JP6279908B2 - 鍛造品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、切断面に破断面が残っている切断材を塑性加工することで鍛造品を得る鍛造品の製造方法に関する。

棒状の素材に鍛造処理を施すことでタイロッドエンドハウジングを得る製造方法が知られている（例えば、特許文献１（第１図）参照。）。

図１１は従来の製造方法を説明する図であり、図１１（ａ）に示すように、切断材１０１を準備する。この切断材１０１は、鋼丸棒を適当な長さで切断することで得られる。
切断材１０１に、アプセット加工（据え込み加工）を施すことで、図１１（ｂ）に示すように、一端に球状頭部１０２ａを有する予備成形品１０２を得る。

この予備成形品１０２に潤滑剤を塗布し、冷間鍛造を施すことで、図１１（ｃ）に示すような鍛造品１０３を得る。この鍛造品１０３は、タイロッドエンドハウジングであって、ソケット部１０４と称する凹部を有するカップ部１０５を、一端に備える。
タイロッドエンドハウジングは、形状が複雑であり、機械加工により削り出す製造方法では材料歩留まりが悪いと共に加工時間が長くなる。この点、冷間鍛造法であれば、材料歩留まりが極めてよく、加工時間も短くなるという利点を有する。

ところで、タイロッドエンドハウジングの場合、ソケット部１０４に塵や埃が入らないように、図示しないブーツがカップ部１０５の外周に取り付けられる。これに伴い、ブーツの位置決めを行うための鍔状のフランジをカップ部１０５に付設する必要がある。

図１２（ａ）は、フランジ１０６をカップ部１０５に張り出し成形してなるタイロッドエンドハウジングの断面を示す。フランジ１０６は機械加工により削り出すこともできるが、材料歩留まりが悪いと共に加工時間が長くなる。従って、冷間鍛造が好適である。

しかし、本発明者らが冷間鍛造で試作したところ、図１２（ａ）のｂ矢視図である図１２（ｂ）に示すように、フランジ１０６に亀裂１０７が入ることが判明した。さらに、切断材の切断面に残った破断面が亀裂１０７の周囲に現れていることを発見した。このことから、破断面の谷が始点となって亀裂が発生したと考えられる。
例えば、圧力容器において、内圧を受ける円筒の円周面に沿ってフープ応力が発生し、この応力は、外径に比例することが知られている。

ソケット部１０４を鍛造で形成する際に、カップ部１０５が強く拡径される。この拡径が上記の内圧に近似すると考えると、カップ部１０５の外周１０５ａよりも、フランジ１０６の外周１０６ａの方が円周面に沿って発生する応力が大きくなる。
カップ部１０５の外周１０５ａには亀裂が入らないが、フランジ１０６の外周１０６ａには亀裂が入るということが理解できる。

亀裂の発生は熱間鍛造であれば解消できる。ただし、熱間鍛造であれば、鍛造品の寸法精度がよくないため、機械加工で十分切削する必要があり、材料費を含めて製造コストが嵩む。
この点、冷間鍛造法であれば、鍛造品の寸法精度がよくなり、材料費を含めた製造コストの低減が可能となる。

従って、製造コストの低減が求められる中、冷間鍛造法であっても鍔状の膨出部に亀裂を発生させないような製造方法が求められる。

特公平２−５２５７７号公報

本発明は、切断面に破断面が残っている切断材を塑性加工することで鍛造品を得る鍛造品の製造方法において、冷間鍛造法であっても鍔状の膨出部に亀裂を発生させないことを課題とする。

本発明者らは、冷間鍛造前に切断材の切断面に残る破断面を除去した。結果、亀裂が発生しなくなった。この知見に基づいて完成した発明は次の通りである。

請求項１に係る発明は、鍛造品の製造方法であって、
素材を切断して所定寸法の切断材を得る切断工程と、
前記切断材における切断面を研削して、研削済み材料を得る湿式ショットブラスト工程と、
前記研削済み材料の研削面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布工程と、
前記潤滑剤が塗布された前記研削面に冷間鍛造を施した鍛造品を得る冷間鍛造工程と、からなり、
前記切断工程で得た前記切断材は、前記切断面が粗い面であり、
前記湿式ショットブラスト工程では、研削深さが前記粗い面の谷の最大深さに達するまで前記切断面を研削し、表面を滑らかにすることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、冷間鍛造工程では、研削面側の端部を研削面と交差する方向からパンチで押圧することにより、研削面から外方へ張り出す鍔状の膨出部を側方押出しで形成することを特徴とする。

