JP5471493B2 - Manufacturing method of rack and pinion type steering device - Google Patents
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Description
本発明は、自動車等に用いられるラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a rack and pinion type steering device used in an automobile or the like.
乗用車においては、ステアリング軸の回転を左右の転舵輪の運動に変換する機構として、高剛性且つ軽量であることから、ラックアンドピニオン機構が主に用いられている。そして、ラックアンドピニオン式ステアリング装置のラックは、中炭素鋼材(例えば日本工業規格JIS G4051に規定されたS35〜S55Cに相当する鋼材)で構成され、通常は以下のようにして製造される。すなわち、中炭素鋼材を圧延して得た棒状素材に焼入れ,焼戻しを施した後に、ピニオンの歯と噛み合う歯を切削加工により形成し、この歯に高周波焼入れ処理を施す。このようにラックは切削加工により成形されるため、製造に多くの手間や時間を要し高コストであるという難点があった。 In passenger cars, a rack and pinion mechanism is mainly used as a mechanism for converting the rotation of the steering shaft into the motion of the left and right steered wheels because of its high rigidity and light weight. The rack of the rack-and-pinion type steering device is made of a medium carbon steel material (for example, a steel material corresponding to S35 to S55C defined in Japanese Industrial Standard JIS G4051), and is usually manufactured as follows. That is, after quenching and tempering a rod-shaped material obtained by rolling a medium carbon steel material, teeth that mesh with the teeth of the pinion are formed by cutting, and induction hardening is performed on the teeth. As described above, since the rack is formed by cutting, there is a problem in that the manufacturing requires a lot of labor and time and is expensive.
そこで、ラックを冷間鍛造等の塑性加工により成形する方法がある(特許文献1を参照)。塑性加工によれば、切削加工に比べて製造に多くの手間や時間を必要としないため、製造コストが低減される。また、近年においては、棒状素材に代えてパイプのような管状素材を素材として用いて、ラックを塑性加工により成形することが提案されている。ラックを管状素材から製造することにより、自動車の軽量化が達成される。 Therefore, there is a method of forming the rack by plastic working such as cold forging (see Patent Document 1). According to the plastic working, the manufacturing cost is reduced because much labor and time are not required for the manufacturing as compared with the cutting. In recent years, it has been proposed to form a rack by plastic working using a tubular material such as a pipe instead of a rod-shaped material. By manufacturing the rack from a tubular material, the weight of the automobile can be reduced.
近年においては自動車の使用条件は厳しくなっており、ラックアンドピニオン式ステアリング装置に求められる性能も年々高くなってきている。例えば、自動車が縁石等に乗り上げることにより衝撃や応力が入力された場合でも、破損が生じないような優れた耐衝撃性及び静的強度をラックが有していることが要求されている。
しかしながら、冷間鍛造の後に高周波焼入れが施されて製造されたラックは、非焼入れ部である芯部が冷間鍛造により加工硬化しているため、耐衝撃性が不十分である場合があった。そのため、自動車が縁石等に乗り上げることにより衝撃や応力がラックに入力されると、脆性的破壊が生じて破損するおそれがあった。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、使用時に衝撃や応力が入力されてもラックに損傷が生じにくいラックアンドピニオン式ステアリング装置を製造する方法を提供することを課題とする。
In recent years, the usage conditions of automobiles have become stricter, and the performance required for rack and pinion type steering devices has been increasing year by year. For example, the rack is required to have excellent impact resistance and static strength so that no damage occurs even when an impact or stress is input by an automobile riding on a curb or the like.
However, racks manufactured by induction hardening after cold forging have a case where the core portion, which is a non-quenched portion, is work-hardened by cold forging, so that the impact resistance may be insufficient. . For this reason, when an impact or stress is input to the rack when the automobile rides on a curb or the like, there is a possibility that a brittle fracture occurs and breaks.
Accordingly, the present invention provides a method for manufacturing a rack-and-pinion type steering device that solves the problems of the prior art as described above and that is unlikely to cause damage to the rack even when an impact or stress is input during use. Let it be an issue.
