく、バーリング加工部材１００の用途に応じて適宜決定され得る。本開示のバーリング加工部材１００においては、バーリング加工部２０における必要な高さｈが、板状部１０の引張強さに応じて変化するものの、バーリング加工部材１００の化学組成や金属組織によっては実質的に変化しない。すなわち、本開示の技術によれば、種々の化学組成や金属組織を有するバーリング加工部材１００において、バーリング加工部２０における疲労き裂の発生を抑制することができる。化学組成の一例として、バーリング加工部材１００は、質量％で、Ｃ：０．０１～１．０％、Ｓｉ：０．０１～３．５０％、Ｍｎ：０．１０～５．００％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０３００％以下、Ｎ：０．０１００％以下、Ｏ：０～０．０２０％、Ａｌ：０～１．０００％以下、Ｃｒ：０～２．００％、Ｃｕ：０～２．００％、Ｎｉ：０～２．００％、Ｍｏ：０～３．００％、Ｃｏ：０～３．００％、Ｎｂ：０～０．１５０％、Ｖ：０～１．００％、Ｔｉ：０～１．００％、Ｗ：０～１．００％、Ｓｎ：０～１．００％、Ｓｂ：０～０．５０％、Ｔａ：０～０．１０％、Ａｓ：０～０．０５０％、Ｂ：０～０．０１００％、Ｃａ：０～０．１００％、Ｍｇ：０～０．１００％、Ｚｒ：０～０．１００％、Ｈｆ：０～０．１００％、ＲＥＭ：０～０．００５０％、及び、残部：Ｆｅおよび不純物からなる化学組成を有していてもよい。また、上記化学組成において、任意添加元素の含有量の下限は０．０００１％又は０．００１％であってもよい。
４．バーリング加工部の数や位置
　バーリング加工部材１００において、バーリング加工部２０の数は１つに限定されるものではない。バーリング加工部材１００は、バーリング加工部２０を複数有していてもよい。また、バーリング加工部材１００は、バーリング加工部２０に加えて、第１面１１よりも一方側に突出するその他のバーリング加工部をさらに備えていてもよいし、第２面１２よりも他方側に突出するその他のバーリング加工部をさらに備えていてもよい。バーリング加工部材１００におけるバーリング加工部２０の位置についても特に限定されるものではなく、バーリング加工部材１００の用途に応じて適宜決定されればよい。
５．バーリング加工部材の用途
　上述したように、本開示のバーリング加工部材１００は、ねじれ等の外力が印加された場合においてもバーリング加工部２０における疲労き裂が発生し難く、優れた疲労耐久性を有する。この点、本開示のバーリング加工部材１００は、大きな外力が印加される過酷な環境に適用することも可能である。例えば、本開示のバーリング加工部材１００は、自動車の足回り部品として用いられてもよい。自動車の足回り部品の具体例としては、ロアアームやアッパーアーム、トレールリンクが挙げられる。
６．バーリング加工部材の製造方法
　本開示のバーリング加工部材１００は、被加工材である金属板の一部にバーリング加工を施すことで製造され得る。例えば、図４に示されるように、バーリング加工部材１００の製造方法は、下記Ｓ１及びＳ２を備え、且つ、下記Ｓ２Ｉ及びＳ２IIのうちの少なくとも一方を備えていてもよい。
　Ｓ１：金属板１０１の一部に抜き孔１０１ａを設けること、ここで、前記金属板１０１は、一方側の第１面１１と、前記第１面１１とは反対側の第２面１２と、を有し、前記抜き孔１０１ａの周囲に板状部１０が存在する、
　Ｓ２：前記抜き孔１０１ａの周縁部１０１ｂを前記第１面１１よりも一方側に立ち上げることでバーリング加工部２０を設けること、ここで、前記バーリング加工部２０は、バーリング孔２１と、バーリング壁部２２とを有し、前記バーリング壁部２２は、前記バーリング孔２１の周囲に設けられ、前記バーリング壁部２２は、前記第１面１１よりも一方側に突出しており、前記バーリング壁部２２は、縦壁部２２ａと、曲壁部２２ｂと、を有し、前記縦壁部２２ａは、一方側においてバーリング端面２２ａｘを有し、一方側とは反対側において前記曲壁部２２ｂに接続され、前記曲壁部２２ｂは、一方側において前記縦壁部２２ａに接続され、一方側とは反対側において前記板状部１０に接続される、
　Ｓ２Ｉ：前記Ｓ２よりも前において、前記バーリング加工部２０が上記の関係式（１）～（３）を満たす構造を有するように、前記バーリング壁部２２の曲壁部２２ｂの曲率半径ｒと、前記板状部１０の引張強さＴＳと、バーリング加工後の前記バーリング端面２２ａｘにおける算術平均粗さＲａと、を考慮して、前記Ｓ２にて設けられる前記バーリング加工部２０の高さｈを決定すること、
