JPH05208281A - 鋼管の摩擦圧接時の異常検出方法 - Google Patents
鋼管の摩擦圧接時の異常検出方法Info
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- JPH05208281A JPH05208281A JP1622392A JP1622392A JPH05208281A JP H05208281 A JPH05208281 A JP H05208281A JP 1622392 A JP1622392 A JP 1622392A JP 1622392 A JP1622392 A JP 1622392A JP H05208281 A JPH05208281 A JP H05208281A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 プロペラシャフト用薄肉鋼管摩擦圧接加工時
の品質管理手法を提供する。 【構成】 摩擦工程初期のワーク回転用モーター負荷値
をモニタリングし、異常値を検出することにより、圧接
接合異常を検出することができる。
の品質管理手法を提供する。 【構成】 摩擦工程初期のワーク回転用モーター負荷値
をモニタリングし、異常値を検出することにより、圧接
接合異常を検出することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は鋼管の摩擦圧接接合を実
施する場合で特に摩擦圧接接合品質を厳格に管理するべ
き必要のある部品、例えば自動車推進軸用鋼管とジョイ
ント部品を摩擦圧接接合する場合の品質異常検出方法に
関するものである。
施する場合で特に摩擦圧接接合品質を厳格に管理するべ
き必要のある部品、例えば自動車推進軸用鋼管とジョイ
ント部品を摩擦圧接接合する場合の品質異常検出方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１に従来より行われてきた棒鋼の摩擦
圧接及び鋼管の接合精度のイメージを示す。（ａ）は棒
鋼摩擦圧接の場合であるが、棒鋼外径１の数％オーダー
の接合部ラップ２を制御することにより、接合面３を推
力に垂直方向に保ち、ばり４を周方向に均一に保つこと
ができる。一方（ｂ）の鋼管の場合に周方向均一なばり
４を形成させようとすると、鋼管外径５よりはむしろ鋼
管板厚６の数％程度で突き合わせ寸法精度を制御する必
要を生じる。この様に鋼管化、特に板厚が薄くなると接
合面の突き合わせ精度を飛躍的に向上させる必要があ
る。
圧接及び鋼管の接合精度のイメージを示す。（ａ）は棒
鋼摩擦圧接の場合であるが、棒鋼外径１の数％オーダー
の接合部ラップ２を制御することにより、接合面３を推
力に垂直方向に保ち、ばり４を周方向に均一に保つこと
ができる。一方（ｂ）の鋼管の場合に周方向均一なばり
４を形成させようとすると、鋼管外径５よりはむしろ鋼
管板厚６の数％程度で突き合わせ寸法精度を制御する必
要を生じる。この様に鋼管化、特に板厚が薄くなると接
合面の突き合わせ精度を飛躍的に向上させる必要があ
る。
【０００３】鋼管において接合精度が劣化すると極端な
場合は端面の摩擦が均一に行えず局部加熱による座屈を
生じて摩擦圧接接合不能となるが、接合精度の狂いが軽
度の場合は見かけ上何等問題を生じていない様に見える
場合がある。ただし接合精度の劣化は、充分な接合面積
を稼げない、接合面に酸化生成物を残留する等の問題を
生じて、摩擦圧接接合部の機械的性質を劣化させてしま
う。そして従来は、「摩擦圧接」（Ｐ１１ 摩擦圧接研
究会編 １９７９年 コロナ社）に記載される如く、摩
擦圧接接合方法は突き合わせ精度が非常に厳格化するこ
とが予測される肉厚外径比４％（ｔ／Ｄ＝０．０４）以
下の薄肉鋼管の摩擦圧接は不得意とするものとされてき
た。
場合は端面の摩擦が均一に行えず局部加熱による座屈を
生じて摩擦圧接接合不能となるが、接合精度の狂いが軽
度の場合は見かけ上何等問題を生じていない様に見える
場合がある。ただし接合精度の劣化は、充分な接合面積
を稼げない、接合面に酸化生成物を残留する等の問題を
生じて、摩擦圧接接合部の機械的性質を劣化させてしま
う。そして従来は、「摩擦圧接」（Ｐ１１ 摩擦圧接研
究会編 １９７９年 コロナ社）に記載される如く、摩
擦圧接接合方法は突き合わせ精度が非常に厳格化するこ
とが予測される肉厚外径比４％（ｔ／Ｄ＝０．０４）以
下の薄肉鋼管の摩擦圧接は不得意とするものとされてき
た。
【０００４】例えばプロペラシャフト用鋼管のような、
肉厚外径比が４％以下になる場合もある薄肉鋼管の場合
は、特に外径からみると非常に厳しい管端の突き合わせ
精度を確保する必要がある。ところが、鋼管の摩擦圧接