請求項３に係る発明では、鍛造品はタイロッドエンドハウジングであり、冷間鍛造工程で形成する膨出部は、カップ部の外周に取り付けられるブーツの位置決めを行うための部位であることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、切断工程と湿式ショットブラスト工程の間に、切断材の切断面を含む領域を球状に予備成形して予備成形品を得る予備成形工程が追加され、湿式ショットブラスト工程では、予備成形品における球状の予備成形部の表面を研削することを特徴とする。

請求項１に係る発明では、切断材の切断面に残る破断面を湿式ショットブラストにより研削して除去する。冷間鍛造前に破断面が除去されるため、亀裂の発生を防止することができ、良好な鍛造品を得ることができる。
すなわち、従来の切断材には切断面に破断面が残っており、このような切断材に冷間鍛造を施すと、破断面の谷が始点となって亀裂が発生した。対して、本発明では、冷間鍛造前に切断面を滑らかにしたので、亀裂の始点となる破断面が除去され、冷間鍛造を施しても亀裂の発生を防止することができるという効果を奏する。

仮に、切削工具や研削砥石で破断面を機械的に除去すると、加工コストが嵩む上に、生産性が低下する。
この点、ショットブラストであれば、ショット粒を投射するだけであるから、生産性が高まり、加工コストを容易に下げることができる。

ショットブラストには、乾式ブラスト法と湿式ブラスト法とがある。乾式ブラスト法は、乾いたショット粒を投射する。湿式ブラスト法は、ショット粒を含む流体（例えば水）を投射する。

切断工程では、切断刃の寿命を延ばすために切削油を併用する。
乾式ブラスト法では、ショット粒を当てるだけであるから、切断材の切断面に付着した切削油を完全に脱脂することはできない。このため、潤滑剤塗布工程で塗布する潤滑剤が定着せず、脱脂工程が別途必要となる。
この点、湿式ブラスト法であれば、流体が切削油を洗い流すため、脱脂工程を別途設ける必要が無くなる。

また、乾式ブラスト法では、ショット粒を当てると、加工硬化現象により表面が硬くなり、冷間鍛造工程での鍛造荷重が大きくなる。加えて、ショット粒の衝突により表面の温度が上がる。
この点、湿式ブラスト法であれば、流体が冷却剤になるため温度は上がらず、流体がクッションとなり加工硬化現象が起こり難い。

以上に述べたように、切断材の切断面に残る破断面を湿式ショットブラストで除去することで、脱脂工程を省くことができると共に表面の加工硬化を防止しつつ、高い生産性と、加工コストの低減を図ることができる。

請求項２に係る発明では、冷間鍛造工程で、研削面から張り出す膨出部を形成する。鍛造時に大きな応力が発生する膨出部は、亀裂が発生しやすいが、本発明によれば膨出部であっても亀裂の発生を抑えることができる。
よって、本発明により、冷間鍛造法であっても鍔状の膨出部に亀裂を発生させないような製造方法が提供される。

請求項３に係る発明では、鍛造品はタイロッドエンドハウジングであり、冷間鍛造工程で形成する膨出部は、カップ部の外周に取り付けられるブーツの位置決めを行うための部位である。
従来、このような膨出部（ブーツの位置決め部位）には、亀裂が入ることが多かった。 対して、本発明では、膨出部には亀裂が入らない。
つまり、冷間鍛造前に切断材の切断面に残る破断面を除去した結果、亀裂の発生を防止することができ、良好な鍛造品（タイロッドエンドハウジング）を得ることができた。さらには、破断面を湿式ショットブラストで除去することで、高い生産性と、加工コストの低減を図ることができた。

請求項４に係る発明は、切断工程と湿式ショットブラスト工程の間に、切断材の切断面を含む領域を球状に予備成形して予備成形品を得る予備成形工程が追加され、湿式ショットブラスト工程では、予備成形品における球状の予備成形部を含む領域の表面を研削する。予備成形工程の追加により、棒状の切断材の一端に球状頭部などを予め形成することができ、より複雑な形状の鍛造品を製造することができる。また、球状頭部などを予め形成してしまうと、機械加工では破断面の研削が困難となるが、本発明によれば湿式ショットブラストを用いることで、破断面を容易に研削できる。

本発明に係る切断工程を説明する図である。 切断材の斜視図である。 予備成形工程を説明する図である。 予備成形品の側面図である。 多角形状のショット粒の拡大図である。 湿式ショットブラスト機の原理図である。 湿式ショットブラスト工程を説明する図である。 潤滑剤塗布工程を説明する図である。 冷間鍛造工程を説明する図である。 鍛造品の断面図及び平面図である。 従来の製造方法を説明する図である。 従来の技術における問題点を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