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法は、運転者の操舵により回転するステアリング軸と、前記ステアリング軸に連結され前記ステアリング軸の回転に伴って回転するピニオンと、前記ピニオンに噛み合うとともに車輪に連結されるラックと、を備えるラックアンドピニオン式ステアリング装置を製造するに際して、以下の4つの条件を満たすようにして前記ラックを製造することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the manufacturing method of the rack and pinion type steering apparatus according to the present invention includes a steering shaft that is rotated by a driver's steering, a pinion that is connected to the steering shaft and rotates as the steering shaft rotates, and the pinion When manufacturing a rack and pinion type steering apparatus including a rack that meshes and is connected to a wheel, the rack is manufactured so as to satisfy the following four conditions.
条件A)軟化焼鈍しが施された鋼製の素材を、冷間鍛造で所定の形状に成形した後に、再結晶処理を施し、さらに高周波焼入れを施して前記ラックを製造する。
条件B)前記軟化焼鈍しにより、前記冷間鍛造前の前記素材のビッカース硬さをHV200以下とするとともに、球状セメンタイト,針状セメンタイト,及びフェライトを含有する組織を有するようにする。
Condition A) A steel material that has been subjected to soft annealing is formed into a predetermined shape by cold forging, and then subjected to recrystallization treatment and further subjected to induction hardening to produce the rack.
Condition B) By the soft annealing, the Vickers hardness of the material before the cold forging is set to HV200 or less, and a structure containing spherical cementite, acicular cementite, and ferrite is included.
条件C)前記高周波焼入れにより、焼入れが施され硬化された表層部が表面に形成されるとともに、焼入れが施されていない非焼入れ部が芯部に形成される。
条件D)前記再結晶処理により、球状セメンタイト,針状セメンタイト,及びフェライトを含有する前記組織は維持したまま、前記非焼入れ部となる芯部のビッカース硬さHVhと前記軟化焼鈍しが施された前記素材のビッカース硬さHVsとの比HVh/HVsを1.2以下とする。
Condition C) By the induction hardening, a hardened and hardened surface layer part is formed on the surface, and a non-quenched part not hardened is formed in the core part.
Condition D) By the recrystallization treatment, the Vickers hardness HVh and the softening annealing of the core portion that becomes the non-quenched portion were performed while maintaining the structure containing spherical cementite, acicular cementite, and ferrite. The ratio HVh / HVs to Vickers hardness HVs of the material is set to 1.2 or less.
前記鋼は、日本工業規格JIS G4051に規定されたS35C〜S55C及びSAE規格に規定された1035〜1055のうちの1種であることが好ましく、0.35質量%以上0.55質量%以下の炭素を含有していることが好ましい。
ラックの芯部(非焼入れ部)は冷間鍛造により加工硬化して靱性が不十分であるが、冷間鍛造の後の再結晶処理により適度な硬さに調整されるため、本発明に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法により得られたラックアンドピニオン式ステアリング装置のラックは、優れた耐衝撃性及び静的強度を有している。ラックアンドピニオン式ステアリング装置のラックには大きな衝撃や応力が入力される場合があるが、ラックの耐衝撃性及び静的強度(特に曲げ強度)が優れているため、大きな衝撃や応力が入力されてもラックに損傷が生じにくい。
ここで、前記各条件における各数値の臨界的意義について説明する。
The steel is preferably one of S35C to S55C defined in Japanese Industrial Standard JIS G4051 and 1035 to 1055 defined in SAE Standard, and is 0.35 mass% or more and 0.55 mass% or less. It preferably contains carbon.
The rack core portion (non-quenched portion) is work hardened by cold forging and has insufficient toughness, but is adjusted to an appropriate hardness by recrystallization treatment after cold forging. The rack of the rack and pinion type steering device obtained by the method of manufacturing the rack and pinion type steering device has excellent impact resistance and static strength. Large shocks and stresses may be input to the rack of a rack and pinion type steering device, but large shocks and stresses are input because the rack has excellent impact resistance and static strength (especially bending strength). However, the rack is not easily damaged.
