JP5849453B2 - セレーション成形方法およびセレーションボルト - Google Patents
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図12に示すように、転造加工では、ハブボルト120に成形するセレーションの形状に対応する外周形状を有するとともに、ハブボルト120を挟んで対向配置される固定転造ダイス111および可動転造ダイス112を用いる。転造加工では、ハブボルト120および各ダイス111・112を回動させるとともに、可動転造ダイス112をハブボルト120に押し付けて、ハブボルト120にセレーションを成形する。
また、各セレーション成形部141・141・・・の上側には、それぞれ鍛造加工前の、セレーションが成形される部分のハブボルトの外径寸法と同一の外径寸法を有するガイド部142が形成される。
鍛造加工前のセレーションに対応する部分のハブボルトの外径寸法は、セレーションの大径部と同一の外径寸法が設定される。つまり、鍛造加工時にハブボルトがその軸方向に延びる程度に高い断面減少率が設定される。
つまり、セレーションを成形する転造装置を用いる必要がなくなるため、ハブボルトの製造コストを低減できる。
この場合、セレーション123の上側に、ハブボルト120の径方向外側に向かって盛り上がる膨らみ125が成形される。
しかし、入口部141aは、図15に示すように、上側に向かうにつれて、セレーション成形ダイス140の径方向外側および周方向外側に向かって延出する傾斜面に形成されている。このため、セレーション成形ダイス140は、各入口部141a・141a・・・の形状に沿って、ハブボルト120の材料を径方向内側(セレーション123の小径部側)へ流動させてしまう(図15に示す矢印参照)。つまり、セレーション成形ダイス140により、ハブボルト120の材料を一旦小径部側へ流動させた後で、大径部側へ流動させることで、セレーションの大径部が成形される。
これにより、図16に示すように、大径部123a側と小径部123b側との間に流速差が生じ、当該流速差によって大径部123aが小径部123bに引っ張られる(図16に示す矢印V1・V2参照)。大径部123aは、前記引っ張りの影響でハブボルト120の軸方向に沿って切れながら繋がってしまう。
このようにして大径部123aの表面に、ハブボルト120の軸方向に沿って複数の割れ126・126・・・が発生してしまう。
セレーション成形方法は、ワーク10の材料を流動させる鍛造加工を行い、セレーション13を成形するものである。
セレーション13は、頭部12に対してワーク10の軸方向に僅かに間隔を空けた位置の軸部11に形成される。つまり、セレーション13は、座面直下に形成される。セレーション13は、鍛造加工によって成形される。
すなわち、ダイスにセットした素材20をパンチ50によって押圧することで、素材20の材料を軸方向に流動させ、素材20を所望の形状に成形する(図5参照)。このような成形が、素材20に対して常温(または常温に近い温度)の状態で行われる。
一回目の鍛造加工に用いられるダイスの、セレーション13およびネジ部14に対応する部分の内周形状は、セレーション13およびネジ部14を成形する前の素材20の外径寸法と略同一の内径寸法を有する円柱状である。
三回目の鍛造加工により、素材20のセレーション13が形成される部分を材料流動させて、素材20にセレーション13を成形する。三回目の鍛造加工については後で詳述する。
すなわち、鍛造装置には、三回の鍛造加工に用いられるダイスが設置される。そして、鍛造装置は、ダイスに素材20をセット→素材20をパンチ50により押圧→次のダイスに素材20をセットというような動作を繰り返し行う(図5参照)。
このため、従来のセレーション成形ダイス140を用いて鍛造加工を行った場合、断面減少率(素材20のセレーション13に対応する部分における成形前後の断面積の減少率)に応じて、膨らみ125または割れ126が発生してしまう(図14および図16参照)。
本実施形態において、本願発明に係るセレーション成形方法は、素材20に対して行われる三回目の鍛造時に適用される(図2に示す二回目の鍛造加工時の素材20参照)。
