JP2002225651A

JP2002225651A - 曲げ加工用押出中空形材

Info

Publication number: JP2002225651A
Application number: JP2001026598A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Yoshida; 正敏吉田; Hiroshi Karizume; 浩志狩集
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2001-02-02
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2002-08-14

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエブ面に歪みが生じず、曲げ加工後のウ
エブ面の平坦性を確保した曲げ加工用押出中空形材を提
供することを目的とする。【解決手段】互いに直交するフランジ4 、5 とウエブ
2 、3 により略矩形断面を構成し、曲げ加工後に前記ウ
エブ面2 a で他部材と接合されるアルミニウム合金製押
出中空形材1 であって、前記フランジの内、曲げ加工時
に曲げ外側となるフランジ4 が曲げ外側に向かって張り
出した円弧状の形状を有していることである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
製の曲げ加工用押出中空形材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、バンパー補強材やフレ−ム部材
などの自動車の車体等に用いられるアルミニウム合金製
の中空形材は、主として、アルミニウム合金を押出加工
および調質処理（熱処理）して製造される。

【０００３】これらアルミニウム合金製押出中空形材
(以下、単に中空形材と言う) は、互いに直交するフラ
ンジ (縦壁) とウエブ (横壁) により、形材の長手方向
に渡って均一な略矩形断面を構成している。そして、こ
の矩形断面の種類も、基本的な口形中空断面形状の他
に、中リブを設けて補強した日形、田形、目形などの断
面形状が、用途に応じて適宜選択される。

【０００４】これら中空形材には、適用される自動車車
体などの部材形状に応じて、曲げ加工が施される。そし
て、曲げ加工後の中空形材は、前記ウエブ (横壁) 面で
他部材の面と接合され、バンパー補強材やフレ−ム部材
などとして自動車車体等に取り付けられる場合がある。

【０００５】例えば、バンパー補強材の場合には、フロ
ントサイドメンバやリヤサイドメンバ等、車体前後方向
の骨格部材の車体フレーム類 (車体メンバ類) に取り付
けられる。この場合のバンパー補強材の取り付けは、具
体的には図10にバンパー補強材の一部断面正面図を示す
ように、バンパー補強材である中空形材1 のウエブ2の
面2aを、車体のフロントやリヤのサイドメンバ8 の先端
部或いは後端部に、ウエブ面2aにバンパーステイ7 など
の車体連結用部材の先端部7a、7bを取り付ける。

【０００６】図10において、バンパー補強材を構成する
中空形材1 は、前記した通り、互いに直交するフランジ
4(前面の縦壁) 、5 (後面の縦壁) とウエブ2 (上部の
横壁) 、3 (下部の横壁) により、形材の長手方向に渡
って均一な日形の略矩形断面を構成している。

【０００７】そして、バンパー補強材の固定は、多くの
場合、バンパーステイ7 の後端のフランジ部9 とサイド
メンバ8 先端のフランジ部10を機械的締結具11により締
結、または溶接して行われる。また、図示はしないが、
バンパーステイ7 などを介さずに、中空形材1 のウエブ
2 の面2aを、車体のフロントやリヤのサイドメンバ8の
先端部或いは後端部に直接取り付ける方法もある。

【０００８】なお、ここではバンパー補強材の場合につ
いて述べたが、これ以外にも、A ピラーなど、フレーム
として使用した押出形材のウエブ面にブラケット等の他
の形材を取り付ける場合も多い。

【０００９】一方、近年の車体軽量化や車体形状の多様
化乃至小型化に伴い、中空形材も薄肉化されるととも
に、曲げ加工時の曲げ半径も小さくなる傾向にある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、薄肉化された
中空形材に、フランジが曲げ外側や内側となるように、
曲げ半径が小さい曲げ加工を施した場合、特にウエブ面
に歪みが生じ、曲げ加工後のウエブ面の平坦性を確保す
ることが難しくなる。このウエブ面の平坦性が確保でき
ない場合、溶接や機械的接合あるいは接着剤等の接合手
段を問わず、曲げ加工後の押出中空形材をウエブ面で他
部材の面と接合することが難しくなるという問題を生じ
る。