Here, the critical significance of each numerical value under each condition will be described.
〔条件Bについて〕
素材を冷間鍛造でラックの形状に成形するにあたっては、十分な塑性加工性が必要であるので、まず素材に軟化焼鈍しを施す必要がある。十分な塑性加工性を有するようにするためには、冷間鍛造に供する素材のビッカース硬さはHV200以下である必要がある。また、軟化焼鈍しが不十分であると、冷間鍛造の際に変形抵抗が大きくなったり、割れが発生するおそれがあるが、その原因としては、組織においてパーライトが発生したり、炭化物の球状化が不十分であることが考えられる。よって、冷間鍛造に供する素材の組織を、球状セメンタイト,針状セメンタイト,及びフェライトを含有する組織を有するようにする必要がある。
[Condition B]
In forming a material into a rack shape by cold forging, sufficient plastic workability is required. Therefore, it is necessary to first soften and anneal the material. In order to have sufficient plastic workability, the Vickers hardness of the raw material used for cold forging needs to be HV200 or less. Also, if soft annealing is insufficient, deformation resistance may increase during cold forging or cracking may occur. It is considered that the conversion is insufficient. Therefore, it is necessary to make the structure of the material used for cold forging have a structure containing spherical cementite, acicular cementite, and ferrite.
〔条件Dについて〕
ラックの芯部(非焼入れ部)は冷間鍛造により加工硬化して靱性が不十分であるが、冷間鍛造の後の再結晶処理により適度な硬さに調整されるため、靱性が冷間鍛造前の素材とほぼ同レベルとなる。よって、ラックは優れた耐衝撃性及び静的強度を有している。ラックの耐衝撃性及び静的強度を十分なものとするためには、組織を軟化焼鈍し後かつ冷間鍛造前の状態に維持したまま、芯部(非焼入れ部)のビッカース硬さを下記のように低下させる必要がある。すなわち、芯部(非焼入れ部)のビッカース硬さHVhと軟化焼鈍し後かつ冷間鍛造前の素材のビッカース硬さHVsとの比HVh/HVsが1.2以下となるように、芯部(非焼入れ部)のビッカース硬さを低下させる必要がある。
〔鋼中の炭素の含有量について〕
炭素の含有量が0.35質量%未満であると、ラックに形成されている歯の表面硬さが不十分となるおそれがある。一方、0.55質量%超過であると、鋼の加工性が不十分となるおそれがある。
[Condition D]
The core of the rack (non-quenched part) is work hardened by cold forging and its toughness is insufficient, but the toughness is cold because it is adjusted to an appropriate hardness by recrystallization treatment after cold forging. It is almost the same level as the material before forging. Thus, the rack has excellent impact resistance and static strength. In order to ensure sufficient impact resistance and static strength of the rack, the Vickers hardness of the core (non-quenched portion) is set as follows while the structure is soft annealed and maintained in the state before cold forging. It is necessary to reduce like this. That is, the core part (non-quenched part) is made to have a ratio HVh / HVs of 1.2 or less between the Vickers hardness HVh of the core (non-quenched part) and the Vickers hardness HVs of the material after soft annealing and before cold forging. It is necessary to reduce the Vickers hardness of the non-quenched part.
[About the carbon content in steel]
If the carbon content is less than 0.35% by mass, the surface hardness of the teeth formed on the rack may be insufficient. On the other hand, if it exceeds 0.55 mass%, the workability of steel may be insufficient.
本発明のラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法によれば、使用時に衝撃や応力が入力されてもラックに損傷が生じにくいラックアンドピニオン式ステアリング装置を製造することができる。 According to the method for manufacturing a rack and pinion type steering apparatus of the present invention, it is possible to manufacture a rack and pinion type steering apparatus that is unlikely to cause damage to the rack even when an impact or stress is input during use.
