CN110719820B

CN110719820B - 带台阶管构件及带台阶管构件的制造方法

Info

Publication number: CN110719820B
Application number: CN201880038175.8A
Authority: CN
Inventors: 今村美速; 今井智惠子
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-07-06
Filing date: 2018-07-05
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2038-07-05
Also published as: US11774013B2; JP2019013955A; CN110719820A; WO2019009380A1; JP6423492B1; US20210148492A1

Abstract

在大径管构件的轴向一端部，从管端起依次连续地形成有大径管管端伸出部、大径管缩径部、大径管鼓出部、锥形部。在小径管构件的轴向一端部，从管端起依次连续地形成有小径管管端伸出部、小径管扩径部、小径管鼓出部。大径管缩径部的内周面与小径管扩径部的外周面密接，大径管鼓出部的内周面与小径管管端伸出部的外周面卡合，大径管管端伸出部的内周面与小径管鼓出部的外周面卡合。

Description

带台阶管构件及带台阶管构件的制造方法

技术领域

本发明涉及将直径不同的管接合而成的带台阶管构件及带台阶管构件的制造方法。

背景技术

汽车的结构部件从成本或焊接等施工性的观点大多使用钢构件。考虑近年来的燃料效率提高的需求，研究了以轻量的构件置换由钢构件构成的汽车的结构部件的一部分，并除了面板构件以外对于框架构件也应用该轻量化构件的技术。框架或加强件等结构部件存在将由直径不同的管状构件串联接合而成的带台阶状的构件用作构造的一部分的情况。在此将这样的构件称为“带台阶管构件”。

作为带台阶管构件的制造方法，已有应用使大径管构件的一端以大径管构件的内径与小径管构件的外径一致的方式拉深的加工的技术，例如，已知通过扣压加工进行拉深的技术(专利文献1)。

另外，还研究了通过将大径管构件的一端沿径向冲压成形而形成具有多个凸缘的接合部，在冲压部的一部分开孔并与小径管构件焊接，以制造带台阶管构件的技术(专利文献2)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-99922号公报

专利文献2：日本特开平8-2289号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，根据专利文献1的技术，大径管构件的拉深了的顶端部处的尺寸，特别是内径侧的管形状变得不稳定。因此，在将小径管构件插入大径管构件的顶端部时，存在产生钩挂而组装作业性低下的情况。另外，根据加工条件还存在大径管构件产生裂纹的情况。

另一方面，在基于专利文献2记载的技术的接合部不会出现在扣压加工中产生的顶端部的形状或尺寸精度的问题。但是，在专利文献2记载的技术中，将小径管构件插入接合部，使用在大径管构件设置的孔使大径管构件和小径管构件焊接。

因此，开孔加工或焊接加工的工时增加，且根据焊接条件，向连接部输入的输入热量增加。其结果，存在因在各部分产生的热应变而使带台阶管构件整体的尺寸精度降低，且难以向用于安装带台阶管构件的被安装构件侧的组装的情况。

本发明目的在于解决上述问题，提供一种组装作业性和组装精度优异的带台阶管构件及带台阶管构件的制造方法。

用于解决课题的方案

本发明包含下述结构。

(1)一种带台阶管构件，其具有在大径管构件的轴向一端部固定直径比所述大径管构件小的小径管构件的轴向一端部而成的连接部，其中，

在所述大径管构件的所述轴向一端部，从管端起依次连续地形成有大径管管端伸出部、直径比所述大径管管端伸出部小的大径管缩径部、直径比所述大径管缩径部大的大径管鼓出部、扩径为直径比所述大径管鼓出部大的锥形部，