図１に示すように、切断機１０は、棒状の素材（例えば、丸鋼棒）１１を載せるベッド１２と、このベッド１２に載せられた素材１１を押さえるクランパ１３と、切断刃１４とからなる。
棒状素材１１は長尺の鋼棒であって、ベッド１２から所定寸法Ｌだけ突出させ、切断刃１４を下ろす（切断工程）。この際、素材１１の切断部位に予め切削油を塗布又は噴射しておく。

例えば、厚紙を切れの良くない鋏で切断すると、切断面に「むしれ」と称する毛羽立ちが発生したり、粗い面が残る。鋼材を剪断作用で破断すると、同様にむしれや粗い面が残る。この「むしれ」や粗い面を、以下、破断面と呼ぶことにする。

図２に示すように、素材１１を切断して得られた切断材１５は、端面に切断面１６を有するが、この切断面１６には、破断面１７が残っている。

次に、図３に示すように、予備成形機２０に切断材１５をセットする。予備成形機２０は、例えば、切断材挿入穴２１及び半球状凹部２２を有するアプセット用下型２３と、半球状凹部２４を有するアプセット用上型２５とからなる。
切断面１６が上位になるようにして、切断材１５を切断材挿入穴２１に挿入する。次に、アプセット用上型２５を下げて、切断材１５の上端部を圧縮しつつ、増径する（予備成形工程）。この際、変形部位に予め切削油を塗布又は噴射しておく。

結果、図４に示すような予備成形品２７を得ることができる。予備成形品２７は一端に球状頭部２８を有しているが、この球状頭部２８に切断面１６及び破断面１７が残っている。
次に実施する湿式ショットブラスト処理のために、図５に示すような多角形状のショット粒３１を準備する。このショット粒３１は、代表寸法Ａが１００μｍのステンレス鋼製の研磨材である。

このようなショット粒３１を投射する湿式ショットブラスト機３０の原理を、図６で説明する。
図６に示すように、湿式ショットブラスト機３０は、水に代表される液体３２及びショット粒３１の混合体を貯留するタンク３３と、このタンク３３からショット粒３１を含む液体３２を汲み上げるポンプ３４と、このポンプ３４から延びる液体ホース３５と、タンク３３とは別に設けられる高圧空気源３６と、この高圧空気源３６から延びるエアホース３７と、液体ホース３５及びエアホース３７の先端に接続される投射ガン３８とからなる。

この投射ガン３８は、ロボットハンドなどにより、破断面１７が残っている球状頭部２８に沿って、範囲Ｂを正確に位置制御される。
この際に、予備成形品２７は長手軸回りに回される。
投射ガン３８から高圧空気で霧化された液体３２が球状頭部２８へ投射される。霧化される液体３２には所定割合のショット粒３１が含まれている。

図７（ａ）は、湿式ショットブラスト処理前の球状頭部２８の要部断面図であり、破断面１７が残っており、谷の最大深さはｄである。この最大深さｄは、複数個の予備成形品（図４、符号２７）を試作し、表面粗さ計で測定することにより、予め定めることができる。

図６に示す投射ガン３８で球状頭部２８に液体３２を投射すると、含まれるショット粒３１で球状頭部２８の表面が研削される。この際、切削油が液体３２で洗い流されて脱脂される。研削深さは、投射時間に比例するため、研削深さがｄに達するまで投射を続ける。
投射後は、図７（ｂ）に示すように、表面が滑らかな研削済み材料３９が得られる。

すなわち、図７（ａ）に示す予備成形品２７における切断面１６（破断面１７）を含む領域の表面を、図６に示す湿式ショットブラスト機３０を用いて研削することで、図７（ｂ）に示す研削済み材料３９を得る（湿式ショットブラスト工程）。

次に、図８に示すように、潤滑剤塗布機４０で、研削済み材料３９の研削面を含む表面に潤滑剤４１を塗布することで潤滑剤塗布済み材料４２を得る（潤滑剤塗布工程）。
潤滑剤４１には、一工程型潤滑剤が好適である。一工程型潤滑剤は、水媒体に潤滑成分と無機質系ベース成分を分散させたものである。塗布後に乾燥させることで、水分を蒸発させ、表面に潤滑成分皮膜を形成し、その上に無機質系ベース成分皮膜を形成することができる。なお、乾燥時間を短縮するために、潤滑剤塗布前に材料を予熱することが推奨される。

比較のため従来広く採用されているボンデ処理について説明する。
ボンデ処理によれば、材料の表面に、リン酸塩皮膜を形成し、その上に金属石けん皮膜を形成し、その上に未反応石けん皮膜を形成する。
一般的なボンデ処理は、脱脂−水洗−酸洗−水洗−リン酸塩処理−水洗−中和−石けん処理−乾燥の多工程で実施する。

