JP2017170455A

JP2017170455A - ネジ部品用転造平ダイス、及び転造加工方法

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Publication number: JP2017170455A
Application number: JP2016056233A
Authority: JP
Inventors: 正樹谷口; Masaki Taniguchi
Original assignee: SANSHU KK
Current assignee: SANSHU KK
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2017-09-28
Anticipated expiration: 2036-03-18
Also published as: KR101789730B1; JP5979806B1; EP3263244A1; WO2017158853A1; EP3263244A4; US20180117664A1; TW201733705A; CN107530763B; TWI595941B; US10118214B2; CN107530763A; EP3263244B1

Abstract

【課題】長寿命化を図ることのできるネジ部品用転造平ダイス、及び該ネジ部品用転造平ダイスを用いた転造加工方法を提供する。【解決手段】仕上げ面１３に対して角度αの勾配を有する第１の部分食い付き面１５と、第１の部分食い付き面１５と仕上げ面１３との間に形成され、仕上げ面１３に対して角度βの勾配を有する第２の部分食い付き面１６と、を具備し、第１の部分食い付き面１５の転造始点１７における加工歯３１の山角度θ１が、前記仕上げ面１３における加工歯３１の山角度θ２よりも大であるため、ダイス１０，５０に加わる負荷を低減でき、転造平ダイス１の長寿命化を図ることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、雄ネジであるネジ部品を製造するためのネジ部品用転造平ダイス、及び該ダイスを用いた転造加工方法に関する。

例えば特許文献１には、高硬度の材料からなるボルトや雄ネジを転造加工によって製造するための転造ダイスが開示されている。

具体的には、食付き部における始点の加工歯は、仕上げ部の加工歯に比べて、その歯丈が低く且つ歯先角および当該始点の加工歯間の谷角が大きい転造ダイスが示されている。当該転造ダイスにあっては、当初に食付き部における始点の加工歯が浅く且つ鈍角形状で食い付くため、始点を含む食付き部の歯先付近で、亀裂や局部破壊を生じにくくなり、転造ダイスの長寿命化も可能となる。

また、特に近年、自動車等の軽量化が進んでおり、それらに用いられるボルトとしては、硬度が高い熱処理ボルトの需要が増加している。

特開２００５−２８８４５６号公報

しかしながら、こうした高硬度のボルトを従来のダイスで製造すると、ダイスにチッピング（欠け）が発生してしまったり、加工歯が変形してしまったりする不具合が早期に発生するため、ダイスの寿命が非常に短くなるという問題が生じる。

そこで本発明者らは、さらなる研鑽を続け、ダイス自体の製造コストを抑えつつ、高硬度の母材を転造加工しても長期にわたって使用できる長寿命のネジ部品用転造平ダイス、及び該ネジ部品用転造平ダイスを用いた転造加工方法の開発に成功した。

本発明は、ダイス自体の製造コストを抑えつつ、長期にわたって使用できるネジ部品用転造平ダイス、及び該ネジ部品用転造平ダイスを用いた転造加工方法を提供することを目的とする。

本発明は、ネジ部品となる母材が供給される食い付き面と、前記食い付き面に隣接して形成される仕上げ面とを少なくとも含む転造面を備えたネジ部品用転造平ダイスであって、前記食い付き面には、前記仕上げ面から離れる程後退する勾配を有し、仕上げ面に対する勾配の角度が角度αである第１の部分食い付き面と、前記第１の部分食い付き面と前記仕上げ面との間に連続状に形成され、前記仕上げ面から離れる程後退する勾配を有し、仕上げ面に対する勾配の角度が、前記角度αより小さい角度βである第２の部分食い付き面と、が少なくとも含まれており、前記第１の部分食い付き面と前記第２の部分食い付き面とにおいては、前記ネジ部品におけるネジ溝の谷底を形成する加工歯の山角度が、前記仕上げ面における加工歯の山角度よりも大であると共に、前記第１の部分食い付き面の始点から前記仕上げ面に向かうに従って、前記加工歯の山形状が、根元側から順に仕上げ面の加工歯の山角度に変化してなることを特徴とするネジ部品用転造平ダイスである。

