JP2011125915A

JP2011125915A - 鍛造品の製造方法

Info

Publication number: JP2011125915A
Application number: JP2009288117A
Authority: JP
Inventors: Michitoshi Kono; 通敏河野; Naomi Sato; 尚巳佐藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2029-12-18
Also published as: JP5342991B2

Abstract

【課題】限界据込み率の更なる改善することができる鍛造技術を提供することを課題とする。
【解決手段】図（ａ）に示すように、丸棒を鋸で切断することで、所定の長さの鍛造用素材４１を準備する。準備した素材４１に、（ｂ）に示すように、ショット粒４２を、高速で衝突させる。この処理を第１のショットブラスト処理という。（ｃ）に示すように、ショット後の素材４３を、焼鈍炉４４に入れ、焼鈍温度まで加熱し、所定時間保持することで、焼鈍処理を実施する。
【効果】焼鈍前にショットブラスト処理を施さない場合に比較して、本発明によれば限界据込み率を大幅に向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用等速ボールジョイントの両端に設けられる軸部材を製造することに適した鍛造技術に関する。

車両用等速ボールジョイントの構造は、後述するが、車両中心側にインボードと呼ばれる軸部材が設けられ、車輪側にアウタボードと呼ばれる軸部材が設けられる。これらの軸部材は、高い強度を要求される上に、形状が複雑であるため、鍛造品が好んで採用される（例えば、特許文献１（図８）参照。）。

特許文献１の図８Ａ〜図８Ｄに示されるように、円柱ビレット（７０）（括弧内数字は、特許文献１に記載されている符号を示す。以下同様）は、第１次成形品（７２）に塑性加工され、この第１次成形品（７２）は更に予備次成形品（７４）に塑性加工され、この予備次成形品（７４）は更に第２次成形品（７８）に塑性加工される。

深絞りなどの塑性加工を行うときに、素材に予め焼鈍を施すことが、広く行われる。
そのため、図８Ａに示される円柱ビレット（７０）には、予め球状化焼鈍処理が施される（特許文献１、段落番号［０００５］）。

本発明者らは、直径約５０ｍｍ×高さ８０ｍｍで、材質がＳ５３Ｃ級の円柱ビレットに球状化焼鈍処理を施し、次に、高さを縮めるようにして、塑性加工（据え込み鍛造）を実施した。加工後の高さが４８ｍｍまでは、問題なかった。しかし、それ以上、圧縮するとクラックが発生した。この場合は、（（加工前の高さ−加工後の高さ）／加工前の高さ）で算出される限界据込み率は、（８０−４８）／８０＝０．４０の計算により、４０％となる。

この限界据込み率が、大きいほど、高度な塑性加工を行うことができる。
車両用等速ボールジョイントの軸部材は、増々形状の複雑化が求められ、そのためには、限界据込み率の更なる改善が求められる。

特開２００２−１７８０９０公報

本発明は、限界据込み率の更なる改善することができる鍛造技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、鍛造用素材を準備する工程と、前記鍛造用素材に強度（変形能）向上のために第１のショットブラストを施す工程と、ショット後の素材を焼鈍処理する工程と、焼鈍後の素材にスケール除去のために第２のショットブラストを施す工程と、ショット後の焼鈍済み素材に冷間鍛造を施して鍛造品を得る工程とからなる鍛造品の製造方法である。

請求項２に係る発明では、鍛造用素材は円柱形状を呈し、鍛造品は等速ボールジョイントの軸部材であることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、焼鈍処理前に、素材にショットブラスト処理を施す。焼鈍前にショットブラスト処理を施さない場合に比較して、本発明によれば限界据込み率を大幅に向上させることができる。

請求項２に係る発明では、本発明を等速ボールジョイントの軸部材に適用した。等速ボールジョイントの軸部材の形状をより複雑化することが可能となり、等速ボールジョイントの形状設計の自由度を一層高めることができる。

等速ボールジョイントを含む車両の要部断面図である。本発明に係る鍛造品の製造工程を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
なお、鍛造品は、等速ボールジョイントの軸部材を好適例に説明するが、等速ボールジョイントの軸部材に限定されるものではない。

