JP5042068B2 - オーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の超高強度冷間鍛造工法 - Google Patents

Description

本発明は嵌合部品の製造方法に関する。特にオーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の超高強度冷間鍛造工法に係る。

図１、図２に示すように、公知のオーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の製造方法１は、原料準備ステップ１１、成型ステップ１２、ネジヤマ成型ステップ１３、熱処理ステップ１４を含む。該原料準備ステップ１１では、先ずオーステナイト３００シリーズの適当な長さの未加工品２１を準備する。もし、業者が嵌合部品製造に常用する３０２、３０４等のステンレスであれば、φ１２棒径（すなわち、直径５.５ｍｍ）のステンレスを例とすると、その最大切断力は２６３０ポンドである。しかも該ステンレス外径ｄは、伸線メーカーが直接伸線することにより得られた未加工品２１を直接使用し、しかも該未加工品２１の外径ｄは製造しようとする嵌合部品２２の外径ｄである。次に、該成型ステップ１２は該未加工品２１を比較的外径の大きな頭部２３、及び該頭部２３から外へと延伸する棒体２４にそれぞれ成型する。同時に該棒体２４の該頭部２３と反対の一端をプレスしねじ込み部２５を形成する。

該ネジヤマ成型ステップ１３では、ネジヤマ刻み機（図示なし）を用い、該棒体２４上に対して複数のネジヤマ２６を成型し、こうして嵌合部品２２の初期成型を完成する。最後に、該熱処理ステップ１４では、熱処理炉（図示なし）を用いる。該ネジヤマ成型ステップ１３で得られた該嵌合部品２２を熱処理炉に入れ、セメンテイション処理（ｃｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ）を行い、該嵌合部品２２の分子構造を改変する。しかも該嵌合部品２２表面にカーボン層２７を形成し、こうして該嵌合部品２２の強度を増強する。

上記のように公知の製造過程は必要な強度の嵌合部品を成型することはできるが、実際の使用では以下のような欠点がある。
１．公知の嵌合部品製造では、該未加工品は該成型ステップ、該ネジヤマ成型ステップなどの過程においてプレスされ頭部、ねじ込み部、ネジヤマを成型される。こうして該嵌合部品の強度は元の未加工品よりも高くなる。しかし、該嵌合部品の強度は物件における螺設にはなお不足であるため、熱処理ステップをさらに行う必要がある。これにより該嵌合部品の強度を向上させるが、これでは製造ステップと製造コストを増やしてしまい、コストパフォーマンスが悪い。
２．該嵌合部品は熱処理ステップを経ることで硬度増強を達成されるが、該嵌合部品は熱処理ステップにおいて高温の影響を受け軟化を生じ、芯部強度は未加工品時の強度にまで戻ってしまう。対して、該嵌合部品の表面には熱処理ステップで形成されるカーボン層が付着するため表面硬度は上がるが、これにより該嵌合部品表面は硬く、芯部が軟らかいという現象が生じ、該嵌合部品の延性は低下する。これは実際の螺設過程における断裂の発生を増やす要因となり、或いは芯部硬度が不足していることによる螺設不能などの状況も発生する。さらに無理にねじ込もうとすれば、該嵌合部品の延伸は不良であるため、螺合後の安全性が不十分となる。

該カーボン層の付着により、ある程度の時間の使用後には該嵌合部品にはサビが発生する。よって公知方式により成型する嵌合部品には、別に防サビ処理ステップを施す必要があるため、生産速度に影響を及ぼし、製造コストを拡大してしまっている。

