JPS609827A - 高強度ばねの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高強度ばねの製造方法に関する。

従来大径の素材線材を用いてコイルばね・スタビライザ
ー・トーションバー等を製造する賜金は熱間成形工程後
に焼入れ焼戻しを施して所要の機械的性質を付与する製
造方法が一般的である。例えばコイルばねの製造工程を
例にあげた第１図に従って当該熱間成成による製造方法
（以下熱間成形法という）の概要を以下に述べる。

げね用素材線材は酸洗・引抜・矯＋Ｅ−深傷等の前処理
を経たうえ定尺切１＠され、これによって得られた俸＠
′は重油燃焼炉ガス炉等の炉加熱で成形容易な温度に加
熱してコイリングマシンにより熱間成形され、その後必
要あるときは焼入れ温度以上とするための眠気炉内で補
熱されたうえで油槽内へ投入されて・暁入れ冷却し、つ
いで電気炉内で所定篇度による所定時間にわたる焼戻し
が施されて所定の１幾械的性質が付与され、爾後ショッ
トピーニング・塗装と乾燥・セッチング等からなる後処
理を受けたのち検査を経てコイルばね製品とされろ。而
して上記工程にかいては図中二重矢印で示す加熱から・
暁入れまでの工程は生産性を高め品質の均一化を図るた
め自動ライン化が最も進んでいる。しかし乍ら前記重油
燃焼炉等を例えばウォ→キングビーム方式等を用いた自
動移送方式にしても、定尺棒材全所定温度まで昇【温せ
しめるための所要時間は例えば線材ｒ１１４ｍｍφでは
１５〜２０分となるため、表面層の脱炭と表面ハダ荒れ
ならびに結晶粒の粗大化は脱がれないところであり、・
＆面脱炭を補正する目的で油・暁入れ前の補熱のための
炉加熱を不活性ガスを含む雰囲気炉で行うなどの対策を
講じてはいるが、結晶粒の粗大化については防さ゛よう
がなかった。そのため従来熱間成形法によるばねの結晶
粒度番号はせいぜい盃６〜４８で、こ花がため製品げね
の耐久性・１酎へたり性も低く、目標寿命を耐久試験で
の、操りかえし圧縮回数２０万〜３０万回とすると、従
来の５ｔｒｐ６や５ＵＰ９を素材としたものでは最大ね
じり応力τｍａｘ＝８５〜１００ｈｆ／＊Ａでしか安全
設計ができないのが実情で（自動車規格ＪＡＳＯＣ６０
５−８Ｏｒ自動車用懸架コイルばね」解説９．　（２）
参照）、また最近高耐へたり性をめざして開発された高
Ｓ＋含有叶の５ＵＰ７や５ＡＥ９２５４を素材としたも
のでも上記より多少設計応力がアップするが、τｍａｘ
　−１００〜１１５に９ｆ／−とされている。

一方、近来出願人において鋭意研究の結果、大径素材線
材を使用する場合でも、線材のまま急速力ロ熱・急）＊
冷却による焼入れ・′焼戻しｆｔ進じて高強＋ｉかつ冷
間塑性加工性に富んだ線材を得たうえで冷間成形を行い
、その後組織の安定化とストレスレリーピングのための
再焼戻しを商すというｆｒ硯を高強度ばねの製造方法を
開発し、ばね宥界に提供した。この技術内容は米国特許
第４３３６０８１号公報・英国パ侍許＠２０２３６６８
号公報・特開５４−１４２１１３号公報ならびにＳＡｇ
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｐａｐｅｒ　５ｅｒｉｅｓ　８３
０６５６等により明かである。而して当該方法によって
得らＦｌ−たばねは結晶粒度煮９．５〜１１．０と超微
化されており、引張り強さ１５０　Ｋｆ　ｆ　／　ｍＵ
以−ヒに仕上げても線材として高い延性・靭性を示し、
ばねとしても高耐久性・高耐へたり性を有し、引ｒ−ト
リ強さ２００　Ｋｑ　ｆ　／−以上としてもその時性は
十分満足するものである。

この特性はげね需用業界の注視の的となり、大量１共給
の要請が極めて強い。

ところで、上記熱処理後に冷間成形を行うばね製１告方
法（以Ｆ太僅材冷間成形法という）は製造設備を新設す
る場合には何等間ｌ）慣とはならないが、前記従来熱間
成形法の加熱から焼入れまでの工程を自動ライン化設備
としている場合には、当該設備を完全に新替えしない限
り、ばね需用業界の要請する新規な大径材冷間成形法に
よる高強度ばねの製造は不可能である。伺故ならば、熱
処理後に冷間成形を施す大径材冷間成形法ではコイル伏
に巻回されている素材線材を巻戻しながら熱処理ライン
を連続的に通過させつつ熱処理し、当該熱処理によって
高傾度を付与された線材を当該・線材の弾性限以上でち
る僅となる如く巻取り、ついで巻取られた線材を例えば
コイルばねの製造であれば冷間コイリングマシンで成形
することとなるので、使尺の熱処理ラインスペース・巻
戻しスタンド・ｔ＋９殊径の巻取りスタンドおよび高強
１隻材用の強出力コイリングマシンが必要とされるため
、従来加熱炉の廃渠はやむを得ないとしても、従来定尺
棒材を取扱いの対象とした設備およびスペースならびに
低量カコイリングマシン等は不向きとなってしまう。

