專利名稱：空心構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空心構(gòu)件。具體地講，本發(fā)明涉及一種剛性、沖撞特性優(yōu)良的輕量的空心構(gòu)件。
背景技術(shù)：
金屬制的強(qiáng)度構(gòu)件、加強(qiáng)構(gòu)件或者構(gòu)造構(gòu)件可用于汽車、各種機(jī)械。對這些構(gòu)件要求高強(qiáng)度、輕量且小型。這些構(gòu)件以往是利用沖壓加工件的焊接、厚板的沖裁或者鍛造這樣的加工手段來制造的。但是，使利用這些制造方法制造成的構(gòu)件更加輕量化或者小型化極為困難。在例如通過將沖壓加工后的兩張面板局部重合地焊接來制造焊接件的情況下，需要在面板的緣設(shè)置被稱作凸緣的余料部分，因此，焊接件的重量不可避免地增加用于形成余料部分的量。被稱作液壓成形的加工法(例如參照非專利文獻(xiàn)1)通過向配置在模具內(nèi)的原料、 即管的內(nèi)部導(dǎo)入高壓的加工液，使管以管的外表面沿著模具的內(nèi)表面的方式膨脹變形，從而將管成形為復(fù)雜的形狀。復(fù)雜形狀的部件通過液壓成形一體成形，而不需要形成凸緣。由于液壓成形能謀求汽車部件的輕量化，因此，近年來被積極地應(yīng)用于汽車部件。液壓成形是冷加工。因此，在將例如780MPa以上這樣的高強(qiáng)度的原料成形為復(fù)雜形狀的汽車部件時(shí)，由于原料的延展性不夠，因此非常困難。液壓成形的制造工序通常需要彎曲、預(yù)成形及液壓成形這3個(gè)工序，因此比較繁瑣。并且，液壓成形加工機(jī)大型且比較昂
蟲
貝ο本發(fā)明人之前通過專利文獻(xiàn)1公開了加工裝置。圖7是表示該加工裝置0的概略的說明圖。加工裝置0利用以下列舉的步驟來制造將金屬材料1作為原料的彎曲構(gòu)件。(a)支承部件2以使金屬材料1能沿其軸向自由移動的方式支承該金屬材料1。(b)在利用輸送裝置3從上游側(cè)朝向下游側(cè)輸送由支承部件2支承的金屬材料1 的同時(shí)，在支承部件2的下游對金屬材料1進(jìn)行彎曲加工。(c)彎曲加工如下所述地進(jìn)行。配置在支承部件2的下游的感應(yīng)加熱線圈5將金屬材料1急速加熱到能夠局部淬火的溫度。配置在緊接著感應(yīng)加熱線圈5的下游的冷卻裝置(例如水冷裝置)6將金屬材料1驟冷?？蓜虞伳?具有至少一組輥對4a，該輥對如能夠在輸送金屬材料1的同時(shí)支承該金屬材料1?？蓜虞伳?配置在冷卻裝置6的下游。通過二維或三維地改變可動輥模4的位置，來對金屬材料1的加熱后的部分施加彎曲力矩。S卩，彎曲構(gòu)件利用加工裝置0由以下所示的工序來制造。( I )利用一對輥，將具有空心的閉合截面形狀并在長度方向上由一個(gè)部件構(gòu)成的縱長的金屬材料1加工成具有相對配置的一對長邊的、具有扁平且空心的閉合截面形狀的金屬制的縱長的中間構(gòu)件。( II )輸送裝置3將該中間構(gòu)件沿其長度方向相對地輸送。(III )支承部件2在第1位置支承輸送來的中間構(gòu)件。
( IV )感應(yīng)加熱線圈5在中間構(gòu)件的輸送方向上的比第1位置靠下游的第2位置將輸送來的中間構(gòu)件局部地加熱。( V )冷卻裝置6在中間構(gòu)件的輸送方向上的比第2位置靠下游的第3位置將輸送來的中間構(gòu)件的被加熱后的部分冷卻。(VI)在中間構(gòu)件的輸送方向上的比第3位置靠下游的區(qū)域中，通過二維或三維地改變用于支承輸送來的中間構(gòu)件的可動輥模4的位置，來對中間構(gòu)件的被加熱后的部分施加彎曲力矩。加工裝置0利用采用比較廉價(jià)的成形機(jī)進(jìn)行的簡單的工序，能夠?qū)⒕哂欣?780MPa以上這樣的高強(qiáng)度及復(fù)雜形狀的汽車部件一體成形。這樣，能夠利用加工裝置0制造具有高剛性的彎曲構(gòu)件。專利文獻(xiàn)1 國際公開WO 2006/093006號手冊非專利文獻(xiàn)1 汽車技術(shù)Nov. 57，No. 6 (2003) 23 28頁

