JPH07180714A - 疲労強度の優れたボルトの製造法 - Google Patents
疲労強度の優れたボルトの製造法Info
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- JPH07180714A JPH07180714A JP32785393A JP32785393A JPH07180714A JP H07180714 A JPH07180714 A JP H07180714A JP 32785393 A JP32785393 A JP 32785393A JP 32785393 A JP32785393 A JP 32785393A JP H07180714 A JPH07180714 A JP H07180714A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は首下丸み部の疲労強度の優れたボル
ト製造法を提供する。 【構成】 鍛造ボルトにおいて、ボルト首下丸み部の鍛
造時に、製品の首下丸み部の曲率半径の１．２〜３倍の
範囲で成形し、その後、製品の首下丸み部の曲率半径で
冷間加工する。 【効果】 鍛造時に製品の首下丸み部の曲率半径の１．
２〜３倍の範囲に成形されたボルトを冷間で製品の首下
丸み部の曲率半径に加工するため、首下丸み部が加工硬
化されることにより強化され、同時に加工により圧縮残
留応力が誘起され、これらの効果でボルト首下丸み部の
疲労強度が著しく向上する。
ト製造法を提供する。 【構成】 鍛造ボルトにおいて、ボルト首下丸み部の鍛
造時に、製品の首下丸み部の曲率半径の１．２〜３倍の
範囲で成形し、その後、製品の首下丸み部の曲率半径で
冷間加工する。 【効果】 鍛造時に製品の首下丸み部の曲率半径の１．
２〜３倍の範囲に成形されたボルトを冷間で製品の首下
丸み部の曲率半径に加工するため、首下丸み部が加工硬
化されることにより強化され、同時に加工により圧縮残
留応力が誘起され、これらの効果でボルト首下丸み部の
疲労強度が著しく向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は構造物の締結用機械要素
として一般に使用されるボルトの、ボルト首下丸み部の
疲労強度を高めたボルトの製造法に関するものである。
として一般に使用されるボルトの、ボルト首下丸み部の
疲労強度を高めたボルトの製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ボルト継手は溶接継手と比較して構造物
や機械装置の組み立て、分解が容易なことから一般に多
く使用されている。ところが、従来から使用されている
ボルト継手では繰返し荷重が負荷する部材では、しばし
ばボルト継手部から疲労破壊が発生し問題となってい
た。ボルトの疲労破壊位置はほとんどの場合がナット端
のネジ底からで、疲労強度改善策として種々の研究がな
されてきた。ボルト継手の疲労強度が低い原因は、ナッ
ト端部に応力が集中し、ボルト内各ネジに掛かる荷重分
担が不均一であるところに問題がある。従って、ボルト
内の各ネジの荷重分担を極力均一化するため、例えば特
公昭５６−５３６５１号公報の「メネジに嵌合するオネ
ジを、引っ張り方向へ先細整形したネジ継手」のよう
に、ボルトのネジ山を漸減状に研削してネジ部の疲労強
度を改善したボルトが開発され使用されている。
や機械装置の組み立て、分解が容易なことから一般に多
く使用されている。ところが、従来から使用されている
ボルト継手では繰返し荷重が負荷する部材では、しばし
ばボルト継手部から疲労破壊が発生し問題となってい
た。ボルトの疲労破壊位置はほとんどの場合がナット端
のネジ底からで、疲労強度改善策として種々の研究がな
されてきた。ボルト継手の疲労強度が低い原因は、ナッ
ト端部に応力が集中し、ボルト内各ネジに掛かる荷重分
担が不均一であるところに問題がある。従って、ボルト
内の各ネジの荷重分担を極力均一化するため、例えば特
公昭５６−５３６５１号公報の「メネジに嵌合するオネ
ジを、引っ張り方向へ先細整形したネジ継手」のよう
に、ボルトのネジ山を漸減状に研削してネジ部の疲労強
度を改善したボルトが開発され使用されている。
【０００３】ところが、ネジ部の疲労強度が改善される
と、今度はボルト首下丸み部から疲労破壊の発生が見ら
れ、また、一般の従来ネジ継手においてもしばしばボル
ト首下丸み部からの疲労破壊が発生していた。この原因
はボルト首下丸み部が大きい応力集中個所となるため
で、従って、疲労強度を向上するために、ボルト首下丸
み部の曲率半径を大きくして疲労強度の改善を一般的に
図ってきた。しかしこの方法では、設備上ボルト首下丸
み部の曲率半径の大きさに制限がある場合が多く、ま
た、ＪＩＳ規格を満足させる必要のあるボルト継手では