かかる構成にあって、相対的に大きな角度の勾配を有する第１の部分食い付き面では、加工過程においていわゆる食い付きのスピードが相対的に速く、ダイスに対して負荷がかかりやすい。一方、母材が第１の部分食い付き面に位置している間は、仕上げ面の加工歯の山角度よりも大きい山角度の加工歯でこの母材を加工することになるため、肉の移動量が相対的に小さい。したがって、食い付きのスピードが相対的に速いものの、当該範囲では肉の移動量を相対的に小さくしているため、ダイスに対して過剰な負荷が発生することを抑制することができる。さらに、本発明は、加工歯の山角度が第１の部分食い付き面と同じであるが、仕上げ面に対する勾配角度が相対的に小さい第２の部分食い付き面を有している。かかる構成とすることにより、加工歯の山形状が最終形状に近づくことで肉の移動量が次第に増加していく過程でいわゆる食い付きのスピードが相対的に遅くなるため、十分な肉の移動量を確保しつつダイスにかかる負荷を和らげることができ、そして仕上げ面に母材を円滑に導入することができる。

なお、例えば第１の部分食い付き面における勾配の角度αと、第２の部分食い付き面における角度βとが、α＜βであると、第２の部分食い付き面において肉の移動量が増加すると同時にいわゆる食い付きのスピードが速くなってしまい、結果、第２の部分食い付き面、あるいは第２の部分食い付き面と仕上げ面との境界部分でダイスに加わる負荷が急峻に増加して当該部分でチッピングが生じやすい。

ここで、前記第１の部分食い付き面における転造方向の長さＬ１と、前記第２の部分食い付き面における転造方向の長さＬ２と、前記仕上げ面における転造方向の長さＬ３とが、Ｌ２＞Ｌ１＞Ｌ３であることが望ましい。

かかる構成にあって、発明者による分析によれば、母材と転造面との間の摩擦が最も大きくなってダイスにかかる負荷が最大となる領域は、仕上げ面の直前の領域であることがわかってきた。そこで、かかる領域に対応する第２の部分食い付き面における長さＬ２をできる限り長く設定して、第２の部分食い付き面での加工域を最大とするようにした。そして、次いで第１の部分食い付き面における長さＬ１を設定し、最後に長さＬ１よりも小さい長さで仕上げ面を構成することにより、限られたダイスの全長のなかで効果的にダイスへの負荷を抑制した転造加工が可能となる。

また、第１の部分食い付き面における勾配は、前記第１の部分食い付き面における転造方向の長さと、前記第１の部分食い付き面における仕上げ面に対する落ち込み量とで構成され、第２の部分食い付き面における勾配は、前記第２の部分食い付き面における転造方向の長さと、仕上げ面に対する落ち込み量とで構成され、第２の部分食い付き面の勾配は、第１の部分食い付き面における落ち込み量と第２の部分食い付き面における落ち込み量との和に対して少なくとも４０％以下の落ち込み量で構成されることが望ましい。

かかる構成とすることにより、第２の部分食い付き面、あるいは第２の部分食い付き面と仕上げ面との境界部分でダイスに加わる負荷が急峻に増加して当該部分でチッピングが生じてしまう、ということを回避できる。

また、本発明は、上記ネジ部品用転造平ダイスを用いた転造加工方法であって、前記ネジ部品用転造平ダイスのうち移動側のダイスは、母材が前記第１の部分食い付き面から前記仕上げ面にかけて通過する期間では定速移動することを特徴とする転造加工方法である。

