JP3750906B2 - 頭付部品の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術】
本発明は、自動車部品あるいは機械部品として広く利用されている連接棒又はボールジョイントのような部品に係り、より詳しくは頭付部品の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
頭付部品の代表例としてボールジョイントがある。その一例として、特許第2750301号公報に記載されているようなスタッドボルトの製造方法がある。この特許公報によれば、ボルトとボール部(球部)とが六角形状とした工具係止部に、細径部を介して一体化連接加工されている。
【0003】
また、動力を伝達する部品として図1に示すような連接棒1がある。
該連接棒1は、主軸11と長い細軸12及び球部13が一体的に成形されている。この主軸11(ビックエンド)側では、クランクシャフトと連結されるように加工され、また、球部13(スモールエンド)側でピストン軸と連結されて、動力を伝達するようになっている。このような場合、上記スタッドボルトの球部13は玉継手として使用され、該部分での強さを要求されるので冷間鍛造加工は有効な金属加工方法の一つでもある。さらには、図1のような形状にした後、これを押し潰すように熱間鍛造加工することによって、コネクチングロッド(以下、コンロッドという)として平坦な板状に加工することもある。
【0004】
材料の軸方向の全体、またはある区間を軸方向に圧縮して据込み加工する工程は、4.5d(d:据込み加工する細軸14の直径)≧L(L:据込み加工する細軸14の長さ)≧2.5dの場合は、据込み工程を2工程に、さらに6.5d〜8.0d≧L≧4.5dなら3工程に分割加工しなければならない(「冷間鍛造」昭和44年12月30日初版発行 発行所 日刊工業新聞社 著者 西山 卯二郎 山本 博一 第39頁〜第41頁 第3章 工業的に見た冷間鍛造限界3・1加工法別の成形限界 3・1・4据込みの項参照)ことが開示されている。
しかしながら、冷間鍛造加工の場合、一般的には金型をある程度製作した後、プレス試打(トライ)をしながら材料の大きさを決定したり、金型を修正している。L/d=5以上のときは、3工程であってもトライ結果を待って製作の可否を決定しているため、試作から量産までに案外と時間がかかっていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、据込み比率が高くなるほど、据込み部分での組織変化が著しく、塑性変化に伴う変形が激しい部分での組織破壊が進行して、クラックやワレとして表面に現れてくる。また、図1でも理解できるように、細軸12(据込み予定部分の細軸14)の長さL及び据込み前の直径d並びに球部13の直径D(あるいは体積)に影響されて加工性の見極めを困難にすることが多い。従って、細軸12(14)の直径dはできるだけ太いほうが加工上からも有利であることは言うに及ばないが、取り付けされる部位が案外狭い場所であるため余り太くできず、最小限度の太さの直径dとして伝達荷重を考慮して決定されている。
【0006】
そのため、一般的なトライのときは、設計上据込み比を見て3工程で球部13を加工していたが、量産化が急がれるようなときは、そのトライの失敗さえも許されないことが縷々ある。また、この3工程がそれぞれ三台のプレス機械に金型を取り付けてされるときは余り問題とされないが、一台のプレス機械内で順送り加工するようなときは、3工程における必要なプレス圧力がそれぞれ個々の工程で異なっていることが多く、プレスラム側に偏荷重がかかって金型を破損させたり、トライ中のデータにエラーを発生させて、トライ自体が続行できなくなることがあった。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る頭付き部品の製造方法は、長い線材もしくは棒鋼の素材を一定の長さに切断して、該切断両端面を面取り加工した後、熱処理調質及び燐酸皮膜化成処理して第一素材を得、その後、第一素材を、一方向から金型内に押し込んで主軸及び細軸を形成させて第二素材を得、次に、該第二素材を再度熱処理調質及び燐酸皮膜化成処理した後、連続据え込み加工によって前記細軸先端側に珠部を成形する際に、据込み加工する細軸の長さ(L)/据込み加工する細軸の直径(d)=据込み比L/d=8以上である頭付き部品の製造方法において、