なお、以下では、説明の便宜上、セレーション13を成形する際に用いられるダイスを「セレーション成形ダイス40」と表記する。また、素材20のセレーション13が成形される部分を「被加工部30」と表記する。
従って、図3(b)に示すように、セレーション13成形前の被加工部30の外径寸法(以下、「セレーション13の下径」と表記する)には、大径部13aおよび小径部13bの外径寸法の中間程度の外径寸法が設定される。
つまり、セレーション成形方法では、鍛造加工時に素材20がその軸方向に延びない程度に低い断面減少率が設定される。
言い換えれば、セレーション成形方法では、各大径部13a・13a・・・を成形する部分に、比較的多くの材料を流動させる必要がある。つまり、被加工部30の材料を効率的に流動させる必要がある。
セレーション成形ダイス40は、軸部11およびセレーション13と略同一の内周形状を有する。つまり、セレーション成形ダイス40は、被加工部30に対応する部分を除いて、概ね頭部12成形時の軸部11と同一の内周形状を有する(図2に示す一回目の鍛造加工時の素材20参照)。セレーション成形ダイス40には、複数のセレーション成形部41・41・・・、ガイド部42、および頂部43が形成される。
また、入口部41aは、セレーション成形ダイス40の周方向においては、セレーション成形部41の中央部から幅方向端部へ向かうにつれて下方へ傾斜する傾斜面に形成されている。
つまり、入口部41aは、上側に向かうにつれて、尖端部がセレーション成形ダイス40の径方向外側に延出するとともに、セレーション成形部41の周方向両端部がセレーション成形ダイス40の周方向内側に向けて延出する形状に形成され、二つの傾斜面が形成されている。また、入口部41aは、上端部(延出方向の先端部分)が尖った船形形状である。
また、各セレーション成形部41・41・・・の径方向内側の端部から、セレーション成形ダイス40の内周部分の中心部までの距離は、小径部13bの外径寸法と略同一の長さとなる。
つまり、各セレーション成形部41・41・・・は、径方向外側の端部に被加工部30の材料を流動させることにより、各大径部13a・13a・・・を成形するとともに、径方向内側の端部に被加工部30の材料を流動させることにより、各小径部13b・13b・・・を成形する。
本実施形態のガイド部42の軸方向の長さ寸法L4は、高い断面減少率を設定して(例えば、セレーション13の下径を大径部13aの外径寸法と同程度の寸法に設定して)鍛造加工した場合、膨らみ125が発生してしまう程度に短い(図14参照)。
このとき、セレーション成形ダイス40は、各入口部41a・41a・・・により被加工部30の材料を流動させる。
つまり、各入口部41a・41a・・・は、それぞれ材料流動を開始させる側に向かうにつれて、セレーション成形ダイス40の径方向外側および周方向内側に向けて延出する形状に形成される、被加工部30の材料流動を開始させる側の端部として機能する。
つまり、セレーション成形ダイス40は、被加工部30の材料を、下方向に流動させながら、各大径部13a・13a・・・および各小径部13b・13b・・・に対応する位相に流動させる。
つまり、断面減少率を0%に設定して鍛造加工を行う場合でも、各大径部13a・13a・・・に被加工部30の材料を充分に供給できる。従って、各大径部13a・13a・・・と各小径部13b・13b・・・との間で材料の供給量の差異を小さくできるため、各大径部13a・13a・・・側の材料の流速と、各小径部13b・13b・・・側の材料の流速との差を小さくできる。
このため、各大径部13a・13a・・・の表面に割れ126が発生することを防止できる(図16参照)。
この場合、鍛造装置にセレーション成形ダイス40をセットするだけで素材20にセレーション13を成形できるため、セレーション13を転造工程によって成形する場合と比較して、ワーク10の製造に要するコストを低減できる。
また、断面減少率を低く設定することで、比較的小さな押圧力でセレーション13を成形できる。
このような凸部15は、それぞれセレーション13の上端部の形状に沿って素材20の外周面に全周にわたって連続して成形される。
凸部15は、各大径部13a・13a・・・の外径寸法と略同一の外径寸法を有する。素材20の軸方向における凸部15の長さ寸法は、頭部12の下端部からセレーション13の上端部までの間隔L2よりも短い。