かかる構成とすることによって、転造加工中に転造平ダイスの移動速度を変化させるような特別な工程を経ることなく、簡便でかつ安定して大量生産を行うことが可能となる。

本発明のネジ部品用転造平ダイスは、高硬度の母材に対してチッピング等の問題を招くことが抑制されるため、ダイスの長寿命化を図ることができる。

また本発明の転造加工方法は、簡便でかつ安定してネジ部品を大量生産することができる。

ネジ部品用転造平ダイスの使用状態を示す概要図である。ネジ部品用転造平ダイスを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図である。ネジ部品用転造平ダイスを示す概要平面図である。加工時の転造始点におけるネジ部品用転造平ダイス及び母材を示す部分拡大縦断面図である。加工時の第１境界部におけるネジ部品用転造平ダイス及び母材を示す部分拡大縦断面図である。加工時の第２境界部におけるネジ部品用転造平ダイス及び母材を示す部分拡大縦断面図である。加工歯の縦断面図であって、（ａ）は転造始点を示し、（ｂ）は第１境界部を示し、（ｃ）は第２境界部を示している。他の実施形態にかかるネジ部品用転造平ダイスの概要を示し、（ａ）は第１の部分食い付き面の断面の概要を示し、（ｂ）は第２の部分食い付き面の断面の概要を示している。

以下、本発明のネジ部品用転造平ダイス（以下、転造平ダイスという。）、及び該転造平ダイスを用いた転造加工方法を具体化した実施例を詳細に説明する。なお、本発明は、下記に示す実施例に限定されることはなく、適宜設計変更が可能である。なお、説明を明瞭とすべく、適宜図面において実際の寸法比率とは異なる寸法比率で示しているところがあるが、これにより本発明がその形状に限定して解釈されるものではない。

図１に示したように転造平ダイス１は、所定の基台に固定された略直方体形状の固定側ダイス１０と、固定側ダイス１０に対して所定方向に沿って移動する移動側ダイス５０とによって構成されている。

さらに詳述すると、固定側ダイス１０は固定側転造面１１を有し、これに対して移動側ダイス５０は移動側転造面５１を有している。そして、固定側転造面１１と移動側転造面５１とが互いに向き合うように配置され、固定側転造面１１と移動側転造面５１との間に挟持された母材Ｗが転造加工されてボルトＢが製造される。ところで、移動側ダイス５０の移動方向は、固定側ダイス１０の固定側転造面１１に平行な方向であり、転造方向と一致する。

具体的に、図２に示すように、本実施例における各ダイス１０，５０の寸法は、高さが６０ｍｍ、幅が４００ｍｍ、及び奥行きが３８．４ｍｍ〜３８ｍｍである。また、各ダイス１０，５０は、冷間ダイス鋼を上記形状としたものが用いられている。

また、ボルトＢの母材Ｗは、例えばクロムモリブデン鋼を熱処理することによって軽量化された高硬度の材料が採用されている。また、ネジ部品（製品）であるボルトＢは、Ｍ６×１．０１６Ｒサイズの六角ネジである。

また、各転造面１１，５１には、母材Ｗの被加工部分Ｗ１をネジ形状とするための加工歯３１が複数設けられている。そして、母材Ｗの被加工部分Ｗ１は、母材Ｗが図１に示した矢印の方向に回転しながら、加工歯３１によって塑性変形されてボルトＢのネジ部分となる。具体的に加工歯３１は、後述するようにボルトＢのネジ溝の谷底を形成することになる。

なお、本実施例における加工歯３１のピッチは、各転造面１１，５１の全面にわたってボルトＢのネジのピッチと等しい値に設定されている。

ところで、本実施例における固定側ダイス１０及び移動側ダイス５０は、同一形状を有し、各転造面１１，５１も点対称となるため、以下、転造面１１，５１の詳細については同じ符号を付して説明する。

図２（ｂ）に示すように、転造平ダイス１におけるダイス１０，５０の転造面１１，５１は、食い付き面１２を有している。さらに、この食い付き面１２に隣接して仕上げ面１３が設けられている。そしてさらに、仕上げ面１３に隣接して逃がし面１４が設けられている。

前記食い付き面１２には、母材Ｗが供給される転造始点１７が定められており、転造始点１７を基準にしてダイス１０，５０の一端部１１ａから他端部１１ｂに向かう転造方向に沿った長さＬ０が、Ｌ０＝２９５ｍｍとされている。なお、食い付き面１２は、仕上げ面１３から離れる程後退する勾配を有している。かかる勾配については、発明の要部にかかるため、後で詳述する。

