トップ :: B 処理操作 運輸 :: B21 本質的には材料の除去が行なわれない機械的金属加工;金属の打抜き




【発明の名称】 鍛造アーム、鍛造アーム用鍛造金型及び鍛造アームの設計方法
【発明者】 【氏名】吉田 克哉

【氏名】金子 浩三

【目的】 要求される断面係数を損なうことなく、かつ鍛造時の歩留りの向上を可能な鍛造アームを提供する。
【構成】 上リブ2の上リブ高さHV ’は下リブ3の下リブ高さHB ’より高く、かつ上リブ2の上リブ厚さWVXは下リブ3の下リブ厚さWBXより厚い。
【特許請求の範囲】
【請求項1】平板状のウェブと、該ウェブの少なくとも一側端側で該ウェブから略直角かつ互いに遠ざかる方向に延在する第1、2リブとを有する鍛造アームにおいて、前記第1リブの第1リブ高さは前記第2リブの第2リブ高さより高く、かつ該第1リブの第1リブ厚さは該第2リブの第2リブ厚さより厚いことを特徴とする鍛造アーム。
【請求項2】平坦な第1ウェブ成形面と、該第1ウェブ成形面から略直角に凹設された第1リブ成形部とをもつ第1型と、平坦な第2ウェブ成形面と、該第2ウェブ成形面から略直角に凹設された第2リブ成形部とをもつ第2型と、からなり、該第1型と該第2型との間に粗材を介在させて該第1型及び該第2型を互いに近接させることにより、該第1ウェブ成形面及び該第2ウェブ成形面が該粗材から平板状のウェブを成形するとともに、該第1リブ成形部及び該第2リブ成形部が該粗材から該ウェブの少なくとも一側端側で該ウェブから略直角かつ互いに遠ざかる方向に延在する第1、2リブを成形し、これにより鍛造アームを鍛造可能な鍛造アーム用鍛造金型において、前記第1型の前記第1リブ成形部は、前記第2型の前記第2リブ成形部と比して、該鍛造アームが所望の断面係数を維持し、かつ該第1型及び該第2型の互いの近接終了時に該第1リブ成形部及び該第2リブ成形部内に前記粗材が同時に充填されるべく、深さが深くかつ幅が厚いことを特徴とする鍛造アーム用鍛造金型。
【請求項3】平板状のウェブと、該ウェブの少なくとも一側端側で該ウェブから略直角かつ互いに遠ざかる方向に延在する第1、2リブとを有し、該第1リブの第1リブ高さが該第2リブの第2リブ高さより高く、かつ該第1リブの第1リブ厚さが該第2リブの第2リブ厚さより厚い鍛造アームを鍛造すべく、該鍛造アームを設計する鍛造アームの設計方法であって、前記鍛造アームの断面係数及び断面幅並びに前記ウェブのウェブ厚さを決定する第1工程と、該第1工程後、前記第1、2リブの前記第1、2リブ厚さ又は該第1リブの前記第1リブ高さ及び該第1リブ厚さを仮決めするとともに、該断面係数より該第1、2リブの全リブ高さを算出する第2工程と、該第2工程後、該断面係数を維持可能な該第1リブの該第1リブ厚さと該第2リブの該第2リブ厚さとの関係又は該第2リブ高さと該第2リブ厚さとの関係を算出する第3工程と、該第3工程後、鍛造変形解析により、該第1リブ厚さ及び該第2リブ厚さの最適値又は該第2リブ高さ及び該第2リブ厚さの最適値を選択する第4工程と、からなることを特徴とする鍛造アームの設計方法。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鍛造アーム、鍛造アーム用鍛造金型及び鍛造アームの設計方法に関する。本発明に係る鍛造アームは、例えば車両のサスペンションに用いられるロアアーム等に用いて好適である。
【0002】
【従来の技術】従来、鍛造アームとして、図8に示すように、平板状のウェブ90と、このウェブ90の少なくとも一側端側でウェブ90から略直角かつ互いに遠ざかる方向に延在する上下リブ91、92とを有する断面H型、T型等のものが知られている。これらの鍛造アームにおいては、上リブ91の上リブ厚さWU 及び上リブ高さHU が下リブ92の下リブ厚さWB 及び下リブ高さHB とほぼ等しくされている。
【0003】この鍛造アームは、図示しない上型と下型とからなる鍛造金型により鍛造される。上型は、平坦な上ウェブ成形面と、この上ウェブ成形面から略直角に凹設された上リブ成形部とをもつ。また、下型は、平坦な下ウェブ成形面と、この下ウェブ成形面から略直角に凹設された下リブ成形部とをもつ。ここで、上型の上リブ成形部及び下型の下リブ成形部は、幅及び深さが互いにほぼ等しくされている。
