JP7019389B2 - ボルトの製造方法 - Google Patents
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Description
絞り加工ステップでは、非磁性鋼からなる丸棒を室温以上且つ非磁性鋼の再結晶温度未満の冷間温度域の温度として丸棒の外径を絞る。絞り加工後の丸棒の外径は、ボルト1の軸部3に形成されるねじ2の呼び径(ねじの山部の外径)に応じて設定される。非磁性鋼の再結晶温度未満の冷間温度域にて絞り加工を行うことにより、加工硬化によって丸棒の強度を高めることができる。JIS-SUS304の再結晶温度は、一般に450℃である。好ましくは、冷間温度域で丸棒を加温して絞り加工を行う、すなわち丸棒の温度を室温より高く再結晶温度未満の温度として絞り加工を行うことにより、加工誘起マルテンサイト変態の発生を抑制できる。これにより、丸棒の比透磁率の上昇を抑制できる。
Md30=551-462(C%+N%)-9.2Si%
-8.1Mn%-13.7Cr%-29.0(Ni%+Cu%)
-18.5Mo%-68.0Nb%-1.42(v-8.0)
ただし、上式におけるvはASTM(American Society for Testing and Materials)規格の粒度番号である。
絞り加工ステップにて外径が絞られた丸棒Bは加工発熱によって昇温している。絞り加工ステップに続く冷間塑性加工ステップでは、丸棒Bが昇温した状態で、ボルト1の軸部3に対応する丸棒Bの部分を除いた丸棒Bの一部にボルト1の回転工具受け4及びフランジ5を形成する。丸棒Bが昇温した状態、すなわち丸棒Bの温度が室温より高く再結晶温度未満の温度である状態で冷間塑性加工を行うことにより、加工硬化によって回転工具受け4及びフランジ5の強度を高めることができ、また、加工誘起マルテンサイト変態の発生が抑制されることによって回転工具受け4及びフランジ5の比透磁率の上昇を抑制できる。そして、絞り加工ステップを経た丸棒Bが有する残熱を利用することにより、冷間塑性加工ステップにて丸棒Bを再度加温する場合に比べてエネルギの消費量を削減でき、ボルト1の製造コストを削減できる。
切削加工ステップでは、ボルト1の軸部3に対応する丸棒Bの第1部分b1が切削される。軸部3には、切削加工ステップに続く転造加工ステップにてねじ2が転造され、一般的には、軸部3は、ねじ2の呼び径よりも僅かに小さい外径に形成される。なお、冷間塑性加工ステップにて略円状に成形された丸棒Bの中間部分であって、ボルト1のフランジ5を構成する部分が、この切削加工ステップにて整形されてもよい。
転造加工ステップでは、ボルト1の軸部3に対応する丸棒Bの第1部分b1を冷間温度域で加温して、第1部分b1にねじ2を転造する。一般に、切削加工では、潤滑及び冷却の観点から、油等の切削液が材料にかけられ、切削加工ステップを経た丸棒Bの温度は低下している。そこで、転造加工ステップにて、再び丸棒Bの第1部分b1を冷間温度域で加温してねじ2を転造することにより、加工硬化によってねじ2を含む軸部3の強度を高めることができ、また、加工誘起マルテンサイト変態の発生が抑制されることによってねじ2を含む軸部3の比透磁率の上昇を抑制できる。
絞り加工ステップでは、外径24mm、25mm、26mmの素材丸棒におけるボルト1の軸部3に対応する部分のみを外径20mmに絞った。この場合に、外径24mmの素材丸棒の加工率は30.6%であり、外径25mmの素材丸棒の加工率は36.0%であり、外径26mmの素材丸棒の加工率は40.8%である。絞り金型12の温度を、室温と略同じ8℃から30℃とし、素材丸棒の温度を、室温と略同じ8℃から35℃として、絞り金型12の温度、素材丸棒の温度及び加工率と、絞り加工後の丸棒の引張り強さ及び比透磁率との関係を評価した。引張り強さは、JIS-Z2241に規定される方法に従って測定した。また比透磁率は、比透磁率計によって測定した。評価結果を表1に示す。
冷間塑性加工ステップでは、外径24mmの素材丸棒を用い、この素材丸棒におけるボルト1の軸部3に対応する部分のみを外径20mmに絞る絞り加工ステップを経て丸棒が昇温した状態で、この丸棒に、軸肥大加工によって回転工具受け4とフランジ5とを形成した。前工程の絞り加工ステップにおける絞り金型12の温度を10℃又は24℃とし、素材丸棒の温度を-3.1℃又は-2.2℃とすることによって軸肥大加工直前の丸棒の温度を変更し、軸肥大加工直前の丸棒の温度と軸肥大加工後の丸棒に形成された回転工具受け4の比透磁率との関係を評価した。なお、上記のとおり、絞り加工ステップでは、ボルト1の軸部3に対応する丸棒の部分のみを絞っており、回転工具受け4とフランジ5とは、ボルト1の軸部3に対応する部分を除いた丸棒の一部によって形成され、当該一部の軸肥大加工前の比透磁率は素材丸棒の比透磁率であって1.021である。評価結果を図5に示す。