本発明に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法により製造されたラックアンドピニオン式ステアリング装置の構造を説明する図である。
ステアリングホイール10が上端部に固定されたステアリング軸11が、ステアリング軸用ハウジング12の内部に、軸心を中心に回転自在に支承されている。また、ステアリング軸用ハウジング12は、下部を車両の前方に向けて傾斜させた姿勢で、車室内部の所定位置に固定されている。
An embodiment of a method for manufacturing a rack and pinion type steering device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a view for explaining the structure of a rack and pinion type steering device manufactured by the method for manufacturing a rack and pinion type steering device according to the present invention.
A
ステアリング軸11の回転を左右の転舵輪15,15の運動に変換するラックアンドピニオン機構は、軸方向に移動可能なラック21と、ラック21の軸心に対して斜めに支承されラック21の歯に噛み合う歯を備えたピニオン22と、ラック21及びピニオン22を支承する筒状のラック用ハウジング23と、で構成されている。そして、ラックアンドピニオン機構は、その長手方向が車両の幅方向に沿うようにして、車両の前部のエンジンルーム内にほぼ水平に配置されている。
The rack and pinion mechanism that converts the rotation of the
また、ピニオン22の上端部とステアリング軸11の下端部とは、2個の自在継手25,26を介して連結されている。さらに、ラック21の両端部には、転舵輪15,15が連結されている。
運転者によってステアリングホイール10に操舵トルク(回転力)が加えられると、ステアリング軸11が回転し、このステアリング軸11の回転に伴ってピニオン22が回転する。そして、このピニオン22の回転がラックアンドピニオン機構によってラック21の左右方向のスライド運動に変換され、転舵輪15,15が駆動されて自動車が操舵される。
Further, the upper end portion of the
When a steering torque (rotational force) is applied to the
なお、本実施形態のラックアンドピニオン式ステアリング装置には、いわゆるパワーステアリング機構を設けてもよい。すなわち、前記操舵トルクは、ステアリング軸11に取り付けられた図示しないトーションバーにより検出され、検出された操舵トルクに基づいて、電動モータ13の出力(操舵を補助する回転力)が制御される。電動モータ13の出力は、ステアリング軸11の中間部分に供給され(ピニオン22に供給されるようにしてもよい)、前記操舵トルクと合わされて、ラックアンドピニオン機構によって転舵輪15,15を駆動する運動に変換される。
The rack and pinion type steering device of the present embodiment may be provided with a so-called power steering mechanism. That is, the steering torque is detected by a torsion bar (not shown) attached to the steering
このラックアンドピニオン式ステアリング装置においては、ラック21は鋼で構成されている。鋼の種類は特に限定されるものではないが、日本工業規格JIS G4051に規定されたS35C〜S55C及びSAE規格に規定された1035〜1055のうちの1種であり、0.35質量%以上0.55質量%以下の炭素を含有する鋼を用いることが好ましい。
例えば、日本工業規格JIS G4051に規定されたS35C,S38C,S40C,S43C,S45C,S48C,S50C,S53C,S55Cや、SAE規格に規定された1035,1037,1038,1039,1040,1042,1043,1044,1045,1046,1049,1050,1053,1055が好ましい。
In this rack and pinion type steering device, the
For example, S35C, S38C, S40C, S43C, S45C, S48C, S50C, S53C, S55C specified in Japanese Industrial Standard JIS G4051 and 1035, 1037, 1038, 1039, 1040, 1042, 1043, specified in SAE standard. 1044, 1045, 1046, 1049, 1050, 1053, 1055 are preferable.