【００１１】この問題を更に図11により具体的に説明す
る。図11は、従来の押出中空形材の曲げ加工時 (後) の
断面変形状態を示している。今、中空形材1 に矢印A の
方向から、フランジ4 が曲げ外側、フランジ5 が曲げ内
側となるように、曲げ加工を施した場合、曲げ外側フラ
ンジ4 には水平方向の引っ張り力F1がかかり、曲げ内側
フランジ5 には水平方向の圧縮力F2がかかる。このF1や
F2は曲げ半径が小さいほど大きくなる。

【００１２】この際、曲げ外側フランジ4 は水平方向の
引っ張り力F1により、水平方向に伸びるとともに、これ
に応じて幅方向 (高さ方向) には縮むことになる。この
変形に応じて、ウエブ面2a、3aは形材内側に変形して、
更に、これに応じて曲げ外側フランジ4 も凹みとなる曲
げ変形が生じる。

【００１３】一方、曲げ内側フランジ5 も水平方向の圧
縮力F2により、水平方向に縮むとともに、幅方向 (高さ
方向) には伸びようとする。しかし、曲げ加工で通常使
用するウエブ面抑え金型の存在により、曲げ内側フラン
ジ5 は形材内部に凹むことでその幅方向の伸び量を吸収
するように変形する。

【００１４】以上の結果、図11に示すように、ウエブ面
2a、3bには、曲げ加工前の平坦な形状 (点線で示す) に
対し、大きな変形が生じる。この結果、曲げ加工後のウ
エブ面2a、3bの平坦性を確保できなくなる。なお、曲げ
内側フランジ5 の変形量は、前記ウエブ面抑え金型で拘
束されるため、曲げ外側フランジ4 の変形量に比べて小
さくなり、ウエブ2 、3 の変形に対する影響は小さい。

【００１５】このウエブ面の平坦性が確保できない場
合、前記図11に示したような、バンパー補強材である中
空形材1 のウエブ2 の面2aを、他の部材である車体サイ
ドメンバ8 の先端部或いは後端部、バンパーステイ7 な
どの車体連結用部材の先端部に取り付け、ウエブ面で他
部材の面と接合することが難しくなる。また、例え接合
し得たとしても、接合強度の確保や保証ができない。

【００１６】この問題を解決するために、従来から、曲
げ加工条件や材料条件の側を改善する方法が主として行
われてきた。改善方法としては、例えば、曲げ半径を大
きくする、板厚を厚くする、曲げ加工後に矯正する、な
どの方法がある。

【００１７】この内、曲げ半径を大きくするのは、車体
自体の設計変更につながり、車体の設計思想上認められ
ないことが多い。また、板厚を厚くするのは、車体の重
量増加ににつながり、前記軽量化要求に反し、アルミニ
ウム合金材採用の利点そのものが損なわれてしまう。更
に、曲げ加工後に矯正するのは、工程が煩雑となるとと
もにコストも高くなる。

【００１８】したがって、本発明の目的は、曲げ加工条
件や材料条件の側を変更せずに、また、アルミニウム合
金材の利点を損なわずに、薄肉化され曲げ半径が小さい
場合にも、ウエブ面に歪みが生じず、曲げ加工後のウエ
ブ面の平坦性を確保した曲げ加工用押出中空形材を提供
しようとするものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明請求項1 の曲げ加工用押出中空形材の要旨
は、互いに直交するフランジとウエブにより略矩形断面
を構成し、曲げ加工後に前記ウエブ面で他部材と接合さ
れるアルミニウム合金製押出中空形材であって、前記フ
ランジの内、曲げ加工時に曲げ外側となるフランジが曲
げ外側に向かって張り出した円弧状の形状を有している
ことである。