ボルト首下丸み部の曲率半径を大きくできないなどの問
題から、ボルト継手全体の疲労強度を抜本的に高めるま
でには至っていなかった。
と、今度はボルト首下丸み部から疲労破壊の発生が見ら
れ、また、一般の従来ネジ継手においてもしばしばボル
ト首下丸み部からの疲労破壊が発生していた。この原因
はボルト首下丸み部が大きい応力集中個所となるため
で、従って、疲労強度を向上するために、ボルト首下丸
み部の曲率半径を大きくして疲労強度の改善を一般的に
図ってきた。しかしこの方法では、設備上ボルト首下丸
み部の曲率半径の大きさに制限がある場合が多く、ま
た、ＪＩＳ規格を満足させる必要のあるボルト継手では
ボルト首下丸み部の曲率半径を大きくできないなどの問
題から、ボルト継手全体の疲労強度を抜本的に高めるま
でには至っていなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のような問題点を
抜本的に解決するために、本発明者らはボルト首下丸み
部の曲率半径をＪＩＳ規格値あるいは設計通りに守りな
がら、ボルト首下丸み部の疲労強度をいかにして高める
かについて種々検討を行った。その結果、ボルト首下丸
み部にショットブラストを施して疲労き裂の発生起点の
ボルト首下丸み部を加工硬化させたり、表面層の加工で
誘起される圧縮残留応力を付与させることにより、ある
程度の疲労強度を向上することが分かったが、抜本的に
改善するまでには至らなかった。しかし、ボルト首下丸
み部の加工硬化を大きくし、これに伴なってさらに大き
な圧縮残留応力を付与すれば、ボルト首下丸み部の疲労
強度を大きく改善することが予測された。そこで、本発
明者らは、ボルト首下丸み部を加工し、かつ規定に曲率
半径にする方法について種々検討した結果、鍛造時にボ
ルト首下丸み部を製品寸法の曲率より大きめに製造し、
ボルト製造の最終工程でボルト首下丸み部を製品寸法の
曲率にしたダイスを用いて冷間加工により成形すれば良
いことが分かった。
抜本的に解決するために、本発明者らはボルト首下丸み
部の曲率半径をＪＩＳ規格値あるいは設計通りに守りな
がら、ボルト首下丸み部の疲労強度をいかにして高める
かについて種々検討を行った。その結果、ボルト首下丸
み部にショットブラストを施して疲労き裂の発生起点の
ボルト首下丸み部を加工硬化させたり、表面層の加工で
誘起される圧縮残留応力を付与させることにより、ある
程度の疲労強度を向上することが分かったが、抜本的に
改善するまでには至らなかった。しかし、ボルト首下丸
み部の加工硬化を大きくし、これに伴なってさらに大き
な圧縮残留応力を付与すれば、ボルト首下丸み部の疲労
強度を大きく改善することが予測された。そこで、本発
明者らは、ボルト首下丸み部を加工し、かつ規定に曲率
半径にする方法について種々検討した結果、鍛造時にボ
ルト首下丸み部を製品寸法の曲率より大きめに製造し、
ボルト製造の最終工程でボルト首下丸み部を製品寸法の
曲率にしたダイスを用いて冷間加工により成形すれば良
いことが分かった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の主旨とするとこ
ろは、所定の長さに切断された棒鋼を鍛造加工でボルト
首下丸み部を製品ボルト首下丸み部曲率半径の１．２〜
３．０倍の範囲のボルト形状に成形し、続いて、ネジ加
工する前またはネジ加工した後に、ボルト首下丸み部に
冷間加工を施して所定の曲率半径に整形加工して、加工
硬化と圧縮残留応力を付与する疲労強度の優れたボルト
の製造法である。
ろは、所定の長さに切断された棒鋼を鍛造加工でボルト
首下丸み部を製品ボルト首下丸み部曲率半径の１．２〜
３．０倍の範囲のボルト形状に成形し、続いて、ネジ加
工する前またはネジ加工した後に、ボルト首下丸み部に
冷間加工を施して所定の曲率半径に整形加工して、加工
硬化と圧縮残留応力を付与する疲労強度の優れたボルト
の製造法である。
【０００６】
【作用】以下本発明について図面を参照しながら詳細に
説明する。まず、説明を容易にするために、ボルト各部
の名称から説明する。図１は一般的なボルトを示す図に
おいて、ａはネジ部、ｂは軸部、ｃは頭部、ｄは座面、
ｅは首下丸み部である。本発明では首下丸み部ｅの疲労
破壊を対象にしており、首下丸み部ｅの曲率半径は特別
の場合を除いてＪＩＳ規格で規定されている。従って、
座面にテーパーを有する座金を敷いたり、あるいは前記
した特許公報のようにネジ部の疲労強度が向上した場
合、例外なく首下丸み部ｅから疲労破壊が発生する。
説明する。まず、説明を容易にするために、ボルト各部
の名称から説明する。図１は一般的なボルトを示す図に
おいて、ａはネジ部、ｂは軸部、ｃは頭部、ｄは座面、
ｅは首下丸み部である。本発明では首下丸み部ｅの疲労
破壊を対象にしており、首下丸み部ｅの曲率半径は特別