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題作為汽車部件的強(qiáng)度構(gòu)件、加強(qiáng)構(gòu)件或者構(gòu)造構(gòu)件，比以往更加強(qiáng)烈地尋求一種不僅具有高強(qiáng)度和復(fù)雜的形狀、也具有高剛性和優(yōu)良的沖撞特性的輕量的構(gòu)件。因此，需要進(jìn)一步提高利用加工裝置0制造成的彎曲構(gòu)件的性能。用于解決問題的方案本發(fā)明是一種空心構(gòu)件，該空心構(gòu)件具有空心的金屬制、優(yōu)選為鋼制的主體，其特征在于，具有以下要素(要素1)主體至少在長度方向上由一個(gè)部件構(gòu)成；(要素2、主體具有扁平截面，該扁平截面至少具有最大外部尺寸的部分和比該最大外部尺寸小的外部尺寸的部分；(要素幻主體在長度方向的一部分具有扭轉(zhuǎn)部；(要素4)包含第1部分中的最大外部尺寸的部分在內(nèi)的假想的平面與包含第2部分中的最大外部尺寸的部分在內(nèi)的假想的平面交叉的角度不是0度，上述第1部分以扭轉(zhuǎn)部為界而存在于主體的長度方向的一側(cè)，上述第2部分以扭轉(zhuǎn)部為界而存在于主體的長度方向的另一側(cè)；以及(要素5)扭轉(zhuǎn)部至少具有780MPa的拉伸強(qiáng)度。在本發(fā)明中，優(yōu)選主體具有一個(gè)以上彎曲部。在本發(fā)明中，(最大外部尺寸)/(比最大外部尺寸小的外部尺寸)優(yōu)選為1.2以上，更優(yōu)選為1.5以上。在本發(fā)明中，交叉的角度優(yōu)選為4度以上，更優(yōu)選為5度以上。在本發(fā)明中，優(yōu)選主體具有在主體的長度方向及/或主體的周向上局部形成的淬火部。在本發(fā)明中，優(yōu)選至少扭轉(zhuǎn)部具有+150MPa以下的殘余應(yīng)力。在本發(fā)明中，更優(yōu)選至少扭轉(zhuǎn)部具有+50MPa以下的殘余應(yīng)力。在本發(fā)明中，進(jìn)一步優(yōu)選扭轉(zhuǎn)部的大致所有部分具有殘留壓縮應(yīng)力。在本說明書中，關(guān)于殘余應(yīng)力，正值表示拉伸殘余應(yīng)力，且負(fù)值表示壓
4縮殘余應(yīng)力。在本發(fā)明中，這些本發(fā)明的空心構(gòu)件優(yōu)選用于汽車的強(qiáng)度構(gòu)件、加強(qiáng)構(gòu)件或者構(gòu)造構(gòu)件。發(fā)明的效果利用本發(fā)明，提供一種由于具有例如780MPa以上的拉伸強(qiáng)度和復(fù)雜的形狀而適合作為汽車部件的剛性和沖撞特性優(yōu)良的輕量的空心構(gòu)件。


圖1是表示本發(fā)明的空心構(gòu)件的一例的說明圖。圖2是表示本發(fā)明的空心構(gòu)件的另一例的說明圖。圖3是表示本發(fā)明的空心構(gòu)件的又一例的說明圖。圖4是表示通過計(jì)算求出空心構(gòu)件的截面二維力矩的增加率的結(jié)果的曲線圖，該空心構(gòu)件具有通過將外周長100mm、壁厚2mm、縱橫比k = 1. 1,1. 2、1. 5或2. 0的矩形截面扭轉(zhuǎn)θ度而得到的形狀。圖5是表示通過計(jì)算求出空心構(gòu)件的截面二維力矩的增加率的結(jié)果的曲線圖，該空心構(gòu)件具有通過將外周長100mm、壁厚2mm、縱橫比k = 1. 