【００２０】上記本発明構成によれば、曲げ加工時に曲
げ外側となるフランジが曲げ外側に向かって張り出し、
このフランジの線長がフランジの幅よりも長い。このた
め、曲げ加工に伴い、曲げ加工時に曲げ外側となるフラ
ンジ (以下、曲げ外側フランジと言う) が幅方向 (高さ
方向) に縮むことになっても、それを吸収できるだけの
余裕があり、曲げ外側フランジが中空形材内部に向かっ
て変位することで、その線長変化を許容できる。更に、
曲げ外側フランジが曲げ外側方向に張り出した形状を持
つことで、ウエブの曲げ外側端部をウエブ面の抑え型に
押しつけるような荷重が加わり、曲げ外側の変形に連動
したウエブの変形を抑制できる。

【００２１】この結果、曲げ加工条件や材料条件の側を
変更せずに、また、アルミニウム合金材の利点を損なわ
ずに、薄肉化され曲げ半径が小さい場合にも、ウエブ面
に歪みが生じず、曲げ加工後のウエブ面の平坦性を確保
することができる。そして、溶接や機械的接合あるいは
接着剤等の接合手段を問わず、ウエブ面で他部材の面と
接合する際の接合強度の確保や保証ができる。更に、外
寸を一定条件として、通常の矩形断面形材と比較すれ
ば、本発明断面では、ウエブ面の幅も短くなる。このた
め、ウエブの曲げ剛性も増加し、曲げ加工時のウエブの
座屈抑制にも効果がある。即ち、通常の矩形断面形材と
比較して、ウエブ座屈しない肉厚をより薄く設定でき、
軽量化が図れる。

【００２２】曲げ外側フランジの線長が曲げ加工時の変
形のための、前記必要長さを確保するためには、請求項
2 に記載の通り、曲げ外側フランジの線長S がフランジ
幅のB との関係で、νht/R≦(S-B)/S (但し、ν; ポア
ソン比、ht; 中空形材曲げ中立軸から曲げ最外側部まで
の半径方向の距離、R;中空形材曲げ中立軸における曲げ
半径) を満足することが好ましい。

【００２３】そして、本発明中空形材に好適なアルミニ
ウム合金は、請求項3 に記載のように、AA乃至JIS 規格
による 7000 系の時効処理アルミニウム合金である。こ
のアルミニウム合金を用いることにより、本発明中空形
材の壁厚を特に5mm 以下などに薄肉化した場合の、バン
パー補強材などの車体部材に要求される耐圧壊特性など
の強度を確保できる。

【００２４】また、本発明中空形材は、請求項4 に記載
のように、バンパー補強材に用いられて好適である。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明中空形材の実施の形
態について、図を用いて詳述する。図1 は本発明中空形
材の断面形状の一実施態様を示す斜視図 (但し、断面形
状は曲げ加工前を示し、全体形状は後述する請求項2 の
好ましい態様の式の意味を示すために曲げ加工されるこ
とを想定した中空形材を示している) 、図2 は図1の本
発明中空形材の曲げ加工後の断面形状( 曲げ加工時の断
面変形状態) を示す斜視図である。

【００２６】図1 において、中空形材1 は、前記図6 の
従来の中空形材と同様、互いに直交するフランジ4(前面
の縦壁) 、5 (後面の縦壁) とウエブ2 (上部の横壁)
、3(下部の横壁) により、形材の長手方向に渡って均
一な日形の略矩形断面を構成している。ここにおいて、
本発明中空形材の長手方向に渡る断面形状は、必ずしも
同一でなくとも、部分的あるいは順次断面形状が変化す
るような中空形状が、車体などの設計側から、自由に選
択できる。

【００２７】但し、本発明中空形材が、前記図6 の従来
の中空形材と異なる点は、曲げ加工の際に曲げ外側とな
るフランジ4 が曲げ外側に向かって張り出した円弧状の
形状6 を有し、このフランジ4 の線長S がフランジ4 の
幅B よりも、S-B だけ長いことである。

【００２８】このため、図2 に示す通り、曲げ外側フラ
ンジ4 が水平方向の伸びに応じて、幅方向 (高さ方向)
に縮んだとしても、この変形のために必要な線長S-B を
確保することができる。

