閉断面金属部材の製造方法
【課題】凹溝を挟んで平行に延びる2つの閉断面部を有する閉断面金属部材を矩形平板状ワークから製造する場合に、ワーク中央部の重合部を良好にスポット溶接する。
【解決手段】矩形平板状ワークW0の対向縁部S0,S0を切り欠き、一方の縁部の切欠き部mと他方の縁部の非切欠き部nとが対応して並ぶ中間部材W1を形成し、該部材W1の非切欠き部nを折り返し、両縁部S1,S2にワークが2層の積層部Aと1層の単層部Bとが交互に並設された中間部材W2を形成し、該部材W2の両縁部S1,S2を該部材W2の中央部に集めるように該部材W2を一方の面側に折り曲げると共に両縁部S1,S2を他方の面側に折り曲げ、該部材W2の中央部と一方の縁部の積層部A端部と他方の縁部の単層部B端部とが重合した中間部材W3を形成し、該部材W3の重合部Lを接合する。
【解決手段】矩形平板状ワークW0の対向縁部S0,S0を切り欠き、一方の縁部の切欠き部mと他方の縁部の非切欠き部nとが対応して並ぶ中間部材W1を形成し、該部材W1の非切欠き部nを折り返し、両縁部S1,S2にワークが2層の積層部Aと1層の単層部Bとが交互に並設された中間部材W2を形成し、該部材W2の両縁部S1,S2を該部材W2の中央部に集めるように該部材W2を一方の面側に折り曲げると共に両縁部S1,S2を他方の面側に折り曲げ、該部材W2の中央部と一方の縁部の積層部A端部と他方の縁部の単層部B端部とが重合した中間部材W3を形成し、該部材W3の重合部Lを接合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、閉断面金属部材の製造方法、より詳しくは、凹溝を挟んで平行に延びる2つの閉断面部を有する構造の閉断面金属部材を矩形平板状ワークから製造する方法に関し、金属加工の技術分野に属する。
【背景技術】
【0002】
従来、バンパーレインフォースメントやドアインパクトビーム等の車両のフレーム部材あるいは骨格部材として、図13に示すように、断面形状がハット状にホットスタンピングされた金属部材に平板状の金属部材をスポット溶接することにより閉断面部を形成し、高い強度要求に応え得るようにした金属製管状部材が知られている。
【0003】
また、例えば特許文献1に開示されるように、強度補強のためのリブが管の内部に形成され、このリブによって管内部が2つの閉断面部に仕切られた構造の金属製管状部材も周知である。
【0004】
【特許文献1】特開平8−39177(図1、図4)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、前記特許文献では、前記閉断面金属部材は押し出し成形で製造されると記載されているが、一般に、矩形平板状ワークを曲げ成形することによって、2つの閉断面部がリブでなく凹溝で仕切られた構造の閉断面金属部材、換言すれば、凹溝を挟んで平行に延びる2つの閉断面部を有する構造の閉断面金属部材を製造することが可能である。
【0006】
すなわち、図14に例示するように、金属製の矩形平板状ワークを用い、該ワークの1対の対向縁部がワークの中央部の上に順に重合するようにワークを曲げ(図例では谷折り又は山折りし)、前記重合部(3枚重ね)をスポット溶接することにより、一方の縁部の曲げ成形で形成された閉断面部と、他方の縁部の曲げ成形で形成された閉断面部とが、両閉断面部の対向面部と前記重合部とで構成される凹溝によって仕切られた構造の閉断面金属部材を製造することが可能である。
【0007】
しかし、この場合、凹溝を構成する両閉断面部の対向面部がそれぞれワークの1層構造なので、凹溝の強度が不足するという問題がある。
【0008】
この問題に対しては、図15に例示するように、ワークの1対の対向縁部をワーク中央部の重合部で終わらせず、もう一度折り曲げて、相手側閉断面部の対向面部に重ね合わせることにより、凹溝を構成する両閉断面部の対向面部をそれぞれワークの2層構造とすることが考えられる。
【0009】
しかし、この場合、両閉断面部の対向面部がそれぞれ相手側対向縁部で良好に2層構造となるようにワークを曲げ成形することが難しいばかりでなく、この2層構造とされた両閉断面部の対向面部をスポット溶接する場合、該スポット溶接部が閉断面部に位置しているから、スポット溶接することが難しいという問題がある。
【0010】
そこで、図16に示すように、予めワークの1対の対向縁部をそれぞれ折り返してワークが2層の積層部としておき、かつ予めスポット溶接しておいて、この状態で図14と同じ要領でワークを曲げ成形することが考えられる。これによれば、両閉断面部の対向面部が予めワークの2層構造とされかつスポット溶接されているから、1対の対向縁部を相手側閉断面部の対向面部に重ね合わさずに済み、曲げ成形及び閉断面部のスポット溶接が困難になるという前記問題が解消される。
【0011】
なお、図16において、(先)は、ワーク中央部に先に重合するほう、つまり下になるほうの縁部を示し、(後)は、ワーク中央部に後に重合するほう、つまり上になるほうの縁部を示し、実線のスポット溶接は、積層部の予めのスポット溶接を示し、鎖線のスポット溶接は、重合部の後でするスポット溶接を示し、複数の平行な破線は、折り曲げ部位を示す。
【0012】
しかし、この場合、図16に拡大図示したように、ワーク中央部の重合部が5枚重ねとなるため、この部分を良好にスポット溶接することが困難になるという新たな問題が生じる。
【0013】
本発明は、凹溝を挟んで平行に延びる2つの閉断面部を有する構造の閉断面金属部材を矩形平板状ワークから製造する場合における前記のような不具合に対処するもので、凹溝の強度を確保しながら、曲げ成形及び閉断面部のスポット溶接を容易とし、かつ、ワーク中央部の重合部を良好にスポット溶接できる閉断面金属部材の製造方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
前記課題を解決するため、本発明では次のような手段を用いる。なお、以下の手段の開示において、後述する発明の実施形態で相当する符号を参考までに付記した。
【0015】
まず、本願の請求項1に記載の発明は、凹溝Gを挟んで平行に延びる2つの閉断面部C1,C2を有する閉断面金属部材Tを矩形平板状ワークW0から製造する方法であって、前記ワークW0の1対の対向縁部S0,S0をそれぞれ切り欠いて、一方の縁部S0の切欠き部m…mと他方の縁部S0の非切欠き部n…nとが対応して並ぶ第1中間加工部材W1を形成する第1工程、前記第1中間加工部材W1の前記非切欠き部n…nを折り返して(F0)、両縁部S1,S2にワークが2層の積層部A…Aと1層の単層部B…Bとが交互に並設された第2中間加工部材W2を形成する第2工程、前記第2中間加工部材W2の前記両縁部S1,S2を該第2中間加工部材W2の中央部に集めるように該第2中間加工部材W2を一方の面側に曲げる(F2,F3,F4)と共に前記両縁部S1,S2を他方の面側に曲げて(F1)、第2中間加工部材W2の中央部と一方の縁部の積層部A…A端部と他方の縁部の単層部B…B端部とが重合した第3中間加工部材W3を形成する第3工程、及び、前記第3中間加工部材W3の前記重合部Lを接合して(P3)最終加工部材Tを形成する第4工程を含むことを特徴とする。
【0016】
次に、本願の請求項2に記載の発明は、前記請求項1に記載の閉断面金属部材の製造方法であって、前記第2工程では、一方の縁部の非切欠き部n…nと他方の縁部の非切欠き部n…nとを相互に反対側に折り返し、前記第3工程では、前記非切欠き部n…nの折り返しが第2中間加工部材W2の中央部と向き合わないほうの縁部S1の積層部A…A端部を先に重合し、向き合うほうの縁部S2の積層部A…A端部を後に重合することを特徴とする。
【0017】
次に、本願の請求項3に記載の発明は、前記請求項1又は2に記載の閉断面金属部材の製造方法であって、前記第4工程の後、最終加工部材Tを長さ方向に曲げ加工する第5工程をさらに含むことを特徴とする。
【0018】
次に、本願の請求項4に記載の発明は、前記請求項3に記載の閉断面金属部材の製造方法であって、前記第5工程では、最終加工部材Tを塑性変形可能かつ焼入れ可能温度に加熱して熱間曲げ加工しかつ焼入れすることを特徴とする。