転造加工ステップでは、絞り加工後の丸棒であって、ボルト1の軸部3に対応する部分の比透磁率が1.15の丸棒と、比透磁率が1.2の丸棒と、比透磁率が1.43の丸棒とを用い、冷間温度域で加温された槽37の加温液に丸棒を浸漬して丸棒を加温し、加温液とは別に冷間温度域で加温された潤滑液を、加温された丸棒と一対の転造金型35とにかけながらねじ2を転造した。そして、加温された丸棒の温度(初期温度)を種々に変更し、15℃から60℃に加温された潤滑液をかけながらねじ2を転造した場合の、丸棒の初期温度とねじ2が転造された軸部3の比透磁率との関係を評価した。なお、軸部3の比透磁率は、軸部3の先端から軸方向に5mm、15mm、25mm、35mm離間した各位置において90度間隔で4箇所の比透磁率を測定し、それらの平均値とする。評価結果を表2に示す。
3 軸部
4 回転工具受け
5 フランジ
10 絞り加工機
11 加工孔
12 金型
13 パンチ
14 ノックアウトピン
15 ヒータ
20 軸肥大加工機
21 ホルダ
22 ホルダ
23 保持孔
24 加工孔
30 転造加工機
31 加温部
32 転造部
34 保持部
35 転造金型
36 ノズル
37 槽
38 ヒータ
B 丸棒
b1 第1部分(ねじ2が形成される端部)
b2 第2部分(ねじ2が形成される端部を除いた丸棒の一部)
b3 端部
b4 中間部分
L 潤滑液
Claims (11)
- 非磁性鋼からなる丸棒を室温以上且つ前記非磁性鋼の再結晶温度未満の冷間温度域の温度として前記丸棒の外径を絞る絞り加工ステップと、
前記絞り加工ステップによって前記丸棒が昇温した状態で、ねじが形成される端部を除いた前記丸棒の一部にボルトの回転工具受けを形成する冷間塑性加工ステップと、
前記冷間温度域で加温した潤滑液を貯留している槽内の前記潤滑液に前記丸棒を浸漬した後に、前記冷間温度域で加温した前記潤滑液を前記丸棒の前記端部及び転造金型にかけながら、前記端部にねじを転造する転造加工ステップと、
を備えるボルトの製造方法。 - 請求項1記載のボルトの製造方法であって、
前記絞り加工ステップにおいて、前記丸棒を前記冷間温度域で加温して前記丸棒の外径を絞るボルトの製造方法。 - 請求項2記載のボルトの製造方法であって、
前記絞り加工ステップにおいて、絞り金型を加温することによって前記丸棒を前記冷間温度域で加温するボルトの製造方法。 - 請求項3記載のボルトの製造方法であって、
前記絞り加工ステップにおいて、前記絞り金型を前記冷間温度域で18℃以上に加温するボルトの製造方法。 - 請求項1から4のいずれか一項記載のボルトの製造方法であって、
前記絞り加工ステップにおいて、前記丸棒の加工率は30%以上36%以下であるボルトの製造方法。 - 請求項1から5のいずれか一項記載のボルトの製造方法であって、
前記冷間塑性加工ステップにおいて、前記丸棒の前記一部に前記丸棒の軸方向の圧縮力を作用させ且つ前記軸方向と交差する方向の交番負荷を作用させることにより、前記丸棒の前記一部を肥大させて前記回転工具受けを形成するボルトの製造方法。 - 請求項6記載のボルトの製造方法であって、
前記冷間塑性加工ステップにおいて、加工直前の前記丸棒の温度は30℃以上であるボルトの製造方法。 - 請求項1から7のいずれか一項記載のボルトの製造方法であって、
前記転造加工ステップにおいて、前記潤滑液を前記冷間温度域で40℃以上に加温するボルトの製造方法。 - 請求項1から8のいずれか一項記載のボルトの製造方法であって、
前記丸棒は、冷間引抜き材であるボルトの製造方法。 - 請求項1から9のいずれか記載のボルトの製造方法であって、
前記非磁性鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼であるボルトの製造方法。 - 請求項10記載のボルトの製造方法であって、
前記オーステナイト系ステンレス鋼は、JIS-SUS304であるボルトの製造方法。
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