【0004】そして、かかる鍛造金型において、上型と下型との間に粗材を介在させて上型及び下型を互いに近接させれば、上ウェブ成形面及び下ウェブ成形面が粗材からウェブ90を成形するとともに、上リブ成形部及び下リブ成形部が同粗材から上下リブ91、92を成形し、これにより鍛造アームが鍛造される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の鍛造アームを使用するとき、スペースの制約等により、上下リブ91、92の一方が他の部材93と干渉してしまう場合がある。例えばロアアームを車両のサスペンションに使用するとき、スペースの制約により、上下リブの一方がスタビライザ、サスペンションメンバ等の他の部材と干渉してしまう。かかる干渉は長手方向の一部についてもあり得る。
【0006】この場合、図9に示すように、例えば他の部材93と干渉する下リブ92の下リブ高さHB ’をHB より短くし、かつ上リブ91の上リブ高さHU ’をHU より長くしつつ、上下リブ91、92の全リブ高さHを維持することも考えられる(H=HU +HB =HU ’+HB ’)。こうすれば、下リブ92と他の部材93との干渉を回避し、かつほぼ同一の強度を確保すべく、鍛造アームの断面係数を維持することが可能となる。
【0007】しかしながら、こうして上下リブ91、92の一方が短く、他方が長い鍛造アームを鍛造する場合、粗材に大きなバリが生じ、歩留りが悪いことが明らかとなった。すなわち、この鍛造アームを鍛造する際、図10に示すように、両者間に粗材70を介在させ、互いに近接可能な上型80と下型81とからなる鍛造金型が用いられる。そして、上型80及び下型81を徐々に互いに近接させたとき、上型80の上ウェブ成形面80a及び下型81の下ウェブ成形面81aが粗材70からウェブ90を成形し始めるとともに、上型80の上リブ成形部80b及び下型81の下リブ成形部81bが同粗材70から上下リブ91、92を成形し始める。この間、上下リブ91、92の側方にはバリ71が生じ、このバリ71は上型80及び下型81の互いの近接の進行により拡大していく。
【0008】ここで、従来の鍛造金型では、上リブ成形部80b及び下リブ成形部81bは、深さはそれぞれDU ’及びDB ’として上下リブ高さHU ’、HB ’に応じた差を有していたものの、幅については何ら考慮されることなく上下リブ厚さWU、WB と等しくしていた。このため、図11に示すように、上型80及び下型81をさらに互いに近接させたとき、深さの浅い下リブ成形部81b内に粗材70が充填されても、深さの深い上リブ成形部80b内には粗材70が完全には充填せず、上リブ成形部80bと粗材70との間に空隙Cが残存しやすい。このまま上型80及び下型81の互いの近接を終了してしまえば、高さの高い上リブ91に空隙Cにより欠肉を生じ、鍛造アームは欠陥品となってしまう。したがって、このような欠肉を生じさせないためには、粗材70の大きさを大きくする必要があり、歩留りの悪化につながる。
【0009】本発明の課題は、この種の鍛造アームにおいて、要求される断面係数を損なうことなく、かつ鍛造時の歩留りの向上を可能とすることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
(1)請求項1の鍛造アームは、平板状のウェブと、該ウェブの少なくとも一側端側で該ウェブから略直角かつ互いに遠ざかる方向に延在する第1、2リブとを有する鍛造アームにおいて、前記第1リブの第1リブ高さは前記第2リブの第2リブ高さより高く、かつ該第1リブの第1リブ厚さは該第2リブの第2リブ厚さより厚いことを特徴とする。