連続据え込み加工中は、可動盤側ホルダーに被加工物は固く抱持され、予備成形では細軸先端がダイスの孔内に案内挿入され、かつ、ダイクッションに連通するダイクッションピンによって前記細軸先端を押圧して、細軸の中間位置に截頭円錐形状に据込み加工することをその特徴とするものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の頭付部品(以下、連接棒という)1を代表例として図1で要部を説明しながら、図2ないし図6で工程とともに金型について詳述する。
【0009】
まず、真直ぐな長尺の線材または棒鋼15を一定長さにY方向に切断して、素材16を得る(図2)。この素材16の切断面は、バリや破断面が存在するので、後述する据込み加工の際に破断面にあるクラックが成長するのを防止するためと、バリは精密な加工をするとき支障をきたすようなことがあるので、両端面17,17は面取り加工する(図3)。面取り加工方法は、金型(図示していない)に素材16を押込んでその両端面側から押圧して面取りするプレス加工、または、ショットブラストによる機械加工、あるいは完全に破断面を除去し長さを一定にする旋削加工方法等の目的に応じて選択される。面取り加工後は、焼きなましのように熱処理調質し、さらには、次工程での加工性を向上させるために燐酸皮膜処理して第一素材18を得る。
【0010】
ついで、第一素材18は、その一方側から金型(図示せず)に矢印で示す方向に押込み細軸12部を前方押出し加工して、該細軸12部を一定の長さL0及び一定の直径dに成形する(図4)。このときの頭部18a は、第一素材18の太さと同一であるが、本実施例では、連接棒1のように主軸11とするため頭部18aの長さL1を一定の直径(符号はつけていない)及び長さL2に矢印で示す方向に据込む(図5、図示例では、頭部18aの外径を大きくするため据込み加工しているが、この部分を細く加工することもある)。そして、前工程と同じように熱処理調質と、併せて燐酸皮膜化成処理して第二素材20を得るようにしている。
【0011】
図6では、プレス機械のラム作動時の下死点で、可動盤側Gが固定盤側Rに接触した状態を示すもので、Lは細軸12の先端側の据込み加工する細軸14の長さ(Sは据込み加工するその工程での長さ)である。10は据込みの基点(線)であり、かつ、金型の工作上に必要な可動盤側G及び固定盤側Rの基線として一点鎖線で示している。
【0012】
可動盤側Gでは、ダイホルダーに六ヶ所等分割して孔を空け(図示していない)、それぞれ共通の基線10を有し、細軸12、半球部13a及び図示していないが、主軸11部を型彫りし、三つ割りもしくは四つ割りとして、これをコレットのように開閉((6)開放・待機で矢印した方向に)できるようにしたホルダーg1、……g6が前記孔に組み付けられ、一体になっている。そして、ダイホルダーgは、ロータリー式に可動盤側Gが上死点のとき回転させられて、(1)第一予備成形から(2)第二予備成形、さらには(3)第三予備成形、(4)第四予備成形、ついで(5)仕上げ成形から(6)開放・待機工程へと回転する。
すなわち、ホルダーgは(6)の位置で開閉でき、成形品の放出と、新規加工用部品の第二素材20を装着できるようになっており、図示では(2)第二予備成形、(3)第三予備成形、(4)第四予備成形を省略しているが、(1)第一予備成形から(5)仕上げ成形の工程中は、加工部品を固くチャッキングし、順次プレス上死点で回転して加工される。
【0013】