本発明はヒ述の現況にＡみなされたものであって、従来
同様素材定尺棒材を熱［…成形する方法を採りながら上
記大径材冷間成形法によって得られると同様な特性を有
する高慢Ｉ更ばねの製造方法を提供するものである。

本発明の要旨は、 Ｃ１）ばね用素材線材を前処理のうえ定尺切１＠シ、得
られた定尺棒材を所定温度まで加熱して成形加工を行い
、その後・暁入れむよび焼戻しによって所定の機械的性
質全付与せしめ、ついで後、処理を川してばね製品を得
る工程において、 （２）成形加工前の加熱を昇温速度が１００　’Ｃ／４
以上でちる急速加熱によって焼入れ温度以上の所定温度
まで昇温せしめるものとするとともに、 （３）当該所定温度に昇温後直ちに行う成形７ＪＤ工終
了壕でを保持時間として成形カロエ直後に急冷焼入れし
、 （４）ついで焼戻しを施すことによって高耐久性および
商材へたり性を付与するようにしたこと？特徴とする商
強１ｙばねの製造方法にある。

侠言すれば、本発明は素材定尺棒材を熱間成形した後に
焼入れする製造方法ではありながら、部材が副温度に滞
留している時間を極度に短時間とすべく、第２図のフロ
ーチャートに示す如く、定尺棒材に誘導加熱または直接
通電加熱による急速加熱を施して焼入れ温度以上の所定
温度まで昇温せしめ、成形加工を行いつつ部材組織のオ
ーステナイト化を完了させ、成形ＤＯ工直後、即ち所定
温度に昇温せしめてから経過時間が６０冠以内の如き僅
少時間内に急冷焼入れし、爾後硬さＨＢＤ　：２．８０
以上の適当な硬さに仕上げるような焼戻しを施して高耐
久性・商材へたり性に富んだ高強度ばねを製造する方法
である。

上記製造過程における焼入れ温度以上の所定温度までの
急速加熱は部材の塑性加工性を極めて良好とし、また高
温度滞留時間を極度に短時間とすることは、部材表面層
の脱減炭および表向肌荒れを殆んど生ぜしめない効果が
あること勿論であるが、本発明の究極の狙いは、結晶粒
が粗大化する時間的余裕を与えないことにちる。上記の
結果焼入れ後の部材は結晶粒が粒度４９．０−４１０．
０と超微細化されており、当該超微細化結晶粒は爾後の
焼戻しで母材の硬さ’ｃ　ＨＢ　Ｄ　＞　２．８０に仕
上げても延性および靭性に富んでいるので、例えば圧縮
コイルばねとした場合の定荷重くり返し圧縮試験機ケ用
いた耐久試験では試験条件をねじり応力τ＝６５±５５
１４ｆ／−として２０万回をクリヤーする叩き高耐久性
を示し、また同試験の２０万回繰りかえし時におけるへ
たり量は残留せん断ひずみ１　（２，５ｘ　１０−’の
如く商材へたり性を示すこととなる。

（９） 本発明者は本発明の効果を実証するため次の実験を行っ
た。

実験例 （１）供試体の作成 １、素材　鋼種：５ＡＥ９２５４ 線径：φ１０フ 長さ：　２．１００　ｗｎ Ｉｌ、工程　前処理をした上記複数本の素材を第３図に
示す直接通電加熱装 置によって急速加熱した。水冷 された銅電極Ｅｒで両端部をク ランプされた素材Ｔは約２００ ＫＶＡの電力投入後１０冠で ９５０℃まで加熱された。つい で１０秒間保持のうえ熱間成形 用コイリングマシンでコイルハ ね形状に成形し、直ちに油槽中 に投入しで・暁入れ１−た。加熱開 始から油槽中へ投入するまでの 経過時間は３０就以下であっへ （１０） 得られたものをＡ−Ｂの２（拌に 分け、Ａ群はＨＢＤ−２，６５、 Ｂ群はＨＢ　Ｄ　＝　２．７５となる如く電気炉焼戻し
をし、その後、 △Ｈ＝　０．３５団以上・カバン− ９９０％以−ヒのショットピーニ ング全施し、Ａ群にばτ−１３０ Ｋｇ　ｆ　／　、Ｊｓ　Ｂ群にはτ−１２５Ｋｐ　ｆ　
／　＋−でセツチングして圧縮コイルばね供試体とした
。供試 体の形状はＡ群・Ｂ群とも下記 のと分りであった。

