(57)【要約】【課題】曲げ加工における円管の曲げ外側の割れ  （破断）  を抑制した、特に、自動車用サブフレームなどの、アルミニウム合金製厚肉中空曲管材および厚肉アルミニウム合金中空形材の曲げ加工方法を提供することである。【解決手段】肉厚が３．０ｍｍ  〜５．０ｍｍ  、円管外径Ｄがφ７０〜１１０ｍｍ  である円管状アルミニウム合金中空形材が、曲げ角度θと、曲げ内側半径Ｒｉと円管外径Ｄとの比Ｒｉ／  Ｄとが、下記式１  の関係を有する条件で曲げ加工された厚肉中空曲管材であって、前記曲げ角度θがアルミニウム合金中空形材の破断伸び量δとの関係で、下記式２  を満足するように曲げ加工されていることである。Ｒｉ／  Ｄ≦（１／２）  ×［（１  −δ）／δ］          式１θ≦  （δ−０．０２１４）／０．００７４                式２ことである。【選択図】        図１
2004174521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
肉厚が３．０ｍｍ  〜５．０ｍｍ  、円管外径Ｄがφ７０〜１１０ｍｍ  である円管状アルミニウム合金中空形材が、曲げ角度θと、曲げ内側半径Ｒｉと円管外径Ｄとの比Ｒｉ／  Ｄとが、下記式１  の関係を有する条件で曲げ加工された厚肉中空曲管材であって、前記曲げ角度θがアルミニウム合金中空形材の破断伸び量δとの関係で、下記式２  を満足するように曲げ加工されていることを特徴とする厚肉中空曲管材。
Ｒｉ／  Ｄ≦（１／２）  ×［（１  −δ）／δ］          式１
θ≦  （δ−０．０２１４）／０．００７４                式２
【請求項２】
前記厚肉中空曲管材が自動車サブフレームである請求項１に記載の厚肉中空曲管材。
【請求項３】
前記アルミニウム合金中空形材が、５０００系、６０００系、７０００系アルミニウム合金のＯ  材、Ｔ１材、Ｔ４材、Ｈ１１２材から選択されたものである請求項１または２に記載の厚肉中空曲管材。
【請求項４】
肉厚が３．０ｍｍ  〜５．０ｍｍ  、円管外径Ｄがφ７０〜１１０ｍｍ  である厚肉円管状アルミニウム合金中空形材を中空曲管材に曲げ加工する方法であって、曲げ角度θと、曲げ内側半径Ｒｉと円管外径Ｄとの比Ｒｉ／  Ｄとが、下記式１  の関係にある条件で曲げ加工する際に、曲げ角度θがアルミニウム合金中空形材の破断伸び量δとの関係で、下記式２  を満足するように曲げ加工することを特徴とするアルミニウム合金中空形材の曲げ加工方法。
Ｒｉ／  Ｄ≦（１／２）  ×［（１  −δ）／δ］          式１
θ≦  （δ−０．０２１４）／０．００７４                式２
【請求項５】
前記曲げ加工がドローベンディングによるものである請求項４に記載のアルミニウム合金中空形材の曲げ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車サブフレームなどのアルミニウム合金製厚肉中空曲管材および厚肉アルミニウム合金中空形材の中空曲管材への曲げ加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のサブフレームは、車輌の前後にて、自動車のボディフレームの下部に取り付けられ、例えば、前輪操舵後輪駆動（ＦＲ）車の場合、車体前部に取りつけられるフロントサブフレームには、エンジン及びフロントサスペンションが取り付けられる。また、車体後部に取り付けられるリアサブフレームには、リアサスペンション及びデファレンシャルギアが搭載される。このエンジン等が取り付けられるサブフレームによりパワートレインが構成され、このパワートレイン上にボディフレームが搭載されて、連結される。従って、サブフレームにはサスペンションを介して走行時に路面からの振動を受け、サブフレームには、サスペンションを介して大きな荷重が印加され、サブフレームとボディフレームとの連結部はそれらの動的な荷重に耐えうるものであることが必要である。
【０００３】