　Ｓ２II：前記Ｓ２よりも後において、前記バーリング加工部２０が上記の関係式（１）～（３）を満たす構造を有するように、前記バーリング端面２２ａｘを平滑化処理すること。
　Ｓ１やＳ２はパンチやダイを用いて実施すればよい。尚、バーリング端面２２ａｘにおける算術平均粗さＲａは、バーリング加工時の条件（板押さえ力やバーリング壁の減肉度等）によって変化し得る。そのため、抜き孔１０１ａを画定する端面の算術平均粗さのみに基づいて、バーリング加工後のバーリング端面２２ａｘにおける算術平均粗さＲａを見積もることは難しく、必要な高さｈを見積もることも難しい。例えば、バーリング加工前に、抜き孔１０１ａを画定する端面に対してリーマ加工を施して、抜き孔１０１ａの端面の算術平均粗さを低減しておいたとしても、バーリング加工によって当該端面に凹凸が生じ、バーリング加工後のバーリング端面２２ａの算術平均粗さＲａは大きく増大し得ることから、バーリング端面２２ａｘにおいて所望の算術平均粗さＲａが達成できるとは限らない。Ｓ２Ｉにおいては、例えば、過去の実績に基づいて高さｈを決定してもよいし、事前の実験によって高さｈを決定してもよいし、シミュレーション等によって高さｈを決定してもよい。Ｓ２IIにおける平滑化の方法は特に限定されるものではない。例えば、バーリング端面２２ａｘを研磨することで平滑化することがあり得る。研磨は公知の方法を採用すればよい。例えば、サンドペーパーを用いた機械研磨等が挙げられる。或いは、バーリング端面に対してリーマ加工等の仕上げ加工を施してもよい。
　以下、実施例を示しつつ本開示の技術による効果等について、より詳細に説明するが、本開示の技術は以下の実施例に限定されるものではない。
１．評価条件及び評価基準
（１）図５に示されるように、ＣＡＥ解析により、バーリング加工部材にねじり変位を与えた際にバーリング端面に生じる相当応力の最大値σｍａｘを算出した。バーリング加工部の高さｈ等の条件を変化させて解析を行った。ここで、ＣＡＥ解析ソフトとしてＬＳ－ＤＹＮＡ　ｖｅｒ９７１　ｒｅｖ９．３．０を用い、鋼板端部におけるねじり変位が１０°となるように解析条件を設定した。
（２）所定の算術平均粗さＲａ１を持つ端面によって画定される打抜き孔に対し、打抜き疲労試験によって２００万回時間強度σｆ１を測定した。ここで、打抜き疲労試験は、打抜き孔が試験片中心部となるように、図６に示されるように打抜き疲労試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２７５－１９７８記載の両振り平面曲げ疲労試験方法に則り実施した。Ｒａ１の異なる複数種類の板材について、各々、打抜き疲労試験を行った。尚、Ｒａ１は材質やリーマ加工、打ち抜きクリアランスによって変化させた。種々のＲａ１に対するσｆ１の値を回帰直線を用いて外挿し、バーリング端面が算術平均粗さＲａ２を有する時の２００万回時間強度相当値σｆ２を求めた。
（３）上記のσｍａｘがσｆ２よりも小さくなる場合を合格（○）とし、σｍａｘがσｆ２以上となる場合を不合格（×）とした。
２．評価結果
　下記表１及び表２に実施例及び比較例の各々の評価条件及び評価結果を示す。また、図７に素材として引張強さＴＳが７８０ＭＰａの鋼材を用いた場合の評価結果を、図８に素材として引張強さＴＳが９８０ＭＰａの鋼材を用いた場合の評価結果を、図９に素材として引張強さＴＳが１１８０ＭＰａの鋼材を用いた場合の評価結果を、図１０に素材として引張強さＴＳが１４７０ＭＰａの鋼材を用いた場合の評価結果を示す。図７～１０におけるプロットは、表１に示された結果に基づく。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表１、２及び図７～１０に示されるように、引張強さＴＳの大小にかかわらず、バーリング加工部材のバーリング加工部が下記関係式（１）～（３）を満たす構造を有する場合に、σｍａｘがσｆ２よりも小さくなる（評価結果が〇となる）ことが分かる。
　３≦Ｒａ≦１００　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
　３＜ｈ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２）
　２４＋ｒ－［ＴＳ／（４０＋０．２８×Ｒａ）］＜ｈ　　・・・（３）