【００２９】言い換えると、本発明中空形材では、最低
でも、この変形のための必要長さS-B を確保する分だ
け、曲げ外側フランジ4 が曲げ外側に向かって張り出し
た円弧状の形状6 を有することが好ましい。また、この
変形のための必要長さS-B に見合った長さだけ、曲げ外
側フランジ4 が曲げ外側に向かって張り出した円弧状の
形状6 を有すれば良く、不必要に長く張り出させる必要
はない。

【００３０】この変形のための必要長さS-B は、曲げ加
工条件との関係で定量的に求められる。即ち、図２に示
す通り、曲げ外側フランジの線長S がフランジ幅のB と
の関係で、νht/R≦(S-B)/S (但し、ν; ポアソン比、
ht; 中空形材曲げ中立軸から曲げ最外側部までの半径方
向の距離、R;中空形材曲げ中立軸における曲げ半径)を
満足する場合に、変形のための必要長さが確実に確保さ
れる。なお、曲げ中立軸 (図2 に一点鎖線で示す) は、
全塑性曲げの観点から設定される軸であって、曲げ内側
と曲げ外側の形材同一断面積が同一と成る軸である。

【００３１】なお、この曲げ外側に向かって張り出した
円弧状の形状6 自体は、図3 の態様のように、滑らかな
円弧状でも良く、前記図1 、2 のような段差をつけた円
弧状の形状でも良い。要は、図3 、図4 、図5 に示すよ
うな、本発明中空形材の断面形状の種類に応じて、円弧
状の形状も適宜選択される。なお、図3 は略口形の中空
断面形状、図4 は中リブ12a を1 本設けて補強した略日
形中空断面形状、図5は中リブ12b 2 本を設けて補強し
た略目形の中空断面形状を示す。

【００３２】本発明中空形材では、これら略日形、略目
形、あるいは図示しない田形などの断面形状が、用途に
応じて適宜選択される。例えば、バンパー補強材用途で
は、車体設計によるバンパー補強材の断面の大きさ (高
さ) や、前記強度あるいは衝突エネルギー吸収量などの
要求特性に応じて適宜選択される。そして、これら中空
形材の断面形状に応じた、曲げ外側フランジ4 として、
6a、6b、6cなどの円弧状の形状が適宜選択される。

【００３３】本発明中空形材は、以上の構成であるた
め、曲げ外側フランジ4 の変形に連動したウエブ2 の変
形が生じるのを防止し、曲げ加工前と同様のウエブ面の
2aの平坦を確保することができる。そして、中空形材1
のウエブ2 の面2aを、他の部材の面と接合した際の、接
合強度の確保や保証ができる。なお、前記した通り、曲
げ内側フランジ5 の変形はウエブ2 、3 の変形には関与
乃至影響しない。

【００３４】また、本発明中空形材は、ウエブ2 の変形
乃至歪みが抑制できるため、バンパー補強材など車体用
途の場合に、アルミニウム合金材採用の利点である軽量
化目的を達成するために、壁厚が5mm 以下の薄い中空形
材とすることができる効果も有する。これら薄い部分で
の中空形材は、前記ウエブ2 の変形乃至歪み変形から、
中々前記車体用途に適用できなかったものである。した
がって、本発明で壁厚の薄肉化を言う場合には、前記壁
厚が5mm 以下であることが薄肉化の目安となる。

【００３５】本発明中空形材で用いるアルミニウム合金
は、5mm 以下の厚みの長尺の中空形材として、車体構造
材用途などに適用する際には、用途からの要求特性とし
て、耐力が200MPa以上のAA乃至JIS に規格化された6000
系アルミニウム合金が好ましい。また、車体構造材の中
でも、衝突用部材としては、耐力が280MPa以上の7000系
アルミニウム合金が好ましい。但し、前記した本発明に
おける曲げ外側のフランジ変形は、定変位型変形である
ため、アルミニウム合金材料の強度、引っ張り特性には
殆ど依存せず、主としてポアソン比や r値のみに依存す
る。