【0019】
次に、本願の請求項5に記載の発明は、前記請求項4に記載の閉断面金属部材の製造方法であって、前記第5工程では、最終加工部材Tを固定治具12及び可動治具15に通して送給しながら、両治具12,15間で前記最終加工部材Tを局部的に塑性変形可能かつ焼入れ可能温度に加熱する(13)と共に可動治具15を固定治具12の送給方向に対して傾動させることにより熱間曲げ加工し、かつ前記加熱直後に加熱部位を急冷する(14)ことにより焼入れすることを特徴とする。
【0020】
次に、本願の請求項6に記載の発明は、前記請求項1から5のいずれか1項に記載の閉断面金属部材の製造方法であって、前記最終加工部材Tは、車両のフレーム部材又は骨格部材であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0021】
まず、請求項1に記載の発明によれば、凹溝Gを挟んで平行に延びる2つの閉断面部C1,C2を有する閉断面金属部材Tを矩形平板状ワークW0から製造する方法において、まず、前記ワークW0の1対の対向縁部S0,S0をそれぞれ切り欠いて、一方の縁部の切欠き部m…mと他方の縁部の非切欠き部n…nとが対応して並ぶ第1中間加工部材W1を形成し、次いで、この第1中間加工部材W1の前記非切欠き部n…nを折り返して、両縁部S1,S2にワークが2層の積層部A…Aと1層の単層部B…Bとが交互に並設された第2中間加工部材W2を形成し、そして、この第2中間加工部材W2を図14や図16と同じ要領で曲げ成形するようにしたから、凹溝Gを構成する両閉断面部C1,C2の対向面部H1,H2がそれぞれワークの1層構造B…Bと2層構造A…Aとの混在構造となって1層構造のみより枚数が多いので凹溝Gの強度が確保され、第2中間加工部材W2の縁部S1,S2が予め部分的に2層の積層部A…Aとされて曲げ成形及び閉断面部C1,C2のスポット溶接P1,P2を容易とし、かつ、第2中間加工部材W2の中央部の重合部Lが該第2中間加工部材W2の中央部の1枚と一方の縁部の積層部A…Aの2枚と他方の縁部の単層部B…Bの1枚との4枚重ねとなって5枚重ねより枚数が少ないので良好にスポット溶接P3できることになる。
【0022】
次に、請求項2に記載の発明によれば、非切欠き部n…nの折り返しの板厚を考慮して、第2中間加工部材W2の中央部の重合部Lにおいて、先に重合される縁部S1の積層部A…Aと後に重合される縁部S2の単層部B…Bが向き合い、かつ先に重合される縁部S1の単層部B…Bと後に重合される縁部S2の積層部A…Aが向き合いうこととなり、積層部A…Aの凸部と単層部B…Bの凹部とが嵌り合い、その結果、力をかけなくても縁部S1,S2同士あるいは層A,B同士が容易に密着して、重合部Lのスポット溶接P3がさらに良好に行われることとなる。
【0023】
次に、請求項3に記載の発明によれば、最終加工部材Tが長さ方向に曲げ加工された製品が製造されることとなる。この場合、長さ方向に延びる凹溝Gを構成する両閉断面部C1,C2の対向面部H1,H2がそれぞれワークの1層構造B…Bと2層構造A…Aとの混在構造となっているから、全面的に2層構造となっている場合に比べて、曲げ加工時の曲げ抵抗が小さくなり、曲げ加工精度が向上するという利点が得られる。
【0024】
次に、請求項4に記載の発明によれば、最終加工部材Tの熱間曲げ加工と焼入れとが同時に行われることとなる。この場合、長さ方向に延びる凹溝Gを構成する両閉断面部C1,C2の対向面部H1,H2及び重合部Lは、その他の部分よりも形状的に窪んだ部位にあって加熱され難く冷却され難いから、焼入れによる強度向上の効果がその他の部分に比べて小さいものとなるが、凹溝Gを構成する両閉断面部C1,C2の対向面部H1,H2がそれぞれワークの1層構造B…Bと2層構造A…Aとの混在構造となって1層構造のみより枚数が多いので凹溝Gの強度が確保されており、かつ、重合部Lが4枚重ねとなって同じく凹溝Gの強度が確保されているから、前記焼入れ不足に起因する強度不足の問題が解消されることとなる。
【0025】
次に、請求項5に記載の発明によれば、曲げ加工の手法として押し通し曲げを適用して、最終加工部材Tを局部的に加熱、曲げ、冷却するようにしたから、最終加工部材を効率よく、確実、容易に熱間曲げ加工しかつ焼入れすることが可能となる。
【0026】
次に、請求項6に記載の発明によれば、前記請求項1から5のいずれか1項に記載の発明の特徴を具備した車両のフレーム部材又は骨格部材が製造されることとなる。以下、発明の最良の実施の形態を通して本発明をさらに詳しく説述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0027】
図1は、本実施形態に係る閉断面金属部材Tの構造を示す断面図である。この閉断面金属部材Tは、凹溝Gを挟んで平行に延びる2つの閉断面部C1,C2を有する長尺な管状部材である。なお、図中、符号H1,H2は、両閉断面部C1,C2の対向面部(あるいは凹溝Gの対向面部)、符号Lは重合部、符号P1〜P3はスポット溶接部である。
【0028】
前記閉断面金属部材Tは、図2に示す矩形平板状ワークW0を用いて製造される。まず、第1工程では、前記矩形平板状ワークW0の1対の対向縁部S0,S0をそれぞれ切り欠いて、図3に示すように、一方の縁部S0の切欠き部m…mと、他方の縁部S0の非切欠き部(突片部)n…nとが対応して並ぶ第1中間加工部材W1を形成する。なお、図中、符号F0は、前記突片部n…nの折り返し部位である。
【0029】
次いで、第2工程では、前記第1中間加工部材W1の前記突片部n…nを折り返し部位F0で折り返して、図4に示すように、両縁部S1,S2にワークが2層の積層部A…Aと1層の単層部B…Bとが交互に並設された第2中間加工部材W2を形成する。その場合、一方の縁部S1の突片部n…nと他方の縁部S2の突片部n…nとを相互に反対側に折り返す。また、2層の積層部A…Aを予めスポット溶接P1…P1,P2…P2しておく。なお、図中、符号F1〜F4は、折り曲げ部位、(先)は、第2中間加工部材W2の中央部に先に重合するほう、つまり下になるほうの縁部、(後)は、第2中間加工部材W2の中央部に後に重合するほう、つまり上になるほうの縁部、実線のスポット溶接部P1…P1,P2…P2は、積層部A…Aの予めのスポット溶接部、鎖線のスポット溶接部P3…P3は、重合部Lの後でするスポット溶接部である。
【0030】
次いで、第3工程では、前記第2中間加工部材W2の前記両縁部S1,S2を該第2中間加工部材W2の中央部に集めるように該第2中間加工部材W2を折り曲げ部位F2,F3,F4で一方の面側(図4において上面側)に折り曲げる(図1において山折りする)と共に前記両縁部S1,S2を折り曲げ部位F1で他方の面側(図4において下面側)に折り曲げて(図1において谷折りする)、第2中間加工部材W2の中央部と一方の縁部S1の積層部A…A端部と他方の縁部S2の単層部B…B端部とが重合した(同時に第2中間加工部材W2の中央部と一方の縁部S1の単層部B…B端部と他方の縁部S2の積層部A…A端部とが重合した)第3中間加工部材W3を形成する。その場合、図5及び図6に示すように、前記突片部n…nの折り返しが第2中間加工部材W2の中央部と向き合わないほうの縁部S1の積層部A…A端部を先に重合し、向き合うほうの縁部S2の積層部A…A端部を後に重合する。なお、図6において、便宜上、積層部A…Aの2層構造を示す上下層間の境界線は省略してある(図9も同様)。
【0031】
そして、第4工程では、前記第3中間加工部材W3の前記重合部Lをスポット溶接P3…P3で接合して最終加工部材Tを形成する。
【0032】
図7は、図4に対応して、第2実施形態における第2中間加工部材W2の斜視図、図8は、図5に対応して、図7の矢印iv,vにおける重合部の拡大断面図、図9は、図6に対応して、図8の矢印viにおける重合部の拡大断面図である。
【0033】