　ここで、
　Ｒａは、バーリング端面の算術平均粗さ（μｍ）であり、
　ｈは、バーリング加工部の高さ（板状部の第１面からバーリング端面までの高さ）（ｍｍ）であり、
　ｒは、曲壁部の曲率半径（ｍｍ）であり、
　ＴＳは、板状部の引張強さ（ＭＰａ）である。
　尚、上記評価では、バーリング加工部の曲壁部の曲率半径ｒに関し、引張強さ７８０ＭＰａの鋼材についてはｒ＝３．０ｍｍ、引張強さ９８０ＭＰａ及び１１８０ＭＰａの鋼材についてはｒ＝６．０ｍｍ、引張強さ１４７０ＭＰａの鋼材についてはｒ＝８．０ｍｍのものを例示したが、本開示の技術において、曲壁部の曲率半径ｒの値はこれらに限定されるものではない。本発明者の知見によれば、上記式（３）の通り、ｒの大小を考慮して高さｈの下限を変化させることで、バーリング加工部における疲労き裂の発生し難いバーリング加工材が得られる。
３．バーリング加工部材の一例
　上記解析の結果が妥当であることを確認するため、実際にバーリング加工材を作製して耐久試験を行った。
３．１　比較例１
　引張強さＴＳが７８０ＭＰａ級で、板厚ｔ１が２．７ｍｍである鋼板を２００ｍｍ角に切り抜き、中心部をパンチで打ち抜き、φ２０ｍｍの円形の抜き孔を設けた。抜き孔を画定する端面の算術平均粗さは１２μｍであった。抜き孔を設けた部分をパンチで打ち抜き、抜き孔の周縁部を板の一方側へと立ち上げることで、バーリング孔とバーリング壁部とを有するバーリング加工部を設けた。バーリング孔の直径ｄは２５．０ｍｍ、バーリング壁部の厚みｔ２は２．３ｍｍ、鋼板の一方側の第１面からバーリング端面までの高さｈは１２．０ｍｍ、曲壁部の曲率半径ｒは３．０ｍｍであった。このようなバーリング加工部材に対して、バーリング端面の算術平均粗さＲａを測定したところ１０５μｍであった。比較例１は、Ｒａが１００μｍを超えることから上記関係式（１）を満たさず、さらには、上記関係式（３）も満たさないものであった。
３．２　比較例２
　比較例１と同様にしてバーリング加工部材を得た後、バーリング端面を金型に押し付けてバーリング曲壁部の曲げ加工（コイニング）を行った。具体的には、バーリング端面に対して、バーリング曲壁部ｒが変化する程度の圧縮応力を加えた。このようなバーリング加工部材に対して、バーリング端面の算術平均粗さＲａを測定したところ１０５μｍから実質的に変化がなかった。すなわち、比較例２は、Ｒａが１００μｍを超えることから、少なくとも上記関係式（１）を満たさないものであった。
３．３　比較例３
　引張強さＴＳが７８０ＭＰａ級で、板厚ｔ１が２．５ｍｍである鋼板を２００ｍｍ角に切り抜き、中心部をパンチで打ち抜き、φ２０ｍｍの円形の抜き孔を設けた。抜き孔を画定する端面の算術平均粗さは３６μｍであった。抜き孔を設けた部分をパンチで打ち抜き、抜き孔の周縁部を板の一方側へと立ち上げることで、バーリング孔とバーリング壁部とを有するバーリング加工部を設けた。バーリング孔の直径ｄは２５．０ｍｍ、バーリング壁部の厚みｔ２は２．１ｍｍ、鋼板の一方側の第１面からバーリング端面までの高さｈは１９．０ｍｍ、曲壁部の曲率半径ｒは３．０ｍｍであった。このようなバーリング加工部材に対して、バーリング端面の算術平均粗さＲａを測定したところ１０５μｍであった。Ｒａが１００μｍを超えることから上記関係式（１）を満たさないものであった。一方、上記関係式（３）の左辺は１８．８ｍｍとなり、上記関係式（３）を満たすものであった。
３．４　比較例４
　引張強さＴＳが７８０ＭＰａ級で、板厚ｔ１が２．７ｍｍである鋼板を２００ｍｍ角に切り抜き、中心部をパンチで打ち抜き、φ２０ｍｍの円形の抜き孔を設けた。その後、抜き孔端面に対してリーマ加工を施し、端面における表面粗さを低減した。表面粗さ低減後の抜き孔を画定する端面の算術平均粗さは５μｍであった。抜き孔を設けた部分をパンチで打ち抜き、抜き孔の周縁部を板の一方側へと立ち上げることで、バーリング孔とバーリング壁部とを有するバーリング加工部を設けた。バーリング孔の直径ｄは２５．０ｍｍ、バーリング壁部の厚みｔ２は２．３ｍｍ、鋼板の一方側の第１面からバーリング端面までの高さｈは１８．０ｍｍ、曲壁部の曲率半径ｒは３．０ｍｍであった。このようなバーリング加工部材に対して、バーリング端面の算術平均粗さＲａを測定したところ１０６μｍであった。比較例４は、Ｒａが１００μｍを超えることから上記関係式（１）を満たさず、さらには、上記関係式（３）も満たさないものであった。
３．５　比較例５