ｄ−４１０ｗ Ｄ−φ８５１ｍｎ Ｎａ＝４．７５ Ｎｔ＝６．２５ ■＝２８０畷 Ｋ　＝　３．４　Ｋ９　ｆ　／叫 （２）供１弐体の材″！り試験・・・Ａ−Ｂ両群共通（
υ組４＆：全析面焼炭しマルテンサイト組繊（１１） となっていることが顕微゛億覗察に より認められた。

■結晶粒二粒度屋９．０〜１０．０ ■脱　炭：顕微鏡観察および硬さ測定の結果から殆んど
ないことが確認さ れた。

■キ　ズ：磁粉探藝の結果発見されない。

■（硬さ分布：中心、内部とも均一な１餠さ分布となっ
ている。

（３）コイルばね定荷重縁ねかえし圧縮試１倹第１表の
とおりであった。

第１表 （１２） 但し、τ：ねじり応力（クールの修ＩＥ係数を含む） γ：残留せん断ひずみ 以上の実験結果から従来熱間成形法に近い製造方法では
あるが高温滞留時間を極端に短時間とした本発明は大径
冷開成形法で得られるばねとほぼ同等の特性を具えてい
ることが確認され、本発明が極めて効果的であることが
明確に実証された。

上記実験例では素材を所定温度まで加熱する手段として
直接通電加熱によったが、例えば第４図に示す如く、送
りローラＲによって送られる素ＩＴを送り通路上にある
誘導加熱コイルＣで加熱するようにしてもよい。加熱方
法がいづれの場合でも非酸化性雰囲気で加熱されるよう
な構成をとるならさらに好ましい。

本発明によれば、 （１）従来熱間成形法による製造設備中、重油燃焼炉や
ガス炉等の炉を急速加熱手段に新替え（１３） するだけで、その他の設！ｌ１ｆｆｖｉそのまま使用し
て、従来熱間成形法による場合の種晶に比べて格段にす
ぐれ、大径材令ｂｎ’ｌ成杉法による製品とほぼ同等の
特性を有するばね製品を得ることが０Ｔ能となり、 （２）高温滞留時間が啄めて短時間であるので表１酊！
＠の脱炭・減炭の機会が減少するだけに１ヒまらず、表
面ギズ発生の機会も城少し、高品四が維持され、 （３）従来熱間成形法での焼入れ前の浦熱用醒気炉と補
熱と同時に行われていた浸炭の設備とを不要とするので
設備スペースの縮少とコスト低域が可能となり、 （４）さらには従来炉の始動・停止時の時間ロスがなく
なるばかりでなく、力日Ｍ温）ａｔ市１ｊ憫１が容易と
なるので作業能率の向上と品質の均一化が計られ、 （５）炉と浸炭設備の楯市は環境改善に資することとな
る など、設備上の経済性・工程、・戒による原価低（１４
） 戎ならびにこれに付随した各種のメリットヲ受けつつ従
来以上の高強度ばねを製造し得る効果は極めて、顕著で
、そのもたらされる価値は計り知れないものがある。

【図面の簡単な説明】

５窮１図は従来熱間成形法によるばね製造工程を示すブ
ロック図、第２図は本発明ばね製造方法を説明するブロ
ック図、第３図は実験例で使用した急速加熱用の直接通
電加熱装置の正面図、第４図は他の急速加熱手段である
誘導加熱を用いた場合の正面図である。 特許出願人 高周波熱錬株式会社 代理人　弁理士　小　林　傅 （１５） 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、）ばね用素材線材を前処理のうえ定尺切断し、得ら
   れた定尺棒材を所定温度まで加熱して成形加工を行い、
   その後焼入れおよび焼戻しによって所定の機械的性質を
   付与せしめ、ついで後処理を施してばね製品を得る工程
   において、成形加工前の加熱を昇温速度が１００℃／ｓ
   ｅｅ以上である急速加熱によって・暁入れ温度以上の所
   定温度まで昇温せしめるものとするとともに、当該所定
   温度に昇温後直ちに行う成形加工終了までを保持時間と
   して成形加工直後に急冷焼入れし、ついで焼戻しを施す
   ことによって高耐久性および高耐へたり性を付与するよ
   うにしたことを特徴とする高強度ばねの製造方法。 ２）急速加熱が誘導加熱手段または直接通電加熱手段で
   行われるものである特許請求の範囲第１項記載の高強度
   ばねの製造方法。 ３、）焼入れ温度以上の所定温度まで昇温してから成形
   加工を経へ焼入れされるまでの経過時間が６０ｓｅｃ以
   内の短時間である特許請求の範囲第１項記載の高強度ば
   ねの製造方法。 ４、）焼戻し後の母材の硬さをＨＢ　Ｄ：　２．８０以
   上に仕上げた特許請求の範囲第１項記載の高強度ばねの
   製造方法。