この第2実施形態では、前記第2工程において、両縁部S1,S2の突片部n…nを相互に同じ側に折り返している点が異なる他は、第1実施形態と同様であるので、これ以上の重複説明は省略する。その結果、図9から明らかなように、第2中間加工部材W2の中央部の重合部Lにおいて、両縁部S1,S2の積層部A…Aと単層部B…Bとが向き合うことがなく、積層部A…Aの凸部と単層部B…Bの凹部とが嵌り合うことがないから、重合部Lのスポット溶接P3は、力をかけて縁部S1,S2同士あるいは層A,B同士を密着させて行う。
【0034】
図10は、本発明の最良の実施の形態に係る閉断面金属部材Tの熱間曲げ加工装置1の全体構成を示す斜視図である。
【0035】
この熱間曲げ加工装置1は、曲げ加工の手法として押し通し曲げを適用するもので、水平方向に延びる閉断面金属部材Tの終端部を保持する閉断面金属部材保持装置10を有する。保持装置10は軌道11の上を移動自在に構成されている。保持装置10の前方には、上流側から、固定ローラ12…12、誘導加熱コイル13、冷却水噴射装置14、及び可動ローラ15,15がこの順に配設されている。
【0036】
固定治具としての固定ローラ12…12は、前後2段階に閉断面金属部材Tを両側から挟み付けて閉断面金属部材Tの送給方向を決定する。
【0037】
加熱装置としての誘導加熱コイル13は、閉断面金属部材Tを取り囲む形状で、取り囲んだ範囲及びその周辺において閉断面金属部材Tを局部的に所定温度(閉断面金属部材Tの塑性変形可能かつ焼入れ可能温度)に加熱する。
【0038】
急冷装置としての冷却水噴射装置14は、閉断面金属部材Tを取り囲む形状で、取り囲んだ範囲及びその周辺においてノズルから閉断面金属部材Tに冷却水を局部的に噴射して閉断面金属部材Tを急冷する。
【0039】
可動治具としての可動ローラ15,15は、ハウジング16に収容されて閉断面金属部材Tを両側から挟み付ける。そして、前記固定ローラ12…12の閉断面金属部材送給方向と同じ方向(x軸方向)に移動自在、前記固定ローラ12…12の閉断面金属部材送給方向と水平方向に直行する方向(y軸方向)に移動自在、前記固定ローラ12…12の閉断面金属部材送給方向と垂直方向に直行する方向(z軸方向)に移動自在、y軸周りに回動自在、及びz軸周りに回動自在に構成されている。そして、これらの動きが組み合わされて、可動ローラ15,15は、固定ローラ12…12の閉断面金属部材送給方向に対して傾動し、これにより閉断面金属部材Tに曲げ応力を与えて、該閉断面金属部材Tを誘導加熱コイル13で加熱された部位(後述するように曲げ加工部位R)において長さ方向に曲げ加工する。
【0040】
この熱間曲げ加工装置1で曲げ加工した後の又は曲げ加工する前の閉断面金属部材Tは、車両のフロントサイドフレーム、リヤサイドフレーム、バンパーレインフォースメント、ダッシュクロスメンバ、ショットガン、ルーフサイドレインフォースメント等、車両のフレーム部材や骨格部材に使用され得る。
【0041】
図11は、この熱間曲げ加工装置1の制御システム図である。この曲げ加工装置1は、前記保持装置10を軌道11上で移動させるための(換言すれば閉断面金属部材Tを送給するための)閉断面金属部材送給アクチュエータ21、前記誘導加熱コイル13、前記冷却水噴射装置14、前記可動ローラ15,15をx軸方向、y軸方向、z軸方向に移動させるためのアクチュエータ22,23,24、及びy軸周り、z軸周りに回動させるためのアクチュエータ25,26に制御信号を出力して、この曲げ加工装置1が行う閉断面金属部材Tの熱間曲げ加工動作を統括制御するコントロールユニット20を備えている。
【0042】
図12は、この熱間曲げ加工装置1が行う閉断面金属部材Tの熱間曲げ加工動作(第5工程)の具体的1例を(a),(b),(c),(d)の順に示す工程図である。
【0043】
まず、図12(a)に示すように、閉断面金属部材Tは、固定ローラ12…12及び可動ローラ15,15を通過して送給される。そして、その送給に伴い、予め決定された閉断面金属部材Tの曲げ加工部位(Rとする)が誘導加熱コイル13に近づいて来る。
【0044】
そして、図12(b)に示すように、曲げ加工部位Rの前端部が誘導加熱コイル13に入ると、誘導加熱コイル13が作動して、該曲げ加工部位Rだけが、局部的に、閉断面金属部材Tの塑性変形可能かつ焼入れ可能温度に加熱される(図中ドットを施した部分)。
【0045】
なお、曲げ加工部位Rの前端部が誘導加熱コイル13に入ったことの判定は、コントロールユニット20のメモリ(図示せず)に予め登録された曲げ加工部位Rの閉断面金属部材Tにおける位置、誘導加熱コイル13の位置、及び閉断面金属部材Tの送給速さ等に基き判定される。あるいは、曲げ加工部位Rの前端部を閉断面金属部材Tの表面にマーキングしておき、該マーキングを適宜センサで直接検出するようにしてもよい。
【0046】
そして、誘導加熱コイル13による曲げ加工部位Rの加熱が開始すると、図12(c)に示すように、可動ローラ15が固定ローラ12の閉断面金属部材送給方向に対して傾動する。これにより、閉断面金属部材Tに曲げ応力が加えられて、誘導加熱コイル13で加熱された部位、すなわち曲げ加工部位Rにおいて閉断面金属部材Tが曲げ加工される。
【0047】
しかも、同じく図12(c)に示すように、誘導加熱コイル13による曲げ加工部位Rの加熱が開始し、可動ローラ15による曲げ加工が開始すると、冷却水噴射装置14が作動して、加熱され曲げ加工された曲げ加工部位Rが、局部的に、冷却される。これにより、曲げ加工部位Rが焼入れされて、曲げ加工と同時に閉断面金属部材Tの強度が高められることになる。
【0048】
そして、図12(d)に示すように、曲げ加工部位Rの後端部が誘導加熱コイル13から出た後は、誘導加熱コイル13の作動、可動ローラ15の傾動、及び冷却水噴射装置14の作動が停止して、閉断面金属部材Tの曲げ加工及び焼入れが終了することとなる。
【0049】
なお、曲げ加工部位Rの後端部が誘導加熱コイル13から出たことの判定も、コントロールユニット20のメモリ(図示せず)に予め登録された曲げ加工部位Rの閉断面金属部材Tにおける位置、誘導加熱コイル13の位置、及び閉断面金属部材Tの送給速さ等に基き判定される。あるいは、曲げ加工部位Rの後端部を閉断面金属部材Tの表面にマーキングしておき、該マーキングを適宜センサで直接検出するようにしてもよい。
【0050】
以上のように、第1、第2実施形態によれば、凹溝Gを挟んで平行に延びる2つの閉断面部C1,C2を有する閉断面金属部材T(図1参照)を矩形平板状ワークW0(図2参照)から製造する方法において、まず、前記ワークW0の1対の対向縁部S0,S0をそれぞれ切り欠いて、一方の縁部の切欠き部m…mと他方の縁部の非切欠き部n…nとが対応して並ぶ第1中間加工部材W1を形成し(図3参照)、次いで、この第1中間加工部材W1の前記非切欠き部n…nを折り返して(折り返し部位F0)、両縁部S1,S2にワークが2層の積層部A…Aと1層の単層部B…Bとが交互に並設された第2中間加工部材W2を形成し(図4、図7参照)、そして、この第2中間加工部材W2の前記両縁部S1,S2を該第2中間加工部材W2の中央部に集めるように該第2中間加工部材W2を一方の面側に曲げる(折り曲げ部位F2,F3,F4)と共に前記両縁部S1,S2を他方の面側に曲げて(折り曲げ部位F1)、第2中間加工部材W2の中央部と一方の縁部の積層部A…A端部と他方の縁部の単層部B…B端部とが重合した第3中間加工部材W3を形成する(図5及び図6、図8及び図9参照)ようにしたから、凹溝Gを構成する両閉断面部C1,C2の対向面部H1,H2がそれぞれワークの1層構造B…Bと2層構造A…Aとの混在構造となって1層構造のみより枚数が多いので凹溝Gの強度が確保され、第2中間加工部材W2の縁部S1,S2が予め部分的に2層の積層部A…Aとされて曲げ成形及び閉断面部C1,C2のスポット溶接P1,P2を容易とし、かつ、第2中間加工部材W2の中央部の重合部Lが該第2中間加工部材W2の中央部の1枚と一方の縁部の積層部A…Aの2枚と他方の縁部の単層部B…Bの1枚との4枚重ねとなって5枚重ねより枚数が少ないので良好にスポット溶接P3できることになる。