　引張強さＴＳが９８０ＭＰａ級で、板厚ｔ１が２．５ｍｍである鋼板を２００ｍｍ角に切り抜き、中心部をパンチで打ち抜き、φ２０ｍｍの円形の抜き孔を設けた。抜き孔の周縁部を板の一方側へと立ち上げることで、バーリング孔とバーリング壁部とを有するバーリング加工部を設けた。バーリング孔の直径ｄは２５．０ｍｍ、バーリング壁部の厚みｔ２は２．２ｍｍ、鋼板の一方側の第１面からバーリング端面までの高さｈは１０．０ｍｍ、曲壁部の曲率半径ｒは６．０ｍｍであった。このようなバーリング加工部材に対して、バーリング端面の算術平均粗さＲａを測定したところ７７μｍであった。比較例５は、上記関係式（１）および（２）を満たす一方で、上記関係式（３）の左辺の値が１４．１ｍｍであって、高さｈよりも大きいことから、上記関係式（３）を満たさないものであった。
３．６　実施例
　比較例１と同様にしてバーリング加工部材を得た後、サンドペーパーを用いてバーリング端面に対して研磨を施した。これによってバーリング端面が平滑化された結果、バーリング端面における算術平均粗さＲａが１８μｍにまで小さくなった。その結果、上記関係式（１）～（３）のすべてを満たすバーリング加工部材を得ることができた。
３．７　評価結果
　比較例１～５及び実施例の各々のバーリング加工材に対し、鋼板端部におけるねじり変位が最大１０°となるように繰り返し応力を２００万回付与する耐久試験を行ったところ、比較例１～５のバーリング加工材においてはバーリング端面にき裂が発生したのに対し、実施例のバーリング加工材においてはき裂の発生は認められなかった。
１０　板状部
　１１　第１面
　１２　第２面
２０　バーリング加工部
　２１　バーリング孔
　２２　バーリング壁部
　　２２ａ　縦壁部
　　２２ａｘ　バーリング端面
　　２２ｂ　曲壁部
１００　バーリング加工部材
１０１ａ　抜き孔
１０１ｂ　抜き孔の周縁部

Claims (5)

  1. 　バーリング加工部材であって、板状部と、バーリング加工部と、を有し、
    　前記板状部は、一方側の第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有し、
    　前記バーリング加工部は、バーリング孔と、バーリング壁部と、を有し、
    　前記バーリング壁部は、前記バーリング孔の周囲に設けられ、
    　前記バーリング壁部は、前記第１面よりも一方側に突出しており、
    　前記バーリング壁部は、縦壁部と、曲壁部と、を有し、
    　前記縦壁部は、一方側においてバーリング端面を有し、一方側とは反対側において前記曲壁部に接続され、
    　前記曲壁部は、一方側において前記縦壁部に接続され、一方側とは反対側において前記板状部に接続され、
    　前記バーリング加工部は、以下の関係式（１）～（３）を満たす構造を有する、
    　バーリング加工部材。
    　３≦Ｒａ≦１００　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（１）
    　３．０＜ｈ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（２）
    　２４＋ｒ－［ＴＳ／（４０＋０．２８×Ｒａ）］＜ｈ　　…（３）
    　ここで、
    　前記Ｒａは、前記バーリング端面の算術平均粗さ（μｍ）であり、
    　前記ｈは、前記第１面から前記バーリング端面までの高さ（ｍｍ）であり、
    　前記ｒは、前記曲壁部の曲率半径（ｍｍ）であり、
    　前記ＴＳは、前記板状部の引張強さ（ＭＰａ）である。
  2. 　前記バーリング孔の直径ｄが２０．０ｍｍ以上１００．０ｍｍ以下である、
    　請求項１に記載のバーリング加工部材。
  3. 　前記ｒが２．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下である、
    　請求項１又は２に記載のバーリング加工部材。
  4. 　前記ＴＳが７８０ＭＰａ以上である、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載のバーリング加工部材。
  5. 　前記Ｒａが５０μｍ以下である、
    　請求項１～４のいずれか１項に記載のバーリング加工部材。
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