CN103429364A - 中空部件、其制造方法以及制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即使由薄壁的板材成形，在强度方面、作业环境方面也不存在问题、在成本方面也有利的中空部件以及其制造方法。其特征在于，对相互间有缝隙（G）的一对板材（20、21）中的其中一个板材（20）实施热熔钻加工，形成第一套环部（C1），在对另一个板材（21）实施热熔钻加工时形成第二套环部（C2），并使第二套环部（C2）的内侧顶端部和第一套环部（C1）的内侧顶端部熔接而形成圆筒状连结体（C），并对扁平的两板材进行加固。

Description

中空部件、其制造方法以及制造装置

技术领域

本发明涉及采用热熔钻加工而成形的中空部件及其制造方法和制造装置。

背景技术

车辆部件有很多，其中，作为连结相互面对面的一对板材的部件，例如有用在汽车的刹车踏板装置中的刹车踏板。由于轻量化的要求，近来的刹车踏板采用呈中空状的踏板，其是通过连结相互面对面的一对板材的外周部分而成形的。

一直以来所使用的汽车刹车踏板装置具有：安装在前围板（dash board）中的托架；上端部被安装在支承轴上的刹车踏板，所述支承轴以可转动的方式设置于该托架；以及一端与贯通该刹车踏板上部的销相连，另一端与真空助力器（未图示）相连的杆（例如参照下述专利文献1）。

在这样的刹车踏板装置中，当踩下刹车踏板时，该踏力从刹车踏板经由该刹车踏板与杆的连结部分而传递至真空助力器，而该连结部分受到大的力的作用。因此，一直以来，该连结部分通过以如下方式构成来确保充分的强度，即，刹车踏板上中开设预钻孔，在预钻孔中焊接管后，在该管中插通销，并将销与杆的端部相连结。该刹车踏板装置，由于在制造时需要在刹车踏板中进行预钻孔加工、管焊接等作业，从而不但会增加管的费用、焊接费用，而且在作业工时方面，另外在作业环境方面也不理想。

因此，近来的刹车踏板由于还有车辆部件轻量化的要求，因而使用的是将预先冲压成形的一对薄壁的板材冲压对接的状态下，将外周缘部弯曲成形而得到的部件。由于这样的刹车踏板整体为中空状，从而能实现轻量化，且由于外周缘部也不需焊接就可将两板材连结，不需要焊接作业，因此从作业环境方面来说也是优选的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：专利第3892653号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，由于该刹车踏板由薄壁的板材而成形，因此，上述的刹车踏板与杆的连结部分的强度会有问题，另外，如果在此处焊接管，则不但无法充分满足轻量化的要求，而且在作业环境方面也不理想。

本发明是为了解决上述现有技术中的问题而做出的，目的在于提供一种即使由薄壁板材成形也无强度问题，在成本方面也有利，在作业环境方面也无问题的中空部件及其制造方法和制造装置。

解决问题的方法

为了实现上述目的，根据本发明的一种方案提供一种如下中空部件：其以使预先成形的一对板材结合为一体并相互连结而形成中空状的方式成形，其特征在于，所述中空部件具有通过从上述板材中的任一板材的外面向内部实施热熔钻加工而形成的第一套环部，和通过从上述板材中的另一板材的外面向内部实施热熔钻加工而形成的第二套环部，而且通过使上述第一套环部的内侧顶端部和上述第二套环部的内侧顶端部熔接，形成使上述第一板材和第二板材相互连结的圆筒状连结体。

为了实现上述目的，根据本发明的另一种方案提供一种如下中空部件的制造方法，其是以使预先成形的一对板材结合为一体并相互连结而形成中空状的方式成形的中空部件的制造方法，其特征在于，对相互间夹有缝隙而面对面设置的上述一对板材中的任一板材进行热熔钻加工而形成第一套环部，使上述热熔钻后从开设的孔部退出后，通过对上述一对板材中的另一板材进行热熔钻加工来形成第二套环部，并且通过使该第二套环部的内侧顶端部和上述第一套环部的内侧顶端部相互熔接，形成使上述两板材相互连结的圆筒状连结体。