【0051】
その場合に、第1実施形態によれば、非切欠き部n…nの折り返しの板厚を考慮して、第2中間加工部材W2の中央部の重合部Lにおいて、先に重合される縁部S1の積層部A…Aと後に重合される縁部S2の単層部B…Bが向き合い、かつ先に重合される縁部S1の単層部B…Bと後に重合される縁部S2の積層部A…Aが向き合いうこととなり(図6参照)、積層部A…Aの凸部と単層部B…Bの凹部とが嵌り合い、その結果、力をかけなくても縁部S1,S2同士あるいは層A,B同士が容易に密着して、重合部Lのスポット溶接P3がさらに良好に行われることとなる。
【0052】
また、第1、第2実施形態によれば、最終加工部材Tが長さ方向に曲げ加工された製品が製造されることとなる(図10参照)。この場合、長さ方向に延びる凹溝Gを構成する両閉断面部C1,C2の対向面部H1,H2がそれぞれワークの1層構造B…Bと2層構造A…Aとの混在構造となっているから、全面的に2層構造となっている場合に比べて、曲げ加工時の曲げ抵抗が小さくなり、曲げ加工精度が向上するという利点が得られる。
【0053】
また、第1、第2実施形態によれば、最終加工部材Tの熱間曲げ加工と焼入れとが同時に行われることとなる(図10参照)。この場合、長さ方向に延びる凹溝Gを構成する両閉断面部C1,C2の対向面部H1,H2及び重合部Lは、その他の部分よりも形状的に窪んだ部位にあって加熱され難く冷却され難いから(図1参照)、焼入れによる強度向上の効果がその他の部分に比べて小さいものとなるが、凹溝Gを構成する両閉断面部C1,C2の対向面部H1,H2がそれぞれワークの1層構造B…Bと2層構造A…Aとの混在構造となって1層構造のみより枚数が多いので凹溝Gの強度が確保されており、かつ、重合部Lが4枚重ねとなって同じく凹溝Gの強度が確保されているから、前記焼入れ不足に起因する強度不足の問題が解消されることとなる。
【0054】
また、第1、第2実施形態によれば、曲げ加工の手法として押し通し曲げを適用して、最終加工部材Tを局部的に加熱、曲げ、冷却するようにしたから(図12参照)、最終加工部材を効率よく、確実、容易に熱間曲げ加工しかつ焼入れすることが可能となる。
【0055】
また、第1、第2実施形態によれば、前記請求項1から5のいずれか1項に記載の発明の特徴を具備した車両のフレーム部材又は骨格部材が製造されることとなる。
【0056】
なお、閉断面金属部材Tとしては、曲げ成形を部位F1〜F4での折り曲げ成形とした角柱状に限らず、折り目(角)を付けない円柱状やその他の形状でもよい。また、強度や板厚等の特性が相異なる複数の異種の金属材同士をつなぎ合わせたテーラードチューブでもよい。また、閉断面金属部材Tの製品としての用途は、車両部品に限らず、建築資材やその他の用途でもよい。
【0057】
また、曲げ加工の手法としては、押し通し曲げに限らず、回転引曲げ、圧縮曲げ、ロール曲げ、プレス曲げ、引張り曲げやその他の手法でもよい。
【0058】
また、切欠き部m…mあるいは非切欠き部n…nの幅や間隔は一定でなくてもよい。さらに、重合部Lのスポット溶接部P3において5枚重ねにならない限り、積層部A…Aの凸部と単層部B…Bの凹部とは必ずしも隙間なく嵌り合わなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0059】
以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、凹溝を挟んで平行に延びる2つの閉断面部を有する構造の閉断面金属部材を矩形平板状ワークから製造する場合において、凹溝の強度を確保しながら、曲げ成形及び閉断面部のスポット溶接を容易とし、かつ、ワーク中央部の重合部を良好にスポット溶接できる閉断面金属部材の製造方法を提供する技術であるから、金属加工の技術分野において広範な産業上の利用可能性が期待される。
【図面の簡単な説明】
【0060】
【図1】本発明の最良の実施の形態に係る閉断面金属部材の構造を示す断面図である。
【図2】前記閉断面金属部材の製造に用いる矩形平板状ワークの平面図である。
【図3】前記閉断面金属部材の製造途中の第1中間加工部材の平面図である。
【図4】第1実施形態における前記閉断面金属部材の製造途中の第2中間加工部材の斜視図である。
【図5】図4の矢印i,iiにおける重合部の拡大断面図である。
【図6】図5の矢印iiiにおける重合部の拡大断面図である。
【図7】第2実施形態における前記閉断面金属部材の製造途中の第2中間加工部材の斜視図である。
【図8】図7の矢印iv,vにおける重合部の拡大断面図である。
【図9】図8の矢印viにおける重合部の拡大断面図である。
【図10】本発明の最良の実施の形態に係る閉断面金属部材の熱間曲げ加工装置の全体構成を示す斜視図である。
【図11】前記熱間曲げ加工装置の制御システム図である。
【図12】前記熱間曲げ加工装置が行う熱間曲げ加工動作の具体的1例を(a),(b),(c),(d)の順に示す工程図である。
【図13】従来技術の説明図である。
【図14】別の従来技術の説明図である。
【図15】さらに別の従来技術の説明図である。
【図16】さらに別の従来技術の説明図である。
【符号の説明】
【0061】
1 閉断面金属部材の熱間曲げ加工装置
A 積層部
B 単層部
C1,C2 閉断面部
F0 折り返し部位
F1〜F4 折り曲げ部位
G 凹溝
L 重合部
m 切欠き部
n 非切欠き部(突片部)
P1〜P3 スポット溶接部
S0 矩形平板状ワークの対向縁部
S1,S2 第2中間加工部材の両縁部
T 閉断面金属部材、最終加工部材
W0 矩形平板状ワーク
W1 第1中間加工部材
W2 第2中間加工部材
W3 第3中間加工部材
【技術分野】
【0001】
本発明は、閉断面金属部材の製造方法、より詳しくは、凹溝を挟んで平行に延びる2つの閉断面部を有する構造の閉断面金属部材を矩形平板状ワークから製造する方法に関し、金属加工の技術分野に属する。
【背景技術】
【0002】
従来、バンパーレインフォースメントやドアインパクトビーム等の車両のフレーム部材あるいは骨格部材として、図13に示すように、断面形状がハット状にホットスタンピングされた金属部材に平板状の金属部材をスポット溶接することにより閉断面部を形成し、高い強度要求に応え得るようにした金属製管状部材が知られている。
【0003】
また、例えば特許文献1に開示されるように、強度補強のためのリブが管の内部に形成され、このリブによって管内部が2つの閉断面部に仕切られた構造の金属製管状部材も周知である。
【0004】
【特許文献1】特開平8−39177(図1、図4)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、前記特許文献では、前記閉断面金属部材は押し出し成形で製造されると記載されているが、一般に、矩形平板状ワークを曲げ成形することによって、2つの閉断面部がリブでなく凹溝で仕切られた構造の閉断面金属部材、換言すれば、凹溝を挟んで平行に延びる2つの閉断面部を有する構造の閉断面金属部材を製造することが可能である。
【0006】
すなわち、図14に例示するように、金属製の矩形平板状ワークを用い、該ワークの1対の対向縁部がワークの中央部の上に順に重合するようにワークを曲げ(図例では谷折り又は山折りし)、前記重合部(3枚重ね)をスポット溶接することにより、一方の縁部の曲げ成形で形成された閉断面部と、他方の縁部の曲げ成形で形成された閉断面部とが、両閉断面部の対向面部と前記重合部とで構成される凹溝によって仕切られた構造の閉断面金属部材を製造することが可能である。
【0007】
しかし、この場合、凹溝を構成する両閉断面部の対向面部がそれぞれワークの1層構造なので、凹溝の強度が不足するという問題がある。
【0008】
この問題に対しては、図15に例示するように、ワークの1対の対向縁部をワーク中央部の重合部で終わらせず、もう一度折り曲げて、相手側閉断面部の対向面部に重ね合わせることにより、凹溝を構成する両閉断面部の対向面部をそれぞれワークの2層構造とすることが考えられる。