【００３６】バンパー補強材などの車体部材に要求され
る耐圧壊特性などを確保するためには、請求項3 に記載
のように、AA乃至JIS 規格による 7000 系の時効処理ア
ルミニウム合金が特に好ましい。このアルミニウム合金
を用いることにより、本発明中空形材を特に5mm 以下な
どに薄肉化した場合の、バンパー補強材などの車体部材
に要求される耐圧壊特性などの強度を確保できる。

【００３７】なお、時効処理は、加熱処理によってAl合
金材の時効硬化を促進させ、Al合金材の強度を高める(2
80MPa 以上の耐力) 処理である。時効処理条件 (温度×
時間) は、Al合金材の所望強度に応じて、最高の強度と
なる温度×時間の時効処理から、この条件を越えて行う
過時効処理まで、適宜選択される。

【００３８】また、本発明中空形材は、基本的にアルミ
ニウム合金製押出形材から構成される。この押出形材の
製造自体は、鋳造、均質化熱処理、熱間押出、調質熱処
理等を、主要工程とする常法により適宜製造される。こ
のような押出による形材を使用することにより、設計、
デザイン上、断面が複雑な形状の場合であっても、容易
に、かつ効率的に製造することが可能となる。

【００３９】(実施例)図1 の断面形状を有する直線状の
押出中空形材 (肉厚2.0mm 、長さ1300mm) で、曲げ外側
フランジの線長S を種々変え、耐力が280MPaの7000系Al
合金製の中空形材(T1 処理材) を曲げ加工した際の、ウ
エブ2 のウエブ面2cの最大歪み量をFEM 解析した。

【００４０】押出中空形材の断面条件は、図6 の断面図
に示すように、フランジ幅B が40mm、ウエブ幅2ht が60
mmの口型形材とした。そして、発明例(1〜3)は、前記曲
げ外側フランジの線長S と曲げ外側フランジの張出度x
(mm) を変えて解析した。比較のために、図10に示した
従来の口型形材(S-Bとx は0mm)も解析した。その結果を
表1 に示す。そして、解析による断面形状の変化も図7
(比較例4)、図8 、9(発明例2 、3)に示す。なお、図7
〜9 において、横の線がウエブ面、右側の縦線が曲げ外
側フランジを表わし、四角印が曲げ加工前 (変形前) 、
丸印が曲げ加工後 (変形後) の断面形状を示す。また、
図中の横軸は曲げ中心からの半径方向距離、立て軸はフ
ランジ幅中央位置からのフランジ幅方向距離を示してい
る。

【００４１】表1 には、解析対象とした押出中空形材の
各条件、曲げ外側フランジの線長Sとフランジ幅のB と
の差S-B(mm) 、(S-B)/S 、νht/R、νht/Rと(S-B)/S と
の関係 (但し、νのポアソン比を0.3 とする) 、図6 に
示した曲げ外側フランジの張出度x(mm) も示す。

【００４２】また、押出中空形材の曲げ加工の条件は、
中空形材の曲げの中心を中央部として、中空形材曲げ中
立軸から曲げ最外側部までの半径方向の距離htを30mm、
中空形材曲げ中立軸における曲げ半径R を330mm とし
た。

【００４３】表1 から明らかな通り、曲げ外側フランジ
の線長S をフランジ幅のB よりも長くした発明例1 〜3
の中空形材は、ウエブの最大歪み量(mm)が小さい。

【００４４】また、表1 および図8 、9 から明らかな通
り、発明例の中でも、曲げ外側フランジの線長S がフラ
ンジ幅のB との関係で、好ましい規定であるνht/R≦(S
-B)/S を満足する発明例2 、3 の中空形材は、発明例1
よりも更にウエブの最大歪み量(mm)が小さく、0.4 乃至
0mmである。通常、ウエブ面で溶接接合できる許容歪み
量は0.5mm 以下であり、発明例2 、3 はこれを満足して
いる。そして、νht/R≦(S-B)/S の規定のより好ましい
意義も証明している。