また、前記仕上げ面１２における転造方向に沿った長さＬ３は、Ｌ３＝９２ｍｍとされている。

そして、前記逃がし面１４における転造方向に沿う長さＬ４は、Ｌ４＝１３ｍｍとされている。なお、逃がし面１４は、仕上げ面１３に対して勾配を有しており、仕上げ面１３から離れるに従って転造面１１，５１が互いに離開する方向に開いている。具体的に、勾配の角度γは、γ＝２．６４°（０．６ｍｍ／１３ｍｍ）とされている。

次に、食い付き面１２の詳細について説明する。

図３に示すように、食い付き面１２は、第１の部分食い付き面１５と、第１の部分食い付き面１５と仕上げ面１３との間に連続状に形成された第２の部分食い付き面１６とを少なくとも具備している。

第１の部分食い付き面１５は、転造方向に沿う長さＬ１が、Ｌ１＝１５０ｍｍとされている。また、仕上げ面１３に対して角度α＝０．０９５５°（０．２５／１５０）の勾配を有している。換言すれば、長さＬ１（１５０ｍｍ）に対して後退する落ち込み量が、０．２５ｍｍとされている。

これに対し、第２の部分食い付き面１６は、転造方向に沿う長さＬ２が、Ｌ２＝１４５ｍｍとされている。また、仕上げ面１３に対して角度β＝０．０２７７°（０．０７／１４５）の勾配を有している。換言すれば、長さＬ２（１４５ｍｍ）に対して後退する落ち込み量が、０．０７ｍｍとされている。

すなわち、第１の部分食い付き面１５の角度α及び第２の部分食い付き面１６の角度βは、α＞βであることが望ましい。また、第１の部分食い付き面１５の勾配は、第１の部分食い付き面１５における落ち込み量（ｍｍ）と第２の部分食い付き面１６における落ち込み量（ｍｍ）との和に対して少なくとも６０％以上の落ち込み量（ｍｍ）で構成されることが望ましい。また、第２の部分食い付き面１６の勾配は、第１の部分食い付き面１５における落ち込み量（ｍｍ）と第２の部分食い付き面１６における落ち込み量（ｍｍ）との和に対して少なくとも４０％以下の落ち込み量（ｍｍ）で構成されることが望ましい。

また、特に望ましくは、上記した長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、Ｌ２＞Ｌ１＞Ｌ３の関係である。例えば、Ｌ１＝１３０ｍｍ、Ｌ２＝１６５ｍｍ、Ｌ３＝９２ｍｍとすることができる。

次に、第１の部分食い付き面１５と第２の部分食い付き面１６の各加工歯３１について説明する。

第１の部分食い付き面１５では、ダイス１０，５０の一端部１１ａから５ｍｍだけ離れた位置に転造始点１７が設定されている。そして、この転造始点１７における加工歯３１は、図４，図７（ａ）に示したように、山角度θ１がθ１＝８０°である。

また、図５，図７（ｂ）に示したように、第１の部分食い付き面１５と、第２の部分食い付き面１６との境界部分における加工歯３１は、山角度θ１がθ１＝８０°である。また、加工歯３１の山形状は、根元側から順に仕上げ面１３の加工歯３１の山角度（６０°）に変化している。

一方、図６，図７（ｃ）に示したように、仕上げ面１３における加工歯３１の山角度θ２はθ２＝６０°である。

そして、加工歯３１の高さＨ（加工歯３１の谷底３３から頂点３２までの距離）について、第１の部分食い付き面１５の加工歯３１の高さＨ１と、第２の部分食い付き面１６の加工歯３１の高さＨ３と、仕上げ面１３の加工歯３１の高さＨ２とは、Ｈ１＜Ｈ３＜Ｈ２となっている。