図７  に一般的なフロントサブフレームの形状を斜視図で示す。このサブフレームにおいては、本体２０ａ  の４隅部に、ボディフレームへカラー部材を介して接合するブラケット２３が設けられており、ブラケット２３にカラー部材、例えば緩衝用ゴムブッシュを圧入すると共に、その内側にボルト等の棒状締結部材を挿入してこの締結部材によりサブフレームをボディフレームに固定している。そして本体２０は、中空材からなるＵ型の主フレーム２１と、クロスメンバ２２のフレーム部材を相互に溶接接合することにより、コの字状の枠体に構成されている。
【０００４】
また、図８  は一般的なリアサブフレームの形状を斜視図で示す。このサブフレームにおいては、本体２０ｂ  は、中空材からなる２本の主フレーム２１、２１と、クロスメンバ２２、２２の４  本のフレーム部材を相互に溶接接合することにより、所謂井桁状の枠体に構成されている。そして、本体２０の４隅部には、ボディフレームへの接合用のブラケット２３が設けられており、ブラケット２３に例えば緩衝用ゴムブッシュを圧入すると共に、その内側にボルト等の棒状締結部材を挿入してこの締結部材によりサブフレームをボディフレームに固定している。
【０００５】
一方、自動車を軽量化するために、このサブフレームをアルミニウム合金材により製造することが従来から提案されている  （特許文献１、２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２３８６５７  号公報
【特許文献２】
特開２０００−１７７６２１  号公報
【０００７】
サブフレームをアルミニウム合金材により構成する場合、設計上あるいは構造面からの必要上、主フレームが、前記図７  や図８  の通り、左右方向と上下方向の所謂３  次元方向に湾曲されている。
【０００８】
このため、アルミニウム合金材を用いるサブフレームでは、直線的なアルミニウム合金の円管素材  （断面形状が円形の中空形材）  を逐次曲げ加工して、上記２  方向以上の三次元的な曲げ形状を作成し、その後、プレス潰し加工およびハイドロフォーミングにより断面形状を各部位で変化させることで、主フレームあるいはクロスメンバーを製作し、その後、フレームおよびその他ブラケットなどを溶接して製作されることが多い。
【０００９】
サブフレームは一般に大型で厚肉の形材であるため、上記曲げ加工の際には、ドローベンダーを用い、上記曲げ加工がなされる場合が多い。これ以外の加工方法として、ストレッチベンダー、マルチベンダーの適用も考えられる。しかし、サブフレームのような大型で厚肉の形材を曲げ加工するためには、装置自体に高い剛性が必要となり、装置の大型化による設備費用が増大するため、現実的にはあまり行われない。
【００１０】
素材として直線状のアルミニウム合金中空押出形材を用いて、円管状アルミニウム合金中空形材のドローベンディングする場合、上記２  方向以上の三次元的な曲げ形状を作成するために、少なくとも２  方向から順次曲げ加工する必要がある。サブフレームに使用される素材アルミニウム合金中空形材は、肉厚が３ｍｍｔ以上で比較的厚く、また、円管はどの方向に曲げ加工したとしても最も座屈しにくい形状である。したがって、この断面形状の効果と厚み効果により、曲げ加工の際に円管の曲げ内側となる部分にも、しわは生じにくい。このため、円管の曲げ外側の割れのみが大きな問題となる。
【００１１】
サブフレームでは、複雑に様々な部品が存在する狭い領域で、他部品との干渉を回避する必要があり、曲げ加工時の曲げ半径自体も非常に小さなものが要求される。この場合、曲げ加工の際の曲げ加工条件も厳しくなり、円管の曲げ外側に加わるひずみも大きくなり、より円管の曲げ外側に割れ  （破断）  が生じやすくなる。したがって、小Ｒ  曲げ半径における割れの抑制という課題は、サブフレームへの素材円管の曲げ加工に特有の問題と言える。
【００１２】
一般的に、この曲げ加工における割れは、円管の曲げ外側表面に発生するひずみ量が、円管素材の破断伸び量を超過した際に生じることが知られている。そして、従来の純曲げ理論では、特に曲げ半径が大きく、曲げ角度の大きい条件では、この最大主歪みが、曲げ半径（Ｒ）  と円管外径（Ｄ）  との比、Ｒ  ／Ｄのみで決まるとされていた。また、曲げ半径、曲げ角度の小さい領域では、曲げ外側表面に発生するひずみ量が、上記値に比べて低下することは知られているが、曲げ角度あるいは曲げ半径に対する曲げ外側表面ひずみ量の関係は明らかになっていなかった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