を実施する場合の端部の寸法精度は、鋼管及び接合相手
材の外径変動、板厚変動、または鋼管・相手材の固定精
度によるもので、鋼管・相手材の製造能力、ワーク把握
部の異物噛み込み、摩耗、緩み等の発生にて突発的にも
変化するものである。接合異常を検出するのは、これま
ではばりの外観検査、振れ回りの測定等手間のかかる検
査をする必要があった。また、抜取りで破壊検査等実施
しても、全部品に品質管理データーには成り得ないとい
う問題があった。
肉厚外径比が４％以下になる場合もある薄肉鋼管の場合
は、特に外径からみると非常に厳しい管端の突き合わせ
精度を確保する必要がある。ところが、鋼管の摩擦圧接
を実施する場合の端部の寸法精度は、鋼管及び接合相手
材の外径変動、板厚変動、または鋼管・相手材の固定精
度によるもので、鋼管・相手材の製造能力、ワーク把握
部の異物噛み込み、摩耗、緩み等の発生にて突発的にも
変化するものである。接合異常を検出するのは、これま
ではばりの外観検査、振れ回りの測定等手間のかかる検
査をする必要があった。また、抜取りで破壊検査等実施
しても、全部品に品質管理データーには成り得ないとい
う問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の如く従
来困難とされた薄肉鋼管の摩擦圧接接合にあたり、接合
部分の寸法精度を厳密に保ちながら大量に処理する場合
の品質管理を容易にする方法で、従来手間のかかった目
視検査、振れ回り測定、破壊検査を省略し、しかも全本
の接合状況をモニタリングすると同時に、摩擦圧接接合
部の機械的性質劣化を生ずる異常部品を瞬時に検出する
方法を提供することを目的とする。
来困難とされた薄肉鋼管の摩擦圧接接合にあたり、接合
部分の寸法精度を厳密に保ちながら大量に処理する場合
の品質管理を容易にする方法で、従来手間のかかった目
視検査、振れ回り測定、破壊検査を省略し、しかも全本
の接合状況をモニタリングすると同時に、摩擦圧接接合
部の機械的性質劣化を生ずる異常部品を瞬時に検出する
方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、鋼管の
管端部を他の部材に対し相対的に回転させ押しつけるこ
とによる摩擦熱にて端面を加熱接合する摩擦圧接方法に
おいて、摩擦工程初期のモーター回転負荷値により異常
を検出することを特徴とする鋼管の摩擦圧接時の異常検
出方法である。
管端部を他の部材に対し相対的に回転させ押しつけるこ
とによる摩擦熱にて端面を加熱接合する摩擦圧接方法に
おいて、摩擦工程初期のモーター回転負荷値により異常
を検出することを特徴とする鋼管の摩擦圧接時の異常検
出方法である。
【０００７】
【作用】本発明は、上記課題を解決するためになされた
もので、摩擦工程初期のモーター回転負荷をモニタリン
グし異常値管理を実施することにより、接合部品質劣化
につながる異常接合部品を検出することができる。
もので、摩擦工程初期のモーター回転負荷をモニタリン
グし異常値管理を実施することにより、接合部品質劣化
につながる異常接合部品を検出することができる。
【０００８】摩擦圧接機の概要を図２にて説明する。装
置の概要は日本国内にて主に用いられているブレーキ方
式を説明している。モーター７にて主軸は回転し、回転
側チャック８が高速回転する。一方油圧ユニット１１に
て、油圧シリンダー１０を作動し、固定側クランプ９に
回転側に向かう推力を負荷する。その結果、回転側チャ
ック８と固定側クランプ９に把握された鋼管等のワーク
１２は相対回転による摩擦熱を生じ接合される。
置の概要は日本国内にて主に用いられているブレーキ方
式を説明している。モーター７にて主軸は回転し、回転
側チャック８が高速回転する。一方油圧ユニット１１に
て、油圧シリンダー１０を作動し、固定側クランプ９に
回転側に向かう推力を負荷する。その結果、回転側チャ
ック８と固定側クランプ９に把握された鋼管等のワーク
１２は相対回転による摩擦熱を生じ接合される。
【０００９】摩擦圧接接合工程は図３に示す如く大きく
二つに分けられ、摩擦工程とアップセット工程である
が、摩擦工程では高速回転してワークに比較的低い圧力
で固定側ワークを押しつけ接合部分の加熱を実施する工
程である。そして、アップセット工程は回転を停止し
て、加熱されたワーク端部を大きな推力で押しつぶす工
程である。本発明において、接合部品質に悪影響を及ぼ
す薄肉鋼管の管端精度低下材・異材・ワーク把握不良が
ある場合の接合部品質調査、摩擦圧接条件の調査を詳細
に実施し、接合部機械的性質の劣化が認められるような
接合条件の場合、摩擦工程初期のモーター回転負荷変化