【0009】
しかし、この場合、両閉断面部の対向面部がそれぞれ相手側対向縁部で良好に2層構造となるようにワークを曲げ成形することが難しいばかりでなく、この2層構造とされた両閉断面部の対向面部をスポット溶接する場合、該スポット溶接部が閉断面部に位置しているから、スポット溶接することが難しいという問題がある。
【0010】
そこで、図16に示すように、予めワークの1対の対向縁部をそれぞれ折り返してワークが2層の積層部としておき、かつ予めスポット溶接しておいて、この状態で図14と同じ要領でワークを曲げ成形することが考えられる。これによれば、両閉断面部の対向面部が予めワークの2層構造とされかつスポット溶接されているから、1対の対向縁部を相手側閉断面部の対向面部に重ね合わさずに済み、曲げ成形及び閉断面部のスポット溶接が困難になるという前記問題が解消される。
【0011】
なお、図16において、(先)は、ワーク中央部に先に重合するほう、つまり下になるほうの縁部を示し、(後)は、ワーク中央部に後に重合するほう、つまり上になるほうの縁部を示し、実線のスポット溶接は、積層部の予めのスポット溶接を示し、鎖線のスポット溶接は、重合部の後でするスポット溶接を示し、複数の平行な破線は、折り曲げ部位を示す。
【0012】
しかし、この場合、図16に拡大図示したように、ワーク中央部の重合部が5枚重ねとなるため、この部分を良好にスポット溶接することが困難になるという新たな問題が生じる。
【0013】
本発明は、凹溝を挟んで平行に延びる2つの閉断面部を有する構造の閉断面金属部材を矩形平板状ワークから製造する場合における前記のような不具合に対処するもので、凹溝の強度を確保しながら、曲げ成形及び閉断面部のスポット溶接を容易とし、かつ、ワーク中央部の重合部を良好にスポット溶接できる閉断面金属部材の製造方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
前記課題を解決するため、本発明では次のような手段を用いる。なお、以下の手段の開示において、後述する発明の実施形態で相当する符号を参考までに付記した。
【0015】
まず、本願の請求項1に記載の発明は、凹溝Gを挟んで平行に延びる2つの閉断面部C1,C2を有する閉断面金属部材Tを矩形平板状ワークW0から製造する方法であって、前記ワークW0の1対の対向縁部S0,S0をそれぞれ切り欠いて、一方の縁部S0の切欠き部m…mと他方の縁部S0の非切欠き部n…nとが対応して並ぶ第1中間加工部材W1を形成する第1工程、前記第1中間加工部材W1の前記非切欠き部n…nを折り返して(F0)、両縁部S1,S2にワークが2層の積層部A…Aと1層の単層部B…Bとが交互に並設された第2中間加工部材W2を形成する第2工程、前記第2中間加工部材W2の前記両縁部S1,S2を該第2中間加工部材W2の中央部に集めるように該第2中間加工部材W2を一方の面側に曲げる(F2,F3,F4)と共に前記両縁部S1,S2を他方の面側に曲げて(F1)、第2中間加工部材W2の中央部と一方の縁部の積層部A…A端部と他方の縁部の単層部B…B端部とが重合した第3中間加工部材W3を形成する第3工程、及び、前記第3中間加工部材W3の前記重合部Lを接合して(P3)最終加工部材Tを形成する第4工程を含むことを特徴とする。
【0016】
次に、本願の請求項2に記載の発明は、前記請求項1に記載の閉断面金属部材の製造方法であって、前記第2工程では、一方の縁部の非切欠き部n…nと他方の縁部の非切欠き部n…nとを相互に反対側に折り返し、前記第3工程では、前記非切欠き部n…nの折り返しが第2中間加工部材W2の中央部と向き合わないほうの縁部S1の積層部A…A端部を先に重合し、向き合うほうの縁部S2の積層部A…A端部を後に重合することを特徴とする。
【0017】
次に、本願の請求項3に記載の発明は、前記請求項1又は2に記載の閉断面金属部材の製造方法であって、前記第4工程の後、最終加工部材Tを長さ方向に曲げ加工する第5工程をさらに含むことを特徴とする。
【0018】
次に、本願の請求項4に記載の発明は、前記請求項3に記載の閉断面金属部材の製造方法であって、前記第5工程では、最終加工部材Tを塑性変形可能かつ焼入れ可能温度に加熱して熱間曲げ加工しかつ焼入れすることを特徴とする。
【0019】
次に、本願の請求項5に記載の発明は、前記請求項4に記載の閉断面金属部材の製造方法であって、前記第5工程では、最終加工部材Tを固定治具12及び可動治具15に通して送給しながら、両治具12,15間で前記最終加工部材Tを局部的に塑性変形可能かつ焼入れ可能温度に加熱する(13)と共に可動治具15を固定治具12の送給方向に対して傾動させることにより熱間曲げ加工し、かつ前記加熱直後に加熱部位を急冷する(14)ことにより焼入れすることを特徴とする。
【0020】
次に、本願の請求項6に記載の発明は、前記請求項1から5のいずれか1項に記載の閉断面金属部材の製造方法であって、前記最終加工部材Tは、車両のフレーム部材又は骨格部材であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0021】
まず、請求項1に記載の発明によれば、凹溝Gを挟んで平行に延びる2つの閉断面部C1,C2を有する閉断面金属部材Tを矩形平板状ワークW0から製造する方法において、まず、前記ワークW0の1対の対向縁部S0,S0をそれぞれ切り欠いて、一方の縁部の切欠き部m…mと他方の縁部の非切欠き部n…nとが対応して並ぶ第1中間加工部材W1を形成し、次いで、この第1中間加工部材W1の前記非切欠き部n…nを折り返して、両縁部S1,S2にワークが2層の積層部A…Aと1層の単層部B…Bとが交互に並設された第2中間加工部材W2を形成し、そして、この第2中間加工部材W2を図14や図16と同じ要領で曲げ成形するようにしたから、凹溝Gを構成する両閉断面部C1,C2の対向面部H1,H2がそれぞれワークの1層構造B…Bと2層構造A…Aとの混在構造となって1層構造のみより枚数が多いので凹溝Gの強度が確保され、第2中間加工部材W2の縁部S1,S2が予め部分的に2層の積層部A…Aとされて曲げ成形及び閉断面部C1,C2のスポット溶接P1,P2を容易とし、かつ、第2中間加工部材W2の中央部の重合部Lが該第2中間加工部材W2の中央部の1枚と一方の縁部の積層部A…Aの2枚と他方の縁部の単層部B…Bの1枚との4枚重ねとなって5枚重ねより枚数が少ないので良好にスポット溶接P3できることになる。
【0022】
次に、請求項2に記載の発明によれば、非切欠き部n…nの折り返しの板厚を考慮して、第2中間加工部材W2の中央部の重合部Lにおいて、先に重合される縁部S1の積層部A…Aと後に重合される縁部S2の単層部B…Bが向き合い、かつ先に重合される縁部S1の単層部B…Bと後に重合される縁部S2の積層部A…Aが向き合いうこととなり、積層部A…Aの凸部と単層部B…Bの凹部とが嵌り合い、その結果、力をかけなくても縁部S1,S2同士あるいは層A,B同士が容易に密着して、重合部Lのスポット溶接P3がさらに良好に行われることとなる。
【0023】
次に、請求項3に記載の発明によれば、最終加工部材Tが長さ方向に曲げ加工された製品が製造されることとなる。この場合、長さ方向に延びる凹溝Gを構成する両閉断面部C1,C2の対向面部H1,H2がそれぞれワークの1層構造B…Bと2層構造A…Aとの混在構造となっているから、全面的に2層構造となっている場合に比べて、曲げ加工時の曲げ抵抗が小さくなり、曲げ加工精度が向上するという利点が得られる。
【0024】
次に、請求項4に記載の発明によれば、最終加工部材Tの熱間曲げ加工と焼入れとが同時に行われることとなる。この場合、長さ方向に延びる凹溝Gを構成する両閉断面部C1,C2の対向面部H1,H2及び重合部Lは、その他の部分よりも形状的に窪んだ部位にあって加熱され難く冷却され難いから、焼入れによる強度向上の効果がその他の部分に比べて小さいものとなるが、凹溝Gを構成する両閉断面部C1,C2の対向面部H1,H2がそれぞれワークの1層構造B…Bと2層構造A…Aとの混在構造となって1層構造のみより枚数が多いので凹溝Gの強度が確保されており、かつ、重合部Lが4枚重ねとなって同じく凹溝Gの強度が確保されているから、前記焼入れ不足に起因する強度不足の問題が解消されることとなる。