2,1. 5,2. 0或5. 0的矩形截面扭轉(zhuǎn)θ度而得到的形狀。圖6是表示具有扭轉(zhuǎn)部和彎曲部的空心構(gòu)件的說明圖。圖7是表示本申請人先前利用專利文獻(xiàn)1公開的加工裝置的概略的說明圖。附圖標(biāo)記說明0、加工裝置；1、金屬材料；2、支承部件；3、輸送裝置；4、可動輥模；5、感應(yīng)加熱線圈；6、冷卻裝置；11 13、19、空心構(gòu)件；14、20、主體；15、第1部分；15a、假想的平面；16、 第2部分；16a、假想的平面；17、扭轉(zhuǎn)部；17-1、第1扭轉(zhuǎn)部；17_2、第2扭轉(zhuǎn)部；18、彎曲部； 21、22、第1部分。
具體實(shí)施例方式參照

本發(fā)明。在以下的說明中，以空心構(gòu)件的主體具有矩形截面的情況為例。但是，本發(fā)明并不限定于這種情況，能夠同等地應(yīng)用于具有例如橢圓形截面、長圓形截面這樣的、主體至少具有最大外部尺寸L1的部分和比該最大外部尺寸L1小的外部尺寸L2 的部分的扁平截面的情況。圖1是表示本發(fā)明的空心構(gòu)件的一例11的說明圖。圖2是表示本發(fā)明的空心構(gòu)件的另一例12的說明圖。圖3是表示本發(fā)明的空心構(gòu)件的又一例13的說明圖?？招臉?gòu)件11 13均具有空心的金屬制(該例子中為鋼制)的主體14。主體14至少在長度方向上由一個(gè)部件一體構(gòu)成。因此，主體14不具有向與長度方向交叉的方向形成的焊接部等的接合部。主體14具有扁平截面。扁平截面至少具有最大外部尺寸L1的部分和比該最大外部尺寸L1小的外部尺寸L2的部分?？招臉?gòu)件11 13均在主體14的內(nèi)部不具有加強(qiáng)件等加強(qiáng)構(gòu)件。這樣，空心構(gòu)件 11 13均具有極為簡單的構(gòu)造。空心構(gòu)件11 13均為輕量。
主體14在其長度方向的一部分上具有扭轉(zhuǎn)部17。在主體14中，第1部分15以扭轉(zhuǎn)部17為界而存在于主體14的長度方向的一側(cè)。另外，在主體14中，第2部分16以扭轉(zhuǎn)部17為界而存在于長度方向的另一側(cè)。包含第1部分15中的最大外部尺寸L1的部分在內(nèi)的假想的平面1 與包含第2 部分16中的最大外部尺寸L1的部分在內(nèi)的假想的平面16a交叉的角度(以下稱作“交叉角度”)不是0度。并且，扭轉(zhuǎn)部17至少具有780MPa的拉伸強(qiáng)度。說明空心構(gòu)件11 13具有扭轉(zhuǎn)部17的理由。通常，將矩形截面的空心構(gòu)件繞χ 軸的彎曲剛性EI作為代表的指標(biāo)，考慮截面二維力矩Ιχ。在將楊氏模量設(shè)為Ε、將空心構(gòu)件的寬度設(shè)為b、將高度設(shè)為h、將壁厚設(shè)為t、將縱橫比設(shè)為k時(shí)，b = Wu在此，將空心構(gòu)件的截面扭轉(zhuǎn)θ度的情況下的截面二維力矩I0x以下式提供。I0x = (1/2) (Ix+Iy) + (1/2) (Ix-Iy) cos2 θIx = (1/12) {bh3-(b-2t) (h-2t)3}Iy = (1/12) {hb3-(h-2t) (b-2t)3}圖4是表示使用上式通過計(jì)算求出空心構(gòu)件的截面二維力矩的增加率的結(jié)果的曲線圖，該空心構(gòu)件具有通過將外周長100mm、壁厚2mm、縱橫比k = 1. 1、1. 2、1. 5或2. 0的矩形截面扭轉(zhuǎn)θ度而得到的形狀。如圖4中曲線圖所示可知，縱橫比越大、即扁平度越大，施加了扭轉(zhuǎn)角的情況下的彎曲剛性的提高越大。