【0011】(2)請求項2の鍛造アーム用鍛造金型は、平坦な第1ウェブ成形面と、該第1ウェブ成形面から略直角に凹設された第1リブ成形部とをもつ第1型と、平坦な第2ウェブ成形面と、該第2ウェブ成形面から略直角に凹設された第2リブ成形部とをもつ第2型と、からなり、該第1型と該第2型との間に粗材を介在させて該第1型及び該第2型を互いに近接させることにより、該第1ウェブ成形面及び該第2ウェブ成形面が該粗材から平板状のウェブを成形するとともに、該第1リブ成形部及び該第2リブ成形部が該粗材から該ウェブの少なくとも一側端側で該ウェブから略直角かつ互いに遠ざかる方向に延在する第1、2リブを成形し、これにより鍛造アームを鍛造可能な鍛造アーム用鍛造金型において、前記第1型の前記第1リブ成形部は、前記第2型の前記第2リブ成形部と比して、該鍛造アームが所望の断面係数を維持し、かつ該第1型及び該第2型の互いの近接終了時に該第1リブ成形部及び該第2リブ成形部内に前記粗材が同時に充填されるべく、深さが深くかつ幅が厚いことを特徴とする。
【0012】(3)請求項3の鍛造アームの設計方法は、平板状のウェブと、該ウェブの少なくとも一側端側で該ウェブから略直角かつ互いに遠ざかる方向に延在する第1、2リブとを有し、該第1リブの第1リブ高さが該第2リブの第2リブ高さより高く、かつ該第1リブの第1リブ厚さが該第2リブの第2リブ厚さより厚い鍛造アームを鍛造すべく、該鍛造アームを設計する鍛造アームの設計方法であって、前記鍛造アームの断面係数及び断面幅並びに前記ウェブのウェブ厚さを決定する第1工程と、該第1工程後、前記第1、2リブの前記第1、2リブ厚さ又は該第1リブの前記第1リブ高さ及び該第1リブ厚さを仮決めするとともに、該断面係数より該第1、2リブの全リブ高さを算出する第2工程と、該第2工程後、該断面係数を維持可能な該第1リブの該第1リブ厚さと該第2リブの該第2リブ厚さとの関係又は該第2リブ高さと該第2リブ厚さとの関係を算出する第3工程と、該第3工程後、鍛造変形解析により、該第1リブ厚さ及び該第2リブ厚さの最適値又は該第2リブ高さ及び該第2リブ厚さの最適値を選択する第4工程と、からなることを特徴とする。
【0013】
【作用】請求項3の鍛造アームの設計方法では、まず第1工程として、鍛造アームの断面係数及び断面幅並びにウェブのウェブ厚さを決定する。そして、第2工程として、第1、2リブの第1、2リブ厚さ又は第1リブの第1リブ高さ及び第1リブ厚さを仮決めするとともに、断面係数より第1、2リブの全リブ高さを算出する。次いで、第3工程として、断面係数を維持可能な第1リブの第1リブ厚さと第2リブの第2リブ厚さとの関係を算出する。又は第3工程として、断面係数を維持可能な第2リブ高さと第2リブ厚さとの関係を算出する。この後、第4工程として、鍛造変形解析により、第1リブ厚さ及び第2リブ厚さの最適値を選択する。又は第4工程として、第2リブ高さ及び第2リブ厚さの最適値を選択する。かかる最適値に基づいて鍛造アームを設計し、その鍛造アームを鍛造する。
【0014】請求項2の鍛造アーム用鍛造金型は請求項3で設計された鍛造アームに基づき構成され得る。この鍛造金型を用い、第1、2型の間に粗材を介在させて第1、2型を互いに近接させ、これにより請求項1の鍛造アームを鍛造する。このとき、第1型の第1リブ成形部は第2型の第2リブ成形部と比して深さが深くかつ幅が厚いことから、第1、2型の互いの近接終了時に第1、2リブ成形部内に粗材が同時に充填され、深さの深い第1リブ成形部と粗材との間に空隙が残存しない。このため、この時点で第1、2型の互いの近接を終了しても、高さの高い第1リブには欠肉を生じず、鍛造アームは良品となる。したがって、余分に第1、2型の互いの近接を行なう必要がないことから、バリが余分に拡大しない。
【0015】こうして得られる請求項1の鍛造アームは、第1リブの第1リブ高さが第2リブの第2リブ高さより高いため、高さの低い第2リブが他の部材との干渉を回避する。また、この鍛造アームは、第1リブの第1リブ厚さも第2リブの第2リブ厚さより厚いものとなり、所望の断面係数を維持する。
【0016】
【実施例】以下、請求項1〜3の発明を具体化した実施例1、2を図面を参照しつつ説明する。
(実施例1)実施例1では断面H型の鍛造アームを鍛造する。