そして、ラック21は、上記のような鋼からなる棒状素材又は管状素材(以降は素材と記すこともある)に軟化焼鈍しを施した後に、冷間鍛造によりラック形状に成形し、さらに再結晶処理,高周波焼入れ,及び焼戻しを該順序で施すことにより製造されている。高周波焼入れにより、焼入れが施され硬化された表層部が表面に形成され、焼入れが施されていない非焼入れ部が芯部に形成される。
以下に、ラック21の製造方法について、さらに詳細に説明する。まず、鋼で構成された棒状素材又は管状素材に、軟化焼鈍しを施す。軟化焼鈍しの条件の一例を示す。素材をA1変態点以上の740〜860℃で0.1h以上保持した後に、20〜70℃/hの冷却速度で680〜720℃に降温して該温度で1〜5h保持する。続いて、10〜100℃/hの冷却速度で620〜680℃に降温し、さらに10〜150℃/hの冷却速度で500〜560℃に降温する。
The
Below, the manufacturing method of the
このような軟化焼鈍しにより、素材のビッカース硬さをHV200以下としている。よって、素材は十分な塑性加工性を有しているので、この後の冷間鍛造を問題なく行うことができる。また、このような軟化焼鈍しにより、冷間鍛造に供する素材の組織を球状セメンタイト,針状セメンタイト,及びフェライトを含有する組織としている。よって、この後の冷間鍛造において、変形抵抗が大きくなったり割れが発生することが抑制される。 By such soft annealing, the material has a Vickers hardness of HV200 or less. Therefore, since the raw material has sufficient plastic workability, the subsequent cold forging can be performed without any problem. In addition, by such soft annealing, the structure of the material used for cold forging is made a structure containing spherical cementite, acicular cementite, and ferrite. Therefore, in the subsequent cold forging, it is possible to suppress deformation resistance from increasing or cracking.
次に、軟化焼鈍しを施した素材に、図2,3のように冷間鍛造を施し、所定の形状に成形する。まず、断面円形の中実棒状素材を冷間鍛造により成形した例について、図2を参照しながら説明する。
まず、断面円弧状の溝32aが形成されたダイス32の上に中実棒状素材31を載置する。この溝32aの曲率半径は中実棒状素材31の半径よりも大として、この溝32a内に中実棒状素材31を配する(図2の(a)を参照)。そして、中実棒状素材31に上方からパンチ33を押し当て、パンチ33を下方に押圧することにより、中実棒状素材31を溝32a内に密着させ変形させる。パンチ33の中実棒状素材31との接触面は平面状であるため、中実棒状素材31に平面部31aが形成される(図2の(b)を参照)。これにより、中実棒状素材31は平面部31aと円筒面部31bとを有するような形状となる。なお、パンチ33の中実棒状素材31との接触面は平面状に限らず、テーパを有していてもよい。
Next, the material subjected to soft annealing is subjected to cold forging as shown in FIGS. 2 and 3 and formed into a predetermined shape. First, an example in which a solid bar material having a circular cross section is formed by cold forging will be described with reference to FIG.
First, the solid bar-shaped
次に、前述の溝32aよりも深い溝34aが形成されたダイス34を用意し、円筒面部31bを下方(溝34aの底側)に向けて中実棒状素材31を該溝34a内に配する。この時、この溝34aの幅は、中実棒状素材31の直径よりも僅かに小さく設計されているので、中実棒状素材31は溝34a内に完全には収容されない(図2の(c)を参照)。そして、歯溝35aを有するパンチ35を中実棒状素材31の平面部31aに押し当て、パンチ35を下方に押圧すると、中実棒状素材31がダイス34の溝34a内に押し込められる。その際には、中実棒状素材31の両側(ダイス34の溝34aの側壁に接触する部分)がしごかれて変形し、互いに平行な平面となるとともに、歯溝35aに対応する歯31cが中実棒状素材31の平面部31aに形成される(図2の(d)を参照)。そして、中実棒状素材31の両側のしごかれた分の肉が歯31cに供給され、歯31cの形状がより大きくなる。
Next, a die 34 having a