の場合を除いてＪＩＳ規格で規定されている。従って、
座面にテーパーを有する座金を敷いたり、あるいは前記
した特許公報のようにネジ部の疲労強度が向上した場
合、例外なく首下丸み部ｅから疲労破壊が発生する。
【０００７】そこで、本発明では図２（Ａ）に示すよう
に、ボルト頭部、座面および軸の鍛造加工時に、首下丸
み部ｅの曲率半径Ｒを、製品の首下丸み部ｅの曲率半径
ｒの１．２〜３倍の範囲に大きく成形しておき、その
後、例えばボルト製造時のネジ加工する前またネジ加工
した後に、図２（Ｂ）に示すように、製品と同じ曲率半
径ｒを有するダイスにボルトを差し込み、冷間で鍛造プ
レス、ローラー加工あるいは押し付けて首下丸み部の曲
率半径ｒが製品の首下丸み部ｅの曲率半径ｒになるよう
に加工することにより、疲労破壊の起点である首下丸み
部を加工硬化させて強化し、同時に加工により誘起され
る圧縮残留応力により耐疲労性を高める方法である。尚
図２（Ｂ）は、ネジ加工前の冷間加工法を示す。
に、ボルト頭部、座面および軸の鍛造加工時に、首下丸
み部ｅの曲率半径Ｒを、製品の首下丸み部ｅの曲率半径
ｒの１．２〜３倍の範囲に大きく成形しておき、その
後、例えばボルト製造時のネジ加工する前またネジ加工
した後に、図２（Ｂ）に示すように、製品と同じ曲率半
径ｒを有するダイスにボルトを差し込み、冷間で鍛造プ
レス、ローラー加工あるいは押し付けて首下丸み部の曲
率半径ｒが製品の首下丸み部ｅの曲率半径ｒになるよう
に加工することにより、疲労破壊の起点である首下丸み
部を加工硬化させて強化し、同時に加工により誘起され
る圧縮残留応力により耐疲労性を高める方法である。尚
図２（Ｂ）は、ネジ加工前の冷間加工法を示す。
【０００８】鍛造加工時の首下丸み部ｅの曲率半径Ｒ
を、製品の首下丸み部の曲率半径ｒの１．２〜３倍の範
囲に限定する理由は、首下丸み部を十分に加工硬化さ
せ、かつその後の冷間での加工で冷間割れを発生させな
いためである。
を、製品の首下丸み部の曲率半径ｒの１．２〜３倍の範
囲に限定する理由は、首下丸み部を十分に加工硬化さ
せ、かつその後の冷間での加工で冷間割れを発生させな
いためである。
【０００９】すなわち、鍛造時の首下丸み部の曲率半径
Ｒを製品の首下丸み部の曲率半径ｒの１．２倍に満たな
い曲率半径Ｒにすると、冷間での加工時に首下丸み部に
十分な加工硬化を与えることができず、また、加工に伴
なう圧縮残留応力も小さいために、首下丸み部の疲労強
度を十分に向上させることができない。また、鍛造時の
首下丸み部の曲率半径Ｒを製品の首下丸み部の曲率半径
ｒの３倍を超える曲率半径Ｒにすると、冷間での加工時
に首下丸み部に冷間割れが発生し易くなり、首下丸み部
の疲労強度を逆に低下させたり、また、製品の首下丸み
部の曲率半径ｒになりにくい。この場合の冷間加工は特
に、多量生産を効率的に行う場合にはダイスによる冷間
鍛造が望ましい。また、加工時の荷重も鋼種やボルト形
状で変化するので、本発明では特に限定するものではな
い。
Ｒを製品の首下丸み部の曲率半径ｒの１．２倍に満たな
い曲率半径Ｒにすると、冷間での加工時に首下丸み部に
十分な加工硬化を与えることができず、また、加工に伴
なう圧縮残留応力も小さいために、首下丸み部の疲労強
度を十分に向上させることができない。また、鍛造時の
首下丸み部の曲率半径Ｒを製品の首下丸み部の曲率半径
ｒの３倍を超える曲率半径Ｒにすると、冷間での加工時
に首下丸み部に冷間割れが発生し易くなり、首下丸み部
の疲労強度を逆に低下させたり、また、製品の首下丸み
部の曲率半径ｒになりにくい。この場合の冷間加工は特
に、多量生産を効率的に行う場合にはダイスによる冷間
鍛造が望ましい。また、加工時の荷重も鋼種やボルト形
状で変化するので、本発明では特に限定するものではな
い。
【００１０】
【実施例】本発明の有効性を確認するため、レール締結
用として一般に用いられるＦ１１ＴクラスのＭ２４のＴ
型ボルトについての実施例、および一般構造物締結用と
して用いられるＳＣＭ４種のＭ２０の六角ボルトについ
ての実施例を示す。表１にレール締結用として一般に用
いられるＦ１１ＴクラスのＭ２４のＴ型ボルトへの実施
例を示す。
用として一般に用いられるＦ１１ＴクラスのＭ２４のＴ
型ボルトについての実施例、および一般構造物締結用と
して用いられるＳＣＭ４種のＭ２０の六角ボルトについ
ての実施例を示す。表１にレール締結用として一般に用
いられるＦ１１ＴクラスのＭ２４のＴ型ボルトへの実施
例を示す。
【００１１】
【表１】
【００１２】表１から明らかのように、熱間鍛造で首下
丸み部の曲率半径を製品寸法と同じｒ＝２mmに成形した
従来法のボルトの場合、平均応力が２０８MPa での部分
片振り引張疲労限度は１９．６MPa であるのに対し、熱
間鍛造時での首下丸み部の曲率半径をＲ＝４mmとし、そ
の後冷間鍛造で製品寸法と同じｒ＝２mmに成形した本発
