自動車用衝突防止ビーム

自動車用衝突防止ビームは、自動車の前後バンパー内部にある重要な安全部品であり、衝突エネルギーを吸収し、車体構造と乗客の安全を保護するために使用されます。自動車用衝突防止ビームは、主にプレス成形、ロール成形、または押出成形を採用し、溶接またはリベット接合の工程を組み合わせて製造されます。鋳造工程（砂型鋳造やダイカストなど）は、衝突防止ビームの製造ではあまり使用されません。なぜなら、衝突防止ビームは軽量化、高強度、および特定の幾何学的形状が求められ、プレス成形または押出成形がこれらの要件に適しているためです。
 

衝突防止ビームの製造工程

衝突防止ビームの製造工程は、主に以下のステップを含みます：

材料選択

• 高張力鋼（HSS）：
  • 一般的な材料：ボロン鋼、二相鋼（DP鋼、DP600、DP800など）、または先進高張力鋼（AHSS）。
  • 利点：高強度（引張強度600-1500 MPa）、コストが手頃で、市場の約70％を占めます。
  • 用途：エコノミーモデルおよびミドルレンジモデル、例：フォルクスワーゲン、トヨタ。
• アルミニウム合金：
  • 一般的な材料：6061または7075アルミニウム合金。
  • 利点：軽量（鋼より約30〜40％軽量）、耐腐食性。
  • 用途：ハイエンドモデルまたは電気自動車、例：テスラ、アウディ。
• 複合材料（まれ）：
  • 炭素繊維強化プラスチック（CFRP）など。スーパーカーやハイエンドの改造車に使用され、非常に軽量ですが、コストが高いです。
• 厚さ：鋼製衝突防止ビームの厚さは通常1.5〜3mm、アルミニウム合金は2〜4mmです。

設計と計画

• 機能要件：
  • 衝突エネルギーの吸収（低速衝突<16 km/h、高速衝突>40 km/h）。
  • バンパー外殻、エネルギー吸収ボックス（クラッシュボックス）と連携して、衝撃力を分散。
  • 中国C-NCAP、ヨーロッパEuro NCAP、または米国IIHS規格などの規制に準拠。
• CAD設計：
  • ソフトウェア（CATIA、SolidWorksなど）を使用して3Dモデルを設計し、断面形状（一般的なのはU字型、箱型、または波形）を最適化。
  • 有限要素解析（FEA）で衝突性能をシミュレーションし、エネルギー吸収と構造剛性を確保。
• 軽量化：材料の厚さと幾何学的形状を最適化して、重量を削減（鋼製ビームは約5〜10kg、アルミニウム製ビームは約3〜6kg）。

成形工程

• プレス成形（Stamping）：
  • 工程：鋼板またはアルミニウム板をプレス金型に置き、油圧または機械式プレス機（圧力1000〜5000トン）でU字型または箱型構造に成形。
  • 利点：高精度（±0.1mm）、大量生産に適しています。
  • 用途：最も一般的な工程で、衝突防止ビーム生産の80％以上を占めます。
• ロール成形（Roll Forming）：
  • 工程：鋼帯またはアルミニウム帯を連続ローラーに通して、特定の断面に段階的に成形。
  • 利点：長尺のビームに適しており、材料利用率が高いです。
  • 用途：商用車またはトラックの衝突防止ビーム。
• 押出成形（Extrusion）：
  • 工程：アルミニウム合金を押し出し機（2000〜5000トン）で押し出して、複雑な断面（中空構造など）を成形。
  • 利点：軽量化、複雑な幾何学的形状に適しています。
  • 用途：ハイエンドモデルまたは電気自動車。
• 熱成形（Hot Forming）：
  • 工程：ボロン鋼を900℃に加熱した後、プレス成形し、冷却後に超高強度を獲得。
  • 利点：高強度、軽量。
  • 用途：高い安全要件が求められる車種、例：ボルボ、BMW。

加工と組み立て

• 切断とトリミング：
  • レーザー切断またはプラズマ切断を使用してエッジをトリミングし、寸法精度を確保。
  • ボルトまたはエネルギー吸収ボックスを取り付けるための穴あけまたは打ち抜き。
• 溶接/接続：
  • MIG/TIG溶接：衝突防止ビームとエネルギー吸収ボックスまたは車体フレームを接続。
  • リベット接合またはボルト締め：アルミニウム合金ビームに使用し、熱変形を低減。
  • スポット溶接：鋼製ビームで一般的に使用され、効率が高いです。
• 補強材：高応力領域に鋼板またはリブを追加して、耐衝撃性を向上。

表面処理

• 電気メッキ/溶融亜鉛メッキ：鋼製衝突防止ビームに亜鉛メッキ層（厚さ10〜20μm）を施し、腐食を防止。
• 陽極酸化処理：アルミニウム合金ビームの表面処理、耐腐食性と美観を向上。
• 粉体塗装：一部の衝突防止ビームに耐腐食性コーティングをスプレーし、高温および化学的腐食に耐性を持たせます。