本発明が解決しようとする課題は、完全に冷間鍛造工法を利用し加工を行い、嵌合部品の強度と防サビ効果を大幅に増強する他、生産速度を上げ、コストを低下させ、使用の安全性を向上させることができるオーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の超高強度冷間鍛造工法を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は下記のオーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の超高強度冷間鍛造工法を提供し、
オーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の超高強度冷間鍛造工法は、順番に原料準備ステップ、頭部成型ステップ、尾部成型ステップ、ネジヤマ成型ステップを含み、
該原料準備ステップでは、オーステナイト３００シリーズの未加工品を準備し、該未加工品には先ず冷間鍛造作業を行い、該未加工品の外径を１５%以上縮小し、棒体を形成し、成型後の該棒体外径は加工時に必要とする外径と同等で、この時、該棒体の耐強度は元の未加工品の数値の少なくとも１／２以上増加しており、
こうして後続の頭部成型ステップ、尾部成型ステップ、ネジヤマ成型ステップを行い、高強度の嵌合部品を迅速に成型することができ、別に他の処理ステップを加える必要がないため、製造コストを効果的に低下させることができ、同時に螺設後の該嵌合部品は最適な延性を備えるため螺設断裂を回避可能で、螺設後の安全性を増強することができる。

請求項１の発明は、オーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の超高強度冷間鍛造工法は、順番に原料準備ステップ、頭部成型ステップ、尾部成型ステップ、ネジヤマ成型ステップを含み、
該原料準備ステップでは、オーステナイト３００シリーズの未加工品を準備し、該未加工品には先ず冷間鍛造作業を行い、該未加工品の外径を１５%以上縮小し、棒体を形成し、成型後の該棒体外径は加工時に必要とする外径と同等で、この時、該棒体の耐強度は元の未加工品の数値の少なくとも１／２以上増加しており、
該頭部成型ステップでは、該棒体成型作業後に、外径がより大きい頭部を形成し、
該尾部成型ステップでは、該棒体の該頭部とは反対の一端に、プレス作業によりねじ込み部を形成し、
該ネジヤマ成型ステップでは、該棒体の頭部とねじ込み部の間の部分にローラープレス作業を行い複数のネジヤマを成型し、該嵌合部品の製造を完成することを特徴とする請求項１記載のオーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の超高強度冷間鍛造工法としている。
請求項２の発明は、前記ネジヤマ成型ステップ完成後にさらに洗浄ステップを行い、オーステナイト３００シリーズ材料の原色を回復させることを特徴とする請求項１記載のオーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の超高強度冷間鍛造工法としている。
請求項３の発明は、前記ネジヤマ成型ステップ完成後にさらに防サビ処理ステップを行い、該嵌合部品周縁に防サビ層を形成し、これにより該嵌合部品の防サビ効果を増強することを特徴とする請求項１記載のオーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の超高強度冷間鍛造工法としている。

上記のように、本発明の成型過程ではすべて冷間鍛造工法を利用するため、高強度で防サビ性能が高く、製造コストが低廉な嵌合部品を成型することができ、物件へのねじ込みを達成し、しかも螺設後の使用の安全性をも備える。

以下の本発明に対する詳細説明中において、類似の部品は相同の符号により表示する。

図３、図４に示すように、オーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の超高強度冷間鍛造工法３の最適実施例では、順番に原料準備ステップ３１、頭部成型ステップ３２、尾部成型ステップ３３、ネジヤマ成型ステップ３４を含む。該原料準備ステップ３１はオーステナイト３００シリーズの未加工品４１を準備する。もし、業者が嵌合部品製造に常用する３０２、３０４等のステンレスであれば、該未加工品４１の外径はｄ１である。製造する棒径を直径５.５ｍｍとするなら、該ｄ１外径は少なくとも６.３２５ｍｍ以上必要である。同時に、該未加工品４１には先ず冷間鍛造作業を行い、該未加工品４１の外径ｄ１を１５%以上縮小し、棒体４２を形成する。成型後の該棒体４２外径ｄ２は加工時に必要とする外径５.５ｍｍと同等である。この時、該棒体４２の耐強度は元の数値の少なくとも１／２以上増加しており、また該棒体４２が受けるテストの一つである耐切断力は４０６５．２５ポンドである。これは公知の原料準備ステップにより未加工品の耐切断力よりはるかに大きい。