为了实现上述目的，根据本发明的其他另一种方案提供如下的用于实现上述目的的本发明的中空部件的制造装置：其是以使预先成形的一对板材结合为一体并相互连结而形成中空状的方式成形的中空部件的制造装置，其特征在于，其具有：至少一对主轴，其以同轴的方式分别配置在以钻床的平坦的工作台为中心而对置的位置，第一热熔钻，其安装于上述主轴的其中一个主轴，对相互间有缝隙的上述一对板材中的任一板材实施第一打孔加工，形成第一套环部，第二热熔钻，其安装于上述主轴的另一主轴，对上述的一对板材中的另一板材实施第二打孔加工，形成第二套环部，并使上述第二套环部的内侧顶端部和上述第一套环部的内侧顶端部熔接，从而形成将上述两板材相互连结的圆筒状连结体。

发明的效果

根据本发明，将通过热熔钻加工形成的其中一个板材的第一套环部的内侧顶端部和同样形成于另一板材的第二套环部的内侧顶端部相互熔接，形成圆筒状连结体，由于将两板材相连结，因此即使是由薄壁板材所形成的轻量的中空部件，也因为圆筒状连结体对其进行加固，因此成为强度优异的部件，另外，在制造时，由于该圆筒状连结体相当于管，从而也不需要用于安装管的焊接作业，因此在材料成本、作业工时以及作业环境方面都是优选的。

优选中空部件为以这样的如下方式形成的刹车踏板：在插通于圆筒状连结体的销构件的突出端部，连结一端和真空助力器相连结的杆的另一端部。此时，即使是由薄壁的板材成形的刹车踏板，也能通过上述圆筒状连结体来提高杆的连结部分的强度，从而也不需要在该连结部分焊接管，就能形成轻量且强度优异的刹车踏板。

更具体而言，在将冲压成形的一对薄壁的板材冲压对接，并利用卷边加工等来连结外周部分的中空状刹车踏板这样的中空部件中，如果用从板材表面向内部突出的圆筒状连结体来连结一对薄壁板材，则板材整体就会具备高的强度，也能应对即使在刹车踏板上作用大的力的情况。尤其，在刹车踏板中虽然有立体弯曲而成的踏板，但即使是这样的刹车踏板，如果用圆筒状连结体进行内部连结，则即使在制动操作时对刹车踏板作用较大的力，也能防止刹车踏板扭曲或变形。

另外，在刹车踏板中，与真空助力器相连结的部分在制动操作时会受到极大的力的作用，但如果在该部分设置圆筒状连结体，则可在内部插通销，而使其与从真空助力器侧延伸的杆相连，将受作用力的最多的部分可用圆筒状连结体来进行加固，从而能得到轻量且高强度的刹车踏板。

根据本发明的中空部件的制造方法，分别从相反方向对相互对置的一对板材实施热熔钻加工，并使由此生成的各套环部的内部侧顶端部相互熔接，形成圆筒状连结体，从而能简单地形成圆筒状连结体，并利用该圆筒状连结体连结两板材。另外，即使是扁平且薄壁的板材，利用该圆筒状连结体，也能使其强度大幅度提高，如果适用于要求高强度的中空部件中是极为有效的。

根据本发明的中空部件的制造装置，根据本发明的权利要求4的实施方案，在以钻床的工作台为中心以同轴的方式对置而配置的一对主轴上，分别安装第一热熔钻和第二热熔钻，对由一对板材构成的中空状的工件实施热熔钻加工，并使各套环部的内侧顶端部相互熔接，从而形成连结上述两板材的圆筒状连结体，因此，能极容易地构建热熔钻加工用的设备，另外由于是从上下方向实施热熔钻加工，因而作业性好，在成本方面也有利。

参照下面的说明和附图中例举的优选的实施方案来明确本发明的其他目的、特征以及特性。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的刹车踏板装置的一例的概略侧视图。

图2是同一刹车踏板装置的概略主视图。

图3是沿图1中3-3线的剖面图。

图4是沿图1中4-4线的剖面图。

图5是沿图1中5-5线的剖面图。

图6是表示发明的实施方案的制造装置在热熔钻加工开始前的状态的剖面图。

图7是表示热熔钻加工开始后的状态的主要部分剖面图。

图8是表示第一打孔工序结束时的状态的主要部分剖面图。

图9是表示热熔钻后退工序的主要部分剖面图。

图10是表示第二打孔工序的状态的主要部分剖面图。

图11是表示弯曲强度和缝隙的关系的图表。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。

作为本实施方式的车辆用部件，例如有使用于刹车踏板装置的刹车踏板。刹车踏板装置大体上如图1所示，具有：安装于前围板1的托架2；以可转动的方式安装在支承轴3处的刹车踏板4，所述支承轴3是设置于托架2的支承轴；贯通刹车踏板4上部的销5；以及一端连结于该销5、且另一端连结于真空助力器（未图示）的杆6。