明のボルトは同一の疲労試験条件で従来法のボルトの２
倍の疲労限度３９．２MPa を示し、非常に優れた疲労強
度を有する。
丸み部の曲率半径を製品寸法と同じｒ＝２mmに成形した
従来法のボルトの場合、平均応力が２０８MPa での部分
片振り引張疲労限度は１９．６MPa であるのに対し、熱
間鍛造時での首下丸み部の曲率半径をＲ＝４mmとし、そ
の後冷間鍛造で製品寸法と同じｒ＝２mmに成形した本発
明のボルトは同一の疲労試験条件で従来法のボルトの２
倍の疲労限度３９．２MPa を示し、非常に優れた疲労強
度を有する。
【００１３】表２には一般構造物締結用として用いられ
るＳＣＭ４種のＭ２０の六角ボルトへの適用例を示す。
六角ボルトへの適用に際しては一般にはナット端のネジ
底から疲労破壊が発生するため、ネジ部の疲労強度向上
のために、特許第１１９５８５９号をネジ部に適用して
ネジ部の疲労強度を向上させたボルトで首下丸み部の本
発明の疲労強度の改善効果を調べた。表２から明らかな
ように、従来ボルトの場合、首下丸み部の疲労限度は３
４．３MPa であるのに対し、本発明法で首下丸み部を強
化したボルトは５８．８MPa で従来法のボルトの約２倍
の疲労強度を示し、本発明法の有効性が確認できた。
るＳＣＭ４種のＭ２０の六角ボルトへの適用例を示す。
六角ボルトへの適用に際しては一般にはナット端のネジ
底から疲労破壊が発生するため、ネジ部の疲労強度向上
のために、特許第１１９５８５９号をネジ部に適用して
ネジ部の疲労強度を向上させたボルトで首下丸み部の本
発明の疲労強度の改善効果を調べた。表２から明らかな
ように、従来ボルトの場合、首下丸み部の疲労限度は３
４．３MPa であるのに対し、本発明法で首下丸み部を強
化したボルトは５８．８MPa で従来法のボルトの約２倍
の疲労強度を示し、本発明法の有効性が確認できた。
【００１４】
【表２】
【００１５】表３も一般構造物締結用として用いられる
ＳＣＭ４種のＭ２０の六角ボルトへの適用例を示す。た
だし、本実施例の場合、ボルトの製造工程が他の実施例
と若干異なっている。すなわち、ボルト製造工程とし
て、まず冷間鍛造で首下丸み部およびねじ部を成形す
る。その場合、首下丸み部の曲率半径を製品寸法の１．
２倍〜３倍まで４種類に変えた。その後、所定の強度を
得るために熱処理を行い、首下丸み部については本特許
を適用して製品寸法に冷間鍛造し、ねじ部は首下丸み部
以上に疲労強度を向上させるために特許第１１９５８５
９号の方法を適用したものである。疲労試験結果から明
らかなように、本発明法によるボルトの首下丸み部の疲
労強度は従来法に較べて非常に優れていることが分かる
であろう。
ＳＣＭ４種のＭ２０の六角ボルトへの適用例を示す。た
だし、本実施例の場合、ボルトの製造工程が他の実施例
と若干異なっている。すなわち、ボルト製造工程とし
て、まず冷間鍛造で首下丸み部およびねじ部を成形す
る。その場合、首下丸み部の曲率半径を製品寸法の１．
２倍〜３倍まで４種類に変えた。その後、所定の強度を
得るために熱処理を行い、首下丸み部については本特許
を適用して製品寸法に冷間鍛造し、ねじ部は首下丸み部
以上に疲労強度を向上させるために特許第１１９５８５
９号の方法を適用したものである。疲労試験結果から明
らかなように、本発明法によるボルトの首下丸み部の疲
労強度は従来法に較べて非常に優れていることが分かる
であろう。
【００１６】
【表３】
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、通常ボルトで散見され
ていた首下丸み部からの疲労破壊が改善され、ボルト全
体としての疲労強度向上を図ることができる。また、従
来法のボルトでは首下丸み部の曲率半径はＪＩＳ規格値
に規定はされているものの、製品によりばらつきが大き
い欠点があったが、本発明法による製品は全て冷間で所
定の形状に仕上がるので、首下丸み部の曲率半径は規格
値通りに精度よく仕上がる利点も有する。
ていた首下丸み部からの疲労破壊が改善され、ボルト全
体としての疲労強度向上を図ることができる。また、従
来法のボルトでは首下丸み部の曲率半径はＪＩＳ規格値
に規定はされているものの、製品によりばらつきが大き
い欠点があったが、本発明法による製品は全て冷間で所
定の形状に仕上がるので、首下丸み部の曲率半径は規格
値通りに精度よく仕上がる利点も有する。
【図１】ボルトの説明図。
【図２】（Ａ）は本発明におけるボルト首下丸み部の加
工状況の説明図。（Ｂ）は本発明の作用の説明図。
工状況の説明図。（Ｂ）は本発明の作用の説明図。
Claims (1)
- 【請求項１】 所定の長さに切断された棒鋼を鍛造加工
でボルト首下丸み部を製品ボルト首下丸み部曲率半径の
１．２〜３．０倍の範囲のボルト形状に成形し、続い