特に、自動車用アルミニウム合金サブフレームは厚肉中空曲管材であり、曲げ半径／  円管外径が小さい厳しい曲げ加工が要求されることが多い。この際、前述のように従来の純曲げ理論が当てはまらない。言い換えると、前記最大主歪みは、曲げ半径（Ｒ）  と円管外径（Ｄ）  との比、Ｒ  ／Ｄのみで決まらなくなってくる。
【００１４】
このため、サブフレームのように厳しい曲げ加工条件の分野では、曲げ加工における曲げ角度や曲げ半径を考慮した上での、円管の曲げ外側表面に発生するひずみ量と円管素材の破断伸び量との定量的な関係や、定量的な破断限界は、これまで明らかになっていない。この結果、サブフレーム設計時の加工可否の見極めが難しく、割れが生じる場合には、設計形状あるいは素材の見直しや、例えば、高周波加熱などの、より高コストな曲げ加工方法への変更が必要となり、著しく効率が低下する問題があった。
【００１５】
これらの設計変更などの必要性は、サブフレームへのアルミニウム合金の採用拡大を妨げる大きな要因となる。このため、サブフレームなどへの曲げ加工の際の前記割れの抑制技術がどうしても必要となる。
【００１６】
この点に鑑み、本発明は、曲げ加工における円管の曲げ外側の割れ  （破断）  を抑制した、特に、自動車用サブフレームなどの、アルミニウム合金製厚肉中空曲管材および厚肉アルミニウム合金中空形材の曲げ加工方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この目的のための本発明厚肉中空曲管材の要旨は、肉厚が３．０ｍｍ  〜５．０ｍｍ  、円管外径Ｄがφ７０〜１１０ｍｍ  である円管状アルミニウム合金中空形材が、曲げ角度θと、曲げ内側半径Ｒｉと円管外径Ｄとの比Ｒｉ／  Ｄとが、下記式１  の関係を有する条件で曲げ加工された厚肉中空曲管材であって、前記曲げ角度θがアルミニウム合金中空形材の破断伸び量δとの関係で、下記式２  を満足するように曲げ加工されていることである。
Ｒｉ／  Ｄ≦（１／２）  ×［（１  −δ）／δ］          式１
θ≦  （δ−０．０２１４）／０．００７４                式２
【００１８】
また、上記目的のための本発明アルミニウム合金中空形材の曲げ加工方法の要旨は、肉厚が３．０ｍｍ  〜５．０ｍｍ  、円管外径Ｄがφ７０〜１１０ｍｍ  である厚肉円管状アルミニウム合金中空形材を中空曲管材に曲げ加工する方法であって、曲げ角度θと、曲げ内側半径Ｒｉと円管外径Ｄとの比Ｒｉ／  Ｄとが、下記式１  の関係にある条件で曲げ加工する際に、曲げ角度θがアルミニウム合金中空形材の破断伸び量δとの関係で、下記式２  を満足するように曲げ加工することである。
Ｒｉ／  Ｄ≦（１／２）  ×［（１  −δ）／δ］          式１
θ≦  （δ−０．０２１４）／０．００７４                式２
【００１９】
前記した通り、円管の曲げ外側表面に発生するひずみ量が、円管素材の破断伸び量を超過した際に、曲げ加工における割れが生じることは一般的に知られている。即ち、円管の破断限界は、曲げ外側部位のひずみと、素材アルミニウム合金中空形材の破断伸び量  （δ）  の大小関係で定まる。しかし、曲げ加工における曲げ角度や曲げ半径を考慮した上での、円管の定量的な破断限界はこれまで明らかになっていない。
【００２０】
特に、肉厚が３．０ｍｍ  以上、円管外径Ｄがφ７０ｍｍ以上であるような厚肉中空曲管材への曲げ加工においては、後述する解析結果の通り、最大主歪みが曲げ内側半径Ｒｉと円管外径Ｄとの比Ｒｉ／  Ｄのみで決まるとする、従来の純曲げ理論とはかなり異なった曲げ挙動を示す。したがって、このような厚肉中空曲管材では、曲げ加工における曲げ角度θや曲げ内側半径Ｒｉの定量的な破断限界は、これまで不明であった。
【００２１】
これに対し、本発明では、上記範囲の厚肉中空曲管では、曲げ角度θが小さい厳しい曲げ加工領域では、曲げ加工における管曲げ外側の最大主歪みが、曲げ半径  （曲げ内側半径Ｒｉ）  に依存しないことを知見した。そして、この領域では、上記最大主歪みは、ほぼ曲げ角度θのみに依存し、曲げ角度θに比例して増加することを知見した。この曲げ角度θが小さい領域とは、上記式１  、