圖5是表示使用上式通過計(jì)算求出空心構(gòu)件的截面二維力矩的增加率的結(jié)果的曲線圖，該空心構(gòu)件具有通過將外周長100mm、壁厚2mm、縱橫比k = 1. 2,1. 5,2. 0或5. 0的矩形截面扭轉(zhuǎn)θ度而得到的形狀。如圖5中曲線圖所示可知，在施加交叉角度為4度以上，優(yōu)選為5度以上時(shí)，彎曲剛性顯著提高。由于空心構(gòu)件11 13均具有扭轉(zhuǎn)部17，因此，彎曲剛性均提高。由圖4及圖5中曲線圖所示的結(jié)果可知，空心構(gòu)件11 13的(最大外部尺寸L1) / (比最大外部尺寸L1小的外部尺寸L2)優(yōu)選為1. 2以上，更優(yōu)選為1. 5以上。扭轉(zhuǎn)部17既可以如圖2所示那樣在空心構(gòu)件12的長度方向上僅形成有一個(gè)，也可以如圖1、圖3所示那樣在空心構(gòu)件11、13的長度方向上設(shè)置兩個(gè)，或者也可以設(shè)置三個(gè)以上?？招臉?gòu)件11 13通過使用將上述圖7所示的加工裝置0的一部分改造而成的加工裝置，能夠簡單地制造。即，將構(gòu)成加工裝置0的支承部件2和可動輥模4的輥更換為能夠支承空心構(gòu)件11 13的外表面的孔型輥，并追加設(shè)置用于使可動輥模4的位置三維地移動的移動機(jī)構(gòu)。利用輸送裝置3，從上游側(cè)朝向下游側(cè)輸送由支承部件2以能沿長度方向自由移動的方式支承的空心構(gòu)件11 13。接著，利用感應(yīng)加熱線圈5，在支承部件2的下游將空心構(gòu)件11 13急速加熱到能夠局部淬火的溫度。接著，利用冷卻裝置6將空心構(gòu)件11 13驟冷?？蓜虞伳?至少具有一組輥對4a，該輥對如能夠輸送并支承空心構(gòu)件11 13。 因此，通過三維地改變可動輥模4的位置，能夠在空心構(gòu)件11 13的被加熱后的部分形成扭轉(zhuǎn)部17。另外，也可以替代該加工裝置中的支承部件2、輸送裝置3和可動輥模4而使用保持在例如一臺以上多關(guān)節(jié)型的通用機(jī)器人上的工具，來輸送并支承空心構(gòu)件11 13。艮口，(a)使空心構(gòu)件11 13沿其長度方向相對于感應(yīng)加熱線圈5和冷卻裝置6相對地移動；(b)利用例如工業(yè)用機(jī)器人支承空心構(gòu)件11 13的以被加熱部為界的兩側(cè)；以及(c)通過使支承空心構(gòu)件11 13的以被加熱部為界的兩側(cè)或者一側(cè)的工業(yè)用機(jī)器人動作，來使該兩側(cè)或者一側(cè)的位置三維地移動；從而，即便不使用支承部件2、輸送裝置3和可動輥模4，也能夠在空心構(gòu)件11 13的被加熱后的部分形成扭轉(zhuǎn)部17。通過將感應(yīng)加熱線圈5對空心構(gòu)件11 13加熱的加熱溫度設(shè)定為能夠淬火的溫度，并適當(dāng)?shù)卦O(shè)定冷卻裝置6對空心構(gòu)件11 13冷卻的冷卻速度，能夠在空心構(gòu)件11 13的主體14的長度方向及/或主體14的圓周方向上局部地形成淬火部。通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定淬火部的形成位置，能夠調(diào)整空心構(gòu)件11 13的各種機(jī)械特性，因此，能夠提供充分地滿足例如作為汽車用部件所要求的特性的空心構(gòu)件11 13。在該加工裝置中，為了防止通過可動輥模4后的空心構(gòu)件11 13因其自重而變形從而導(dǎo)致尺寸精度降低，優(yōu)選在可動輥模4的下游側(cè)配置變形防止裝置。在可動輥模4 的下游側(cè)的區(qū)域中，利用變形防止裝置對已經(jīng)完成了加工的空心構(gòu)件11 13進(jìn)行定位，從而能夠可靠地防止空心構(gòu)件11 13的變形及尺寸精度的降低。