の異常値で検出できることが明確となった。ワーク接触
時端面の摩擦発生で一時的にモーターに負荷がかかる
が、この負荷の状態は初期の推力と接触面積と接触面性
状に影響される。
二つに分けられ、摩擦工程とアップセット工程である
が、摩擦工程では高速回転してワークに比較的低い圧力
で固定側ワークを押しつけ接合部分の加熱を実施する工
程である。そして、アップセット工程は回転を停止し
て、加熱されたワーク端部を大きな推力で押しつぶす工
程である。本発明において、接合部品質に悪影響を及ぼ
す薄肉鋼管の管端精度低下材・異材・ワーク把握不良が
ある場合の接合部品質調査、摩擦圧接条件の調査を詳細
に実施し、接合部機械的性質の劣化が認められるような
接合条件の場合、摩擦工程初期のモーター回転負荷変化
の異常値で検出できることが明確となった。ワーク接触
時端面の摩擦発生で一時的にモーターに負荷がかかる
が、この負荷の状態は初期の推力と接触面積と接触面性
状に影響される。
【００１０】例えば接合部の鋼管部の板厚異常材がきた
場合は摩擦面積が変化し、図４に示す如くモーター負荷
に変化が現れる。図４の場合はモーター容量が小さい場
合で負荷を回転数低下量１４で検出した例を示してい
る。その他の方法として、モーター負荷電流変化１６も
しくは、図２の固定側クランプに組み込んだロードセル
１３から検出されるワーク接触の瞬間固定側にかかる負
荷トルクのピーク値１５からも検出可能である。
場合は摩擦面積が変化し、図４に示す如くモーター負荷
に変化が現れる。図４の場合はモーター容量が小さい場
合で負荷を回転数低下量１４で検出した例を示してい
る。その他の方法として、モーター負荷電流変化１６も
しくは、図２の固定側クランプに組み込んだロードセル
１３から検出されるワーク接触の瞬間固定側にかかる負
荷トルクのピーク値１５からも検出可能である。
【００１１】また、摩擦工程初期のモーター回転負荷に
限定した理由であるが、摩擦工程後期では、端面の加熱
が進み、回転負荷が低下し検出困難になること、端面が
増肉して初期突き合わせ精度の影響が小さくなる等の問
題を生じるためである。このように、摩擦工程初期のモ
ーター回転負荷のモニタリングを実施し異常値検出する
方法をとれば接合品質の効率的管理ができる。しかも瞬
時に異常検出ができその場で品質向上対策が可能であ
る。
限定した理由であるが、摩擦工程後期では、端面の加熱
が進み、回転負荷が低下し検出困難になること、端面が
増肉して初期突き合わせ精度の影響が小さくなる等の問
題を生じるためである。このように、摩擦工程初期のモ
ーター回転負荷のモニタリングを実施し異常値検出する
方法をとれば接合品質の効率的管理ができる。しかも瞬
時に異常検出ができその場で品質向上対策が可能であ
る。
【００１２】
【実施例】表１に本発明の薄肉鋼管摩擦圧接の際の異常
検出例及び比較例を示す。外径７５．０mm×１．６mm
（ｔ／Ｄ＝０．０２１）の鋼管と、端面に鋼管と同様の
形状を持つ部品の摩擦圧接についての例で、管端部に故
意に外径異常、板厚異常、接合端面へのキズ、異物付
着、試験機チャック部・クランプ部固定精度劣化等の異
常を起こした圧接条件を７０組（内３組が完全標準と判
断）用意し摩擦圧接試験を実施した例である。主たる圧
接条件は摩擦圧力４kgf/mm2 （公称接合端面面圧）、ア
ップセット圧力８kgf/mm2 （公称接合端面面圧）に固定
している。表２に摩擦工程初期のモーター回転負荷値の
異常検出の為の各種方法の詳細を示す。
検出例及び比較例を示す。外径７５．０mm×１．６mm
（ｔ／Ｄ＝０．０２１）の鋼管と、端面に鋼管と同様の
形状を持つ部品の摩擦圧接についての例で、管端部に故
意に外径異常、板厚異常、接合端面へのキズ、異物付
着、試験機チャック部・クランプ部固定精度劣化等の異
常を起こした圧接条件を７０組（内３組が完全標準と判
断）用意し摩擦圧接試験を実施した例である。主たる圧
接条件は摩擦圧力４kgf/mm2 （公称接合端面面圧）、ア
ップセット圧力８kgf/mm2 （公称接合端面面圧）に固定
している。表２に摩擦工程初期のモーター回転負荷値の
異常検出の為の各種方法の詳細を示す。
【００１３】表１の比較例Ａは、摩擦圧接終了後目視に
て摩擦圧接接合異常材の選別を実施した場合であるが、
試験条件の変動範囲を細かく振った今回の場合、目視の
判断は困難で２９個も合格形状とみなされた。また、判
断に３５分程度の時間を要した。工業的に何千・何万と
摩擦圧接接合実施する場合は、非常な労力を必要とする
と共に、検出精度としては不安が残る。比較例Ｂでは、
接合部分からカットサンプルを切り出し、厳密に調査し
た結果異常材を検出した例で、かなり厳密に接合状態を
判断できるものの、７０個調査するのに延べ２日程度か