Ｒｉ／  Ｄ≦（１／２）  ×［（１  −δ）／δ］  の条件である曲げ加工領域である。
【００２２】
そしてこの知見に基づき、本発明では、上記範囲の厚肉中空曲管では、曲げ加工における曲げ角度θや曲げ内側半径Ｒｉの定量的な破断限界は、上記式２の関係によって規定されることを知見した。そして、この式２の関係により、曲げ角度θが小さい領域で曲げ加工した厚肉中空曲管には、曲げ加工時に割れが生じないこと、および、この式の関係を用いて厚肉中空曲管の曲げ角度θや曲げ内側半径Ｒｉなどの形状を設計すれば、曲げ加工時に割れが生じないこと、を各々明らかにしたものである。
【００２３】
本発明では、この定量的な破断限界  （円管の曲げ加工限界）  を明らかにするため、サブフレームに汎用される比較的太径で厚肉の円管形状条件  （後述する）  を前提とし、種々の曲げ半径（Ｒ）  と曲げ角度  （θ°）  における、円管の曲げ外側の最大主ひずみ量  （ε％）を求めた。そして、この求めた最大主ひずみ量から、サブフレームに汎用される円管の曲げ加工限界、円管の曲げ加工における割れ限界を知るようにした。但し、この割れ限界は、サブフレーム以外にも、上記範囲の形状を持つ円管素材をドローベンディングによる曲げ加工を用いて、アルミニウム合金中空形材を、特に、前記曲げ半径が小さい曲げ加工する場合には、共通して適用可能である。
【００２４】
この際、前記曲げ角度θおよび曲げ内側半径Ｒｉと円管外径Ｄとの比Ｒｉ／  Ｄと、曲げ加工の際に生じる円管の曲げ外側の最大主ひずみ量との関係は、ＦＥＭ  解析によっても、実際のサブフレイムへの曲げ加工における最大主歪みの測定によっても求められる。最大主歪みの測定は、例えば、円管表面にケガキ線を入れて曲げ加工するるなどの方法で測定可能である。そして、後述するように、ＦＥＭ  解析により求めた上記関係は、実際の曲げ加工による曲げ角度と円管曲げ外側の割れの発生との傾向と良く対応している。
【００２５】
このようにして得られた最大主ひずみ量の上記関係は、円管曲げ外側の最大主歪み、前記各曲げ角度および各曲げ半径／  円管外径、前記破断伸び量、などの関係から、図１  のような曲げ加工限界線図として整理することが好ましい。これによって、曲げ加工の度に、前記円管の曲げ外側の最大主ひずみ量を予め求めるなどしなくても、曲げ加工限界を把握しながら適宜曲げ加工できる。
【００２６】
これら曲げ加工により製作された本発明厚肉中空曲管は、自動車サブフレームに好適である。なお、実際の曲げ加工において、曲げ角度θや円管外径Ｄは一義的に決まるものの、曲げ内側半径Ｒｉは、曲げの条件によっては、曲げ内側部位によらず一定とはならず、曲げ内側部位によって順次変化する場合がある。このような場合は、曲げ内側半径が最小となる曲げ内側部位の曲げ内側半径を上記Ｒｉとする。
【００２７】
なお、本発明では、前記した曲げ加工限界を、曲げ加工者自らが予め行って求めても良く、曲げ加工者以外の他者によって予め求められた曲げ加工限界や、前記ＦＥＭ  解析や曲げ加工限界線図を使用して曲げ加工者が曲げ加工しても良い。また、使用する曲げ加工限界線図のデータの形式は勿論自由である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施態様について図面を参照して具体的に説明する。先ず、前記した式２で規定した曲げ加工限界をＦＥＭ  解析により求める実施態様を以下に説明する。
【００２９】
解析の前提条件となる、サブフレームに汎用される比較的太径で厚肉の円管形状条件は、サブフレームに汎用される  （曲げ加工対象となる）  円管形状の範囲は、円管外径（Ｄ）  が７０〜１１０ｍｍ  、肉厚ｔ  が３．０  〜５．０ｍｍ  程度である。したがって、本発明では、この範囲の中から、円管外径がΦ９０ｍｍ、肉厚ｔ  が４．０ｍｍ  の円管を代表的な解析対象として選択した。
【００３０】
また、解析対象供試材には、サブフレームに汎用されるＪＩＳ  ５１８２アルミニウム合金  （調質Ｏ  材）  で、σ０．２：１２６  ＭＰａ  、σＢ  ：２７４ＭＰａ  、δ：２７％    を用いた。
【００３１】