【００４５】これに対し、曲げ外側フランジの線長S が
フランジ幅のB と同じ、通常の矩形中空形材である比較
例4 の中空形材は、表1 および図7 から明らかな通り、
ウエブの最大歪み量(mm)が発明例に比して著しく大き
い。このことは、比較例4 の中空形材が、曲げ加工時に
形材の横方向から曲げ荷重がかかった場合、曲げ外側フ
ランジの変形に連動してウエブが変形し、特に薄肉化さ
れ、また曲げ半径が小さい場合には、ウエブ面の歪みが
大きくなり、曲げ加工後のウエブ面の平坦性を確保でき
ず、ウエブ面における他部材との接合強度を確保乃至保
証できないことを証明している。

【００４６】以上の結果から、本発明が、曲げ加工時に
曲げ外側フランジの変形に連動したウエブの変形を防止
でき、薄肉化され、また曲げ半径が小さい場合にも曲げ
加工後のウエブ面の平坦性を確保でき、ウエブ面におけ
る他部材との接合強度を確保乃至保証できることが証明
される。

【００４７】

【表１】

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、曲げ加工条件や材料条
件の側を変更せずに、また、アルミニウム合金材の利点
を損なわずに、薄肉化され曲げ半径が小さい場合にも、
ウエブ面に歪みが生じず、曲げ加工後のウエブ面の平坦
性を確保した曲げ加工用押出中空形材を提供することが
できる。このため、車体用部材へのアルミニウム合金材
の用途を大きく拡大するものであり、工業的な価値が大
きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明曲げ加工用押出中空形材の一実施態様を
示す斜視図である。

【図２】図1 の本発明中空形材断面の曲げ加工時の変形
状態を示す斜視図である。

【図３】本発明中空形材の他の実施態様を示す断面図で
ある。

【図４】本発明中空形材の他の実施態様を示す断面図で
ある。

【図５】本発明中空形材の他の実施態様を示す断面図で
ある。

【図６】実施例における中空形材断面条件を示す断面図
である。

【図７】実施例における従来の押出中空形材断面の変形
状態を示す説明図である。

【図８】実施例における本発明押出中空形材断面の変形
状態を示す説明図である。

【図９】実施例における本発明押出中空形材断面の変形
状態を示す説明図である。

【図１０】曲げ加工された従来の押出中空形材の接合状
態を示す一部断面正面図である。

【図１１】従来の押出中空形材断面の曲げ加工時の変形
状態を示す斜視図である。

【符号の説明】

1:押出中空形材、2 、3:ウエブ、4 、5:フランジ、6:円
弧状フランジ、7:ステイ、8:サイドメンバー、9 、10:
フランジ部、11: 締結具、12: 中リブ、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに直交するフランジとウエブにより
略矩形断面を構成し、曲げ加工後に前記ウエブ面で他部
材と接合されるアルミニウム合金製押出中空形材であっ
て、前記フランジの内、曲げ加工時に曲げ外側となるフ
ランジが、曲げ外側に向かって張り出した円弧状の形状
を有し、このフランジの線長がフランジの幅よりも長い
ことを特徴とする曲げ加工用押出中空形材。
【請求項２】前記曲げ外側となるフランジの線長S が
フランジ幅のB との関係で、νht/R≦(S-B)/S (但し、
ν; ポアソン比、ht; 中空形材曲げ中立軸から曲げ最外
側部までの半径方向の距離、R;中空形材曲げ中立軸にお
ける曲げ半径) を満足する請求項１に記載の曲げ加工用
押出中空形材。
【請求項３】前記アルミニウム合金として、AA乃至JI
S 規格による 7000系の時効処理アルミニウム合金を用
いた請求項１または２に記載の曲げ加工用押出中空形
材。
【請求項４】前記押出中空形材の曲げ加工後の用途が
バンパー補強材である請求項１乃至３のいずれか１項に
記載の曲げ加工用押出中空形材。