【0017】{設計方法}
「第1工程」まず、図1に示すように、鍛造アームについて、必要とされる断面係数及び断面幅並びにウェブ1のウェブ厚さtを決定する。
「第2工程」そして、第1リブとしての上リブ2の上リブ厚さWU0と、第2リブとしての下リブ3の下リブ厚さWB0とをともに等しく仮決めする。次いで、上記断面係数より上下リブ2、3の全リブ高さHを算出する。ここで、他の部材4が下リブ3に干渉しないように下リブ3の下リブ高さHB ’を決定すれば、H−HB ’=HU ’より、上リブ2の上リブ高さHU ’が決定される。
【0018】「第3工程」次いで、上リブ厚さWU0と下リブ厚さWB0とを変化させ、図2に示すように、上記断面係数を維持可能な上リブ2の上リブ厚さWU と下リブ3の下リブ厚さWB との関係(WB ,WU )を算出する。
「第4工程」この後、鍛造アームの形状及び粗材7(図3、4参照)の材質、上下型5、6(図3、4参照)と粗材7との摩擦係数、メッシュの分割数及び計数ステップ数をコンピュータに入力し、上記ウェブ厚さt、上リブ高さHU ’及び下リブ高さHB ’並びに図2のグラフ上の特定の上リブ厚さWU 及び下リブ厚さWB の下でのFEM鍛造変形解析を行なう。かかる鍛造変形解析のシュミレーション時、上下型5、6の互いの近接終了時に上下リブ成形部5b、6b内に粗材7が同時に充填される上リブ厚さWU 及び下リブ厚さWB の最適値(WBX,WUX)を選択する。
【0019】{鍛造金型}上記鍛造アームの形状、ウェブ厚さt、上リブ高さHU ’及び下リブ高さHB’並びに最適値(WBX,WUX)に基づき、鍛造アームを設計し、その鍛造アームを鍛造可能な鍛造金型を構成する。この鍛造金型は、図3、4に示すように、第1型としての上型5と第2型としての下型6とからなる。上型5は、平坦な第1ウェブ成形面としての上ウェブ成形面5aと、この上ウェブ成形面5aから略直角に凹設された第1リブ成形部としての上リブ成形部5bとをもつ。また、下型6は、平坦な第2ウェブ成形面としての下ウェブ成形面6aと、この下ウェブ成形面6aから略直角に凹設された第2リブ成形部としての下リブ成形部6bとをもつ。
【0020】ここで、上リブ成形部5bの深さDU ’は上リブ高さHU ’からウェブ厚さtの1/2を引いた値に設計され、下リブ成形部6bの深さDB ’は下リブ高さHB ’からウェブ厚さtの1/2を引いた値に設計されている。また、上リブ成形部5bの幅は上リブ厚さの最適値WUXに設計され、下リブ成形部6bの幅は下リブ厚さの最適値WBXに設計されている。こうして、上型5の上リブ成形部5bは、下型6の下リブ成形部6bと比して、深さが深くかつ幅が厚くなっている。
【0021】{鍛造方法}そして、図3に示すように、上下型5、6間に粗材7を介在させ、上型5及び下型6を徐々に互いに近接させる。このとき、上型5の上ウェブ成形面5a及び下型6の下ウェブ成形面6aが粗材7からウェブ1を成形し始めるとともに、上型5の上リブ成形部5b及び下型6の下リブ成形部6bが同粗材7から上下リブ2、3を成形し始める。この間、上下リブ2、3の側方にはバリ8が生じ、このバリ8は上型5及び下型6の互いの近接の進行により拡大していく。
【0022】図4に示すように、上型5及び下型6を近接終了まで互いに近接させる。このとき、上型5の上リブ成形部5bは下型6の下リブ成形部6bと比して深さが深くかつ幅が厚いことから、近接終了時に上下リブ成形部5a、6a内に粗材7が同時に充填され、深さの深い上リブ成形部5aと粗材7との間に空隙が残存しない。このため、この時点において、高さの高い上リブ2には欠肉を生じず、鍛造アームは良品となる。
【0023】したがって、粗材7を大きくすることなく、かつバリ8が余分に拡大せず、高い歩留りで鍛造アームを鍛造することができる。
{鍛造アーム}バリ8を除去し、図1に示す鍛造アームが得られる。この鍛造アームは、上リブ2の上リブ高さHU ’が下リブ3の下リブ高さHB ’より高いため、高さの低い下リブ3が他の部材4との干渉を回避し、スペースの制約の問題を解決することができる。また、この鍛造アームは、上リブ2の上リブ厚さWUXも下リブ3の下リブ厚さWBXより厚いものとなり、所望の断面係数を維持して所望の強度を確保することができる。