【0025】
次に、請求項5に記載の発明によれば、曲げ加工の手法として押し通し曲げを適用して、最終加工部材Tを局部的に加熱、曲げ、冷却するようにしたから、最終加工部材を効率よく、確実、容易に熱間曲げ加工しかつ焼入れすることが可能となる。
【0026】
次に、請求項6に記載の発明によれば、前記請求項1から5のいずれか1項に記載の発明の特徴を具備した車両のフレーム部材又は骨格部材が製造されることとなる。以下、発明の最良の実施の形態を通して本発明をさらに詳しく説述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0027】
図1は、本実施形態に係る閉断面金属部材Tの構造を示す断面図である。この閉断面金属部材Tは、凹溝Gを挟んで平行に延びる2つの閉断面部C1,C2を有する長尺な管状部材である。なお、図中、符号H1,H2は、両閉断面部C1,C2の対向面部(あるいは凹溝Gの対向面部)、符号Lは重合部、符号P1〜P3はスポット溶接部である。
【0028】
前記閉断面金属部材Tは、図2に示す矩形平板状ワークW0を用いて製造される。まず、第1工程では、前記矩形平板状ワークW0の1対の対向縁部S0,S0をそれぞれ切り欠いて、図3に示すように、一方の縁部S0の切欠き部m…mと、他方の縁部S0の非切欠き部(突片部)n…nとが対応して並ぶ第1中間加工部材W1を形成する。なお、図中、符号F0は、前記突片部n…nの折り返し部位である。
【0029】
次いで、第2工程では、前記第1中間加工部材W1の前記突片部n…nを折り返し部位F0で折り返して、図4に示すように、両縁部S1,S2にワークが2層の積層部A…Aと1層の単層部B…Bとが交互に並設された第2中間加工部材W2を形成する。その場合、一方の縁部S1の突片部n…nと他方の縁部S2の突片部n…nとを相互に反対側に折り返す。また、2層の積層部A…Aを予めスポット溶接P1…P1,P2…P2しておく。なお、図中、符号F1〜F4は、折り曲げ部位、(先)は、第2中間加工部材W2の中央部に先に重合するほう、つまり下になるほうの縁部、(後)は、第2中間加工部材W2の中央部に後に重合するほう、つまり上になるほうの縁部、実線のスポット溶接部P1…P1,P2…P2は、積層部A…Aの予めのスポット溶接部、鎖線のスポット溶接部P3…P3は、重合部Lの後でするスポット溶接部である。
【0030】
次いで、第3工程では、前記第2中間加工部材W2の前記両縁部S1,S2を該第2中間加工部材W2の中央部に集めるように該第2中間加工部材W2を折り曲げ部位F2,F3,F4で一方の面側(図4において上面側)に折り曲げる(図1において山折りする)と共に前記両縁部S1,S2を折り曲げ部位F1で他方の面側(図4において下面側)に折り曲げて(図1において谷折りする)、第2中間加工部材W2の中央部と一方の縁部S1の積層部A…A端部と他方の縁部S2の単層部B…B端部とが重合した(同時に第2中間加工部材W2の中央部と一方の縁部S1の単層部B…B端部と他方の縁部S2の積層部A…A端部とが重合した)第3中間加工部材W3を形成する。その場合、図5及び図6に示すように、前記突片部n…nの折り返しが第2中間加工部材W2の中央部と向き合わないほうの縁部S1の積層部A…A端部を先に重合し、向き合うほうの縁部S2の積層部A…A端部を後に重合する。なお、図6において、便宜上、積層部A…Aの2層構造を示す上下層間の境界線は省略してある(図9も同様)。
【0031】
そして、第4工程では、前記第3中間加工部材W3の前記重合部Lをスポット溶接P3…P3で接合して最終加工部材Tを形成する。
【0032】
図7は、図4に対応して、第2実施形態における第2中間加工部材W2の斜視図、図8は、図5に対応して、図7の矢印iv,vにおける重合部の拡大断面図、図9は、図6に対応して、図8の矢印viにおける重合部の拡大断面図である。
【0033】
この第2実施形態では、前記第2工程において、両縁部S1,S2の突片部n…nを相互に同じ側に折り返している点が異なる他は、第1実施形態と同様であるので、これ以上の重複説明は省略する。その結果、図9から明らかなように、第2中間加工部材W2の中央部の重合部Lにおいて、両縁部S1,S2の積層部A…Aと単層部B…Bとが向き合うことがなく、積層部A…Aの凸部と単層部B…Bの凹部とが嵌り合うことがないから、重合部Lのスポット溶接P3は、力をかけて縁部S1,S2同士あるいは層A,B同士を密着させて行う。
【0034】
図10は、本発明の最良の実施の形態に係る閉断面金属部材Tの熱間曲げ加工装置1の全体構成を示す斜視図である。
【0035】
この熱間曲げ加工装置1は、曲げ加工の手法として押し通し曲げを適用するもので、水平方向に延びる閉断面金属部材Tの終端部を保持する閉断面金属部材保持装置10を有する。保持装置10は軌道11の上を移動自在に構成されている。保持装置10の前方には、上流側から、固定ローラ12…12、誘導加熱コイル13、冷却水噴射装置14、及び可動ローラ15,15がこの順に配設されている。
【0036】
固定治具としての固定ローラ12…12は、前後2段階に閉断面金属部材Tを両側から挟み付けて閉断面金属部材Tの送給方向を決定する。
【0037】
加熱装置としての誘導加熱コイル13は、閉断面金属部材Tを取り囲む形状で、取り囲んだ範囲及びその周辺において閉断面金属部材Tを局部的に所定温度(閉断面金属部材Tの塑性変形可能かつ焼入れ可能温度)に加熱する。
【0038】
急冷装置としての冷却水噴射装置14は、閉断面金属部材Tを取り囲む形状で、取り囲んだ範囲及びその周辺においてノズルから閉断面金属部材Tに冷却水を局部的に噴射して閉断面金属部材Tを急冷する。
【0039】
可動治具としての可動ローラ15,15は、ハウジング16に収容されて閉断面金属部材Tを両側から挟み付ける。そして、前記固定ローラ12…12の閉断面金属部材送給方向と同じ方向(x軸方向)に移動自在、前記固定ローラ12…12の閉断面金属部材送給方向と水平方向に直行する方向(y軸方向)に移動自在、前記固定ローラ12…12の閉断面金属部材送給方向と垂直方向に直行する方向(z軸方向)に移動自在、y軸周りに回動自在、及びz軸周りに回動自在に構成されている。そして、これらの動きが組み合わされて、可動ローラ15,15は、固定ローラ12…12の閉断面金属部材送給方向に対して傾動し、これにより閉断面金属部材Tに曲げ応力を与えて、該閉断面金属部材Tを誘導加熱コイル13で加熱された部位(後述するように曲げ加工部位R)において長さ方向に曲げ加工する。
【0040】
この熱間曲げ加工装置1で曲げ加工した後の又は曲げ加工する前の閉断面金属部材Tは、車両のフロントサイドフレーム、リヤサイドフレーム、バンパーレインフォースメント、ダッシュクロスメンバ、ショットガン、ルーフサイドレインフォースメント等、車両のフレーム部材や骨格部材に使用され得る。
【0041】
図11は、この熱間曲げ加工装置1の制御システム図である。この曲げ加工装置1は、前記保持装置10を軌道11上で移動させるための(換言すれば閉断面金属部材Tを送給するための)閉断面金属部材送給アクチュエータ21、前記誘導加熱コイル13、前記冷却水噴射装置14、前記可動ローラ15,15をx軸方向、y軸方向、z軸方向に移動させるためのアクチュエータ22,23,24、及びy軸周り、z軸周りに回動させるためのアクチュエータ25,26に制御信号を出力して、この曲げ加工装置1が行う閉断面金属部材Tの熱間曲げ加工動作を統括制御するコントロールユニット20を備えている。
【0042】
図12は、この熱間曲げ加工装置1が行う閉断面金属部材Tの熱間曲げ加工動作(第5工程)の具体的1例を(a),(b),(c),(d)の順に示す工程図である。
【0043】
まず、図12(a)に示すように、閉断面金属部材Tは、固定ローラ12…12及び可動ローラ15,15を通過して送給される。そして、その送給に伴い、予め決定された閉断面金属部材Tの曲げ加工部位(Rとする)が誘導加熱コイル13に近づいて来る。