つまり、図7および図14(b)に示すように、凸部15は、高い断面減少率を設定した場合にあるような膨らみ125とは違い、鍛造加工時に頭部12と頂部43との間で潰されるものではない。つまり、ワーク10の取付等に影響を与えるものではない。
この場合、座面直下の外径寸法は、上側から順に、セレーション13の下径(軸部11)、大径部13aの外径(凸部15)、セレーション13の外径(大径部13aおよび小径部13b)と変動する。
つまり、製造工程を終えたワーク10は、頭部12とセレーション13との間にアンダーカットがある形状(頭部12とセレーション13との間が僅かに窪んだ形状)となるとともに、当該アンダーカット部分の下端部が上下方向に波打った形状となる。
従って、第三者による不正行為(第三者が本実施形態と同様のセレーション成形方法にてワーク10にセレーション13を成形したこと)を認識できる。つまり、第三者による不正行為の事実を容易に立証できる。
図9は、断面減少率を変更しながら、つまり、セレーション13の下径を変更しながら、本実施形態のセレーション成形ダイス40を用いて座面直下にセレーション13を成形した結果を示すグラフである。
また、断面減少率を0.5%、1.0%、および1.5%に設定したときも同様の結果が得られた。
また、断面減少率を3.0%および5.0%に設定したときも同様の結果が得られた(図9に点線で示す符号P参照)。
また、各角度θ1・θ2・θ3が、それぞれ25°よりも大きい場合には、鍛造加工時に大径部13a側に材料を効率的に流動させ難くなる。つまり、従来のセレーション成形ダイス140を用いた場合にあるような、割れ126が発生する可能性がある(図16参照)。
この状態の素材20に対してセレーション13を成形する場合、膨らみ125の発生を防止できる程度に軸方向の寸法が長いガイド部を形成できる。
この場合、素材20に頭部12を成形するときに、ダイス側の小径部が、素材20側の大径部を材料流動させてしまい、素材20のセレーション13が潰れてしまう。
13 セレーション
40 セレーション成形ダイス
41 セレーション成形部
41a 入口部(材料流動を開始させる側の端部)
Claims (4)
- セレーション成形ダイスを用いて、ワークの材料を流動させる鍛造加工を行い、前記ワークにセレーションを成形するセレーション成形方法であって、
0%以上1.5%以下の範囲内に、前記鍛造加工時の断面減少率を設定し、
前記セレーション成形ダイスの内周面から内側方向に突出して形成され、前記ワークに前記セレーションを成形するセレーション成形部の前記ワークの材料流動を開始させる側の端部を、
最も前記セレーション成形ダイスの径方向内側に突出する尖端部が、前記材料流動を開始させる側に向かうにつれて、前記セレーション成形ダイスの径方向外側へ向けて延出するとともに、前記セレーション成形部の周方向両端部が、前記材料流動を開始させる側に向かうにつれて前記周方向内側へ延出する三角錐形状に形成し、
前記ワークを、頭部に対して軸方向に僅かに間隔を空けた位置の軸部に前記セレーションが成形されるセレーションボルトとし、
前記ワークにセレーションを成形するときには、前記セレーションの前記頭部側に、前記セレーションの形状に沿って連続して、前記セレーションの大径部と同一の外径寸法を有する凸部を成形する、
セレーション成形方法。 - 前記セレーション成形ダイスの前記ワークの材料流動を開始させる側の端部は、
前記延出方向の先端部分が尖った舟形形状である、
請求項1に記載のセレーション成形方法。 - 前記セレーション成形ダイスの前記ワークの材料流動を開始させる側の端部は、
15°以上25°以下の範囲内に、前記延出方向と前記加工方向とが成す角度を設定する、
請求項1または請求項2に記載のセレーション形成方法。 - 頭部に対して軸方向に僅かに間隔を空けた位置の軸部に前記セレーションが成形されたセレーションボルトであって、
前記セレーションの前記頭部側に、前記セレーションの形状に沿って連続して、前記セレーションの大径部と同一の外径寸法を有する凸部が成形されている、
セレーションボルト。
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