刹车踏板4是为了轻量化而对薄壁的板材进行冲压加工成形而形成的，如图1、2所示，呈立体弯曲。如图3～5所示，该刹车踏板4是如下中空部件：把预先分别独立冲压成形的一对板材20、21，或者把在一体连结的状态下冲压成形的两板材20、21，进行冲压对接，并通过对其外周部分进行卷边加工等工艺来进行弯曲连结，以使内部形成为中空状。

例如，如图3所示，刹车踏板4的上端部以如下方式形成：将开设有支承通孔部7的一对板材20、21以弯曲部22为中心进行弯曲，并在进行冲压对接后，以对其中一个端缘部23进行卷边加工从而使其包围另一个端缘部24的方式进行冲压成形，并使设置于托架2之间的支承轴3贯通支承通孔部7内部而形成。另外，毫无疑问，两板材20、21的连结并不一定限于通过卷边加工等的弯曲来实现。

如图4所示，刹车踏板4的上部通过设置于杆6的端部处的连结件11和销5而实现连结。该连结部分被称为所谓的U形环（clevis part）部分，在一对板材20、21中开设有插通销5的U形环通孔部13。

尤其，在本实施方式的刹车踏板4中，U形环通孔部13使第一套环部C1的内部侧顶端部和第二套环部C2的内部侧顶端部相互熔接，形成板材20和板材21和相互连结的圆筒状连结体C，所述第一套环部C1是通过从板材20的外面向内部实施热熔钻加工而形成的，所述第二套环部C2是通过从板材21的外面向内部实施热熔钻加工而形成的。另外，关于该热熔钻加工在下文中详述。

关于U形环通孔部13，由于受到大的力的作用，因此在成形一对板材20、21的情况下，如果通过热熔钻加工形成筒状连结体C，则能简单地形成从中空部件的表面朝向内部的筒状连结体C，如果将该筒状连结体C作为中空刹车踏板4的加固体，就能简单地获得轻量且高强度的刹车踏板。

如图5所示，刹车踏板4的下部虽然也是通过使一对板材20、21以弯曲部22为中心进行弯曲并进行冲压对接后，以对其中一个端缘部23进行卷边加工从而使其包围另一个端缘部24的方式进行冲压加工而形成的，但在一对板材20、21的下端设有在冲压对接时形成踏板14的部分。

下面对本实施方式的中空部件的制造方法及制造装置进行说明。为了制造刹车踏板4，大体上通过对预先冲压成形的一对板材20、21连结呈一体的中空状的工件W实施热熔钻加工而进行。此处，热熔钻加工指的是，使热熔钻D在高速旋转的同时从和板材20或板材21的面垂直相交的方向对各板材加压，从而在板材中打孔并形成套环部C的加工。

也就是说，如图6所示，把由一对板材20、21构成的工件W设置在工作台T上，在此状态下，用热熔钻D从一对板材20、21的上表面侧进行第一打孔工序，形成第一套环部C1，接着，同样地用热熔钻D从下表面侧进行第二打孔工序，形成第二套环部C2。尤其，在本实施方式中，在该第二打孔工序时，如图10所示，使第一套环部C1和第二套环部C2的内侧顶端部相互熔接，形成板材20和板材21相互连结的圆筒状连结体C，从而提高两板材20、21的强度。

进一步详述。如图6所示，本实施方式的制造装置基本上使用的是钻床，并具有用来设置中空状工件W的平坦的工作台T；以同轴的方式分别配置在以工作台T为中心的相对的位置上的一对主轴S；通过卡盘（chuck）等而安装在上方的主轴S1的下端，对工件W实施第一打孔加工，形成第一套环部C1的第一热熔钻D1；以及通过卡盘等而安装在下方的主轴S2的上端，对工件W实施第二打孔加工，形成第二套环部C2的第二热熔钻D2。这样，使用钻床作为制造装置，因此不需要特别的专用机器，在成本方面也极为有利。

如图6所示，热熔钻D包括圆锥状的顶端部30、与其相连的直部31、比直部31直径大的凸缘部32、以及具有和直部31相同直径的柄部（shankpart）33组成，并热熔钻D由碳化钨等耐热性材料构成。