次に、断面略矩形の溝36aが形成されたダイス36と、断面円弧状の溝37aが形成されたパンチ37と、を用意する。ダイス36に形成された溝36aの底面には、中実棒状素材31の平面部31aに形成された歯31cに対応する歯溝36bが形成されている。一方、パンチ37に形成された溝37aは、中実棒状素材31の円筒面部31bに対応する形状となっている。
Next, a die 36 in which a
ダイス36に形成された溝36a内に中実棒状素材31を配すると、溝36aの幅が中実棒状素材31の直径よりも僅かに小さいために中実棒状素材31は溝36a内に完全には収容されないが(図2の(e)を参照)、中実棒状素材31に上方からパンチ37を押し当て下方に押圧すると、中実棒状素材31がダイス36の溝36a内に押し込められ、中実棒状素材31の形状が整えられる。中実棒状素材31の両側(ダイス36の溝36aの側壁に接触する部分)は平面となっているので、中実棒状素材31をダイス36の溝36a内に押し込めた際に余肉が生じない(図2の(f)を参照)。
When the solid rod-shaped
次に、断面円形の管状素材41を冷間鍛造により成形した例について、図3を参照しながら説明する。なお、図3においては、図2と同一又は相当する部分には、図2と同一の符号を付してある。成形方法は中実棒状素材31と全く同様であるので、詳細な説明は省略するが、管状素材41を冷間鍛造により成形する際には、その中空孔42に、該中空孔42の直径とほぼ同径の別部材43を入れておくとよい。最初に変形させた段階(図3の(b)を参照)で、中空孔42内に別部材43が充填され、管状素材41と別部材43とが一体化される。
Next, an example in which a
次に、このようにしてラックの形状に成形された素材に、再結晶処理を施す。再結晶処理は、500℃以上の温度に加熱した後に冷却するという処理が好ましい。冷間鍛造により加工硬化したラックの芯部の硬さが、この再結晶処理により調整され、芯部の靱性が向上して軟化焼鈍し後かつ冷間鍛造前の素材とほぼ同レベルとなるため、完成品ラックの耐衝撃性及び静的強度は十分なものとなる。 Next, a recrystallization process is performed on the material thus formed into a rack shape. The recrystallization treatment is preferably a treatment of heating to a temperature of 500 ° C. or higher and then cooling. The hardness of the rack core that has been hardened by cold forging is adjusted by this recrystallization process, and the toughness of the core is improved and softened and annealed to the same level as the material before cold forging. The impact resistance and static strength of the finished product rack will be sufficient.
完成品ラックの耐衝撃性及び静的強度を十分なものとするために、素材の組織を軟化焼鈍し後かつ冷間鍛造前の状態に維持したまま、芯部のビッカース硬さHVhと軟化焼鈍し後かつ冷間鍛造前の素材のビッカース硬さHVsとの比HVh/HVsが1.2以下となるように、再結晶処理を施している。再結晶処理の条件は、800〜900℃で0.1〜1.5h保持することにより焼入れを施した後に、600〜720℃で2〜3h保持することにより焼戻しを施すというものである。 In order to ensure sufficient impact resistance and static strength of the finished product rack, the Vickers hardness HVh and softening annealing of the core are performed while maintaining the structure of the material after softening annealing and before cold forging. Then, the recrystallization treatment is performed so that the ratio HVh / HVs to the Vickers hardness HVs of the raw material before and after cold forging becomes 1.2 or less. The recrystallization treatment condition is that after quenching by holding at 800 to 900 ° C. for 0.1 to 1.5 hours, tempering is performed by holding at 600 to 720 ° C. for 2 to 3 hours.