在所述小径管构件的所述轴向一端部，从管端起依次连续地形成有小径管管端伸出部、直径比所述小径管管端伸出部小的小径管扩径部、直径比所述小径管扩径部大的小径管鼓出部，

所述大径管缩径部的内周面与所述小径管扩径部的外周面密接，

所述大径管鼓出部的内周面与所述小径管管端伸出部的外周面卡合，

所述大径管管端伸出部的内周面与所述小径管鼓出部的外周面卡合。

根据该带台阶管构件，在连接部处小径管扩径部扩管且与大径管缩径部的内周面密接。另外，在该连接部，小径管管端伸出部的外周面与大径管鼓出部的内周面密接而卡合，小径管鼓出部的外周面与大径管管端伸出部的内周面密接而卡合。这些密接构造和卡合构造能够通过将小径管构件插入大径管构件后的扩管铆固固定而形成。因此，能够以大径管构件与小径管构件的简单插入作业实现固定，不会因插入时的钩挂等使得组装作业性下降。另外，小径管构件与大径管构件的内周面密接，因此不易产生裂纹。

并且，由于不需要焊接部位，因此也不会出现由焊接的热应变引起的尺寸精度降低。

(2)根据(1)的带台阶管构件，其中，在所述大径管缩径部的外周面固定有刚性构件。

根据该带台阶管构件，扩管后的小径管扩径部与大径管缩径部的内周面密接，在将大径管缩径部向径向外侧按压时，刚性构件铆固在大径管缩径部，大径管构件和小径管构件同时由刚性构件固定。

(3)一种带台阶管构件的制造方法，在所述带台阶管构件的制造方法中依次执行以下工序：

准备大径管构件，所述大径管构件在轴向一端部具有朝向管端缩径的锥形部和从所述锥形部的缩径侧向管端延伸的缩径管部；

将直径比所述缩径管部小的小径管构件插入所述缩径管部的管内；以及

将所述小径管构件至少在与所述缩径管部相对的相对区域扩管，从而形成将所述大径管构件与所述小径管构件连接的连接部，

在形成所述连接部的工序中，

使所述缩径管部扩管后的大径管缩径部的内周面与所述小径管构件的外周面密接，

使所述小径管构件的管端扩管后的小径管管端伸出部的外周面与所述大径管构件的和所述小径管管端伸出部相对的相对区域扩管后的大径管鼓出部的内周面卡合，

使所述大径管构件的管端扩管后的大径管管端伸出部的内周面与所述小径管构件的和所述大径管管端伸出部相对的相对区域扩管后的小径管鼓出部的外周面卡合。

根据该带台阶管构件的制造方法，通过在将小径管构件插入大径管构件后进行扩管铆固固定，从而不会像以往的拉深加工那样形状变得不稳定，不会降低组装作业性。另外，不会像以往的基于焊接的接合那样产生由焊接引起的输入热量，因此也不会出现由热应变引起的尺寸精度降低。此外省去用于抑制焊接热应变的夹具设置的麻烦，生产性提高。

(4)根据(3)的带台阶管构件的制造方法，其中，

所述小径管构件是铝合金，

在形成所述连接部的工序中，

将线圈插入所述小径管构件的管内并通过电磁成形使所述小径管构件扩管。

根据该带台阶管构件的制造方法，若向线圈通电，则小径管构件在所产生的洛伦兹力的作用下扩管，并被扩管铆固固定在大径管构件的与缩径管部相对的相对区域。与此同时，能够在小径管构件形成小径管管端伸出部、小径管鼓出部。另外，能够在大径管构件形成大径管管端伸出部、大径管鼓出部。并且，这些部位通过小径管构件扩径的作用而能够使小径管鼓出部与大径管鼓出部的内周面密接，使小径管鼓出部与大径管管端伸出部的内周面密接。

(5)根据(3)或(4)的带台阶管构件的制造方法，其中，所述小径管构件是热处理型铝合金，在T1调质状态下扩管并在该扩管后实施人工时效处理。

根据该带台阶管构件的制造方法，能够通过T1调质使扩管量增大，并提高铆固力。另外通过之后的人工时效使得材料强度提高。其结果，能够进一步提高带台阶管构件的铆固接合部的强度。

