しごき絞り成形による自動車用スチールホイールディスクのフランジ部の肉厚減少

摘要

近年，環境問題に対応するため自動車の省燃費化は重要な課題であり，そのための新しい技術開発が行われている．その中でも軽量化技術は，車両の燃費向上に大きく寄与できるため，車両を構成する部材，部品には高強度材の使用やテーラードブランク，ハイドロフォーミング等が適用されて軽量化が実現されている．特に足回りのばね下重量軽減は燃費の改善に効果があり，その中でもばね下重量に大きく影響を与えるスチールホイールは軽量化による効果が大きい．スチールホイールは，耐久性のなかでも特に疲労や変形に対する特性値が要求される重要保安部品であるため，これらの要求特性を十分満足した上で軽量化することが必要である．スチールホイールに関して，高強度材の適用による軽量化が研究され，実用化されている．自動車用スチールホイールは，塑性加工で成形されるリムとディスクから構成され，溶接により組み立てられる．リムはタイヤを装着保持するための円環状部品であり，ディスクは車軸ハブに取り付け，リムを保持する円盤状部品である．ディスクは一般に絞り成形により加工されるため，リムと結合する側壁のフランジ部に向かって肉厚が増加し，強度的な要求特性に対して余裕が生じる場合がある．このことば軽量化の妨げとなり，比較的厚いディスクではその影響は大きい．絞り製品の側壁部を薄肉化する方法として，DI缶の成形に代表されるように，一般に絞り成形後にしごき成形が行われている．しかしながら，自動車用スチールホイールのディスクに用いられるような板厚3～6mm程度で，かつ30％を超えるような大きなしごき率を有する成形についての報告例は少ない．本研究では，自動車用ホイールディスクの軽量化を目的としてディスク側壁であるフランジ部を大きくしごく成形について，実験的にしごき率と破断限界，成形荷重の関連を求めた．また，軸対称剛塑性有限要素法を用いてシミュレーションを行い，最適な成形条件を検討した．