かる上、破壊試験のため実際には抽出検査に対応する
か、ピース管理にはならず端面の打ち傷等の突然異常に
は弱いという欠点がある。
て摩擦圧接接合異常材の選別を実施した場合であるが、
試験条件の変動範囲を細かく振った今回の場合、目視の
判断は困難で２９個も合格形状とみなされた。また、判
断に３５分程度の時間を要した。工業的に何千・何万と
摩擦圧接接合実施する場合は、非常な労力を必要とする
と共に、検出精度としては不安が残る。比較例Ｂでは、
接合部分からカットサンプルを切り出し、厳密に調査し
た結果異常材を検出した例で、かなり厳密に接合状態を
判断できるものの、７０個調査するのに延べ２日程度か
かる上、破壊試験のため実際には抽出検査に対応する
か、ピース管理にはならず端面の打ち傷等の突然異常に
は弱いという欠点がある。
【００１４】実施例Ｃ〜Ｅは、本発明の検出方法を採用
した場合であり、異常材の検出は摩擦圧接終了と同時に
可能であり、ピース毎の管理が可能である。また、厳密
な検査に相当する比較例Ｂ以上の異常検出能力を有して
いた。実施例Ｃ〜Ｅで合格と判断された延べ１４個のサ
ンプルについては、プロペラシャフトとして使う場合を
想定して、高トルクにて破断するまでねじり疲労試験を
実施したところいずれのサンプルも摩擦圧接接合面から
の破断は生じず品質的には良好であることが確認でき
た。
した場合であり、異常材の検出は摩擦圧接終了と同時に
可能であり、ピース毎の管理が可能である。また、厳密
な検査に相当する比較例Ｂ以上の異常検出能力を有して
いた。実施例Ｃ〜Ｅで合格と判断された延べ１４個のサ
ンプルについては、プロペラシャフトとして使う場合を
想定して、高トルクにて破断するまでねじり疲労試験を
実施したところいずれのサンプルも摩擦圧接接合面から
の破断は生じず品質的には良好であることが確認でき
た。
【００１５】尚、表１におけるばり断面形状調査方法は
次の通りである。即ち、ばりの断面を切り出し、研磨エ
ッチングを実施して、接合面の軸方向となす角度θが
８０〜１００deg （θ＝９０±１０deg ）、ばりトウ
部の曲率半径ρ1 〜ρ4 の最小値が０．１mm以上、接
合面の右左の外面側での段差ｄが０．２mm以下、接合
面の厚みｔ／ｔ0 ≧１．８以上、接合面に１０倍視野
で異物が観察されない場合を合格とする。（図５参照）
次の通りである。即ち、ばりの断面を切り出し、研磨エ
ッチングを実施して、接合面の軸方向となす角度θが
８０〜１００deg （θ＝９０±１０deg ）、ばりトウ
部の曲率半径ρ1 〜ρ4 の最小値が０．１mm以上、接
合面の右左の外面側での段差ｄが０．２mm以下、接合
面の厚みｔ／ｔ0 ≧１．８以上、接合面に１０倍視野
で異物が観察されない場合を合格とする。（図５参照）
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、鋼管の摩擦圧接の
場合のように突き合わせ部の寸法精度の劣化が、接合面
積に即影響し、接合品質の劣化につながる。そこで、本
発明の如く、摩擦工程初期のモーター回転負荷のモニタ
リングを実施し異常値検出する方法にて、容易に連続製
造する薄肉鋼管摩擦圧接接合組立部品の接合部品質管理
を実施することが可能となる。
場合のように突き合わせ部の寸法精度の劣化が、接合面
積に即影響し、接合品質の劣化につながる。そこで、本
発明の如く、摩擦工程初期のモーター回転負荷のモニタ
リングを実施し異常値検出する方法にて、容易に連続製
造する薄肉鋼管摩擦圧接接合組立部品の接合部品質管理
を実施することが可能となる。
【図１】棒鋼と鋼管の摩擦圧接接合の際の突き合わせ部
の必要寸法精度の違いを示す図。
の必要寸法精度の違いを示す図。
【図２】摩擦圧接機の概要を示す図。
【図３】摩擦圧接途中の各制御因子の変動及び本発明の
注目する現象を示す図。
注目する現象を示す図。
【図４】薄肉鋼管の板厚変動がモーター回転負荷へ与え
る例を示す図。
る例を示す図。
【図５】実施例におけるばり断面形状調査に用いた突き
合わせ部の説明図。
合わせ部の説明図。
１ 棒鋼外径 ２ 接合部ラップ量 ３ 接合面 ４ ばり ５ 鋼管外径 ６ 鋼管板厚 ７ モーター ８ 回転側チャック ９ 固定側クランプ １０ 油圧シリンダー １１ 油圧ユニット １２ ワーク １３ ロードセル １４ モーター回転数低下量 １５ 固定側負荷トルクピーク値 １６ モーター負荷電流変化
Claims (1)
- 【請求項１】 鋼管の管端部を他の部材に対し相対的に
回転させ押しつけることによる摩擦熱にて端面を加熱接
合する摩擦圧接方法において、摩擦工程初期のモーター
回転負荷値により異常を検出することを特徴とする鋼管