なお、仕上げ面１３及び前記逃がし面１４における加工歯３１の形状は、その範囲で形状変化がなく、ボルトＢにおけるネジ溝形状に対応した形状を有している。

次に、母材Ｗの加工過程を以下に詳述する。

まず、図４に示したように、転造始点１７に母材Ｗが位置するときは、母材Ｗの被加工部分Ｗ１は塑性変形が開始されていない。

そして、移動側ダイス５０が移動し始めると、第１の部分食い付き面１５の加工歯３１によって母材Ｗが加工開始される。

さらに、移動側ダイス５０が進行し、母材Ｗが、第１の部分食い付き面１５と第２の部分食い付き面１６との境界部である第１境界部１８に達するときには、図５に示すように、ネジ山が立ち上がり始めている。

そしてさらに、母材Ｗが、第２の部分食い付き面１６と仕上げ面１３との境界部である第２境界部１９に至ると、図６に示したように、所望のボルトＢの形状がほぼ形成される。

その後、ボルトＢは逃がし面１４に至り、転造加工が終了する。

ここで、移動側ダイス５０は、母材Ｗが転造始点１７から仕上げ面１３に至るまでの期間は、約９００ｍｍ／秒の速度で定速移動する。具体的な速度は適宜変更できるが、前記期間で一定速度に定めることが望ましい。

また、他の実施形態が提案される。
図８（ａ）に示すように、固定側ダイス１０における固定側転造面１１にあって、第１の部分食い付き面１５は、移動側転造面５１に向かって凸状となる凸状面形状とし、図８（ｂ）に示すように、第２の部分食い付き面１６は、移動側転造面５１に対して凹状となる凹状面形状とする構成が提案される。換言すれば、第１の部分食い付き面１５において転造方向に直交する仮想線に沿って固定側ダイス１０を切断したときの固定側転造面１１が移動側転造面５１に向かって凸状のカーブ曲線で構成され、第２の部分食い付き面１６においては固定側ダイス１０側に退避する凹状のカーブ曲線で構成される。なお、かかる場合は、移動側ダイス５０における移動側転造面５１にあって、第１の部分食い付き面１５は、固定側転造面１１に対応して凹状となる凹状面形状となり、第２の部分食い付き面１６は、固定側転造面１１に対応して凸状となる凸状面形状となる。

また、同様に、固定側ダイス１０における固定側転造面１１にあって、第１の部分食い付き面１５は、移動側転造面５１に対して凹状となる凹状面形状とし、第２の部分食い付き面１６は、移動側転造面５１に向かって凸状となる凸状面形状とする構成としてもよい。なお、かかる場合は、移動側ダイス５０における移動側転造面５１にあって、第１の部分食い付き面１５は、固定側転造面１１に対応して凸状となる凸状面形状となり、第２の部分食い付き面１６は、固定側転造面１１に対応して凹状となる凹状面形状となる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば加工歯３１の形状は、仕上げ面１３において所望の形状となるように連続して変化していればよい。例えば、仕上げ面１３における加工歯３１の山角度よりも、食い付き面１２における加工歯３１の山角度が大きいという条件下であれば、適宜変更可能である。

また、食い付き面１２には、２つの部分食い付き面１５，１６を形成するだけでなく、３以上の部分食い付き面を形成するようにしてもよい。

また、第１の部分食い付き面１５の長さＬ１、第２の部分食い付き面１６の長さＬ２、及び仕上げ面１３の長さＬ３は、Ｌ２＞Ｌ１＞Ｌ３が望ましいが、Ｌ２≧Ｌ１＞Ｌ３であってもよい。また、本発明は、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３の構成を積極的に排除するものではない。

また、定速移動する移動側ダイス５０の移動速度は、上記速度に限定されず、材料や寸法等の加工条件等を考慮して適宜自由に設定可能である。

また、いわゆる１ＷＡＹダイスや２ＷＡＹダイスについても適用可能である。

１転造平ダイス
１０固定側ダイス
１１，５１転造面
１２食い付き面
１３仕上げ面
１５第１の部分食い付き面
１６第２の部分食い付き面

３１加工歯
５０移動側ダイス
α 第１の部分食い付き面の勾配角度
β 第２の部分食い付き面の勾配角度
Ｌ１第１の部分食い付き面の長さ
Ｌ２第２の部分食い付き面の長さ
Ｌ３仕上げ面の長さ
θ１〜θ３山角度
Ｂボルト（ネジ部品）
Ｗ母材