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、車輪１１は、ホイール１２とタイヤ１３とからなる。また、車輪１１を支えるサスペンション装置１５は、鍔付きハブ１６と、この鍔付きハブ１６をベアリング１７を介して支えるハブケース１８と、このハブケース１８に連結され上に延びているナックルアーム１９と、このナックルアーム１９の上端に球面ジョイント２１を介して連結されるアッパアーム２２と、ナックルアーム１９の下部に球面ジョイント２３を介して連結されるロアアーム２４と、このロアアーム２４の上下方向の移動を制御するストラットダンパー２５とからなる。

車輪１１を駆動する等速ボールジョイント３０は、車幅方向へ延びる中間軸３１と、この中間軸３１のデフ２６側の端部にローラ３２を介して取付けられる第１の軸部材３３と、中間軸３１の車輪１１側の端部にボール３４を介して取付けられる第２の軸部材３５とからなる。

鍔付きハブ１６に、ホイール１２を当て、ボルト３６で結合することで、車輪１１は、鍔付きハブ１６に取付けられる。
また、鍔付きハブ１６に第２の軸部材３５を挿入し、この第２の軸部材３５の先端にナット３７をねじ込む。
鍔付きハブ１６の内周面に雌スプラインが切られ、第２の軸部材３５に雄スプラインが切られているため、第２の軸部材３５と共に鍔付きハブ１６が回転する。結果、デフ２６からの駆動力が車輪１１まで伝達される。

第１の軸部材３３及び第２の軸部材３５は、駆動トルクを常時車輪１１へ伝える重要部品であって、形状は複雑である上に、強度が求められる。

このような、第１の軸部材３３及び第２の軸部材３５の製造方法を、図２に基づいて説明する。
図（ａ）に示すように、丸棒を鋸で切断することで、所定の長さの鍛造用素材４１を準備する。
準備した素材４１に、（ｂ）に示すように、ショット粒４２を、高速で衝突させる。この処理を第１のショットブラスト処理という。

（ｃ）に示すように、ショット後の素材４３を、焼鈍炉４４に入れ、焼鈍温度まで加熱し、所定時間保持することで、焼鈍処理を実施する。
（ｄ）に示すように、焼鈍後の素材４５には、スケール４６が付着している。そこで、ショット粒４７を、高速で衝突させて、スケール４６を除去する。この処理を第２のショットブラスト処理という。
これで、（ｅ）に示すようなショット後の焼鈍済み素材４８を得ることができる。

ショット後の焼鈍済み素材４８に、冷間鍛造を施すことで、（ｆ）に示すような鍛造品４９を得る。
得られた鍛造品４９に機械加工を加え、第１の軸部材（図１、符号３３）や第２の軸部材（図１、符号３５）を得る。

すなわち、本発明は、鍛造用素材４１を準備する工程（図２（ａ））と、前記鍛造用素材４１に強度向上のために第１のショットブラストを施す工程（図２（ｂ））と、ショット後の素材４３を焼鈍処理する工程（図２（ｃ））と、焼鈍後の素材４５にスケール除去のために第２のショットブラストを施す工程（図２（ｄ））と、ショット後の焼鈍済み素材４８に冷間鍛造を施して鍛造品４９を得る工程（図２（ｅ）→（ｆ））とからなる鍛造品の製造方法である。

（実験例）
第１のショットブラストの有効性を確認するために実験を行った。その実験例を以下に述べる。なお、本発明は実験例に限定されるものではない。

○鍛造用素材：外径５０ｍｍ、長さ８０ｍｍ。材質Ｓ５３Ｃ相当。
○第１のショットブラスト：実験２のみに適用。
粒径０．８ｍｍのショットを、１０分間照射。
○焼鈍処理：
７４５℃、７時間の条件で加熱し、後、徐冷。
○第２のショットブラスト：
粒径０．４ｍｍのショットを、５分間照射。