【0024】したがって、実施例1によれば、鍛造アームにおいて、要求される断面係数を損なうことなく、かつ鍛造時の歩留りの向上が可能となる。
(実施例2)実施例2では、さらに具体的に図5に模式断面を示す鍛造ロアアームを鍛造する。ここでは、干渉物を回避すべく上リブ10の上リブ高さH1 及び上リブ厚さW1 を固定して考え、下リブ11の下リブ高さH2 及び下リブ厚さW2 の最適値を求める。
【0025】{設計方法}
「第1工程」まず、鍛造ロアアームについて、必要とされる断面係数;2.6×105 (mm4 )及び断面幅L;50.5(mm)並びにウェブ9のウェブ厚さt;5.5(mm)を決定する。また、H2 =16.8(mm)、W2 =5(mm)と決定する。
【0026】「第2工程」そして、第1リブとしての上リブ10の上リブ高さH1 ;11.5(mm)及び上リブ厚さW1 ;5(mm)を決定し、第2リブとしての下リブ11の下リブ高さHX (mm)及び下リブ厚さWX (mm)を仮決めする。また、上記断面係数より上下リブ10、11の全リブ高さH1 +t+HX (mm)を算出する。
【0027】「第3工程」次いで、下リブ11の下リブ高さHX 及び下リブ厚さWX とを変化させ、図6に示すように、上記断面係数を維持可能な下リブ高さHX と下リブ厚さWX との関係(HX ,WX )を算出する。
「第4工程」この後、鍛造アームの形状等を実施例1と同様にコンピュータに入力し、上記ウェブ厚さt等の下でのFEM鍛造変形解析を行なう。図7にかかる鍛造変形解析の上下型13、14の互いの近接終了時におけるシュミレーションを示す。ここで、図7(A)は(HX ,WX )=(16,7)、図7(B)は(HX ,WX)=(13,9)、図7(C)は(HX ,WX )=(11.5,10.5)である。これらは図6におけるグラフ上の(A)〜(C)点である。
【0028】図7(A)及び(B)より、(16,7)及び(13,9)では、上リブ成形部13b内に粗材15が充填されても、下リブ成形部14b内には粗材15が完全には充填せず、下リブ成形部14aと粗材15との間に空隙Cが残存しやすいことがわかる。これに対し、図7(C)より、(11.5,10.5)では、上下リブ成形部13b、14b内に粗材15が同時に充填することがわかる。このため、下リブ高さHX 及び下リブ厚さWX の最適値を(11.5,10.5)に選択できる。なお、13a、14aは上下ウェブ成形面である。
【0029】以下、実施例1と同様に鍛造ロアアームを鍛造することができる。したがって、実施例2の設計方法によっても、実施例1と同様の作用及び効果を奏することができる。
【0030】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項1〜3の発明によれば、鍛造アームにおいて、要求される断面係数を損なうことなく、かつ鍛造時の歩留りの向上が可能となる。すなわち、請求項1の鍛造アームは、高さの低い第2リブが他の部材との干渉を回避できるため、スペースの制約等の問題を解決することができるとともに、所望の断面係数を維持して所望の強度を確保することができる。
【0031】また、請求項2の鍛造アーム用鍛造金型では、そのような鍛造アームを高い歩留りで鍛造することができる。さらに、請求項3の鍛造アームの設計方法では、そのような鍛造アームを鍛造する請求項2の鍛造金型を構成することができる。
【出願人】 【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【出願日】 平成7年(1995)7月7日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】大川 宏
【公開番号】 特開平9−19736
【公開日】 平成9年(1997)1月21日
【出願番号】 特願平7−172305