更に、曲げ加工機としては、図３  に模式的に示すドローベンダーを用い、球頭の首振り式心金を用いる場合を想定した。具体的には、図３  に示す通り、アルミニウム合金中空形材  （円管）１の中空内に、球頭の首振り式心金５  を設けた中子  （マンドレル）４を挿入した上で、曲げ加工  （ベンディング）  ダイ６  、把持  （クランプ）  ダイ７  、供給  （フィーディング）  ダイ８  との共動で、円管を曲げ加工する。この曲げ加工機はサブフレームの曲げ加工に汎用される。また、図３  に、本発明で言う、曲げ角度θ、曲げ内側半径Ｒｉ、円管外径Ｄ、円管肉厚ｔ  を各々示している。
【００３２】
これらを前提条件として、上記円管の曲げ加工限界をＦＥＭ  解析により求めた。この際、解析ソフトにはＰＡＭ−ＳＴＡＭＰ  を用い、円管  （中空形材）  をシェル要素で、金型を剛体近似して解析した。曲げ内側半径Ｒｉは９０〜２７０ｍｍ  の範囲、曲げ角度θは１５、３０、６０、９０°で変化させた。この際、ドローベンダーによる曲げ加工時の、機械的なクリアランスは０．１ｍｍ  、摩擦係数は０．１４μと設定した。
【００３３】
これらの解析結果として、曲げ半径Ｒｉが９０ｍｍ、Ｒｉ／  Ｄが１．０  である条件での、曲げ変形形態および最大歪み分布を、図２（ａ）、（ｂ）  、（ｃ）  、（ｄ）  に、曲げ加工を受けたアルミニウム合金円管のシェル要素で、模式的に示す。図２  において、アルミニウム合金中空形材  （円管）１の曲げ角度が、図２（ａ）は１５°、図２  （ｂ）  は３０°、図２（ｃ）は６０°、図２（ｄ）は９０°の場合を各々示す。図２  において、２  は曲げ内側、３  は曲げ外側である。
【００３４】
図２  の各例とも、円管１  の曲げ内側２  にはしわは発生していない。その一方で、管曲げ外側３  に生じる最大主歪みは、曲げ角度が増す、図２（ａ）、（ｂ）  、（ｃ）  、（ｄ）  となるにしたがって、各々１４％  、２３％  、３４％  、３７％  と増しているのが分かる。
【００３５】
この管曲げ外側の最大主歪みが、曲げ角度が増すにつれて増加するという解析結果は、最大主歪みがＲｉ／  Ｄのみで決まるとする前記従来の純曲げ理論とは、かなり異なった挙動を示している。この原因は、直辺部と曲げ加工部の境界に生じるせん断変形による影響である。そして、このせん断変形の影響は、曲げ半径／  円管外径が小さな曲げ加工領域で顕著になる。なお、このせん断ひずみの影響は、加工方法、断面形状、素材調質条件などに大きく影響され、サブフレームなどの厚肉素材をドローベンディングする場合に顕著となる。
【００３６】
更に、上記曲げ半径Ｒｉが９０ｍｍで、Ｒｉ／  Ｄが０．７  、１．０  、１．５  、２．０  の条件における、この管曲げ外側の最大主歪みε（％）  と曲げ角度θ（ＤＥＧ．  ）  との関係を図４  に示す。図４  中、Ｒｉ／  Ｄ  ０．７が丸印、１．０  が三角印、１．５  が四角印、２．０  が菱形印の線である。図４  において、各Ｒｉ／  Ｄの線とも、曲げ加工の初期には、右上がりに立ち上がっており、曲げ角度に比例して最大主歪みが増加している。その後各Ｒｉ／  Ｄの線は水平となり、曲げ角度が増加しても、最大主歪みは一定値に収束している。この曲げ加工初期における各線の立ち上がり部分は、ε（％）  ＝  ０．７４４７θ＋２．１３６５  （以後、０．７４４７は０．７４、２．１３６５は２．１４に丸める）  との近似式３  で表せる。
【００３７】
一方、図４  中、ほぼ水平の各点線は、前記従来の純曲げ理論により、同じ前提条件で解析した、各Ｒｉ／  Ｄの場合の、管曲げ外側の最大主歪みと曲げ角度との関係である。これを式で表すと、ε（％）  ＝  １００  Ｄ／  （２Ｒｉ＋Ｄ）  の近似式４  となる。
【００３８】
この純曲げ理論の点線と比較すると、曲げ角度が大きい図４  の右側領域では、各Ｒｉ／  Ｄの場合とも、純曲げ理論の解  （点線）  と、本発明解析結果とは比較的一致している。一方、曲げ角度が小さい図４  の左側領域では、各曲げ半径の場合とも、純曲げ理論の解  （点線）  と本発明ＦＥＭ  解析結果とは全く一致していないことが分かる。
【００３９】