发明效果

根据本发明，能够获得组装容易且组装精度高的带台阶管构件。

附图说明

图1是示意性示出仪表盘加强件的外观立体图。

图2是电磁成形前的梁构件的主要部分剖视图，是图1所示的II-II线剖视图。

图3是图2所示的梁构件的电磁成形后的主要部分剖视图。

图4是扩管后的梁构件的主要部分放大剖视图。

图5是示意性示出通过电磁成形将大径管构件和小径管构件扩管铆固固定的情形的工序说明图。

图6是表示电磁成形线圈、大径管构件、小径管构件及托架的位置关系的说明图。

具体实施方式

以下参照附图详细说明本发明的实施方式。

本发明的带台阶管构件在此以在汽车的仪表板内设置的加强件的梁构件为一例进行说明，但不限于此。

＜仪表盘加强件的结构＞

图1是示意性示出仪表盘加强件的外观立体图。

仪表盘加强件11具有作为带台阶管构件的梁构件13、在梁构件13的外周设置的托架15及转向柱托架17、以及在梁构件13的两端设置的安装托架19A、19B。托架15、转向柱托架17、安装托架19A、19B分别形成有贯通孔20，梁构件13以穿插在各贯通孔20中的状态被固定。

仪表盘加强件11借助安装托架19A、19B固定在车身的主体上。另外，转向装置支承在转向柱托架17上。

梁构件13将大径管构件21和直径比大径管构件21小的小径管构件23扩管铆固固定在托架15的内径部。

＜大径管构件＞

大径管构件21的成形前的管材不限于圆管，也可以是截面为正方形或长方形的方管、截面为六边形的六角管、截面为八边形的八角管，能够通过挤出或板材焊接制造。在大径管构件21的截面形状为圆形的情况下，后述的缩径管部也同样地设为圆形截面等，优选使形状相互匹配而成形，但也可将不同形状的截面彼此组合。

大径管构件21的材质能够适当选择钢材(普通钢、高张力钢)、铝合金(JIS6000系、7000系等)、树脂等。

＜小径管构件＞

小径管构件23成形前的管材不限于圆管，也可以是截面为正方形或长方形的方管、截面为六边形的六角管、截面为八边形的八角管，能够通过挤出或板材焊接制造。另外，在挤出材料的情况下，也可以设置向外侧突出的肋条等。但是，在小径管构件23具有肋条的情况下，对于小径管构件23的管端23a，优选将肋条切断以不向外侧突出。小径管构件23的材质作为优选材料能够举出铝合金(JIS6000系、7000系等)。

＜托架＞

包含安装在梁构件13上的托架15在内的各种托架由刚性构件构成。刚性构件的材质作为优选材料能够举出钢、铝挤压材料、铝铸造物、树脂射出成形材料等。

＜扩管铆固固定的工序＞

以下简单说明使用托架15将该梁构件13的大径管构件21与小径管构件23扩管铆固固定的工序。该扩管铆固固定特别是从生产性等观点优选基于电磁成形的方式。

图2是电磁成形前的梁构件13的主要部分剖视图，是图1所示的II-II线剖视图。

梁构件13将大径管构件21与小径管构件23同轴接合。首先，准备大径管构件21，该大径管构件21具有朝向作为轴向一端部的管端21a缩径的锥形部27和从锥形部27的缩径侧向管端21a延伸的缩径管部25。缩径管部25和锥形部27例如通过大径管构件21的冲压成形或扣压加工等形成。

在大径管构件21的一个管端21a插入小径管构件23的一个管端23a。大径管构件21与小径管构件23在从大径管构件21的管端21a到小径管构件23的管端23a之间在轴向上重合配置。

在缩径管部25的径向外侧，以将缩径管部25穿插在贯通孔20的方式配置托架15。并且，在大径管构件21和小径管构件23的管内的与托架15相对的轴向位置配置电磁成形线圈29。