以上の条件で、素材に処理を施し、更に冷間鍛造を実施した。その内容及び結果を表に示す

第１のショットブラストを省いた、実験１では、４７．２ｍｍ高さまで鍛造可能であった。（８０−４７．２）／８０＝０．４１の計算により、限界据込みは４１％であった。

一方、第１のショットブラストを実施した実験２では、３１．１ｍｍ高さまで鍛造可能であった。（８０−３１．１）／８０＝０．６１の計算により、限界据込みは６１％であった。
すなわち、実験１より、実験２では１．５倍据込み率を高めることができた。

他の条件が、同一であるために、第１のショットブラストを実施することで、据込み率を１．５倍も改善させることができた。据込み率が大きいほど塑性加工性が高まり、より複雑な形状の鍛造品を得ることができる。

第１のショットブラストを実施することの着想は、次の通りである。
従来から焼鈍は、深絞りの前処理の他、歪み取りを目的の一つとして実施されてきた。そのため、焼鈍を実施すると、それまでの加工履歴が、減少する又は消失すると考えられてきた。

そこで、本発明者らは、据込み率を高めるための研究を進める過程で、割れを誘発する合金を減少させることや、焼鈍温度や焼鈍時間を変更する試みを行った。
しかし、合金調整は、材料が特別注文になるため、材料コストが嵩み、好ましくなかった。また、焼鈍温度を上げると、金属組織が所望の形態から外れ、新たな問題が発生する。焼鈍時間を延ばすと、生産性の低下を招く。

これらの代替案として、本発明者らは、敢えて第１のショットブラストを試みることにした。ショットブラスト設備は、スケール剥離のために常備していたものを使用できるため、第１のショットブラストを試みることは容易であった。
試みの結果、表１で説明したように、大きな成果が得られた。

なお、第１のショットブラスト（焼鈍前ショット）の作用を、理論的に説明することは現段階で困難である。
実験２で第２のショットブラストを施した、ショット後の焼鈍済み素材は、表面の残留応力が３５０ＭＰａであった。
実験１で第２のショットブラストを施した、ショット後の焼鈍済み素材も、表面の残留応力がほぼ３５０ＭＰａであった。
第１のショットブラストで、表面に残留応力を発生させたことの効果は消えたことになる。

しかし、実験１でのショット後の焼鈍済み素材の表面硬さと、実験２でのショット後の焼鈍済み素材の表面硬さとで、１０ポイント（ビッカース硬度）程度の差があった。すなわち、実験２の方が軟らかくなった。

実験１は第１のショットブラストを行っていない。実験２は行っている。そのため、実験２の素材の方が、表面のあらさが増大する。表面あらさが大きくなると、焼鈍での伝熱が盛んになり、焼鈍初期での熱処理作用が活性化される。そのため、焼鈍済み素材に硬度差が発生したと考えられる。実験２の方が、表面が軟らかい。そのため、実験２での限界据込み率が大幅に改善されたものと推定する。

尚、本発明の製造方法は、等速ボールジョイントの軸部材に好適であるが、その他の機械部品、構造部品に適用することは差し支えない。

本発明の製造方法は、等速ボールジョイントの軸部材に好適である。

３０…等速ボールジョイント、３２…軸部材（第２の軸部材）、４１…鍛造用素材、４２…第１のショットブラスに用いるショット粒、４３…ショット後の素材、４４…焼鈍炉、４５…焼鈍後の素材、４６…スケール、４７…第２のショットブラスに用いるショット粒、４８…ショット後の焼鈍済み素材、４９…鍛造品。

Claims

鍛造用素材を準備する工程と、前記鍛造用素材に強度向上のために第１のショットブラストを施す工程と、ショット後の素材を焼鈍処理する工程と、焼鈍後の素材にスケール除去のために第２のショットブラストを施す工程と、ショット後の焼鈍済み素材に冷間鍛造を施して鍛造品を得る工程とからなる鍛造品の製造方法。
前記鍛造用素材は円柱形状を呈し、前記鍛造品は等速ボールジョイントの軸部材であることを特徴とする請求項１記載の鍛造品の製造方法。