另一方面，如图6所示，就由板材20、21构成的工件W而言，如果是使两板材20、21连结成一体之前，则将隔板34设置于相互平行面对面设置的两板材20、21间以产生缝隙G，并在由支承体35支承的状态下水平地设置在工作台T上。另外，隔板34的位置优选在热熔钻D加压时板材20、21不发生挠曲的位置。不过，在预先将两板材20、21连结成一体的情况下，就不需要设置隔板34，由支承体35支承就可以。

另外，首先进行第一打孔工序。在第一打孔工序中，使第一热熔钻D1高速旋转的同时下降，并用顶端部30从与板材的面垂直相交的方向对上方的板材20加压。加压初期，在尖部被倒圆成圆弧状的顶端部30和板材20之间产生摩擦热。该摩擦热会使板材20局部软化，但由于该软化，与第一热熔钻D1的接触面积逐渐增大。另外，顶端部30由于外形是圆锥状，因此会随着板材20的软化而逐渐下降，该下降使板材20和第一热熔钻D1的接触面积进一步增大，使软化部分向径向扩大。

该软化部分最终如图7所示被顶端部30穿透，并通过和顶端部30相连的直部31而扩张。顶端部30虽然为圆锥状，但与横剖面形状并不是单纯的圆形，例如是具有含圆弧状角部的三角形或四边形，因而即使高速旋转也不会与板材发生热熔接，可进行打孔加工。其结果，开设第一孔部O1，并沿着第一热熔钻D1在板材20的上下形成突出部R1、R2。

进而，如果第一热熔钻D1下降，则如图8所示，第一孔部O1形成为与和顶端部30相连的直部31的轴径d相对应的大小，上方的突出部R1被第一热熔钻D1的凸缘部32加压而成为平坦的第一凸台部（boss section）B1，下方的突出部R2成为沿着直部31外周面在轴线方向延伸的第一套环部C1。第一套环部C1等形成，则第一打孔工序结束。

这样用热熔钻D进行的加工，不但具有不产生切屑就能实现打孔的优点，而且还有能从利用摩擦热所开设的孔的内周缘部分突出成形套环部分的优点。

进而，如图9所示，第一热熔钻D1暂时性地从开设的第一孔部O1退出，回到初始位置。

接着，开始下面的第二打孔工序。在第二打孔工序中，如图10所示，使配置在下方的第二热熔钻D2上升，对板材21进行打孔，但基本上和第一打孔工序相同。不过，第二热熔钻D2的施压位置与第一孔部O1所形成的位置处于对置的位置。在此情况下，也是用高速旋转的第二热熔钻D2从垂直于板材21的面的方向对板材21加压。其结果，如图10所示，形成与第一打孔工序所形成的相同的第二凸台部B2、第二孔部O2和第二套环部C2。

但是，第二套环部C2在其形成的过程中，其内侧顶端部与之前的第一套环部C1的内侧顶端部熔接。由于上下两板材20、21的间隔G和热熔钻的直径为规定值，因此第二套环部C2形成为到达第一套环部C1的内侧顶端部这样程度的长度。另外，由于其内侧顶端部从软化状态进一步变为一种熔融状态，因此一旦与第一套环部C1的内侧顶端部接触，就会与其熔接，且第一套环部C1和第二套环部C2呈现一体化。其结果，上下两板材20、21通过圆筒状连结体C相连结，将大幅度地提高强度。

如此，用上下配置的热熔钻D1、D2进行打孔加工，则可以不需要反转工件W而实现作业的迅速化，也可实现自动化，适用于大量生产。不过，本发明并不仅限于此，当然也可把由一对板材20、21构成的工件W放置在工作台T上，并上下反转来进行打孔加工。

最后，第二热熔钻D2从开设的第二孔部O1退出，回到初始位置，从而完成作业。

此处，对用圆筒状连结体C接合的两板材20、21的弯曲强度F和两板材20、21的缝隙G之间的关系进行研究实验，将其结果示于图11。

实验采用钻径8mm的热熔钻D，对通过卷边加工而相互连结的、板厚为1.60mm的钢板的中空状板材20、21进行打孔。使两板材20、21间的缝隙G为2.8mm、4.8mm、6.8mm、8.8mm这四种。根据缝隙G的大小，弯曲强度F多少有些不同，但当缝隙G为2.8mm、4.8mm、6.8mm时，第一套环部C1和第二套环部C2的内侧顶端部遍及整个圆周发生熔接，并形成圆筒状连结体C，而为8.8mm时，两套环部C1、C2的内侧顶端部并未遍及整个圆周而熔接。