さらに、再結晶処理を施した素材に高周波焼入れを施すと、焼入れが施され硬化された表層部が表面に形成され、焼入れが施されていない非焼入れ部が芯部に形成される。高周波焼入れの条件は特に限定されるものではないが、例えば、出力電流220〜270A、周波数100kHz、加熱時間3〜5秒、冷却時間10〜15秒のような条件があげられる。そして、最後に焼戻しを施したら、研削仕上げや超仕上げを施して、ラック21を完成した。再結晶処理の後に高周波焼入れ及び焼戻しが施されるが、前記組織及び前記芯部のビッカース硬さは高周波焼入れ及び焼戻しの前の状態が維持される。
このようにして製造されたラック21を備えるラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ラック21が優れた耐衝撃性及び静的強度を有しているので、使用時に大きな衝撃や応力が入力されてもラック21に損傷が生じにくい。
Furthermore, when induction-quenching is applied to the recrystallized material, a hardened and hardened surface layer portion is formed on the surface, and a non-quenched portion that is not quenched is formed in the core portion. The conditions for induction hardening are not particularly limited, and examples include conditions such as an output current of 220 to 270 A, a frequency of 100 kHz, a heating time of 3 to 5 seconds, and a cooling time of 10 to 15 seconds. Finally, after tempering, the
In the rack and pinion type steering apparatus including the
〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。日本工業規格JISに規定のS35C,S45C,又はS55Cで構成された直径26.5mmの丸棒素材に、前述の例と同様の条件の軟化焼鈍しを施した。そして、この軟化焼鈍しにより、素材のビッカース硬さをHV200以下とするとともに、素材の組織を球状セメンタイト,針状セメンタイト,及びフェライトを含有する組織とした。軟化焼鈍しを施した素材のビッカース硬さHVsを表1〜3に示す。
〔Example〕
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. Soft round annealing under the same conditions as in the above example was performed on a 26.5 mm diameter round bar material made of S35C, S45C, or S55C defined in Japanese Industrial Standards JIS. And by this softening annealing, while making the Vickers hardness of the raw material into HV200 or less, the structure | tissue of the raw material was made into the structure | tissue containing spherical cementite, acicular cementite, and a ferrite. Tables 1 to 3 show the Vickers hardness HVs of materials subjected to soft annealing.
このような素材に、図2に示したような冷間鍛造を施して、ラックの形状に成形した。そして、前記の条件で結晶化処理を施し、球状セメンタイト,針状セメンタイト,及びフェライトを含有する前記組織は維持したまま、冷間鍛造により加工硬化された芯部の硬さを調整した。なお、結晶化処理は、ソレノイドコイルに素材を投入して加熱することにより行った。 Such a material was cold forged as shown in FIG. 2 and formed into a rack shape. And the crystallization process was performed on the said conditions, and the hardness of the core part work-hardened by cold forging was adjusted, maintaining the said structure containing spherical cementite, acicular cementite, and a ferrite. The crystallization treatment was performed by putting a material into a solenoid coil and heating it.
結晶化処理後の素材の芯部のビッカース硬さHVhと、硬さの比HVh/HVsとを、表1〜3に示す。芯部のビッカース硬さHVhは、ラックの歯と歯の間の谷部から数mm内方の部分について測定し、複数回測定して得た測定値のうち最高値をHVhとして採用した。この芯部のビッカース硬さHVhは、この後に高周波焼入れ及び焼戻しが施されても維持される。よって、この芯部のビッカース硬さHVhは、完成品ラックの芯部のビッカース硬さでもある。 Tables 1 to 3 show the Vickers hardness HVh and the hardness ratio HVh / HVs of the core of the material after the crystallization treatment. The Vickers hardness HVh of the core portion was measured for a portion several mm inward from the valley portion between the teeth of the rack, and the highest value among the measured values obtained by measuring a plurality of times was adopted as HVh. The Vickers hardness HVh of the core portion is maintained even if induction hardening and tempering are performed thereafter. Therefore, the Vickers hardness HVh of the core part is also the Vickers hardness of the core part of the finished product rack.
次に、高周波焼入れを施した。この高周波焼入れにより、焼入れが施され硬化された表層部が表面に形成されるとともに、焼入れが施されていない非焼入れ部が芯部に形成される。高周波焼入れの条件は、以下の通りである。
焼入れ方法:通電加熱法
出力電流 :250A
周波数 :100kHz
加熱時間 :4.5秒
冷却時間 :10秒
冷媒 :ソリュブル油と水の混合溶媒
最後に焼戻しを行って、ラックを完成した。
Next, induction hardening was performed. By this induction quenching, a hardened and hardened surface layer portion is formed on the surface, and a non-quenched portion not quenched is formed in the core portion. The conditions of induction hardening are as follows.