固定盤側Rでは、前記ホルダーg1、……g5及びg6に対向するようにダイスr1、……r5が六等分されたダイスホルダー(図示せず)上に位置決め固定され、前記(6)開放・待機の位置となるダイスホルダー側は大きな穴をあけておくか、または切り欠いておく(g6の位置での加工部品の着脱を確実に行えるように、空間を十分に取るため)。そして、ダイスr1(図示省略しているが、r2、r3、r4)及びダイスr5の中心には、細軸12の先端側の細軸14を案内し、ダイクッションピンP1(P2、P3、P4 )及びP5が連通される孔21(22,23,24)、25が貫通されており、ダイスr1先端側には部分的に截頭円錐形とした据込み部14a(据込み空間は、半球部13aとで構成される)を有している。同様に図示省略しているが、ダイスr2、r3、r4は構成されており、(5)仕上げ成形の図中に2点鎖線で示すように、ダイスr4では据込み部14dによって(1)第一予備成形、(2)第二予備成形、(3)第三予備成形と予備成形をされた細軸14の形状を(4)第四予備成形によって截頭円錐形に成形し、さらには、(5)仕上げ成形では、半球部13aとダイクッションピンP5と半球部13bとで構成される据込み空間(ここでは、球部13とする空間)を形成している。それぞれ孔21,22,23,24及び25には、ダイクッション装置と連通するダイクッションピンP1……P5が挿入されていて、プレス下死点のときダイクッション装置が作動して、挿入されてきた細軸14先端を押圧して、据込み分S量押し、前記半球部13aと対向する据込み部14a,14b,14c及び半球部13bとで構成する据込み空間に材料を拘束しながら据込み加工している。
【0014】
上記設計例は、ホルダー及びダイス位置を六等分としたのは、金型製作上もっとも分割しやすい位置であり、また、金型取り付けのさいに金型合わせがし易く、しかも、プレス荷重の分割が考え易い位置であることが、理由としてあげることができるが、八等分でもよい。また、ダイクッションピンP1、……P5は据込み加工だけでなく、プレス加工後の当該金型内の細軸14先端をさらに押してダイスr1、r2、r3、r4、の孔21,22,23及び24内に該細軸14が食いつこうとするのを防止し、該ダイスから押し出す。また、各予備成形には据込み比をS/d=2.5以内となるようにしている。
【0015】
【実施例】
そこで、図1の仕上がり寸法を下記のとおりとして、トライを行った。
細軸12(14)部の直径d=12.9 φ
据込み総長さL=126.8
球部13の直径D=29.5φ
総据込み比L/D=9.8
その他の条件として、細軸12側を金型に押込んで主軸11を細くする押出し加工を行った後、焼きなまし処理及び燐酸皮膜化成処理したものと、その熱処理及び潤滑性能向上処理をしなかったものとを夫々別個に加工した。また、金型には素材の滑り込みがよいようにするため、据込み加工時にエア吹きつけとともにヘッダー油を常に供給できるようにした。また、使用プレスは、150トン油圧プレスを用いた。
【0016】
結果的には、熱処理調質及び潤滑性能向上処理を施さなかったものは、(3)第三予備成形終了時に全数ワレが発生して(4)第四予備成形は加工ができないと判断された。これに対して、熱処理調質と燐酸皮膜化成処理したものは、(5)仕上げ成形の工程終了時、ワレやクラックも発生することなく、組織は緻密化していることも断面観察によって確認できた。
【0017】
また、トライ中に予備成形工程で、例えば、熱処理調質と燐酸皮膜化成処理したもので(2)第二予備成形を省略して、(1)第一予備成形から(3)第三予備成形の工程(計算上では、S/d=4.2となった)を行ったところ、該予備成形は4工程でなくても3工程であっても成形できることが確認できた。
【0018】
すなわち、細軸12と主軸11側はホルダーg1、g2、g3、g4、g5で拘束保持し、細軸14をダイスr1、r2、r3、r4、の孔21,22,23及び24に夫々挿入案内されて拘束し、ダイクッションピンP1、P2、P3、P4、及びP5で、その拘束中に押出すように半球部13aと夫々対向する据込み部14a,14b,14c,14d並びに半球部13bとで構成される据込み空間に制限されているから、無理な塑性変形は避けることができ、例えば、前記したように(2)第二予備成形を省略した工程であっても、折れこみひずみが発生することなく成形できたものと考えられる。また、截頭円錐形状に成形する(1)第一予備成形ないし(4)第四予備成形での据込み空間の拡大代は設計した各工程での据込み量Sによっても影響されるが、各予備工程での据込み比をS/d=2.5以下となるように設定しているので、プレス振動もなく、ダイクッション圧力で見ても40トン程度であった。