【0044】
そして、図12(b)に示すように、曲げ加工部位Rの前端部が誘導加熱コイル13に入ると、誘導加熱コイル13が作動して、該曲げ加工部位Rだけが、局部的に、閉断面金属部材Tの塑性変形可能かつ焼入れ可能温度に加熱される(図中ドットを施した部分)。
【0045】
なお、曲げ加工部位Rの前端部が誘導加熱コイル13に入ったことの判定は、コントロールユニット20のメモリ(図示せず)に予め登録された曲げ加工部位Rの閉断面金属部材Tにおける位置、誘導加熱コイル13の位置、及び閉断面金属部材Tの送給速さ等に基き判定される。あるいは、曲げ加工部位Rの前端部を閉断面金属部材Tの表面にマーキングしておき、該マーキングを適宜センサで直接検出するようにしてもよい。
【0046】
そして、誘導加熱コイル13による曲げ加工部位Rの加熱が開始すると、図12(c)に示すように、可動ローラ15が固定ローラ12の閉断面金属部材送給方向に対して傾動する。これにより、閉断面金属部材Tに曲げ応力が加えられて、誘導加熱コイル13で加熱された部位、すなわち曲げ加工部位Rにおいて閉断面金属部材Tが曲げ加工される。
【0047】
しかも、同じく図12(c)に示すように、誘導加熱コイル13による曲げ加工部位Rの加熱が開始し、可動ローラ15による曲げ加工が開始すると、冷却水噴射装置14が作動して、加熱され曲げ加工された曲げ加工部位Rが、局部的に、冷却される。これにより、曲げ加工部位Rが焼入れされて、曲げ加工と同時に閉断面金属部材Tの強度が高められることになる。
【0048】
そして、図12(d)に示すように、曲げ加工部位Rの後端部が誘導加熱コイル13から出た後は、誘導加熱コイル13の作動、可動ローラ15の傾動、及び冷却水噴射装置14の作動が停止して、閉断面金属部材Tの曲げ加工及び焼入れが終了することとなる。
【0049】
なお、曲げ加工部位Rの後端部が誘導加熱コイル13から出たことの判定も、コントロールユニット20のメモリ(図示せず)に予め登録された曲げ加工部位Rの閉断面金属部材Tにおける位置、誘導加熱コイル13の位置、及び閉断面金属部材Tの送給速さ等に基き判定される。あるいは、曲げ加工部位Rの後端部を閉断面金属部材Tの表面にマーキングしておき、該マーキングを適宜センサで直接検出するようにしてもよい。
【0050】
以上のように、第1、第2実施形態によれば、凹溝Gを挟んで平行に延びる2つの閉断面部C1,C2を有する閉断面金属部材T(図1参照)を矩形平板状ワークW0(図2参照)から製造する方法において、まず、前記ワークW0の1対の対向縁部S0,S0をそれぞれ切り欠いて、一方の縁部の切欠き部m…mと他方の縁部の非切欠き部n…nとが対応して並ぶ第1中間加工部材W1を形成し(図3参照)、次いで、この第1中間加工部材W1の前記非切欠き部n…nを折り返して(折り返し部位F0)、両縁部S1,S2にワークが2層の積層部A…Aと1層の単層部B…Bとが交互に並設された第2中間加工部材W2を形成し(図4、図7参照)、そして、この第2中間加工部材W2の前記両縁部S1,S2を該第2中間加工部材W2の中央部に集めるように該第2中間加工部材W2を一方の面側に曲げる(折り曲げ部位F2,F3,F4)と共に前記両縁部S1,S2を他方の面側に曲げて(折り曲げ部位F1)、第2中間加工部材W2の中央部と一方の縁部の積層部A…A端部と他方の縁部の単層部B…B端部とが重合した第3中間加工部材W3を形成する(図5及び図6、図8及び図9参照)ようにしたから、凹溝Gを構成する両閉断面部C1,C2の対向面部H1,H2がそれぞれワークの1層構造B…Bと2層構造A…Aとの混在構造となって1層構造のみより枚数が多いので凹溝Gの強度が確保され、第2中間加工部材W2の縁部S1,S2が予め部分的に2層の積層部A…Aとされて曲げ成形及び閉断面部C1,C2のスポット溶接P1,P2を容易とし、かつ、第2中間加工部材W2の中央部の重合部Lが該第2中間加工部材W2の中央部の1枚と一方の縁部の積層部A…Aの2枚と他方の縁部の単層部B…Bの1枚との4枚重ねとなって5枚重ねより枚数が少ないので良好にスポット溶接P3できることになる。
【0051】
その場合に、第1実施形態によれば、非切欠き部n…nの折り返しの板厚を考慮して、第2中間加工部材W2の中央部の重合部Lにおいて、先に重合される縁部S1の積層部A…Aと後に重合される縁部S2の単層部B…Bが向き合い、かつ先に重合される縁部S1の単層部B…Bと後に重合される縁部S2の積層部A…Aが向き合いうこととなり(図6参照)、積層部A…Aの凸部と単層部B…Bの凹部とが嵌り合い、その結果、力をかけなくても縁部S1,S2同士あるいは層A,B同士が容易に密着して、重合部Lのスポット溶接P3がさらに良好に行われることとなる。
【0052】
また、第1、第2実施形態によれば、最終加工部材Tが長さ方向に曲げ加工された製品が製造されることとなる(図10参照)。この場合、長さ方向に延びる凹溝Gを構成する両閉断面部C1,C2の対向面部H1,H2がそれぞれワークの1層構造B…Bと2層構造A…Aとの混在構造となっているから、全面的に2層構造となっている場合に比べて、曲げ加工時の曲げ抵抗が小さくなり、曲げ加工精度が向上するという利点が得られる。
【0053】
また、第1、第2実施形態によれば、最終加工部材Tの熱間曲げ加工と焼入れとが同時に行われることとなる(図10参照)。この場合、長さ方向に延びる凹溝Gを構成する両閉断面部C1,C2の対向面部H1,H2及び重合部Lは、その他の部分よりも形状的に窪んだ部位にあって加熱され難く冷却され難いから(図1参照)、焼入れによる強度向上の効果がその他の部分に比べて小さいものとなるが、凹溝Gを構成する両閉断面部C1,C2の対向面部H1,H2がそれぞれワークの1層構造B…Bと2層構造A…Aとの混在構造となって1層構造のみより枚数が多いので凹溝Gの強度が確保されており、かつ、重合部Lが4枚重ねとなって同じく凹溝Gの強度が確保されているから、前記焼入れ不足に起因する強度不足の問題が解消されることとなる。
【0054】
また、第1、第2実施形態によれば、曲げ加工の手法として押し通し曲げを適用して、最終加工部材Tを局部的に加熱、曲げ、冷却するようにしたから(図12参照)、最終加工部材を効率よく、確実、容易に熱間曲げ加工しかつ焼入れすることが可能となる。
【0055】
また、第1、第2実施形態によれば、前記請求項1から5のいずれか1項に記載の発明の特徴を具備した車両のフレーム部材又は骨格部材が製造されることとなる。
【0056】
なお、閉断面金属部材Tとしては、曲げ成形を部位F1〜F4での折り曲げ成形とした角柱状に限らず、折り目(角)を付けない円柱状やその他の形状でもよい。また、強度や板厚等の特性が相異なる複数の異種の金属材同士をつなぎ合わせたテーラードチューブでもよい。また、閉断面金属部材Tの製品としての用途は、車両部品に限らず、建築資材やその他の用途でもよい。
【0057】
また、曲げ加工の手法としては、押し通し曲げに限らず、回転引曲げ、圧縮曲げ、ロール曲げ、プレス曲げ、引張り曲げやその他の手法でもよい。
【0058】
また、切欠き部m…mあるいは非切欠き部n…nの幅や間隔は一定でなくてもよい。さらに、重合部Lのスポット溶接部P3において5枚重ねにならない限り、積層部A…Aの凸部と単層部B…Bの凹部とは必ずしも隙間なく嵌り合わなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0059】
以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、凹溝を挟んで平行に延びる2つの閉断面部を有する構造の閉断面金属部材を矩形平板状ワークから製造する場合において、凹溝の強度を確保しながら、曲げ成形及び閉断面部のスポット溶接を容易とし、かつ、ワーク中央部の重合部を良好にスポット溶接できる閉断面金属部材の製造方法を提供する技術であるから、金属加工の技術分野において広範な産業上の利用可能性が期待される。
【図面の簡単な説明】
【0060】