已知如果两板材20、21由圆筒状连结体C接合，则无论缝隙G大小如何均形成了较良好的弯曲强度F，但在两套环部C1、C2的内侧顶端部未遍及整个圆周而接合的8.8mm的情况下、或在局部接合的状态下，弯曲强度F急剧降低。

根据该实验，如果是特定板厚的材料，则可根据所要求的弯曲强度F的大小来选定两板材20、21的缝隙G，另一方面，如果选定了两板材20、21的缝隙G，则两板材20、21可成形为具有指定弯曲强度F的板材，将大幅度地提高中空部件制造时的便利性。

本发明并不仅限于上述实施方式，在本发明的技术构思范围内，本领域的技术人员可作各种改变。例如，虽然上述实施方式针对汽车的刹车踏板进行了说明，但本发明并不仅限于此，同样可实施于副刹车踏板（sidebrake pedal）、各种中空构件或车架等的各种中空部件中。另外，上述实施方式对相同板厚的一对板材实施热熔钻加工，但也可采用板厚不同的板材、或多个的面对面设置的板材。进而，上述实施方式在U形环通孔部13中形成圆筒状连结体C，但根据情况，可在刹车踏板4的上端部的支承通孔部7中形成圆筒状连结体C。

工业实用性

本发明可适用于制造有强度的中空部件。

本发明以2011年3月14日申请的日本专利申请号2011-055478号为基础，参考了其公开内容，并对其全部内容作了引用。

附图标记说明

10、11…板材

C…圆筒状连结体

C1…第一套环部

C2…第二套环部

D…热熔钻

D1…第一热熔钻

D2…第二热熔钻

G…缝隙

O…孔部

S1…第一主轴

S2…第二主轴

T…工作台

Claims (4)

1.一种中空部件，其以使预先成形的一对板材结合为一体并相互连结而形成中空状的方式成形，其特征在于，

所述中空部件具有：第一套环部，其是通过从上述板材中的任一板材的外面向内部实施热熔钻加工而形成的；第二套环部，其是通过从上述板材中的另一板材的外面向内部实施热熔钻加工而形成的，

而且通过使上述第一套环部的内侧顶端部和上述第二套环部的内侧顶端部熔接，形成使上述第一板材和第二板材相互连结的圆筒状连结体。

2.权利要求1所述的中空部件，其中，上述中空部件为刹车踏板，该刹车踏板是通过在插通于上述圆筒状连结体的销构件的突出端部，连结一端和真空助力器相连结的杆的另一端部而形成的。

3.一种中空部件的制造方法，其是以使预先成形的一对板材结合为一体并相互连结而形成中空状的方式成形的中空部件的制造方法，

上述制造方法包括以下工序：

第一打孔工序，对相互间夹有缝隙而面对面设置的上述一对板材中的任一板材，使用热熔钻对上述板材加压的状态下从垂直于该板材的面的方向朝内部旋转打孔，同时在该孔部的内周面形成第一套环部；

使上述热熔钻后退而从开设的孔部退出的工序；

第二打孔工序，在上述一对板材中的另一板材的、与上述孔部面对面的位置，使用热熔钻对上述另一板材加压的状态下从垂直于上述板材的面的方向朝内部旋转打孔，同时在该孔部的内周面形成第二套环部，并且通过使该第二套环部的内侧顶端部和上述第一套环部的内侧顶端部相互熔接，形成圆筒状连结体。

4.一种中空部件的制造装置，其是以使预先成形的一对板材结合为一体并相互连结而形成中空状的方式成形的中空部件的制造装置，其特征在于，

其具有：

至少一对主轴，其以同轴的方式分别配置在以钻床的平坦的工作台为中心而对置的位置，

第一热熔钻，其安装于上述主轴的其中一个主轴，对相互间有缝隙的上述一对板材中的任一板材实施第一打孔加工，形成第一套环部，

第二热熔钻，其安装于上述主轴的另一主轴，对上述的一对板材中的另一板材实施第二打孔加工，形成第二套环部，

并使上述第二套环部的内侧顶端部和上述第一套环部的内侧顶端部熔接，从而形成将上述两板材相互连结的圆筒状连结体。

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