さらに、該頭部成型ステップ３２では、冷間鍛造作業を経た該棒体４２の一端に頭部４３を成型する。しかも該頭部４３の外径ｄ３は該棒体４２の外径ｄ２より大きい。また該尾部成型ステップ３３では、該棒体４２の該頭部４３とは反対の一端に、冷間鍛造作業によりねじ込み部４４（図示は末端）を形成する。該ねじ込み部４４の形成過程ではさらに冷間鍛造圧迫を受け、該ねじ込み部４４の強度はさらに向上し、後の物件へのねじ込みに耐えられる強度を達成する。最後に、該ネジヤマ成型ステップ３４では、ネジヤマ刻み機（図示なし）を用い、該棒体４２に対してローラープレス作業を行い、複数のネジヤマ４５を成型する。こうして該嵌合部品４の製造を完成し、該嵌合部品４は該原料準備ステップ３１中より材料強度が向上する他に、さらに後続の頭部成型ステップ３２、尾部成型ステップ３３、ネジヤマ成型ステップ３４により該嵌合部品４の表面硬度、強度はさらに増強される。

特に該嵌合部品４の製造が完成後、該嵌合部品４の製品価値を高めるために、該ネジヤマ成型ステップ３４完成後に、さらに洗浄ステップ３５を行う。これにより該嵌合部品４を洗浄し、加工の過程における残留物を洗浄し、オーステナイト３００シリーズの銀白色の原色を回復させる。

さらに上記工法により製造された該嵌合部品は、用いる分野の差異により、異なる品質の要求、規範が生じる。以下に、建築業界と自動車業界で運用される嵌合部品４を例としテストを行う。該テストで得られた各数値により、本発明の工法で製造された嵌合部品４が間違いなく高い強度を備え、防サビ性能に優れ、使用の安全性が高いことを示す。

（１）先ず、建築業界で用いられる嵌合部品について、♯１２×３５などの８本のサンプルに対して、該嵌合部品の螺設過程において求められる硬度、トルク強度、切断力などの数値に関してテストを行う。テストにより得られた結果は以下の通りである。

（２）自動車業界で用いられる嵌合部品について、Ｍ８×１.２５ｍｍなどの８本のサンプルに対してテストを行った。該嵌合部品の螺合には、強度に特別の注意を払う必要があるため、芯部強度、芯部トルク強度、伸長率などのテストを行う。テストにより得られた結果は以下の通りである。

先ず、前記の標準値は、自動車における使用に必要な強度により定められており、現在のオーステナイト３００シリーズ材料は達成できていないため、その標準値は鉄を材質として定められている。本発明工法による嵌合部品は上記テストから明らかなように、該嵌合部品の芯部引力強度と伸長率などの数値はすべて標準値を超えており、該心部硬度も規格内にあるため、該嵌合部品４は自動車業界での規範に完全に符合している。

（３）自動車業界、建築業界とも、必要とされる嵌合部品は、サビの問題も考慮しなければならない。今回のテストでは、該各嵌合部品に対して塩噴霧テストを行った。それはDIN.５００１８規範に基づき行われたテストである。その結果、該嵌合部品には一切サビが発生せず、本発明の工法により製造された嵌合部品４は優れた防サビ効果を備えることが証明された。

図７、図８に示すように、本発明オーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の超高強度冷間鍛造工法３の第二実施例では、前記第一実施例と相同で、原料準備ステップ３１、頭部成型ステップ３２、尾部成型ステップ３３、ネジヤマ成型ステップ３４を含む。本実施例では特別に該ネジヤマ成型ステップ３４後にさらに防サビ処理ステップ３６を行う。これにより該嵌合部品４周縁を防サビ層４６で包覆し、該嵌合部品４の防サビ効果を増強する。この作業方式は必ず必要なものではないが、市場では該防サビ処理ステップ３６は習慣化されているため、本実施例でもこれを行う。これにより市場のニーズに対応し、該嵌合部品４の防サビ効果をさらに良好となる。