本発明は、ネジ部品となる母材が供給される食い付き面と、前記食い付き面に隣接して形成される仕上げ面と、前記仕上げ面に隣接して形成される逃がし面とを少なくとも含む転造面を備えたネジ部品用転造平ダイスであって、前記食い付き面には、前記仕上げ面から離れる程後退する勾配を有し、仕上げ面に対する勾配の角度が角度αであり、前記母材の被加工部分にねじ溝を実質的に形成していく部分である第１の部分食い付き面と、前記第１の部分食い付き面に連続状に形成され、前記仕上げ面から離れる程後退する勾配を有し、仕上げ面に対する勾配の角度が、前記角度αより小さい角度βである第２の部分食い付き面と、が少なくとも含まれており、前記第１の部分食い付き面と前記第２の部分食い付き面とにおいては、前記ネジ部品におけるネジ溝の谷底を形成する加工歯の山角度が、前記仕上げ面における加工歯の山角度よりも大であると共に、前記第１の部分食い付き面の始点から前記仕上げ面に向かうに従って、前記加工歯の山形状が、根元側から順に仕上げ面の加工歯の山角度に変化してなり、前記第１の部分食い付き面における転造方向の長さＬ１と、前記仕上げ面における転造方向の長さＬ３と前記逃がし面における転造方向の長さＬ４とネジ部品となる母材の被加工部分の直径とが、Ｌ１＞Ｌ３＞Ｌ４＞ネジ部品となる母材の被加工部分の直径であることを特徴とするネジ部品用転造平ダイスである。

Claims

ネジ部品となる母材が供給される食い付き面と、前記食い付き面に隣接して形成される仕上げ面とを少なくとも含む転造面を備えたネジ部品用転造平ダイスであって、
前記食い付き面には、
前記仕上げ面から離れる程後退する勾配を有し、仕上げ面に対する勾配の角度が角度αである第１の部分食い付き面と、
前記第１の部分食い付き面と前記仕上げ面との間に連続状に形成され、前記仕上げ面から離れる程後退する勾配を有し、仕上げ面に対する勾配の角度が、前記角度αより小さい角度βである第２の部分食い付き面と、
が少なくとも含まれており、
前記第１の部分食い付き面と前記第２の部分食い付き面とにおいては、前記ネジ部品におけるネジ溝の谷底を形成する加工歯の山角度が、前記仕上げ面における加工歯の山角度よりも大であると共に、
前記第１の部分食い付き面の始点から前記仕上げ面に向かうに従って、前記加工歯の山形状が、根元側から順に仕上げ面の加工歯の山角度に変化してなる
ことを特徴とするネジ部品用転造平ダイス。
前記第１の部分食い付き面における転造方向の長さＬ１と、
前記第２の部分食い付き面における転造方向の長さＬ２と、
前記仕上げ面における転造方向の長さＬ３とが、
Ｌ２＞Ｌ１＞Ｌ３
である請求項１に記載のネジ部品用転造平ダイス。
第１の部分食い付き面における勾配は、前記第１の部分食い付き面における転造方向の長さと、前記第１の部分食い付き面における仕上げ面に対する落ち込み量とで構成され、
第２の部分食い付き面における勾配は、前記第２の部分食い付き面における転造方向の長さと、仕上げ面に対する落ち込み量とで構成され、
第２の部分食い付き面の勾配は、第１の部分食い付き面における落ち込み量と第２の部分食い付き面における落ち込み量との和に対して少なくとも４０％以下の落ち込み量で構成される
請求項１又は請求項２に記載のネジ部品用転造平ダイス。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のネジ部品用転造平ダイスを用いた転造加工方法であって、
前記ネジ部品用転造平ダイスのうち移動側のダイスは、母材が前記第１の部分食い付き面から前記仕上げ面にかけて通過する期間では定速移動する
ことを特徴とする転造加工方法。