したがって、前記した、本発明の知見、即ち、曲げ角度θが小さい領域で特定範囲の厚肉中空曲管では、曲げ加工における管曲げ外側の最大主歪みが、曲げ半径  （曲げ内側半径Ｒｉ）  に依存しないこと、この領域では、上記最大主歪みは曲げ角度θのみに依存し、曲げ角度θに比例して増加することが裏付けられる。
【００４０】
前記図４  の各曲げ半径の場合の管曲げ外側の最大主歪みと曲げ角度との関係を用いて、図１のように曲げ加工限界線図を作成した。図１は、前記図４の関係である、上記式３  のε（％）  ＝  ０．７４θ＋２．１４および上記式４  のε（％）  ＝  １００  Ｄ／  （２Ｒｉ＋Ｄ）  を用いて、この円管の曲げ外側表面に発生する最大主歪み量εが、円管素材の破断伸び量δを超過した際に、円管の曲げ外側に割れを生じると仮定して作成したものである。
【００４１】
図１  において、Ａ  の曲線は、上記式３  ε（％）  ＝  ０．７４θ＋２．１４および上記式４  ε（％）  ＝  １００  Ｄ／  （２Ｒｉ＋Ｄ）  で得られるεが、各々同一になる条件での、無次元曲げ半径（  Ｒｉ／  Ｄ）  と、曲げ角度θとの関係を示している。つまり、円管の曲げ外側表面に発生する最大主歪み量εは、Ａ  の曲線よりも曲げ角度θが小さい領域では、上記式３  の関係で求められる。、Ａ  の曲線よりも曲げ角度θが大きい領域では、上記式４  の関係で求められる。
【００４２】
図１  において、ａ  、ｂ  、ｃ  、ｄ  の各線は、円管素材の破断伸び量を、ａ：２０％  、ｂ：２４％  、ｃ：２８％  、ｄ：３２％  のように、各々仮定した時の円管素材の破断限界条件を示している。したがって、これらａ  、ｂ  、ｃ  、ｄ  の各線よりも、Ｒｉ／  Ｄが大きい、もしくは、曲げ角度θが小さい領域が、割れ無しに曲げ加工できる領域である。
【００４３】
ここで、上記式３  、４  を、円管素材の破断伸び量δを用いて、書き換えると、式３  はθ（ＤＥＧ．）＝  （δ−０．０２１４）／０．００７４、式４  はＲｉ／  Ｄ＝（１／２）  ×［（１  −δ）／δ］  となる。即ち、本発明の式２  のθ（ＤＥＧ．）≦  （δ−０．０２１４）／０．００７４か、またはＲｉ／  Ｄ≧（１／２）  ×［（１  −δ）／δ］  の条件を満足すれば、曲げ加工における円管素材の破断を回避できる。
【００４４】
上記Ｒｉ／  Ｄ≧（１／２）  ×［（１  −δ）／δ］  の条件とは、従来の曲げ加工であって、曲げ内側半径Ｒｉを十分大きくして、曲げ角度θによらず、曲げ加工における円管素材の曲げ外側の破断を回避する方法である。
【００４５】
したがって、図１  の曲げ加工限界線図は、これまでは曲げ加工における円管素材の破断回避が困難とされてきた、本発明の式１  のＲｉ／  Ｄ≦（１／２）  ×［（１  −δ）／δ］  の厳しい曲げ加工条件であっても、円管素材の曲げ外側の破断を回避できることを示している。
【００４６】
以上の関係は、同一素材条件での結果であり、素材の加工硬化特性や、断面形状が異なると、上記ＦＥＭ  解析結果に影響を与える可能性が一応考えられる。しかし、後述する素材条件を変えた解析結果や、後述する実際のサブフレイムへの曲げ加工の際の割れの傾向と後述する実際の曲げ加工による検証結果は、上記ＦＥＭ  解析結果と良く対応している。このため、特に、前記厳しい曲げ加工領域では、加工硬化特性が似通っている、３０００系、５０００系、６０００系、７０００系アルミニウム合金のＯ  材、Ｔ１材、Ｔ４材、Ｈ１１２材などの調質材であれば、近似的にはこの関係は広く成立するものと考えられる。したがって、図１  の曲げ加工限界線図および前記式１、２  は、前記素材条件範囲であればほぼ共用でき、これら調質材からなるアルミニウム合金中空形材に適用可能であると言える。
【００４７】
次に、素材条件を５１８２−Ｏ材に変え、円管外径をΦ７０ｍｍとΦ１１０ｍｍ  と変えた二つの場合について、表１に示す条件で、肉厚ｔ  を３．０ｍｍ  と５．０ｍｍ  と各々変え、Ｒｉを３５〜１６５ｍｍ  の範囲で変え、曲げ角度θを１５〜９０°まで変化させた場合の、ケース１  〜８  までを同様に解析した結果を図５  に示す。他の解析条件は上記各解析条件と同じとした。ケース１  〜８  までの印の種別は各々図に示す。
【００４８】