上記説明により明らかなように、本発明工法には以下の効果がある。
１．本発明オーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の超高強度冷間鍛造工法３では、該未加工品は先ず冷間鍛造プレス作業を経過し、外径を１５％以上縮小し、しかも高強度の棒体を形成する。さらに該棒体の耐強度は少なくとも元の未加工品の数値の１／２以上増加する。該製造過程は、完全に冷間鍛造方式により加工成型が行われ、一切の加熱作業を行わないため、成型された該嵌合部品の分子排列状態は破壊されず、よって高強度特性を備え、物件へのねじ込みに十分である。
２．該嵌合部品の製造過程では、公知熱処理ステップを経ず、セメンテイション（ｃｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ）効果を達成する必要がないため、生産速度を大幅に迅速とし、コストを大きく低下させることができる。しかも、加熱とセメンテイションプロセスを一切必要としないため、該嵌合部品は芯部と表面の強度は共に、物件へのねじ込みに必要な強度以上を維持し、該嵌合部品の防サビ効果は、セメンテイションを行わないため大幅に向上する。よって、芯部硬度が低いことによるねじ込み不能の状況を回避可能で、ねじ込み後の該嵌合部品は最適な延性を備えるため、螺合断裂を回避することができ、さらに螺合後の安全性と防サビの効果をも拡大することができる。

上記のように、本発明オーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の超高強度冷間鍛造工法は完全に冷間鍛造を利用し、該未加工品を先ず冷間鍛造プレスすることにより、芯部と表面の強度が同等に高い棒体を成型することができ、しかも該棒体に頭部、ねじ込み部、ネジヤマなどの冷間鍛造加工成型を施し、高強度でサビにくい嵌合部品を迅速に製造することができる。同時に、製造過程では、公知工法における熱処理加工ステップを不要とし、コストを低下させることができる他に、物件へのねじ込みと螺合後の使用の安全性を向上させる効果をも備える。

公知のオーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品製造方法のフローチャートである。 公知のオーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の成型過程概略図である。 本発明オーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の超高強度冷間鍛造工法のフローチャートである。 本発明オーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の超高強度冷間鍛造工法の成型過程概略図である。 本発明第一最適実施例により成型された嵌合部品のネジヤマ表面硬度のテスト結果グラフである。 本発明第一最適実施例により成型された嵌合部品のねじ込み部表面硬度のテスト結果グラフである。 本発明第二最適実施例のオーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の超高強度冷間鍛造工法のフローチャートである。 本発明第二最適実施例の嵌合部品概略図である。

符号の説明

３ オーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の超高強度冷間鍛造工法
３１ 原料準備ステップ
３２ 頭部成型ステップ
３３ 尾部成型ステップ
３４ ネジヤマ成型ステップ
３５ 洗浄ステップ
３６ 防サビ処理ステップ
４ 嵌合部品
４１ 未加工品（Ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ）
４２ 棒体
４３ 頭部
４４ ねじ込み部
４５ ネジヤマ
４６ 防サビ層
ｄ１ 外径
ｄ２ 外径
ｄ３ 外径

Claims (3)

1. オーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の超高強度冷間鍛造工法は、順番に原料準備ステップ、頭部成型ステップ、尾部成型ステップ、ネジヤマ成型ステップを含み、
   該原料準備ステップでは、オーステナイト３００シリーズの未加工品を準備し、該未加工品には先ず冷間鍛造作業を行い、該未加工品の外径を１５%以上縮小し、棒体を形成し、成型後の該棒体外径は加工時に必要とする外径と同等で、この時、該棒体の耐強度は元の未加工品の数値の少なくとも１／２以上増加しており、
   該頭部成型ステップでは、該棒体成型作業後に、外径がより大きい頭部を形成し、
   該尾部成型ステップでは、該棒体の該頭部とは反対の一端に、プレス作業によりねじ込み部を形成し、
   該ネジヤマ成型ステップでは、該棒体の頭部とねじ込み部の間の部分にローラープレス作業を行い複数のネジヤマを成型し、該嵌合部品の製造を完成することを特徴とする請求項１記載のオーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の超高強度冷間鍛造工法。
2. 前記ネジヤマ成型ステップ完成後にさらに洗浄ステップを行い、オーステナイト３００シリーズ材料の原色を回復させることを特徴とする請求項１記載のオーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の超高強度冷間鍛造工法。
3. 前記ネジヤマ成型ステップ完成後にさらに防サビ処理ステップを行い、該嵌合部品周縁に防サビ層を形成し、これにより該嵌合部品の防サビ効果を増強することを特徴とする請求項１記載のオーステナイト３００シリーズを材料とする嵌合部品の超高強度冷間鍛造工法。

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