图3是图2所示的梁构件13的电磁成形后的主要部分剖视图。

在通过电磁成形线圈29的通电而产生的洛伦兹力的作用下，小径管构件23的与电磁成形线圈29相对的相对区域扩管。此时，在大径管构件21未产生洛伦兹力，但在小径管构件23的扩管力的作用下，大径管构件21的与小径管构件23的扩管区域重合的区域被扩管。

图4是扩管后的梁构件13的主要部分放大剖视图。

电磁成形得到的梁构件13使大径管缩径部43的内周面与小径管扩径部33的外周面密接。另外，梁构件13使大径管鼓出部45的内周面与小径管管端伸出部31的外周面卡合，使大径管管端伸出部41的内周面与小径管鼓出部35的外周面卡合。

此外，梁构件13在使大径管构件21与小径管构件23连接的连接部30处，将大径管缩径部43的外周面扩管铆固固定在托架15的贯通孔20的内周面。

上述构成的梁构件13具备以下列出的特征。即，在扩管后的小径管构件23的管端23a，小径管管端伸出部31、直径比小径管管端伸出部31小的小径管扩径部33、直径比小径管扩径部33大的小径管鼓出部35从管端23a起依次连续地形成。小径管构件23的扩管前外径是

小径管扩径部33具有比

大的外径

在扩管后的大径管构件21的管端21a，大径管管端伸出部41、直径比大径管管端伸出部41小的大径管缩径部43、直径比大径管缩径部43大的大径管鼓出部45、扩径为直径比大径管鼓出部45大的锥形部27从管端21a起依次连续地形成。大径管构件21是外径

的管材，锥形部27的大径侧为直径比大径管鼓出部45大的外径

大径管缩径部43的轴向两端与托架15的轴向内周缘47接触，向径向外侧翘曲。托架15的轴向内周缘47成为大径管管端伸出部41与大径管缩径部43的边界点及大径管鼓出部45与大径管缩径部43的边界点。

大径管管端伸出部41的从托架15伸出的伸出1长度Lout和小径管管端伸出部31的从托架15伸出的伸出长度Lin为托架15的轴向宽度W的5％～30％，优选8％～20％，更加优选10％～12％。

从大径管鼓出部45的顶部到托架15的长度Pout比伸出长度Lin长，从小径管鼓出部35的顶部到托架15的长度Pin比伸出长度Lout长。

另外，大径管构件21的壁厚tout比小径管构件23的壁厚tin厚。

＜梁构件的制造方法＞

接下来说明上述构成的梁构件13的更具体的制造方法。

图5是示意性示出通过电磁成形对大径管构件21与小径管构件23进行扩管铆固固定的情形的工序说明图。

如前述的图2所示，将小径管构件23的管端23a插入大径管构件21的管端21a，将托架15配置在大径管构件21与小径管构件23重合的区域。然后，将在树脂制的支承体57的顶端设置有电磁成形线圈29的棒状的线圈单元51插入小径管构件23的管内。此时，优选线圈单元51的电磁成形线圈29与小径管构件23、大径管构件21的缩径管部25、托架15的贯通孔20的内周面同轴配置。在该情况下，电磁成形线圈29的外周面与小径管构件23的内周面之间的径向间隙、小径管构件23的外周面与大径管构件21的缩径管部25的内周面之间的径向间隙、缩径管部25的外周面与托架15的贯通孔20的内周面之间的径向间隙分别沿周向均匀。

电磁成形线圈29将导体线材卷绕在绝缘性树脂上而形成，具有以绝缘性树脂进一步包围导体线材周围的构造。电磁成形线圈29固着在支承体57的顶端，在支承体57的内部穿入导线而与外部的电源部55连接。