更に、上記曲げ内側半径Ｒｉを９０ｍｍと一定にした解析に対し、素材条件を５４５４−Ｈ１１２  材に変えた解析を行なった。即ち、他の解析条件は上記解析条件と同じとして、Ｒｉを６３、１３５  、１８０  の各ｍｍとし、曲げ角度θを、５  〜９０°まで変化させて同様に解析した結果を図６  に示す。図６  中、Ｒｉ／  Ｄ  １．２が×印、１．５  が菱形印、２  が四角印、２．５  が三角印、の各線である。
【００４９】
これら図５  、６  の各条件乃至各場合の線は、前記図４  の線と同じ傾向を示している。即ち、図５  、６  において、各線とも、曲げ加工の初期には、曲げ角度に比例して最大主歪みが増加しており、その後、曲げ角度が増加しても、最大主歪みは一定値に収束している。この曲げ加工初期における各線の立ち上がり部分はε（％）  ＝  ０．００７４θ＋２．１４と、近似式で表せる。このことは、円管外径、肉厚、Ｒｉ等が変わっても、前記特定範囲の厚肉中空曲管では、曲げ角度θが小さい領域では、曲げ加工における管曲げ外側の最大主歪みが、曲げ角度θのみに依存し、曲げ角度θに比例して増加することなどが裏付けられる。また、この図５  、６  を基に、各曲げ半径の場合の管曲げ外側の最大主歪みと曲げ角度との関係を用いて、前記図１のように曲げ加工限界線図を作成した場合、前記式１  〜３  の関係が成立することが類推できる。
【００５０】
【表１】
2004174521.tif 000003
【００５１】
次に、図１  の曲げ加工限界線図を用い、実際に曲げ加工を行い、解析により求めた上記図１  の曲げ加工限界線図の整合性を検証した。
【００５２】
曲げ加工条件は、サブフレームに汎用される比較的太径で厚肉の円管として、前記解析条件と同じ、円管外径がΦ９０ｍｍ、肉厚ｔ  が４．０ｍｍ  の円管を選択した。
素材も、前記解析用素材に近似する、ＪＩＳ  ５１８２アルミニウム合金で、調質Ｏ  材、σ０．２：１２４  ＭＰａ  、σＢ  ：２７０ＭＰａ  、δ  （破断伸び）：２８％  、ＪＩＳ  ５４５４アルミニウム合金で、調質Ｈ１１２材、σ０．２：１２２  ＭＰａ  、σＢ  ：２４７ＭＰａ  、δ  （破断伸び）：２２％  各々用いた。更に、曲げ加工機としては、前記図３  に示したものと同様の、実機ドローベンダーを用い、球頭の首振り式心金を用いて曲げ加工した。
【００５３】
曲げ半径条件（Ｒ）  は、前記解析条件と同じく、Ｒｉが１００  、１５０  の各ｍｍ、曲げ角度条件  （θ）  は、１５°、２０、３０°、３５°、４０°、４５°で変化させた。この際、前記解析条件と同じく、ドローベンダーによる曲げ加工時の、機械的なクリアランスは０．１ｍｍ  、潤滑は通常の鋼板用潤滑油で摩擦係数が０．１４μのものを使用した。
【００５４】
試験条件と割れの有無の結果を表２  に示す。表２  の通り、従来の曲げ加工と同じく、曲げ内側半径Ｒｉを十分大きくし、前記Ｒｉ／  Ｄ≧（１／２）  ×［（１  −δ）／δ］  を満足した、従来例４  、５  、６  では、曲げ角度θによらず、曲げ加工における円管素材の曲げ外側に割れ  （破断）  が発生しなかった。
【００５５】
これに対し、発明例１  、７  、９  では、本発明の式１  のＲｉ／  Ｄ≦（１／２）  ×［（１  −δ）／δ］  を前提とする厳しい曲げ加工条件であっても、本発明の式２  のθ≦  （δ−０．０２１４）／０．００７４を満足する条件で曲げ加工しており、円管の曲げ外側に割れが発生しなかった。
【００５６】
一方、本発明の式１  のＲｉ／  Ｄ≦（１／２）  ×［（１  −δ）／δ］  を前提とする厳しい曲げ加工条件であって、本発明の式２  のθ≦  （δ−０．０２１４）／０．００７４を満足しない条件、即ち、θ＞  （δ−０．０２１４）／０．００７４で曲げ加工した、比較例２  、３  、８  、１０の場合は円管の曲げ外側に割れが発生した。
【００５７】