【図1】本発明の最良の実施の形態に係る閉断面金属部材の構造を示す断面図である。
【図2】前記閉断面金属部材の製造に用いる矩形平板状ワークの平面図である。
【図3】前記閉断面金属部材の製造途中の第1中間加工部材の平面図である。
【図4】第1実施形態における前記閉断面金属部材の製造途中の第2中間加工部材の斜視図である。
【図5】図4の矢印i,iiにおける重合部の拡大断面図である。
【図6】図5の矢印iiiにおける重合部の拡大断面図である。
【図7】第2実施形態における前記閉断面金属部材の製造途中の第2中間加工部材の斜視図である。
【図8】図7の矢印iv,vにおける重合部の拡大断面図である。
【図9】図8の矢印viにおける重合部の拡大断面図である。
【図10】本発明の最良の実施の形態に係る閉断面金属部材の熱間曲げ加工装置の全体構成を示す斜視図である。
【図11】前記熱間曲げ加工装置の制御システム図である。
【図12】前記熱間曲げ加工装置が行う熱間曲げ加工動作の具体的1例を(a),(b),(c),(d)の順に示す工程図である。
【図13】従来技術の説明図である。
【図14】別の従来技術の説明図である。
【図15】さらに別の従来技術の説明図である。
【図16】さらに別の従来技術の説明図である。
【符号の説明】
【0061】
1 閉断面金属部材の熱間曲げ加工装置
A 積層部
B 単層部
C1,C2 閉断面部
F0 折り返し部位
F1〜F4 折り曲げ部位
G 凹溝
L 重合部
m 切欠き部
n 非切欠き部(突片部)
P1〜P3 スポット溶接部
S0 矩形平板状ワークの対向縁部
S1,S2 第2中間加工部材の両縁部
T 閉断面金属部材、最終加工部材
W0 矩形平板状ワーク
W1 第1中間加工部材
W2 第2中間加工部材
W3 第3中間加工部材
【特許請求の範囲】
【請求項1】
凹溝を挟んで平行に延びる2つの閉断面部を有する閉断面金属部材を矩形平板状ワークから製造する方法であって、
前記ワークの1対の対向縁部をそれぞれ切り欠いて、一方の縁部の切欠き部と他方の縁部の非切欠き部とが対応して並ぶ第1中間加工部材を形成する第1工程、
前記第1中間加工部材の前記非切欠き部を折り返して、両縁部にワークが2層の積層部と1層の単層部とが交互に並設された第2中間加工部材を形成する第2工程、
前記第2中間加工部材の前記両縁部を該第2中間加工部材の中央部に集めるように該第2中間加工部材を一方の面側に曲げると共に前記両縁部を他方の面側に曲げて、第2中間加工部材の中央部と一方の縁部の積層部端部と他方の縁部の単層部端部とが重合した第3中間加工部材を形成する第3工程、及び、
前記第3中間加工部材の前記重合部を接合して最終加工部材を形成する第4工程を含むことを特徴とする閉断面金属部材の製造方法。
【請求項2】
前記請求項1に記載の閉断面金属部材の製造方法であって、
前記第2工程では、一方の縁部の非切欠き部と他方の縁部の非切欠き部とを相互に反対側に折り返し、
前記第3工程では、前記非切欠き部の折り返しが第2中間加工部材の中央部と向き合わないほうの縁部の積層部端部を先に重合し、向き合うほうの縁部の積層部端部を後に重合することを特徴とする閉断面金属部材の製造方法。
【請求項3】
前記請求項1又は2に記載の閉断面金属部材の製造方法であって、
前記第4工程の後、最終加工部材を長さ方向に曲げ加工する第5工程をさらに含むことを特徴とする閉断面金属部材の製造方法。
【請求項4】
前記請求項3に記載の閉断面金属部材の製造方法であって、
前記第5工程では、最終加工部材を塑性変形可能かつ焼入れ可能温度に加熱して熱間曲げ加工しかつ焼入れすることを特徴とする閉断面金属部材の製造方法。
【請求項5】
前記請求項4に記載の閉断面金属部材の製造方法であって、
前記第5工程では、最終加工部材を固定治具及び可動治具に通して送給しながら、両治具間で前記最終加工部材を局部的に塑性変形可能かつ焼入れ可能温度に加熱すると共に可動治具を固定治具の送給方向に対して傾動させることにより熱間曲げ加工し、かつ前記加熱直後に加熱部位を急冷することにより焼入れすることを特徴とする閉断面金属部材の製造方法。
【請求項6】
前記請求項1から5のいずれか1項に記載の閉断面金属部材の製造方法であって、
前記最終加工部材は、車両のフレーム部材又は骨格部材であることを特徴とする閉断面金属部材の製造方法。
【請求項1】
凹溝を挟んで平行に延びる2つの閉断面部を有する閉断面金属部材を矩形平板状ワークから製造する方法であって、
前記ワークの1対の対向縁部をそれぞれ切り欠いて、一方の縁部の切欠き部と他方の縁部の非切欠き部とが対応して並ぶ第1中間加工部材を形成する第1工程、
前記第1中間加工部材の前記非切欠き部を折り返して、両縁部にワークが2層の積層部と1層の単層部とが交互に並設された第2中間加工部材を形成する第2工程、
前記第2中間加工部材の前記両縁部を該第2中間加工部材の中央部に集めるように該第2中間加工部材を一方の面側に曲げると共に前記両縁部を他方の面側に曲げて、第2中間加工部材の中央部と一方の縁部の積層部端部と他方の縁部の単層部端部とが重合した第3中間加工部材を形成する第3工程、及び、
前記第3中間加工部材の前記重合部を接合して最終加工部材を形成する第4工程を含むことを特徴とする閉断面金属部材の製造方法。
【請求項2】
前記請求項1に記載の閉断面金属部材の製造方法であって、
前記第2工程では、一方の縁部の非切欠き部と他方の縁部の非切欠き部とを相互に反対側に折り返し、
前記第3工程では、前記非切欠き部の折り返しが第2中間加工部材の中央部と向き合わないほうの縁部の積層部端部を先に重合し、向き合うほうの縁部の積層部端部を後に重合することを特徴とする閉断面金属部材の製造方法。
【請求項3】
前記請求項1又は2に記載の閉断面金属部材の製造方法であって、
前記第4工程の後、最終加工部材を長さ方向に曲げ加工する第5工程をさらに含むことを特徴とする閉断面金属部材の製造方法。
【請求項4】
前記請求項3に記載の閉断面金属部材の製造方法であって、
前記第5工程では、最終加工部材を塑性変形可能かつ焼入れ可能温度に加熱して熱間曲げ加工しかつ焼入れすることを特徴とする閉断面金属部材の製造方法。
【請求項5】
前記請求項4に記載の閉断面金属部材の製造方法であって、
前記第5工程では、最終加工部材を固定治具及び可動治具に通して送給しながら、両治具間で前記最終加工部材を局部的に塑性変形可能かつ焼入れ可能温度に加熱すると共に可動治具を固定治具の送給方向に対して傾動させることにより熱間曲げ加工し、かつ前記加熱直後に加熱部位を急冷することにより焼入れすることを特徴とする閉断面金属部材の製造方法。
【請求項6】
前記請求項1から5のいずれか1項に記載の閉断面金属部材の製造方法であって、
前記最終加工部材は、車両のフレーム部材又は骨格部材であることを特徴とする閉断面金属部材の製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図2】
【図3】
【図4】
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【図15】
【図16】
【公開番号】特開2009−297775(P2009−297775A)
【公開日】平成21年12月24日(2009.12.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−157485(P2008−157485)
【出願日】平成20年6月17日(2008.6.17)
【出願人】(000003137)マツダ株式会社 (6,115)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年12月24日(2009.12.24)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年6月17日(2008.6.17)
【出願人】(000003137)マツダ株式会社 (6,115)
【Fターム(参考)】
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