也可以不設(shè)置變形防止裝置。作為變形防止裝置，能夠例示出(a)支承并引導(dǎo)已通過可動輥模4后的空心構(gòu)件 11 13的前端的裝置，(b)用于通過搭載已通過可動輥模4后的空心構(gòu)件11 13來防止空心構(gòu)件11 13因自重而變形的變形防止臺，(c)用于支承已通過可動輥模4后的空心構(gòu)件11 13的一部分的公知的多關(guān)節(jié)機(jī)器人等。即使欲利用冷加工在以往公知的、具有扁平截面的空心的金屬制的主體且拉伸強(qiáng)度為780MPa以上的空心構(gòu)件上設(shè)置扭轉(zhuǎn)部，空心構(gòu)件的變形阻力較大，也無法設(shè)置扭轉(zhuǎn)部。相對于此，空心構(gòu)件11 13能夠利用例如采用將加工裝置0的一部分稍微改造而成的加工裝置的熱加工來制造，因此，能夠極其容易且可靠地在主體14上形成扭轉(zhuǎn)部17。另外，由于該加工裝置0利用淬火來形成扭轉(zhuǎn)部17，因此，能夠簡單地將扭轉(zhuǎn)部17 的拉伸強(qiáng)度提高到780MPa以上。并且，該扭轉(zhuǎn)部17具有優(yōu)良的疲勞特性。說明其理由。通常，在冷條件下對空心構(gòu)件進(jìn)行扭轉(zhuǎn)加工來制造制品時(shí)，在制品中產(chǎn)生比較大的殘余應(yīng)力。朝向制品的軸向地在扭轉(zhuǎn)加工部的內(nèi)周側(cè)表面產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力。另外，朝向制品的軸向地在扭轉(zhuǎn)加工部的外周側(cè)表面產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力。產(chǎn)生的殘余應(yīng)力也達(dá)到屈服應(yīng)力的30% 40%。由于具有例如780MPa、980MPa這樣的高強(qiáng)度的空心構(gòu)件的材料的延展性不夠，因此，只能對具有彎曲半徑極大的扭轉(zhuǎn)部的制品夠進(jìn)行扭轉(zhuǎn)加工。即使較低地估計(jì)，也會在該制品的表面產(chǎn)生+200MPa以上的殘余應(yīng)力(拉伸殘余應(yīng)力)的可能性也較高。眾所周知，在制品的表面產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力時(shí)，該制品承受反復(fù)變形的情況下的疲勞特性會大幅度降低。另外，在冷條件下對具有780MPa、980MPa甚至1200MPa這樣的高強(qiáng)度的空心構(gòu)件進(jìn)行扭轉(zhuǎn)加工來制造制品的方法目前并不存在。因此，不存在公開有該制品的殘余應(yīng)力的測定值的公知文獻(xiàn)。即便假定能夠在冷條件下對具有高強(qiáng)度的空心構(gòu)件進(jìn)行扭轉(zhuǎn)加工，也不可避免地會在扭轉(zhuǎn)部產(chǎn)生極大的拉伸殘余應(yīng)力。并且，在具有1200MPa以上的高強(qiáng)度的空心構(gòu)件產(chǎn)生很大的拉伸殘余應(yīng)力時(shí)，產(chǎn)生延遲破壞的危險(xiǎn)性也升高。這樣的制品無法用作汽車部件。相對于此，利用加工裝置0形成的扭轉(zhuǎn)部17通過熱扭轉(zhuǎn)加工來形成。在扭轉(zhuǎn)部17 不會產(chǎn)生因冷扭轉(zhuǎn)加工產(chǎn)生的很大的拉伸殘余應(yīng)力。表1表示利用加工裝置0通過X射線應(yīng)力測定法測定制品軸向的表面的殘余應(yīng)力 (單位MPa)的結(jié)果，該制品是通過以彎曲變形600mm、每單位長度的扭轉(zhuǎn)角0. 