また、同一曲げ加工条件で、素材の異なる、発明例１  と比較例８  とを比較すると、素材伸びδが小さく、本発明の式２  のθ≦  （δ−０．０２１４）／０．００７４を満足しない条件である比較例８  のみ、円管の曲げ外側に割れが発生した。同様に、従来例５  と比較例１０とを比較すると、本発明の式１  のＲｉ／  Ｄ≦（１／２）  ×［（１  −δ）／δ］  を前提とする厳しい曲げ加工条件である、比較例１０のみ、円管の曲げ外側に割れが発生し、従来の曲げ加工と同じく、曲げ内側半径Ｒｉを十分大きくし、前記Ｒｉ／  Ｄ≧（１／２）  ×［（１  −δ）／δ］  を満足した、従来例５  では、曲げ角度θによらず、曲げ加工における円管素材の曲げ外側には割れ  （破断）  が発生しなかった。
【００５８】
これらの結果は、前記解析による曲げ加工限界線図と良く対応している。したがって、前記解析による曲げ加工限界線図の正しさと実用性が証明された。
【００５９】
【表２】
2004174521.tif 000004
【００６０】
本発明において、円管素材としてのアルミニウム合金中空形材の断面形状は、円管状とする。円形断面形状は、必ずしも真円である必要は無い。ただ、コーナー部  （隅角部）  を有するような角管形状では、曲げ加工の際の上記曲げ加工限界関係が成立せず、本発明の適用範囲から除外する。
【００６１】
本発明において、中空形材に用いるアルミニウム合金の種類は、通常、この種構造材の用途に汎用される、ＡＡ乃至ＪＩＳ  規格に規定された  ３０００  系、５０００系、６０００系、７０００系等のアルミニウム合金が使用可能である。ただ、これらアルミニウム合金材の破断伸び量は２０％  以上であることが、割れの抑制上必要である。したがって、これらアルミニウム合金の内から適当な合金を、サブフレームに要求される強度、耐食性などの要求諸特性上から適宜選択した上で、焼鈍処理、溶体化および焼き入れ処理、人工時効硬化処理などの上記調質処理条件（Ｏ材、Ｔ１材、Ｔ４材、Ｈ１１２材）  を適宜選択して、破断伸び量を好ましくは２０％  以上とするとともに、所望の耐力や機械的性質とする。また、円管状アルミニウム合金中空形材自体は、通常の熱間押出加工や、通常の圧延板を成形加工および溶接接合するなどの、常法にて製造できる。
【００６２】
また、本発明に用いる曲げ加工方法  （曲げ加工機）  は、好ましくはドローベンダーとする。前記した通り、サブフレームは一般に大型で厚肉の形材である。このため、ドローベンダー以外のストレッチベンダー、マルチベンダーを適用した場合、しわが発生しやすい、あるいは、しわを抑制するために大きな張力を必要とする、装置が大型化するなどの実用的でない問題が生じる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、円管の曲げ外側の割れ  （破断）  を抑制した、自動車サブフレームなどのアルミニウム合金厚肉中空曲管材およびアルミニウム合金中空形材の曲げ加工方法を提供できる。したがって、サブフレームなどの厚肉中空曲管材へのアルミニウム合金の用途の拡大を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る曲げ加工限界線図を示す説明図である。
【図２】曲げ加工を受けた円管を示し、（ａ）  、（ｂ）  、（ｃ）  、（ｄ）  は各々円管の曲げ角度が、１５°、３０°、６０°、９０°の場合を各々示す模式図である。
【図３】ドローベンダーを模式的に示す断面図である。
【図４】本発明に係る管曲げ外側の最大主歪みと曲げ角度との関係を示す説明図である。
【図５】本発明に係る管曲げ外側の最大主歪みと曲げ角度との関係を示す説明図である。
【図６】本発明に係る管曲げ外側の最大主歪みと曲げ角度との関係を示す説明図である。
【図７】一般的なフロントサブフレームの形状を示す斜視図である。
【図８】一般的なリアサブフレームの形状を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：アルミニウム合金中空押出形材、２：曲げ内側、３：曲げ外側、
【図１】
2004174521.tif 000005
【図２】
2004174521.tif 000006
【図３】
2004174521.tif 000007
【図４】
2004174521.tif 000008
【図５】
2004174521.tif 000009
【図６】
2004174521.tif 000010
【図７】
2004174521.tif 000011
【図８】
2004174521.tif 000012