【0019】
従って、本発明のようにL/d≒10と高据込み比の場合、球部13を成形するときは5工程で製作するように設計することによって、試作から量産化への立ち上がりを早くでき、品質も安定した製造を推進できる。そして、その加工の際には材料の切断後に両端面を面取りすること、及び細軸12を形成した後は、熱処理調質並びに燐酸皮膜化成処理を施した後、据込み加工することがもっともな加工方法と言える。そしてまた、前記のような過酷な加工条件下でも、予備成形から仕上げ成形までを5工程で加工するようにしたから、従来加工されていたものでも余裕を持った工程で加工でき、連接棒1の球部13の形状を安定して成形できるので品質の向上が期待できる。
【0020】
また、このような加工はスエージングでもできるが、この場合、素材は回転させながら製造しなければならないこと、主軸11、細軸12、及び球部13を成形する上で、部分での形状に大きな差があるためプレス機械に偏荷重がかかり易く、製造上の問題がある。しかし、本発明の場合、プレス機械のラム圧力だけでなく、ボルスター側のダイクッション圧力によって冷間鍛造加工するようになっているので、ラム側に偏荷重をかけるようなことは少なく、プレス振動も小さいので、それから発生する騒音も低減される。
【0021】
【発明の効果】
上述のように、本発明の頭付部品の製造方法は、その工程中で材料を切断した後、破断面両端を面取りした後に熱処理調質しているから、該破断面からワレあるいはクラックが成長もしくは発生するようなことはない。そして、この据込み成形工程では余裕を見込んだ5工程に設定し、ロータリー式に各ステージで加工するようにしているから、据込み部分での据込み代を小さくできるので、据込み部位での折れこみひずみを発生させることはない。さらには、ホルダーで細軸部を把持し、またその細軸先端側はダイス孔に挿入保持されて、加工中は被加工物を拘束しているから、据込み加工する細軸部に座屈を生じさせるようなことはなく、品質の優れた部品を試作から量産化へと促進できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】頭付部品(連接棒)の側面図。
【図2】材料切断工程の側面図。
【図3】切断両端面面取り加工後の状態を示す側面図。
【図4】細軸部を押出し成形した側面図。
【図5】主軸部を据込み加工した場合の側面図。
【図6】可動側と固定側の金型が接触(プレス下死点)状態を示す金型の一部を省略した展開断面図。
【符号の説明】
1 頭付部品(連接棒)
10 据込み部の基線(点)
11 主軸
12 細軸
13 球部
14 (据込み部分の)細軸
15 材料
16 素材
17 面取り
18 第一素材
20 第二素材
21,22,23,24,25 (ダイスの)孔
d (細軸部の)直径
D (球部の)直径
G 可動盤
R 固定盤
L 据込み総長さ
L0 細軸部の総長さ
L1 主軸部の長さ
g1、g2、g3、g4、g5、g6 ホルダー
P1、P2、P3、P4、P5 ダイクッションピン
r1、r2、r3、r4、r5 ダイス
Claims (1)
- 長い線材もしくは棒鋼の素材を一定の長さに切断して、該切断両端面を面取り加工した後、熱処理調質及び燐酸皮膜化成処理して第一素材を得、その後、第一素材を、一方向から金型内に押し込んで主軸及び細軸を形成させて第二素材を得、次に、該第二素材を再度熱処理調質及び燐酸皮膜化成処理した後、連続据え込み加工によって前記細軸先端側に珠部を成形する際に、据込み加工する細軸の長さ(L)/据込み加工する細軸の直径(d)=据込み比L/d=8以上である頭付き部品の製造方法において、
連続据え込み加工中は、可動盤側ホルダーに被加工物は固く抱持され、予備成形では細軸先端がダイスの孔内に案内挿入され、かつ、ダイクッションに連通するダイクッションピンによって前記細軸先端を押圧して、細軸の中間位置に截頭円錐形状に据込み加工することを特徴とする頭付き部品の製造方法。
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