2° /mm對壁厚1. 8mm、長40mm及寬50mm的空心方材進(jìn)行扭轉(zhuǎn)加工而得到的，該空心方材由含有0. 2質(zhì)量％的C且含B的鋼構(gòu)成。表2表示該制品周向的表面的殘余應(yīng)力的測定結(jié)果。表1、2中的角度在周向的位置是將橫向50mm的上表面中央位置的角度設(shè)為 0度的情況下的測定位置的角度。用于測定殘余應(yīng)力的X射線測定器是株式會社MAC Science (現(xiàn)公司名Bruker-AXS株式會社)制的MXP-3。表 權(quán)利要求
1.一種空心構(gòu)件，該空心構(gòu)件具有空心的金屬制的主體，其特征在于，具有以下的要素 1 5 (要素1)上述主體至少在長度方向上由一個(gè)部件構(gòu)成；(要素2、上述主體具有扁平截面，該扁平截面至少具有最大外部尺寸的部分和比該最大外部尺寸小的外部尺寸的部分；(要素幻上述主體在長度方向的一部分具有扭轉(zhuǎn)部；(要素4)包含第1部分中的上述最大外部尺寸的部分在內(nèi)的假想的平面與包含第2部分中的上述最大外部尺寸的部分在內(nèi)的假想的平面交叉的角度不是0度，上述第1部分以上述扭轉(zhuǎn)部為界而存在于上述主體的長度方向的一側(cè)，上述第2部分以上述扭轉(zhuǎn)部為界而存在于上述主體的長度方向的另一側(cè)；(要素5)上述扭轉(zhuǎn)部至少具有780MPa的拉伸強(qiáng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心構(gòu)件，其中， 上述主體具有一個(gè)以上彎曲部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心構(gòu)件，其中，(上述最大外部尺寸)/(上述比上述最大外部尺寸小的外部尺寸)為1.2以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心構(gòu)件，其中， 上述交叉的角度為4度以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心構(gòu)件，其中，上述主體具有在該主體的長度方向及/或該主體的周向上局部形成的淬火部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種由于具有例如780MPa以上的高強(qiáng)度和復(fù)雜的形狀而適合作為汽車部件的、剛性和沖撞特性優(yōu)良且輕量的空心構(gòu)件。空心構(gòu)件(11)包括空心的鋼制的主體(14)。主體(14)至少在長度方向上由一個(gè)部件構(gòu)成。主體(14)具有扁平截面，該扁平截面至少具有最大外部尺寸(L1)的部分和比該最大外部尺寸(L1)小的外部尺寸(L2)的部分。主體(14)在其長度方向的一部分具有扭轉(zhuǎn)部。包含以扭轉(zhuǎn)部(17)為界而存在于主體(14)的長度方向一側(cè)的第1部分(15)中的最大外部尺寸(L1)的部分在內(nèi)的假想的平面(15a)與包含以扭轉(zhuǎn)部(17)為界而存在于主體(14)的長度方向另一側(cè)的第2部分(16)中的最大外部尺寸(L1)的部分在內(nèi)的假想的平面(16a)交叉的角度為4度以上。并且，扭轉(zhuǎn)部(17)至少具有780MPa的拉伸強(qiáng)度。
文檔編號B21D11/14GK102361709SQ201080012908
公開日2012年2月22日 申請日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者吉田經(jīng)尊, 富澤淳, 島田直明 申請人:住友金屬工業(yè)株式會社