线圈单元51也可以手动插入管内，但也可以使其在具有公知的线性移动机构的线圈移动机构53的作用下向轴向移动。

插入在小径管构件23的管内的线圈单元51如图5所示，电磁成形线圈29被定位在大径管构件21与小径管构件23的重合部分，即以与托架15对应的方式被定位。

在该状态下，通过电源部55向电磁成形线圈29通电。从而，在通过电磁成形线圈29产生的洛伦兹力的作用下，小径管构件23的与电磁成形线圈29相对的相对区域扩管。通过该小径管构件23的扩管，大径管构件21的与小径管构件23相对的相对区域即缩径管部25与托架15的贯通孔20的内周面抵接。由此，大径管构件21与小径管构件23被扩管铆固固定在托架15。

进一步详细说明该扩管铆固固定的状态。

图4所示的小径管扩径部33的外周面通过小径管扩径部33的扩径而以被按压在大径管缩径部43的内周面上的状态与之密接。另外，大径管缩径部43的外周面通过小径管扩径部33的扩径而以被按压在托架15的贯通孔20的内周面上的状态与之密接。

并且，在小径管构件23的与托架15相比的轴向外侧，沿径向扩径而形成小径管管端伸出部31和小径管鼓出部35。另外，若与电磁成形线圈29相对的小径管构件23扩管，则通过该扩管而使大径管构件21向径向外侧变形。也就是说，在大径管构件21上通过小径管管端伸出部31的扩径而形成大径管鼓出部45，通过小径管鼓出部35的扩径而形成大径管管端伸出部41。由此，小径管管端伸出部31的外周面与大径管鼓出部45的内周面以在管全周范围内卡合的状态接合。另外，小径管鼓出部35的外周面与大径管管端伸出部41的内周面以在管全周范围内卡合的状态接合。

电磁成形线圈29相对于小径管构件23、大径管构件21的缩径管部25、托架15的贯通孔20的内周面同轴配置，因此通过电磁成形线圈29的通电而产生的洛伦兹力沿周向均匀地作用于小径管构件23。由此，从小径管构件23朝向大径管构件21的缩径管部25的扩管力及从缩径管部25朝向托架15的扩管力分别沿周向均匀，且在管全周范围内以均匀的强度接合。

通过上述的小径管管端伸出部31与大径管鼓出部45的卡合、小径管鼓出部35与大径管管端伸出部41的卡合，从而大径管构件21与小径管构件23被牢固地固定。因此，大径管构件21与小径管构件23的针对扭转、弯曲、拉伸的强度提高，能够提高接合品质。另外，通过与托架15的铆固而刚性提高，而且，能够防止大径管构件21和小径管构件23的沿轴向的拔出。

图6是表示电磁成形线圈29、大径管构件21、小径管构件23及托架15的位置关系的说明图。

电磁成形线圈29优选以与大径管构件21、小径管构件23及托架15恒定的相对位置配置。

在此，将托架15的沿轴向的长度设为Ws，将电磁成形线圈29的沿轴线方向的长度设为Wc。另外，将连接部30的从大径管构件的21的管端21a到小径管构件23的管端23a的沿轴向的长度设为Wj。上述的Ws、Wj、Wc配置在相互重合区域，优选Ws＜Wj＜Wc。但是，电磁成形线圈29的插入顶端从小径管构件23的管端23a突出到轴向外侧。

通过采用这样的相对配置，能够将上述的小径管管端伸出部31、小径管鼓出部35、大径管管端伸出部41、大径管鼓出部45电磁成形为图4所示的优选形状。

＜大径管构件和小径管构件的调质＞

在大径管构件21和小径管构件23为热处理型铝合金的情况下，优选在上述的电磁成形后实施固溶处理等热处理。

在大径管构件21或小径管构件23为挤出材料的情况下，优选在以挤出后急冷的T1调质状态扩管，并在扩管后实施人工时效处理。通过T1调质能够增大扩管量，能够提高带台阶管构件的铆固接合强度。另外，能够通过人工时效提高材料强度。因此，能够进一步提高连接部30的强度。