の摩擦圧接時の異常検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1622392A JPH05208281A (ja) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | 鋼管の摩擦圧接時の異常検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1622392A JPH05208281A (ja) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | 鋼管の摩擦圧接時の異常検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05208281A true JPH05208281A (ja) | 1993-08-20 |
Family
ID=11910540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1622392A Withdrawn JPH05208281A (ja) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | 鋼管の摩擦圧接時の異常検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05208281A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008120428A1 (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-09 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | 接合方法および接合装置 |
| JP2009082953A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Tokyu Car Corp | 摩擦圧接接合システム及び摩擦圧接接合方法 |
| JP2009082951A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Tokyu Car Corp | 摩擦接合システム及び摩擦接合方法 |
| JP2021137854A (ja) * | 2020-03-06 | 2021-09-16 | 本田技研工業株式会社 | ドライブシャフト及びその製造方法 |
| WO2022004625A1 (ja) | 2020-06-30 | 2022-01-06 | シチズン時計株式会社 | 工作機械、工作機械の制御方法 |
-
1992
- 1992-01-31 JP JP1622392A patent/JPH05208281A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008120428A1 (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-09 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | 接合方法および接合装置 |
| JP5002005B2 (ja) * | 2007-03-29 | 2012-08-15 | 川崎重工業株式会社 | 接合方法および接合装置 |
| JP2009082953A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Tokyu Car Corp | 摩擦圧接接合システム及び摩擦圧接接合方法 |
| JP2009082951A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Tokyu Car Corp | 摩擦接合システム及び摩擦接合方法 |
| JP2021137854A (ja) * | 2020-03-06 | 2021-09-16 | 本田技研工業株式会社 | ドライブシャフト及びその製造方法 |
| WO2022004625A1 (ja) | 2020-06-30 | 2022-01-06 | シチズン時計株式会社 | 工作機械、工作機械の制御方法 |
| KR20230028251A (ko) | 2020-06-30 | 2023-02-28 | 시티즌 도케이 가부시키가이샤 | 공작 기계, 공작 기계의 제어 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990408 |