Quenching method: Current heating method Output current: 250A
Frequency: 100kHz
Heating time: 4.5 seconds Cooling time: 10 seconds Refrigerant: Soluble oil and water mixed solvent Finally, tempering was performed to complete the rack.
このようにして得られたラックに曲げ応力を負荷し、脆性破壊が生じるか否かを試験した。すなわち、ラックをラックアンドピニオン式ステアリング装置に組み込んで、ステアリングホイールを回転させてラックをフルストロークまで移動させ、ラックの支持部材から最も離れたラックの端部に曲げ荷重を負荷した。
結果を表1〜3に示す。なお、表1〜3においては、表層部で発生した亀裂が内部にまで進展しラックが破断した場合は×印で示し、亀裂が途中で止まり破断に至らなかった場合は○印で示してある。
表1〜3からわかるように、実施例のラックは硬さの比HVh/HVsが1.2以下であるため、ラックは破断に至らなかった。
The rack thus obtained was loaded with bending stress to test whether brittle fracture occurred. That is, the rack was incorporated into a rack and pinion type steering device, the steering wheel was rotated to move the rack to the full stroke, and a bending load was applied to the end of the rack farthest from the rack support member.
The results are shown in Tables 1-3. In Tables 1 to 3, when a crack generated in the surface layer part extends to the inside and the rack breaks, it is indicated by x, and when the crack stops halfway and does not break, it is indicated by ○. .
As can be seen from Tables 1 to 3, since the rack of the example had a hardness ratio HVh / HVs of 1.2 or less, the rack did not break.
11 ステアリング軸
21 ラック
22 ピニオン
31 棒状素材
41 管状素材
Claims (2)
条件A)軟化焼鈍しが施された鋼製の素材を、冷間鍛造で所定の形状に成形した後に、再結晶処理を施し、さらに高周波焼入れを施して前記ラックを製造する。
条件B)前記軟化焼鈍しにより、前記冷間鍛造前の前記素材のビッカース硬さをHV200以下とするとともに、球状セメンタイト,針状セメンタイト,及びフェライトを含有する組織を有するようにする。
条件C)前記高周波焼入れにより、焼入れが施され硬化された表層部が表面に形成されるとともに、焼入れが施されていない非焼入れ部が芯部に形成される。
条件D)前記再結晶処理により、球状セメンタイト,針状セメンタイト,及びフェライトを含有する前記組織は維持したまま、前記非焼入れ部となる芯部のビッカース硬さHVhと前記軟化焼鈍しが施された前記素材のビッカース硬さHVsとの比HVh/HVsを1.2以下とする。 A rack-and-pinion type steering comprising: a steering shaft that is rotated by a driver's steering; a pinion that is coupled to the steering shaft and that rotates as the steering shaft rotates; and a rack that meshes with the pinion and is coupled to a wheel. A manufacturing method of a rack and pinion type steering device, wherein the rack is manufactured so as to satisfy the following four conditions when manufacturing the device.
Condition A) A steel material that has been subjected to soft annealing is formed into a predetermined shape by cold forging, and then subjected to recrystallization treatment and further subjected to induction hardening to produce the rack.
Condition B) By the soft annealing, the Vickers hardness of the material before the cold forging is set to HV200 or less, and a structure containing spherical cementite, acicular cementite, and ferrite is included.
Condition C) By the induction hardening, a hardened and hardened surface layer part is formed on the surface, and a non-quenched part not hardened is formed in the core part.
Condition D) By the recrystallization treatment, the Vickers hardness HVh and the softening annealing of the core portion that becomes the non-quenched portion were performed while maintaining the structure containing spherical cementite, acicular cementite, and ferrite. The ratio HVh / HVs to Vickers hardness HVs of the material is set to 1.2 or less.
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