リン酸塩処理で、リン酸塩皮膜を形成するが、この際に材料中の鉄にリン酸が反応してリン酸鉄が反応副産物として生成される。このリン酸鉄はスラッジの形態で反応槽に溜まるため、その処理が大変である。
また、脱脂廃液には油分が混じっており、廃液処理にコストが掛かる。酸洗廃液は、中和処理を必要とするため、廃液処理にコストが掛かる。

本発明では、潤滑剤塗布工程前に湿式ショットブラスト工程を実施する。湿式ショットブラスト工程で、材料の表面に付着する油及び錆を除去することができるため、脱脂及び酸洗は、不要となる。よって、廃液処理コストを大幅に低減することができる。
加えて、リン酸塩処理−水洗−中和−石けん処理を、一工程潤滑剤の塗布に置き換えることができるため、工程数の大幅な削減が図れる。

図８で説明した潤滑剤塗布済み材料４２に冷間鍛造を施す冷間鍛造工程を次に説明する。
図９に示すように、冷間鍛造機５０は、下金型５１と、下パンチ５２と、ノックアウト５３と、上金型５４と、上パンチ５５とを備えている。

下金型５１に潤滑剤塗布済み材料４２を載せ、上金型５４を降ろし、下パンチ５２を上げ、上パンチ５５を下げる。結果、球状頭部２８から膨出部６１が張り出し形成される（冷間鍛造工程）。
次に、下パンチ５２を降ろし、上金型５４及び上パンチ５５を上げる。次に、ノックアウト５３で成形品を突き出して下金型５１から排出する。

図１０（ａ）に示すように、得られた鍛造品６０は、タイロッドエンドハウジングであって、ソケット部６２と称する凹部を有するカップ部６３を一端に備え、更にカップ部６３に鍔状の膨出部６１を備えている。

従来、このような膨出部６１には、亀裂が入ることが多かった。しかし、図１０（ａ）のｂ矢視図である図１０（ｂ）に示すように、本鍛造品６０の膨出部６１には亀裂が入っていない。
つまり、冷間鍛造前に切断材１５の切断面１６に残る破断面１７を除去した結果、亀裂の発生を防止することができ、良好な鍛造品６０を得ることができた。さらには、破断面１７を湿式ショットブラストで除去することで、高い生産性と、加工コストの低減を図ることができた。

尚、実施例では鍛造品は、タイロッドエンドハウジングとしたが、鍛造領域に破断面が現れる製品、特に製品のフランジ（膨出部）に破断面が現れるものに対して好適であり、種類や形状は問わない。
また、ショット粒は、実施例では多角形状の研磨材としたが、球状の研磨材の使用を妨げるものではない。

本発明は、タイロッドエンドハウジングの鍛造に好適である。

１０…切断機、１１…素材、１５…切断材、１６…切断面、１７…破断面、２０…予備成形機、２７…予備成形品、３０…湿式ショットブラスト機、３１…ショット粒、３２…液体、３９…研削済み材料、４０…潤滑剤塗布機、４１…潤滑剤、４２…潤滑剤塗布済み材料、５０…冷間鍛造機、６０…鍛造品、６１…膨出部。

Claims (4)

1. 鍛造品の製造方法であって、
   素材を切断して所定寸法の切断材を得る切断工程と、
   前記切断材における切断面を研削して、研削済み材料を得る湿式ショットブラスト工程と、
   前記研削済み材料の研削面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布工程と、
   前記潤滑剤が塗布された前記研削面に冷間鍛造を施した鍛造品を得る冷間鍛造工程と、からなり、
   前記切断工程で得た前記切断材は、前記切断面が粗い面であり、
   前記湿式ショットブラスト工程では、研削深さが前記粗い面の谷の最大深さに達するまで前記切断面を研削し、表面を滑らかにすることを特徴とする鍛造品の製造方法。
2. 前記冷間鍛造工程では、前記研削面側の端部を前記研削面と交差する方向からパンチで押圧することにより、前記研削面から外方へ張り出す鍔状の膨出部を側方押出しで形成することを特徴とする請求項１記載の鍛造品の製造方法。
3. 前記鍛造品はタイロッドエンドハウジングであり、前記冷間鍛造工程で形成する前記膨出部は、カップ部の外周に取り付けられるブーツの位置決めを行うための部位であることを特徴とする請求項２記載の鍛造品の製造方法。
4. 前記切断工程と前記湿式ショットブラスト工程の間に、前記切断材の切断面を含む領域を球状に予備成形して予備成形品を得る予備成形工程が追加され、
   前記湿式ショットブラスト工程では、前記予備成形品における球状の予備成形部の表面を研削することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の鍛造品の製造方法。

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