＜带台阶管构件的作用效果＞

根据本结构的梁构件13，小径管管端伸出部31、小径管扩径部33及小径管鼓出部35分别以与大径管构件21密接的方式扩管铆固固定。由此，小径管构件23与大径管构件21的内周面密接而不易产生裂纹。另外，由于不需要大径管构件21与小径管构件23的焊接部位，因此不会产生由焊接的热应变引起的尺寸精度降低。此外，大径管构件21与小径管构件23将大径管鼓出部45和大径管管端伸出部41夹在突出到径向外侧的小径管管端伸出部31与小径管鼓出部35之间，限制沿管轴方向的相对移动。

在上述的带台阶管构件的制造方法中，将小径管构件23插入大径管构件21的缩径管部25的管内，在大径管构件21的与缩径管部25相对的相对区域使小径管构件23扩管，形成使大径管构件21与小径管构件23密接的连接部30。在扩管时将托架15沿管轴方向夹着小径管构件23，形成小径管管端伸出部31和小径管鼓出部35。与此同时，小径管管端伸出部31通过扩径而使外周侧的大径管构件21向径向外侧变形，形成大径管鼓出部45。另外，小径管鼓出部35通过扩径而使外周侧的大径管构件21向径向外侧变形，形成大径管管端伸出部41。小径管管端伸出部31的外周面与大径管鼓出部45的内周面密接而卡合。小径管鼓出部35的外周面与大径管管端伸出部41的内周面密接而卡合。

因此，不仅小径管扩径部33与大径管缩径部43密接而扩管铆固固定，还同时形成将大径管缩径部43和小径管扩径部33在沿管轴的方向夹持的一对卡合结构。

需要说明的是，也可以取代在对小径管扩径部33与大径管缩径部43进行扩管铆固加工使用的托架15，使用拆装自如的模具(分割型模具)。

按照上述方式，在本结构的带台阶管构件的制造方法中，在将小径管构件23插入大径管构件21中后，将小径管构件23与大径管构件21扩管铆固固定，因此不会像以往方法那样产生由焊接引起的输入热量，因此还能够避免出现由热应变引起的尺寸精度降低。由此，能够容易地组装梁构件13这样的带台阶管构件，而且能够提高组装精度。

如上所述，本发明并不限定于上述实施方式，将实施方式的各结构相互组合的方案或本领域技术人员基于说明书的记载以及公知技术进行变更、应用的方案也属于本发明构想，包含在请求保护的范围内。

本申请基于2017年7月6日申请的日本专利申请(特愿2017-132798)，其内容作为参照包含在本申请中。

附图标记说明：

13 梁构件(带台阶管构件)

15 托架(刚性构件)

20 贯通孔

21 大径管构件

23 小径管构件

25 缩径管部

27 锥形部

29 电磁成形线圈(线圈)

30 连接部

31 小径管管端伸出部

33 小径管扩径部

35 小径管鼓出部

41 大径管管端伸出部

43 大径管缩径部

45 大径管鼓出部。

Claims

1.一种带台阶管构件的制造方法，其中，

所述带台阶管构件的制造方法依次执行以下工序：

在形成所述连接部的工序中，

使所述大径管构件的管端扩管后的大径管管端伸出部的内周面与所述小径管构件的和所述大径管管端伸出部相对的相对区域扩管后的小径管鼓出部的外周面卡合，

在所述大径管缩径部的外周面固定有刚性构件，

从所述大径管鼓出部的顶部到所述刚性构件的长度比所述小径管管端伸出部的从所述刚性构件伸出的伸出长度长，

借助由电磁成形线圈产生的洛伦兹力而进行扩管，

所述小径管管端伸出部借助扩径而令外周侧的所述大径管构件向径向外侧变形，形成所述大径管鼓出部。

2.根据权利要求1所述的带台阶管构件的制造方法，其中，

所述小径管构件是铝合金，

在形成所述连接部的工序中，

3.根据权利要求1或2所述的带台阶管构件的制造方法，其中，

所述小径管构件是热处理型铝合金，在T1调质状态下扩管并在该扩管后实施人工时效处理。