て、ネジ加工する前またはネジ加工した後に、ボルト首
下丸み部に冷間加工を施して所定の曲率半径に整形加工
して、加工硬化と圧縮残留応力を付与することを特徴と
する疲労強度の優れたボルトの製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32785393A JPH07180714A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 疲労強度の優れたボルトの製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32785393A JPH07180714A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 疲労強度の優れたボルトの製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07180714A true JPH07180714A (ja) | 1995-07-18 |
Family
ID=18203717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32785393A Pending JPH07180714A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 疲労強度の優れたボルトの製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07180714A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007091430A1 (ja) | 2006-02-10 | 2007-08-16 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | ボルト、および、ボルトの製造方法 |
| JP2007211932A (ja) * | 2006-02-10 | 2007-08-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ねじ締結部材、および、ねじ締結部材の製造方法 |
| JP2011122674A (ja) * | 2009-12-11 | 2011-06-23 | Jfe Bars & Shapes Corp | 高疲労強度ボルトおよびその製造方法 |
| JP2019508135A (ja) * | 2016-02-26 | 2019-03-28 | メドス・インターナショナル・エスエイアールエルＭｅｄｏｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＳＡＲＬ | 多軸式骨固定要素 |
| JP2021008961A (ja) * | 2020-11-04 | 2021-01-28 | 松本重工業株式会社 | アルミニウム合金製ボルト |
-
1993
- 1993-12-24 JP JP32785393A patent/JPH07180714A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007091430A1 (ja) | 2006-02-10 | 2007-08-16 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | ボルト、および、ボルトの製造方法 |
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| US8607604B2 (en) | 2006-02-10 | 2013-12-17 | Mitsubishi Heavy Industries | Bolt and manufacturing method of bolt |
| JP2011122674A (ja) * | 2009-12-11 | 2011-06-23 | Jfe Bars & Shapes Corp | 高疲労強度ボルトおよびその製造方法 |
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| US11547449B2 (en) | 2016-02-26 | 2023-01-10 | Medos International Sarl | Polyaxial bone fixation element |
| JP2021008961A (ja) * | 2020-11-04 | 2021-01-28 | 松本重工業株式会社 | アルミニウム合金製ボルト |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19981110 |